Curs 1 Geodezie Spatiala

Tehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice SpatialeTehnologii Geodezice Spatiale

Curs 1Curs 1

CURS ICURS ICURS ICURS ICURS ICURS ICURS ICURS I

• Principiul de baza al pozitionarii in cazul

tehnologiilor satelitare

• Sisteme de timp utilizate in GNSS

• Sisteme de referinta utilizate in GNSS

• Orbitele satelitilor

• Stadiul actual al sistemelor GNSS

Principiul de baza al pozitionarii in cazul tehnologiilor Principiul de baza al pozitionarii in cazul tehnologiilor Principiul de baza al pozitionarii in cazul tehnologiilor Principiul de baza al pozitionarii in cazul tehnologiilor

satelitare satelitare satelitare satelitare


satelitare satelitare satelitare satelitare


satelitaresatelitaresatelitaresatelitare


satelitaresatelitaresatelitaresatelitare

Semnal receptat

Semnal generat ττττ

ΤΤΤΤ

ΤΤΤΤ−−−−ΤΤΤΤ

Functia de autocorelare

(sat i – sat i)

Corelare incrucisata

(sat i – sat j)

ττρ ⋅=⋅= cvsat

rec

Sisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSSSisteme de timp utilizate in GNSS

-Timp atomic international (TAI)

-Timp universal coordonat (UTC)

-Timp GPS (GPST)

Oscilatii atomice

-Timp dinamic baricentric (TDB)

-Timp dinamic terestru (TDT)

Miscarea de

revolutie a

Pamantului

- Timp universal (UT)

- Timp sideral Greenwich (GMST)

Miscarea de

rotatie a Pamantului

Descriere: Sistemul de timpProcesul periodic

modelator:

Pentru a defini o scara de timp sunt necesare:

- o origine

- o perioada / frecventa ( un “tact” )

• Timpul sideral si timpul solar reprezinta masuri ale rotatiei Pamantului in jurul propriei axe

Zi solara – timpul scurs intre doua treceri consectuive ale Soarelui (adevarat) la meridianul locului

Zi siderala – timpul scurs intre doua treceri consecutive ale unei stele la meridianul locului

Timpul universal poate fi determinat prin observatii asupra miscarii diurne a stelelor. Scara de timp

observata, dependenta de locul observatiilor este denumita UT0. Corectarea acestei scari de timp de

modificarea longitudinii statiei de observare cauzata de miscarea polara creaza scara de timp UT1,

independenta de locul efectuarii observatiilor. Corectarea UT1 de variatiile sezoniere ale vitezei de

rotatie a Pamantului da nastere scarii de timp UT2.

Legatura intre GMST si UT1 este data de :

Unde Tu – reprezinta numarul de secole Juliene de timp universal scurse de la miezul noptii Greenwich 1

ianuarie UT1 12h a anului 2000.

Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) –––– Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) Timp Universal (UT) –––– Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)Timp sideral Greenwich (GMST)

h

mUTGMST 121 −+= α

362 102.6093104.0812866.864018454841.504118uu

s

u

ssmh

mTTT ⋅⋅−⋅+⋅+= −α

Soare

Directia

catre o

stea Pamant

Pamant

dH~4 min

Timp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric –––– Timp Dinamic TerestruTimp Dinamic TerestruTimp Dinamic TerestruTimp Dinamic TerestruTimp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric Timp Dinamic Baricentric –––– Timp Dinamic TerestruTimp Dinamic TerestruTimp Dinamic TerestruTimp Dinamic Terestru

• Timpul dinamic reprezinta o scara de timp uniforma determinata prin compararea miscarii

observate a obiectelor in camp gravitational cu modele fizice ce descriu aceste miscari

Timpul dinamic este des folosit in generarea efemeridelor satelitilor.

TDB – Timp dinamic baricentric – timpul masurat intr-un sistem de referinta aproape inertial, ce are

originea in centrul de masa al sistemului solar (baricentru).

TDT – Timp dinamic terestru – reprezinta o scara de timp uniforma pentru miscarea in campul

gravitational terestru, avand acelasi tact ca si un ceas atomic situat pe suprafata Pamantului.

In functiile de sistemul de referinta la care se raporteaza ecuatiile de miscare se va utiliza TDB, pentru

sistem baricentric sau TDT, pentru sistem geocentric.

