Островський А.Л., Мороз О.І., Тарнавський В.Л. Геодезія, частина II

Подождите немного. Документ загружается.

Вимірювання супутникової геодезії базуються переважно на вико-

ристанні глобальної позиційної системи ОР8 (ОІоЬаІ Рокіїіопіп^ Зузіет), що

знайшла в останні роки широке застосування в усіх видах геодезичних робіт.

Менше відомою є система ГЛОНАСС, запропонована Росією.

Супутникова геодезія зарекомендувала себе цілим рядом карди-

нальних переваг перед наземною геодезією. Найважливіші з них:

• зникла необхідність будувати зовнішні геодезичні знаки;

• з'явилася можливість об'єднати планові і висотні пункти геодезичних

мереж, оскільки система ОР8 дає одночасно просторове положення

цих пунктів;

• значно коротший час, необхідний для отримання кінцевих резуль-

татів;

• можливість більш повної автоматизації вимірювання;

• значне зменшення вартості робіт.

ОР5-вимірювання використовують не тільки для визначення поло-

ження пунктів геодезичної основи, топографічного та кадастрового зніман-

ня, інженерної геодезії, але й в геодинамічних дослідженнях, для визначення

таких важливих параметрів геодинаміки, як рухи полюсів нашої планети,

стабільності обертових рухів Землі та інших параметрів.

Усе вищесказане та, особливо, висока точність <ЗР8-вимірювання є

причиною того, що "Основні положення створення державної геодезичної

мережі", затверджені Постановою Кабінету міністрів України від 8 червня

1998 р. № 8441, передбачають створення нових та оновлення існуючих

мереж сучасними радіонавігаційними системами (ОР8) та комп'ютерними

технологіями. Допускається застосування традиційних геодезичних методів.

Проте, традиційні методи вже не здатні конкурувати з методами космічної

геодезії. Правда, поки-що таку конкуренцію витримує високоточне геомет-

ричне нівелювання, яке, до того ж, ще необхідне для визначення геоїда.

III. 1.2. Найважливіші відомості про будову глобальних навігаційних

систем

Глобальна позиційна система ОР8 запроектована і сконструйована

Міністерством оборони США. Уряд США затратив понад 12 мільярдів

доларів на створення системи і продовжує витрачати кошти на її розвиток і

підтримку в робочому стані. Повна назва системи - №уі§аііоп 8уз1еш \уііЬ

Тіте апсі Каіпіщ», СІоЬаІ Розійоп 8у&1ет. Виділені потовщенням літери

дають скорочену назву системи КАУ8ТАКУОР8. У перекладі ця назва

означає: навігаційна система часу і віддалей, глобальна система визначення

місцеположення. У Радянському Союзі була створена система ГЛОНАСС

(глобальна навігаційна система супутників), початкова назва проекту

"Ураган". Саме ці дві системи вже знайшли застосування в геодезії. Крім

цього, Європейське співтовариство створює свою навігаційну систему

ОАШЬЕО.

292

Оскільки ОР5-система створювалась, перш за все, як військова, вона

стійка, надійна і несприйнятлива до природних та штучних перешкод. До

складу системи входять:

1. Навігаційні

супутники-,

2. Наземний комплекс керування;

3. Апаратура користувачів.

Отже, ОР5 поділяється на три блоки, які найчастіше називають

сегментами.

Космічний сегмент. Повністю розвинений космічний сегмент спро-

можний забезпечити в глобальному масштабі можливість одночасного

спостереження від чотирьох до восьми супутників для кутів відсікання

понад 15 градусів. Якщо цей мінімальний вертикальний кут між горизонтом

і напрямком на супутник зменшити до 10 градусів, тоді час від часу в полі

зору знаходитиметься до 10 супутників, а за умови зменшення цього кута

далі до 5 градусів кількість видимих супутників інколи може сягати 12. Для

цього космічні апарати розташовуються на орбітах, близьких до кругових, з

висотою над поверхнею Землі близько 20200 км та періодом обертання

приблизно 12 зоряних (сидеричних) годин. Спочатку було заплановано

здійснити запуск 24 супутників, які б обертались в трьох орбітальних

площинах, нахилених під кутом 63° до екватора.

