Из прошлых статей нашего цикла «Прикладная геодезия» мы узнали, что для определения координат неизвестной точки нам потребуется две точки с известными координатами, которые жестко закреплены на местности (пункты Государственной геодезической сети). Иногда они находились далеко от объекта съемки, что вынуждало исполнителей прокладывать теодолитные хода, зачастую на несколько километров. Теперь же постоянно перемещающиеся в пространстве спутники стали этакими «жесткими» точками, относительно которых и определяются координаты объектов на местности.
GPS
GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) — это совокупность радиоэлектронных средств, позволяющих вычислить местоположение и скорость движения объекта на поверхности Земли или в атмосфере. Данные параметры определяются благодаря GPS-геодезическому приемнику, который принимает и обрабатывает сигналы со спутников. Для повышения точности измерений система позиционирования включает в себя еще и наземные центры управления и обработки данных.
Когда речь идет о GPS, чаще всего имеется ввиду система NAVSTAR, разработанная по заказу Министерства обороны США. Вообще, много чего инновационного было сперва «обкатано» военными, а потом было «спущено в массы». На долгие годы термин «GPS» стал синонимом спутниковой навигации, также как неологизм «ксерокс» обозначает в принципе любой копировальный аппарат, а не только производства фирмы XEROX. В данный момент кроме NAVSTAR GPS разрабатываются или запущены китайская Бэйдоу, европейская Galileo, индийская IRNSS, японская QZSS и наш родной ГЛОНАСС.
Методы космических измерений применяются для:
- геодезии и картографии
- строительства
- навигации
- мониторинга транспорта
- мобильной связи
- спасательных работ
- мониторинга за тектоническим движением плит земной коры
и во многих других сферах деятельности человека. Рассмотрим некоторые основные сферы применения систем космических измерений более подробно.
GNSS
С устройствами этой системы навигации мы сталкиваемся на бытовом уровне, под аббревиатурой GNSS скрывается термин «Глобальная навигационная спутниковая система» (англ. — Global Navigation Satellites System). Принцип работы спутниковой системы навигации состоит в измерении расстояния от антенны приемника до спутников, положения которых известны с достаточно высокой точностью. Таблица положения спутника называется альманахом и передается в момент начала измерений с ИСЗ на приемник. Таким образом, зная расстояния между спутниками, и руководствуясь альманахом, можно с помощью простейших геодезических построений, которые мы рассмотрели в предыдущих статьях нашего цикла, вычислить пространственное положение объекта.
Метод измерений расстояния от спутника к приемнику основан на определении скорости прохождения радиоволн. Для возможности измерений спутники передают сигналы точного времени, синхронизированные в свою очередь с высокоточными атомными часами. В начале работы системное время приемника синхронизируется со спутниковым, и дальнейшие измерения базируются на разнице между временем излучения сигнала и временем его приемки. На основании этих данных навигационное устройство вычисляет пространственное положение наземной антенны, ну а скорость объекта, курс и другие параметры — производные от первоначального положения приемника. Как вы наверняка помните из школьного курса физики, скорость прохождения радиоволн равна скорости света, так что можете представить, какая общая точность системы, определяющей расстояние по миллисекундам.