Понятие об автономном определении координат точек

Последним крупным достижением в области геодезии является так называемое автономное определение координат точек, расположенных на и вблизи земной поверхности. Слово «автономный» означает, что при производстве наблюдений на определяемом пункте не требуется прямой видимости на соседние пункты.

Автономное определение координат точек выполняется с помощью спутниковых навигационных систем (СНС). В настоящее время функционируют навигационные системы 1-го поколения ЦИКАДА (Россия) и TRANSIT (США) и системы 2-го поколения ГЛОНАСС (Россия) и NAVSTAR (США). Система NAVSTAR имеет и другое название — GPS (Global Positioning System); спутники СНС NAVSTAR (числом около 20) вращаются вокруг Земли по круговым орбитам на высоте около 20 000 км. Наземный командно-измерительный комплекс этой системы включает координационно-вычислительный центр, командно-измерительную станцию, несколько станций слежения (Аляска, Калифорния, Гавайские острова и остров Гуам) и станции закладки служебной информации (в штатах Северная Дакота и Калифорния).

При использовании российских навигационных систем координаты определяемых пунктов получаются в системе координат 1942 года (СНС ЦИКАДА) или в системе СГС-90 (СНС ГЛОНАСС), при использовании американских систем — в системе координат WGS-84.

В спутниковых навигационных системах 1-го поколения для определения местоположения используется эффект сдвига частот радиоизлучения движущегося источника (эффект Доплера). Одно наблюдение спутника позволяет написать уравнение одной линии положения, имеющей форму либо гиперболы (доплеровский дифференциальный метод) либо более сложной кривой изодопы (доплеровский интегральный метод) [21]. При n наблюдениях положение наблюдателя получается в одной из точек пересечения n соответствующих гипербол или изодоп.

В период с 1987 по 1993 год для общего повышения точности и однородности государственной геодезической сети СССР создана доплеровская геодезическая сеть из 136 пунктов, равномерно расположенных по всей территории.

В спутниковых навигационных системах 2-го поколения измеряются «дальности», то-есть, расстояния от определяемой точки до спутников, координаты которых известны на любой момент времени. Геометрическая идея такого определения заключается в нахождении положения точки из линейной пространственной засечки; положение точки фиксируется либо тремя прямоугольными координатами X, Y, Z либо геодезическими координатами на эллипсоиде (широтой B и долготой L) и высотой H над поверхностью эллипсоида.

Поскольку при обработке наблюдений спутников приходится учитывать параметр «время», то для однозначного решения засечки требуется наблюдать 4 спутника, расположенных равномерно по азимуту (через 90o) и под углом наклона = 40o — 60o к горизонту (рис. 2.26).

Рис. 2.26.

В отличие от относительно простой геометрической идеи техническое решение задачи оказалось очень сложным; оно использует новейшие достижения как теории спутниковой геодезии и радиоэлектроники, так и геодезического и электронного приборостроения.

Существуют абсолютный и относительный способы определения координат с помощью СНС; при абсолютном способе получают координаты пункта установки антенны в принятой системе координат; при относительном способе комплект аппаратуры распределяется на два пункта, один из которых имеет известные координаты, и из наблюдений определяют приращения координат между этими пунктами.

Точность получаемых величин зависит от способа определения координат, от типа аппаратуры и от характера кода сигналов спутника (таблица 2.1).

Таблица 2.1.

Области применения СНС для целей геодезии:

построение общеземной фундаментальной геоцентрической системы координат и поддержание ее на уровне севременных и перспективных требований науки и практики, установление единой геодезической системы координат на территории страны, изучение деформаций земной поверхности, предваряющих и сопровождающих землетрясения и другие опасные природные явления, изучение фигуры и гравитационного поля Земли и их изменений во времени, геодезическое обеспечение картографирования территории страны и акваторий окружающих ее морей, геодезическое обеспечение проведения земельной реформы, кадастров, строительства, добычи и разведки природных ресурсов, метрологическое обеспечение средств и методов определения координат и ориентирования в пространстве.

определение местоположения транспортных средств на суше, на воде и в воздухе.

Согласно [20] за период с 1998 по 2005 год предусматривается создать «новую эффективную государственную систему геодезического обеспечения России, основанную на применении спутниковых и космических средств и технологий, позволяющих повысить точность, оперативность и экономическую эффективность решения геодезических задач» .