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 навигационно-

геодезического обеспечения объектов ракетно-космической техники (РКТ)

в рамках НИР "Развитие" исследований по развитию российских

глобальных мониторинговых сетей

О. А. Гомозов, И. П. Чугунов

ОАО «НИИ точных приборов», г. Москва

Суть проблемных вопросов, рассматриваемых ОАО «НИИ ТП» в рамках

НИР «Развитие» состоит в следующем:

1. Отсутствие национальной глобальной высокоточной геоосновы в системе

координат (СК) ПЗ-90 сдерживает массовое применение ГЛОНАСС.

2. Создание и поддержание в актуальном состоянии национальной глобаль-

ной высокоточной геоосновы в СК ПЗ-90 возможно только с применением косми-

ческих данных ДЗЗ, получаемых орбитальной группировкой отечественных КА

ДЗЗ.

3. Высокую точность данных ДЗЗ на любую точку земной поверхности мо-

гут обеспечить глобальные специальные опорные наземные сети (СОНС) и реше-

ние задачи высокоточного определения орбит КА ДЗЗ, которые должны отвечать

определенным требованиям.

4. В настоящее время, на зарубежную территорию отсутствуют специальные

опорные наземные сети, а точность определения орбит российских КА ДЗЗ со-

ставляет от десятков до сотен метров, что не отвечает современным требованиям

и существенно ниже зарубежных аналогов.

5. Специальные опорные наземные сети должны создаваться на базе гло-

бальной геодезической сети, которая реализует на земной поверхности СК ПЗ-90

и обеспечивает высокую точность определения координат в пространстве и вре-

мени.

Исходя из этого, основные задачи НИР сформулированы следующим обра-

зом:

1. Участие в обосновании развития Мировой космической геодезической се-

ти (МКГС), используемой в качестве основы для создания СОНС и для распро-

странения отечественной геоцентрической системы координат ПЗ-90.

2. Оценка перспектив развития геодезического обеспечения системы

ГЛОНАСС в части использования отечественных и зарубежных фундаменталь-

ных геодинамических ресурсов.

3. Участие в разработке предложений по созданию Космической высокоточ-

ной системы для объектов РКТ в части анализа состояния и направлений развития

технологий высокоточного определения орбит низкоорбитальных КА социально-

экономического назначения, создания специальных опорных сетей (на базе

МКГС) и модели динамической Земли.

Содержательная часть исследований заключается в следующем.

В федеральной целевой программе «Поддержание, развитие и использование

системы ГЛОНАСС» на 2012 – 2020 гг. отмечается несоответствие достигнутого

уровня развития системы ГЛОНАСС и темпов внедрения навигационных техно-

логий, опережающему росту потребностей специальных и гражданских потреби-

телей.

Во многих приложениях данные ГЛОНАСС полноценно могут использовать-

ся только в сочетании с геопространственными данными (данными ДЗЗ, карто-

графическими материалами, цифровыми моделями рельефа и местности). Сами

координаты, даже если они абсолютно точные, большинству потребителей ни о

чем не говорят. Потребитель оценивает свое местоположение, относительно ок-

ружающей обстановки. Поэтому одним из факторов, сдерживающих массовое

применение ГЛОНАСС, является отсутствие отечественных высокоточных гео-

пространственных данных (ГПД).

Анализ рынка данных ДЗЗ показывает, что со стороны потребителя сущест-

вует устойчивая тенденция к повышению требований к таким характеристикам,

как детальность, актуальность и площадь покрытия. При этом высокой детально-

сти должна соответствовать высокая точность данных ДЗЗ как по взаимному по-

ложению отображаемых объектов, так и по точности их геопривязки в общезем-

ной системе координат. Точность геопространственных данных, используемых

пользователем совместно с данными спутниковой навигации, в идеале должна со-

ответствовать точности координат, которую обеспечивают космические навига-

ционные системы. Современные технологии потенциально позволяют создавать

по материалам космического ДЗЗ геопространственные данные с точностными

характеристиками на уровне одного метра в плане и двух-трех метров по высоте.

