geodezie satelitara1

8/6/2019 GEODEZIE SATELITARA1.

1/27

1

GEODEZIE SATELITARA

1. Subiectul Geodeziei SatelitareGeodezia (Helmert) masurarea si cartarea Pamantului, stabilirea cat mai

exacta a formei Pamantului.

Geodezia Satelitara inglobeaza tehnici de observare si de calcul care permitrezolvarea problemelor geodezice prin utilizarea masuratorilor de la, la si dintresatelitii artificiali, in special cei din apropierea Pamantului.Principalele probleme ale geodeziei satelitare sunt:

y Determinarea pozitiilor tridimensionale globale, regionale si locale;y Determinarea campului gravitational terestru si a functiilor liniare;y Determinarea parametrilor orbitei satelitilor, a coordonatelor lor si

studiul diferitelor perturbatii in miscarea satelitilor;Geodezia satelitara cuprinde intregul ansamblu al aspectelor tehnice cat si

tehnologiile menite sa resolve problemele principale ale geodeziei folosind satelitiiartificiali.

2. Clasificarea si conceptele fundamentale ale Geodeziei SatelitarePrintre metodele de cercetare in geodezia satelitara se intalnesc metode

geometrice si metode dinamice.y M etoda geometrica: satelitii pot fi folositi ca tinte (observatii simultane,

epoci diferite)orbitale inalte vizibile de la distante foarte mari.y M etoda dinamica: satelitii pot fi considerati senzori la campul

gravitational al Pamantului deoarece satelitii sunt in miscare pe orbite,observatiile trebuie sa fie dintr-o perioada limita de timp (observatiinesimultane).

Tehnici de observare ale geodeziei satelitare:

y M etode Pamant spre spatiu- directii de la observatiile camerei- distante de la satelit- pozitionarea Doppler- utilizarea GPSy M etode spatiu spre Pamant- altimetrie radar- spaceborne laser (aeropurtat)- radiometrie satelitaray M etoda spatiu spre spatiu- STT


2/27

2

3. Dezvoltarea Geodeziei SatelitareLa 4 octombrie 1957 s-a deschis era cosmica prin lansarea primului satelit

artificial al Pamantului, SPUTNIK 1, de catre Uniunea Sovietica. Desi lansareaprimilor sateliti artificiali a avut drept scop stiintific cunoasterea spatiului dinapropierea Pamantului si nu unul geodesic, cu trecerea timpului, satelitii s-au folosit

si in geodezie.In anul imediat urmator Statele Unite ale Americii nu s-au lasat mai prejoslansand satelitul artificial EXPLORER 1 (1958) si proiectand sistemul de navigatieNavy Navigation Satelite System NWSS (Transit)

In anul 1959 s-au determinat valorile turtirii Pamantului din observatiisatelitare si in acelasi an s-au pus bazele teoriei satelitilor atificiali.

Urmatorii sateliti importanti au fost TRANSIT 1B si ECHO 1 (1960)- 1958-1960 metode stiintifice, calcule orbitale- 1970-1980 proiecte stiintifice, o mai buna axactitate a formei

Pamantului- 1980-1990 - implementarea tehnica satelitarea

Sistemul NAVSTAR (SUA) Sistemul GLONASS (URSS)

4. Aplicatii ale Geodeziei SatelitareOrice aplicatie este influentata de precizia ceruta, pretul echipamentului,

timpul de observare si usurinta de manevrare.Principalele aplicatii:

y Geodezia globala- forma principala generata a Pamantului sia campului gravitational- dimensiunile unui elipsoid mediu al Pamantului- instituirea unui cadru de referinta terestru global-

definirea unui geoid detaliat ca suprafata de referinta pe uscat si oceane- stabilirea legaturii dintre diferite date geodezice- legatura dintre date geodezice nationale si o data geodezica globalay Retele geodezice- stabilirea retelelor geodezice nationale- instalarea unor retele tridimensionale omogene- analiza si imbunatatirea retelelor terestre existente- stabilirea legaturilor geodezice intre insule si insule-continenty Geodinamica- puncte de control pt stabilirea miscarii scoartei terestre- dispositive permanente pentru monitorizarea tridimensionala-

rotatia Pamantului si miscarea polara- mareele solide ale Pamantuluiy Geodezia marina si navigatiay Domenii aociate- gravimetrie, masuratori seismice- miscari de ghetari- studiul fenomenelor atmosferice


3/27

3

5. Puncte, directii si plane utilizate in astronomia geodezicaIn orice punct de pe suprafata Pamantului se pot observa aceleasi stele,

proiectate pe o cupolaProprietati

y indepartarea: cea mai apropiata constelatie

e=4x10 13 Km = x(2R/e)=0,0001

y directiile masurate sunt considerate paraleley unghiul dintre stele ramane constant indiferent

de pozitiey stelele cu lumina proprie (straluciri specifice proprii).

planetele nu au lumina proprie (sunt laminate de soare)

y directia verticala este data de directia gravitatiei

y zenith - punctul unde verticala locului inteapa suprafata terestray nadir punctul opus zenituluiy orizontul locului planul perpendicular pe verticala loculuiy almucataract planul ce trece prin stea si este parallel cu orizontuly h (inaltimea stelei) unghiul format intre directia spre stea si

orizontala loculuiy z (directia zenitala) unghiul complementar inaltimii stelei

z=90-h=100 g-h

O

R

M

M

R

Cerc vertical

Cerc orizontal

Cerc orar almucataract

axa lumii

H H

z

z

zO

P N

PS

h

meridianul locului

Perimetrul(- 3 ianuarie)

Afeliu(- 3 iulie)

Echinoptiu de primavara(- 21 martie)

Echinoptiu de toamna(-23 septembrie)


4/27

4

6. Sisteme de coordinate carteziene si transformari de coordonatePrelucrarea tridemensionala a retelelor geodezice presupune efectuarea

calculelor de determinare a coordonatelor punctelor retelei intr-un sistem decoordinate definit pentru fiecare punct geodezic stationat si apoi intr-un systemlocal de coordonate.

