К содержанию книги Д.С.Коробова «Основы геоинформатики в археологии»
Каким же образом можно определить местоположение на земной поверхности с помощью приемников GPS? Это достигается с помощью взаимодействия нескольких сегментов системы: сегмента спутников, сегмента управления и сегмента пользователей. При этом сегмент пользователей является пассивным участником этого процесса: приемники GPS работают лишь на прием сигнала со спутников. Сегмент управления состоит из серии станций слежения за созвездием спутников, разбросанных по миру. Эти станции корректируют орбиту спутников, работу их часов и следят за временем их обращения на околоземной орбите. Созвездие спутников GPS, как показано в табл., состоит из 24 спутников, вращающихся на высоте примерно 20 200 км по шести орбитам таким образом, что в идеальных условиях (открытое пространство над головой и отсутствие экранирующих помех — горных массивов, зданий, залесенной местности) в любой точке одного полушария Земли можно принимать сигналы от 12 спутников.
На каждом спутнике установлены точные атомные часы, фиксирующие время передачи радиосигнала. Принимая сигнал от спутников, приемник рассчитывает время прохождения этого сигнала
и, соответственно, расстояние до каждого спутника. Поскольку станции слежения обладают информацией о точном расположении каждого спутника на орбите в любой момент времени, имея сигнал от трех спутников (1,2, 3), мы получаем пересечение трех сфер радиусом, равным расстоянию до них(Rp R,, R3) от приемника (М), вычисленному по времени прохождения сигнала, что дает точку нашего расположения в пространстве. Появление сигнала от четвертого спутника дает возможность получить информацию о высоте расположения приемника GPS от поверхности геоида (но не от высоты над уровнем моря — sic !).
Приемник принимает электромагнитные колебания со спутника и сравнивает их со своими, определяя дальность до аппарата. Эта дальность определяется фазовым и кодовым методами, отличающимися точностью расчета расстояния. Кодовые измерения осуществляются с помощью грубого (легкодоступного, стандартного) кода С/А или S (открытого для гражданского использования) и точного (защищенного) кода Р (для военного использования). Кроме того, для ухудшения качества приема сигнала из соображений секретности могут использоваться режим избирательного доступа SA (Selective Availability) и режим дополнительного шифрования AS (Anti Spoofing). Фазовые измерения являются более точными, чем кодовые, и проводятся с помощью частот L1 и L2. В зависимости от использования этих параметров приемники GPS отличаются большей или меньшей точностью и делятся соответственно на навигационные, точность которых в идеальных условиях не превышает 3—5 м, и на более точные геодезические, где определение координат осуществляется с точностью до единиц сантиметров. Сравнительные характеристики основных типов GPS-приемников приведены в табл..
| Характеристики основных типов GPS -приемников |
| Характеристики | Навигационные
приемники |
Геодезические приемники |
| Точность | не более 3—5 м | до нескольких см |
| Тип используемого сигнала | кодовые | фазовые |
| Доступ к Р-коду | отсутствует | имеется |
| Режим работы | автономный (работа на частоте L1) | дифференциальный (работа на частотах LI и L2) |
| Метод проведения измерений | без базовой станции | с базовой станцией |
| Стоимость. | 300-600S | от 8 000 до 50 000 $ |
Дифференциальный режим, при котором используются две частоты приема сигнала L1 и L2, позволяет сглаживать ошибку в вычислении скорости прохождения сигнала через ионосферу Земли (см. ниже) и существенно повышает точность в определении координат. Поэтому помимо двух перечисленных типов GPS-приемников в настоящее время появился гибрид — кодовый приемник навигационного класса, работающий в дифференциальном двухчастотном режиме (рис. 3.5), точность определения координат которого составляет около 1 м. Стоимость такого приемника около 1000 $ США.
Важным моментом при работе с геодезическими приемниками GPS является использование базовой станции — статично установленной антенны приемника, постоянно работающей в режиме приема сигнала от спутников. После инициализации подобной станции, которая занимает от 40 минут до 3—4 часов, осуществляется измерение GPS координат второй антенной, с которой двигается геодезист. Эта передвижная антенна связана радиосигналом со статичной, а вычисленная разница в координатах позволяет их уточнять до единиц сантиметров в плане и нескольких сантиметров по высоте. Важное значение может иметь привязка к существующей геодезической системе координат, для чего осуществляются GPS-измерения координат от известных геодезических пунктов триангуляции путем установки на них базовых станций.
В большинстве случаев в полевых археологических работах используются навигационные GPS-приемники. С их помощью можно получить относительно точные координаты границ памятника, расположенных на нем отдельных объектов, шурфов и зондажей, реперных точек, точек стояния геодезических приборов. Эти координаты в дальнейшем могут быть использованы в ГИС в виде точечного слоя. Использование режима маршрутной съемки (см. ниже) дает возможность очертить границы археологических объектов и впоследствии импортировать эту информацию в проект ГИС в виде линий или полигонов.
Геодезические GPS-приемники позволяют сделать точный топографический план памятника, который может быть напрямую включен в проект ГИС, поскольку каждая точка имеет пространственную привязку в виде географических координат. С помощью подобных приемников весьма эффективно получают микротопографические планы, сделанные по регулярной и нерегулярной сети, которые дают информацию об особенностях рельефа местности и отображают выступающие над поверхностью или заглубленные археологические структуры. Использование GPS-приемников геодезического класса является существенным подспорьем при пространственной привязке границ участков геофизического обследования памятников и материалов дистанционного зондирования, что позволяет включить эти данные в проекты ГИС и использовать их при проведении комплексных мультидисциплинарных проектов. Некоторые примеры подобных работ приводятся ниже.