2 Подсистемы ГНСС Три подсистемы ГНСС Подсистема

2. Подсистемы ГНСС

Три подсистемы ГНСС Подсистема космических аппаратов + Функциональные дополнения Подсистема контроля и управления Подсистема потребителя

2. 1 Подсистема контроля и управления • • • Задачи ПКУ: отслеживание орбит спутников, отслеживание и поддержка рабочего состояния спутников, формирование системного времени ГНСС, расчет эфемерид спутников и параметров часов, обновление спутниковых навигационных сообщений, загрузка их на КА осуществление небольших маневров спутников для поддержания орбит (по мере необходимости)

Подсистема контроля и управления GPS

Подсистема контроля и управления ГЛОНАСС

2. 2 Подсистема космических аппаратов GPS ГЛОНАСС

Спутники GPS

Спутник ГЛОНАСС

Оборудование на спутниках • Радиоэлектронная приемно-передающая система • Антенна • Стандарт частоты • Солнечные батареи • Параметры ориентации спутника (гироскопы) • Микродвигатели для коррекции на орбите • На некоторых спутниках ГЛОНАСС – уголковые отражатели для лазерной локации • И т. д.

2. 2. 1 Параметры систем GPS и ГЛОНАСС Характеристики систем ГЛОНАСС GPS 24 24 Протон K/ДМ-2 Delta 4 3 (иногда 2) 1 Байконур, Казахстан Мыс Канаверал, США 3 6 64. 8° 55° Высота над поверхностью Земли 19130 км 20180 км Период обращения 11: 15: 40 11: 58: 00 Система координат ПЗ-90 WGS-84 UTC (Russia) UTC(USNO) FDMA CDMA L 1 1602. 0 - 1614. 94 MГц (1598. 06 1605. 38 МГц с 2005 г. ) 1575. 42 МГц L 2 7/9 L 1 60/77 L 1 Номинальное число спутников Ракета носитель Число спутников в запуске Космодром Число орбитальных плоскостей Наклонение орбиты Система времени Разделение сигналов Несущие частоты

Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС http: //ftp. glonass-iac. ru/ г. Королев, Россия

? 1. Основные задачи подсистемы контроля и управления: 2. Какая система, GPS или ГЛОНАСС лучше подходит для работы в Заполярье, и почему? 3. Сколько оборотов за сутки делают спутники GPS и ГЛОНАСС? 4. Высота спутников ГНСС над поверхностью Земли: 5. Какие преимущества дает высокая орбита спутников ГНСС?

2. 2. 2 Сигналы, передаваемые со спутников • Спутник передает информацию двух видов: 1. Для измерения расстояний – дальномерный код 2. Для информации – навигационное сообщение Данная информация (низкочастотные ЭМ колебания) накладывается на несущую частоту (высокочастотные колебания) – фазовая модуляция сигнала. В приемнике происходит демодуляция.

Дальномерные коды – кодовые измерения • ДК (Дальномерный код) – псевдослучайная последовательность нулей и единиц. • ДК генерируется на спутнике и на приемнике, длина кода 300 и 30 м. • Расстояние измеряется по задержке кодовой последовательности.

Фазовые измерения • Фазовые измерения расстояний – по сдвигу фазы несущей частоты. • Длина волны для несущей частоты - около 20 см.

Навигационное сообщение с каждого спутника • Эфемериды, бортовые (broadcast efemeries) – точное положение спутника • Альманах – информация о всех спутниках системы, их приближенные орбиты • Информация о часах спутника (поправка часов спутника, ход часов) • Информация о “здоровье” спутника • Атмосферные поправки

Сигналы GPS и ГЛОНАСС GPS: CDMA – кодовое разделение спутников (каждому спутнику – свой код) ГЛОНАСС: FDMA – частотное разделение спутников (каждому спутнику – своя частота) • Коды GPS: С/А - гражданский, доступный. Длина волны 300 м, разрешение 1% - точность измерений - 3 м. P-код – защищенный. Длина волны 30 м, разрешение 1% точность измерений - 0, 3 м. • Коды ГЛОНАСС: Ст – стандартный, ТК –точный.

Сигналы GPS • Несущие частоты: L 1, 1575. 42 МГц (длина волны 19 см), L 2, 1227. 60 МГц (длина волны 24 см), L 5, 1176. 45 МГц (длина волны 25. 5 см) Сигналы GPS: Разделение спутников - CDMA L 1 + C/A + навигационное сообщение L 1 + P + навигационное сообщение L 2 + C/A + навигационное сообщение L 2 + P + навигационное сообщение L 5 + C/A

Сигналы ГЛОНАСС • Несущие частоты: L 1, 1600 МГц + D L 2, 1250 МГц + D (длина волны около 20 см, D - смещение по частоте, индивидуальное для каждого спутника - FDMA ) • Сигналы ГЛОНАСС: L 1 + P + навигационное сообщение L 2 + C/A + навигационное сообщение L 2 + P + навигационное сообщение

? 1. Два вида информации, передаваемой со спутников ГНСС: 2. Как получаются расстояния при кодовых измерениях? 3. Как получаются расстояния при фазовых измерениях? 4. Какие измерения (код или фаза) точнее, и почему? 5. Что содержит навигационное сообщение? 6. Эфемериды - … 7. Альманах - … 8. Сигналы GPS: 9. Сигналы ГЛОНАСС: 10. По какому коду измерения расстояний точнее: С/А или P-коду?

