28. Gps система. Космический сегмент. Сегмент управления. Аппаратура потребителей.

GPS системы: NAVSTAR - навигационная система, основанная на измерении времени и дальности (USA).Galileo – европейский проект спутниковой системы навигации.Beidou -– спутниковая система навигации (Китай).ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система (СССР). В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно “покрывающих” всю земную поверхность. Орбиты ИСЗ вычисляются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчики спутников непрерывно излучают сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящемся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить.В приемнике измеряется время распространения сигнала от ИСЗ и вычисляется дальность “спутник-приемник” (радиосигнал, как известно, распространяется со скоростью света). Поскольку для определения местоположения точки нужно знать три координаты (плоские координаты X, Y и высоту H), то в приемнике должны быть измерены расстояния до трех различных ИСЗ. Очевидно, при таком методе радионавигации (он называется беззапросным) точное определение времени распространения сигнала возможно лишь при наличии синхронизации временных шкал спутника и приемника.Поэтому в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы (стандарты частоты), причем точность спутникового эталона времени исключительно высока, порядка наносекунды. Бортовые часы всех ИСЗ синхронизированы и привязаны к так называемому “системному времени”. Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать его стоимость. Этот эталон должен обеспечивать только кратковременную стабильность частоты - в течение процедуры измерений. На практике в измерениях времени всегда присутствует ошибка, обусловленная несовпадением шкал времени ИСЗ и приемника. По этой причине в приемнике вычисляется искаженное значение дальности до спутника или “псевдодальность”. Т. о. неизвестными являются не только координаты X,Y и H, но и поправка часов приемника D t. Для их определения необходимо выполнить измерения псевдодальностей не до трех, а до четырех спутников. В результате обработки этих измерений в приемнике вычисляются координаты (X,Y и H) и точное время. 1-Созвездие (космич-й сегмент)Номинально в каждую эпоху имеется 24 «здоровых» спутника системы + 3 резервных.Спутники распределены по нескольким орбитальным плоскостям – в ГЛОНАСС их 3, в NAVSTAR – 6. На каждой орбите, таким образом, находится 8 и 4 спутника, соответственно.Для NAVSTAR плоскости орбит разнесены по прямому восхождению на 60 градусов.Наклон плоскости орбиты к плоскости экватора составляет 54°. На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты (два цезиевых и два рубидиевых - для целей резервирования, их погрешность составляет 1 секунду за 160 000 лет), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер.Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: C/A-кодом (код свободного доступа) и P-кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только P-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.Код свободного доступа C/A имеет частоту следования импульсов 1,023 МГц и период повторения 0,001 сек., поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.Защищенный код P характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках. Поскольку P- код передается на двух частотах (L1 и L2), а C/A-код - на одной (L1), в GPS-приемниках, работающих по P-коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Точность автономного определения расстояния по P- коду примерно на порядок выше, чем по C/A-коду.Сегмент управленияСтанции слежения за спутниками: Эту сеть из пяти станций используют для создания широковещательных эфемерид и для определения параметров хода часов спутников. Именно эту информацию пользователь получает из спутникового сообщения. Более точную информацию, но с запаздыванием, получают из результатов наблюдений спутников на контрольных пунктах других сетей. Станции получают с главной станции управления и контроля информацию об эфемеридах спутников и параметрах хода их часов. Эту информацию станции закладывают в память бортовых компьютеров спутников примерно каждый час. Если по какой-либо причине закладка новых эфемерид приостановлена, то спутник транслирует старые эфемериды еще в течение 14 суток. Поскольку такие эфемериды являются результатом экстраполяции, то ошибка их постепенно увеличивается с 10 до 200 метров.Аппаратура потребителей.Это совокупность находящихся в работе спутниковых приемников и другой аппаратуры.В аппаратуре пользователя (GPS-приемнике) принимаемый сигнал декодируется, т.е. из него выделяются кодовые последовательности C/A либо C/A и P, а также служебная информация. Полученный код сравнивается с аналогичным кодом, который генерирует сам GPS-приемник, что позволяет определить задержку распространения сигнала от спутника и таким образом вычислить псевдодальность. После захвата сигнала спутника аппаратура приемника переводится в режим слежения.

