Формат хранения данных инклинометрии скважины

Значения последовательных позиций скважины представлены в относительных смещениях от устья скважины на запад и на север. Принцип организации прямоугольной системы координат близок к принципу организации полевой прямоугольной системы координат, причем ось Х направлена с юга не север, а Y – с запада на восток. ^[6]

Здесь могут использоваться не только отдельные приемники, но и целые измерительно-вычислительные комплексы, точность измерений которых доходит до долей сантиметра. На основе сочетания возможностей GPS и других технических средств создаются информационно-измерительные системы, позволяющие получать новые качества в решении старых задач.^[1]

2. Американская система глобальной навигации NAVSTAR

Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей — нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.NAVSTAR состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.

Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.

Пользовательский сегмент представлен приемниками GPS, находящихся в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.

 

Космические спутники. Орбиты спутников.

Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников (рис. 6). Круговая орбита с высотой порядка 20 200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы.

Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.24 спутника обеспечивают полную работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве.

Рисунок 6. Спутник системы на орбите

 

Точность

Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Значения погрешностей различных источников

Источник погрешности	Среднеквадратичное значение погрешности, м.
Нестабильность работы генератора	6,5
Задержка в бортовой аппаратуре	1,0
Неопределенность пространственного положения	2,0
Другие погрешности космического сегмента	1,0
Неточность эфемерид	8,2
Другие погрешности наземного сегмента	1,8
Ионосферная задержка	4,5
Тропосферная задержка	3,9
Шумовая ошибка приемника	2,9
Другие ошибки сегмента пользователя	1,0
Суммарная погрешность	13,1

Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих.

 

Коэффициент корреляции погрешностей двух рядом стоящих GPS приёмников (при работе в кодовом режиме) составляет 0,15—0,4 в зависимости от соотношения сигнал/шум. Чем больше соотношение сигнал/шум, тем больше корреляция.

 

Следующее поколение аппаратов

В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.

Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с погрешностью не более 60 – 90 см. Если такая точность будет не только для военных, но и для гражданских применений, то это приятная новость для владельцев GPSнавигаторов.

Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для трилатерации. Однако, даже точности в 10 см недостаточно для ряда задач по геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в 10 см площадь участка в 600 м² может уменьшиться или увеличиться на 10 м².

 

Недостатки

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками).

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55°) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

GPS реализована и эксплуатируется министерством обороны США и поэтому есть полная зависимость от этого органа в получении другими пользователями точного сигнала GPS.^[2]

 

3. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

ГЛОНАСС - советская/российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации (китайская система спутниковой навигации Бэйдоу на данный момент функционирует как региональная).

Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

 

Навигация

Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19400 км с наклонением 64,8° и периодом 11 часов 15 минут (рис. 7). Такая орбита оптимальна для использования в высоких широтах (северных и южных полярных регионах), где сигнал GPS ловится плохо. Спутниковая группировка развёрнута в трёх орбитальных плоскостях, с 8 равномерно распределёнными спутниками в каждой. Для обеспечения глобального покрытия необходимы 24 спутника, в то время как для покрытия территории России необходимы 18 спутников. Сигналы передаются с направленностью 38° с использованием правой круговой поляризации, мощностью 316—500 Вт (EIRP 25 – 27dBW).

 

Для определения координат приёмник должен принимать сигнал как минимум четырёх спутников и вычислить расстояния до них. При использовании трёх спутников определение координат затруднено из-за ошибок, вызванных неточностью часов приёмника.

Рисунок 7. Спутник системы ГЛОНАСС второго поколения «ГЛОНАСС-М»

 

Точность

В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстаёт от аналогичных показателей для GPS.

Согласно данным СДКМ (Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга) на 18 сентября 2012 года ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при p = 0,95) по долготе и широте составляли 3 – 6 м при использовании в среднем 7 – 8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2 – 4 м при использовании в среднем 6 – 11 КА (в зависимости от точки приёма).

При использовании обеих навигационных систем происходит существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, даёт точность определения координат на территории Европы на уровне 1,5 – 3 метров.

Система ГЛОНАСС определяет местонахождение объекта с точностью до 2,8 метров, но после перевода в рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч» точность навигационного сигнала ГЛОНАСС возрастёт до одного метра (ранее система определяла местонахождение объекта лишь с точностью до 5 м).