)sin0167.0sin(001658.0 ggTDTTDB s ⋅+⋅+=

⋅⋅⋅+=

0

00

360

2)050.35999528.357(

πTg

Timp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic InternationalTimp Atomic International

Unitatea fundamentala a timpului este secunda SI. Aceasta este definita ca fiind

durata a 9 192 631 770 perioade ale radiatiei corespunzatoare trecerii intre 2 nivele

hiperfine a atomului de Cesiu 133, aflat in starea de baza, neexcitat din exterior

(camp magnetic 0).

Timpul Atomic International sta la baza definirii Timpului Dinamic Terestru, intre ele

existand relatia :

184.32sTDTTAI −=

O scara de timp atomic reprezinta o scara de timp obtinuta prin numararea ciclilor unui

semnal electric de inalta frecventa.

TAI – Timpul Atomic International – este o scara de timp rezultata pe baza

observatiilor realizate de catre BIPM asupra mai multor ceasuri atomice.

Timp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal CoordonatTimp Universal Coordonat

9.01 sUTCUT <−

Timpul Universal Coordonat (UTC – Universal Time Coordinated) – scara de timp ce

nu se incadreaza in niciuna din categoriile prezentate pana acum dar este in stransa

legatura cu ele. Scopul acesteia este acela de a crea o legatura intre Timpul Atomic

International si Timpul Universal (UT1), dand astfel scarii de timp bazata pe

miscarea de rotatie a Pamantului o uniformizare.

UTC are acealsi tact ca si TAI, dar primeste incrementari de o secunda – “leap second” –

atunci cand este necesar, astfel incat diferenta in valoare absoluta dintre UT1 si UTC sa

se mentina sub 1s.

Astfel intre TAI si UTC exista o diferenta egala cu un numar intreg de secunde. IERS

(International Earth Rotation Service) este responsabil cu introducerea secundei de salt,

acest eveniment producandu-se de obicei la sfarsitul lunii iunie sau decembrie.

Diferentele de timp intre UT1 si UTC (dUT1), precum si intre TAI si UTC (dAT) sunt

publicate in rapoarte ale serviciilor de timp si sunt disponibile publicului larg.

UTCTAIdAT

UTCUTdUT

−=

−= 11

Timpul GPSTimpul GPSTimpul GPSTimpul GPSTimpul GPSTimpul GPSTimpul GPSTimpul GPS

Sistemul de pozitionare globala NAVSTAR-GPS are propria scara de timp, aflata in

stricta legatura cu scara Timpului Atomic International, si astfel Timpul Universal

Coordonat. Timpul GPS reprezinta o valoare medie a observatiilor facute atat asupra

ceasurilor atomice aflate la bordul satelitilor, cat si a ceasurilor atomice de la sol.

Timpul GPS (GPST – Global Positioning System Time) – a fost initializat (are

originea) la 6 ianuarie 1980, 0h UTC (miezul noptii), astfel la acea data diferenta intre

TAI si UTC era de 19s ceea ce face ca diferenta intre GPS si TAI sa fie fixata la 19s.

Saptamana GPS (GPS WEEK) – unitate de masura specifica timpului GPS – reprezinta

numarul de saptamani trecute de la epoca standard pentru sistemul GPST, si anume

06.01.1980. Saptamana GPS incepe la miezul noptii de sambata spre duminica.

Ziua GPS (GPS DAY) – reprezinta numarul zilei din saptamana GPS curenta. Prima zi

din saptamana GPS (duminica) este numerotata cu 0, a doua zi (luni) cu 1, s.a.m.d.

Secunda GPS (GPS SEC) – reprezinta numarul de secunde scurse de la inceputul

saptamanii curente

Legatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentateLegatura intre sistemele de timp prezentate

Timp Dinamic Terestru (TDT)

Timp Atomic International (TAI)

01.01.1958

32.184 s

0 s

Timp GPS (GPST)

06.02.1980

UTC

UT119 s

15 s

01.01.2008

Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. Calendar. Epoca standard. 1) Calendarul Julian

• Data Juliana (JD – Julian Date) – numarul de zile solare medii trecute

de la epoca 2.5 Ianuarie 4713 I.H.

• Data Juliana Modificata (MJD – Modified Julian Date) – data iuliana

din care s-a scazut un numar de zile (2 400 000.5 zile) pentru a lucra cu

un numar de cifre mai mic. De asemenea prin scadearea unei parti

fractionare de zi (0.5) s-a realizat inceperea zilei MJD la miezul noptii si

nu la miezul zilei asa cum se intampla in cazul Zilei Juliene.

