Дзз в применении навигационных систем. Развитие и современное состояние спутниковых навигационных систем и сервисов

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Тема 2.3. Применение дистанционного зондирования Земли и спутниковой навигации в нефтегазовой отрасли Метод дистанционного зондирования Земли: характеристики и достоинства Получение и обработка данных для ГИС наиболее важный и трудоемкий этап создания подобных информационных систем. В настоящее время самым перспективным и экономически целесообразным считается метод получения данных об объектах на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и GPS-измерений. В широком смысле дистанционное зондирование это получение любыми неконтактными методами информации о поверхности Земли, объектах на ней или в ее недрах. Традиционно к данным дистанционного зондирования относят только те методы, которые позволяют получить из космоса или с воздуха изображение земной поверхности в каких-либо участках электромагнитного спектра. Существует несколько видов съемки, использующих специфические свойства излучений с различными длинами волн. При проведении географического анализа, помимо собственно ДЗЗ, обязательно используются пространственные данных из других источников цифровые топографические и тематические карты, схемы инфраструктуры, внешние базы данных. Снимки позволяют не только выявлять различные явления и объекты, но и оценивать их количественно. Достоинства метода дистанционного зондирования Земли заключается в следующем: актуальность данных на момент съемки (большинство картографических материалов безнадежно устарели); высокая оперативность получения данных; высокая точность обработки данных за счет применения GPS технологий; высокая информативность (применение спектрозональной, инфракрасной и радарной съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных снимках); экономическая целесообразность (затраты на получение информации посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ); возможность получение трехмерной модели местности (матрицы рельефа) за счет использования стереорежима или лидарных методов зондирования и, как следствие, возможность проводить трехмерное моделирование участка земной поверхности (системы виртуальной реальности). Дистанционные методы характеризуются тем, что регистрирующий прибор значительно удален от исследуемого объекта. При таких исследованиях явлений и процессов на земной поверхности расстояния до объектов могут измеряться от единиц до тысяч километров. Это обстоятельство обеспечивает необходимый обзор поверхности и позволяет получать максимально генерализованные изображения. Существуют различные классификации ДЗЗ. Отметим наиболее важные с точки зрения практического сбора данных в нефтегазовой отрасли. Регистрироваться может собственное излучение объектов и отраженное излучение других источников. Этими источниками могут быть Солнце или сама съемочная аппаратура. В последнем случае используется когерентное излучение (радары, сонары и лазеры), что позволяет регистрировать не только интенсивность излучения, но также и его поляризацию, фазу и доплеровское смещение, что дает дополнительную информацию. Понятно, что работа самоизлучающих (активных) сенсоров не зависит от времени суток, но зато требует значительных затрат энергии. Таким образом, виды зондирования по источнику сигнала: активное (вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия); пассивное (собственное, естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью). Съемочная аппаратура может размещаться на различных платформах. Платформой может быть космический аппарат (КА, спутник), самолет, вертолет и даже простая тренога. В по- 1

2 следнем случае мы имеем дело с наземной съемкой боковых сторон объектов (например, для архитектурных и реставрационных задач) или наклонной съемкой с естественных или искусственных высотных объектов. Третий вид платформы не рассматривается в силу того, что он относится к специальностям, далеким от той, для которой написаны данные лекции. На одной платформе может размещаться несколько съемочных устройств, называемых инструментами или сенсорами, что обычно для КА. Например, спутники Ресурс-О1 несут сенсоры МСУ-Э и МСУ-СК, а спутники SPOT по два одинаковых сенсора HRV (SPOT-4 HRVIR). Понятно, что чем дальше находится платформа с сенсором от изучаемого объекта, тем больший охват и меньшую детализацию будут иметь получаемые изображения. Поэтому в настоящее время выделяют следующие виды съемки для получения данных дистанционного зондирования: 1. Космическая съемка (фотографическая или оптико-электронная): панхроматическая (чаще в одном широком видимом участке спектра) простейший пример черно-белая съемка; цветная (съемка в нескольких, чаще реальных цветах на одном носителе); многозональная (одновременная, но раздельная фиксация изображения в разных зонах спектра); радарная (радиолокационная); 2. Аэрофотосъемка (фотографическая или оптико-электронная): те же виды ДЗЗ, что и в космической съемке; лидарная (лазерная). Оба вида съемки находят широкое применение в нефтегазовой отрасли при создании ГИС предприятия, при этом каждый из них занимает свою нишу. Космическая съемка (КС), имеет более низкое разрешение (от 30 до 1 м в зависимости от типа съемки и типа космического аппарата), но за счет этого охватывает большие пространства. Космическая съемка используется для съемки больших площадей в целях получения оперативной и актуальной информации о районе предполагаемых геологоразведочных работ, базовой подосновы для создания глобальной ГИС на район разработки полезных ископаемых, экологического мониторинга нефтяных разливов и т.п. При этом используется как обычная монохромная (черно-белая съемка), так и спектрозональная. Аэрофотосъемка (АФС), позволяет получать изображение более высокого разрешения (от 1-2 м до 5-7 см). Аэрофотосъемка используется для получения высоко детальных материалов для решения задач земельного кадастра применительно к арендуемым участкам добычи полезных ископаемых, учета и управления имуществом. Кроме того, использование аэрофотосъемки на сегодняшний день представляется оптимальным вариантом получения данных для создания ГИС на линейно-протяженные объекты (нефте-, газопроводы и т.д.) за счет возможности применения «коридорной» съемки. Характеристики получаемых снимков (и АФС, и КС), т.е. возможность обнаружить и измерить то или иное явление, объект или процесс зависят от характеристик сенсоров соответственно. Главной характеристикой является разрешающая способность. Системы ДЗЗ характеризуются несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Под термином «разрешение» обычно подразумевается пространственное разрешение. Пространственное разрешение (рисунок 1) характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении. В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Снимки низкого пространственного разрешения являются обзорными и позволяют одномоментно охватывать значительные территории вплоть до целого полушария. Такие данные используются чаще всего в метеорологии, при мониторинге лесных пожаров и других масштабных природных бедствий. Снимки среднего пространственного разрешения на сегодня основной источник данных для мониторинга природной среды. Спутники со съемочной аппаратурой, работающей в этом диапазоне пространственных разрешений, запускались и запускаются многими странами Россией, США, Францией и др., что обеспечивает постоянство и непрерывность наблюдения. Съемка вы- 2

3 сокого разрешения из космоса до недавнего времени велась почти исключительно в интересах военной разведки, а с воздуха с целью топографического картографирования. Однако сегодня уже есть несколько коммерчески доступных космических сенсоров высокого разрешения (КВР- 1000, IRS, IKONOS), позволяющих проводить пространственный анализ с большей точностью или уточнять результаты анализа при среднем или низком разрешении. Рисунок 1. Примеры аэрофотоснимков различного пространственного разрешения: 0,6 м (вверху), 2 и 6 м (внизу) Спектральное разрешение указывает на то, какие участки спектра электромагнитных волн (ЭМВ) регистрируются сенсором. При анализе природной среды, например, для экологического мониторинга, этот параметр наиболее важный. Условно весь диапазон длин волн, используемых в ДЗЗ, можно поделить на три участка радиоволны, тепловое излучение (ИК-излучение) и видимый свет. Такое деление обусловлено различием взаимодействия электромагнитных волн и земной поверхности, различием в процессах, определяющих отражение и излучение ЭМВ. Наиболее часто используемый диапазон ЭМВ видимый свет и примыкающее к нему коротковолновое ИК-излучение. В этом диапазоне отражаемая солнечная радиация несет в себе информацию, главным образом, о химическом составе поверхности. Подобно тому, как человеческий глаз различает вещества по цвету, сенсор дистанционного зондирования фиксирует «цвет» в более широком понимании этого слова. В то время как человеческий глаз регистрирует лишь три участка (зоны) электромагнитного спектра, современные сенсоры способны различать десятки и сотни таких зон, что позволяет надежно выявлять объекты и явления по их заранее известным спектрограммам. Для многих практических задач такая детальность нужна не всегда. Если интересующие объекты известны заранее, можно выбрать небольшое число спектральных зон, в которых они будут наиболее заметны. Так, например, ближний ИК-диапазон очень эффективен в оценке состояния растительности, определении степени ее угнетения. Для большинства приложений достаточный объем информации дает многозональная съемка со спутников LANDSAT (США), SPOT (Франция), Ресурс-О (Россия). Для успешного проведения съемки в этом диапазоне длин волн необходимы солнечный свет и ясная погода. Обычно оптическая съемка ведется либо сразу во всем видимом диапазоне (панхроматическая), либо в нескольких более узких зонах спектра (многозональная). При прочих равных 3

4 условиях, панхроматические снимки обладают более высоким пространственным разрешением. Они наиболее пригодны для топографических задач и для уточнения границ объектов, выделяемых на многозональных снимках меньшего пространственного разрешения. Тепловое ИК-излучение (рисунок 2) несет информацию, в основном, о температуре поверхности. Помимо прямого определения температурных режимов видимых объектов и явлений (как природных, так и искусственных), тепловые снимки позволяют косвенно выявлять то, что скрыто под землей подземные реки, трубопроводы и т.п. Поскольку тепловое излучение создается самими объектами, для получения снимков не требуется солнечный свет (он даже, скорее, мешает). Такие снимки позволяют отслеживать динамику лесных пожаров, нефтяные и газовые факелы, процессы подземной эрозии. Следует отметить, что получение космических тепловых снимков высокого пространственного разрешения технически затруднительно, поэтому сегодня доступны снимки с разрешением около 100 м. Много полезной информации дает также тепловая съемка с самолетов. Рисунок 2. Аэроснимок нефтебазы в диапазоне видимого света (слева) и ночной тепловой снимок в ИК-диапазоне той же территории (справа) Сантиметровый диапазон радиоволн используется для радарной съемки. Важнейшее преимущество снимков этого класса в их всепогодности. Поскольку радар регистрирует собственное, отраженное земной поверхностью, излучение, для его работы не требуется солнечный свет. Кроме того, радиоволны этого диапазона свободно проходят через сплошную облачность и даже способны проникать на некоторую глубину в почву. Отражение сантиметровых радиоволн от поверхности определяется ее текстурой («шероховатостью») и наличием на ней всевозможных пленок. Так, например, радары способны фиксировать наличие нефтяной пленки толщиной 50 мкм (рисунок 3) и более на поверхности водоемов даже при значительном волнении. В принципе, радарная съемка с самолетов способна обнаруживать подземные объекты, например, трубопроводы и утечки из них. Рисунок 3. Радарный снимок нефтяного пятна на поверхности воды 4

5 Радиометрическое разрешение определяет диапазон различимых на снимке яркостей. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит, что наиболее близко к мгновенному динамическому диапазону зрения человека. Но есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (10 бит для AVHRR и 11 бит для IKONOS), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка. Это важно в случаях съемки объектов, находящихся в тени, а также когда на снимке одновременно находятся большие водные поверхности и суша. Кроме того, такие сенсоры, как AVHRR имеют радиометрическую калибровку, что позволяет проводить точные количественные измерения. Наконец, временное разрешение определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро развивающихся явлений. Большинство спутников (точнее, их семейств) обеспечивают повторную съемку через несколько дней, некоторые через несколько часов. В критических случаях для ежедневного наблюдения могут использоваться снимки с различных спутников, однако, нужно иметь в виду, что заказ и доставка сами по себе могут потребовать немалого времени. Одним из вариантов решения является приобретение приемной станции, позволяющей принимать данные непосредственно со спутника. Это удобное решение для ведения постоянного мониторинга используется некоторыми организациями на территории России, обладающими приемными станциями данных со спутников Ресурс-О. Для отслеживания изменений на какой-либо территории важна также возможность получения архивных (ретроспективных) снимков. В таблице 1 приведены краткие характеристики основных типов космических аппаратов дистанционного зондирования Земли коммерческого использования, применение которых возможно для решения задач по созданию и обновлению ГИС предприятий нефтегазового комплекса. Таблица 1 Краткие характеристики космических аппаратов для получения данных дистанционного зондирования Земли коммерческого использования Название КА Разрешение Разрешение многозональное Размер кадра Страна панхроматическое QuickBird 2 0,61 м 2,44 м 16 х 16 км США Iconos 2 1 м 4 м 11 х 11 км США EROS A1 1,8 м - 12,5 х 12,5 км США КВР м - 40 х 40 км Россия Spot 5 5 м(2,5 м) 10 м 60 х 60 км Франция ТК м х 300 км Россия Landsat 7 15 м 30 м 170 х 185 км США Кроме того, ДЗЗ могут классифицироваться по различными видам разрешения и охвата, по типу носителя данных (фотографические и цифровые), по принципу работы сенсора (фотоэффект, пироэффект и др.), по способу формирования (развертки) изображения, по специальным возможностям (стереорежим, сложная геометрия съемки), по типу орбиты, с которой производится съемка, и т.д. Для приема и обработки данных ДЗЗ с космических аппаратов используются наземные комплексы приема и обработки данных (НКПОД). В состав базовой конфигурации НКПОД входят (рисунок 4): антенный комплекс; приемный комплекс; комплекс синхронизации, регистрации и структурного восстановления; программный комплекс. 5