Pentru definirea sistemului local de coordonate pot fi utilizate elementeastronomice (verticala si meridianul punctului de statie), fata de care sunt effectuatedeterminarile

In general elementele care se masoara sunty d - directii orizontaley - unghiuri zenitaley - azimute astronomicey latitudinea astronomicay longitudinea astronomica

Sistemul global de coordinate

Un system local astronomic are:- origine in punctual geodesic stationat- axa z pe directia zenitului- axa x pe directia nord (situate in planul meridianului ..)- axa y pe directia est

Un system global cartezian ecuatorial are:- originea in centrul de masa al Pamantului- axa z in coincidenta cu axa medie de rotatie a Pamantului

- axa x in planul meridianului astronomic Greenwich- axa y perpendicular ape planul xOz

Pv V

z(zenit)

P

S

u

x

z

y

s s

Sys

z0

xs

O


5/27

5

7. Sisteme si cadre de referinta conventional inertiale CISAcest system se foloseste pentru descrierea miscarii satelitului.Satelitii artificiali se misca pe orbitele lor in campul gravitational al

Pamantului, deci intr-un system inertial.Un sistem inertial este caracterizat prin doua trasaturi fundamentale:

y originea sistemului este fixa sau executa o miscare liniaray orientarea axelor de coordinate in spatiu este fixay originea este centrul Pamantuluiy axa z nu este o axa fixa in spatiu, trebuie acceptate anumite conventiiy pozitia axei Pamantului

la 1 ianuarie este axa z asistemului

y axa x se afla intr-un planperpendicular pe axa z(planul ecuatorial) si esteorientate spre punctual

vernal conventional

23.5

x18,6ani

En polul precesiei(instantaneu)

En

257000 aniSensul precesiei

precesiesi nutatie

ecuatorul ceresc(instantaneu)

punct vernalE N

ecuator

ecliptic

P N

PS


6/27

6

8. Sisteme si cadre de referinta conventionaleDetermina pozitia punctelor de observatie si descrierea rezultatelor.

Sistemul de coordinate cartezian global terestru are:y originea este pe centrul Pamantuluiy axa z este pe axa momentana a Pamantului din sistemul inertial

y axa x pe directia unui punct de pe suprafata Pamantului axaGreenwichy axa y perpendiculara p xOy

Sistemul de coordinate cartezian global terestru estedependent de timp si devine un sistem momentany axa oz este orientata dupa directia unui punct

terestru conventional (CTP)y axa ox este intersectia ecuatorului CTS cu

planul meridian Greenwich SIN

9. Legatura intre CIS si CTSIn afara influentei precesiei, nutatie si miscarii

polilor mai avem nevoie de inca 3 parametrii derotatie ai Pamantalui ()

Legatura intre sistemele de coordinate astrono-

mice si terestre .

x

CIO (CTP)

O y

z

GAST

yT

yCTxCT

xT

zCT

zT

O

momentanastronomic mijlociuastronomic conventionalastronomicnutatie precesie

momentanastronomic

momentanterestru

conventionalterestru

GAST CIO


7/27

7

Precesia miscarea de perioada lunga a axei medii a Pamantului 257000 aniNutatia miscarea de perioada scurta a axei medii a Pamantului (de la 14 zile la18.6 ani)GAST unghiul de rotatie intre punctul vernal si meridianul Greenwich(Greenwich Aparent Sideral Time)

CIO pozitia media a polului perioada 1900-1905 (Conventional InternationalOrigin)Pentru un vector oarecare x transformarea este data de relatiile:x[CTS] =R M R S R N R P x [CIS]R M matricea de rotatie pentru miscarea polilorR S matricea de rotatie pentru timpul sideralR N matricea de rotatie pentru nutatieR P matricea de rotatie pentru precesie

CIS este definite la epoca standard I2000 este transformata in system

momentan la epoca observatiei prin aplicarea de corectii datorita precesiei sinutatiei. Axa z a sistemului CIS reprezinta pozitia libera a axei momentane derotatie.

M atricele de statie au forma:

!

EEEEE

cossin0

sincos0

001

][1 R

!

EE

EEE

cos0sin

010

sin0cos

][2 R

!

100

0cossin

0sincos

][2 EEEE

E R

Valabile pentru sisteme de coordonate orientat dreapta.Rotatia cu unghiul are semn pozitiv pentru rotatie in sen invers acelor de

ceasornic pentru un observatory care priveste dinspre origine in lungul sensuluipozitiv al axei date.


