PRAWA KEPLERA:

1. Prawo orbit- wszystkie satelity poruszają się po orbitach eliptycznych w jednym z ognisk znajduje się Ziemia.

2. Prawo pól- odcinek łączący satelitę z Ziemią zakreśla w równych odstępach czasu równe pole.

3. Prawo okresowości- kwadrat obiegu każdego satelity jest wprost proporcjonalny do sześcianu średniej odległości satelity od Ziemi T²/a³=const .

CHARAKTERYSTYCZNE PRĘDKOŚCI:

V_I= pierw(GM/R); V_II=pierw(2)*V_I

Orbita: na kształt wpływają: księżyc, słońce, pole graw. innych planet, ciśnienie wiatru, zmienność pola graw. ziemi, szczątkowy wpływ atmosfery.

PERTURBACJE RUCHU PO OBICIE

- hamujący wpływ atmosfery ziemskiej (nie tylko hamujący- jonosfera i egzosfera zawierają cząstki naładowane elektrycznie, które ładują metalowy korpus satelity- powstanie prądów indukcyjnych , które wytważają znaczne ciepło), anizotropia pola grawitacyjnego, wpływ jonosfery i egzosfery,

ciśnienie promieniowania słonecznego.

Strefy oddziaływań:

- zewnętrzna- zakłócenia przez duże ciała niebieskie (Słońce)

- środkowa- anizotropia pola grawitacyjnego jest taka sama jak wpływ ciał obcych

- wewnętrzna- działanie hamujące atmosfery jest na tyle znaczne, że należy je uwzględniać.

Zakłócenia nie grawitacyjne w górnych warstwach atmosfery zmniejszają się szybko wraz ze wzrostem odległości od Ziemi- 2R od środka można je praktycznie pominąć.

Anizotropia pola grawitacyjnego sięga dużo dalej. 10R praktycznie nie ma już znaczenia. Powyżej tej odległości ruch sztucznego satelity wystarczająco dokładnie opisują równania różniczkowe klasycznej mechaniki nieba.

RODZAJE ORBIT WOKÓŁZIEMSKICH:

- LEO- wyskość orbity 100-1500km, okres obiegu ok. 90min, używana jest przez ISS, satelity pogodowe i telekomunikacyjne, zasięg znajduje się poza pasami Van Allena.

- MEO- wysokość orbity 8000-20000km, narażone są na większe promieniowanie ze strony pasów Van Allena, doskonale nadaje się do użytkowania przez satelity telekomunikacyjne, których wystarczy kilka aby zapewnić łączność na całym globie, umieszczenie satelitów nawigacji typu GPS, GALILEO.

- Geosynchroniczna orbita- wysokość orbity 35786km, okres obiegu 24h, znajduje się w stałym pkcie nad powierzchnią Ziemi, używana przez satelity komercyjne i wojskowe, DSP oraz przez TDRSS, satelita z i=0, geostacjonarna, wystarczą 3 dla zapewnienia ciągłej komunikacji.

- HEO (eliptical) orbit-rozwijana jako alternatywa dla geosynchronicznej orbity, głównie przez Rosjan, dogodna dla telekomunikacji głównie z północnymi szerokościami geog, apogeum można umieścić w odpowiednim dla nas obszarze, wystarczą 3 do komunikacji ciągłej.

O. Synchronizowana słoneczna i polarna; normalna i wsteczna

ALMANACH (60 dni przed pomiarem, przewidywana ~100m)

BROADCAST (pomiarowa Real time, 1-2m)

PRECISE (uż w post processingu, ok. 2 tyg, 5-10cm)

SERGMENTY:

Stacje monitorujące =(dane z obserwacji, wyznaczanie pop. atmosfer. na 12h)> KONTROLNY=(efemerydy, równania zegara, dane atmosferyczne, almanach)> KOSMICZNY=(sygnał nadawczy, inf o pozycji, dane atmosferyczne, almanach)> UŻYTKOWNIKA

KOSMICZNY: antena nadawcza i odbiorcza, panele słoneczne, komp. pokł nadzorujący zegary i generujący kod, reguluje prace silników sterujących.