6 Рисунок 4. Состав наземного комплекса приема и обработки данных НКПОД обеспечивает: формирование заявок на планирование съемки земной поверхности и приема данных; распаковку информации с сортировкой по маршрутам и выделением массивов видеоинформации и служебной информации; восстановление строчно-линейной структуры видеоинформации, декодирование, радиометрическую коррекцию, фильтрацию, преобразование динамического диапазона, формирование обзорного изображения и выполнение других операций цифровой первичной обработки; анализ качества полученных изображений с использованием экспертных и программных методов; каталогизацию и архивацию информации; геометрическую коррекцию и геопривязку изображений с использованием данных о параметрах углового и линейного движения космических аппаратов и/или опорных точек на местности; лицензионный доступ к данным, получаемых со многих зарубежных спутников ДЗЗ. Аппаратная составляющая НКПОД работает в тесной взаимосвязи с программным комплексом. Программное обеспечение для управления антенным и приемным комплексом выполняет следующие основные функции: автоматическую проверку функционирования аппаратной части НКПОД; расчет расписания сеансов связи, т. е. прохождения спутника через зону видимости НКПОД; автоматическую активизацию НКПОД и прием данных в соответствии с расписанием; расчет траектории спутника и управление антенным комплексом для сопровождения спутника; форматирование принимаемого информационного потока и запись его на жесткий диск; индикацию текущего состояния системы и информационного потока; автоматическое ведение журналов работы. Программное обеспечение дает возможность управления НКПОД с удаленного терминала через локальную сеть или сеть Интернет. 6

7 В состав программного обеспечения НКПОД, как правило, входят средства для ведения электронного каталога изображений и архивации. Поиск изображений в каталоге выполняется по следующим основным признакам: наименование спутника, тип съемочной аппаратуры и режим ее работы, дата и время съемки, территория (географические координаты). Дополнительно может устанавливаться программное обеспечение для визуализации, фотограмметрической и тематической обработки данных ДЗЗ, такое как: INPHO (компания INPHO, Германия) полнофункциональная фотограмметрическая система; ENVI (корпорация ITT Visual Information Solutions, США) программный комплекс для обработки данных ДЗЗ и их интеграции с данными ГИС; ArcGIS (компании ESRI, США) программное решение для построения корпоративных, отраслевых, региональных, государственных ГИС. Для обеспечения максимального радиуса обзора антенный комплекс должен устанавливаться так, чтобы горизонт был открыт от углов места 2 и выше в любом азимутальном направлении. Для качественного приема существенным является отсутствие радиопомех в диапазоне от 8,0 до 8,4 ГГц (передающие устройства радиорелейных, тропосферных и других линий связи). Следует также отметить, что по оценкам экспертов, в ближайшем будущем данные дистанционного зондирования станут основным источником информации для ГИС, в то время как традиционные карты будут использоваться только на начальном этапе в качестве источника статичной информации (рельеф, гидрография, основные дороги, населенные пункты, административное деление). В настоящее время в нефтегазовой отрасли наблюдается бурный всплеск применения спутниковых навигационных систем, предназначенных для определения параметров пространственного положения объектов. Сегодня применяются две системы второго поколения американская GPS (Global Positioning System), имеющая также название NAVSTAR, и российская ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). Устройство и применение спутниковых систем глобального позиционирования в нефтегазовой отрасли Основные направления применения спутниковых систем глобального позиционирования при геоинформационном обеспечении предприятий нефтегазового сектора следующие: развитие опорных геодезических сетей всех уровней от глобальных до съемочных, а также проведение нивелирных работ в целях геодезического обеспечения деятельности предприятий; обеспечение добычи полезных ископаемых (открытая разработка, буровые работы и др.); геодезическое обеспечение строительства, прокладки трубопроводов, кабелей, путепроводов, ЛЭП и др. инженерно-прикладных работ; землеустроительные работы; спасательно-предупредительные работы (геодезическое обеспечение при бедствиях и катастрофах); экологические исследования: координатная привязка разливов нефти, оценка площадей нефтяных пятен и определение направления их движения; съемка и картографирование всех видов топографическая, специальная, тематическая; интеграция с ГИС; применение в диспетчерских службах; навигация всех видов воздушная, морская, сухопутная. Данные систем глобального спутникового позиционирования (СГСП) применяются в различных (мониторинговые, изыскательские, исследовательские и т.п.) системах, где требуется 7

8 жесткая пространственно-временная привязка результатов измерений. Основными достоинствами СГСП являются: глобальность, оперативность, всепогодность, точность, эффективность. О тенденциях развития этих систем можно судить по объему продаж спутниковых приемников GPS/ГЛОНАСС, который удваивается через каждые 2-3 года. Обе системы имеют двойное назначение военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) L1 для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) L2 для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства (США для NAVSTAR и России для ГЛОНАСС). Для NAVSTAR L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53 МГц. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа). В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приемникам, однако в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован (в системе NAVSTAR это ограничение было отменено только в мае 2000 года и в любой момент может быть восстановлено). В составе систем глобального спутникового позиционирования можно выделить три компонента: наземную систему контроля и управления; системы космических аппаратов; аппаратуру пользователей. Система контроля и управления состоит из станций слежения за спутниками, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт космических аппаратов. Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная информация об орбитах обрабатывается и прогнозируются координаты спутников (эфемериды). По этим данным составляется альманах. Эти и другие данные с наземных станций загружаются на борт каждого спутника. Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приемник до начала измерений. Обычно приемник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел мгновенно использует его. Каждый спутник передает в своем сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве, поскольку в системе глобального спутникового позиционирования каждый спутник выполняет роль отдельного геодезического опорного пункта с известными координатами в текущий момент времени. Координаты измеряемого объекта, на котором находится навигационный приемник, определяются методом линейных засечек. Измеренные параметры определяют поверхности положения, в точке пересечения которых находится искомый объект. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приемника основан на определенности скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приемника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приеме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приема сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приемник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определенный промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный 8

9 путь и т. д. Измерения производятся в так называемом беззапросном режиме, когда передатчик на спутнике работает непрерывно, а навигационный приемник включается по мере надобности. Произведем рассмотрение состава системы космических аппаратов. Спутники NAVSTAR располагаются в шести плоскостях на высоте примерно км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трех плоскостях на высоте примерно км. Номинальное количество спутников в обеих системах 24. Группировка NAVSTAR полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развернута в декабре 1995-го, но затем значительно деградировала и лишь в сентябре 2010 была укомплектована до штатного количества 24 (а также два резервных спутника). На рисунке 5 представлены навигационные спутники Navstar-2 и Глонасс-М. Рисунок 5. Спутники навигационных систем GPS (слева) и ГЛОНАСС (справа) 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный прием и хороший расчет позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве. Для GPS это количество равно 30 (6 резервных), а для ГЛОНАСС 26 (2 резервных). Также невысокое наклонение орбит спутников (примерно 55 для GPS и 64,8 для ГЛОНАСС) серьезно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники невысоко поднимаются над горизонтом. Обе системы используют сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придает им высокую помехозащищенность и надежность при невысокой мощности излучения передатчиков. Каждый спутник системы, помимо основной информации, передает также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приемного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приемного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка одной минуты), т.е. был выключен менее 3-4 часов это называется «теплый старт» (приемник получает только эфемериды спутников), но может занять и до 30-ти минут, если приемник вынужден получать полный альманах т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приемника, либо если он долго не использовался (более 70 часов) или был перемещен на значительное расстояние. Существует также «горячий старт» (приемник выключен менее 30 минут), когда работа приемника начинается немедленно с небольшой ошибкой, корректируемой в процессе измерения координат. Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приема сигнала от спутников может серьезно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой 9

10 облачности. Нормальному приему сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь. Для искусственного подавления сигналов спутниковых навигационных систем используются передатчики активных помех. Впервые широкой общественности передатчики разработки российской компании «Авиаконверсия» были представлены в 1997 году на авиасалоне МАКС Точность определения координат может варьироваться в широких пределах от нескольких десятков метров до десятков сантиметров и зависит от способов измерений, которые делятся на: абсолютные способы определения геоцентрических координат (автономные, дифференциальные); относительные способы определения пространственных векторов базовых линий (статические, кинематические). Наибольшую точность обеспечивают дифференциальные и относительные статические способы. В их основе лежит способ измерения координат с двух станций находящихся друг от друга на относительно небольшом удалении (до 30 км). При этом считается, что на таких расстояниях измерения с двух станций до спутников искажены одинаково. Подобные методы измерений позволяют проводить профессиональные геодезические навигационные приемники таких фирм как: Leica (Швейцария), Ashtech (США), Trimble (США) и некоторые другие. В дифференциальном способе в приемниках должна быть предусмотрена возможность реализации дифференциального режима. Сущность данного метода заключается в следующем. Один приемник ставится на пункте с заранее известными координатами (например, опорном пункте геодезической сети). При этом его называют базовой референц-станцией или контрольнокорректирующей. Другой преемник, подвижный, размещается на определяемой точке. Поскольку координаты базовой станции известны, то их можно использовать для сравнения с вновь определяемыми и находить на этой основе поправки для подвижной станции, которые передаются на подвижную станцию по радиоканалу посредством специального передатчика. Мобильная станция, получив дифференциальные поправки, корректирует свои измеренные координаты, тем самым повышая точность измерения. Наиболее ощутимые выгоды от внедрения идеи исключения погрешностей достигнуты в способах относительных статических измерений. Как и в дифференциальном режиме, аппаратуру устанавливают на двух станциях, например А и В. В статике по разностям, свободным от многих искажений, вычисляют соединяющий эти станции пространственный вектор D: D = (X B X A, Y B Y A, Z B Z A). Базовая станция должна иметь точные координаты, чтобы по измеренным приращениям можно было вычислить координаты остальных пунктов геодезической сети с требуемой точностью. Благодаря измерению приращений координат и применению фазового метода погрешности в результатах определения координат пунктов сведены к нескольким десяткам сантиметров. Эти способы являются основными в геодинамических и важнейших геодезических работах. Существуют целые сети, вырабатывающие дифференциальные поправки для навигационных приборов по вышеописанным принципам. О них рассказывается далее. Использование тех или иных видов навигационных приемников и методов измерений зависит от требований к точности определения координат опорных точек. Нет никакого смысла использовать дорогие геодезические приемники и продолжительные по времени методы измерений для получения координат опорной точки в целях привязки, например, снимков КА Landsat с разрешением 15 (30) м. В этом случае достаточно использовать простейшие недорогие навигационные приемники, обеспечивающие приемлемую точность в 5-20 м. Важно подчеркнуть, что точность всех навигационных приемников зависит не только от длительности проведения отдельных измерений и метода измерений, но и от числа видимых спутников над горизонтом, а также характера и открытости местности (равнина или застроенная территория), влияющего на переотражение сигнала. Точность системы ГЛОНАСС в настоящее время несколько ниже, чем GPS, 4,46-8,38 м при использовании в среднем 7-8 космических аппаратов (в зависимости от точки приема). В то 10

11 же время ошибки GPS составляют 2,00-8,76 м при использовании в среднем 6-11 космических аппаратов (в зависимости от точки приема). При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляют 2,37-4,65 м при использовании в среднем космических аппаратов (в зависимости от точки приема). Согласно заявлениям главы Роскосмоса Анатолия Перминова, принимаются меры по увеличению точности. К концу 2010 году повысится точность расчета эфемерид и ухода бортовых часов, что приведет к увеличению точности навигационных определений до 5,5 метров. Сделано это будет за счет модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В 2011 году количество спутников в группировке планируется увеличить до 30. Параллельно с этим будет идти замена спутников Глонасс-М на более совершенные Глонасс-К (поддерживают новые CDMA сигналы в формате GPS/Galileo/Compass, которые значительно облегчат разработку мультисистемных навигационных приборов) и Глонасс-К2 (транслирует сигналы с кодовым разделением: два сигнала в диапазонах частот L1 и L2 и открытый сигнал в диапазоне L3), что повысит точность до 2,8 м. Для увеличения точности навигации используют системы, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам» DGPS, теоретические аспекты формирования которой были рассмотрены выше), позволяющую повысить точность измерения координат приемника до нескольких метров и даже до нескольких десятков сантиметров при использовании сложных дифференциальных режимов. Дифференциальная поправка основана на геостационарных спутниках и наземных базовых станциях. Каждая из станций оборудована GPS аппаратурой и специальным программным обеспечением, предназначенным для приема GPS сигналов, анализа полученных измерений, вычисления ошибок ионосферы, отклонений траекторий и часов спутников. Эти данные передаются на центральную станцию управления (Master Station WMS), где повторно обрабатываются и анализируются с учетом измерений, полученных со всех базовых станций сети. Затем корректирующая информация передается на геостационарные спутники и уже оттуда ретранслируются пользователям. Сигнал от геостационарным спутников принимается аналогично сигналу от спутников навигационной системы по одному или нескольким каналам. DGPS может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определенным приемником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной. В настоящее время существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см). В России лишь в Калининградской области возможно полнофункционально использовать сигналы от системы EGNOS. На остальной территории прием дифференциальной поправки невозможен. Ключевым вопросом в организации спутниковой навигации является выбор устройств для приема сигнала, т.е. аппаратуры пользователя. Потребителям предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть свое местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учетом рельефа местности; искать на карте конкретные объекты по координатам или адресу и т.д. При этом навигационный приемник может быть выполнен как отдельное устройство, или же навигационный чип встраивается в другое оборудование, например, мобильный телефоны, смартфон, КПК или онбордер (бортовой компьютеры). На рисунке 6 приведены примеры навигаторов: вверху без поддержки карт (слева собственно GPS-навигатор Magellan Blazer 12 в удароустойчивом влагозащищенном корпусе, справа навигация с помощью сотового телефона (iphone), закрепленного на руле велосипеда), внизу автонавигатор Glospace с поддержкой карт. Сравнивая оборудование для GPS и ГЛОНАСС можно сказать, что все приемники ГЛО- НАСС позволяют работать и с GPS, но не наоборот. Возможен одновременный прием сигналов обеих навигационных систем, дающий более точные координаты. Комбинированная ГЛО- НАСС/GPS аппаратура профессионального уровня изготавливается многими производителями, в том числе зарубежными фирмами Topcon, Javad, Trimble, Septentrio, Ashtech, NovAtel, SkyWave Mobile Communications. Основной причиной, по которой ГЛОНАСС не используется в чистом виде, является отсутствие качественных цифровых карт, а также громоздкость и слишком высокое энергопотребление самих приемников (по этим причинам чипы ГЛОНАСС не встраиваются в 11