8/27

8

10. Sistemul natural global cartezianDefineste pozitia tridimensionala a unui punct P

- originea = centrul de masa al Pamantului- axa z = CID

- axa x = Greenwich- axa y = perpendicular ape xOz- latitudinea astronomica = verticalalocului (planul format de x,y)- longitudinea astronomica = planulce trece prin meridianul locului; meri-dianul Greenwich- cota ortometrica = segmental pe liniade forta intre punct si proiectia sa pegeoid (altitudinea) H OR

Sistemul particular topocentric

- axa z in continuarea liniei de forta- axa x spre nordul pe directia meridianului astronomic- axa y completeaza sistemul

0

0

0

cos

sinsin

sincos

I I EI E

!

! o

z

a

a

a D

z

y

x

x 0I - unghiul zenital

11. Sistemul de coordinate global ellipsoidal

B=L=

Latitudinea elipsoidala = normala la ellipsoid; planul ecuatorialLongitudinea elipsoidala = meridianul zore si meridianul ce trece prin PInaltimea elipsoidala h = distanta dintre P si proiectia la ellipsoid- axa z e = dupa normala la ellipsoid spre zenitul geodesic- axa x e = directia nordului geodesic in meridianul geodesic- axa y e = spre est

D0

z p

x py pR

R

g

HO R

P

z(GAM)

y

z(CID)

O

x

y

z

O

P N

O

ye

zexe

P

P

h

- originea O - centru sistemuluiartesian

- axa z axa pe directia polului Nordicellipsoidal

- axa y la 90 in sensul acelor deceasornic


9/27

9

12.Elipsoid. Geoid. Data geodezicaElipsoidul este suprafata matematica obtinuta prin rotirea unei elipse in

jurul axei mici, suprafata de referinta utilizata la reprezentarea suprafeteiPamantului

Geoidul este suprafata echipotentiala care aproximeaza cel mai bine forma si

figura Pamantului, suprafata neregulataParametrii geometrici ai elipsoidului- semiaxa mare a

- turtireaa

ba f !

- prima excentricitate 222

2

a

bae ! ;

a

bae !

Relatii: b=a(1-f)e2=2f-f 2

1-e 2=(1-f) 2

H=N+H h - inaltimea din observatiile satelitareH=h-N N - normala la ellipsoid (adaptarea unui elipsoid de referinta)

H cota ortometrica

Definitia: ondulatie de geoid

elipsoid

geoid

maree

maree

deviatieverticala

deviatieverticala

verticala la elipsoid

E

G

Hp N

P

P

P

P

N p p E

G

HpO R

cvasigeoid


10/27

10

Cel mai nou model de geoid EG M 96, Europa EG M 97Data geodezica (datum geodezic) = zet de parametriii care descriu relatia

dintre un anumit sistem local si un sitem de referinta geodesic global.Cel putin 5 parametrii

- a axa principala a elipsoidului de referinta-

f turtirea- x, y, z coordonate relative- x, y, z unghiuri de rotatie a axelor- S factorul de scala

12,1

1

1

1

1

(((

!

z

y

x

S

z

y

x

z

y

x

x y

x z

y z

I I I I I I

M

z2

x2

y2

z1

x1

y1r 2

r 0

r 1

z

y

x


11/27

11

13. Sistemul geodesic mondial 1984 (WGS 84)Pentru a descrie aceasta pozitionare este nevoie de o aproximare foarte buna

a Pamantului. S-a incercat sa se dezvolte un elipsoid cat mai aproape de forma realaa Pamantului.

Sistemul WGS 84 este un sistem conventional terestru, sistem de coordonate

geocentric caruia i se ataseaza elipsoidul deschis de:y a axa semimajora 6 3781 37m

y f turtirea257223363.298

1

y viteza unghiulara 7.292115x10 -5rad 8 -1 y constanta gravitationala geocentrica G M =898600,4418cm 3

14. Definirea unui sistem de coordonate de referinta. ParametriiUn sistem de coordonate de referinta reprezinta, din punct de vedere al

geodeziei globale, un ansamblu de clase de datum.

y Sistem de coordonate de referinta

Un punct are : - coodonate elipsoidale- system de coordonate cartographic- coordonate carteziene

Dup ace avem coordonate elipsoidale (coordonate specifice coordonate

plane) realizam o proiectie, procedeu mathematic adaptaty Liniari: - false easting aplicata originii coordonatei x

- false northing aplicata originii coordonatei y- scale factor parametru constant, transfoma o proiectie

tangentra intr-una secanta, aplicata puntului central alproiectiei

y Unghiulari: -azimuth - linia centrala a proiectie- central meridian originea coordonatei x- latitude of origine originea coordonatei x- longitude of origine originea coordonatei y- standard parallel 1 si 2 in proiectie conica linia

latitudinilor si a lungimilor

datum

geodezic vertical ingineresc

sistem de coordonate


12/27

12

15. Definirea sistemului de coordonate de referinta EUREF. UT M EUREF=subcomisia de referinta (agentia pentru Europa, organism ce are ca

scop realizarea unei retele geodezice europene)

Sistemul de coordonate de referinta adoptat de EUREF (cadreu de referintaa Asociatie Internationale a Geodeziei sub comisie europeana) este ETRS 89(European Terrestrial Reference System), iar sistemul de cote EURS (EuropeanVertical Reference System)

Sistemul ETRS 89 poate fi descries de un ECRS (European CoordinatesReference System)a=6 37781 37

257222101.2981 ! f

Elipsoidul de referinta G2S80 si EVRS= datum vertical W 0 = U 0 NAP

nivelul zero in care vericala locului este egala cu normala le alipsoid= componentele verticale sunt diferentele dintre potentialul W p al