KONTROLNY: 5 stacji: Master Control, Monitoring Stat, Grand Control Sat.

UŻYTKOWNIKA:cywilni (nawigacja, pom geo, pom naukowe, turyst, sport.), wojskowi (naw. Wojskowa, ratownicza artyleria)

POM.KODOWY: [L1, L2][lam 19, 24] na transmitowana częstotliwość nośna (fL1 = 154f0, fL2 = 120f0; f0 = 10.23 MHz) nakładane sa binarne kody. Dla częstotliwości L1 sa to kody C/A -

Coarse/Acquisition oraz P - Precise). Dla L2 wyłącznie kod P. Sekwencje powtarzają sie co 1.5 s-C/A oraz co tydzień P. r=ts-tp, odl=r/C (299792458km/s)

PSEUDOODLEGŁOŚC (zegary sat i odbiornika nie są zsynchronizowane) Todb t sat

P=C(T+dT-t-dt)+dIon+dTrop+dmp+e

POM. FAZOWY: ddFI=ro+[c(dT-dt)]+lamn-dIon+dTrop+dmp+e

RÓŻNICOWE Poj/pod/pot> eliminacja:bł zeg sat I rzędu/I odb/I odb; trzeba zred jono I toposfera; w 3 eliminacja nieoznaczoności.

BŁĘDY: SA Selective Availability (5cm-50m); Op jonosferyczne 10-30m; Op toposferyczne (30m); Bł efemerydy (3m), Bł zegara sat.

orbity (Modulowane), zegary (różnicowanie), przeskok fazy (różnicowanie), op jonosferyczne (eliminuje L1L2), op troposferyczne (modelowane z pomiarów), odbicia (OGRANICZONE budową anteny), zmiennośc centrum fazowego ant (kalibracja), geometria satelitów (DOP), szum sygnału (L1 4.4, L2 6.6, L1/L2 12.8), szum odbiornika, pomyłki, grube błędy (wykrywa obs nadliczbowymi)

Jonosferyczna: deltapion=+-a*E/f² *1/cosz' [Total Elektron Contents e; IGS-mapy, dane]

Troposferyczna:empiryczne wyznaczenie, N=Nwet+Ndry (d=ddry+dwet); dT=1oC=dr=1,4ppm, dP=1mb dr=0,3ppm, de=1mb dr=4,6ppm

Dilution Of Precision: defekt wyznaczenia PDOP<5 1/Vtetr pierwTR/detA G(all) P(-t) T(t) H(ne) V(u) Rt*Qxyz*R sig-dokład.

NIEOZNACZONOŚĆ Nf: m. poszukiwań: dla małego bł standardowego, długo czas obs; wideline, narrowline; Quasi Ionic Free, FARA: szybka metoda wyznaczania nieoznacz. Fazowych; LAMBDA alg wyzn. Liczb całkowitych.

MET POMIARÓW GPS. Procedury pomiarów:

Pomiar statyczny min 4 sat, elewacja 15^o, czas obserw min 45 min, PDOPmax- 15, odl miedzy stacjami do 30 km. Błędy: 1cm +/-2ppm, +/- 1”+5”/s[km] - dla wyzn azymutu. Sposób klasyczny pomiaru GPS. Anteny obu odbiorników będą statycznie spoczywać na dwóch punktach (z czego na jednym o znanych współrzędnych) przez długi okres czasu, i że zebranych zostanie dużo danych pomiarowych.