12 мобильное оборудование). Однако идет постепенное уменьшение этих параметров и на данный момент существуют полнофункциональные чипы с поддержкой систем ГЛОНАСС/GPS, а также GALILEO/COMPASS. Рисунок 6. Навигаторы В нефтегазовой отрасли широкое распространение получили GPS-трекеры и GPSлоггеры, которые ведут запись и передачу координат на серверный центр и используются для спутникового мониторинга автомобилей, людей, активов и т.д. Эти данные используются диспетчерскими службами для организации эффективного управления транспортом и персоналом. GPS-трекер фиксирует данные о местоположении и с регулярными интервалами передает их посредством радиосвязи, GPRS- или GSM-соединения, спутникового модема на серверный центр мониторинга или просто компьютер со специальным программным обеспечением через USB, RS-232, PS/2. Пользователь трекера, либо диспетчер ведущий мониторинг за объектом, может подключиться к серверу системы, используя программу-клиент либо web-интерфейс под своим логином и паролем. Система отображает местонахождение объекта и историю его перемещения трек на карте (рисунок 7). Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже. Собственных дисплеев GPS-трекеры не имеют и за счет этого дешевле своих собратьев навигаторов. Для мониторинга персонала используются персональные трекеры (малого размера), а для мониторинга транспорта автомобильные. Автотрекеры позволяют подключать различные датчики (уровня топлива, нагрузки на ось и т.д.) и сами подключены к бортовой сети. Для автомобильных трекеров предусмотрено также подключение внешней антенны. 12

13 Рисунок 7. Трек GPS-логгеры не только не имеют дисплея, но и не содержат модулей передачи данных (GSM-модулей), поэтому не пригодны для мониторинга в реальном времени. Информация логгера записывается во время движения во встроенную память и становится доступной после подключения к компьютеру для ее анализа. В тех случаях, когда необходимо предоставить дополнительные возможности помимо простого занесения координаты в память приемника, используются собственно навигаторы (почти всегда, GPS-навигаторы). Они обладают широким кругом возможностей, обзор которых выходит за рамки нашего изложения. Основными из них для нефтегазовой отрасли является возможность отображения карт различного профиля, прокладка маршрутов на местности, поиск и определение координат объектов и т.д. Например, данные возможности использовали специалисты BG Transco компании, занимающейся обслуживанием более км подземных газопроводов, для определения местоположения сооружений, попадающих в потенциально опасную область вблизи газопровода в случае критических ситуаций. Для этого использовали панхроматическое спутниковое изображение с разрешением на местности 1 м для анализа буферных зон в областях с высокой плотностью населения. Изображение было привязано по опорным точкам, полученным с помощью GPSприемника. На изображение была наложена аналитическим методом (по координатам) трасса газопровода и в результате пространственного анализа была вычислена 200-метровая буферная зона потенциального риска и все объекты, находящиеся в ней. Другим примером является постройка магистрального нефтепровода протяженностью 450 км в Ненецком Автономном округе РАО «Роснефтегазстрой». В качестве главного источника информации были использованы снимки космического аппарата Landsat, позволившие получить наиболее достоверную и оперативную информацию о местности в районе предполагаемой прокладки нефтепровода. На основе цифровой модели рельефа были созданы цифровые модели территории планируемого объекта, выполнены расчеты углов поворота, величины и направления уклонов по трассе нефтепровода. Профессиональные GPS-навигаторы отличается качеством изготовления компонентов (особенно антенн), используемым программным обеспечением (ПО), поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1 + L2), алгоритмами подавления интерференционных зависимостей, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например, NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou), увеличенным запасом электропитания и разумеется, ценой. Необходимо отметить, что в настоящее время наметилась тенденция к тесной интеграции GPS-технологий и методов получения и обработки данных дистанционного зондирования Земли, проявляющейся в основном в области аэрофотосъемки. Уже достаточно длительное время при съемочных работах используют аэрофотокамеры некоторых производителей, интегрированные с GPS-приемниками (рисунок 8), которые при фотосъемке местности фиксируют пространственные трехмерные координаты центра проекции каждого кадра. Использование данной технологии 13

14 по оценке специалистов позволяет сократить в раз число опорных точек, требуемых для фотограмметрической обработки материалов облета, что существенно повышает производительность работ и снижает суммарную стоимость затрат на получение исходных данных. Рисунок 8. Аэрофотокомплекс, интегрированный с GPS-приемником Таким образом, при создании ГИС применяют комбинированные источники информации: сочетание методов дистанционного зондирования Земли космическими аппаратами различной детальности, данные GPS-измерений, лазерная и стереосъемка, данные с топокарт и т.п. Все зависит только от требований, предъявляемых к системе. Можно утверждать, что комбинация информации, получаемой с помощью различных средств дистанционного зондирования Земли и данных GPS-измерений, позволит получить полную и исчерпывающую информацию о любом объекте наиболее оперативно и достоверно, а также полностью обеспечит все потребности для информационного обеспечения любого проекта, любой системы, любого предприятия. Устойчивый рост применения геоинформационных технологий на предприятиях нефтегазового комплекса, наметившийся в последнее время, обусловлен не только развитием возможностей самих ГИС, но и тесной интеграцией данных информационных систем с GPSтехнологиями и технологиями получения и обработки данных дистанционного зондирования Земли. 14

ГИС И GPS В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Еременко.Д.И. Нижневартовский нефтяной техникум (филиал) ФГБОУ ВОЮГУ Югорский государственный университет Нижневартовск, России GIS and GPS IN OIL AND GAS INDUSTRY Eremenko.D.I.

Аэрокосмические (дистанционные) методы в лесном хозяйстве Лекции 1-2 Вуколова И.А., к.с.-х.н., доцент кафедры лесоустройства и охраны леса МГУЛ Дистанционное зондирование (ДЗЗ) - процесс, посредством которого

Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС, GPS, Galileo С давних времён путешественники задавались вопросом: как определить своё местоположение на Земле? Древние мореплаватели ориентировались по звёздам,

Что такое GPS? Спутниковая навигационная система GPS (Global Positioning System) или Глобальная система позиционирования местоопределения. Система GPS официальное название NAVSTAR (Navigation System of

Доклад на заседании секции 3 НТС ФГУП ЦНИИмаш по вопросу «Общий замысел геодезических направлений исследований в рамках НИР «Развитие» от 28 мая 2013 года Роль и место в исследованиях по проблемным вопросам

ГЛОБАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, ПРИМЕНЕНИЕ В ГЕОДЕЗИИ Захарчев С.В., Андреева Н В. БГТУ имени В.Г. Шухова Белгород, Россия GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS, APPLICATIONS IN GEODESY Zakharchev

Позиционирование определение с помощью спутниковых систем местонахождения наблюдателя или объекта в трехмерном земном пространстве. Достоинства спутниковых систем позиционирования: глобальность оперативность

Фролова Елена Андреевна Frolova Elena Andreevna АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛОБАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ГЛОНАСС И GPS. ANALYSIS OF TECHNICAL PROPERTIES OF GLOBAL SATELLITE SYSTEMS OF GLONASS AND GPS.

ФГУП «РНИИ КП» Альманах результатов мониторинга целостности взаимодополняющих систем ГЛОНАСС/GPS за период с 08.11.2007 03:00:00 по с 08.11.2007 06:00:00 1. Введение Данный материал представляет результаты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА КАДАСТРА НЕДВИЖИМОСТИ,

РАЗВИТИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ИНФРАСТРУКТУРЫ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Генеральный конструктор Н.Н. Севастьянов КОНФЕРЕНЦИЯ «КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

GPS: принципы работы, классификация устройств За последние годы функция GPS превратилась из непонятной рядовому пользователю аббревиатуры в прекрасно знакомую, ежедневно облегчающую жизнь тысячам пользователей

Схема взаимосвязей средств дистанционного зондирования Государственный мониторинг земель дистанционными методами Дистанционные методы наземный Воздушный (Аэро-) космический Виды первичной информации Фотограмметрические

УДК 621.391.26 К.М. Другов, Л.А. Подколзина СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ НАЗЕМНЫХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Современный технический прогресс в области информационных технологий существенно расширяет тактико-технические

10 В. А. Добриков, В. А. Авдеев, Д. А. Гаврилов УДК 621.396.96+629.78 В. А. ДОБРИКОВ, В. А. АВДЕЕВ, Д. А. ГАВРИЛОВ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАЕКТОРИИ АВИАЦИОННОГО НОСИТЕЛЯ РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ

РАЗРАБОТКА И ПРОГРАММИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОИСКА И ОБНАРУЖЕНИЯ МЕЛКОЙ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ Капустин Дмитрий Юрьевич Ведение Основной целью работы является упрощение поиска мелких вещей. Все мы периодически

Современные аспекты применения ГИСтехнологий в нефтегазовом секторе Управление геоинформационных систем www.primegroup.ru Предпосылки использования ГИС-технологий в ТЭК Пространственное распределение объектов

Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и производственный центр «Природа» (ОАО «НИиП центр «Природа») ДАННЫЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В СИСТЕМЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО ТОПОГРАФИЧЕСКОГО

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана) «Интеллектуальные

КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ (ДЗЗ) ГОСУДАРСТВЕННОГО КОСМИЧЕСКОГО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЦЕНТРА (ГКНПЦ) ИМ. М.В. ХРУНИЧЕВА И.А. Глазкова ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. E-mail: [email protected]

«Система контроля навигационного поля КНС ГЛОНАСС/GPS на территории Восточного полушария Земли беззапросными измерительными системами» ДОКЛАДЧИК: Заместитель председателя Красноярского Научного Центра

Дистанционное зондирование Земли при экологогеологических исследованиях 3. Методы и технологии изучения Земли из космоса Содержание 3.1. Технология получения материалов ДЗЗ Схема получения и обработки

Геоинформационные системы Лекция 14 Определение ГИС (географическая информационная система) система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (геогр афических) данных и связанной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" Институт

Тенденции развития геоинформатики в России и в мире Интеграция геопространства Болсуновский Михаил Александрович Первый заместитель генерального директора Компания «Совзонд» * Отрасль 1 2 3 Технологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСТ Р 52928-2008 СИСТЕМА СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИОННАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ Термины и определения Москва Стандартинформ

Главная цель системы Снижение расходов на эксплуатацию автотранспорта и повышение эффективности его использования за счет получения достоверной и оперативной информации о его движении Цели внедрения системы

МОБИЛЬНЫЕ СОТРУДНИКИ НАВИГАЦИОННЫЕ ТРАНСПОРТ СЕРВИСЫ ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ! ОПТИМИЗИРУЙТЕ РАБОТУ ВАШИХ СОТРУДНИКОВ ЭФФЕКТИВНЫЙ И КОНТРОЛЬ ТРАНСПОРТА РАЗЪЕЗДНЫХ ВНЕ ОФИСА СОТРУДНИКОВ И ТРАНСПОРТА КОМПАНИИ При оснащении

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ГНСС КОМПАНИИ JAVAD GNSS М.О. Любич («УГТ-Холдинг», Екатеринбург) В 2011 г. окончил Уральский федеральный университет им. первого Президента

Классификация по технологии получения изображения Фотографические Сканерные ОМ Видимый и инфракрасный диапазон Сканерные ОЭ Радиолокационные Радиодиапазон Пассивные регистрируют естественное излучение

Классификация технических средств дистанционного зондирования Группы ТС ДЗ съемочная аппаратура, носители съемочной аппаратуры, наземные средства дистанционного зондирования Съемочная аппаратура весь парк

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ДАННЫХ ДЗЗ И МЕТОДИК ИХ ОБРАБОТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА SARSCAPE Ю.И. Кантемиров (ООО «Компания Совзонд») [email protected] В докладе приводится