На рис.1 показаны характеристики по точности и пространственному разре-

шению современных зарубежных космических систем ДЗЗ.

Интересы России в части получения и использования геопространственных

данных распространяются на всю поверхность Земли. Проблемным вопросом яв-

ляется обеспечение геопространственными данными зарубежной территории. Ос-

новным способом получения геопространственной информации на зарубежную

территорию является космическая съемка. По материалам космической съемки

НИИ ТП создает такой вид ГПД, как базовое сплошное покрытие высокого раз-

решения (БСП ВР) с размерами пикселя на местности 0,5 - 2,5 м. БСП-ВР создает-

ся с использованием только орбитальных данных (без использования опорных то-

чек) в геоцентрической системе координат WGS-84. На сегодняшний день дос-

тигнута точность создания БСП ВР по разнородным данным зарубежных КА ДЗЗ

на уровне 6 м (СКО). Отечественные КА ДЗЗ не обеспечивают такой точности

геопривязки материалов ДЗЗ по бортовым навигационным измерениям. На бли-

жайшую перспективу поставлена задача по отечественным данным достичь более

высоких точностей, чем те, которые получаются сегодня по зарубежным данным.

Это возможно при условии повышения точности расчета орбит КА ДЗЗ и созда-

ния плотной сети точек местности, хорошо опознаваемых на снимках высокого

разрешения.

Геопространственные данные должны создаваться в единой системе коорди-

нат. Единство координатной основы и одинаковую точность ее воспроизведения в

разных точках земной поверхности обеспечивает глобальная геодезическая сеть.

Плотность существующей Мировой космической геодезической сети (МКГС) не-

достаточна для достижения высоких точностей ГПД. Кроме этого ее использова-

ние для уточнения орбит КА ДЗЗ ограничивается различными факторами.

Космический аппарат

ДЗЗ

Год запуска

Разрешение

на местности

(м)

Точность

геопозиционирования

(СКО)

(м)

Spot-2 1990 10,0 350

Spot-4 1998 10,0 350

Ikonos 1999 0,82 8

QuickBird 2001 0,6 10

Spot-5 2002 5,0 30

OrbView 2003 1,0 15

Alos (PRISM) 2006 2,5 7

WorldView-1 2007 0,5 3-5

GeoEye-1 2008 0,41 2-3

WorldView-2 2009 0,46 3-5

Pleiades-1A 2011 0,5 3-5

Рис.1. Характеристики зарубежных космических систем ДЗЗ.

Вместе с тем МКГС является геодезической основой закрепляющей отечествен-

ную геоцентрическую систему координат ПЗ-90, реализованную в ГЛОНАСС.

Создаваемая Роскосмосом система дифференциальной коррекции и монито-

ринга (СДКМ) предназначена для существенного повышения точности навигаци-

онных определений ГЛОНАСС. Для обеспечения единства координатных опреде-

лений геоцентрические координаты пунктов СДКМ в системе координат ПЗ-90

должны определяться относительно пунктов МКГС.

МКГС и СДКМ совместно с пунктами фундаментальной астрономо-

геодезической сети (ФАГС) Росреестра должны составить глобальную геодезиче-

скую сеть России (ГГСР) (рис.2). В целях обеспечения на зарубежной территории

высокой плотности пунктов ГГСР, необходимой для решения задач геопривязки и

контроля точности материалов космической съемки, к ней необходимо функцио-

нально присоединить открытые международные и национальные станции наблю-

дения ГЛОНАСС и GPS, измерения с которых доступны и могут быть обработаны

совместно с измерениями с пунктов МКГС и СДКМ. Необходимым условием ис-

пользования пунктов ГГСР для контроля точности материалов ДЗЗ является их

уверенное опознавание на снимках высокого разрешения.