Пізніше, космічний сегмент був скорочений до 18 супутників, які

розташовувались по три на кожній із шести орбітальних площин. Згодом

довелось відмовитись від цієї скороченої конфігурації, оскільки вона не

забезпечувала можливості цілодобового неперервного використання

системи в будь-якій точці на поверхні Землі. Приблизно в 1986 р. кількість

ШСЗ була збільшена до 21, також по три супутники на кожній із шести

орбітальних площин та три запасні супутники. Запасні супутники

призначені для заміни зіпсованих "неактивних" супутників. На сьогодні

планується конфігурація, що складатиметься з 24 діючих супутників,

розташованих на шести орбітальних площинах, нахилених до площини

екватора під кутом 55°, по чотири в кожній. Крім того, для оперативної

заміни ще чотири запасні супутники знаходяться на Землі. Супутники

виводяться дуже точно на свої орбіти відповідно до генерального плану

розгортання системи і, оскільки на висоті 20200 кілометрів атмосферне

гальмування практично відсутнє, залишаються на них протягом тривалого

часу. Орбіти відомі заздалегідь, а кожний приймач містить в пам'яті свого

комп'ютера "альманах", тобто, своєрідний довідник, що постійно

оновляється, з якого видно, де буде знаходитися кожний супутник в будь-

який момент часу.

Космічні апарати ОРЗ фактично служать платформами для встанов-

лення транссенсорів (приймачів-передавачів), атомного годинника, комп'ю-

тера та іншого устаткування, необхідного для роботи системи. Це

електронне обладнання дає користувачу можливість своїм приймачем

вимірювати відстань до супутника. Крім того, кожен спостерігач, завдяки

293

інформаційному повідомленню про орбіти, яке кодується в сигналі і

супутника, спроможний визначити просторові координати рз супутника

довільний момент часу. Спираючись на ці дві можливості та на метод

просторових засічок, користувачі можуть визначити свої координати на

поверхні або поблизу Землі.

Допоміжне обладнання кожного супутника складається із двох

сонячних батарей площею 7 м

, які забезпечують електричне живлення,

та

системи реактивних двигунів, потрібних для корекції орбіти та керування

орієнтацією космічного апарата в просторі.

Супутники мають різноманітні системи ідентифікації, а саме: за

номером запуску, за присвоєним кожному апарату окремим псевдошумовим

кодом (РЯМ), за номером позиції на орбіті, за номером у каталозі

НАСА, за

міжнародною класифікацією. Для того, щоб уникнути можливих непо-

розумінь та зберегти відповідність із змістом навігаційного повідомлення

із

супутника, ми використовуємо, як правило, номер РЮМ.

На теперішній час створено п'ять типів супутників ОР8. їх

розділяють на класи: Віоск І, Віоск II, Віоск ІІА, Віоск І1К., та Віоск ІІР.

Конфігурація супутників типу Віоск І дещо відрізняється від конфігурації

супутників Віоск II, оскільки кут нахилу їх орбітальної площини до

екваторіальної дорівнює 55°, тоді як до попереднього покоління він

становив 63°. Крім кута нахилу орбіти існує ще одна суттєва відмінність

між

супутниками Віоск І та Віоск II, пов'язана з національною безпекою

США.

Сигнали супутників Віоск І могли вільно реєструватись цивільними

користувачами,

доступ до інформації з ШСЗ наступного покоління

Віоск II

став обмеженим.

Супутники типу Віоск II були призначені для забезпечення першої

версії повної уніфікованої системи ОРЗ (тобто 21 активного та трьох

запасних супутників). Перший із супутників типу Віоск II коштував

приблизно 50 млн. доларів США і важив більше 1500 кг. Його запуск

здійснено 14 лютого 1989 р за допомогою ракети "Дельта II" яка стартувала

з космодрому ім. Кеннеді, що на мисі Канаверал у штаті Флорида.

На

сьогодні середня тривалість функціональної здатності супутників цього

типу

становить шість років, хоча метою проекту було досягти семи з половиною

років. Деякі із супутників можуть справно працювати навіть до десяти

років,

тому

що

їх основні модулі функціонують протягом такого часу.

Супутники наступного покоління, які названо Віоск ІІР (від слова

Мож оп - наступний), будуть запускатись у період з 2001 по 2010 р.

Ці

супутники обладнуються удосконаленим устаткуванням для автономної

навігації, наприклад, інерціальними системами навігації.

Планується збільшити термін роботи супутника Віоск ІІР до 14-15

років, а також увести в склад сигналів додаткову частоту Ь5, яка рівна

1176,45 МГц, що суттєво полегшить розв'язок неоднозначності, харак-

терний для фазового вимірювання.

294

Розгортання Російської системи ГЛОНАСС також проходить поетап-

но. Перший супутник системи (із назвою Космос 1413) був запущений 12

жовтня 1982 р. До кінця 1998 р. було запущено 74 супутники, більшість з

яких уже виведені з експлуатації. У лютому 2000 р. залишилось 8 супут-

ників.

За проектними даними сузір'я супутників ГЛОНАСС також має

включати 24 супутники, розташованих на трьох орбітальних площинах,

нахил яких відносно до площини екватора рівний 64,8°. Номінальна висота

кругової орбіти над земною поверхнею складає 19100 км, період обертання

навколо Землі 11 г. 15 хв. 44 с. Загальна маса супутника 1415 кг. Планується

підвищити стабільність частоти генераторів, підвищити точність визначення

ефемерид супутників та їх прогноз, а також збільшити термін функціону-

вання супутників. Проект запуску 24 супутників системи ГЛОНАСС

здійснено в Росії важкими ракетами "Протон".