• Numarul Zilei Juliene (JDN – Julian Date Number) – partea intreaga

din Data Juliana (JD)

2) Calendarul Gregorian (civil)

Acesta reprezinta calendarul actual utilizat international, incepe la 4713

ani dupa calendarul Julian si este impartit in ani alcatuiti din 12 luni

diferite ca durata.

Epocile standard : reprezinta referinte in timp pentru calculul anumitor

parametri cum sunt in astronomie elemente legate de orbitele anumitor

corpuri ceresti si in functie de care se determina alti parametri pentru a

putea determina pozitii viitoare. Epoca standard curenta este denumita

J2000.0 si reprezinta miezul zilei 01.01.2000.

Pentru sistemul NAVSTAR-GPS – epoca standard este 6.0 Ianuarie

1980.

o

x

y

z

Sisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSSisteme de referinta utilizate in GNSSPentru a putea formula matematic problema navigatiei bazata pe sisteme satelitare este

necesara alegerea unui sistem de coordonate in care sa fie reprezentate atat pozitia

satelitului cat si a receptorului. In GNSS, sistemele de referinta sunt sisteme de

coordonate carteziene tridimensionale. Definirea unui sistem de referinta implica

definirea conventionala a axelor de rotatie si a originii sistemului de coordonate.

- origine in geocentru

- axa Z – data de axa polilor

- axa X – data de intersectia meridianului

Greenwich cu Ecuatorul

Sistem de referinta

neinertial

- origine de regula in geocentru

- axe indreptate catre directii fixe in raport

cu steleleSistem de referinta

cvasi-inertial

- origine de regula in baricentrul S.S.

- axe indreptate catre directii fixe in raport

cu stelele

- aflat in repaos in raport cu Sistemul

Solar

Sistem de referinta

inertial

ReprezentareDescriereSistem

o

x

y

z

o

x

y

z

Sistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasi----inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)Sistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasiSistem de referinta cvasi----inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)inertial terestru (ECI)• Sistemul de referinta cvasi-inertial terestru (Earth-centered Inertial Coordinate

System) este utilizat in determinarea si prezicerea orbitelor satelitilor

• Intr-un astfel de sistem, un satelit respecta legile de miscare ale lui Newton.

• Planul xoy coincide cu planul Ecuatorului

• Axa ox este data de directia punctului vernal (intersectia eclipticii cu planul

Ecuatorului)

• Axa oz este perependiculara pe planul xoy, cu sensul pozitiv indreptat spre

Polul Nord

Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)Sistem de referinta terestru neinertial (ECEF)• Pentru calculul pozitiei receptoarelor aflate pe suprafata terestra, este mult mai

convenabil sa folosim un sistem de coordonate care se roteste impreuna cu

Pamantul, cunoscut in literatura de specialitate ca Earth Centered Earth Fixed

• Intr-un astfel de sistem de coordonate este foarte usor sa se lucreze in

coordonate geografice B, L, H, transformarea in coordonate carteziene

geocentrice X,Y,Z facandu-se foarte usor

• Planul xoy coincide cu planul Ecuatorului terestru

• Axa ox este data de intersectia Ecuatorului cu meridianul de longitudine 0o

• Axa oz este data de axa medie de rotatie a Pamantului

Transformarea intre cele doua sisteme se realizeaza prin aplicarea unor matrice de

rotatie (datorita miscarii polului, datorita timpului sideral, datorita precesiei si

datorita nutatiei)

Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)Sistemul WGS1984 (World Geodetic System 1984)

• Este un sistem de referinta de tip ECEF si reprezinta suportul pentru masuratori de tip

GPS

• A fost definit pe baza a mai mult de 1500 de puncte de referinta distribuite relativ

uniform in jurul lumii.

• Sistemul are asociat atat un model ce prezinta ireguralitatile gravimetrice ale

Pamantului (EGM96 – revizuit in 2004) dar si mai important are asociat un elipsoid

echipotential definit de urmatorii parametri:

K = 3986005 108 m3/s2Const. Gravitationala Geocentrica

f = 1/297.2572236Turtirea

ω = 7292115 10-11 rad/sViteza unghiulara de rotatie a Pamantului

C2,0 = -484.16685 10-6Coef. armonic zonal normalizat de ord. II

a = 6378137.000 mSemiaxa mare

ValoareParametru

• Elipsoidul asociat WGS84 are la baza elipsoidul GRS80 (Geodetic Reference System

1980)

Sistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRSSistemele de referinta ITRS si ETRS

a) Sistemele de tip ITRS (International Terrestrial Reference System) –

reprezinta sisteme spatiale de referinta ce iau in cosiderare si miscarea

placilor tectonice

Implementarea unui astfel de sistem se face raportat la o anumita epoca si

poarta denumirea de “cadru” (Frame) si este definit pe baza a peste 180 de

puncte de referinta.