Pamantului in camp gravitational in punctul considerat P si potentialulnivelului zore al sistemului EVRS

- W p = W 0 - W p = C p (numerele geopotentiale)UT M = sistemul de proiectie universal mercator, are ca ellipsoid de referintaWGS 84Sistemul divide suprafata Pamantului 60 zone longitudinale (6) si 20

latitudinale (8); =6 =8y Tipul de proiectie cilindrica transversala mercator secanta; liniile de

contact se afla la aproximativ 180 km de fiecare parte a meridianului centraly M eridianul central = 3, 9, 1 3 E sau V fata de Greenwichy Latitude of origin = 0 originea axei N respectiv S se afla la ecuatory False northing = 0 pentru emisfera N 10 000 000 m pentru emisfera Sy False easting = 500.000 m pentru fiecare fusy Scale factor of origin = 0.9996 descreste de la meridianul axial pana

centrul va intersecta sfera. Liniile de contact situate la 180 km de fiecare parte ameridianului central vor avea coeficientul 1

Sistemul de referintaspatial european EUREF

(European Reference Frame)ETRS(terestru)

sistem de referinta terestru european

datum geodesicETRS 89

sistem de coordonateelipsoidul de proiectie

TM

EVRS (pentru cote)sistem de referinta vertical european

datum verticalNAP


13/27

13

16. Transformari de coordonateSistemul 1 Sistemul 2

Datum 1 Datum 2Elipsoid 1 Elipsoid 2

Sistem cartografic 1 Sistem cartograpfic 2

x1, y1 1, 1 x 1, y1, z1

x2, y2 2, 2 x 2, y2, z2

17. Sistemul de proiectie Gauss-Krugery Tipul proiectei: cilindrica tengenta UT M y M eridianul central: Greenwich E-V 3-9-15-21-27-y Latitude of origin: 0 axa N si S la Ecuator

y False northing: 0 la N si 10 000 000 m la Sy False easting: 500 000 m RO 5 500 000y Scale factor of origin: 1 distantele masurate in lungul meridianului

axaial N sufera doformariy Unitatea de masura: m

18. Sistemul de proiectie Stereo 70y Tipul proiectei: plana, stereografica, secanta

Linia de contact este in lungul unui cerc y Longitude of origin: 25 E Greenwich y Latitude of origin: 46 N spre axa x

Centrul de proiectie langa Fagarasy False northing: 500 000 m y False easting: 500 000 m y Scale factor of origin: 0.99975 Planul de proiectie este translatat astfel incat originea sistemului distantelevor fi reduse cu aceasta valoare, iar intersectia dintre sfera si planul deproiectie va genera un cerc cu R=201.72 km. Linia de contact obtinuta inlungul cercului va avea coeficientul 1.y Unitatea de masura: m


14/27

14

19. Timpul. GeneralitatiTimpul = marime fundamentala pentru decrierea proceselor din natura vie

si moarta. Importanta timpului in geodezia satelitara devine fundamentala, avandin vedere ca:- pozitia unui satelit este o functie de timp

- coordonatele punctelor de pe suprafata Pamantului sunt tot o functie de timpdatorita rotatiei Pamantului.O conditie fundamentala prentru masurarea timpului o reprezinta alegerea

si stabilitatea unitatii de timp. In plus este nevoie de un instrument care sa nepermita stabilitatea unui raport intre intervalul de timp care dorim sa-l masuram siunitatea de timp, de regula durata unui process repetabil de la care pretinde ca esteriguros periodic. O scara de timp este definita prin perioada sau inversul ei,frecventa care se masoara si originea scarii de timp care este definite si recunoscutaprin conventie internationala.

In prezent. in geodezia satelitara sunt importante 3 grupe de scari de timp:y timp sideral

y timp atomicy timp dynamic

20. Timpul sideral si timpul universalTimpul sideral = timpul in care Pamantul efectueaza o notatie completa in

jurul axei sale (revolutia Pamantului cu 360). Este definit la modul general caunghiul orar al punctului vernal.- apparent: definit cu ajutorul punctuluivernal adevarat- mijlociu: defnit cu ajutorul punctuluivernal mijlociu corectat de nutatie

- local: definit fata de meridianullocului si timpul sideral Greenwich = punct vernal adevarat(afectat de precizie si nutatie)

M = punct vernal mijlociu(afectat doar de precizie)zA = zenitul observatorului(locului)zG = zenitul la GreenwichGAST = timpul sideral aparent

unghiul orar local al echinop-

tiului de primavera realLAST = timp sideral local apparentunghiul orar local al echinoptiului de primavera real

G M ST = unghiul orar Greenwich al echinoptiului de primavera realLM ST = unghiul orar local al echinoptiului de primavera realEcuatia echinoctiilor G M ST-GAST= cos nutatia de longitudine

LM ST-G M ST=LAST-GAST= 0 pentru longitudine E a meridianului central

M eridianullocului

GAST

G M STLAST

LM ST

meanM zA

zG

S


15/27

15

o zi siderala medie = o zi solara medie 3 m 55 5 9094 minute = diferenta de lungime a zilei dintre cele 2Timpul universal = timpul solar mediu pentru meridianul zeroUT = 12h + unghiul orar Greenwich al soarelui mediu

21. Timpul atomic (TAI)Unitatea de masura in acest sistem este SECUNDA (1967)Secundat=durata de 91926 31776 perioade de rotatie ale radiatiei corespunzatoaretranzitei intre cele doua nivele hyperfine ale starii fundamentale a atomului deCesium 1 33 . Timpul atomic international este tinut astazi prin asa numitele ceasuriatomice.UTC=TAI-n(IS)TAI=TU(1.01.195 3) dar diferenta s-a modificat continuuUTC are scala modificata dupa UTI (se refera la rotatia Pamantului- 50 statii deobservare astronomice) si unitatea de masura secunda.