Категории пользователей: гражданские и военные; навигаторы и геодезисты; имеющие полный доступ к системе и имеющие ограниченный доступ.

1.29 GPS система. Система наблюдений. Источники ошибок.Процедура синхронизации может выполняться по С/А коду (одночастотные приёмники кодовые), по Р коду (2-хчастотные код приёмники), по С/А и фазе несущего сигнала (1-част фазовые приёмники), по Р коду и фазе несущего приёмника (2-е фаз-е приёмники).Кодовое наблюдение применяется в самых простых приёмниках и из принятых сигналов выделяется С/А код или Р-код. (для 1част точность 100м (L1), 2част 10м (L2).Фазовые наблюдения выполняются для повышения точности наблюдения. При этом для сравнения сигнала, полученного со спутника приёмник сравнивает не только код но и фазу Источники ошибок.

1 – Неточное определение времени. При всей точности эталонных часов в спутнике существует некая погрешность шкал времени. Ошибка приводит к ошибке до 0,6м.2 – Ошибка вычисления орбит. Появляется в следствии неточного прогноза или расчёта эфемерид. 0,6м 3 – Инструментальная ошибка приёмника. Обусловлена наличием шумов в приёмнике 1,2м 4- Многопутное распространение сигнала. Появляется в результате вторичного отражения сигналов от круп-х объектов. До2м. 5- Ионосферные задержки сигнала 10 м 6 – Тропосферная задержка сигнала (ниж слой) до1м 7 – Геометрическое расположение спутников. Принимается PDOP лучше тем, чем больше пирамида но до определённых размеров. (+ можно рассказать из вопроса 1.28)

1.30. GPS система. Статистический метод (Static Positionig).Приёмники не перемещаются в течении всего набл-го интервала (15мин-3ч). Одновременно выполняют наблюдения и записывают данные. Такая длительность сессии вызвана необходимостью определения целочисленной неоднозначности фаз. Длительная сессия способствует изменению конфигурации спут-й системы. При таком способе одночастотные приёмники для измерения длин векторов длиной до 10-15 км. двухчастотные >15 км. точность метода при использовании фазовых наблюдений:Для 2хчаст в плане 5мм+1 мм на 1 км *Д

По высоте 10+1мм на км *Д.Для 1част в плане 5мм+1 мм на 1 км *Д (Д<10км) 10+2мм на км *Д. (Д>10км). По высоте 10+2 мм на км *Д. Метод является наиболее точным. Используется для контроля геомеханических процессов, мониторинга тектонических движений, наблюдения за ат-ми станциями.

Псевдостатический метод Отличается от статического тем, что обеспечивает более высокую производительность съёмки. 1 приёмник на определяемой точке устанавливают на 5-10 мин затем снимает какие то т очки и потом возвращаемся на точку 1.и повторяем наблюдения. Ошибки те же самые, что и у статическаого. + в течении короткого времени можно произвести наблюдения большого количества точек. - метод требует точного планирования съёмки.- осуществляем повторное центрирование над точкой с определ-ми координатами, что приводит к дополнит погрешности. Быстростатический.Быстрая статика - это метод измерений с постобработкой, который обеспечивает точность на уровне сантиметра. Для получения базовой линии всего за восемь минут (8 - 30 минут) этот метод использует измерения фазы несущей. Необходимое время зависит от типа приёмника, длины базовой линии, числа видимых спутников и спутниковой геометрии (расположения спутников на небесной сфере). Быстрая статика - производная от статики и является результатом передовых разработок аппаратной и программной частей системы.