937 Использование сигнатур для повышения точности определения местоположения подвижных объектов в локальных системах позиционирования. Зарецкий С.В. ([email protected]) Московский Физико-технический Институт

Современные технологии позволяют создавать вполне приемлемые по цене навигационные системы для автомобилистов, которые умеют не только отображать на своем экране карту местности и местоположение автомобиля,

Системы глобального позиционирования 1 Цель лекции Понимать как работают основные функции спутниковой навигации Знать как определить положение на карте 2 Принцип измерения транзитного времени сигнала Расстояние

Материалы Международной научно-технической конференции, 3 7 декабря 2012 г. МОСКВА INTERMATIC 2 0 1 2, часть 6 МИРЭА ПОДХОДЫ К ПОСТРОЕНИЮ БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ СПУТНИКОВЫХ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ российской ФЕДЕРАЦИИ ГОСТ Р 53607-2009 МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ И ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ Определение

Предложение по космическому мониторингу смещений земной поверхности и сооружений для решения задач ГОКов 1 Оглавление 1. Общая информация 3 2. Этапы работ по космическому мониторингу смещений....5 3. Ресурсное

Ввод и обработка данных дистанционного зондирования Земли Лектор: к.т.н. Токарева Ольга Сергеевна Лекция 2 Структура системы ДЗЗ Орбитальный сегмент ИСЗ Информационный центр Целевая аппаратура Станция

СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ GPS и GLONASS Кафедра теоретической механики МФТИ, Институт проблем управления РАН, Javad GNSS Межпредметный семинар МФТИ, 29.10.08 Оглавление GPS и ГЛОНАСС 1 GPS и ГЛОНАСС

Материалы Международной научно-технической конференции, 14 17 ноября 2011 г. МОСКВА INTERMATIC 2 0 1 1, часть 3 МИРЭА ИЗМЕРЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ЦИФРОВОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИС ПОМОЩЬЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА

Внедрение спутниковых навигационных технологий с использованием системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития Архангельской области СПУТНИКОВОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ОБЩЕГРАЖДАНСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ TOPOCAD ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА МОНИТОРИНГА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОХРАНИЛИЩА Галахов В.П., ЗАО «Геостройизыскания» По материалам исследований сотрудников факультета гражданского строительства

Карепин Александр Сергеевич аспирант Самсонова Наталья Вячеславовна канд. экон. наук, заведующая кафедрой ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» г. Ростов-на-Дону, Ростовская область

Фаза Кода Измерения и Результаты Базовые принципы и источники ошибок Фактор снижения точности (DOP) DOP - геометрический фактор качества обратной пространственной засечки DOP зависит от взаимного расположения

УДК 528.4+ 528.7+528.8 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДАННЫХ ДЗЗ ДЛЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В.Н. Максимова В статье рассмотрены вопросы, посвященные методу картографирования объектов сельского

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ (МИИГАИК) Описание основной образовательной программы высшего образования Направление

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» «ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА» ИНФРОМАТИКА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Оглавление Введение Измерение высоты Барометрический высотомер Радиотехнический высотомер Выбор

УДК 528.48(076.5) Хмырова Е.Н. (Караганда, КарГТУ), Бесимбаева О.Г. (Караганда, КарГТУ), Игемберлина М.Б. (Караганда, КарГТУ) Координатный метод разбивочных работ с комплексным использованием современных

Картография, топография и дистанционное зондирование: современные тенденции Прасолова Анна Ивановна, доцент Географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова [email protected] Тульская Надежда

ТЕСТ ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЁМКИ 1. Какими методами осуществляется наземная топографическая съёмка? - тахеометрическим;* - стереотопографическим; - комбинированным. 2. Какой метод является в настоящее время

История разработок Первые результаты работы аппаратуры и ККВО на борту космического аппарата «Метеор-М» 1 АНО «Космос-НТ» Институт космических исследований РАН 2009 Около 30 лет в ИКИ РАН ведутся работы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕРДА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Использование систем позиционирования для выполнения

Космическая геодезия и высокоточная гравиметрия в современной геодинамике В.Е.Жаров, А.В.Копаев. В.К.Милюков Основания для работы Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» Проект

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие...3 Введение... 4 РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОДЕЗИИ И ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ Глава 1. Земная поверхность и способы ее изображения... 6 1.1. Форма Земли и определение положения

ГОНЕЦ-Д1М Многофункциональная система персональной спутниковой связи www.gonets.ru МСПСС «Гонец-Д1М» МСПСС «Гонец-Д1М» предназначена для передачи данных и предоставления услуг связи абонентам в любой точке

Международная организация гражданской авиации A37-WP/195 1 РАБОЧИЙ ДОКУМЕНТ ТЕ/109 22/9/10 (Information paper) АССАМБЛЕЯ 37-Я СЕССИЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ Пункт 35 повестки дня. Глобальная система организации

Диагностика подводных переходов. Трассопоисковые системы. Трассопоисковые системы представляют собой приборы, предназначенные для дистанционного поиска, обнаружения и измерения пространственного положения

Спутник ДЗЗ “Ресурс-П”

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - наблюдение поверхности авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные - использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Аппаратура ДЗЗ первых КА, запущенных в 1960-70-х гг. была трассового типа - проекция области измерений на поверхность Земли представляла собой линию. Позднее появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ панорамного типа - сканеры, проекция области измерений на поверхность Земли которых представляет собой полосу.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы.

Общий обзор

Дистанционное зондирование является методом получения информации об объекте или явлении без непосредственного физического контакта с данным объектом. Дистанционное зондирование является подразделом географии. В современном понимании, термин в основном относится к технологиям воздушного или космического зондирования местности с целью обнаружения, классификации и анализа объектов земной поверхности, а также атмосферы и океана, при помощи распространяемых сигналов (например, электромагнитной радиации). Разделяют на активное (сигнал сначала излучается самолетом или космическим спутником) и пассивное дистанционное зондирование (регистрируется только сигнал других источников, например, солнечный свет).

Пассивные сенсоры дистанционного зондирования регистрируют сигнал, излучаемый или отраженный объектом либо прилегающей территорией. Отраженный солнечный свет – наиболее часто используемый источник излучения, регистрируемый пассивными сенсорами. Примерами пассивного дистанционного зондирования являются цифровая и пленочная фотография, применение инфракрасных, приборов с зарядовой связью и радиометров.

Активные приборы, в свою очередь, излучают сигнал с целью сканирования объекта и пространства, после чего сенсор имеет возможность обнаружить и измерить излучение, отраженное или образованное путем обратного рассеивания целью зондирования. Примерами активных сенсоров дистанционного зондирования являются радар и лидар, которыми измеряется задержка во времени между излучением и регистрацией возвращенного сигнала, таким образом определяя размещение, скорость и направление движения объекта.

Дистанционное зондирование предоставляет возможность получать данные об опасных, труднодоступных и быстродвижущихся объектах, а также позволяет проводить наблюдения на обширных участках местности. Примерами применения дистанционного зондирования может быть мониторинг вырубки лесов (например, в бассейне Амазонки), состояния ледников в Арктике и Антарктике, измерение глубины океана с помощью лота. Дистанционное зондирование также приходит на замену дорогостоящим и сравнительно медленным методам сбора информации с поверхности Земли, одновременно гарантируя невмешательство человека в природные процессы на наблюдаемых территориях или объектах.

При помощи орбитальных космических аппаратов ученые имеют возможность собирать и передавать данные в различных диапазонах электромагнитного спектра, которые, в сочетании с более масштабными воздушными и наземными измерениями и анализом, обеспечивают необходимый спектр данных для мониторинга актуальных явлений и тенденций, таких как Эль-Ниньо и другие природные феномены, как в кратко-, так и в долгосрочной перспективе. Дистанционное зондирование также имеет прикладное значение в сфере геонаук (к примеру, природопользование), сельском хозяйстве (использование и сохранение природных ресурсов), национальной безопасности (мониторинг приграничных областей).

Техники получения данных

Основная цель мультиспектральных исследований и анализа полученных данных – это объекты и территории, излучающие энергию, что позволяет выделять их на фоне окружающей среды. Краткий обзор спутниковых систем дистанционного зондирования находится в обзорной таблице.

Как правило, лучшим временем для получения данных методами дистанционного зондирования является летнее время (в частности, в эти месяцы наибольший угол солнца над горизонтом и наибольшая длительность дня). Исключением из этого правила является получение данных с помощью активных датчиков (например, Радар, Лидар), а также тепловых данных в длинноволновом диапазоне. В тепловидении, при котором датчики проводят измерения тепловой энергии, лучше использовать промежуток времени, когда разница температуры земли и температуры воздуха наибольшая. Таким образом, лучшее время для этих методов – холодные месяцы, а также несколько часов до рассвета в любое время года.

Кроме того, есть еще некоторые соображения, которые нужно учитывать. С помощью радара, например, нельзя получать изображение голой поверхности земли при толстом снежном покрове; то же самое можно сказать и о лидаре. Тем не менее, эти активные сенсоры нечувствительны к свету (или его отсутствию), что делает их отличным выбором для применения к высоких широтах (для примера). Кроме того, как радар, так и лидар способны (в зависимости от используемых длин волн) получать изображения поверхности под пологом леса, что делает их полезными для применения в сильно заросших регионах. С другой стороны, спектральные методы получения данных (как стереоизображения, так и мультиспектральные методы) применимы в основном солнечные дни; данные, собранные в условиях низкой освещенности, как правило, имеют низкий уровень сигнал / шум, что усложняет их обработку и интерпретацию. К тому же, в то время как стереоизображения способны отображать и идентифицировать растительность и экосистемы, при помощи этого метода (как и при мульти-спектральном зондировании) невозможно проникнуть под навес деревьев и получить изображения земной поверхности.

Применение дистанционного зондирования

Дистанционное зондирование наиболее часто применяется в сельском хозяйстве, геодезии, картографировании, мониторинге поверхности земли и океана, а также слоев атмосферы.

Сельское хозяйство

При помощи спутников можно с определенность цикличностью получать изображения отдельных полей, регионов и округов. Пользователи могут получать ценную информацию о состоянии угодий, в том числе идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур и состояние урожая. Спутниковые данные используются для точного управления и мониторинга результатов ведения сельского хозяйства на различных уровнях. Эти данные могут быть использованы для оптимизации фермерского хозяйства и пространственно-ориентированного управления техническими операциями. Изображения могут помочь определить местоположение урожая и степень истощения земель, а затем могут быть использованы для разработки и реализации плана лечения, для локальной оптимизации использования сельскохозяйственных химикатов. Основными сельскохозяйственными приложениями дистанционного зондирования являются следующие:

• растительность:
  • классификация типа культур
  • оценка состояния посевов (мониторинг сельскохозяйственных культур, оценка ущерба)
  • оценка урожайности

• почва
  • отображение характеристик почвы
  • отображение типа почвы
  • эрозия почвы
  • влажность почвы
  • отображение практики обработки почвы

Мониторинг лесного покрова

Дистанционное зондирование также применяется для мониторинга лесного покрова и идентификации видов. Полученные таким способом карты могут покрывать большую площадь, одновременно отображая детальные измерения и характеристики территории (тип деревьев, высота, плотность). Используя данные дистанционного зондирования, возможно определить и разграничить различные типы леса, что было бы трудно достичь, используя традиционные методы на поверхности земли. Данные доступны в различных масштабах и разрешениях, что вполне соответствует локальным или региональные требованиям. Требования к детальности отображения местности зависит от масштаба исследования. Для отображения изменений в лесном покрове (текстуры, плотности листьев) применяются:

• мультиспектральные изображения: для точной идентификации видов необходимы данные с очень высоким разрешением

• многоразовые снимки одной территории, используются для получения информации о сезонных изменений различных видов

• стереофотографии – для разграничение видов, оценки плотности и высоты деревьев. Стереофотографии предоставляют уникальный вид на лесной покров, доступный только через технологии дистанционного зондирования

• Радары широко применяются в зоне влажных тропиков, благодаря их свойству получать изображения при любых погодных условиях

• Лидары позволяет получать 3-мерную структуру леса, обнаруживать изменения высоты поверхности земли и объектов на ней. Данные Лидара помогают оценить высоту деревьев, области корон и количество деревьев на единице площади.

Мониторинг поверхности

Мониторинг поверхности является одним из наиболее важных и типичных применений дистанционного зондирования. Полученные данные используются при определении физического состояния поверхности земли, например, леса, пастбища, дорожного покрытия и т.д., в том числе результатов деятельности человека, такие, как ландшафт в промышленных и жилых зонах, состояния сельскохозяйственных территорий и т.п. Первоначально должна быть установлена система классификации земельного покрова, которая обычно включает в себя уровни и классы земель. Уровни и классы должны быть разработаны с учетом цели использования (на национальном, региональном или местном уровне), пространственного и спектрального разрешения данных дистанционного зондирования, запросу пользователя и так далее.

Обнаружение изменения состояния поверхности земли необходимо для обновления карт растительного покрова и рационализации использование природных ресурсов. Изменения, как правило, обнаруживаются при сравнении нескольких изображений, содержащих несколько уровней данных, а также, в некоторых случаях, при сравнении старых карт и обновленных изображений дистанционного зондирования.

