ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 12
Тема – Навигационные приемники, используемые в спутниковой геодезии и основные методы измерения.
Продолжительность – 6 часов
Цель – Знакомство с навигационными приемниками, используемые в спутниковой геодезии и основными методами измерений.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Задание:
1. Изучить навигационные приемники, используемые в спутниковой геодезии;
2. Изучить основные методы измерений;
3. На основании изученного материала составить тесты (30 штук с ответами):
- на установление соответствия;
- закрытой формы с единичным выбором;
- на установление правильной последовательности.
Образец:
|
ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ № с ___ по ___ 1. Соотнесите содержание столбца 1 с содержанием столбца 2; 2. Запишите соответствующие строки бланка ответов букву из столбца 2, обозначающую правильный ответ на вопросы столбца 1. В результате выполнения Вы получите последовательность букв и цифр. |
| № | Задание (столбец 1) | Содержание (столбец 2) | Эталон ответа |
|---|---|---|---|
| 1 |
1. Трудовые ресурсы 2. Материальные ресурсы 3. Предпринимательство |
А). Всё, с помощью чего производят товары Б). Профессиональный, интеллектуальный потенциал предприятия В). Риск, инициатива, поиск новых решений |
1б 2а 3в |
|
ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ № с ___ по ___ Выберете букву, соответствующую правильному варианту ответа и запишите в колонку ответов |
| № | Задание (вопрос) | Эталон ответа |
|---|---|---|
| 2 |
Предприятие, которые в основе своей деятельности имеют производство товаров и услуг, называется: а). Торговым; б). Промышленным; в). Обслуживающим; г). Транспортно – экспедиционным |
б |
|
ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ № с ___ по ___ Впишите в колонку ответов окончание предложения или пропущенное слово (слова) |
| № | Задание (вопрос) | Эталон ответа |
|---|---|---|
| 3 | Процесс планирования, организации, мотивация и контроль работников организации, называется …. | Управление |
1. НАВИГАЦИОННЫЕ ПРИЁМНИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГЕОДЕЗИИ
Все приёмники, используемые в инженерно-геодезических работах, делятся на две группы:
Первая группа. К этой группе относятся приёмники, которые работают по принципу последовательного отслеживания и измерений расстояний до
навигационных спутников рабочего созвездия;
Вторая группа – это приёмники, которые отслеживают и обеспечивают измерение расстояний одновременно до четырех или более навигационных спутников,
то есть ведущие измерения параллельно.
Преимуществом GPS-приёмника является:
- оперативность;
- мобильность;
- возможность проведения измерений в сложных условиях;
- исключается необходимость в прямой видимости на пункты государственной геодезической сети.
Существуют следующие виды приёмников:
1. Одноканальные приёмники, которые используются в случаях, когда не требуется вести измерения «в режиме реального времени»,
то есть непрерывно и не требуется измерения скорости объекта, на котором установлен приёмник.
Для определения координат местоположения одноканальный приёмник выполняет последовательно четыре отдельных измерения до четырех различных спутников.
Измерение одной точки занимает от 2 до 30 секунд, что во многих случаях может оказаться вполне приемлемым.
Одноканальные приемники экономичны и дёшевы, но тем не менее им свойственны недостатки:
- нельзя производить измерения с подвижного объекта (с автомобиля и т.д.);
- в ходе каждого цикла (из четырех измерений) приёмник должен оставаться неподвижным;
- работа по определению координат прерывается в моменты, когда навигационные спутники передают свои информационные сообщения, прием и расшифровка
каждого из которых занимает около 30 секунд;
2. Двухканальные приемники работают по следующему принципу:
- один канал приёмника производит обработку результатов временных измерений до одного спутника, другой канал устанавливает радиоконтакт с очередным
спутником для проведения измерений;
- закончив цикл частичной обработки данных первый канал мгновенно переключается на измерения очередного спутника без потери времени на его «захват» и «прослушивание»;
- второй канал, который называется административный, тем временем обращается к следующему спутнику и т.д.
Административный канал используется для приёма информационных сообщений без прерывания процесса определения координат местоположения и может быть
использован для обработки временных измерений.
Современные двухканальные приёмники программируются для слежения за более чем четырьмя спутниками, и в тех случаях, когда за одним из рабочих спутников
теряется контроль, мгновенно используется другой, без перерыва процесса определения координат, что существенно ускоряет работу приёмников;
3.Многоканальные приемники (непрерывного слежения) при производстве инженерно-геодезических работ могут иметь 4,6,8,12 и даже 24 канала слежения,
что дает непрерывное определение координат в режиме реального времени, скорости и траектории движения.
Многоканальные приёмники могут обрабатывать сигналы всех спутников рабочего созвездия, видимых в настоящий момент на небосклоне, а некоторые приёмники
одновременно и спутники разных орбитальных систем: NAVSTAR (США) и ГЛОНАСС (Россия).
4. Многоканальные двухчастотные приёмники – это приёмники, которые работают с использованием кодов на двух частотах: 1575,42 МГц и 1227,6 МГц.
Приёмники такого уровня обеспечивают более точное определение координат точек местности.
Современный приёмник содержит следующие главные компоненты:
- антенна и связанная с ней электроника;
- радиочастотный блок с контурами слежения;
- навигационный микропроцессор;
- блок питания;
- блок команд и контрольный дисплей
 |
 |
 Схема одноканального GPS-приёмника |
|---|
1. Антенна. Антенное устройство – это входная часть GPS-приёмника и обеспечивает приём радиосигнала от входящих (в поле зрения) спутников.
Выбранный тип и режим работы антенны влияет на прием сигналов от спутников и на точность производимых спутниковых измерений.
Антенны для геодезических GPS измерений должны быть прочными, простыми по конструкции, иметь стабильные электрические фазовые центры, быть устойчивыми
и иметь хорошие характеристики диаграммы направленности, одинаковые во всех направлениях верхней полусферы.
Для GPS-антенны важны размеры и форма, так как от этих характеристик зависит способности антенны улавливать и передавать в приёмник очень слабые сигналы.
Существуют следующие типы антенн:
- монопольной и дипольной конфигурации;
- квадрифиллярные (с намоткой в четыре нити) спирали;
- спиральные завитки;
- щелевые и микрополосковые.
2. Радиочастотный блок и система слежения. Работа радиочастотного блока в GPS/ГЛОНАСС – приёмнике состоит в переводе радио частоты (РЧ),
прибывающей на антенну, к более низкой частоте, которая называется промежуточная частота (ПЧ), при помощи её легче управлять в других блоках приёмника.
Основными элементами радиочастотного блока являются:
- генератор опорной частоты;
- умножители для получения более высоких частот;
- фильтры для подавления ненужных частот;
- смесители.
Промежуточная частота получается путем перемножения в смесителе входного сигнала с чистым синусоидальным сигналом, генерируемым составной частью приёмника,
известной как вспомогательный генератор (гетеродин).
3. Микропроцессор. Сигнал на промежуточной частоте преобразуется в цифровую форму и слежение за кодами и фазами выполняется с помощью программы
в микропроцессоре.
Под контролем микропроцессора в GPS-приёмниках происходят следующие операции:
1. Начальный захват сигналов спутника;
2. Отслеживание кодовых и фазовых сигналов;
3. Обработку навигационного сообщения;
4. Определение координат местонахождения пользователя;
5. Контроль текущих состояний спутников в созвездии и др.
Микропроцессор включает:
- таймеры;
- различные запоминающие устройства;
- интерфейсные платы для стыковки с пультом управления;
- другие характерные для вычислительной техники узлы.
Микропроцессор управляет вводом команд от пользователя, выводом информации на дисплей и передачей данных через порты связи.
4. Блок питания. Приёмники имеют внутренние питание постоянным током, обеспечиваемое перезаряжаемых никель-кадмиевых аккумуляторов.
Приёмники последних моделей потребляют очень малый ток, что увеличивает время работы от аккумуляторов.
5. Блок команд и контрольный дисплей. Большинство приёмников имеют клавиатуру и дисплей для интерактивной работы пользователя с устройством.
Клавиатура используется для ввода команд, ввода данных, для установки оптимальных функций, для ввода вычисленных координат, времени и других деталей
в память устройства.
Дисплей используется как устройство вывода информации. На экране устройства выводятся текущие данные о спутниках и их положении, о координатах места
нахождения приёмника.
Устройство навигационного приёмника состоит из аналоговой и цифровой частей:
 Схема аналоговой части GPS-приёмника |
|---|
1. Вибратор антенны и МШУ (малошумные усилители) находятся в антенном блоке, а МШУ может быть распаян внутри модуля GPS, а антенный вибратор
размещен на отдельной плате;
2. После МШУ усиленный сигнал поступает на двухканальный супергетеродинный приёмник (вспомогательный генератор) в СВЧ-часть (СВЧ – сверхвысокая частота);
3. В каждом канале установлен усилитель РЧ (радиочастот), смеситель, фильтр ПЧ (промежуточной частоты), на который подается соответствующий сигнал опорной частоты;
4. Второй преобразователь частоты (CLK) формирует тактовый сигнал для работы АЦП (аналого-цифрового преобразователя);
5. Третий преобразователь частоты формирует (CLK) тактовый сигнал для работы микропроцессора и других цифровых устройств;
6. После «понижения» частоты сигнал оцифровывается аналого–цифровым преобразователем (АЦП) и уже цифровой сигнал обрабатывается в специальной схеме ASIC.
ASIC (АСИК) – эта микросхема выполняет (и очень быстро) только те операции, которые в неё запрограммированы. Кроме выполнения определённых
алгоритмов ASIC больше ничего не умеет.
 Схема цифровой части GPS-приёмника |
|---|
7. Помимо аппаратной обработки, в приёмнике реализована и программная обработка. В составе любого GPS-приёмника есть своя микропроцессорная система – это микрокомпьютер.
Микрокомпьютер состоит из следующих частей:
- процессора;
- ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);
- ОЗУ (оперативное записывающее устройство) – оперативная память;
- порты интерфейсов.
Существуют следующие основные методы проведения измерений:
1. Статический метод – это наиболее точный способ, погрешность которого не превышает 5мм (миллиметров);
Статистический метод применяется при выполнении высокоточных работ. Продолжительность сеанса зависит от длины в сеансе линий, количества одновременно наблюдаемых
спутников, типа приёмников и требуемой точности.
Недостатки статистического метода:
- наблюдение производится длительное время от 30 секунд до двух часов;
- при холодной погоде снижается время работы аккумулятора;
2. Кинематический метод используется в топографической съемке и на масштабных объектах. Погрешность измерений составляет не более двух сантиметров.
Достоинство – измерение производится за короткий период времени.
3. Быстростатистический метод. На основании этого метода создается схема сгущения сетей. Для выполнения измерений достаточно 15-20 минут,
чтобы получить необходимые данные.
Недостаток – не самый достоверный способ измерений.