1.31. Классификация геодезических и маркшейдерских приборов. Требования к ним. По назначению: 1-теодолиты 2-нивелиры 3-дальномеры 4-тахеометрв 5-кипрегели6-комплектующие (буссоли, рейки, рул-ки, опт центриры) По точности:1 – Высокоточные. Астрономические геод-е инструменты для измерения в сетях триангуляции и полигонометрии. Выс-е нивелиры для нивелир-я 1,2 класса (Н05,Н1,НИ007,Т05, Т1),2 – Точные приборы. Для развития геодезического обоснования и особо ответственных соед-х сбоек и съёмок. Наблюдение поверхности земли за нарушениями гор выработок. Набл. за оползнями и др техн-е явления. (Т5,Н3, СТ5,Ст10),3 – Технические. Применяются для построения съёмочной сети, производства съёмок Т15, Т30, Н10, Н5, ДН0,4, ДН0,8-дальномерные насадки Основные требования к приборам:1 Малый размер и вес2 Неизменность и устойчивость механических и оптических частей прибора3 Малая чувствительность к атмосферным и температурным изменениям4 Удобное расположение частей прибора5 Сведение изображения отчётных шкал и сеток к одному рабочему месту6 Максимальное использование редуцирующих приспособлений7 Универсальность инструмента для разных видов съёмки Требования из госта: 1 темп среда 20+-5град,2 влажность воздуха 60+-20%,3 конструкция прибора должна быть технологичной и ремонтнопригодной4 атм давл 760+-25 мм.рт.ст.5 конструкция должна обеспечивать возможность контроля параметров и тех-х характкристик.

2.1 Угловые и линейные параметры сдвижения земной поверхности. Общий вид кривых сдвижений и деформаций при пологом и крутом залегании.Угловые параметры сдвижений: Граничные углы - внешние относительно выработанного пространства, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и линиями (последова­тельно проведенными в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах), соединяющими границу выработки с границей зоны влия­ния подземных разработок на земной поверхности (δ₀, β₀, γ₀, φ₀). Рис.Углы сдвижения - внешние относительно выработанного пространства, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения при полной подработке горизонтальными линиями и линиями (последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах), соединяющими границу выработки с границей зоны опасного влияния на земной поверхности. Различают углы сдвижения в наносах - φ, принимаются равными во всех направлениях при мощности наносов 5 м и более и в коренных породах - δ, β, γ. Углы разрывов - внешние относительно выработанного пространства, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды горизонтальными линиями и линиями, соединяющими границы выработки с ближайшими к границам мульды сдвижения трещинами на земной поверхности. Углы полных сдвижений - внутренние относительно выработанного пространства, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды плоскостью пласта и линиями, соединяющими границы выработки с границами плоского дна мульды сдвижения(ψ). Угол максимального оседания θ (в градусах) - угол со стороны падения пласта, образованный на вертикальном разрезе в главном сечении мульды сдвижения вкрест простирания пласта горизонтальной линией и линией, соединяющей середину очистной выработки с точкой максимального оседания при неполной подработке земной поверхности. Линейные параметры сдвижений:Оседание земной поверхности (вертикальные сдвижения) η (в мм.) - вертикальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде сдвижения земной поверхности. Горизонтальное сдвижение земной поверхности (в мм.) - горизонтальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде сдвижения земной поверхности. В точках мульды различают горизонтальные сдвижения в направлении простирания ξ_x; вкрест простирания в полумульде по падению ξ_y1 и восстанию ξ_y2; в заданном направлении ξ_λ. Вертикальные деформации земной поверхности (наклоны, кривизна) - деформации земной поверхности в вертикальной плоскости, вызванные неравномерностью вертикальных сдвижений. Горизонтальные деформации растяжения или сжатия - деформации земной поверхности в горизонтальной плоскости, вызванные неравномерностью горизонтальных сдвижений. В точках мульды сдвижения различают горизонтальные деформации в направлении простирания ε_x; вкрест простирания в полумульде по падению ε_y1 и восстанию ε_y2; в заданном направлении ε_λ. ε_1-2=(ξ₂-ξ₁)/l_1-2= дξ/дl. Наклоны интервалов в мульде сдвижения - отношение разности оседаний двух соседних точек мульды к расстоянию между ними. В точках мульды различают наклоны по простиранию i_x, вкрест простирания в полумульде по падению i_y1 и восстанию i_y2, в заданном направлении i_λ. i_1-2=(η₂-η₁)/l_1-2= дη/дl. Кривизна мульды сдвижения (1/м.) — отношение разности наклонов двух соседних интервалов мульды к полусумме длин этих интервалов. Различают кривизну мульды, определенную непосредственно по данным измерений и полученную по сглаженной кривой оседания. В точках мульды различают кривизну по простиранию K_x, вкрест простирания в полумульде по падению K_y1 и восстанию K_y2, в заданном направлении K_λ. K_1-2=(i₂-i₁)/l_1-2= дi/дl= дη/дl².Общий вид кривых сдвижений и деформаций при пологом и крутом залегании: рис.