22. Timpul efemer. Timpul dynamic. Timpul terestru.Timpul dinamic= o scara uniforma de timp care guverneaza miscareacorpurilor in camp gravitational.

Generarea efemeridelor in cazul satelitilor de tip GPS se face pe bazadeterminarilor de timp dynamic

Timpul dynamic descrie miscarea corpurilor intr-un sistem de referintaparticular in acord cu teoria gravitationala.

y TDB (timp dynamic baricentric)y Timpul masurat intr-un sistem de referinta aproape inertial, care are

ca origine centrul de masa al sistemului solar. Un ceas fixat pe Pamantva avea variatii periodice cu ecartul sub 1.5 ms fata de TDS datorita

miscarii Pamantului in campul gravitational al Soarelui.y TDT (timp dinamic terestru)y Scara de timp pentru miscarea in campul gravitational terestru, are

aceeasi semnificatie ca si un ceas atomic de PamantTimpul efemeridelor (TE), premergator al TDT, dedus practice din miscareaLunii in jurul Pamantului. TDB este practice continuatorul timpului TE.


16/27

16

23. Domeniile de frecventaSpectrul electromagnetic este in functie de lungimea de undaDomeniul vizibil 0.4-0.7 (lungime de unda)

Centi e 10 -2 Hector H 10 2 M ili m 10 -3 Kilo K 10 3

M icro 10-5

M ega M 106

Nano n 10 -9 Giga G 10 9 Pico p 10 -12 Tera T 10 12 fento f 10 -15 Penta P 10 15

1. unde radio 1GHz=10 9Hz2. microude 1mm- 30cm3. radiatia infrarosie 7.810 -7m-10 -3m4. radiatia vizibila 7.610 7-4.10 14m5. radiatia ultravioleta 3.810 -7-610 1-10 6. raadiatia x In GS se foloseste domeniul vizibil 0.4-0.810 15 Hz si al

microundelor (107-

1010

Hz)7. radiatia

24. Structura si subdiviziunile atmosfereiTroposfera 40 km de la scoarta terestraTemperatura descreste cu altitudinea cu aproximativ 6.5C/Km90% din masa atmosferei este sub 16 Km altitudine99% este sub 30 Km

Indice 21 f

ncn n! : c=40. 3

Ionosfera 70 Km 1000 KmPartea superioara toposferei, exista particule libere de ioni care efectueaza

propagarea undelor radio, strabate atmosfera care are un effect perturbator asuprapropagarii, intrucat nu exista un indice de refractie constant pe toata grosimea.

Indicele de refractie n=c/VC viteza undei in vidV viteza undei in mediuTroposfera, in care vaporii de apa si temperature influenteaza propagarea

undelor, aici au loc toate fenomenele meteorologice. Este considerate un gaz neutru(moleculele si atomii neincarcati electric sunt foarte bine amestecati)


17/27

17

25. Propagarea semnalului prin troposfera si ionosferaIn biosfera semnalele satelitare sunt supuse unor influente destul de

complicate, datorita elctronilor liberi, a campului gravitational al Pamantului si acoliziunii electronilor liberi cu alte particule. Efectul poate fi atat de puternic incatreceptoarele care receptioneaza aceste semnale nu sunt capabile sa proceseze aceste

date. Ionosfera este un mediu dispersive pentru undele radio emise de sateliti,(viteza de propagare a semnalului este dependenta de frecventa semnalului).Dependenta timpului de propagare fata de madiu, pentru un semnal radio care

strabate Ionosfera IS este data de relatia: 32 f B

f A

c R

t !

t timp de propagareR distanata satelit receptorc viteza luminiif frecventa semnaluluiA, B constante

26. Refractia ionosfericaRefractia = frangere in miscarea undei unde in momentul trecerii dintr-un

mediu in altul cu indice de refractie diferit de primul.- cauza: schimbarea vitezei de propagare- influenteaza: viteza de propagare a semnalelor satelitare, masurarea

timpului de propagare a semnaluluiIn ionosfera semnalele satelitare sunt supuse unor influente destul de

complicate, datorita electronilor liberi, a campului gravitational al Pamantului si acoliziunii electronilor liberi cu alte particule. Efectul poate fi atat de puternic, incatreceptoarele sa nu mai fie capabile sa proceseze datele receptionale.

Viteza de propagare este dependenta de frecventa semnalului

32 f B

f A

c R

t !

t timp de propagareR distanata satelit receptorc viteza luminiif frecventa semnaluluiA, B constante


18/27

18

27. Refractia troposfereiTroposfera nu contine electroni sau ioni liberi. Este un mediu nedispersiv

pentru undele radio si independent de frecventa semnalelorParametrii care influenteaza refractia sunt: presiunea atmosferica, presiune

relative a vaporilor de apa si temperature.