Denumirea acestora se face conform standardelor ITRF-YY, de ex : ITRF89,

ITRF92, ITRF97, s.a.

b) Sistemele de tip ETRS reprezinta sisteme spatiale de referinta ce sunt

raportate la contintentul European, miscandu-se astfel odata cu placa

eurasiatica.

Implementarile de tip ETRS functioneaza pe acelasi principiu ca si cele ale

ITRS.

S-a stabilit ca ETRS sa coincida cu ITRS la epoca 1989.0. De atunci ETRS

se indeparteaza de ITRS cu aproximativ 1 cm/an.

Trecerea intre astfel de sisteme de coordonate se face pe baza unor

transformari Helmert cu 7 parametri. Paramatri sunt publicati la fiecare

realizare a unui sistem de catre IGS / EUREF.

Pentru continentul nord-american sistemul poarta denumrirea de NAD-83.

Orbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorOrbitele SatelitilorPrincipiul general de determinare a pozitiei pe baza observatiilor satelitare este

de a masura timpul de parcurgere al unui semnal venit de la un emitator aflat in spatiu,

emitator a carui pozitie este cunoscuta cu precizie destul de ridicata in orice moment.

Traiectoria urmata de sateliti in jurul Pamantului se numeste orbita. In general,

satelitii artificiali ai Pamantului folositi in sistemele de pozitionare globala au orbite eliptice.

Elementele orbitei Kepleriene sunt :

Ω - longitudinea nodului ascendent

ω - argumentul perigeului

i – inclinarea orbitei

a – semiaxa mare

e – excentricitatea elipsei

YT

XT

Xi

ZT

Perigeu

Nod ascendent

a

Ω

θ

i

ω

Greenwich

Pct. vernal

Ecuatorul terestru

ν

Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)Clasificarea orbitelor (I)• Pe baza excentricitati

– Orbite circulare – excentricitate zero (sau aproape 0)

– Orbite eliptice – de regula excentricitate > 0.6

b

a

8.06.01

2

<↔>

−=

a

b

a

be

8.0≥a

b8.0<

a

b

a

b

Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)Clasificarea orbitelor (II)• Pe baza altitudinii

– Orbite geosincrone (GEO) – orbitele ce au o perioada egala cu durata unei zile siderale. Pentru ca aceasta conditie sa fie indeplinita, orbitele trebuie sa aiba o altidudine de 35,786 km

– Orbite joase (LEO) – orbite cu altitudine sub 1500 km

– Orbite medii (MEO) – orbite cu altitudine cuprinsa intre cele joase si cele geosincrone

– Orbite inalte (sau supersincrone) (SEO) – orbite cu altidudine mai mare decat cea a orbitelor geosincrone

35 786

km

GEO

R

MEO (LEO<R<GEO)

LEO – R<1500 km

R

Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)Clasificarea orbitelor (III)

• Pe baza inclinarii

– Orbite ecuatoriale – inclinare 0

– Orbite polare – inclinare 900

– Orbite inclinate cu sens progresiv (inclinare intre 00 si 900) sau cu sens retrograd (inclinare intre 900 si 1800)

O. ecuatoriale O. polare O. inclinate

Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)Clasificarea orbitelor (IV)

Un caz special de orbite reprezinta cazul orbitelor geostationare.

Orbitele geostationare sunt orbitele geosincrone cu

excentricitate si inclinare nule, adica orbite circulare in planul

ecuatorului. Un satelit avand o astfel de orbita apare static

pentru un observator aflat pe Pamant, deoarece coordonatele

sale in sistem ECEF nu se modifica. In cazul practic datorita

perturbatiilor mici acesti sateliti nu sunt perfect geostationari,

ei avand o mica miscare reziduala. Cu toate acestea nu trebuie

facuta confuzia des intalnita intre orbite geosincrone si orbite

geostationare.

Difuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor SatelitilorDifuzarea Orbitelor Satelitilor• Intre orbita nominala a satelitilor si orbita reala a acestora exista diferente ce apar din

cauza unor acceleratii perturbatoare de natura gravitationala sau negravitationala. In

general sursele de perturbatii sunt : asimetria campului gravitational, atractia Soare –

luna, presiunea radiatiei solare, etc. Pentru a cunoaste pozitia cat mai precisa a

satelitilor, si implicit a receptoarelor, aceste efecte sunt modelate.

• Elementele orbitei tinand cont de aceste efecte perturbatoare sunt difuzate pe diverse

cai. Aceste elemente poarta denumirea de efemeride.

• In functie de precizia asigurata in generarea orbitelor, efemeridele se clasifica in:

a) Almanahul – incarcat in sateliti la fiecare 6 zile si difuzat in cadrul mesajului de

navigatie al satelitului respectiv. Fiecare satelit transmite almanahul tuturor satelitilor. Pe

baza almanahului, receptorul “cauta” satelitii vizibili. Acesta insa nu este suficient de

precis pentru a oferi o pozitie fixa a receptorului.

b) Efemeride difuzate – acestea sunt incarcate in sateliti si difuzate o data la 2 ore, si

contin un set de parametri ce definesc orbitele reale, perturbate ale satelitilor, precum si

anumiti parametri ce corecteaza ceasul satelitului. Fiecare satelit transmite in mesajul de

navigatie doar efemeridele referitoare la orbita sa.

c) Efemeride precise – acestea nu sunt incarcate in sateliti, ele sunt determinate in

mod post-procesare, si sunt disponibile dupa aproximativ 10 zile. Acestea constau intr-

un set de pozitii si viteze calculate la intervale de timp egale (15 minute) pentru fiecare

satelit precum si erorile de ceas ale satelitilor.

Denumirea fisierelor de orbite precise

Fisierele ce contin efemeridele precise sunt fisiere in format *SP3 (ASCII) sau

ECF3(binar) iar numele acestora este standardizat astfel :

“aaaWEEKd.fff” – unde “aaa” se refera la agentia ce a produs fisierul (de ex. IGS),

“WEEK” – nr. Saptamanii GPS, “d” – ziua din saptamana, “fff” – tipul fisierului (SP3,

EF3)

Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)Stadiul actual al sistemelor GNSS (I)

GPS

GLONASS

GALILEO

COMPASS

GLOBALE

QZSS

REGIONALE

IRNSS

WAAS

OVERLAY

EGNOS

MSAS

GAGAN

NIGCOMSAT-1

CWAAS

Alte sisteme la sol ce transmit

corectii diferentiale

Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) ---- GPSGPSGPSGPSStadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) Stadiul actual al sistemelor GNSS (II) ---- GPSGPSGPSGPS

• Sistemul NAVSTAR – GPS – NAVigation Satellites with Time And Ranging

– Global Positioning System – este un sistem de navigatie radio cu ajutorul

satelitilor, ce furnizeaza potizii tridimensionale, informatii de navigatie si

informatii de timp utilizatorilor ce dispun de receptoare specifice.

• Sistemul este alcatuit din 3 subsisteme sau segmente :

a) Cosntelatia satelitara – formata din satelitii ce graviteaza in jurul

Pamantului, transmitand semnalul necesar pozitionarii si informatiile de

navigatie catre receptoarele utilizatorilor precum si alte informatii

suplimentare legate de starea de “sanatate” a acestora

b) Segmentul de control – format din statiile de control de la sol ce

monitorizeaza segmentul satelitar din punct de vedere al “sanatatii”

acestora si al orbitei lor si este de asemenea responsabil cu

actualizarea in sateliti a informatiilor legate de corectiile de ceas si

efemeride si a altor parametri pe care acestia ii transmit receptoarelor

utilizatorilor in mesajul de navigatie

c) Segmentul utilizator – format din totalitatea utilizatorilor ce utilizeaza

receptoare adecvate sistemului pentru navigatie, poztionare, etc.

StadiulStadiulStadiulStadiul actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) ---- GPSGPSGPSGPSStadiulStadiulStadiulStadiul actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) actual al sistemelor GNSS (III) ---- GPSGPSGPSGPS

Segmentul satelitar – a fost conceput initial ca avand 24 de sateliti (SV – space

vehicles) dispusi in asa fel incat sa sigure o geometrie buna in pozitionare (DOP).