К 2015 году планируется увеличить точность позиционирования до 1,4 метра, к 2020 году – до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см.

 

Модернизация аппаратов ГЛОНАСС

Сравнение поколений космических аппаратов приведено в таблице 3.

Таблица 3

Модернизация системы «Глонасс»

Серия КА	Год развертывания	Состояние	Стабильность частоты
«Глонасс»	1982 – 2005	Выведен из эксплуатации	5·10-13
«Глонасс-М»	2003 – 2016	В эксплуатации	1·10-13
«Глонасс-К1»	2011, 2014	Летно-конструкторские испытания	5·10-14 - 1·10-13
«Глонасс-К2»	2015 – 2024	В разработке	5·10-14
«Глонасс-КМ»		На стадии изучения

2015 году с развитием российской космической геодезической системы предполагается, что ГЛОНАСС догонит GPS по точности.

На 2015 - 2017 годы намечен запуск усовершенствованного спутника КА «Глонасс-К2», доработанного по результатам испытаний КА «Глонасс-К1». В дополнение к открытому CDMA сигналу в диапазоне L3, появятся открытые и шифрованные сигнал в диапазонах L1 и L2.

К 2025 году появится усовершенствованный спутник «Глонасс-КМ», характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 6 открытых и до 3 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.^[3]

Сравнение текущих уровней развития ГЛОНАССа и GPS приведено в следующей таблице.^[4]

Таблица 4

Сравнение текущих уровней развития ГЛОНАССа и GPS

Характеристики GPS (NAVSTAR) и ГЛОНАСС	GPS	ГЛОНАСС
Количество спутников (резерв)	24 (3), реально - 30, с увеличением до 48	24, сегодня на орбите 19
Количество орбитальных плоскостей
Количество спутников в каждой плоскости
Гарантийный срок эксплуатации спутника (лет)		7 - «Ураган-М», 10 - 12 - «Ураган-К» (начиная с 2010 г.)
Покрытие сигналом	Весь земной шар	Весь земной шар (сегодня - до 90% территории РФ и до 60% земного шара)
Точность определения местоположения потребителя сигнала (м)	100 (гражданский сигнал), 10 (военный сигнал), 1 (с наземной коррекцией), сегодня - 2,6 - при использовании КА Bloc IIR	30 - 60 - при использовании КА «Ураган», 5 - 10 - «Ураган-М», 1 - 3 - «Ураган-К» (сегодня - 4,5 с наземной коррекцией)
Точность определения скорости движения (м/сек.)	10 (гражданский сигнал), 0,1 (военный сигнал)	15 - «Ураган», 0,05 - «Ураган-М»

Текущее состояние.^[3]

Состав группы КНС ГЛОНАСС на 2 декабря 2014 года:

· Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 29 КА

· Используются по целевому назначению: 24 КА

· На этапе ввода в систему: 0 КА

· Временно выведены на техобслуживание: 0 КА

· На исследовании главного конструктора: 1 КА

· Орбитальный резерв: 2 КА

· На этапе лётных испытаний: 2 КА

 

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы выяснил, что американская система позиционирования NAVSTAR более популярна в использовании у потребителей. Технически ГЛОНАСС не сильно отстает от своего иностранного конкурента, а чем-то даже опережает.

Возможно, в будущем мировой рынок навигаторов будет поделен на 2 половины: российскую (ГЛОНАСС) и американскую (NAVSTAR).

Стоит отметить, что на развитие систем позиционирования влияют «политические игры» между Российской федерацией и США. Каждая из сторон негативно относится к размещению чужих станций на своей территории, опасаясь за военную безопасность, а также продвижение «своей марки» у потребителей.

 

Список литературы

1. Самардак А.С. Геоинформационные системы. Дальневосточный государственный университет. Тихоокеанский институт дистанционного образования и технологий. 2005 г. – 124 с.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/GPS

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/ГЛОНАСС

4. http://www.ends.by/index.php?option=com_content&view=article&id=4&Itemid=4

5. Серапинас Б.Б.Глобальные системы позиционирования: Учеб. изд. - М.: ИКФ «Каталог»,2002. - 106 с.,

6. К.С. Алсынбаев, Я.С. Суляев, О.М. Шорин. Использоваие ГИС для картрирования зон микросейсмической активности. Вестник Югорского государственного университета 2006 г. Выпуск 4. С. 16-23