Influenta refractiei in troposfera asupra masuratorilor de distante poate fidescrisa prin relatia

wT wd T d h N h N T !(5

10 6

h inaltimea deasupra solului la determinarea conditiilor meteoN indice de refractied componenta uscataw componenta umeda

33 . Concepte de baza in geodezia satelitaray Aspectul geometric (imiplica pozitionarea si )y Aspectul dynamic (imiplica campul gravitational al Pamantului)

r j = r i + r ij rr j - vector de pozitie geocentrica

a satelituluir i vector de pozitie geocentrica

a receptoruluir ij distanta receptor-satelitr vector unitate de legatura intre

receptor-satelit

Observabile si concepte de baza- statie-satelit- satelit-statie- satelit-satelit

Terminologiey pozitionare: implica cunoasterea vectorilor r j y determinarea orbidei: implica cunoasterea vectorilor r i

Vectorul de pozitie al satelitului depinde de timp in contextul ca:y satelitii orbiteaza in jurul Pamantului descriind orbite propriiy sistemul spatial fie are o miscare de rotatie in raport cu sistemul

terestruVectorul de pozitie al receptorului

y poate fi constanta staticy poate fi variabil cinematic (functie de timp)

S i

r j

r i

r ij

B i

geocentru


19/27

19

34. GPS. IntroducereGPS = sistem operational in orice context al conditiilor atmosferice bazat pe

observatii spatiale preluate de la sateliti artificiali care orbiteaza in jurulPamantului- evolutia a fost dirijata de DOD (Deportment of Defence) SUA

Perspective de utilizare- taxa primara: scopuri militare- ulterior, scopuri civile

197 3 conceptia unui sistem de pozitionare bazat pe sateliti care sa permitanavigatia unui obiect oarecare ce se afla in miscare sau repaus (cu rezultat in timpreal)

1974-1978 - validarea concept197 3-1992 dezvoltare si testare1992 capaciate operationala deplinaCaracteristici generale (pentru proiectare sitemului)

- orbite satelitare inalte 20-200 Km-

orbite satelitare inclinate 55- repartizarea uniforma a satelitilor pe orbite 6 pl x 4 sateliti- orbite satelitare simetrice

Avantaje- nu necesita vizibilitate intre receptoare- precizia nu este afectata de conditiile meteo- productivitate ridicata- date obtinute in format digital in timp real

35. GPS. Segmentul SpatialSatelitii NAVSTAR GPS transmit semnale sincronizate pe doua frecvente

purtatoare, parametrii de pozitie ai satelitilor si informatiile aditionale (stareasatelitilor)

Constelatia de sateliti (24) garanteaza vizibilitatea simultana spre cel putin 4sateliti din orice punct de pe glob, iar daca satelitul este in dreptul zenituluiobservatorului atunci el va fi vizibil 5h

Sateliti blocu I sateliti de dezvoltare II F (fallowar) noua generatieblocul II-II A sateliti de productieblocul II R sateliti de completare

1 ianuarie 200 3 20 sateliti operationali (20-200 Km durata rezolutiei 11h58min)Satelit emitator

ceasuri atomice computere echipamenteauxiliare

- genereaza doua frecvente purtatoare de banda LL 1 = 154 x 10.2 3 M Hz = 1575.42 M Hz =19 cmL 2 = 120x10.2 3 M Hz = 1227.60 M Hz =24.4 cm

- sunt identificati dupa numere si cod propriuP pentru L 1 si L 2C/A pentru L 1


20/27

20

- capacitate: - corelatia de ceas (corectia de timp)- calculeaza efemeridele- capacitatea de a masura distanta dintre sateliti

36. GPS. Segmentul de control

Are urmatoarele functii1. monitorizeaza si controleaza sistemul de satelit2. determina timpul sistemului de satelit3. anticipeaza efemeridele de satelit4. actualizeaza periodic mesajul de navigatie5. comanda mici manevre de mentinere a satelitului pe orbita sau inlocuirea

satelituluiM CS ( M aster Control Station) Colorado Spring USAStatia principala de controlExista 6 statii de monitorizare amplasate in jurul lumiiAcestea au fost pozitionate in system de coordinate WGS 84 cu masuratori

Doppler (TRANSIT), acoperind omogen cele 2 emisfere

37. GPS. Principiul observarii si structura semnaluluiRecepetorul GPS masoara timpul necesar unui semnal pentru a se propaga

de la satelit la receptor. P=II C (distanta = intarzierea dintre codul generalreceptionat de viteza luminii)

- observabila principala este timpul- masuratorile pe distante sunt denumite pseudodistante

In principiu masuratorile simultane de distante spre 3 sateliti asigurasuficiente informatii pentru determinarea pozitiei fixe in 3D dar timpul apare ineroarea ceasului receptorului => (x, y, z, t) cel putin 4 sateliti, 4 pseudodirectii.

y Semnalul satelitar este controlat in permanenta in ceasurile atomice,genereaza o frecventa fundamentala in banda L

L 1 = 1575.42 M HzL 2 =1227.60 M Hz

y Codul P disponibil pe L 1 si L 2 Frecventa de 10.2 3 M Hz lungime de unda 30 m perioana: 266 zile

y Codul C/A disponibil pe L 1 si L 2 Frecventa de 1.02 3 M Hz

lungime de unda 300 m perioana: 1 msFrecventa mesajului de date: 50 bpsLungimea unui ciclu a unui mesaj de date: 305

38. GPS. sDeterminarea si reprezentarea orbiteiDeterminarea orbitei reprezinta operatia inversa navigatiei (pozitionarii).