Astfel s-a hotarat in final dispunerea celor 24 de sateliti in 6 plane orbitale avand o

inclinare de 550, cate 4 sateliti in fiecare plan orbital, avand o altitudine de 20230

km deasupra Pamantului.

Perioada de revolutie a satelitilor este de jumatate de zi siderala (adica 11 ore si

58 de minute) ceea ce inseamna ca in timp ce Pamantul face o rotatie completa

de 3600 in jurul axei sale, satelitul va efectua doua miscari de revolutie complete.

Datorita diferentei dintre ziua solara si ziua siderala, constelatia nu va fi aceeasi

de la o zi la alta.

Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) ---- GPSGPSGPSGPSStadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IV) ---- GPSGPSGPSGPSIdentificarea satelitilor se poate face in mai multe moduri, fie in functie de data lansarii

acestora, fie in functie de numarul de catalog al NASA, fie in functiei de orbita in care se afla, fie dupa numarul PRN (pseudorandom number)ce reflecta portiunea de cod P pe care acesta o foloseste).

In functie de perioada in care au fost lansati si de capabilitatile lor tehnice, satelitii sistemului GPS se impart in :

– Block I – satelitii din aceasta generatie au fost sateliti prototip ai sistemului si erau conceputi pentru o durata de viata de 5 ani. Primul satelit a fost lansat in februarie 1978 si ultimul in octombrie 1985. Ultimul dintre satelitii din aceasta generatie a functionat pana in 1995.

– Block II – satelitii din aceasta feneratie se deosebesc prin faptul ca aveau implementate tehnicile SA si AS de protectie (prima in prezent dezactivata). Durata de functionare fusese estimata la 7-8 ani dar ultimul dintre acesti sateliti (lansat in 1990) a functionat pana in 2007.

– Block IIA – (advanced) sunt sateliti din aceeasi generatie cu imbunatari in ceea ce priveste comunicarea satelit – satelit. In momentul de fata mai exista 14 sateliti activi (din totalul de 19 lansati) din aceasta generatie

– Block IIR – (replenishment) sunt sateliti ce au avut ca scop inlocuirea satelitilor din vechea generatie (II). Din punct de vedere tehnic acestia beneficiaza de ceasuri cu hidrogen mult mai precise. In prezent exista 12 sateliti din aceasta generatie activi.

– Block IIR-M – (modernised) sunt sateliti ce beneficiaza si de posibilitatea masurarii distantei intre sateliti (SSR – Satellite to Satellite Ranging). Au fost lansati pana in prezent 6 sateliti din aceasta generatie. De asemenea acesti sateliti beneficiaza de un nou cod militar M si un nou cod civil pe L2 – L2C

– Block IIF – (follow on) erau programati sa fie lansati pana in 2010, dar datorita longevitatii neprevazute a satelitilor din generatiile anterioare s-ar putea intarzia . Aceasta noua generatie de sateliti va emite si un nou semnal civil L5

– Block III – satelitii din cadrul noii generatii vor beneficia de o putere mai mare a semnalului si vor fi dezvoltati avand ca scop interoperabilitatea cu alte sisteme (Galileo in special). Acesti sateliti urmeaza sa fie lansati cel mai devreme in 2012.

Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) ---- GPSGPSGPSGPSStadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) Stadiul actual al sistemelor GNSS (V) ---- GPSGPSGPSGPSSegmentul de control – este alcatuit dintr-o statie de control principala (Master Control

Station – MCS) aflata la baza Falcon Air Force (Colorado Springs), o statie de control principala de rezerva aflata la Cape Canavral, alte 4 statii de monitorizare situate in Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia si Ascension Island precum si alte 10 statii de monitorizare ale National Geospatial Intelligence Agency. In acest moment orice satelit poate fi vazut din cel putin 2 statii de monitorizare

Segmentul de control are urmatoarele atributiuni :

- monitorizarea starii satelitilor

- calcularea efemeridelor satelitilor

- mentinerea standardului de timp prin verificarea starii de functionare a ceasurilor satelitare

- incarcarea (actualizarea) mesajului de navigatie din sateilt

Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) ---- GPSGPSGPSGPSStadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VI) ---- GPSGPSGPSGPS

Segmentul utilizator – este alcatuit din totalitatea receptoarelor de la sol sau din aer ce

utilizeaza semnalul transmit de satelitii GPS pentru a-si determina pozitia. Utilizatorii

GPS se impart in utilizatori civili si utiliztori militari in functie de gradul de accesibilitate

la posibilitatile sistemului.