• сезонные изменения: сельскохозяйственные угодья и лиственные леса изменяются по-сезонно

• годовые изменения: изменения поверхности земли или территории землепользования, например, районы вырубки леса или разрастания городов

Информация о поверхности земли и изменения характера растительного покрова прямо необходимы для определения и реализации политики защиты окружающей среды и могут быть использованы совместно с другими данными для проведения сложных расчетов (например, определения рисков эрозии).

Геодезия

Сбор геодезических данных с воздуха впервые был использован для обнаружения подводных лодок и получения гравитационных данных, используемых для построения военных картах. Эти данные являют собой уровни мгновенных возмущений гравитационного поля Земли, которые могут быть использованы для определения изменений в распределении масс Земли, что в свою очередь может быть востребовано для проведения различных геологических исследований.

Акустические и около-акустические применения

• Сонар: пассивный гидролокатор, регистрирует звуковые волны, исходящие от других объектов (судно, кит и т.д.); активный гидролокатор, излучает импульсы звуковых волн и регистрирует отраженный сигнал. Используется для обнаружения, определения местоположения и измерения параметров подводных объектов и местности.

• Сейсмографы – специальный измерительный прибор, который используется для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн. При помощи сейсмограмм, снятых в разных местах определенной территории, можно определить эпицентр землетрясения и измерить его амплитуду (после того как оно произошло) путем сравнения относительных интенсивностей и точного времени колебаний.

• УЗИ: датчики ультразвукового излучения, которые испускают высокочастотные импульсы и регистрируют отраженный сигнал. Используется для обнаружения волн на воде и определения уровня воды.

При координации серий масштабных наблюдений, большинство систем зондирования зависят от следующих факторов: расположения платформы и ориентации датчиков. Высококачественные инструменты в настоящее время часто используют позиционную информацию от спутниковых систем навигации. Вращение и ориентация часто определяется электронными компасами с точностью около одного – двух градусов. Компасы могут измерять не только азимут (т.е. градусное отклонение от магнитного севера), но и высоты (значение отклонения от уровня моря), так как направление магнитного поля относительно Земли зависит от широты, на которой происходит наблюдение. Для более точного ориентирования необходимо применение инерциальной навигации, с периодическими поправками различными методами, включая навигацию по звездам или известным ориентирам.

Обзор основных приборов дистанционного зондирования

• Радары, в основном, применяются в системах контроля воздушного трафика, раннего оповещения, мониторинга лесного покрова, сельском хозяйстве и для получения метеорологических данных большого масштаба. Радар Допплера используется правоохранительными организациями для контроля скоростного режима автотранспорта, а также для получения метеорологических данных о скорости и направлении ветра, местоположении и интенсивности осадков. Другие типы получаемой информации включают в себя данные об ионизированном газе в ионосфере. Интерферометрический радар искусственной апертуры используется для получения точных цифровых моделей рельефа больших участков местности.

• Лазерные и радиолокационные высотомеры на спутниках обеспечивают получение широкого спектра данных. Измеряя отклонения уровня воды океана, вызванные гравитацией, данные приборы отображают особенности рельефа морского дна с разрешением порядка одной мили. Измеряя высоту и длину волны океанских волн при помощи высотомеров, можно узнать скорость и направление ветра, а также скорость и направление поверхностных океанических течений.

• Ультразвуковые (акустические) и радиолокационные датчики используются для измерения уровня моря, приливов и отливов, определения направления волн в прибрежных морских регионах.

• Технология светового обнаружения и определения дальности (ЛИДАР) хорошо известна своим применением в военной сфере, в частности, в лазерной навигации снарядов. ЛИДАРы используется также для обнаружения и измерения концентрации различных химических веществ в атмосфере, в то время как ЛИДАР на борту самолета может быть использован для измерения высоты объектов и явлений на земле с большей точностью, чем та, которая может быть достигнута при помощи радиолокационной техники. Дистанционное зондирование растительности также является одним из основных применений ЛИДАРа.

• Радиометры и фотометры являются наиболее распространенными используемыми инструментами. Они фиксируют отраженное и испускаемое излучение в широком диапазоне частот. Наиболее распространенными являются датчики видимого и инфракрасного диапазонов, затем идут микроволновые, датчики гамма-лучей и, реже, датчики ультрафиолета. Эти приборы также могут быть использованы для обнаружения эмиссионного спектра различных химических веществ, предоставляя данные об их концентрации в атмосфере.

• Стереоизображения, полученные при помощи аэрофотосъёмки часто используются при зондировании растительности на поверхности Земли, а также для построения топографических карт при разработке потенциальных маршрутов путем анализа изображений местности, в сочетании с моделированием особенностей окружающей среды, полученных наземными методами.

• Мультиспектральные платформы, такие как Landsat активно использовались начиная с 70-х годов. Эти приборы использовались для построения тематических карт путем получения изображений в нескольких длинах волн электромагнитного спектра (мульти-спектра) и, как правило, они применяются на спутниках наблюдения за Землей. Примерами таких миссий являются в том числе программа Landsat или спутник IKONOS. Карты растительного покрова и землепользования, полученные методом тематического картографирования могут быть использованы для разведки полезных ископаемых, обнаружения и мониторинга использования земель, вырубки лесов, и изучения здоровья растений и сельскохозяйственных культур, в том числе огромных участков сельскохозяйственных земель или лесных массивов. Космические снимки программы Landsat используются регулирующими органами для контроля параметров качества воды, включая глубину Секки, плотность хлорофилла и общее содержание фосфора. Метеорологические спутники используются в метеорологии и климатологии.

• Методом спектральной визуализации получают изображения, в которых каждый пиксель содержит полную спектральную информацию, отображая узкие спектральные диапазоны в пределах непрерывного спектра. Приборы спектральной визуализации используются для решения различных задач, в том числе применяются в минералогии, биологии, военном деле, измерениях параметров окружающей среды.

• В рамках борьбы с опустыниванием, дистанционное зондирование позволяет наблюдать за областями, которые находятся в зоне риска в долгосрочной перспективе, определять факторы опустынивания, оценивать глубину их воздействия, а также предоставлять необходимую информацию лицам, ответственным за принятие решений по принятию соответствующих мер охраны окружающей среды.

Обработка данных

При ДЗЗ, как правило, применяется обработка цифровых данных, т. к. именно в этом формате получают данные ДЗЗ в настоящее время. В цифровом формате проще производить обработку и хранение информации. Двумерное изображение в одном спектральном диапазоне можно представить в виде матрицы (двухмерного массива) чисел I (i, j) , каждое из которых представляет интенсивность излучения, принятого датчиком от элемента поверхности Земли, которому соответствует один пиксель изображения.

Изображение состоит из n x m пикселей, каждый пиксель имеет координаты (i, j) – номер строки и номер колонки. Число I (i, j) – целое и называется уровнем серого (или спектральной яркостью) пикселя (i, j) . Если изображение получено в нескольких диапазонах электромагнитного спектра, то его представляет трехмерная решетка, состоящая из чисел I (i, j, k) , где k – номер спектрального канала. С математической точки зрения нетрудно обработать цифровые данные, полученные в таком виде.

Для того чтобы правильно воспроизвести изображение но цифровым записям, поставляемым пунктами приема информации, необходимо знать формат записи (структуру данных), а также число строк и столбцов. Используют четыре формата, которые упорядочивают данные как:

• последовательность зон (Band Sequental, BSQ );

• зоны, чередующиеся но строкам (Band Interleaved by Line, BIL );
• зоны, чередующиеся но пикселям (Band Interleaved by Pixel, BIP );
• последовательность зон со сжатием информации в файл методом группового кодирования (например, в формате jpg).

В BSQ -формате каждый зональный снимок содержится в отдельном файле. Это удобно, когда нет необходимости работать сразу со всеми зонами. Одну зону легко прочитать и визуализировать, зональные снимки можно загружать в любом порядке но желанию.

В BIL -формате зональные данные записываются в один файл строка за строкой, при этом зоны чередуются но строкам: 1-ая строка 1-ой зоны, 1-ая строка 2-ой зоны, …, 2-ая строка 1-ой зоны, 2-ая строка 2-ой зоны и т. д. Такая запись удобна, когда выполняется анализ одновременно всех зон.

В BIP -формате зональные значения спектральной яркости каждого пикселя хранятся последовательно: сначала значения первого пикселя в каждой зоне, затем значения второго пикселя в каждой зоне и т. д. Такой формат называют совмещенным. Он удобен при выполнении по-пиксельной обработки многозонального снимка, например, в алгоритмах классификации.

Групповое кодирование используют для уменьшения объема растровой информации. Такие форматы удобны для хранения больших снимков, для работы с ними необходимо иметь средство распаковки данных.

Файлы изображений обычно снабжаются следующей дополнительной информацией, относящейся к снимкам:

• описание файла данных (формат, число строк и столбцов, разрешение и т. д.);

• статистические данные (характеристики распределения яркостей – минимальное, максимальное и среднее значение, дисперсия);
• данные о картографической проекции.

Дополнительная информация содержится либо в заголовке файла изображения, либо в отдельном текстовом файле с именем, совпадающим с именем файла изображения.

По степени сложности различаются следующие уровни обработки КС, предоставляемых пользователям:

• 1А – радиометрическая коррекция искажений, вызванных разницей в чувствительности отдельных датчиков.

• 1В – радиометрическая коррекция на уровне обработки 1А и геометрическая коррекция систематических искажений сенсора, включая панорамные искажения, искажения, вызванные вращением и кривизной Земли, колебанием высоты орбиты спутника.

• 2А – коррекция изображения на уровне 1В и коррекция в соответствии с заданной геометрической проекцией без использования наземных контрольных точек. Для геометрической коррекции используется глобальная цифровая модель рельефа (ЦМР, DEM ) с шагом на местности 1 км. Используемая геометрическая коррекция устраняет систематические искажения сенсора и проектирует изображение в стандартную проекцию (UTM WGS-84 ), с использованием известных параметров (спутниковые эфемеридные данные, пространственное положение и т. д.).

• 2В – коррекция изображения на уровне 1В и коррекция в соответствии с заданной геометрической проекцией с использованием контрольных наземных точек;

• 3 – коррекция изображения на уровне 2В плюс коррекция с использованием ЦМР местности (ортотрансформирование).

• S – коррекция изображения с использованием контрольного изображения.

Качество данных, получаемых в результате дистанционного зондирования, зависит от их пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешения.

Пространственное разрешение

Характеризуется размером пикселя (на поверхности Земли), записываемого в растровую картинку - обычно варьируется от 1 до 4000 метров.

Спектральное разрешение

Данные Landsat включают семь полос, в том числе инфракрасного спектра, в пределах от 0.07 до 2.1 мкм. Сенсор Hyperion аппарата Earth Observing-1 способен регистрировать 220 спектральных полос от 0.4 до 2.5 мкм, со спектральным разрешением от 0.1 до 0.11 мкм.

Радиометрическое разрешение

Число уровней сигнала, которые сенсор может регистрировать. Обычно варьируется от 8 до 14 бит, что дает от 256 до 16 384 уровней. Эта характеристика также зависит от уровня шума в инструменте.

Временное разрешение

Частота пролёта спутника над интересующей областью поверхности. Имеет значение при исследовании серий изображений, например при изучении динамики лесов. Первоначально анализ серий проводился для нужд военной разведки, в частности для отслеживания изменений в инфраструктуре, передвижений противника.

Для создания точных карт на основе данных дистанционного зондирования, необходима трансформация, устраняющая геометрические искажения. Снимок поверхности Земли аппаратом, направленным точно вниз, содержит неискаженную картинку только в центре снимка. При смещении к краям расстояния между точками на снимке и соответствующие расстояния на Земле все более различаются. Коррекция таких искажений производится в процессе фотограмметрии. С начала 1990-х большинство коммерческих спутниковых изображений продается уже скорректированными.

Кроме того, может требоваться радиометрическая или атмосферная коррекция. Радиометрическая коррекция преобразует дискретные уровни сигнала, например от 0 до 255, в их истинные физические значения. Атмосферная коррекция устраняет спектральные искажения, внесенные наличием атмосферы.

Сергей Ревнивых, заместитель руководителя дирекции ГЛОНАСС, директор департамента развития системы ГЛОНАСС ОАО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнёва»

Пожалуй, нет ни одной отрасли экономики, где бы уже не применялись технологии спутниковой навигации - от всех видов транспорта до сельского хозяйства. И области применений постоянно расширяются. Причём, в большинстве своём, приёмные устройства принимают сигналы как минимум двух глобальных навигационных систем - GPS и ГЛОНАСС.

