Ответы на вопросы. Контрольная работа системы высот. Геодезические навигационные спутниковые системы обучающийся группы. Ххххх проверил проф., д т. н
 Скачать 186.23 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГИТ) Кафедра геоматики и ИН КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Системы высот. Геодезические навигационные спутниковые системы Выполнил: обучающийся группы. ХХХ-ХХ Проверил: проф., д.т.н. ФИО Дударев В.И. Номер зачетной книжки Новосибирск – 2021 Вопрос №1 Что называется геоидом? Геоид эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии и условно продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м из-за различия температуры и солености, атмосферного давления и т. п.[1] По определению эквипотенциальной поверхности, поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии. Иными словами, геоид — это форма, которую поверхность океана могла бы принять под действием силы тяжести и вращения Земли, если бы отсутствовали другие воздействия, такие как ветры и приливы. Точная конфигурация геоида может быть установлена только путём расчётов, основанных на измерениях гравитационного поля Земли. Такие расчёты с высокой точностью были проведены только после возникновения космической геодезии в конце XX века. Некоторые авторы обозначают вышеописанную поверхность не как «геоид», а термином «основная уровенная поверхность», в то время как сам «геоид» определяется как 3-мерное тело, ограниченное этой поверхностью Вопрос №2 Дать определение общего земного эллипсоида и перечислить условия, которым он должен удовлетворять. ЗЕМНО́Й ЭЛЛИПСО́ИД, эллипсоид (вращения или трёхосный), аппроксимирующий поверхность геоида. Размеры З. э. используют при решении задач геодезии, картографии и др. В геодезии в качестве З. э. используют сжатый эллипсоид вращения, который служит поверхностью отсчёта в эллипсоидальной системе геодезических координат. Размеры и положение З. э. в теле Земли определяют из градусных измерений. З. э., близкий к геоиду на всей поверхности Земли, центр и малая ось которого совпадают с центром масс и осью вращения Земли, называют общим З. э. Для нахождения сжатия общего З. э. его рассматривают как физич. тело (нормальную Землю), поверхность которого является уровенной поверхностью, где потенциал силы тяжести равен потенциалу силы тяжести Земли на уровне моря, а масса и угловая скорость равны массе и угловой скорости вращения Земли. Общеземной эллипсоид должен быть ориентирован в теле Земли согласно следующим требованиям: Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли. Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли. Высоты геоида над эллипсоидом hi (так называемые аномалии высот) должны подчиняться условию наименьших квадратов: {\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }h_{i}^{2}=\min }  .Вопрос №3 Дать определение референц-эллипсоида и перечислить условия, которым он должен удовлетворять. Референц-эллипсоид — приближение формы поверхности Земли (а точнее, геоида) эллипсоидом вращения, используемое для нужд геодезии на некотором участке земной поверхности (территории отдельной страны или нескольких стран). Фигура референц-эллипсоида — это математическая модель поверхности, наилучшим образом подходящая для ограниченной (локальной) территории, определяется длинами полуосей, полярным сжатием эллипсоида и правильным ориентированием в теле Земли. Как правило, референц-эллипсоиды принимаются для обработки геодезических измерений как наиболее приближенная плоская модель. Практически все референц-эллипсоиды неразрывно связанны с плоскими геодезическими системами координат и являются средствами обеспечения единства измерений. Для закрепления референц-эллипсоида в теле Земли необходимо задать геодезические координаты B0, L0, H0 начального пункта геодезической сети и начальный азимут A0 на соседний пункт. Совокупность этих величин называется исходными геодезическими датами. Таким образом, референц-эллипсоид является переходным моментом между плоскими и сферическими системами координат. С развитием спутниковых систем навигации необходимость в переходном элементе отпала, однако проблема обеспечения единства измерений пока остается актуальной. Ориентирование референц-эллипсоида в теле Земли подчиняется следующим требованиям: 1. малая полуось эллипсоида (b) должна быть параллельна оси вращения Земли. 2. поверхность эллипсоида должна находиться возможно ближе к поверхности геоида в пределах данного региона. Вопрос №4 Что называется квазигеоидом? Квазигеоид («почти геоид») — фигура, предложенная в 1950-х годах советским учёным М. С. Молоденским в качестве строгого решения задачи определения фигуры Земли. Квазигеоид определяется по измеренным значениям потенциалов силы тяжести согласно положениям теории М. С. Молоденского: - редукция (перенос) силы тяжести или потенциала выполняется в линейном приближении; - хотя все измерения и редукции относятся к физической поверхности или к эллипсоиду, интегрирование малых функций, где это требуется, выполняется по сфере (сферическое приближение). Потенциалы силы тяжести определяют методом астрономо-гравиметрического нивелирования (также разработанным М. С. Молоденским) или через предварительное определение возмущающего потенциала по материалам наземных гравиметрических съёмок и наблюдений за движением искусственных спутников Земли. Последние данные необходимы в связи с недостаточной гравиметрической изученностью некоторых областей Земли. В силу неопределимости фигуры геоида, квазигеоид выполняет роль вспомогательной поверхности при изучении физической поверхности Земли. Его фигура, в отличие от геоида, однозначно определяется по результатам измерений, совпадает с геоидом на территории Мирового океана и очень близко подходит к нему на суше, отклоняясь не более чем на 2 метра в высоких горах и на несколько сантиметров на равнинной местности. Вопрос № 5 Дать определение нормальной высоты точки. Определение дополнить рисунком. Нормальная высота – высота точки над поверхностью квазигеоида, отсчитывается по нормали. Нормальной высотой является величина, численно равная отношению