Геоцентрические координаты отечественных пунктов ГГСР (МКГС, СДКМ и

ФАГС) в системе координат ПЗ-90 (в еѐ последней версии ПЗ-90.11) должны оп-

ределяться орбитальными методами космической геодезии из совместной обра-

ботки ГЛОНАСС и GPS измерений, полученных на этих пунктах. Геоцентриче-

ские координаты зарубежных станций в этой же системе координат могут опреде-

ляться методом "вставки".

Глобальная координатная основа должна быть заведомо точнее как навигацион-

ных, так и геопространственных данных, поступающих потребителю. Поэтому

ГГСР, созданная на основе станций наблюдения навигационных КА, должна быть

мониторинговой, координаты ее пунктов должны постоянно уточняться, что осо-

бенно важно при решении задачи достижения дециметровой точности данных по-

требителя. Современные методы позволяют определять геоцентрические коорди-

наты точек на субсантиметровом уровне и отслеживать их изменение во времени.

КА ГЛОНАСС

КА ГЛОНАСС

КА ГЛОНАСС

КА ГЛОНАСС

КА ДЗЗ

КА ДЗЗ

Пункты геодезической сети

Российской Федерации

Корректирующие

станции

ГЛОНАСС

Станции международной

сети ITRF

Рис.2. Предлагаемая глобальная сеть геодезических пунктов и станций слежения

ГЛОНАСС.

В ближайшем будущем динамическая составляющая координатных опреде-

лений будет использоваться не только в научных исследованиях, но и приобретет

практическое значение, в том числе и при создании геопространственных данных.

Наряду с развитием ГГСР значительный интерес для развития методов соз-

дания ГПД по материалам космической съемки представляет повышение точно-

сти расчета орбит КА ГЛОНАСС и разработка отечественных программных

средств определения координат потребителя методом РРР (Precise Point Position-

ing) как для космических аппаратов ДЗЗ, так и для наземных измерений на корот-

ком интервале времени (10 - 20 минут).

На сегодняшний день основным сдерживающим фактором повышения точ-

ности геопривязки материалов ДЗЗ на зарубежной территории являются большие

погрешности расчета орбит КА ДЗЗ. Современные требования к точности расчета

орбит отечественных КА ДЗЗ оцениваются на уровне 0,5 - 1,0 м. Реально достиг-

нутая точность составляет десятки и сотни метров, в то время как точность расче-

та орбит зарубежных низкоорбитальных КА в режиме постобработки уже сейчас

находится на субдециметровом уровне.

Повышение точностных характеристик бортовой навигационной аппаратуры

КА ДЗЗ, создание ГГСР и усовершенствование программных средств и техноло-

гии обработки ГЛОНАСС измерений позволит решить проблему обеспечения за-

данного уровня точности геопривязки материалов ДЗЗ по бортовым данным

(рис.3).

Создание глобальной геодезической сети, наряду с задачами повышения точ-

ности орбит КА ДЗЗ, позволит решить задачу верификации отечественных дан-

ных дистанционного зондирования Земли и создания национальной глобальной

высокоточной геоосновы в СК ПЗ-90 (рис.4).

Погрешность определения положения

центра масс КА ДЗЗ 0,5 – 1,0 м

Линейное разрешение

на местности 0,5 – 1,0 м

Выполнение требований обеспечит точность определения планового

положения и высот точек местности по геопространственным данным 2-3 м

КА ГЛОНАССКА ГЛОНАСС

Погрешность определения ориентации

съемочной аппаратуры КА ДЗЗ

0,2 - 0,3 угл. сек.

Рис.3. Условия обеспечения высокой точности геопривязки изображений КА ДЗЗ

по бортовым данным.

Фрагмент БСП-ВР

Высокоточная привязка данных

и комплексная обработкаБазовая электронная карта(навигация и определение координат)

КА ГЛОНАСС

БПЛА

КА ДЗЗ

ОбновлениеБСП-ВР

ПОЛИГОН КАЛИБРОВКИАППАРАТУРЫ ДЗЗ

Пользователь

Пользователь

Базовое сплошное покрытие – единая

геопространственная основа, опирающаяся на

геодезическую сеть

Рис.4. Создание национальной высокоточной геоосновы в СК ПЗ-90.