Na statywach lub filarach obserwacyjnych, -Jednoczesne obs. na wielu pkt. -Duże odl. ( 10 do tyś. Km ) -Długie sesje -Interwał rej do 5 sek. -Redukcja wielotorowości -opracowanie danych w post processingu, -pomiary osnów, pomiary badawcze ( wysoka dokładność ) -Wykorzystywane w pomiarach deformacji, ruchu skorupy ziemskiej -Pomiar przy pomocy 1 lub 2 odbiorników

Pomiar pseudostatyczny min 5 sat, elewacja 15^o, czas obserw- dwie sesje dla kazdego wekt (2-10 min), PDOP <=5, odl miedzy stacjami do 30 km. Błędy: 3cm +/-2ppm, +/- 2”+5”/s[km] - dla wyzn azymutu.

Pomiar statyczny szybki -fast static interwal zliczen 5-15s, 5, 6 sat, elewacja- 3 sat powyżej 20^o, czas obserw min 5-20

Pomiary kinematyczne Prowadzenie pomiarów kinematycznych wymaga wyposażenia ruchomego odbiornika systemu w rejestrator polowy. Stop&Go jest techniką, która ma umożliwiać łatwy, dokładny pomiar punktów położonych blisko siebie. Podczas gdy poruszamy się pomiędzy stanowiskami pomiarowymi, odbiornik prowadzi ciągłe pomiary GPS. Czas obserwacji można skrócić do 5 sekund na punkt. Dokładność pozioma będzie wynosić 20 mm plus 2 ppm, dokładność pionowa będzie wynosić 40 mm plus 2 ppm. Pomiar ciągły jest podobny do Stop&Go, z tą różnicą, że zamiast odrębnych punktów interesuje nas trasa przebyta przez zespół odbiornik/antena. Standardowy interwał pomiarowy w tej technice wynosi 1 sekundę. Po post-processingu możemy się spodziewać dokładności lepszej niż 20 mm + 2ppm. Dokładność pionowa będzie lepsza niż 40 mm + 2 ppm. [wymagana inicjalizacjaciągły pomiar interwał rejestracji co 1 sekwyznaczane trajektoria]

Pomiar DGPS Jeżeli prowadzimy prace w zasięgu sygnału radiowego DGPS RTCM-104, możemy prowadzić pomiary DGPS z korekcją w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie takiej poprawki umożliwi nam tyczenie i nawigację oraz pomiar współrzędnych punktów z dokładnościami rzędu 1 metra.

Pomiar Real Time Kinematic (RTK)
W tej technice odbiornik referencyjny jest ustawiany nad punktem o znanych współrzędnych. Pomiary kodowe i fazowe obserwowane przez odbiornik referencyjny są następnie przesyłane przez radiomodemy lub telefony komórkowe do odbiornika ruchomego. Odbiornik ruchomy przetwarza dwa zestawy danych GPS dla wyliczenia dokładnej pozycji. Pozycja jest na bieżąco wyświetlana na wyświetlaczu rejestratora odbiornika ruchomego. Użytkownik może następnie nawigować do żądanego punktu z dokładnościami centymetrowymi (+/- 1 cm + 2 ppm w poziomie, +/- 2 cm + 2 ppm w pionie). Warto zwrócić uwagę na 2 najważniejsze ograniczenia techniki RTK: uzależnienie od zasięgu radiowej poprawki RTK (czyli zasięgu radiomodemów bądź zasięgu sieci komórkowej). Drugim ograniczeniem jest odległość od stacji referncyjnej (maksymalnie 15 kilometrów)

DANE POM. W POM. GEODEZYJNYCH

Obserwacje ( L1,L2 - fazy sygnałów, C/A - obs. kodu na 1 częstotliwości, P1,P2 -obserwacje kodu, D1,D2 - obs. Dopplera )

2. Orbity ( parametry orbit pokładowych 3.Dane stanowiska : - nazwa pkt. ( skrót 4 znakowy ) - czas pomiaru ( początek, koniec ) - wysokość anteny ( Ew. ekscentr anteny ) - szkic przysłonięcia horyzontu 4. Dane meteo ( temp. ciśnienie, wilgotność )

OPRACOWANIE DANYCH GPS:

- konwersja plików danych, -sprawdzenie i weryfikacja danych, -obliczenie wektorów, -parametry oceny jakości pomiarów, -wyrównanie sieci, -ocena jakości wyrównania, -pliki wynikowe, -transformacja współrzędnych, -przykładowy program obliczeniowy;

DZIENNIK OBSERWACYJNY - rodzaj pomiaru, sposób pomiaru, kąt obcięcia horyzontu -> elewacja, interwał rejestracji, numer sesji, numer pkt., rysunek jak pomierzyliśmy antenę, sposób pomiaru anteny )

RÓŻNICA MIĘDZY PLIKIEM .N (NAWIGACYJNYM) A .SP3 (ORBIT PRECYZYJNYCH)

Podstawową różnicą jest czas utworzenia pliku.

n - dane zawarte w tym pliku pochodzą z predykcji; są tworzone przez centra obliczeniowe na jakąś epokę w przyszłości

sp3 - dane otrzymane na podstawie obserwacji położenia satelitów na ich orbitach są dostępne na kilka tygodni po rzeczywistej obecności satelity na danym miejscu orbity

RINEX-obserw/met/efemerydalny; depesza: 1. poprawki zegara, wiek danych, status satelitów, 2.efemerydy, 3.efemerydy Cd, 4.informacje, 5.almanac `zdrowie'.

C1-pom pseudoodeległ z C/A; P1,P2- pseudoodl. z P; D1,D2-doppler z obs kodu L1,L2. S1S2-stos sygnału do szumu dla obu czest.

PORÓWNANIE GLONASS I GPS : -Porównując parametry systemów GPS i GLONASS zauważamy: GPS: 26,560, 55* -Identyczna liczbę satelitów - 24 (Rosjanie na chwile obecna nie osiągają tego poziomu, amerykanie planują jej zwiększenie do 30) -Plany orbitalne - 6x4 satelity w GPS i 3x8 w GLONASS - Inklinacja toru- wieksza w przypadku satelitów rosyjskich -Wysokość orbit - amerykańskie satelity znajdują się nad rosyjskimi -Czas okrążenia Ziemi - większy w przypadku amerykańskich z powodu większej wysokości orbit -Inny układ odniesienia - w GPS WGS-84, w GLONASS PZ 90 -Metoda kodowania - w GPS CDMA, w GLONASS FDMA (stad każdy satelita nadaje na innej częstotliwości) - Oba systemy świadczą serwis dokładny (pasmo P) oraz cywilny (C/A) -Amerykański system (po wyłączeniu 1 maja 2000 roku błędu SA) jest dokładniejszy. Glonass widoczne 5 satelitów, unika rezonansu. Obieg: GPS: 11.58, glo 11.16.

GALILEO- eksperymentalne GLOVE-A i B (zegar atomowy, rubidowy; B-meser atomowy); Kompletny: 30 sat na wys 23222km, 9+1 sat na 3 orbitach, 2 centra kontrolne w Eur; 5 stacji transmisji sygn, 10 st referencyjnych; 5 serwisów: open acces do pozycjonowania, odplatny commercial, safety of life - ratowniczy, nawigacja -public regulated; 5-safe and rescue; sygnały Li, E5 i E6. Minimalizacja odbić, w miare przenikalny, szybko dostepny

USA: mniejsza podatność na interferencje, zwiększona dokładnośc, dostępność, spójnośc. L2C (2gi), uzytkowy E911, ochrona przed korelacją kodu (5-12); L5 (3ci) dodatek do C/A-wstecznie kompatybilny, wyzsza precyzja, ochrona przed Interpol, zapewniona wspolpraca z Galileo (12-17); GPSIII start 12. zw dokładność, odporn na Inter, spójność, wstecznie kompatybilny, kom z l2c i l5, dazenie do pokrycia z galileo

INTER. GPS SERVICE.:

Precyzyjne orbity satelitów, parametry ruchu obrotowego ziemi, korekty zegarów, parametry opóźnienia troposfer. na stacjach, globalne mapy jonosfery.