Состояние вопроса

Так уж получилось, что применение ГЛОНАСС именно в космической отрасли в России не столь велико, как этого можно было бы ожидать, учитывая тот факт, что основным разработчиком системы ГЛОНАСС является Роскосмос. Да, уже многие наши космические аппараты, носители, разгонные блоки имеют в составе бортовой аппаратуры приёмники ГЛОНАСС. Но пока они - либо вспомогательные средства, либо используются в составе полезной нагрузки. До сих пор для проведения траекторных измерений, для определения орбит околоземных космических аппаратов, синхронизации в большинстве случаев используются наземные средства командно-измерительного комплекса, многие из которых давно выработали свой ресурс. Кроме того, измерительные средства располагаются на территории Российской Федерации, что не позволяет обеспечить глобальное покрытие всей траектории космических аппаратов, что сказывается на точности орбиты. Применение навигационных приёмников ГЛОНАСС в составе штатной бортовой аппаратуры траекторных измерений позволит получить точность орбиты низкоорбитальных КА (составляют основную часть орбитальной группировки) на уровне 10 сантиметров в любой точке орбиты в реальном времени. При этом нет необходимости привлекать к проведению траекторных измерений средства командно-измерительного комплекса, тратить средства на обеспечение их работоспособности и содержание личного состава. Достаточно иметь одну-две станции для приёма навигационной информации с борта и передачи её в центр управления полётом для решения задач планирования. Такой подход меняет всю стратегию баллистико-навигационного обеспечения. Но, тем не менее, эта технология уже достаточно хорошо в мире отработана и особой сложности не представляет. Здесь требуется только принятие решения о переходе на такую технологию.

Значительное количество низкоорбитальных космических аппаратов составляют спутники дистанционного зондирования Земли и решения научных задач. С развитием технологий и средств наблюдения, повышения разрешающей способности, повышаются требования к точности привязки получаемой целевой информации к координатам спутника в момент съёмки. В апостериорном режиме для обработки снимков и научных данных во многих случаях точность орбиты требуется знать на уровне сантиметров.

Для специальных космических аппаратов геодезического класса (типа Lageos, Эталон), которые специально созданы в целях решения фундаментальных задач изучения Земли и уточнения моделей движения космических аппаратов, сантиметровые точности орбит уже достигнуты. Но надо иметь в виду, что эти аппараты летают за пределами атмосферы и имеют сферическую форму, чтобы минимизировать неопределённость возмущений солнечного давления. Для траекторных измерений используется глобальная международная сеть лазерных дальномеров, что стоит недёшево, и работа средств сильно зависит от погодных условий.

Космические аппараты ДЗЗ и науки в основном летают на высотах до 2000 км, имеют сложную геометрическую форму, в полной мере испытывают возмущения от атмосферы и солнечного давления. Задействовать лазерные средства международных служб не всегда представляется возможным. Поэтому задача получения орбит таких спутников с сантиметровой точностью является очень непростой. Требуется использование специальных моделей движения и методов обработки информации. За последние 10-15 лет в мировой практике достигнут значительный прогресс для решения таких задач с использованием бортовых высокоточных навигационных приёмников ГНСС (в основном - GPS). Пионером в этой области выступил спутник Topex-Poseidon (совместный проект NASA-CNES, 1992-2005 гг., высота 1 336 км, наклонение 66), точность орбиты которого ещё 20 лет назад была обеспечена на уровне 10 см (2,5 см по радиусу).

В ближайшее десятилетие в Российской Федерации запланировано к запуску достаточно много космических аппаратов ДЗЗ для решения прикладных задач различного назначения. В том числе, для ряда космических систем требуется привязка целевой информации с очень высокой точностью. Это задачи разведки, картографирования, мониторинга ледовой обстановки, чрезвычайных ситуаций, метеорологии, а также рад фундаментальных научных задач в области изучения Земли и мирового океана, построения высокоточной динамической модели геоида, высокоточных динамических моделей ионосферы и атмосферы. Точность положения космического аппарата уже требуется знать на уровне сантиметров на всём витке орбиты. Речь идёт об апостериорной точности.

Это уже непростая задача для космической баллистики. Пожалуй, единственный способ, который может обеспечить решение этой задачи, - использование измерений бортового навигационного приёмника ГНСС и соответствующих средств высокоточной обработки навигационной информации на земле. В большинстве случаев это комбинированный приёмник, работающий по системам GPS и ГЛОНАСС. В ряде случаев могут быть выдвинуты требования применения только системы ГЛОНАСС.

Эксперимент по высокоточному определению орбит с помощью ГЛОНАСС

У нас в стране технология получения высокоточных координат с помощью навигационных приёмников геодезического класса достаточно хорошо отработана для решения геодезических и геодинамических задач на поверхности Земли. Это технология так называемого высокоточного позиционирования (precise point positioning). Особенностью технологии является следующее:

* для обработки измерений навигационного приёмника, координаты которого необходимо уточнить, информация из навигационных кадров сигналов ГНСС не используется. Навигационные сигналы используются только для измерений дальности, преимущественно на основе измерений фазы несущей частоты сигнала;

* в качестве эфемеридно-временной информации навигационных космических аппаратов используются высокоточные орбиты и поправки бортовых часов, которые получены на основе постоянной обработки измерений глобальной сети станций приёма навигационных сигналов ГНСС. В основном сейчас используются решения Международной службы ГНСС (IGS);

* измерения навигационного приёмника, координаты которого требуется определить, обрабатываются совместно с высокоточной эфемеридно-временной информацией с использованием специальных методов обработки.

В результате координаты приёмника (фазового центра антенны приёмника) могут быть получены с точностью единиц сантиметров.

Для решения научных задач, а также для задач землеустройства, кадастра, строительства в России уже в течение нескольких лет такие средства существуют и широко применяются. В то же время, информации о средствах, которые могут решать задачи высокоточного определения орбит низкоорбитальных КА, у автора до настоящего времени не было.

Проведённый несколько месяцев назад инициативный эксперимент показал, что прототипы таких средств у нас есть, и они могут быть использованы для создания штатных отраслевых средств высокоточного баллистико-навигационного обеспечения низкоорбитальных КА.

В результате эксперимента подтверждена возможность использования существующих прототипов для высокоточного определения орбиты низкоорбитальных КА на уровне нескольких сантиметров.

Для эксперимента был выбраны летающий отечественный КА ДЗЗ «Ресурс-П» № 1 (околокруговая солнечно-синхронная орбита со средней высотой 475 км.), оснащённый комбинированным навигационным приёмником ГЛОНАСС/GPS. Для подтверждения результата обработка данных была повторена для геодезических КА системы GRACE (совместный проект NASA и DLR, 2002-2016 гг, высота 500 км, наклонение 90), на борту которых были установлены приёмники GPS. Особенности эксперимента следующие:

* с целью оценки возможностей системы ГЛОНАСС для определения орбиты КА «Ресурс-П» (общий вид представлен на рис. 1) использовались измерения только системы ГЛОНАСС (4 комплекта бортовых навигационных приёмников разработки ОАО «РИРВ»);

* для получения орбиты КА системы GRACE (общий вид представлен на рис. 2) использовались измерения только системы GPS (измерения находятся в свободном доступе);

* в качестве ассистирующей информации использовались высокоточные эфемериды и поправки бортовых часов навигационных спутников систем ГЛОНАСС и GPS, которые получены в ИАЦ КВНО ЦНИИмаш на основе обработки измерений станций глобальной сети IGS (данные находятся в свободном доступе). Оценка точности этих данных службой IGS представлена на рис. 3 и составляет порядка 2,5 см. Расположение глобальной сети станций ГЛОНАСС/GPS службы IGS представлено на рис. 4;

* макетный образец аппаратно-программного комплекса, обеспечивающий высокоточное определение орбиты низкоорбитальных КА (инициативная разработка ЗАО «ГЕО-ЦУП»). Образец также обеспечивает декодировку измерений бортовых приёмников КА «Ресурс-П» с использованием высокоточной эфемеридно-временной информации и учётом особенностей сеансной работы бортовых приёмников. Макетный образец прошёл отработку по измерениям КА системы GRACE.

Рис. 1. Общий вид космического аппарата «Ресурс-П».

Рис. 2. Общий вид КА системы GRACE.

Рис. 3. Оценка точности эфемерид ИАЦ КВНО ЦНИИмаш службой IGS. Точность ассистирующей эфемеридной информации навигационных КА ГЛОНАСС (обозначение - IAC, тёмно-синие точки на графике) составляет 2,5 см.

Рис. 4. Расположение глобальной сети станций ГЛОНАСС/GPS международной службы IGS (источник - http://igscb.jpl.nasa.gov/network/iglos.html).

В результате эксперимента получен беспрецедентный результат для отечественного баллистико-навигационного обеспечения низкоорбитальных космических аппаратов:

* С учётом ассистирующей информации и реальных измерений бортовых навигационных приёмников КА «Ресурс-П» только по измерениям ГЛОНАСС была получена высокоточная орбита этого КА с точностью 8-10 см (см. рис. 5).

* С целью подтверждения результата в ходе эксперимента аналогичные расчёты были проведены для геодезических КА системы GRACE, но уже с использованием измерений GPS (см. рис. 6). Точность орбиты этих КА была получена на уровне 3-5 см, что полностью совпадает с результатами ведущих центров анализа службы IGS

Рис. 5. Точность орбиты КА «Ресурс-П», полученной по измерениям только ГЛОНАСС с использованием ассистирующей информации, оценённая по измерениям четырёх комплектов бортовых навигационных приёмников.

Рис. 6. Точность орбиты КА GRACE-B, полученной по измерениям только GPS с использованием ассистирующей информации.

Система АННКА первого этапа

На основании результатов проведённого эксперимента объективно следуют выводы:

В России существует значительный задел отечественной разработки для решения задач высокоточного определения орбит низкоорбитальных КА на конкурентоспособном уровне с зарубежными центрами обработки информации. На основе этого задела создание постоянно действующего отраслевого баллистического центра для решения такого рода задач не потребует больших затрат. Этот центр сможет предоставлять всем заинтересованным организациям, которым требуется привязка к координатам информации со спутников ДЗЗ, услуги по высокоточному определению орбит любых спутников ДЗЗ, оснащённых аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС и/или ГЛОНАСС/GPS. В перспективе могут использоваться и измерения китайской системы BeiDou и европейской Galileo.

Впервые показано, что по измерениям системы ГЛОНАСС при решении высокоточных задач можно обеспечить точность решений практически не хуже, чем по измерениям GPS. Итоговая точность зависит в основном от точности ассистирующей эфемеридной информации и точности знания модели движения низкоорбитальных КА.

Представление результатов отечественных систем ДЗЗ с высокоточной привязкой к координатам резко повысит её значимость и конкурентоспособность (с учётом роста и рыночной цены) на мировом рынке результатов дистанционного зондирования Земли.

Таким образом, для создания первой очереди системы Ассистирующей Навигации для Низкоорбитальных КА (условное название - система АННКА) в Российской Федерации имеются в наличии (или находятся в стадии создания) все составные части:

* есть собственное базовое специальное программное обеспечение, которое позволяет независимо от операторов ГЛОНАСС и GPS получать высокоточную эфемеридно-временную информацию;

* есть прототип специального программного обеспечения, на основе которого в кратчайшие сроки может быть создан штатный аппаратно-программный комплекс определения орбит низкоорбитальных КА с точностью на уровне сантиметров;

* есть отечественные образцы бортовых навигационных приёмников, которые позволяют решать задачу с такой точностью;

* Роскосмосом создается собственная глобальная сеть станций приёма навигационных сигналов ГНСС.

Архитектура системы АННКА для реализации первого этапа (апостериорный режим) показана на рис. 7.

Функции системы следующие:

* получение измерений от глобальной сети в центр обработки информации системы АННКА;

* формирование высокоточных эфемерид для навигационных космических аппаратов систем ГЛОНАСС и GPS (в перспективе - для систем BeiDou и Galileo) в центре АННКА;

* получение измерений бортовой аппаратуры спутниковой навигации, установленной на борту низкоорбитального КА ДЗЗ и передача её в центр АННКА;

* расчёт высокоточной орбиты КА ДЗЗ в центре АННКА;

* передача высокоточной орбиты КА ДЗЗ в центр обработки данных наземного специального комплекса системы ДЗЗ.

Система может быть создана в кратчайшие сроки, даже в рамках существующих мероприятий федеральной целевой программы поддержания, развития и использования системы ГЛОНАСС.

Рис. 7. Архитектура системы АННКА на первом этапе (апостериорный режим), обеспечивающей определение орбит низкоорбитальных КА на уровне 3-5 см.

Дальнейшее развитие

Дальнейшее развитие системы АННКА в направлении реализации режима высокоточного определения и прогнозирования орбиты низкоорбитальных КА в реальном времени на борту может коренным образом изменить всю идеологию баллистико-навигационного обеспечения такого рода спутников и полностью отказаться от использования измерений наземных средств командно-измерительного комплекса. Трудно сказать насколько, но эксплуатационные затраты на баллистико-навигационное обеспечение будут сокращены значительно, учитывая оплату работы наземных средств и персонала.

В США в NASA такая система создана более 10 лет назад на базе связной спутниковой системы для обеспечения управления космическими аппаратами TDRSS и созданной ещё ранее глобальной системы высокоточной навигации GDGPS. Система получила название TASS. Она обеспечивает ассистирующей информацией все научные космические аппараты и спутники ДЗЗ на низких орбитах с целью решения на борту задач определения орбит в реальном времени на уровне 10-30 см.