Clasificarea receptoarelor se poate face dupa mai multe criterii :

a) Dupa numarul de frecvente

i) Cu o frecventa (L1)

ii) Cu doua frecvente (L1, L2)

iii) Cu trei frecvente (L1, L2, L5)

b) Dupa destinatie

i) de navigatie

ii) geodezice

iii) pentru timp

c) Dupa tipul de coduri

i) Cu cod C/A

ii) Cu cod C/A si P (L1)

iii) Cu cod C/A, P(L1) si P(L2)

Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) ---- GLONASSGLONASSGLONASSGLONASSStadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VII) ---- GLONASSGLONASSGLONASSGLONASSDezvoltarea sistemului GLONASS (GLObal’naya NAvigatsionnaya Sputnikova Sistema) a

inceput relativ simultan cu cea a sistemului GPS. Sistemul de pozitionare rusesc este

organizat in principiu in acelasi mod ca si sistemul GPS, si anume din cele 3 mari

segmente: segmentul satelitar, segmentul de control si cel utilizator.

Cosntaltia satelitara a fost conceputa initial ca avand tot 24 de sateliti dar dispusi in 3 plane

orbitale, avand o inclinatie de 64.80, cate 8 in fiecare plan orbital. Satelitii sunt decalati intre

ei pe orbita cu 45O si au o perioada de revolutie de 11h15min44s. Orbitele sunt aproape

circulare si au o inaltime de aproximativ 19100 km.

Sistemul rusesc de pozitionare a avut o evolutie relativ sinusoidala, acesta ajungand la

maturitatea de 24 de sateliti in 1996. Cu toate acestea, din cauza unei durate de viata

destul de scazuta a satelitilor, sistemul a functionat o perioada si cu 7-10 sateliti (2000). In

ultima perioada, in urma unei Directive a Presedintelui Putin (18.01.2006) s-a hotarat ca

GLONASS-ul sa ajunga la o constelatie de 24 de sateliti in 2009. Momentan exista 20 de

sateliti activi.

2(1)

3(5)

4(6)

6(1)

7(5)

8(6)9(-2)

10(4)

11(0)

13(-2)

14(4)

15(0)

17(-1)

18(-3)

19(3)

20(2) 21(1)

22(-3)

23(3)

24(2)

Plan orbital 1:

(Ω − 184°)Plan orbital 2:

(Ω − 304°)Plan orbital 3:

(Ω − 63°)

Satelit lipsa Satelit activ Satelit in mentenanta

Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) ---- GLONASSGLONASSGLONASSGLONASSStadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) Stadiul actual al sistemelor GNSS (VIII) ---- GLONASSGLONASSGLONASSGLONASS

Si in cazul GLONASS ca si in cazul GPS, satelitii au fost imbunatatiti in timp si astfel, se

impart in :

a) GLONASS – satelitii de baza ai sistemului, lasnsati in prima faza de dezvoltare a

acestuia. Acestia emiteau semnale doar pe o singura frecventa si aveau o perioada

de viata de aproximativ 3 ani.

b) GLONASS – M – aceasta generatie de sateliti emit semnale pe doua frecvente si au o

durata de viata de aproximativ 7 ani. In momentul de fata intreaga constelatie

GLONASS este alcatuita din stateliti din generatia GLONASS – M, cu exceptia unuia

care este din generatia GLONASS initiala.

c) GLONASS – K – reprezinta urmatoarea generatie de sateliti GLONASS, ei urmand sa

emita pe trei frecvente, vor avea o masa redusa la jumatate si o durata de viata de 10-

12 ani. Acestia sunt inca in faza de dezvoltare, si urmeaza a fi lansati cel mai probabil

incepand cu 2010.

Segmentul de control al GLONASS este alcatuit dintr-un centru de control principal (SCC –

System Control Center) si alte statii de Telemetrie, Urmarire si Control (TT&C –

Telemetry, Tracking and Control) distribuite pe teritoriul Rusiei. Acestea se ocupa, ca

si incazul GPS cu monitorizarea satelititlor, cu studiul orbitelor acestora si cu

incarcarea in sateliti a informatiilor de navigatie.

Segmentul utilizator este reprezentat ca si in cazul GPS de totalitatea receptoarelor

capabile sa receptioneze si sa proceseze semnalul venit de la satelitii sistemului in

scopuri de navigatie, pozitionare, etc.

Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) ---- GALILEOGALILEOGALILEOGALILEOStadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) Stadiul actual al sistemelor GNSS (IX) ---- GALILEOGALILEOGALILEOGALILEOGALILEO – sistemul de pozitionare european va fi primul sistem de pozitionare ce va fi

orientat catre aplicatii civile. Aparitia sa a fost cauzata de mai multe aspecte economice, politice, sociale si tehnologice. In momentul de fata sistemul este in plina dezvoltare.

Segmentul spatial – va fi compus din 30 de sateliti distribuiti in 3 plane orbitale avand o inclinare nominala de 560, cate 9 sateliti activi in fiecare plan, plus unul neactiv (de rezerva) decalati cu aproximativ 400 intre ei . Orbitele satelitilor vor avea o altitudine de 23 222 km iar un sateilt va parcurge 17 perioade de revolutie pe parcurusul a 10 zile. Momentan exista doi sateliti lansati GIOVE-A si GIOVE-B, urmand ca in faza actuala sa se lanseze inca 4 sateliti pentru a stabiliza orbitele si apoi sa se lanseze restul pana la 30.

Segmentul de control – va fi compus din doua sisteme principale – Sistemul de control propriu-zis (GCS – Ground Control System) ce se va ocupa de comanda si controlul satelitilor si Segmentul de Misiuni (GMS – Ground Mission System) ce se va ocupa de colectarea datelor de la statiile de monitorizare, calculul efemeridelor, etc.

Vor exista 4 servicii de pozitionare diferite :

• OS (Open Service) ce va avea acces liber si va oferi o pozitionare cu o precizie sub 4m (orizontal) si sub 8m (vertical) folosind ambele frecvente sau sub 15m (orizontal) si sub 35m (vertical) folosind o singura frecventa.

• CS (Commercial Service) la care se va avea acees contra cost si va oferi o precizie submetrica. Acesta va folosi semnalul receptat pe trei frecvente pentru pozitionare

• PRS(Public Regulated Service) si SoL (Safety of Life Service) ce vor avea acces restrictionat si o precizie comparabila cu cea oferita de OS; primul va fi disponibil doar utilizatorilor militari si va avea un nivel crescut de protectie contra interferentelor sau blocajelor iar al doilea va fi orientat catre serviciile de transport in special ce au nevoie de un anumit grad de securitate. De asemenea GALILEO va juca un rol important si in serviciile de SAR (Search and Rescue).

Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) –––– OVERLAYOVERLAYOVERLAYOVERLAYStadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) –––– OVERLAYOVERLAYOVERLAYOVERLAY

• Sistemele overlay nu sunt sisteme globale sau regionale de pozitionare. Ele sunt

sisteme ce transmit utilizatorilor un set de corectii pentru a imbunatati pozitionarea in

timp real a acestora.

• Sistemele pot fi sisteme satelitare, alcatuite din sateliti pozitionati pe orbite joase,

geosincrone ce transmit aceste corectii (EGNOS, WAAS) sau pot fi retele de statii

permanente ce transmit corectiile prin intermediul GSM (ROMPOS). Sistemele overlay

sunt interoperabile, permitand de exemplu avioanelor care traverseaza oceanul sa

treaca de la un sistem la altul fara probleme.

• Sistemul EGONS reprezinta sistemul overlay pentru Europa. Din pacate, la noi in tara

acoperirea este destul de redusa. Astfel s-a optat pentru dezvoltarea unei retele de statii

permanente care sa trimita corectiile diferentiale prin mijloace GSM.

Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) –––– EGNOSEGNOSEGNOSEGNOSStadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) Stadiul actual al sistemelor GNSS (X) –––– EGNOSEGNOSEGNOSEGNOS

BibliografieBibliografieBibliografieBibliografieBibliografieBibliografieBibliografieBibliografie

1. E.D. Kaplan, C.J. Hegarty – Understanding GPS – principles and

applications, Second edition, Artech House, 2005

2. T.Rus – Tehnologii geodezice spatiale - Note de curs, Facultatea de

geodezie, UTCB

3. J. Neuner – Sisteme de pozitionare globala, Editura Matrixro, 2000

4. B. Hoffman-Wellenhof – GPS Theory and practice, Springer-Verlag

Wien New York, 2003

5. P.J.G. Teunissen, A. Kleusberg – GPS for geodesy, Springer-

Verlag, 1998

Curs 1 Geodezie Spatiala

Documents

Transcript of Curs 1 Geodezie Spatiala