OKREŚLENIE PARAMETRÓW ORBITY

- Kąt inklinacji (i)- określa nachylenie płaszczyzny orbity do płaszczyzny odniesienia(ekliptyki- jest to płaszczyzna wyznaczana przez ziemski równik),

- Długość węzła wstępującego (w) - (RAAN). RAAN orbity satelity jest kątem (mierzonym od środka Ziemi) pomiędzy miejscem przekroczenia równika przez Słońce i miejscem przekroczenia równika przez orbitę satelity,

- Długość pericentrum (omega)- Kąt pomiędzy linią absyd i linią - Anomalia prawdziwa (v)- kąt pomiędzy aktualnym położeniem satelity na orbicie a perygeum .

- Średnia prędkość obiegu -Okres obiegu definiowany jest jako czas upływający od jednego perygeum do następnego. Typowe wartości dla satelitów mieszczą się w zakresie od 1 do 16 obr/dzień.

- Epoka- ściśle określony czas dla którego określa się pozostałe parametry orbity i ich odchyłki.

- Półoś wielka- a- określa rozmiary orbity, jest połową sumy odległości perygeum i apogeum.

- Mimośród orbity- e- ekscentryczność, mówi nam o kształcie elipsy. Kiedy e= 0, orbita jest okręgiem, kiedy e jest bliskie 1, orbita jest elipsą, zawsze 0<e<1

1. VLBI

- Wyznaczanie współrzędnych punktów referencyjnych anten z dokładnością < 1 cm.

- Pomiary ruchów stacji związanych z tektoniką płyt

- Od 1988 r. służba ruchu bieguna oparta jest
o obserwacje VLBI (obok pomiarów laserowych).

- Wyznaczanie długości doby ( ~ 0.1 ms), na którą wyraźny wpływ mają pływy i moment atmosfery.

- Pomiary parametrów pływowych (liczb Love'a).

- Wyznaczanie poprawek do teorii nutacji i precesji.

Dokładności:

- Składowych wektora bazy, są wyznaczane z dokładnością pojedynczych centymetrów.

Powiązanie VLBI z innymi technikami:

- Głównym celem techniki VLBI jest określenie położenia Ziemi w układzie niebieskim. Współpracując z technikami SLR i LLR pomiary VLBI mają za zadanie wyznaczenie kierunków osi głównych układu opartego na środku masy ziemi.

2. SLR

Zastosowanie:

- ustalanie dokładnych odległości pomiędzy punktami na powierzchni Ziemi, co pozwala na powiązanie regionalnych geograficznych sieci z innymi na całym świecie

- wyznaczania parametrów orientacji Ziemi(ruch bieguna i czasu UT1)

- wyznaczania współrzędnych i prędkości stacji ILRS

- wyznaczania pola grawitacyjnego Ziemi

- wyznaczania efemeryd sztucznych satelitów Ziemi z centymetrową dokładnością

- wyznaczania parametrów odniesienia, w tym środka Ziemi

- badania górnych warstw atmosfery

- badania ruchu płyt tektonicznych

- badania pływów skorupy ziemskiej i oceanów

- tworzenia ziemskiego układu odniesienia ITRF

Dokładności:

- Stosowane obecnie lasery trzeciej generacji- puls rzędu 0,1 0,2 ns, dokładność milimetrowa.

Powiązanie z innymi technikami:

- z GPS i GLONAS- do pozycjonowania satelit na orbitach (CHAMP, GRACE)

3. LLR

Zastosowanie:

- Badanie globalnej dynamiki układu Ziemia-Księżyc

- Szerokie zastosowanie w lądowej i przestrzennej nawigacji

- Obliczanie efemeryd

- Obliczanie parametrów Ziemi i Księżyca, takich jak:

prędkość obrotu, odchylenie osiowe, odchylenie orbitalne przy uwzględnieniu np. Słońca

Dokładności:

- uśrednione serie pomiarowe mają dokładność +/- 1 - 3 cm.