Vectorii de pozitie ai statiilor terestre sunt dati de cuatia de baza a observatiei,


21/27

21

deoarece vectorii de pozitie (si viteza) ai satelitilor se presupun a fi determinati laepoci diferite.

Exista retele de urmarire (segmental de control GPS), regionale active decontrol, care dau informatii referitoare la orbitele satelitilor (efemeride)

- paramatrii orbitei precalaculati-

se bazeaza pe transmiterea semnalului prin satelit- efemeride transmise- efemeride precise

Reprezentarea orbiteiSe porneste de la ecuatia unei elipse in coordinate polare (r, )

Ycos1)1( 2

e

ear ! vectori de pozitie

!

0

sin

cosY

Y

r r

!

0

cos

sin

)1(2

e

ea

GM r Y

Y

Se poate obtine reprezentarea in sistem ecuatorial spatial fixeR=Rr R=R 3(- ) R 1(-i)R 3(- )eR=Rr

-

;;;;;;;;;;

iii

iii

iii

cossincossinsin

sincoscoscoscossinsincossincoscossin

sinsincoscossinsincoscossinsincoscos[ [ [ [

[ [ [ [

=

= [e 11 e21 e31]

Vectorii coloana R reprezinta axele sistemului orbital de coordinate insistemul ecuatorial spatial

Relatia diferentiala deR=Rdr are:- o componenta longitudinala- o componenta radicala- o componenta transversala


22/27

22

40. GPS. Dezvoltarea sistemuluiSistemul GPS a inceput sa fie folosit in tehnici geodezice, aceasta cu

finalizarea blocului I de sateliti. Incepand cu ora 90 s-au inlocuit satelitii din bloculI cu blocul II, in 1995 existand 28 de sateliti pe orbita. Apoi s-a pus blocul II Aavand capacitatea de comunicare satelit-satelit.

Din anul 2007 s-a introdus blocul II F.II, II A ceasuri oscilatoare cu celsiu, rubidium, cuartStabilitate a frecventeiSatelitii din noua generatie vor fi capabili sa transmita (in banda de

frecvanta L 1, L 5) o noua lungime de unda (L 2C semnal civil) si un nou codL 2C va fi exclusive pentru utilizatorii civili

41. GPS. Segmentul utilizatorilorSegmentul utilizatorilor include diferite tipuri de receptoare si echipament

periferic, necesare pentru operatia de teren ale receptoarelor GPS si pentruprelucrarea datelor cu programul de postprocesare.

Un receptor GPS detecteaza semnalele emise de un satelit GPS si letransforma in masuratori utile.Receptoarele cuprind:

- receptorul GPS propriu zis- antenna (platforma antenei, preamplificata)- cablu conector- aparatori impotriva semnalelor detectate- cabluri, baterie- bastoane de masurare a inaltimii antenei

42. GPS. Segmentul utilizatorilor. Receptoarele geodeziceComponetele receptorului

1) antenna2) sectiunea de radio frecventa3) urmaritor de semnal4) oscilator5) microprocesor pentru determinarea si prelungirea datelor6) memorie de date7) sursa de curent8) interfata

Antena = capteaza semnalul si il transmite receptoruluiTrebuie sa fie foarte sensibila sis a asigure o stabilitate a semnalelor

reflectate. Exista mai multe tipuri (cea mai noua Choke Rings)Fiecarui semnal i se aloca un canal, in receptor se identifica fiecare satelit

care are alocat un canal.M icroprocesorul = realizeaza o procesare a semnalului si il decodificaM emoria de date = poate fi internaAlimentarea cu energie = baterie, accumulatorInterfata (modul de comandare) = tastaturi, calculatoare moderne cu multe

functii


23/27

23

Clasificarey procesare de semnal- dependente de cod- fata de cod- semidependente de cod

y cod C/A L faza purtatoarecod C/A L 1 C/A, P - coduricod C/A L 1+L 2 cod C/A - P L 1+L 2

y civilemilitaregeodezicenavigatiespatialecornometrarede mana

ex: Trimble, Ashtec, Leica, Topoony 3213 lungime completa de unda L 2 bruiaj scazut de cod si faza purtatoarerata inalta a datelordiminuare multipathhard modulatorafisaj bun

y iesire de date pe joasa frecvantacat mai putine cabluri/mufemarcator eveniment

capacitate DGPS, RTK transfer rapid de dateoperare in conditii atmosferice deosebiteflexibilitatea utilizarii

43. Tendinte in dezvoltarea receptoarelorNoile receptoare trebuie sa fie capabile sad ea L 1, L 2, L 5 si L 2C. Sa

receptioneze si prelucreze de la sateliti GLONASS in system European Galileo.Trebuie sa se faca o legatura mai directa intre receptoare si celelalte aparate

topografice (statii totale Leica 1200)


24/27

24

44. Formatul RinexTeoretic se poate lucra in cadrul aceleasi sesiuni cu receptoare diferite,

practic este mai greu, de aceea s-a incercat o standardizare.RINEX = Receiver Independent Exchange Format

- format capabil sa preia o lucrare efectuata cu mai multe tipuri de

receptoare- formatul RINEX are 3 tipuri dea) de date de observatiib) de navigatiec) de date meteo

46. M etode de pozitionare cu ajutorul tehnologiei GPSPozitionarea relativeDeterminarea pozitiilor obiectelor mobile sau statice in raport cu un alt

punct ce reprezinta originea unui system de coordonate locale diferit de geocentru sistabilit in functie de scopul urmarit.