2.2 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности методом типовых кривых, точность расчетов, достоинства и недостатки метода.Все методы расчета сдвижений земной поверхности подразделяют на теоретические, полуэмпирические и эмпирические. Теоретический метод основан на представлении массива горных пород в виде упругой, упругопластической, реологической, стохастической или какой-то другой среды ослабленной горной выработки. В основе полуэмпирирических методов лежит ф-ия единичного влияния элементарного объема горной массы на земную поверхность, полученная из какого либо теоретич. решения. А входящие в данную ф-ию параметры определяются из результатов инструментальных наблюдений. Эмпирические методы: в основе лежат результаты многолетних инструментальных наблюдений, обобщение которых позволяет получить кривую оседаний, горизонтальных сдвижений, горизонтальных и вертикальных деформаций, характ. для конкретных горно-геологич. условий. В последующем для прогноза оседай используют полученные типовые кривые. Перед началом расчета сдвижений и деформаций строят разрезы по простиранию и вкрест простирания пласта на участке подработки толщи. На разрезы наносят наносы и все пройденные и проектируемые к отработке очистные выработки. Расчет вкрест простирания: 1) Откладываем граничные углы сдвижения; 2) Откладывают углы полных сдвижений; 3) В случае неполной подработки строят угол максимального оседания. В результате этих построений получают длины полумульд по падению и восстанию. Определяется максимальное оседание земной поверхности по формуле: ηmax=q0·m·cosα·√(n1·n2), где n1=K*D1/H; n2=K*D2/H; q0 – отн. макс. оседание, m – мощность пласта. В случае закладки используется понятие эффективной выемочной мощности mэф=m0·(1-А+АВ), где А – усадка закладки, В – величина недозакладки (коэфф. заполнения), α – угол падения пласта, n1 и n2 – коэфф. подработанности, D1 и D2 – размеры выработки по падению и по простиранию. 4) выполняется расчет параметров сдвижений и деформаций в характерных точках мульды сдвижения, т. е. в точках 0,1;0,2 и т.д. 5) Оседания в точках главных значений мульды η(x,y)= ηm·S(z); Zy1=y1/Ly1; Zy2=y2/Ly2. S(z) – значение ф-ии типовой кривой оседания. 6) Наклоны в главных сечениях мульды определяются по формулам: iy1=ηm/Ly1*F(Zy1); iy2= ηm/Ly2*F(Zy2). F(Zy1) – значение ф-ии типовых кривых наклонов. Аналогично определяется кривизна, горизонтальные сдвижения и гор. деформации.Точность расчетов, достоинства и недостатки метода типовых кривых:С.К.О. определения оседаний – 12 – 13%, С.К.О. определения горизонтальных сдвижений и наклонов до 18%С.К.О. определения горизонтальных деформаций до 30% «+» Не требуются инструментальные наблюдения. Простота расчетов. «-» Необходима привязка к граничному углу сдвижений, который определяется с точностью 3 -5º. Метод позволяет рассчитывать параметры процесса сдвижений только в изученных условиях, при наличии аномальности или применении не типовых систем разработки его применять нельзя.

2.3 Допустимые и предельные деформации. Определение безопасной глубины разработки.Определение условий безопасной подработки зданий и сооружений и выбор мер их охраны основываются на сравнении расчетных деформаций земной поверхности с допустимыми и предельными деформациями для охраняемых объектов. Допустимые деформации земной поверхности (основания сооружений) - деформации, вызвавшие повреждения сооружений, при которых их дальнейшая эксплуатация по прямому назначению возможна после проведения текущих наладочных и ремонтных работ.Предельные деформации земной поверхности (основания сооружений) - деформации, превышение которых может вызвать аварийное состояние сооружений, повлечь угрозу опасности для жизни людей.Условия безопасной подработки объектов одиночным пластом или первым пластом свиты определяются безопасной глубиной разработки Н_б, устанавливаемой по допустимым деформациям.Безопасная глубина разработки - глубина, при которой и ниже горизонта которой горные работы не вызывают деформаций более допустимых.Безопасной глубиной разработки Н_б определяется, если:для охраняемого объекта в качестве допустимых приняты горизонтальные деформации, - по формуле для охраняемого объекта в качестве допустимых приняты наклоны, - по формуле

