„Повече грамотни, по-малко глупаци.“

Спътникова геодезия.

От геометричните условия на видимост се определя взаимното разположение на спътника, пункта на наблюдение и Слънцето. За да се избегнат големи грешки заради влиянието на рефракцията, наблюдението на спътника е желателно да се извършва на височина αс над хоризонта при не по-малко от 10º. Ъгъл χ между направленията от центъра на Земята О към спътника S и към наблюдателя N (рис. 65) може да се определи по формулата:

където R – радиус на Земята, Н – височина на ИСЗ над повърхността на Земята. Едновременната видимост на спътника в дадено положение от няколко пункта е възможно, ако тези пунктове попадат на или в окръжност с радиус МС = Rχ/ρ, чийто център се явява под спътниковата точка С на даденото положение на спътника. Практически, едновременна геометрична видимост на спътник в участък от орбитата е осигурена, ако пунктовете на наблюдение попадат на или вътре във областта на препокриване на кръговете с радиус Rχ/ρ от центровете в началната и крайната под спътниковите точки на наблюдавания участък от орбитата.
Пространственото построяване, в основата на което лежи измерването на топоцентричните вектори от наземния пункт до спътника, което се нарича спътникова векторна мрежа.
Въвежда се геоцентрична права правоъгълна координатна мрежа oxyz с начало в точка о в центъра на масата на Земята. Оста z е насочена на север към приетият среден полюс, оста x е разположена във въображаема плоскост, която се явява начало за отчета на астрономичната дължина (рис. 66).
Нека на повърхността на Земята има пункт М(xм, yм, zм), определен от геоцентричния вектор R, и спътника S(xs, ys, zs) в пространството, определян от геоцентричния вектор rs (геоцентрично разстояние до ИСЗ), αs и δs – геоцентрични екваториални координати на спътника (пряко възкачване и склонение). Положението на спътника относно пункта М се определя от топоцентричния вектор (разстояния) ρ, а α и δ – съответно от прякото възкачване и склонение на спътника. Лесно е да се види, че:

Векторното съотношение (5.2) играе ролята на основно уравнение в спътниковата геодезия. В координатната система oxyz това уравнение има следния вид:

Приближените значения на величините, входящи в уравнение (5.2), са предварително известни или могат да бъдат намерени. Съставяйки уравнения, свързващи поправките към приети приближени координати на пунктовете на земната повърхност и спътника, по пътя на сложна обработка могат да се определят координатите на определяните пунктове.
В спътниковите навигационни системи (СНС) от първо поколение за определяне на местоположението се използва ефекта на Доплер. Едно наблюдение на спътника позволява да се напише уравнение на една линия на положението, имаща форма или на хипербола (доплеров диференциален метод), или много по-сложна крива изодопа (доплеров интегрален метод). При n наблюдения положението на наблюдателя се получава в една от точките на пресичане n на съответните хиперболи или изодопи.
В СНС от второ поколение се измерва далечината, тоест разстоянията от определяната точка до спътниците, чиито координати са известни във всеки момент във времето. Геометричната идея за такова определяне се заключава в намирането на положението на точката с линейна пространствена засечка; положението на точките се фиксира или от три правоъгълни координата X, Y, Z, или от геодезични координати на елипсоида (ширина В и дължина L) и височината H над повърхността на елипсоида.
При обработката на наблюденията на спътниците се налага да се отчита параметърът „време”, поради това за еднозначно решаване на засечките се изисква да се наблюдават четири спътника, разположени равномерно по азимута (през 90º) и под ъгъл на наклона αс = 40º – 60º.
Съществуват абсолютни и относителни способи за определяне на координатите с помощта на СНС. При абсолютния способ се получават координатите на пункта на установка на антената в приетата координатна система; при относителния способ комплекта апаратура се разполага в два пункта, единият от който има известни координати, и от наблюденията се определят измененията на координатите между тези пунктове.
Точността на получаваните величини зависи от способа на определяне на координатите, от типа апаратура и от характера на кода на сигнала на спътника. Така, навигационната апаратура, използваща абсолютния способ извършва измерванията с погрешност 30 – 100 м, при понижена точност и 1 – 30 м, при повишена точност. Измерванията по относителния способ при изпълнение на топографските работи се характеризират с погрешност 0,1 – 0,5 м и при геодезичните – (5 – 10) мм + S.10-6, където S – разстояние между геодезичните пунктове.
Построяване на нова геодезична основа.
До началото на 70-те години на миналия век в областта на космическата геодезия в Русия се провеждат изследвания по много важно направление: определяне на параметрите на гравитационното поле на Земята (ГПЗ) по земни и спътникови измервания. Със създаването на лабораторията по спътникова геодезия през 1968 г. започват изследвания и практически работи по създаването и построяването на геодезична мрежа по наблюденията на спътниците и други космически обекти. Точността на определяне на положението на пунктовете за наблюдение по фотографските методи достига 3 – 5 м.
Към края на седемдесетте започват работите по геодезичното използване на доплеровите наблюдения на спътниците от навигационната система TRANSIT. Както и при използването на фотографските наблюдения, провеждат се съвместни работи по създаването на обединена доплерова геодезична мрежа (ДГМ), обхващаща територията на България, Полша, Чехословакия, Унгария, ГДР. В резултат е била създадена мрежа, включваща 160 пункта при разстояния между тях 300 – 1000 км. Тези пунктове са били включени в съвместно изравняване с основната мрежа на Русия. Точността на определяне на положението на пунктовете от ДГМ в единната система за всеки от пространствените координати съответства средно на 0,5 м.
Започвайки от средата на осемдесетте едно от приоритетните направления за изследване е станало геодезичното използване на спътниковите системи GPS и ГЛОНАСС и техните подобрени аналози, станали основа на геодезичните технологии за широк спектър от приложения в много производствени и научно технически отрасли, изискващи геодезично осигуряване. Поради това е била разработена Концепция за преход на топографско геодезичните производства на автономни спътникови методи за координатни определения и Федерална целева програма по формирането на държавна система за геодезично осигуряване насочено към реализация на тази концепция.
През последните години са достигнати големи успехи в развитието и използването на спътниковите глобални системи за позициониране (GPS). Високата точност на определяне на координатите позволява използването им при решаване на широк спектър от геодезични задачи – от определяне положението на пунктовете от нова геодезична основа до геодезична основа на проектно проучвателни работи и строителството на различни народно стопански обекти.
Сравнението на GPS методите с традиционните са показали висока икономическа ефективност на първите: за изпълняване на полевите GPS измервания е било използвано осем пъти по-малко време (човеко – часа), а за организационни и камерални работи – шест пъти.
Преимущества на GPS метода пред традиционните:
– отсъствие на необходимост от пряка видимост между пунктовете;
– много висока точност относно определяне на координатите;
– получените резултати са в единна координатна система;
– възможност за получаване на тримерно решение (планово и височинно);
– висока степен на автоматизация, както на полевите, така и на камералните работи; повишаване на безопасността при изпълняване на работите;
– икономична целесъобразност.
Всичко изложено по-горе позволява да се направи следния извод за целесъобразността на използването на GPS апаратура не само за пространствена опорна геодезична система, но и при инженерно геодезичните работи, където ефекта може да бъде още по-голям. Традиционните технологии могат да бъдат по-ефективни от GPS методите при извършване на работи в условията на плътна градска много етажна обстановка и при други обекти, където приемането на спътниковите сигнали е затруднен или невъзможен.