геопотенциальной величины в данной точке к среднему значению нормальной силы тяжести Земли по отрезку, отложенному от поверхности земного эллипсоида  Вопрос №6 Дать определение геодезической высоты точки. Определение дополнить рисунком. Геодезическая высота – высота точки над поверхностью земного эллипсоида, отсчитываемая по нормали; Вопрос №7 Связь геодезической и нормальной высот точки. Определение дополнить необходимыми формулами и рисунком. Геодезическую высоту находят по спутниковым наблюдениям, нормальную - из геометрического нивелирования и наблюдений силы тяжести, аномалию высоты по гравиметрическим данным. Зная любые две из них в какой-либо точке поверхности Земли, можно по ним вычислить третью. Так, если известны геодезическая высота и аномалия высоты, можно найти нормальную высоту. Преобразование геодезической высоты в систему нормальных высот выполняется по формуле: H = HГ – ζ , где H – нормальная высота; HГ – геодезическая высота; ζ – аномалия высоты. Часть 2. Геодезические навигационные спутниковые системы Контрольные вопросы(ответы представить в контрольной работе)Вопрос №1 Назначение ГНСС. Глобальная навигационная спутниковая система (Global Navigation Satellite System - GNSS) - это спутниковые системы (наиболее распространены GPS и ГЛОНАСС), используемые для определения местоположения в любой точке земной поверхности с применением специальных навигационных или геодезических приемников. Вопрос №2 Структура космического сегмента ГНСС ГЛОНАСС. Космический сегмент ГЛОНАСС состоит из 24 спутников расположенных на трех орбитальных плоскостях, по восемь спутников в каждой плоскости. Геометрия созвездия ГЛОНАСС повторяется примерно раз в восемь дней. Период обращения каждого спутника составляет примерно 8/17 звездных суток, так что за восемь звездных суток спутники ГЛОНАСС совершают ровно 17 оборотов вокруг Земли. Каждая орбитальная плоскость содержит восемь равноотстоящих спутников. Один из спутников будет находиться в одной и той же точке неба каждый день в одно и то же звездное время. Спутники выводятся на условно круговые орбиты с наклонением 64,8 градуса и радиусом орбиты 19 140 км, что примерно на 1060 км меньше, чем орбиты спутников GPS. Вопрос №3 Структура космического сегмента ГНСС GPS (NFVSTAR). Космический сегмент GPS представлен в таблице 1. Период обращения каждого спутника составляет около12 часов, что обеспечивает приемнику GPS видимость как минимум шести спутников в поле зрения в любой точки Земли в условиях открытого неба. Таблица 1: Созвездие спутников GPS  Спутники GPS постоянно передают свой идентификатор, измерительные сигналы, статус и скорректированные эфемериды (параметры орбиты). Спутники идентифицируются либо по номеру космического аппарата (SVN), либо по коду псевдослучайного шумового сигнала (PRN). Вопрос №4 Определить понятие «эфемериды». Эфемеридами называются координаты искусственных спутников Земли, используемых для навигации, например, в системе NAVSTAR (GPS), ГЛОНАСС, Galileo. Координаты спутников передаются в составе сообщений о местонахождении спутника, в этом случае говорят о передаче эфемерид. Вопрос №5 Принцип абсолютного метода ГНСС-определений пространственных координат наземного пункта, его точность. Абсолютный метод характеризуется самостоятельным определением положения приемника по пространственной засечке. Чтобы ее реализовать необходимо знать величину псевдодальности и координаты как минимум 4х спутников. Псевдодальность вычисляется по коду либо по фазе, а координаты спутников передаются в навигационном сообщении от каждого из них. Таким образом рассчитываются неизвестные координаты X, Y, Z и поправка часов dt приемника. Абсолютный метод основан на измерениях по коду, поэтому точность зависит от качества кварцевого генератора времени приемника и составляет 3-15 м. Применяется этот метод в низкоточной навигации (мониторинге транспорта, судов и пр.). Для уточнения данных можно использовать различные дифференциальные сервисы, работающие по технологии PPP (Precise Point Positioning). Такие сервисы (RTX, Atlas, TerraStar) передают предрассчитанную корректирующую информацию (точные эфемериды и уходы часов), чтобы приемник смог вычислить свое местоположение с субдециметровой точностью. Здесь в качестве канала доставки корректирующей информации могут использоваться геостационарные спутники или сеть Интернет. Однако существует ряд ограничений: приемник обязательно многочастотный, наблюдения должны проводиться не менее часа, а подписка на эти сервисы платная.  Вопрос №6 Принцип относительного метода ГНСС-определений пространственных координат наземного пункта, его точность. В относительном методе задействовано минимум 2 приемника, один из которых находится на пункте с известными координатами (База), а второй на определяемом (Ровер). В данном случае по разнице координат, определенных Базовым приемником по спутникам и введенных вручную известных координат этого пункта, рассчитывается поправка в псевдодальность. Эта поправка передается на Ровер (на определяемом пункте) и корректирует его измеренные псевдодальности для уточнения определения местоположения. Относительный метод, реализуемый по кодовым измерениям, называют также дифференциальным или DGPS. Точность такого метода субметровая (50-80 см), однако поправка в псевдодальность может быть передана на расстоянии 200-300 км. Поэтому метод DGPS активно используется в морской навигации, сельском хозяйстве и ж/д мониторинге. Использование относительного метода по измерениям фазы несущей позволяет достигать сантиметровой точности. Только этот метод подходит для решения геодезических задач. По характеру движения это могут быть и статика, и кинематика. Статика реализуется в измерении конкретной точки, когда на пункте в течение нескольких эпох собираются и усредняются данные со спутников. Кинематика же – создание траектории движения приемника. Причем в соответствии с фильтрами, определяющими неподвижен приемник или перемещается, обработка этих данных происходит по различным алгоритмам. В общем случае, увеличение точности связано с длительностью измерений, а также с условиями съемки. |