2. 3 Подсистема потребителя • Аппаратура + ПО + аксессуары

2. 3. 1 Классификация спутниковой аппаратуры По количеству отслеживаемых ГНСС: Односистемные (только GPS или ГЛОНАСС), Двухсистемные (GPS/ГЛОНАСС) Мультисистемные (GPS/ГЛОНАСС/Galileo/Бейдоу …) • По форме принимаемого сигнала: - Кодовые (точность в абсолютном методе 5 -10 м, в дифференциальном – дециметры) - Фазовые (точность - сантиметры) • -

Классификация спутниковой аппаратуры • По количеству принимаемых частот: - Одночастотные L 1 (ограничение расстояния между пунктами до 10 -15 км) - Двухчастотные L 1/L 2, трехчастотные L 1/L 2/L 5(возможны измерения на больших расстояниях) • По количеству каналов: В настоящее время – все многоканальные

Классификация спутниковой аппаратуры • - По назначению: Навигационные Топографические Геодезические Для сбора ГИС-информации Авиационные Для передачи точного времени Специального назначения, OEM-модули Комплексирование с инерциальной аппаратурой и др.

Классификация спутниковой аппаратуры • Дополнительные возможности - Работа в режиме реального времени (RTK – real time kinematic), с устройством для приема/передачи дифференциальных поправок - Работа в режиме PPP (Precise Point Positioning) - Прием поправок от SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS и пр. ) - Работа в режиме постоянно действующей базовой станции

• • • Классификация аппаратуры (примеры): По количеству отслеживаемых систем По количеству принимаемых частот По назначению По форме принимаемого сигнала Характеристика приемника Garmin по признакам классификации: ?

2. 3. 2 Примеры спутникового оборудования Спутниковое оборудование фирмы Leica

Спутниковое оборудование фирмы Trimble

Спутниковое оборудование фирмы Sokkia

Спутниковое оборудование фирмы Topcon

Спутниковое оборудование фирмы Javad

ГНСС-приемники South, Китай

КБ НАВИС, РОССИЯ • Геодезический приемник

Пример описания ГНСС-приемника • Особенности: • RTK GNSS приемник S 86 T на основе ОЕМ модулей Trimble BD 970 • GPS (L 1 C/A, L 2 E, L 2 C, L 5), ГЛОНАСС (L 1 C/A, L 1 P, L 2 C/A (ГЛОНАСС M), L 2 P), SBAS (L 1 C/A, L 5), Galileo GIOVE-A и GIOVE-B (L 1 BOC, E 5 A, E 5 B, E 5 Alt. BOC 1) и Compass • Полностью герметичный и интегрированный УКВ приемник • Полностью герметичный и интегрированный внутренний GPRS / GSM модем (прием/передача) • Внутренняя память 4 Гб

Типы антенн • Микрополосковая • Choke-ring (для подавления многопутности)

Интернет-адреса поставщиков оборудования Гармин, сервисный центр Garmin. ru - Новосибирск, Красный проспект, д. 8 Навгеоком navgeocom. ru Новосибирск, ул. Вокзальная магистраль 15 Геостройизыскания gsi. ru – Новосибирск, ул. Кошурникова 22/4 Уралгеотехнологии ugt. ur. ru – Новосибирск, ул. С. Шамшиных, 30

Стандартный комплект спутниковой аппаратуры для выполнения геодезических измерений • Приемник, антенна. • Кабель связи между приемником и антенной (или моноблок, или blue-tooth) • Контроллер • Модем для приема (или передачи) поправок в измерения (координаты) • Устройства для установки: трегер, штатив, оптический центрир, рулетка • Питание: аккумуляторы, зарядное устройство • Карта памяти • Кабель для передачи данных в ПО (или blue-tooth) • ПО для обработки спутниковых измерений

? • Назовите несколько фирм-производителей спутниковой аппаратуры • Типы спутниковых антенн: • Стандартный комплект спутниковой аппаратуры для выполнения геодезических измерений

2. 4 Информационно-техническое дополнение ГНСС • Информационное обслуживание • Международные организации • Функциональное дополнение Организационно не связаны с ГНСС, но обеспечивают получение более точных результатов измерений, чем штатными средствами.

2. 4. 1 Международная ГНСС-служба (IGS)

http: //igscb. jpl. nasa. gov

Международная ГНСС-служба (IGS)

IGS на территории СНГ

Станция IGS NVSK

Продукты IGS • • • Точные эфемериды GPS и ГЛОНАСС Поправки часов спутников Координаты и скорости станций слежения Параметры вращения Земли Параметры атмосферы См. файл «Продукты IGS»

2. 4. 2 CDDIS Crustal Dynamics Data Information System (информационная система данных о динамике земной коры)

2. 4. 3 Дифференциальные подсистемы • Широкозонные дифференциальные подсистемы SBAS (Space Based Augmentation System – система дополнения космического базирования – с использованием геостационарных спутников) WAAS – США EGNOS – Европа MSAS – Япония СДКМ – Россия См. раздел «Дифференциальный метод ГНСС»

2. 4. 4 Сети активных базовых станций • Сеть непрерывно действующих станций ГНСС, данные которых общедоступны по линиям связи Примеры: CORS – активная сеть США АБС НСО – сеть активных базовых станций Новосибирской области, ПДБС Новосибирск – постоянно действующие базовые станции г. Новосибирск При работе в режиме реального времени, RTK (Real Time Kinematic) – данные передаются в специальном формате: RTCM-SC-104, CMR+ и пр.

? • Продукты IGS - … • Несколько городов в России, где действуют станции IGS • CDDIS - … • Примеры широкозонных дифференциальных подсистем • Примеры сетей активных станций