Архитектура системы АННКА на втором этапе, обеспечивающей решение задач определения орбит на борту с точностью 10-30 см в реальном времени, показана на рис. 8:

Функции системы АННКА на втором этапе следующие:

* получение измерений от станций приёма навигационных сигналов ГНСС глобальной сети в реальном времени в центр обработки данных АННКА;

* формирование высокоточных эфемерид для навигационных космических аппаратов систем ГЛОНАСС и GPS (в перспективе - для систем BeiDou и Galileo) в центре АННКА в реальном времени;

* закладка высокоточных эфемерид на КА-ретранслятор связных систем (постоянно, в реальном времени);

* ретрансляция высокоточных эфемерид (ассистирующей информации) спутниками-ретрансляторами для низкоорбитальных КА ДЗЗ;

* получение высокоточного положения КА ДЗЗ на борту с помощью специальной аппаратуры спутниковой навигации, способной обрабатывать принимаемые навигационные сигналы ГНСС совместно с ассистирующей информацией;

* передача целевой информации с высокоточной привязкой в центр обработки данных наземного специального комплекса ДЗЗ.

Рис. 8. Архитектура системы АННКА на втором этапе (режим реального времени), обеспечивающей определение орбит низкоорбитальных КА на уровне 10-30 см в реальном времени на борту.

Проведённый анализ существующих возможностей, экспериментальные результаты показывают, что в Российской Федерации имеется хороший задел для создания системы высокоточной ассистирующей навигации низкоорбитальных космических аппаратов, что позволит значительно сократить расходы на управление этими аппаратами и сократить отставание от ведущих космических держав в области высокоточной навигации КА в решении актуальных научных и прикладных задач. Для того чтобы сделать необходимый шаг в эволюции технологии управления низкоорбитальными КА, необходимо только принять соответствующее решение.

Система АННКА первого этапа может быть создана уже в кратчайшие сроки с минимальными затратами.

Для перехода ко второму этапу потребуется реализовать комплекс мероприятий, который должен быть предусмотрен в рамках государственных или федеральных целевых программ:

* создание специальной связной спутниковой системы для обеспечения непрерывного управления околоземными космическими аппаратами, либо на геостационарной орбите, либо на наклонных геосинхронных орбитах;

* модернизация аппаратно-программного комплекса формирования ассистирующей эфемеридной информации в реальном времени;

* завершение создания российской глобальной сети станций приёма навигационных сигналов ГНСС;

* разработка и организация производства бортовых навигационных приёмников, способных обрабатывать навигационные сигналы ГНСС совместно с ассистирующей информацией в реальном времени.

Реализация этих мероприятий - серьёзная, но вполне реализуемая работа. Она может быть выполнена предприятиями ОРКК с учётом уже запланированных мероприятий в рамках Федеральной космической программы и в рамках Федеральной целевой программы поддержания, развития и использования системы ГЛОНАСС с учётом соответствующих корректировок. Оценка затрат на её создание и экономического эффекта - необходимый этап, который должен быть сделан с учётом запланированных проектов создания космических систем комплексов дистанционного зондирования Земли, систем спутниковой связи, космических систем и комплексов научного назначения. Есть абсолютная уверенность, что эти затраты себя оправдают.

В заключение автор выражает искреннюю благодарность ведущим специалистам в области отечественной спутниковой навигации Аркадию Тюлякову, Владимиру Митрикасу, Дмитрию Фёдорову, Ивану Скакуну за организацию эксперимента и предоставление материалов для данной статьи, международной службе IGS и её руководителям - Урсу Хугентоблю и Руфи Нилан - за предоставленную возможность в полном объёме использовать измерения глобальной сети станций приёма навигационных сигналов, а также всем тем, кто помогал и не мешал.

орбитальная группировка;

опытно-конструкторская работа;

ракета космического назначения;

ракетно-космическая техника;

рабочее место оператора;

ракета-носитель;

средняя квадратическая погрешность;

техническое задание;

технико-экономическое обоснование;

федеральная космическая программа;

цифровая модель рельефа;

чрезвычайная ситуация.

Введение

Содержанием исследований, результаты которых приведены в настоящем обзоре, является:

Создание корпоративных космических систем и комплексов должно основываться на современной элементной базе и новейших конструктивных решениях, а номенклатура и качество получаемых данных должны соответствовать мировому уровню.

1 Обзор космических программ ДЗЗ зарубежных стран

1.1 Космическая программа США

1.1.1 Основы космической политики США

Основные идеи новой космической политики:

Основными целями космической политики США являются:

1.1.2 Положение о стратегических намерениях национальной системы геопространственной разведки США

Рисунок 1 - Космический снимок - растровое изображение

Рисунок 2 - Идентификация целей и объектов

Рисунок 3 - Отображение оперативной обстановки в реальном масштабе времени

1.1.3 Космическая военная программа видовой разведки

1.1.4 Коммерческая космическая программа США

Рисунок 4 - Космический аппарат WorldView-1

Рисунок 5 - Космический аппарат GeoEye-1

Следующим логическим шагом развития рынка космических средств ДЗЗ является запуск КА со сверхвысокой разрешающей способностью (до 0.25 м). Ранее изображения с таким разрешением обеспечивали только военные спутники США и СССР.

Пока у основных компаний-конкурентов на рынке ДЗЗ из стран Европы, России, Японии, Израиля и Индии нет планов по созданию спутников ДЗЗ со сверхвысоким разрешением. Поэтому запуски таких аппаратов в США приведут к дальнейшему развитию рынка и укреплению позиций американских компаний - операторов КС ДЗЗ.

1.2 Космические программы Европейских стран

1.2.1 Франция

Космический сегмент системы SPOT в настоящее время состоит из четырех КА (SPOT 2, -4, -5 и -6). Наземный сегмент включает Центр управления и эксплуатации КА, сеть станций приема информации и центров обработки и распространения данных.

Рисунок 6 - КА SPOT 5

1.2.2 Германия

Рисунок 7 - Спутники TerraSAR-X и Tandem-X

Рисунок 8 - Архитектура орбитального сегмента системы SAR-Lupe

1.2.3 Италия

Итальянская программа космических исследований базируется на использовании ракет-носителей США ("Скаут"), Европейской организации по разработке ракет-носителей ("Европа-1") и Европейского космического агентства ("Ариан").

1.2.4 Великобритания

Рисунок 9 - Снимок с разрешением 2.8 м, полученный миниспутником TOPSAT-1

1.2.5 Испания

Испания принимает участие и в создании глобальной европейской системы спутникового наблюдения оборонного назначения.

1.3 Космические программы других стран

1.3.1 Япония

Рисунок 10 - 3D-модель территории штата Гуджарат, построенная по данным Cartosat-1

10 января 2007 года запущен спутник Cartosat-2, с помощью которого Индия вышла на рынок данных метрового разрешения. Cartosat-2 является спутником дистанционного зондирования с панхроматической камерой для картографии. Камера предназначена для фотосъемки пространственным разрешением один метр и шириной полосы захвата 10 км. Космический аппарат имеет солнечно-синхронную полярную орбиту с высотой 630 км.

Индия готова распространять спутниковые изображения метрового разрешения, полученные с помощью Cartosat-2, по ценам ниже рыночных и в перспективе планирует запустить новый космический аппарат с пространственным разрешением до 0,5 метра.

1.3.2 Израиль

1.3.3 Китай

Рисунок 11 – КА CBERS-01

19 сентября 2007 года в Китае запущен третий китайско-бразильский спутник ДЗЗ CBERS-2B. Спутник выведен на утреннюю солнечно-синхронную орбиту высотой 748х769 км, наклонением 98.54 градусов, время пересечения экватора 10:30.

1.3.4 Корея

1.3.5 Канада

Канада в 1990 г. создала Канадское космическое агентство, под руководством которого ведутся работы по ракетно-космической тематике.

Спутник, рассчитанный первоначально на 5 лет работы в космосе, вдвое превысил расчетный срок и продолжает передавать качественные изображения. За 10 лет безупречной работы RADARSAT-1 провел съемку территорий общей площадью 58 млрд. кв. км, что на два порядка превышает площадь поверхности Земли. Надежность системы составила 96%. Самым крупным из 600 потребителей информации RADARSAT-1 является служба ледовой разведки Канады, которая ежегодно получает 3800 радиолокационных изображений с задержкой по времени менее 90 минут после съемки.

Рисунок 12 - RADARSAT в космосе глазами художника

Канадское космическое агентство заключило контракт с компанией MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA) на проведение проекта по созданию второго поколения спутников для дистанционного зондирования поверхности Земли с помощью радара Radarsat-2. Спутник Radarsat-2 позволяет получать изображения с разрешением 3 м на пиксель.

1.3.6 Австралия

Австралия активно сотрудничает с рядом стран в области освоения космоса. Австралийские фирмы участвуют также в разработке совместного с Южной Кореей микроспутника для сбора данных об окружающей среде в сельских районах стран Азиатско-Тихоокеанского региона. По сообщению директора центра CRCSS стоимость проекта составит 20-30 млн. дол. Большие перспективы открывает сотрудничество Австралии с Россией.

1.3.7 Другие страны

Недавно Национальное космическое агентство Тайваня NSPO объявило о планах разработки первого космического аппарата силами национальной промышленности. Проект, получивший название Argo, нацелен на создание малого спутника дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с помощью оптической аппаратуры высокого разрешения.

По данным NSPO, в ходе работ по проекту Argo уже разработана космическая платформа, в системе управления которой впервые будет применен новый процессор LEON-3. Все программное обеспечение бортовых систем и наземного центра управления полетом предполагается создать на Тайване. Расчетный срок существования спутника составит 7 лет.

1.4 Космические программы стран СНГ

1.4.1 Белоруссия

Таблица 1. Основные характеристики КА «Канопус-В» и БКА

Размер КА, м×м

Масса КА

Масса полезной нагрузки, кг

Орбита:

высота, км

наклонение, град

период обращения, мин

время пересечения экватора, час

Период повторного наблюдения, сутки

Среднесуточная мощность, Вт

Срок активного существования, лет

Космические аппараты «Канопус-В» и БКА предназначены для решения следующих задач:

- высокооперативного наблюдения.

1.4.2 Украина

Что касается космических аппаратов высокого разрешения лучше 10 м, то их создание также целесообразно вести на кооперативной основе с заинтересованными зарубежными партнерами и владельцами аналогичных систем. При создании перспективных КА особое внимание должно быть уделено повышению информационных возможностей системы. В этом плане в Украине имеется ряд оригинальных разработок.

1.4.3 Казахстан

Представители причастных к реализации казахстанской космической программы научно-исследовательских организаций и производственно-внедренческих структур Казахстана, России и стран дальнего зарубежья считают, что приоритетным на данный момент направлением развития космической деятельности в Казахстане должны стать средства спутниковой связи и системы дистанционного зондирования Земли.

2 Космическая программа России

2.1 Основные положения Федеральной космической программы России на 2006-2015 годы

Основными задачами Программы являются:

Сроки и этапы реализации Программы – 2006 – 2015 годы.

На первом этапе (в период до 2010 года), в части дистанционного зондирования Земли создаются:

Приоритетными направлениями космической деятельности, способствующими достижению стратегических целей, являются:

Программные мероприятия включают мероприятия, финансируемые за счет бюджетных средств, и мероприятия, выполняемые за счет средств, инвестируемых в космическую деятельность негосударственными заказчиками.

Мероприятия, финансируемые за счет бюджетных средств, включают работы, предусмотренные в следующих разделах:

раздел I – «Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы»;

При реализации Программы будут достигнуты следующие результаты:

б) увеличена периодичность обновления данных гидрометеорологического наблюдения до 3 часов для средневысотных космических аппаратов и до реального масштаба времени для геостационарных космических аппаратов, что обеспечит:

д) создан космический комплекс с малоразмерным космическим аппаратом с повышенной точностью определения координат терпящих бедствие объектов, обеспечены оперативность получения аварийных сообщений до 10 секунд и точность определения местоположения объектов, терпящих бедствие, до 100 м.

Оценка величины экономического эффекта от результатов космической деятельности в социально–экономической и научной сферах показывает, что в результате реализации Программы обобщенный экономический эффект в период 2006 – 2015 годов прогнозируется на уровне 500 млрд. рублей в ценах 2005 года.

2.2 Анализ космических систем ДЗЗ.

Рисунок 13 - Орбитальная группировка КА ДЗЗ на период 2006-2015 годы

По существу, основными космическими средствами ДЗЗ, разработанными в период до 2015 года будут КА «Канопус-В» оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций и КА «Ресурс-П» оперативного оптико-электронного наблюдения.

КА «Канопус-В» №1, запуск которого состоялся 22 июля 2012 года, включает:

Комплекс «Ресурс-П» является продолжением отечественных средств ДЗЗ высокого разрешения, используемых в интересах социально-экономического развития РФ. Он предназначен для решения следующих задач:

- подсистема «Арктика-МС2» из четырех КА для обеспечения подвижной правительственной связи, управления воздушным движением и ретрансляции навигационных сигналов (разработчик ОАО «ИСС им. М.Ф. Решетнева»).

2.3 Развитие наземного комплекса приема, обработки, хранения и распространения КИ ДЗЗ

Как отмечено в ФКП-2015 наземная космическая инфраструктура, включающая космодромы, наземные средства управления, пункты приема информации и экспериментальную базу для наземной отработки изделий ракетно-космической техники, нуждается в модернизации и дооснащении новым оборудованием.

Функциональная схема интегрированной спутниковой системы ДЗЗ показана на Рисунке 14.

Рисунок 14 - Интегрированная спутниковая система ДЗЗ

Таким образом, министерства и ведомства-потребители КИ ДЗЗ, с одной стороны, и Федеральное космическое агентство, с другой стороны, заинтересованы в обеспечении координации деятельности всех созданных разными ведомствами и организациями центров и станций НКПОР и налаживании их согласованного функционирования и взаимодействия по единым правилам, удобным для всех звеньев НКПОР и потребителей.

3 Анализ «Концепции развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года»

Важным разделом Концепции являются предложения, обеспечивающие повышение эффективности использования космической информации в России.

Главными проблемами, определяющими эффективность использования космической информации в России являются:

Такой подход перспективен, так как по мере ускорения развития национального рынка геоинформатики появится устойчивый спрос на геопространственные данные, который можно будет восполнять отечественными системами ДЗЗ по мере их появления и развития. Проблемы развития отрасли ДЗЗ не решаются в один день сразу после запуска нового спутника, необходим достаточно длительный этап формирования устойчивого спроса на данные ДЗЗ.

9. Разработать и ввести в эксплуатацию наземные и авиационные средства валидации результатов тематической обработки космической информации.

4 Технико-экономическое обоснование принципов финансирования при создании космических систем ДЗЗ

Заключение

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

3 А.Кучейко. Новая политика США в области коммерческих средств ДЗЗ. Новости космонавтики, №6, 2003 г.

4 В. Чуларис. Национальная политика США в области использования космического пространства. Зарубежное военное обозрение №1, 2007 г.

6 В. Чуларис. Геоинформационное обеспечение ВС США. Зарубежное военное обозрение, №10, 2005 г.

7 Космической разведке США поставлены новые задачи. Наука, 03.02.06

8 США создали на орбите крупнейшую за всю историю группировки спутников видовой разведки. Известия науки. 03.02.2006 г.

9 А. Андронов. Спутники, доступные террористам. «Независимое военное обозрение», 1999 г.

10 В.Иванченко. Иконос Зоркий Глаз. Журнал «КОМПЬЮТЕРРА», 06.09.2000 г.

11 М. Рахманов. Спутниковая разведка: новые тенденции развития. «Издание о высоких технологиях C.NEWS», 2006 г.

12 А. Копик. Запущен новый коммерческий «шпион». «Новости космонавтики», №6, 2003г.

13 М.Рахманов. Спутниковое зондирование: перемены неизбежны. «Издание о высоких технологиях C.NEWS», 2006 г.

16 Ю.Б. Баранов. Рынок данных ДЗЗ в России. Журнал «Пространственные данные», №5, 2005 г.

17 Французская разведка устремляется в космос. Наука, 27.12.04.

18 Радарные снимки: Германия вырывается в лидеры. Наука, 20.03.06.

19 Максим Рахманов «Германия запускает систему космического шпионажа», Наука, CNews, 2003 г.

20 А.Кучейко. Всепогодная система космической разведки и наблюдения: взгляд из Италии. «Новости космонавтики», №5, 2002г.

21 А.Кучейко. Япония создала крупнейшую систему космической разведки. «Новости космонавтики», №4, 2007 г.

22 Японская ракета вывела тяжелый спутник ALOS на орбиту. Наука, 24.01.06.

28 Радарный спутник: Канада не дает России ослепнуть. Наука, 2005 г.

лидирующего положения США, как мирового лидера в разработке и использовании систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Основные усилия государственного регулирования отрасли ДЗЗ в США направлены на поощрение развития рыночных

механизмов.

Основополагающим документом в этой области является директива о космической политике по использованию коммерческих систем ДЗЗ, утвержденная президентом США

марта 1994 г., где излагались основы политики США в области доступа иностранных заказчиков к ресурсам американских систем ДЗЗ .

Новая политика направлена на дальнейшее укрепление лидирующего положения в

мире американских компаний и охватывает следующие области деятельности:

− лицензирование деятельности и функционирование КС ДЗЗ;

− использование ресурсов КС ДЗЗ в интересах оборонных, разведывательных и

других государственных ведомств США;

− доступ иностранных заказчиков (государственных и коммерческих) к ресурсам ДЗЗ, экспорт технологий и материалов ДЗЗ;

− межправительственное сотрудничество в области военной и коммерческой космической видовой съемки.

Основная цель политики - усиление и защита национальной безопасности США и интересов страны на международной арене путем укрепления лидирующих позиций в

области КС ДЗЗ и развития национальной промышленности. Задачи, которые преследует политика - стимулирование роста экономики, защита окружающей среды и укрепление

научного и технологического превосходства.

Новая директива затрагивает и область коммерциализации систем зондирования.

На некоммерческой основе, по оценке экспертов, технологии ДЗЗ не только не получат развития, но и отбросят США (как и любую другую страну) далеко назад от ведущих позиций в мире. Космические видовые материалы, по мнению правительства США,

становятся востребованной правительственными ведомствами для их нужд продукцией систем ДЗЗ, получаемой на коммерческой основе. При этом преследуется и одна из

главных целей - освободить Национальное разведывательное сообщество от большого объема запросов на эту продукцию от различных ведомств США. Второй, но не менее важной задачей новой политики правительства в области космоса становится коммерциализация систем ДЗЗ с целью дальнейшего укрепления в мире лидирующего

положения американских компаний - операторов космических систем зондирования. Директива определяет порядок лицензирования деятельности системы ДЗЗ в

интересах МО, разведки и других ведомств, например, Госдепа и т. п. А также она устанавливает определенные ограничения для иностранных заказчиков продукции

систем ДЗЗ и экспорта технологий и материалов для нее и определяет основу межправительственного сотрудничества в области военных и коммерческих видов

Предпринятые шаги правительства США обеспечивают усиление и защиту национальной безопасности, а также создание благоприятных условий для страны на международной арене путем укрепления лидирующего положения Америки в области

ДЗЗ и развития собственной промышленности. С этой целью правительством страны

предоставлены огромные полномочия национальному управлению картографии и видовой информации США - NIMA, входящему как структурное подразделение в состав разведывательного сообщества Штатов. NIMA функционально отвечает за сбор, распределение видовой информации, получаемой от космических систем ДЗЗ, среди

государственных ведомств и иностранных потребителей, получение и распространение

которых производится только с одобрения Госдепартамента США. Министерству торговли и NASA вменено в обязанности координирование запросов на продукцию ДЗЗ в коммерческом секторе по направлениям. При этом предусматривается использование одной и той же видовой информации разными ведомствами, испытывающими интерес к одним и тем же районам съемок.

Гражданские потребности в области ДЗЗ определяют министерства торговли,

внутренних дел и космическое агентство NASA. Они же выделяют соответствующие средства для реализации проектов в этой области. Содействие в реализации

гражданских правительственных программ ДЗЗ оказывает управление NIMA. Эта

организация является головной также в подготовке планов мероприятий по реализации новой космической политики, в разработке которых, кроме NIMA, участвуют министры обороны, торговли, госдеп и директор центральной разведки (по совместительству и директор ЦРУ).

Геоинновационноеагентство «Иннотер»

Характерно, что эти вопросы и решаются законодательно, в виде обсуждения и принятия законов. Учитывается, что такие правительственные средства ДЗЗ, как Landsat,

Terra, Aqua и другие, будут использоваться для решения оборонных и разведывательных задач тогда, когда компании-оператору получение информации с помощью коммерческих систем ДЗЗ становится невыгодно. NIMA создает все необходимые условия промышленности США для получения конкурентного преимущества перед другими

странами. Правительство Штатов гарантирует поддержку развития рынка систем ДЗЗ, оно же оставляет за собой право ограничения продаж видовой продукции в те или иные

страны в интересах соблюдения ведущей роли США в космических средствах ДЗЗ. Директива предусматривает, что ЦРУ и МО должны отслеживать присущими им

методами и способами состояние развития ДЗЗ в других странах с тем, чтобы промышленность США не потеряла ведущего положения в мире на рынках средств ДЗЗ.

Правительство США не запрещает своему МО закупать любые видовые материалы

у коммерческих фирм. Прямая выгода понятна: нет необходимости запуска нового или перенацеливание уже работающего спутника ДЗЗ на интересующий военный район. Да и оперативность становится высочайшей. Это и делает с удовольствием минобороны США,

развивая тем самым коммерческие структуры, занимающиеся разработкой и

применением систем ДЗЗ .

Основные идеи новой космической политики:

− законодательно закрепляется, что ресурсы американских КС ДЗЗ будут в

максимальной степени использоваться для решения оборонных, разведывательных

задач, обеспечения внутренней и международной безопасности и в интересах

гражданских пользователей;

− правительственные системы ДЗЗ (например, Landsat, Terra, Aqua) будут

ориентированы на задачи, которые не могут эффективно решаться операторами КС

ДЗЗ в силу экономических факторов, интересов обеспечения национальной

безопасности или по другим причинам;

− установление и развитие долговременного сотрудничества между

правительственными органами и аэрокосмической промышленностью США, обеспечение оперативного механизма лицензионной деятельности в области функционирования операторов систем ДЗЗ и экспорта технологий и материалов ДЗЗ;

− создание условий, обеспечивающих промышленности США конкурентные преимущества в области предоставления услуг ДЗЗ иностранным

правительственным и коммерческим потребителям.

Геоинновационноеагентство «Иннотер»

Новая политика в области ДЗЗ - первый шаг администрации Буша по пересмотру космической политики США. Очевидно, что принятие документа прошло при активном

лоббировании корпораций аэрокосмической промышленности, которые с удовлетворением восприняли новые правила игры. Предыдущая политика, определенная директивой PDD-23, способствовала появлению и развитию коммерческих средств высокого разрешения. Новый документ гарантирует господдержку развития рынка ДЗЗ, а

также устанавливает, что новые коммерческие проекты промышленность будет разрабатывать с учетом потребностей в видовой продукции, определенных гражданскими

и оборонными ведомствами.

Другой важный аспект - государство становится "международным толкачом"

коммерческой информации ДЗЗ. В структуре продаж видовой информации коммерческих операторов и раньше преобладали оборонные и другие государственные заказчики.

Однако масштабы закупок были, сравнительно, невысокими и рынок космических

материалов ДЗЗ развивался медленно. В последние годы, после появления КС ДЗЗ высокого разрешения (0.5-1 м), ситуация стала меняться. Коммерческие системы высокого и среднего разрешения ныне рассматриваются как важнейшее дополнение

военных космических систем, позволяющее повысить оперативность выполнения заказов

и производительность интегрированной системы в целом, разграничить функции и расширить круг пользователей видовой информации.

В течение последних 5-7 лет видовая съемка с помощью коммерческих КА стала важнейшим источником актуальной и высококачественной видовой информации в силу

ряда причин:

− ресурс военных систем видовой разведки ограничен из-за расширения круга задач и числа потребителей, в результате чего понизилась оперативность решения задач обзорной съемки;

− коммерческая видовая продукция среднего и низкого разрешения стала доступнее,

в силу введения принципов прямого вещания и роста предложения услуг на международном рынке;

− рынок снимков высокого разрешения (до 1 м и лучше) значительно вырос, и увеличилось число операторов коммерческих систем видовой съемки, что привело к усилению конкуренции и снижению стоимости услуг;

− коммерческая видовая продукция не имеет грифа секретности, поэтому подлежит широкому распространению среди низовых звеньев управления Вооруженных сил, командования союзных сил, других ведомств (МИД, МЧС, пограничная служба) и

даже СМИ.

Геоинновационноеагентство «Иннотер»

31 августа 2006 года президент США Джордж Буш одобрил концепцию «Национальная космическая политика США», в которой представлены

основополагающие принципы, цели, задачи и направления деятельности американского военно-политического руководства, федеральных министерств и ведомств, а также коммерческих структур по использованию космического пространства в национальных интересах. Этот документ заменил одноименную президентскую директиву 1996 года.

Выход «национальной космической политики» был обусловлен повышением значимости космических систем в обеспечении национальной безопасности Соединенных Штатов, а

также необходимостью приведения реализуемой космической политики в соответствие с новыми условиями обстановки .

Реализация космических программ объявлена приоритетным направлением деятельности. При этом американское военно-политическое руководство будет

придерживаться ряда основополагающих принципов, приводимых ниже:

− все страны имеют право на свободное использование космоса в мирных целях, позволяющих США осуществлять военную и разведывательную деятельность в национальных интересах;

− отвергаются любые притязания какой-либо страны на единоличное использование космического пространства, небесных тел или их частей, а также ограничение прав США на подобную деятельность;

− Белый дом стремится сотрудничать с ВПР других государств в рамках

использования космического пространства в мирных целях, чтобы расширить предоставляемые в связи с этим возможности и достичь больших результатов в исследовании космоса;

− американские КС должны беспрепятственно работать в космическом пространстве.

Поэтому США будут рассматривать любое вмешательство в функционирование своих КС как посягательство на их права;

− КС, включая наземный и космический компоненты, а также обеспечивающие их функционирование линии связи, считаются жизненно важными для национальных интересов страны.

В связи с этим Соединенные Штаты будут:

− защищать свои права на свободное использование космического пространства;

− разубеждать или удерживать другие страны от действий или разработки средств, позволяющих нарушать эти права;