Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Супутникова система навігації



План:


Введення

"Navstar-GPS", супутник другого покоління

Супутникова система навігації - комплексна електронно-технічна система, що складається із сукупності наземного і космічного устаткування, призначена для визначення місця розташування ( географічних координат і висоти), а також параметрів руху (швидкості і напряму руху і т. д.) для наземних, водних і повітряних об'єктів.


1. Основні елементи

Основні елементи супутникової системи навігації:

  • Орбітальне угруповання, що складається з декількох (від 2 до 30) супутників, випромінюючих спеціальні радіосигнали;
  • Наземна система управління і контролю, що включає блоки вимірювання поточного положення супутників і передачі на них отриманої інформації для коригування інформації про орбітах;
  • Приймальне клієнтське обладнання (" супутникові навігатори "), що використовується для визначення координат;
  • Опціонально: наземна система радіомаяків, що дозволяє значно підвищити точність визначення координат.
  • Опціонально: інформаційна радіосистема для передачі користувачам поправок, що дозволяють значно підвищити точність визначення координат.

2. Принцип роботи

Принцип роботи супутникових систем навігації заснований на вимірюванні відстані від антени на об'єкті ( координати якого необхідно отримати) до супутників, положення яких відомо з великою точністю. Таблиця положень всіх супутників називається альманахом, яким повинен розташовувати будь супутниковий приймач до початку вимірювань. Зазвичай приймач зберігає альманах в пам'яті з часу останнього виключення і якщо він не застарів - миттєво використовує його. Кожен супутник передає у своєму сигналі весь альманах. Таким чином, знаючи відстані до декількох супутників системи, за допомогою звичайних геометричних побудов, на основі альманаху, можна обчислити положення об'єкта в просторі.

Метод вимірювання відстані від супутника до антени приймача заснований на визначеності швидкості розповсюдження радіохвиль. Для здійснення можливості виміру часу розповсюджуваного радіосигналу кожен супутник навігаційної системи випромінює сигнали точного часу, використовуючи точно синхронізовані з системним часом атомний годинник. При роботі супутникового приймача його годинник синхронізуються з системним часом, і при подальшому прийомі сигналів обчислюється затримка між часом випромінювання, що містяться в самому сигналі, і часом прийому сигналу. Маючи цією інформацією, навігаційний приймач обчислює координати антени. Всі інші параметри руху (швидкість, курс, пройдена відстань) обчислюються на основі вимірювання часу, який об'єкт витратив на переміщення між двома або більше точками з певними координатами.

У реальності робота системи відбувається значно складніше. Нижче перераховані деякі проблеми, що вимагають спеціальних технічних прийомів щодо їх вирішення:

  • Відсутність атомного годинника в більшості навігаційних приймачів. Цей недолік усувається зазвичай вимогою отримання інформації не менше ніж з трьох (2-мірна навігація при відомій висоті) або чотирьох (3-мірна навігація) супутників; (При наявності сигналу хоча б з одного супутника можна визначити поточний час з хорошою точністю).
  • Неоднорідність гравітаційного поля Землі, що впливає на орбіти супутників;
  • Неоднорідність атмосфери, через яку швидкість і напрямок поширення радіохвиль може змінюватися в деяких межах;
  • Відбитки сигналів від наземних об'єктів, що особливо помітно в місті;
  • Неможливість розмістити на супутниках передавачі великої потужності, через що прийом їх сигналів можливий тільки в прямій видимості на відкритому повітрі.

3. Застосування систем навігації

Крім навігації, координати, одержувані завдяки супутниковим системам, використовуються в наступних галузях:

  • Геодезія : за допомогою систем навігації визначаються точні координати точок та межі земельних ділянок
  • Картографія : системи навігації використовується в цивільній і військовій картографії
  • Навігація : із застосуванням систем навігації здійснюється як морська, так і дорожня навігація
  • Супутниковий моніторинг транспорту : за допомогою систем навігації ведеться моніторинг за становищем, швидкістю автомобілів, контроль за їх рухом
  • Стільниковий зв'язок : перші мобільні телефони з GPS з'явилися в 90-х роках. У деяких країнах (наприклад, США) це використовується для оперативного визначення місцезнаходження людини, що дзвонить 911. У Росії в 2010 році розпочато реалізацію аналогічного проекту - Ера-ГЛОНАСС.
  • Тектоніка, Тектоніка плит : за допомогою систем навігації ведуться спостереження рухів і коливань плит
  • Активний відпочинок : існують різні ігри, де застосовуються системи навігації, наприклад, Геокешінга та ін
  • Геотегінгу : інформація, наприклад фотографії "прив'язуються" до координат завдяки вбудованим або зовнішнім GPS-приймачів



4. Сучасний стан

В даний час працюють або готуються до розгортання наступні системи супутникової навігації:

4.1. GPS

Належить міністерству оборони США. Цей факт, на думку деяких держав, є її головним недоліком. Пристрої підтримують навігацію по GPS є найпоширенішими у світі. Також відома під більш раннім назвою NAVSTAR.

4.2. ГЛОНАСС

Належить міністерству оборони Росії. Система, за заявами розробників наземного обладнання, володітиме деякими технічними перевагами в порівнянні з GPS. Після 1996 року супутникова угруповання скорочувалася і до 2002 року практичний повністю занепала. Була повністю відновлена ​​тільки в кінці 2011 року. Відзначається мала поширеність клієнтського обладнання. До 2025 року предпологаяется глибока модернізація системи.