Este mai simpla ca pozitionare absoluta, mai ales daca intre cele doua puncteexista vizibilitate.Presupunem pozitia R 1 a punctului P 1 cunoscuta

Vectorul R 12 ( x, y, z) determinata- R 2 = R 1 + R 12 - R 2 trebuie transformat in acelasi system de

coordonate ca R 1- R 12 = R( x, y, z) R 12- R (matricea de rotatie)- x, y, z (unghiuri formate de axele celor 2 sisteme)- R 12 , R 2 functii ale timpului

Pozitionarea absolutaDeterminarea pozitiilor obiectelor mobile sau staticea in

raport cu un sistem tridimensional de coordinate geocentric.

R i vector de pozitie al anteneiiv vector de pozitie al satelitului

eiv x iv vectorul distantei satelit antenna

In functie de starea obiectului cetrebuie pozitionat avem:

- pozitionare statica- pozitionare cinematica

R

P 2

P 1

y

zx

xz

y

r 1

E iv x iv masurat

R i cunoscut

antena

necunoscut

Satelit


25/27

25

47. M arimi observabile. Faza de cod si faza purtatoare

PR = C(t r -T t) pseudodistanteT t - epoca transmisieit r receptor

cd(T t) faze de cod

d ts = eroarea cronometrului de satelit fata de timpul sistemului GPSd tu = eroarea de sincronizare a cronometruluid ta = intarzierea atmosferica a propagarii atmosfericeR = bruiajul observatiei

R = distanta geometrica

Ecuatia observatiei pentru masuratori de cod:PRco = C(t r -T t) = R+cd tu +cd ta +cd ts + R Distanta geometrica R dintre receptorul B si satelitul SR 2=(x s(T t)-x B(t t))2+(y s(T t)-y B(t r))2+(z s(T t)-z B(t r )2

C

Rt T r t !

- diferenta dintre faza transmisia a undei purtatoare sub effect Doppler(T t)

- faza semnalului de referinta 0(t r )- ecuatia fazei observate: m(t r )= (T t)- 0(t r )PRco=R+cd tu +cd ta +cd ts +c(N/ )+ R d tu , d ts paraetrii de cronometruN termenul ambiguitatii

cd(T t)

cd(T t)

tRCV

masuratori ale fazei de cod

cd(T t)

cd(T t)

N 360

tRCV

masuratori ale fazei de purtatoare


26/27

26

48. Estimarea parametrilor. Combinatiile liniare si observabile derivate Combinatii

- intre observatii la staii diferitela sateliti diferitila epoci diferite

- intre observatii de acelasi tip- intre observatii de tip diferitAvantaje: eliminarea erorii de timp

SD (single diference) intre doua receptoare se elimina erorile de ceas

DD (double diference) masuratori a doua receptoare la doi sateliti

TD (triple diference) receptor, satelit, timp, diferentierea a doua distante duble ladoua epoci diferite.Intre cele doua faze pot fi effectuate combinatii care ne ajuta la construirea

modelelor de ionosferay wide lane: L 0=L 1-L 2 y narrow lane: L =L 1+L 2

Care mai departe po fi combinate

y ionospheric free signal2

200

L L L ! lungimea semnaluluiionosferic

021L L L !


27/27

49. Strtegii de compensare si concepte de programToate observatiile facute simultan si continuu in cursul unui proiect GPS se

numeste sesiune.Strategii:

y calculul pe statie unica

y procesarea vectorilor singulari (baselines) si combinarea vectorilor inreteley procesarea tuturor datelor unei singure sesiuni care au fost observate

simultan intr-o compensare de ansambluy combinarea mai multor sesiuni intr-o solutie riguroasa de retea

(multisesiune)Compensarea cu statie unica furnizeaza coordinate WGS 84 (precizie mai

scazuta); baselines individuali (pozitionare relative x, y, z). In cazul mai multorreceptoare nu toti vectorii sunt folositi ca independenti.

r = numarul de receptoare operate simultanr(r-1)/2 = numarul de vectori posibili

r-1 = numarul de vectori independentiy compensarea multistation, multisessionse face in cazul retelelor de mari dimensiuni. Se iau doua puncte fixe pentruinchiderea sesiunilor conectate intre ele.

Propagarea de prelucrare GPSy comerciale: Sky-Pro (Leica Geosystems)

TGO (Trimble Geometrics Office)Pinnacte-Javad (Topcon Pozitioning Systems)

y cu roluri stiintifice in cercetareBernese (University of Berne, Elvetia)Geonap (University of Harooven, Germania)

50. Concepte de metode rapide GPS. GeneralitatiM etode:

- metode statice rapide- metode semi kinematice (stop & go)- metode pur kinematiceKinematic = receptorul inregistreaza masuratori in timp ce este in miscare, iarcoordonatele traiectoriei pot fi determinate.Static = receptorul este inchis in timpul transportului, iar coordonatele pot fideterminate doar cand antenna stationeaza.Stop&go = receptorul ramane inchis pe parcursul transportului, dar coordonatele

nu sunt derivate din traiectorieM etoda statica are rezultate mai precise

51. M etode statice rapideM etoda statica este cea mai frecventa metoda de masurare GPS. In cadrul

acesteia receptoarele supa punctele de statie pentru intervale de timp (sesiuni) cudurata de 45 minute zile in functie de lungimea bazei.

r 1

r 3

r 2 d

li

geodezie satelitara1

Documents