Технічні параметри системи МАУ8ТАК/ОРЗ та ГЛОНАСС є різними.

Істотною різницею цих систем є те, що в системі ОР8 усі супутники

випромінюють коливання однакових частот, а в системі ГЛОНАСС кожен

супутник випромінює свою частоту. Вивчається можливість одночасного

використання обох систем для визначення положення наземних пунктів.

Такі дослідження дуже важливі, оскільки дозволять використати для

визначення пунктів більшу кількість супутників (в обох системах понад

сорок ШСЗ), не кажучи вже про те, що сигнали ГЛОНАСС не спотворю-

ються і тому ця система дає можливість отримувати більш високу точність.

Країни Європейського Союзу, як уже зазначалось, планують створити

свою, незалежну від США, глобальну навігаційну систему.

Принцип визначення положення наземних пунктів за допомогою

глобальних систем подано в параграфі II. 1.1.

У США, для заміни супутників, які припинили своє функціонування,

починаючи з 1995 р. виводять на орбіти нові супутники кораблями "Шатл".

Хронометрами (основними генераторами) таких супутників є водневі

лазери, стабілізація частот яких на порядок вища, від генераторів попередніх

супутників, і становить 10"

. До того ж ці супутники мають засоби

міжсупутникового зв'язку, які, завдяки обміну даними між супутниками та

вимірювання віддалей між ними, проводять автономне уточнення пара-

метрів орбіт та автономну синхронізацію годинників.

Передавачі всіх супутників безперервно випромінюють коливання

двох частот. Частоти модельовані кодами. Крім вимірювальних сигналів,

передавачі передають інформацію про свою орбіту, а також про стан інших

супутників системи і параметри їх орбіт. Супутники мають також приймачі,

які приймають сигнали від основної станції сегменту керування. Ці сигнали

містять інформацію про орбіту супутників. Траєкторії супутників можна

коректувати з основної наземної станції керування.

Сегмент керування. Сегмент являє собою мережу наземних станцій

спостереження за ШСЗ і центрів обробки інформації. Головним завданням

295

інформаційному повідомленню про орбіти, яке кодується в сигналі із

супутника, спроможний визначити просторові координати /м супутника у

довільний момент часу. Спираючись на ці дві можливості та на метод

просторових засічок, користувачі можуть визначити свої координати на

поверхні або поблизу Землі.

Допоміжне обладнання кожного супутника складається із двох

сонячних батарей площею 7 м

, які забезпечують електричне живлення, та

системи реактивних двигунів, потрібних для корекції орбіти та керування

орієнтацією космічного апарата в просторі.

Супутники мають різноманітні системи ідентифікації, а саме: за

номером запуску, за присвоєним кожному апарату окремим псевдошумовим

кодом (РЯ»), за номером позиції на орбіті, за номером у каталозі НАСА, за

міжнародною класифікацією. Для того, щоб уникнути можливих непо-

розумінь та зберегти відповідність із змістом навігаційного повідомлення із

супутника, ми використовуємо, як правило, номер РШЧ.

На теперішній час створено п'ять типів супутників ОР5. їх

розділяють на класи: Віоск І, Віоск II, Віоск ПА, Віоск ІІК, та Віоск ІІР.

Конфігурація супутників типу Віоск І дещо відрізняється від конфігурації

супутників Віоск II, оскільки кут нахилу їх орбітальної площини до

екваторіальної дорівнює 55°, тоді як до попереднього покоління він

становив 63°. Крім кута нахилу орбіти існує ще одна суттєва відмінність між

супутниками Віоск І та Віоск II, пов'язана з національною безпекою США.

Сигнали супутників Віоск І могли вільно реєструватись цивільними

користувачами, а доступ до інформації з ШСЗ наступного покоління Віоск II

став обмеженим.

Супутники типу Віоск II були призначені для забезпечення першої

версії повної уніфікованої системи ОРЗ (тобто 21 активного та трьох

запасних супутників). Перший із супутників типу Віоск II коштував

приблизно 50 млн. доларів США і важив більше 1500 кг. Його запуск

здійснено 14 лютого 1989 р за допомогою ракети "Дельта И" яка стартувала

з космодрому ім. Кеннеді, що на мисі Канаверал у штаті Флорида. На

сьогодні середня тривалість функціональної здатності супутників цього типу

становить шість років, хоча метою проекту було досягти ссми з половиною

років. Деякі із супутників можуть справно працювати навіть до десяти років,

тому що їх основні модулі функціонують протягом такого часу.