Измерение широты и долготы (инструменты, хронометры).
Во второй половине XV-го века началась Эпоха Великих географических открытий. Плавания на дальние расстояния (зачастую в совершенно неизвестные края) поставило перед моряками новые задачи. Они были связаны, в первую очередь, с необходимостью точно определить свое местонахождение. А значит, необходимы были приборы для определения широты и долготы. Со времен Древней Греции были известны гномон и астролябия — астрономические инструменты для нахождения широты.
Сферическая астролябия.
Изобретателем астролябии считается женщина — Гипатия Александрийская. Примерная дата создания — 370 год до нашей эры. Причем применяли астролябию в начале в архитектуре для измерения высоты объектов. В Европе ее начали использовать лишь в XII-м веке для определения высоты небесных тел. Позднее, уже в XVIII-м веке был изобретен секстант — более совершенный прибор для определения широты. Принцип определения описал еще Исаак Ньютон. Он, правда, не опубликовал его, так что «отцом» секстанта считается английский математик Джон Хейли.
С измерением долготы все обстояло сложнее. Определить ее по углу возвышения Полярной звезды, как широту, возможным не представлялось. В XVII-м веке Англия, Франция и Голландия объявили, что выплатят солидные награды тому, кто найдет способ точного определения долготы. Свои методы предлагали многие ученые, включая Галилео Галилея. Его проект состоял в том, чтобы измерять долготу по положению спутников Юпитер. Метод этот, однако, требовал не только сложнейших вычислений, но и новых астрономических инструментов, которых в то время еще не существовало. Голландец Фризиус Гемме, в конце концов, предложил определять долготу, сравнивая время в точке нахождения со временем в порту отправки. Точные часы, позволявшие воплотить эту идею в жизнь, были созданы в 1749-м году Джоном Харрисоном.
|
|
|
Его хронометр вскоре стал неотъемлемой частью любого выходившего в море корабля. Долгота определялась по разнице во времени между точкой нахождения и Гринвичем.
Радионавигация (наземный аналог спутниковых систем).
Радионавига́ция — область науки и техники, охватывающая радиотехнические методы и средства вождения автомобилей, кораблей, летательных и космических аппаратов, а также других движущихся объектов.
Применение радионавигационных методов и средств позволило увеличить точность прохождения маршрутов движущимися объектами и вывода их в заданный район, а также значительно повысить безопасность хождения судов и полетов самолетов в сложных метеорологических условиях. Объединение различных радионавигационных устройств в определенные системы в принципе позволяет обеспечить выполнение всех основных задач навигации. Однако в целях повышения надежности и безопасности вождения объектов в наиболее сложных условиях такие системы на практике используют совместно с нерадиотехническими средствами, например с инерциальной навигационной системой, с которыми они образуют комплексные (комбинированные) системы навигации.
|
|
|
Виды радионавигационных систем
Наземные радионавигационные системы
ОНЧ
США- Omega
Россия- RSDN-20 «Альфа»
НЧ
США- Loran-C
Россия-Чайка
Великобритания- Decca
Великобритания- Consol
СССР- Марс-75
СССР- Брас
СССР- РС-10
ВЧ
СССР-РЫМ
СССР-ГРАС
Метровые и дециметровые волны
СССР- РСБН
VOR/DME
Спутниковые радионавигационные системы
высокоорбитальные (высота орбиты порядка 35 тыс. км)
Китайская Народная Республика- Бэйдоу
среднеорбитальные (высота орбиты порядка 20 тыс. км)
США-GPS
Россия- ГЛОНАСС
ЕС- «Галилео»
низкоорбитальные (высота орбиты порядка 1 тыс. км)
США -Transit (NAVSTAR)
СССР- «Парус», «Цикада»
Классификация
по способу определения местоположения:
угломерные;
дальномерные;
разностно-дальномерные (гиперболические);
комбинационные.
по виду несущего информацию и измеряемого параметра радиосигнала.\
|
|
|
Спутниковые системы позиционирования (наземный, спутниковый и пользовательские сегменты).
КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ.
Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.
НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ.
В состав наземного сегмента входят космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.
|
|
|
Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами.
Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.
ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ СЕГМЕНТ.
В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.
Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.
Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – то есть часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.
В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.
В действительности показания часов, которые входят в состав навигационной аппаратуры потребителя, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один - смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.
Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли, о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.
Геоцентрические системы координат - системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.
Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:
радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),
лазерная локация космических аппаратов (SLR),
доплеровские измерительные системы (DORIS),
навигационные измерения космических аппаратов ГЛОНАСС и других ГНСС.
Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!