Powiązanie z innymi metodami:

- prawdopodobnie brak powiązania (możliwe, że ma powiązanie VLBI)

5. DORIS

Zastosowanie:

- Dokładne określenie orbity ( z dokładnością 2,5 cm, w połączeniu z pomiarami altimetrycznymi z dokładnością 1 cm)

- Precyzyjna lokalizacja ziemskich sygnałów (stacji) (wykorzystywane w geodezji, ustanowienie i utrzymanie ziemskiego systemu odniesienia użytego w altimetrii miar)

- Ściśle autonomiczna zdolność nawigacyjna

- Udoskonalenia (pole grawitacyjne)

- Nawigacja w czasie rzeczywistym

- Precyzyjne oszacowanie wysokości

Dokładności:

- Pomiary z dwóch, trzech dni : dokładność rzędu 20 cm

Pomiary z jednego tygodnia: dokładność rzędu 10 cm

Pomiary z kilku miesięcy: dokładność 1 cm

Powiązanie z innymi technikami:

- Uzupełnienie techniki VLBI

- Uzupełnienie systemu GPS, - SLR ,- Altimetria

Zastosowanie w geodezji:

a) Precyzyjne wyznaczenie położenia punktów (system szybko dostarcza dane o położeniu z ziemskich stacji)

-Dokładne współrzędne niedostępnych punktów: wyspy, platformy (dokładność: 1cm)

-Dowiązywanie lokalnych sieci geodezyjnych do sieci odniesienia

-Pomiar geodynamicznych odchyleń (dokładność 1mm/rok)

-Monitorowanie naturalnych zagrożeń obszarów niedostępnych (stref sejsmicznych, wulkanów, obsunięć ziemi)

b) Ruch obrotowy Ziemi

DORIS dostarcza parametry obrotu Ziemi w jednodniowym rozkładzie, używanych do badania dynamicznych powiązań ciekłych i stałych składników Ziemi

c)Znajdowanie środka Ziemi

20cm po jednym dniu, 10cm po 5 dniach

6. ALTIMETRIA

Zastosowanie:

- udział w tworzeniu coraz dokładniejszych modeli potencjału grawitacyjnego Ziemi.

- obserwacja oceanicznych cyrkulacji

- badanie pływów oceanicznych, prądów morskich, falowania oceanów i mórz

Dokładności:

- obecnie można szacować tę precyzję w przedziale ±(0.1 - 0.03) m

Powiązanie z innymi technikami:

- Do wyznaczania orbit satelitów altimetrycznych stosuje się laserowe pomiary odległości SLR (Satellite Laser Ranging) i DORIS.

7. INTERFEROMETRIA RADAROWA

(InSAR - Interferometric Synthetic Aperture Radar) - metoda teledetekcyjna wykorzystująca wzajemne przesunięcie fazy sygnału dwóch obrazów radarowych tego samego obiektu wykonanych z różnych pozycji. Na podstawie różnicy faz dla tego samego obiektu uzyskuje się informację o wartości względnej rzędnej powierzchni terenu lub jej zmianom w czasie W zależności od tego czy antena radarowa jest zamontowana na pokładzie satelity czy samolotu wyróżnia się interferometrię satelitarną (spaceborne) i lotniczą (airborne). W wyniku nałożenia i przetworzenia dwóch obrazów radarowych tego samego wycinka powierzchni Ziemi, wykonanych z nieco różnych pozycji, uzyskuje się interferogram - obraz na którym obwódki interferencyjne otaczają partie terenu przesunięte (w górę, w dół, bocznie) w czasie, jaki upłynął pomiędzy wykonaniem zdjęć. Wielkość i barwa obwódek pozwala na ocenę ilościową przesunięć. Fragmenty terenu, które nie zmieniły położenia nie tworzą obwódek i mogą służyć za punkty odniesienia.

Global Navigation Satellite System

---