Sistemul GNSS este conceput din trei segmente principale :
- segmentul spatial
- segmentul de control
- segmentul utilizator
Segmentul spatial este compus din 24 de sateliti dispusi pe 6 plane orbitale cu inclinatia de 55o si inaltimea de circa 20200 km astfel încât din orice punct de pe suprafața Pamântului sa fie vizibili minim 4 sateliți.
Segmentul de control este compus din 5 stații de monitorizare,care înregistreaza continuu semnalele de la toți sateliții vizibili. Datele inregistrate într-un interval de 15 minute sunt transmise la stația centrala din Colorado Springs(S.U.A.) unde sunt prelucrate si calculate efemeridele(lista de coordonate care definesc pozițiile orbitelor sateliților la diferiți timpi) sateliților si parametrii corecțiilor ceasurilor satelitare. Datele prelucrate sunt transmise la trei din cele 5 stații de monitorizare care le transferă o data pe zi sateliților.Datele înregistrate de sateliți, sunt preconizate pentru 14 zile și transmise de catre aceștia in mesajul de navigație,precizia lor deteriorându-se gradual.
Segmentul utilizator, format in principal dintr-o gamă largă de receptoare și tehnici diferite de măsurare și prelucrare, rămâne segmentul cu implicațiile cele mai mari în activitatea geodezica.
Toate sistemele de poziționare prin satelit furnizează coordonatele teren ale receptoarelor în sistemul de coordonate geocentric(fața de centrul de masă al Pământului).
Având în vedere acest fapt,după determinarea coordonatelor punctelor în sistemul geocentric, este necesară transformarea acestora în sistemul de referință geodezic național sau în cel al rețelei de trasare.
Sistemul global de poziționare (GPS) a revoluționat tehnologia măsurătorilor terestre,ducând la schimbarea radicală a criteriilor cunoscute de proiectare a rețelelor de trasare clasice.
Cauza acestei dezvoltări o reprezinta avantajele pe care le ofera tehnica GPS:
- punctele nu trebuie să aibe vizibilitate
- precizie instrumentală milimetrică plus o eroare variabilă de la 1 la 2 ppm din distanța dintre puncte
- productivitate mărită → costuri scăzute
- măsurători în orice condiții de vreme(ploaie, ceată, nori, zi sau noapte)
- măsurători tridimensionale
La început implementarea noii tehnologii a creat unele probleme datorită segmentului spațial incomplet pe de o parte, dar și datorită faptului că nu era maturizat încă cadrul științific.Au fost recunoscute însă,foarte repede,avantajele acestei tehnologii,preciziile prevăzute în tehnologii erau foarte ușor de atins,costurile erau mai scăzute,iar avantajele oferite de flexibilitatea tehnicii de lucru au repede exploatate.
Cerințe pretențioase de precizie,cum ar fi : σ < ±1cm , pot fi atinse cu ușurință nu numai pentru domeniul de distanțe specifice rețelelor de trasare (0,3…5 km),ci și pentru distanțe mai mari.
Unul dintre marile avantaje ale acestei tehnologii este reprezentat de faptul că se pot concepe rețele foarte bine adaptate la cerințele de trasare,a căror configurație nu trebuie să respecte criteriile clasice de proiectare. Deoarece măsurătorile GNSS depind într-o mică măsură de distanța, se pot realiza rețele cu puncte puține (distanța între puncte de 3-5 km),o densitate mai mare de puncte fiind necesară in zona obiectivului de trasat.
Rețele tridimensionale utilizând observații satelitare
Metodele satelitare de poziționare utilizează sateliți artificiali ai Pământului care,în principiu, transmit trei categorii de informații:
- două semnale de frecvența stabilă
- semnale de timp
- efemeride
Sistemul NAVSTAR-GPS(NAVigation System with Timing And Ranging-Global Positioning System)sau pe scurt Sistemul de Poziționare Globală GPS în SUA sau sistemul GLONASS în fosta URSS,asigură determinarea instantanee a poziției,vitezei si timpului pentru un receptor aflat oriunde pe Pământ,aer sau apă,funcționarea sistemului bazându-se pe determinarea simultană a distanțelor de la trei sateliți diferiți la un receptor situat in zona de vizibilitate a acestora.În principiu,cunoscând poziția sateliților se poate determina poziția receptorului GPS ,prin intersecția a trei sfere.Prin această tehnică se poate obține poziția receptorului cu o precizie de ordinul metrilor care poate fi suficienta pentru anumite categorii de utilizatori.
Pentru geodezie,unde este necesar ca poziția receptorului situat pe punctul geodezic să fie cunoscută cu o precizie ridicată,trebuie să se utilizeze simultan cel puțin două receptoare GPS.În acest caz metoda de măsurare utilizată este metoda statică sau rapid-statică(toate receptoarele rămân fixe pentru perioada de timp necesară acumulării unui număr suficient de observații pentru atingerea preciziei dorite).Această tehnică permite ca distanțele dintre receptoarele utilizate simultan și care observă aceeași sateliți să fie determinate cu o precizie ridicată,fiind eliminate principalele surse de erori sistematice,cum ar fi : influența atmosferei și ionosferei,nesincronizări ale ceasului satelitului cu cel al receptorului.Utilizarea acestei metode de măsurare ,metoda static-diferențială,permite obținerea unor precizii de ordinul milimetrilor în poziția punctului,precizie suficient de bună pentru majoritatea lucrărilor din domeniul geodeziei.
Tipuri importante de observații GNSS
Pseudo-distanțe (pseudo-ranges) – în acest caz se măsoară diferența de timp între momentul emisiei semnalului din satelit și cel al recepției în receptor.Deoarece timpul este măsurat în receptor cu un ceas intern,a cărui funcționare corespunde exact cu ceasul din satelit și întrucât unda nu străbate vidul,ci straturile atmosferei,produsul dintre timp și viteză nu oferă distanța satelit-receptor.Din acest motiv acest produs mai este numit pseudo-distanță.Se poate efectua atât măsurarea fazeiC/A(Coarse/Acquisition sau Clear/Acces) cât și a fazei codului P (Precise sau Protected).
Faza purtătoarei mixate sau faza purtătoarei(carrier phase) -În acest caz se măsoară diferența dintre faza semnalului recepționat și faza semnalului generat în receptor.
Ultima dintre aceste doua tipuri de măsurători GPS prezinta o importanță deosebită pentru lucrările geodezice.
Rezultatul imediat al post procesării fazei purtătoare este vectorul dintre doua stații GPS, exprimat ca:
- diferențe de coordonate carteziene sau elipsoidale în sistemul WGS 84 și o matrice de covarianță a diferențelor de coordonate;
- distanța spațiala și precizia cu care a fost determinată;