где m – вынимаемая мощность пласта, м; [ε_Д], [i_Д] – допустимые горизонтальные деформации и наклоны; К_ε и К_i – коэффициенты, определяемые в соответствии с параметрами процесса сдвижений.

Допустимые и предельные деформации земной поверхности для гражданских зданий соответствуют допустимые и предельные величины показателя суммарных деформаций, определяемые по формулам где и - нормативные допустимые и предельные показатели суммарных деформаций, зависят от назначения гражданских зданий и их этажности; п₁ – коэффициент, учитывающий грунтовые условия; п₂ - коэффициент, учитывающий материал и толщину стен; п₃ – коэффициент, учитывающий износ; п₄ - коэффициент, учитывающий жесткость перекрытия; п₅ - коэффициент, учитывающий форму здания.

При отсутствии достоверных данных, необходимых для назначения или выбора какого-либо из коэффициентов п₁, п₂, п₄, он принимается равным 1.Расчетный показатель суммарных деформаций Δl (мм.) определяется по формуле где l – длина здания, мм.; m_ε, m_к – коэффициенты условий работы, осредняющие соответственно горизонтальные деформации и кривизну по длине здания; ε, R – расчетные величины горизонтальной деформации и радиуса кривизны (м.); Н_З – высота здания от подошвы фундамента до верха карниза, м.1) > > - ход лавы в прежнем режиме.2) > > - применение к охраняемому объекту конструктивных мер охраны.3) > > - решается вопрос либо о переносе охраняемого объекта, либо об оставлении предохранительного целика, либо об ужесточении параметров разработки, для уменьшения деформаций.Для промышленных зданий допустимые и предельные деформации определяются по формулам где - нормативная величина допустимых горизонтальных деформаций земной поверхности; N₁ – коэффициент, зависящий от состояния здания к моменту его подработки; - нормативная величина предельных горизонтальных деформаций земной поверхности. Нормативная величина допустимых горизонтальных деформаций земной поверхности для промышленных зданий на столбчатых и ленточных фундаментах, определяются по формуле Нормативная величина предельных горизонтальных деформаций земной поверхности для промышленных зданий определяются по формуле

где , - показатели, учитывающие разряд здания; - коэффициент условий работы; l – длина здания

2.4 Меры охраны вертикальных шахтных стволов от вредного влияния.Охрана верт шахтных стволов от влияния очистных работ осущ путем оставления предохранит целиков, размеры которых регламентируются правилами охраны. Верт шахт стволы вместе с копрами и зданиями подъемных машин как правило охраняются предохран целиками без учета безопасной глубины разработки. Ширина бермы для верт стволов в том числе и слепых принимается равной 20 м. Размеры во всех случаях опр-ся в зав-ти от назначения и глубины ствола и ихпостроение регламентируется правилами охраны. Для опр-я размеров целиков исп-ся углы сдвижения и граничные углы сдвижения. С ростом глубины очистных работ практически во всех бассейнах наблюдается тенденция к охране стволов с использов целиков, построенных под граничными углами сдвижения, которые в среднем положе углов сдвиж на 10 град. Однако при этом исключительно увелич запасы пи, консервируемого в целиках и растут затраты на добыче пи в связи с ростом дополнит коммуникаций.Для защиты стволов используют правильно планирование горных работ: отработка целика от периферии к центру; отработка целика от центра к периферии; комбинированная выемка; отказ от разработки отдельных частей целика; симметричная выемка; отработка целика с закладкой. Применяются следующие конструктивные мероприятия: Швы скольжения; Разделительные швы; Зольная подушка; мягкий цементный раствор; дополнительное укрепление крепи по внешнему кольцу; систематический надзор за состоянием шахтной крепи.