120103 Экзам.вопросы КН 2011

ВОПРОСЫ
к экзамену по курсу «Космическая навигация» для студентов группы КГ-51
2011/2012 уч. год
1. Введение. Предмет и задачи космической навигации. Роль и значение космической
навигации в решении основных геодезических задач. Методы навигации: метод навигационных
ориентиров, астрономическая, инерциальная, астроинерциальная, космическая радионавигация.
Элементы и устройства навигационных систем. Оптические приборы для ориентации и навигации;
построение местной вертикали; оптические приборы ориентации по звездам; комплексные
системы навигации.
2. Принципы построения систем космической навигации. ГНСС, их состав.
Спутниковые навигационные системы. Общие принципы функционирования глобальных
спутниковых радио-навигационных систем. Проектирование орбит навигационных спутников
Земли. Наиболее важные показатели космических навигационных систем. Математические
модели каналов измерений и движения ИСЗ. Схемы построения координатно-измерительных
комплексов для обеспечения работы спутниковых навигационных систем. Бортовые сегменты.
Определение времени; синхронизация. Принципы наблюдений и структура сигнала. Построение
математических моделей бортовых и наземных измерительных систем. Определение эталонной
орбиты ИСЗ и координат потребителя по результатам наблюдений. Навигационные параметры.
Определение координат навигационных ориентиров. Методы и алгоритмы решения
навигационной задачи.
3. СНС « ГЛОНАСС», принципы ее функционирования. СНС «NAVSTAR GPS»;
совместное использование СНС «ГЛОНАСС» и «NAVSTAR GPS».
Навигационные радиосигналы ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR. Частотный план. Структура
навигационных сигналов. Использование широкополосных шумоподобных радиосигналов для
передачи информации. Помехоустойчивость. Псевдослучайные последовательности. Принципы
формирования
дальномерных
кодов
и
навигационной
информации.
Модуляция
радионавигационного сигнала. Спектры транслируемых радиосигналов. Характеристики
радиолиний передачи данных.
Навигационные сообщения ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR. Способы описания движения
навигационных ИСЗ на относительно коротких интервалах времени. Состав и структура кадров
навигационных данных. Эфемериды; вычисление бортового времени и координат ИСЗ.
Оперативная эфемеридная информация и альманах. Алгоритмы вычисления положения и
скорости спутника по данным альманаха. Алгоритмы вычисления положения и скорости спутника
по оперативной эфемеридной информации.
Наземные приемники (сегмент потребителя). Типы спутниковых приемников потребителей.
Одноканальные приемники. Мультиплексные приемники. Многоканальные приемники. Кодовые
и фазовые приемники. Использование фазовых измерений для определения пространственной
ориентации объекта. Использование приемников СРНС для синхронизации шкал времени
удаленных пунктов. Особенности построения приемной аппаратуры для совместного
использования систем GPS и ГЛОНАСС.
Общности и различия функционирования этих СНС. Перспективы развития и повышения
точности СНС-определений.
4. Радиотехнические методы измерения навигационных параметров. Частотные,
кодовые и фазовые измерения навигационных параметров.
Математические модели,
линеаризация геометрических дальностей. Погрешности измерений, вносимые внешней средой.
Искажения сигнала тропосферой. Аппаратурные реализации и погрешности радионавигации.
5. Основы использования спутниковых навигационных систем в геодезии. Системы
отсчета, применяемые в космической навигации Классификация координатных систем.
Взаимосвязь систем координат. Принципы преобразования пространственных координат.
Практические
аспекты
полевых
наблюдений.
Автономный
(абсолютный),
дифференциальный и относительный метод. Геометрический фактор ослабления точности
определения координат потребителя. Построения с двумя приемниками. Создание СНС-сетей.
Ошибки относительных координатных определений.
Стандартные форматы обмена спутниковыми данными RINEX, SP3, RTCM, CMR, SINEX.
Понятие об активных сетях непрерывно действующих референцных спутниковых станций.
Разновидности активных сетей референцных спутниковых станций. Структурные схемы
функционирования этих сетей. Состав аппаратно-программного обеспечения референцных
спутниковых станций и центра управления системой станций. Организация взаимодействия
потребителей спутниковой информации с сетями непрерывно действующих референцных
спутниковых станций. Централизованная и распределенная обработка спутниковой информации.
Концепция виртуальной базовой станции. Современное состояние, перспективы развития и
повышения точности наземных сетей непрерывно действующих референцных спутниковых станций.
Применение СНС для кадастра, геодинамики и морской геодезии.
6. Обработка результатов наблюдений спутников ГЛОНАСС и GPS. Понятие
динамической системы и вектора состояния; идентификация и оценка состояния динамических
систем; нелинейные дифференциальные уравнения в вариациях, линеаризация в окрестностях
опорной
траектории; линейные уравнения каналов измерения; наблюдаемость; задачи
оптимизации; коррекция орбит. Методы и средства обработки. Порядок решения отдельной базовой
линий, виды решений. Методы восстановления потерь счета циклов непрерывной фазы несущей.
Методы разрешения неоднозначностей фаз.
7. Определение орбит космических аппаратов. Фундаментальное уравнение определения
орбит по результатам траекторных измерений; линеаризация фундаментального уравнения;
изохронные производные и методы их вычисления; свойства изохронных производных;
мультипликативный интеграл; методы предварительного определения орбит по необходимому
числу измерений; метод итераций по истинной аномалии или фокальному параметру; область
применения классических методов предварительного определения орбит (Гаусса, Лапласа);
дифференциальное уточнение орбит; уравнения поправок относительно координат и скорости,
относительно оскулирующих элементов орбиты; вычисление свободных членов уравнений
поправок; структура правых частей дифференциальных уравнений движения ИСЗ; понятие
адекватности моделей движения; проблема наблюдаемости начальных условий движения при
различных составах измерительной информации; ньютоновский итерационный процесс; теоремы
о его сходимости
8. Определение ориентации космического аппарата.
Параметры ориентации
космического аппарата. Определение по данным бортовых видеоизображений поверхности
небесного тела и участков звездного неба; автоматизированное распознавание звезд.
9. Астрономическая, инерциальная, астроинерциальная навигация. Оптикоэлектронные системы и лазерная техника; теория излучения и источники излучения; атмосферные
влияния; основные принципы устройства приборов для измерений излучения; детекторы
излучения; приборы дистанционного зондирования; спектрорадиометры; многоспектральные
построчно-прямолинейные сканеры;
фотографические системы; пленка как детектор;
телевизионные системы;
10. Лазерная техника в космической геодезии. Общие принципы использования лазерных
дальномеров в космической геодезии; монохроматическое излучение; генерация ультракоротких
импульсов (генераторы добротности); селекция сигналов; помехи (фоновое излучение Солнца,
облачность); распространение излучения в атмосфере; зависимость показателя преломления от
различных факторов; принципы устройства лазерных дальномеров; передатчики лазерных
дальномеров; компоненты оптических лазерных передатчиков; приемники лазерных дальномеров
и их оптические системы; уголковые отражатели; общая схема лазерного дальномера; газовые
лазеры; лазерный гравиметр; лазерный гироскоп.