4.3. Бейдоу

Розгортається Китаєм підсистема GNSS призначена для використання тільки в цій країні. Особливість - невелика кількість супутників, що знаходяться на геостаціонарній орбіті. На даний момент виведено на орбіту землі вісім навігаційних супутників. Згідно з планами, до 2012 року вона зможе покривати Азіатсько-Тихоокеанський регіон, а до 2020 року, коли кількість супутників буде збільшено до 35, система "Бейдоу" зможе працювати як глобальна. Реалізація даної програми почалася в 2000 році. Перший супутник вийшов на орбіту в 2007-му.


4.4. Galileo

Європейська система, що знаходиться на етапі створення супутникового угруповання. Планується повністю розгорнути супутникову угруповання до 2020 року.

4.5. IRNSS

Індійська навігаційна супутникова система, в стані розробки. Передбачається для використання тільки в цій країні. Перший супутник був запущений в 2008 році.

5. Технічні деталі роботи систем

Розглянемо деякі особливості основних діючих систем супутникової навігації (GPS і ГЛОНАСС):

  • Обидві системи мають подвійне призначення - військове та цивільне, тому випромінюють два види сигналів: один із зниженою точністю визначення координат (~ 100 м) для цивільного застосування та іншої високої точності (~ 10-15 м і точніше) для військового застосування. Для обмеження доступу до точної навігаційної інформації вводять спеціальні перешкоди, які можуть бути враховані після отримання ключів від відповідного військового відомства (США для GPS і Росії для ГЛОНАСС). В даний час ці перешкоди скасовані, і точний сигнал доступний цивільним приймачів, проте в разі відповідного рішення державних органів країн-власників військовий код може бути знову заблокований (в системі GPS це обмеження було скасовано лише в травні 2000 року і в будь-який момент може бути відновлено ).
  • Супутники GPS розташовуються в шести площинах на висоті приблизно 20 180 км. Супутники ГЛОНАСС (шифр "Ураган") знаходяться в трьох площинах на висоті приблизно 19 100 км. Номінальна кількість супутників в обох системах - 24. Угруповання GPS повністю укомплектована в квітні 1994 -го і з тих пір підтримується, угруповання ГЛОНАСС була повністю розгорнена в грудні 1995 -го, але з тих пір значно деградувала. У 2011 році система ГЛОНАСС повністю востановлена, кількість супутників в досягла 24.В системі з'явився орбітальний резерв.
  • Обидві системи використовують сигнали на основі т. зв. "Псевдошумових послідовностей", застосування яких надає їм високу перешкодозахищеність і надійність при невисокій потужності випромінювання передавачів.
  • Відповідно до призначення, в кожній системі є дві базові частоти - L1 (стандартної точності) і L2 (високої точності). Для GPS L1 = 1575,42 МГц і L2 = 1227,6 МГц. У ГЛОНАСС використовується частотне розділення сигналів, тобто кожен супутник працює на своїй частоті і, відповідно, L1 знаходиться в межах від 1602,56 до 1615,5 МГц і L2 від 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступний всім користувачам, сигнал в L2 - тільки військовим (тобто, не може бути розшифрований без спеціального секретного ключа).
  • Кожен супутник системи, крім основної інформації, передає також допоміжну, необхідну для безперервної роботи приймальних пристроїв. У цю категорію входить повний альманах всієї супутникового угруповання, переданий послідовно протягом декількох хвилин. Таким чином, старт приймального пристрою може бути досить швидким, якщо він містить актуальний альманах (близько 1-ї хвилини) - це називається "теплий старт", але може зайняти і до 15-ти хвилин, якщо приймач змушений отримувати повний альманах - т. н. "Холодний старт". Необхідність в "холодному старті" виникає зазвичай при першому включенні приймача, або якщо він довго не використовувався.
  • Для придушення сигналів супутникових навігаційних систем використовуються передавачі активних перешкод. Вперше широкій громадськості передавачі розробки російської компанії "Авіаконверсія" були представлені в 1997 році на авіасалоні МАКС-1997. [1]

6. Диференціальне вимір

Окремі моделі супутникових приймачів дозволяють виробляти т.зв. "Диференціальне вимір" відстаней між двома точками з великою точністю (сантиметри). Для цього вимірюється положення навігатора в двох точках з невеликим проміжком часу. При цьому, хоча кожне таке вимір має точність близько 10-15 метрів без наземної системи коригування та 10-50 см з такою системою, вимірювання відстаней має похибку набагато меншу, так як фактори, що заважають вимірюванню (похибка орбіт супутників, неоднорідність атмосфери в даному місці Землі і т. д.) в цьому випадку взаємно віднімаються. Крім того, є кілька систем, які посилають уточнюючу інформацію ("диференціальну поправку до координат"), що дозволяє підвищити точність вимірювання координат приймача до десяти сантиметрів. Диференціальна поправка пересилається або з геостаціонарних супутників, або з наземних базових станцій, може бути платною (розшифровка сигналу можлива тільки одним певним приймачем після оплати "підписки на послугу") або безкоштовною.

В даний час ( 2009 рік) існують безкоштовні американська система WAAS, європейська система EGNOS, японська система MSAS засновані на декількох передавальних корекції геостаціонарних супутниках, дозволяють отримати високу точність (до 30 см).

Заплановано створення системи корекції для ГЛОНАСС під назвою СДКМ.


Примітки


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Галілео (супутникова система навігації)
Супутникова фотозйомка
Система
Термодинамічна система
Помісна система
Система APG II
Акустична система
Гетерогенна система
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru