Navigația prin satelit este în primul rând un mijloc de înaltă precizie pentru a determina coordonatele locației obiectelor fizice. Poți găsi obiectele pe care le cauți folosind sisteme moderne de navigație aproape oriunde pe planetă. Cele moderne în curs de dezvoltare sunt capabile să ofere o acoperire extinsă pentru transmiterea datelor de navigație precise.
navigare?
Sistemele de navigație prin satelit reprezintă o gamă largă de echipamente electronice și o combinație de echipamente spațiale și terestre.
Navigarea este un mijloc de determinare a poziției obiectelor. Cu toate acestea, cele mai moderne instrumente de navigație prin satelit fac posibilă determinarea aproape exactă a unor parametri precum viteza sau direcția de mișcare a unui obiect etc.
Sistemele de navigație se bazează pe constelații de sateliți orbitali, care pot conține de la două până la câteva zeci de sateliți. Sarcina lor principală este să schimbe semnale radio între ei și sistemele de control de la sol. La rândul său, echipamentul client al utilizatorului este utilizat pentru a determina coordonatele necesare pe baza informațiilor primite de la centrele de control al navigației.
Cum funcționează sistemul de navigație prin satelit
Funcționarea sistemelor de satelit se bazează pe determinarea distanței de la satelit la antena obiectului ale cărui coordonate trebuie calculate. O hartă convențională a locației tuturor sateliților dintr-un sistem este cunoscută sub numele de almanah. Majoritatea receptoarelor de navigație prin satelit sunt capabile să stocheze o astfel de hartă în memorie și să primească instantaneu datele necesare. Astfel, programele de navigație bazate pe construcții de coordonate geometrice fac posibilă calcularea poziției exacte a unui obiect pe hartă.
Navigatoare personale prin satelit
Navigatoarele personale moderne sunt dispozitive de înaltă tehnologie concepute nu numai pentru a primi date de navigație prin satelit, ci și pentru a oferi utilizatorului capabilități multimedia bogate.
În combinație cu echipamentele abonaților și software-ul specializat, navigatorii personali oferă oportunități de monitorizare atât a obiectelor staționare, cât și a vehiculelor.
Dacă vorbim de șoferi de vehicule, atunci pentru aceștia navigația este, în primul rând, oportunitatea de a primi recomandări detaliate privind alegerea celor mai reușite rute, urmând care să permită optimizarea consumului de combustibil și reducerea semnificativă a timpului de călătorie.
Perspective pentru dezvoltarea sistemelor de navigație prin satelit
În prezent, navigația prin satelit este un sistem care este utilizat la nivel global în scopuri de cartografiere. Cea mai mare parte a datelor de navigație obținute prin GPS este acum controlată de armata SUA. Prin urmare, de la an la an, implementarea sistemelor alternative devine o problemă din ce în ce mai presantă, unde proiectul european Galileo și Glonass rusesc par a fi cele mai promițătoare.
Pe baza opiniilor marketerilor, se poate susține că următoarele decenii promit o dezvoltare semnificativă pentru piața serviciilor de navigație. Dezvoltatorii de proiecte în domeniul navigației prin satelit, de asemenea, aderă la opinii similare. Acest lucru este confirmat de datele a numeroase centre de cercetare, care constată o creștere a cererii de servicii de navigație în rândul proprietarilor de dispozitive digitale portabile.
Sistemele de navigație prin satelit sunt sisteme tehnice electronice complexe constând dintr-o combinație de echipamente de la sol (receptoare) și spațiale (sateliți). Acestea sunt concepute pentru a determina locația (coordonatele geografice și altitudinea), precum și parametrii de mișcare (viteza, direcția de mișcare etc.) pentru obiectele din sol, apă și aer. Pentru a desemna pe scurt aceste sisteme, ele folosesc fie abrevierea GNSS (din engleză. Global Navigation Satellites System - sistem global de navigație prin satelit), fie NAVSTAR (din engleză. NAVigation Satellites provide Time And Range - măsurarea timpului și distanței față de sateliții de navigație).
Principii de funcționare a sistemelor de navigație prin satelit, dacă nu acordați atenție implementării lor tehnice, sunt destul de simple. Sateliți speciali de navigație au fost lansați pe orbita joasă a Pământului. Sarcina receptorului GNSS este să găsească patru sau mai mulți dintre acești sateliți, să descopere distanța până la fiecare și să folosească aceste informații pentru a-și calcula propria poziție.
Deoarece viteza de propagare a semnalelor radio este constantă și egală cu viteza luminii, distanța până la sateliți este determinată de întârzierea timpului de primire a mesajului de către receptorul GNSS față de momentul trimiterii mesajului de la satelit. . Receptorul GNSS, cunoscând pozițiile relative ale sateliților, își calculează coordonatele conform legilor geometriei, adică totul funcționează după principiul unei ecuații simple școlare, când, cunoscând pozițiile relative a trei puncte, se caută poziția al patrulea, cu condiția ca distanța de la al patrulea punct la fiecare dintre cele trei.
Astfel, pentru a determina două coordonate (latitudine și longitudine), receptorul GNSS trebuie să cunoască distanța până la trei sateliți și ora sistemului GNSS. Pentru a determina coordonatele și altitudinea receptorului, sunt utilizate semnale de la cel puțin patru sateliți. Pentru a efectua aceste măsurători, receptorul și satelitul au nevoie de un ceas, care trebuie să fie sincronizat cu nanosecunda. Dezvoltatorii GNSS au găsit o soluție inteligentă și eficientă la această problemă. Fiecare satelit conține ceasuri atomice scumpe, dar receptorul în sine folosește ceasuri de cuarț obișnuite, pe care le resetează constant pe baza semnalelor de la sateliți.
După ce receptorul și-a făcut calculele, vă va spune latitudinea, longitudinea și altitudinea locației sale. Pentru a face navigarea mai convenabilă pentru utilizatori, majoritatea receptorilor leagă aceste date la hărțile stocate în memoria lor.
În prezent, în lume au fost implementate mai multe sisteme de navigație prin satelit, care funcționează după aceleași principii evidențiate mai sus.
GPS(din limba engleză Global Positioning System - global positioning system) a fost dezvoltat, implementat și operat de Departamentul Apărării al SUA. Primul satelit de testare a fost lansat pe orbită pe 14 iulie 1974. În 1991, 24 de sateliți au fost lansati pe orbită, care au asigurat o acoperire completă a globului. În prezent sunt 30 de sateliți pe orbită. Fiecare dintre ele orbitează planeta la o altitudine de aproximativ 20.000 km, făcând două rotații complete în fiecare zi. Orbitele sunt aranjate astfel încât în orice moment și loc pe Pământ să fie cel puțin patru sateliți „vizibili” pe cer.
GPS a fost dezvoltat de Departamentul de Apărare al SUA pentru nevoile armatei. Poate fi folosit pentru a ținti cu precizie rachetele către obiecte staționare și în mișcare în aer și pe sol.
Sistemul funcționează simultan în două moduri - militar și civil. Pentru armata SUA și aliații săi, eroarea în determinarea coordonatelor folosind GNSS este de câțiva centimetri. Pentru toate celelalte, precizia este de aproximativ 5 m, in functie de conditiile de receptie. Din păcate, acuratețea navigației depinde în mare măsură de deschiderea spațiului și de înălțimea sateliților utilizați deasupra orizontului. Înclinarea scăzută a orbitelor GPS afectează serios precizia în regiunile polare ale Pământului, deoarece sateliții GPS se ridică jos deasupra orizontului.
GLONASS(Global Navigation Satellite System) este un sistem de navigație prin satelit sovietic și rus, dezvoltat prin ordin al Ministerului Apărării al URSS. Sistemul se bazează pe 24 de sateliți care se deplasează deasupra suprafeței Pământului în trei plane orbitale cu o înclinare de 64,8° la o altitudine de 19.100 km. În prezent, dezvoltarea proiectului GLONASS este realizată de Agenția Spațială Federală (Roscosmos) și JSC Russian Space Systems.
Primul satelit GLONASS a fost lansat pe orbită de Uniunea Sovietică pe 12 octombrie 1982. La 24 septembrie 1993, sistemul a fost pus oficial în funcțiune cu o constelație orbitală de 12 sateliți. În decembrie 1995, constelația de sateliți a fost extinsă la completa sa de 24 de sateliți.
Galileo (Galileo) este un proiect comun al sistemului de navigație prin satelit al Uniunii Europene și al Agenției Spațiale Europene. Sistemul este conceput pentru a rezolva problemele de navigație pentru orice obiecte în mișcare cu o precizie mai mică de 1 m. Se așteaptă ca Galileo să intre în funcțiune în 2014–2016, când toți cei 30 de sateliți planificați (27 operaționali și 3 de rezervă) vor fi lansati. pe orbită. Sistemul Galileo nu este controlat de departamentele militare naționale.
Beidou– un subsistem GNSS care este implementat în prezent de China, destinat utilizării numai în acea țară. O caracteristică specială este numărul mic de sateliți aflați pe orbită geostaționară.
IRNSS– Sistem indian de navigație prin satelit, în curs de dezvoltare. Destinat pentru utilizare numai în această țară. Primul satelit a fost lansat în 2008.
În viitorul apropiat, trei sisteme globale de navigație prin satelit vor funcționa simultan - GPS, GLONASS și Galileo. Unul dintre principiile principale ale dezvoltării acestor sisteme este absența taxelor directe pentru utilizarea serviciilor lor. În plus, dezvoltarea sistemelor este facilitată de accentul pus pe cooperarea internațională în domeniul compatibilității și complementarității acestora și, ca urmare, prin utilizarea unui sistem în combinație cu alte sisteme de radionavigație prin satelit sau terestre pentru a îmbunătăți acuratețea și fiabilitatea. a determinărilor de navigaţie.
În ciuda faptului că proiectele GPS și GLONASS au fost inițial destinate unor scopuri militare, astăzi sunt din ce în ce mai folosite în scopuri civile.
În prezent, cel mai desfășurat și dezvoltat în ceea ce privește prevalența mijloacelor tehnice este sistemul GPS. În acest sens, numele său este adesea folosit ca substantiv comun în orice conversație despre sistemele de navigație prin satelit.
Aplicarea sistemelor de navigație prin satelit. Indiferent de clasa și sarcinile rezolvate, baza oricărui sistem de navigație este cartografia electronică. Navigatorii prin satelit nu vor raporta doar coordonatele locației dvs., ci o vor conecta și la o hartă electronică. Sistemele de cartografiere GNSS pot fi utilizate în orice aplicație care necesită sincronizare și poziționare precisă cu alte informații despre atribute.
Consumatorilor li se oferă diverse dispozitive și produse software care le permit să-și vadă locația pe o hartă electronică: au capacitatea de a trasa trasee ținând cont de indicatoarele rutiere, de viraje permise și chiar de ambuteiaje; caută pe hartă anumite case și străzi, atracții, cafenele, spitale, benzinării și alte infrastructuri. Receptoarele GNSS sunt vândute în multe magazine de electronice, sunt încorporate în telefoane mobile, smartphone-uri și PDA-uri.
Cele mai comune sunt receptoarele GNSS pentru utilizare individuală de către șoferii de vehicule. Au dimensiunea unui calculator de buzunar cu tastatură și afișaj LCD. Receptorul GNSS nu numai că vă va indica locația pe hartă, dar vă poate urmări și mișcările pe hartă. Dacă lăsați receptorul pornit, acesta poate fi în comunicare constantă cu sateliții GNSS pentru a urmări modificările de poziție. Folosind aceste informații și ceasul încorporat, receptorul vă poate oferi următoarele informații:
· Locație;
· ruta cea mai scurtă și mai convenabilă către destinație;
Cât de departe ai călătorit deja?
· cât timp călătoriți;
· viteza de deplasare (actuala, maxima, minima, medie);
· timpul de călătorie (scurs și cât va dura mai mult).
Receptoarele GNSS auto sunt, de fapt, piloți electronici care dau instrucțiuni șoferului cu o voce sintetizată, informând în prealabil despre toate virajele, opririle și alte caracteristici ale unui anumit traseu. Într-un oraș mare, uneori este greu să-ți găsești drumul, chiar și pentru cei care au locuit acolo toată viața. Ce putem spune despre vizitatori? Și este ușor să te pierzi în afara orașului. Deci un navigator GNSS este un lucru foarte util și uneori chiar necesar. Mai ales dacă vorbim despre un șofer începător sau despre o persoană care se află pentru prima dată într-un oraș necunoscut.
Recent, s-a răspândit o integrare foarte reușită a GNSS, a comunicațiilor radio și a tehnologiei computerizate - sisteme de navigație cu dispecer concepute pentru controlul centralizat al mișcării vehiculului. În aceste sisteme, fiecare vehicul este echipat cu un receptor GNSS și echipamente de comunicații radio pentru contactul cu centrul de control. Pe ecranul monitorului dispecerului se formează o hartă digitală electronică a teritoriului deservit de vehicule. Informațiile codificate despre coordonatele și viteza vehiculelor, primite prin intermediul unui canal radio, vă permit să afișați poziția lor curentă pe această hartă. În paralel cu aceste informații, informațiile provenite de la o varietate de senzori instalați pe vehicul pot fi transmise automat prin legătura radio: de exemplu, despre deschiderea neautorizată a containerelor, despre disponibilitatea combustibilului, despre opriri, accidente rutiere, accidente etc.
Astfel de sisteme de expediere GNSS pot fi utilizate cu succes în companiile comerciale și de transport, precum și în serviciile de căutare și urgență, în colectarea băncilor, în Ministerul Afacerilor Interne etc. Elemente ale unor astfel de sisteme pot fi instalate în secret în mașini. În cazul unei tentative de furt, dispozitivul va raporta automat coordonatele mașinii, folosindu-se de service-ul corespunzător.
Sistemele de monitorizare prin satelit pentru transport rezolvă următoarele probleme.
1. Controlul asupra utilizării prevăzute a transportului. Se verifică traseul efectiv parcurs de vehicul, punctele de oprire, limitele de viteză, consumul de combustibil și timpul de funcționare al mecanismelor.
2. Monitorizarea respectării programului de trafic. Zonele de control sunt identificate pe hartă. Se verifică ora de trecere a limitelor zonei.
3. Colectarea de statistici și optimizarea rutelor. După ce au analizat traseele parcurse pentru limitele de viteză și consumul de combustibil, dispeceratul poate dezvolta altele noi, mai eficiente.
4. Asigurarea sigurantei. Cunoașterea locației vă permite să găsiți rapid un vehicul furat sau avariat. Vehiculele speciale și taxiurile pot fi echipate cu un buton ascuns, apăsând care trimite un semnal de alarmă la centrul de control.
5. Asistarea șoferului în alegerea unui traseu la sol. Cunoscând locația vehiculului, dispeceratul poate sfătui șoferul pe un traseu într-o zonă necunoscută.
Sistemul de monitorizare a transportului prin satelit include următoarele componente:
· un vehicul echipat cu un controler sau tracker GPS sau GLONASS care primește date de la sateliți și le transmite către un centru server de monitorizare prin GSM, CDMA, Wi-Fi, Bluetooth sau, mai rar, comunicații spațiale și VHF;
· centru de server cu software pentru primirea, stocarea, procesarea si analiza datelor;
· vehiculele de monitorizare computer ale dispecerului.
Cele mai multe controlere și trackere GNSS au funcționalități similare:
· calculul propriei locații, viteză și direcție de mișcare pe baza semnalelor satelitare de la sistemele de poziționare globală GPS;
· conectarea senzorilor externi prin intrări analogice sau digitale;
· citirea datelor din echipamentele de bord;
· stocarea unei anumite cantități de date în memoria internă pentru perioade de lipsă de comunicare;
· transferul datelor primite către un centru server unde sunt procesate.
Pentru a obține informații suplimentare, senzori suplimentari sunt instalați pe vehicul și conectați la un controler GPS sau GLONASS, de exemplu:
· senzor de consum de combustibil;
· senzor de sarcină pe axa vehiculului;
· senzor de nivel de combustibil în rezervor;
· senzor de temperatură în frigider;
· senzori care înregistrează faptul exploatării sau timpului de nefuncţionare a unor mecanisme speciale (rotirea unui braţ de macara, funcţionarea unei betoniere), faptul deschiderii unei uşi sau capote, faptul prezenţei unui pasager (taxi).
Utilizarea sistemelor de monitorizare prin satelit îmbunătățește calitatea și eficiența transportului corporativ și, în medie, reduce costurile cu combustibilul și întreținerea flotei cu 20–25%. Zeci de orașe rusești se pot lăuda deja cu exemple de utilizare a unor astfel de sisteme de expediere.
Pe 29 ianuarie 2009, a fost anunțat că Soci a devenit primul oraș din țară în care transportul public a fost echipat masiv cu un sistem de monitorizare prin satelit bazat pe GLONASS. La acel moment, echipamentele GLONASS erau instalate pe 250 de autobuze din Soci.
Recent, toate mișcările ambulanțelor din Blagoveshchensk sunt monitorizate de dispeceri într-un serviciu special, care a fost creat pentru a reduce timpul de sosire a pacientului. În departamentul operațional al stației, stațiile de lucru sunt echipate cu o hartă electronică a Blagoveshchensk, iar acum locația echipelor de ambulanță, traseul acestora, parametrii de viteză și timpul de mișcare pot fi ușor monitorizate de către dispecer pe monitor.
Filiala Perm a Căii Ferate Sverdlovsk a început pregătirile pentru implementarea unui proiect pilot de introducere a sistemului de monitorizare prin satelit ITARUS-ATS. Sistemul este conceput pentru a controla viteza și locația trenurilor din centrul de control operațional. În plus, efectuează diagnosticarea continuă a materialului rulant și, dacă este necesar, emite automat comenzi pentru opriri de urgență sau restricții temporare de viteză. Este de așteptat ca implementarea sistemului să crească capacitatea liniei și să reducă costurile de operare și întreținere a infrastructurii feroviare. Pe baza rezultatelor operațiunii de probă din regiunea Perm, se plănuiește extinderea acestei tehnologii la rețeaua feroviară rusă.
Dezvoltarea sistemelor de dispecerare GNSS se realizează în cadrul Decretului Guvernului Federației Ruse din 3 august 1999 nr. 896 „Cu privire la utilizarea sistemelor globale de navigație prin satelit în transport și geodezie în Federația Rusă”.
Să luăm în considerare și alte domenii de aplicare a sistemelor de navigație prin satelit.
Profesioniștii în resurse naturale, cum ar fi geologi, geografi, pădurari și biologi folosesc sisteme de cartografiere GNSS pentru a înregistra locații și informații suplimentare despre obiecte. De exemplu, pădurarii pot înregistra vârsta, starea, cantitatea și tipul pădurii ca informații suplimentare. Ei pot, de asemenea, să cerceteze zonele care urmează să fie curățate sau plantate. Biologii au ocazia să înregistreze zonele de distribuție ale animalelor sălbatice, rutele lor de migrație, mărimea populației și alte informații.
GNSS sa dovedit a fi extrem de eficient în zonele urbane pentru supravegherea conductelor de canalizare, gaz și apă, precum și a liniilor electrice și telefonice. Caracteristici precum capacele puțurilor și hidranții de incendiu sunt mapate ca puncte cu informații despre atribute asociate. În plus, GNSS poate fi folosit pentru a supraveghea terenuri, șantiere, străzi și fabrici.
Sistemele de cartografiere GNSS ajută la descrierea caracteristicilor câmpurilor aflate în utilizare agricolă intensivă. Puteți lega cu precizie caracteristici precum microclimatul, tipul de sol, zonele afectate de insecte sau boli, volumul recoltei etc. de locația lor. Poziția tractorului poate fi utilizată împreună cu datele despre tipul de sol pentru a utiliza mai economic îngrășământ sau spray-uri chimice. Acest lucru reduce direct costul îngrășămintelor și reduce poluarea surselor naturale de apă cu aceste substanțe. În plus, GNSS poate fi folosit pentru a cartografi locația puțurilor și a altor surse de apă; înregistrări ale dimensiunilor și condițiilor lacurilor; înregistrarea habitatelor peștilor și faunei sălbatice; modificări ale coastelor, câmpurilor și zonelor climatice.
Arheologii și istoricii pot folosi sistemele de cartografiere GNSS pentru a naviga și a înregistra săpăturile și siturile istorice.
Capacitățile de navigație ale sistemelor pot oferi o asistență neprețuită în căutarea și salvarea oamenilor, în activitatea poliției și a pompierilor în timpul unei căutări de urgență a unei anumite locații. În anii 1990. Au apărut primele telefoane mobile cu GNSS. În unele țări, cum ar fi Statele Unite, aceasta este utilizată pentru a determina rapid locația unei persoane care sună la 911. În Rusia, în 2010, a început implementarea unui proiect similar, Era-GLONASS.
INTRODUCERE.. 1
1. PIAȚA PRODUSELOR INFORMATIVE.. 1
1.1 RESURSE DE INFORMARE 1
1.2. PRODUSE ȘI SERVICII DE INFORMAȚII 3
1.3. PIAȚA PRODUSELOR ȘI SERVICIILOR DE INFORMAȚII 5
1.4. STRUCTURA INFORMAȚIILOR 9
3.2. Cum se leagă tehnologia informației și sistemele informaționale? 10
2. DEFINIȚIA ȘI CLASIFICAREA SISTEMELOR INFORMAȚII... 11
2.1. DEFINIȚIA SISTEMULUI INFORMATIC 11
2.2. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE INFORMAȚII 15
2.2.1. Pe baza structurii sarcinilor. 15
2.2.2. După caracteristici funcționale și niveluri de management. 17
2.2.3. Clasificarea în funcție de natura informațiilor care sunt prelucrate. 25
2.2.3. Clasificarea după funcții țintă. 25
3. Clasificarea pe tipuri de procese de management. 26
4. Clasificare pe industrie și baza teritorială. 28
2.2.3. Clasificare după gradul de automatizare. 28
După gradul de deschidere. 29
În funcție de modul de funcționare.. 30
3. STRUCTURA SISTEMELOR DE INFORMAȚII AUTOMATE 30
3.1. Compoziția și scopul elementelor structurale ale AIS. treizeci
3.2. Suport tehnologic pentru AIS.. 33
4. ETAPE ȘI ETAPE DE PROIECTARE AIS ȘI AIT... 37
4.1. Principii generale de proiectare. 37
4.5. Planificați setarea problemei. 55
5. Stație de lucru automatizată – un mijloc de automatizare a muncii utilizatorului final. 58
6. LUCRU CU DOCUMENTE ELECTRONICE... 61
6.1. Electronicizarea muncii de birou. 62
6.2. Selectarea software-ului pentru lucrul cu documente electronice 67
6.3. Clasificatoare și codificări în documente electronice. 80
6.4. Automatizarea identificării obiectelor. Cod de bare. 83
7. TEHNOLOGII INFORMAȚIILOR ȘI COMUNICĂRII – BAZA PIEȚEI SERVICIILOR ELECTRONICE. 88
7.1. Guvernarea electronică. 91
7.2. Servicii financiare prin internet. 98
7.3. Sisteme de servicii interactive de informare și comunicare publică. 102
7.4. Sisteme de navigație prin satelit și utilizarea lor. 108
Hărțile de hârtie ale zonei au fost înlocuite cu hărți electronice, pe care navigarea se realizează cu ajutorul sistemului satelit GPS. Din acest articol veți afla când a apărut navigația prin satelit, ce este acum și ce o așteaptă în viitorul apropiat.
Primele premise
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, flotilele americane și britanice au avut un atu puternic - sistemul de navigație LORAN care folosea balize radio. La sfârșitul ostilităților, navele civile ale țărilor „pro-occidentale” au primit tehnologia pe care o aveau la dispoziție. Un deceniu mai târziu, URSS a pus în funcțiune răspunsul său - sistemul de navigație Chaika, bazat pe balize radio, este încă în uz astăzi.
Dar navigația terestră are dezavantaje semnificative: terenul denivelat devine un obstacol, iar influența ionosferei afectează negativ timpul de transmisie a semnalului. Dacă distanța dintre radiofarul de navigație și navă este prea mare, eroarea în determinarea coordonatelor poate fi măsurată în kilometri, ceea ce este inacceptabil.
Balizele radio de la sol au fost înlocuite cu sisteme de navigație prin satelit în scopuri militare, primul dintre care, American Transit (un alt nume pentru NAVSAT), a fost lansat în 1964. Șase sateliți pe orbită joasă au asigurat o precizie de determinare a coordonatelor de până la două sute de metri.
În 1976, URSS a lansat un sistem de navigație militar similar, Cyclone, iar trei ani mai târziu, unul civil numit Cicada. Marele dezavantaj al sistemelor de navigație prin satelit timpurie a fost că acestea puteau fi utilizate doar pentru perioade scurte de o oră. Sateliții pe orbită joasă, chiar și în număr mic, nu au fost capabili să ofere o acoperire largă a semnalului.
GPS vs. GLONASS
În 1974, armata SUA a lansat pe orbită primul satelit al noului sistem de navigație NAVSTAR de atunci, care a fost redenumit ulterior GPS (Global Positioning System). La mijlocul anilor 1980, tehnologia GPS a fost permisă să fie folosită de navele și aeronavele civile, dar pentru o lungă perioadă de timp acestea au putut oferi o poziționare mult mai puțin precisă decât cele militare. Cel de-al douăzeci și patrulea satelit GPS, ultimul necesar pentru a acoperi complet suprafața Pământului, a fost lansat în 1993.
În 1982, URSS și-a prezentat răspunsul - a fost tehnologia GLONASS (Global Navigation Satellite System). Ultimul al 24-lea satelit GLONASS a intrat pe orbită în 1995, dar durata de viață scurtă a sateliților (trei până la cinci ani) și finanțarea insuficientă pentru proiect au scos sistemul din funcțiune pentru aproape un deceniu. A fost posibilă restabilirea acoperirii globale GLONASS abia în 2010.
Pentru a evita astfel de defecțiuni, atât GPS cât și GLONASS folosesc acum 31 de sateliți: 24 principali și 7 de rezervă, după cum se spune, pentru orice eventualitate. Sateliții moderni de navigație zboară la o altitudine de aproximativ 20 de mii de km și reușesc să încerce Pământul de două ori pe zi.
Cum funcționează GPS-ul
Poziționarea în rețeaua GPS se realizează prin măsurarea distanței de la receptor la mai mulți sateliți, a căror locație este cunoscută cu precizie în momentul actual. Distanța până la satelit este măsurată prin înmulțirea întârzierii semnalului cu viteza luminii.
Comunicarea cu primul satelit oferă informații numai despre gama de locații posibile ale receptorului. Intersecția a două sfere va da un cerc, trei - două puncte și patru - singurul punct corect de pe hartă. Planeta noastră este folosită cel mai adesea ca una dintre sfere, ceea ce permite poziționarea doar pe trei sateliți în loc de patru. În teorie, precizia de poziționare GPS poate ajunge la 2 metri (în practică, eroarea este mult mai mare).
Fiecare satelit trimite receptorului un set mare de informații: ora exactă și corectarea acesteia, almanah, date efemeride și parametri ionosferici. Este necesar un semnal de timp precis pentru a măsura întârzierea dintre trimiterea și primirea acestuia.
Sateliții de navigație sunt echipați cu ceasuri cu cesiu de înaltă precizie, în timp ce receptoarele sunt echipate cu ceasuri de cuarț mult mai puțin precise. Prin urmare, pentru a verifica ora, se face contact cu un satelit suplimentar (al patrulea).
Dar ceasurile cu cesiu pot face și greșeli, așa că sunt verificate față de ceasurile cu hidrogen plasate pe sol. Pentru fiecare satelit, corecția de timp este calculată individual în centrul de control al sistemului de navigație, care este ulterior trimisă la receptor împreună cu ora exactă.
O altă componentă importantă a sistemului de navigație prin satelit este almanahul, care este un tabel cu parametrii orbitei satelitului pentru luna următoare. Almanahul, precum și corecția de timp, sunt calculate în centrul de control.
Sateliții transmit, de asemenea, date individuale de efemeride, pe baza cărora sunt calculate abaterile orbitale. Și având în vedere că viteza luminii nu este constantă nicăieri decât în vid, trebuie luată în considerare întârzierea semnalului în ionosferă.
Transmiterea datelor în rețeaua GPS se realizează strict la două frecvențe: 1575,42 MHz și 1224,60 MHz. Diferiți sateliți difuzează pe aceeași frecvență, dar folosesc diviziunea codului CDMA. Adică, semnalul satelitului este doar zgomot, care poate fi decodat doar dacă aveți codul PRN corespunzător.
Abordarea de mai sus permite o imunitate ridicată la zgomot și utilizarea unui interval de frecvență îngust. Cu toate acestea, uneori, receptoarele GPS trebuie să caute sateliți pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce este cauzat de o serie de motive.
În primul rând, receptorul nu știe inițial unde este satelitul, dacă se îndepărtează sau se apropie și care este decalajul de frecvență al semnalului său. În al doilea rând, contactul cu un satelit este considerat de succes numai atunci când se primește un set complet de informații de la acesta. Viteza de transmisie a datelor în rețeaua GPS depășește rar 50 bps. Și de îndată ce semnalul este întrerupt din cauza interferențelor radio, căutarea începe din nou.
Viitorul navigației prin satelit
Acum GPS și GLONASS sunt utilizate pe scară largă în scopuri pașnice și, de fapt, sunt interschimbabile. Cele mai recente cipuri de navigație acceptă atât standardele de comunicare și se conectează la acei sateliți care sunt găsiți primii.
GPS-ul american și GLONASS rusesc sunt departe de singurele sisteme de navigație prin satelit din lume. De exemplu, China, India și Japonia au început să implementeze propriile sisteme de satelit numite BeiDou, IRNSS și, respectiv, QZSS, care vor funcționa numai în țările lor și, prin urmare, necesită un număr relativ mic de sateliți.
Dar poate cel mai mare interes este în proiectul Galileo, care este dezvoltat de Uniunea Europeană și ar trebui să fie lansat la capacitate maximă înainte de 2020. Inițial, Galileo a fost conceput ca o rețea pur europeană, dar țările din Orientul Mijlociu și America de Sud și-au exprimat deja dorința de a participa la crearea acesteia. Deci, o „a treia forță” poate apărea în curând pe piața globală CLO. Dacă acest sistem este compatibil cu cele existente și, cel mai probabil, va fi, consumatorii vor beneficia doar - viteza de căutare a sateliților și precizia de poziționare ar trebui să crească.
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
postat pe http://www.allbest.ru/
Institutul de Aviație din Moscova
(Universitatea Națională de Cercetare)
Rezumat despre cursul „OSNI”
"GlobalSatelit de navigație finalSisteme (GNSS)"
Realizat de un elev din grupa: 60-107B
Ryabchikova Maria
Acceptat de profesorul departamentului 604:
Malyshev.V.V.
Conducător științific: Grishin.V.M.
Moscova 2014
Introducere
1. Sisteme de localizare radio prin satelit
1.1 Excursie istorică
2. Sistem de poziționare folosind un sistem specializat de radionavigație prin satelit
3. Sistem de poziționare folosind sateliți de comunicații geostaționari
4. Sistemul global de navigație prin satelit GLONASS
5. Sistemul de poziționare globală (GPS)
5.1 Aplicarea GPS
5.2 Precizie
6. Comparație între GPS și GLONASS
7. Receptoare GPS
Concluzie
Literatură
Introducere
Din cele mai vechi timpuri, călătorii s-au întrebat: cum să-și determine locația pe Pământ? Marinarii antici navigau după stele, dar condițiile meteorologice nu erau întotdeauna aceleași
în mâinile cercetătorilor, așa că a devia cursului nu a fost deosebit de dificil. Odată cu apariția busolei
sarcina a devenit semnificativ mai ușoară. Călătorul era deja mai puțin dependent de vreme.
Era radio a deschis noi oportunități pentru oameni. Odată cu apariția stațiilor radar, când a devenit posibil să se măsoare parametrii de mișcare și locația relativă a unui obiect dintr-un fascicul radar reflectat de suprafața sa, a apărut întrebarea despre posibilitatea de a măsura parametrii de mișcare ai unui obiect din semnalul emis. În 1957, în URSS, un grup de oameni de știință condus de V. A. Kotelnikov a confirmat experimental posibilitatea de a determina parametrii de mișcare ai unui satelit artificial de Pământ (AES) pe baza rezultatelor măsurătorilor deplasării de frecvență Doppler a semnalului emis de acest satelit. Dar, cel mai important, a fost stabilită posibilitatea de a rezolva problema inversă - găsirea coordonatelor receptorului din deplasarea Doppler măsurată.
Acest rezumat discută despre GLONASS-Global Navigation System, compoziția și principiul de funcționare a acestuia. Precum și istoria dezvoltării sistemului de poziționare globală, principiul general al determinării coordonatelor folosind GPS.
Abrevieri și definiții.
Poziționare - determinarea locației tale în spațiu
GPS - Sistem de poziționare globală
GNSS - Sistem global de navigație prin satelit (engleză)
NAVSTAR - măsurarea timpului și a distanței de la sateliții de navigație (Navigation Satellites furnishing Time And Range - English)
GLONASS - Sistem global de navigație prin satelit
Efemeride - parametrii orbitali prezisi si derivatele lor
Almanahul este un set de informații despre starea actuală a sistemului de navigație în ansamblu, inclusiv efemeride grosiere folosite pentru a căuta sateliți vizibili și pentru a selecta constelația optimă și informațiile care conțin.
SPS (Standard Positioning Service) - precizie standard de măsurare.
PPS (Precise Positioning Service) - poziționare de precizie.
SRNS - sistem de radionavigație prin satelit
EU KVO - Sistem global unificat de asistență în coordonate în timp
KA - navă spațială
NKA - navă spațială de navigație
UTC - Timp universal coordonat
1 . Sisteme de localizare radio prin satelit.
sistem de navigație prin satelit
Sistemele de localizare radio prin satelit sunt o ramură relativ nouă, care se dezvoltă rapid, a navigației sau a urmăririi mișcării obiectelor în mișcare.
1 .1 Excursie istorică
Dezvoltarea sistemului intern de radionavigație prin satelit (SRNS) GLONASS are o istorie de aproape patruzeci de ani, care a început, așa cum se crede cel mai adesea, odată cu lansarea primului satelit artificial de pe Pământ (AES) din istoria omenirii, pe 4 octombrie. , 1957 în Uniunea Sovietică. Măsurătorile deplasării de frecvență Doppler a emițătorului acestui satelit la un punct de observare cu coordonate cunoscute au făcut posibilă determinarea parametrilor de mișcare ai acestui satelit.
Efectul Doppler (numit după fizicianul austriac K. Doppler) constă într-o modificare a frecvenței de oscilație sau a lungimii de undă înregistrată de receptor cu mișcarea relativă a receptorului și sursa acestor oscilații.
Problema inversă era evidentă: folosind măsurători ale aceleiași deplasări Doppler cu coordonatele satelitului cunoscute, găsiți coordonatele punctului de observare.
Fundamentele științifice ale SRNS cu orbită joasă au fost dezvoltate semnificativ în procesul de realizare a cercetării pe tema Sputnik (1958-1959). Atenția principală a fost acordată problemelor de creștere a acurateței definițiilor de navigație, de asigurare a globalității, a utilizării non-stop și a independenței față de condițiile meteorologice.
Lucrările efectuate au făcut posibilă trecerea în 1963 la lucrările de dezvoltare a primului sistem intern de orbită joasă, care a primit mai târziu numele de „Cicada”.
În 1979 a fost pus în funcțiune sistemul de navigație de generația I „Cicada”, format din 4 sateliți de navigație (NS), plasați pe orbite circulare cu o altitudine de 1000 km, o înclinare de 83° și o distribuție uniformă a planurilor orbitale de-a lungul ecuator. Acesta permite utilizatorului, în medie, la fiecare oră și jumătate până la două ore, să intre în contact radio cu una dintre stațiile de navigație și să determine coordonatele planificate ale locului său cu o sesiune de navigație care durează până la 5 ... 6 minute.
În cadrul testelor s-a constatat că principala contribuție la eroarea definițiilor de navigație o au erorile propriilor efemeride transmise de sateliți, care sunt determinate și stocate pe sateliți prin intermediul complexului de control la sol. Prin urmare, împreună cu îmbunătățirea sistemelor de bord ale echipamentului receptor și indicator de la bordul sateliților și a navei, dezvoltatorii de sisteme au acordat o atenție deosebită problemelor de creștere a preciziei determinării și prezicerii parametrilor orbitali ai sateliților de navigație.
A fost elaborată o schemă specială de măsurare a parametrilor orbitali folosind controlul integrat la sol și au fost dezvoltate metode de prognoză care iau în considerare toate armonicile în expansiunea geopotențialului.
S-au lucrat pentru clarificarea coordonatelor instrumentelor de măsură și calcularea coeficienților modelului geopotențial de potrivire, conceput special pentru determinarea și prezicerea parametrilor orbitelor de navigație. Ca urmare, acuratețea efemeridei proprii transmise ca parte a semnalului de navigație a fost mărită aproape cu un ordin de mărime și se ridică în prezent la 70 ... 80 m în intervalul zilnic de prognoză, iar eroarea pătratică medie. în determinarea amplasării sale de către navele maritime a scăzut la 80 ... 100 m.
EFEMERIDE (în astronomie) - coordonatele corpurilor cerești, parametrii orbitelor sateliților și alte cantități astronomice variabile calculate pentru un număr de momente succesive în timp și tabulate.
Pentru a echipa o clasă largă de consumatori marini, pachetele de echipamente pentru receptor și indicator „Schooner” și „Cheln” au fost dezvoltate și sunt produse în serie. Ulterior, sateliții sistemului „Cicada” au fost echipați suplimentar cu echipamente de măsurare receptoare pentru detectarea obiectelor aflate în primejdie, care au fost echipate cu radiofaruri speciale care emit semnale de primejdie la frecvențe de 121 și 406 MHz. Aceste semnale sunt recepționate de sateliții sistemului „Cicada” și transmise către stații terestre speciale, unde sunt calculate coordonatele exacte ale obiectelor de urgență (nave, aeronave etc.).
Sateliții Cicada, dotați cu echipamente pentru detectarea celor aflați în primejdie, formează sistemele Cospas. Împreună cu sistemul american-francez-canadian Sarsat, formează un serviciu unificat de căutare și salvare, care a salvat deja câteva mii de vieți.
Operarea cu succes a sistemelor de navigație prin satelit pe orbită joasă de către consumatorii marini a atras atenția pe scară largă asupra navigației prin satelit. Era nevoie de crearea unui sistem de navigație universal care să răspundă cerințelor tuturor potențialilor consumatori: aviație, nave maritime, vehicule terestre și nave spațiale.
În 1995, a fost finalizată implementarea GLONASS SRNS la puterea sa maximă (24 NS). În prezent, se fac eforturi mari pentru menținerea grupului. Au fost dezvoltate echipamente de aeronave ASN-16, SNS-85, ASN-21, echipamente de sol ASN-15 (RIRV), echipamente maritime „Skipper” și „Reper” (RNII KP), etc.
Principalul client și responsabil pentru testarea și gestionarea sistemelor este Forțele Spațiale Militare Ruse.
În perioada analizată, dezvoltarea intensivă a SRNS a fost realizată și în Statele Unite. În 1958, ca parte a creării primei generații de submarine cu rachete nucleare Polaris, a fost creat sistemul de tranzit (analog al Cicada SRNS), care a fost pus în funcțiune în 1964.
La începutul anilor 70, au început lucrările la crearea unei a doua generații SRNS - OR5/Navstar (un analog al sistemului intern GLONASS). Sistemul de navigație radio prin satelit GPS a fost implementat complet în 1993.
Acest rezumat discută sistemele de determinare a locației radio (denumite în continuare determinarea locației), a căror sarcină este de a controla mișcarea obiectelor în mișcare în centru pentru a colecta informații despre locația și mișcarea obiectelor sau, așa cum se numește uneori, urmărirea obiectelor în mișcare.
Sistemele prin satelit pentru poziționarea obiectelor mobile se bazează pe utilizarea legăturilor radio care asigură transmisia de semnal între un obiect mobil, un satelit artificial (satelit) și o stație de sol. În acest caz, sunt echipate obiectul mobil, satelitul și stația de la sol echipamente radio în funcţie de configuraţia sistemului utilizată şi de metoda de determinare a coordonatelor obiectului . În continuare, vor fi discutate cele mai comune trei tipuri de configurații ale sistemului de poziționare.
2 . Sistem de poziționare folosind un satelit dedicatnoul sistem de radionavigație
Un sistem de radionavigație prin satelit se numește, de obicei, un sistem în care o constelație de sateliți servește ca puncte de referință de radionavigație. Astfel de sisteme includ NAVSTAR (SUA) și GLONASS (Rusia). NAVSTAR (sistem de navigație folosind sincronizare și distanță) sau GPS (sistem de poziționare globală)
Aceste sisteme se încadrează în categoria sistemelor pasive de autodeterminare. În ele, un transmițător radio este disponibil numai pe sateliții de navigație, iar echipamentul amplasat pe un obiect în mișcare are doar un receptor de semnale de satelit, un dispozitiv pentru procesarea semnalelor și calcularea coordonatelor obiectului. În aceste sisteme de navigație, rezultatele calculării coordonatelor unui obiect sunt disponibile numai pe obiectul însuși, adică. Echipamentul obiectului însuși determină coordonatele acestuia. Numele general acceptat pentru acest echipament este echipament de consum de navigație prin satelit (APSN).
Echipamentele instalate pe un obiect în mișcare - echipamente de consum - primesc semnale de navigație simultan de la mai mulți sateliți (cel puțin 4) amplasați în zona de vizibilitate pe o antenă direcțională. Pe baza informațiilor de cod primite de la satelit despre parametrii semnalului emis de satelit, precum și a datelor despre parametrii orbitali ai mișcării satelitului (informații efemeride), coordonatele geografice ale obiectului în mișcare, viteza și direcția de mișcare sunt determinate în computerul echipamentului de consum conform algoritmilor încorporați.
Datele privind coordonatele și viteza unui obiect în mișcare pot fi prezentate consumatorului sub formă vizuală pe un afișaj și stocate cu înregistrarea timpului de măsurare.
Pentru a transmite parametrii de navigare ai unui obiect mobil către centrul de colectare a datelor de pe obiectul mobil, este utilizat un canal de comunicație separat al serviciului mobil prin satelit (MSS). Această diagramă indică canalul de comunicație prin satelit al obiectului mobil cu stația de sol a centrului de colectare printr-un satelit de comunicații geostaționar (GCS). Sesiunea de măsurare a parametrilor de navigare și transmiterea acestora de la obiectul mobil este activată la cererea centrului de colectare În acest caz, nu este necesară intervenția operatorului asupra obiectului mobil.
Sistemul global de radionavigație prin satelit NAVSTAR (NAV igation System using Timing And Ranging) sau GPS (Global Positioning System) a fost creat pentru navigarea de înaltă precizie și suportul de sincronizare a obiectelor care se deplasează în spațiu, aer, pe uscat și în apă.
Acesta include sateliți de navigație, un complex de control la sol și echipamente de consum (utilizator). Principiul utilizat în sistem este că receptoarele speciale instalate la consumatori măsoară distanțe către mai mulți sateliți și determină coordonatele acestora pe baza punctelor de intersecție a suprafețelor de distanță egală. Cantitatea de întârziere este determinată prin compararea codurilor de semnal emise de satelit și generate de dispozitivul de recepție folosind metoda time shift până când acestea coincid. Pentru a găsi latitudinea, longitudinea, altitudinea și pentru a elimina erorile în determinarea decalajului de timp, receptorul utilizatorului trebuie să „vadă” și să primească semnale de navigație de la patru sateliți.
Viteza este determinată de deplasarea Doppler a frecvenței purtătoarei de satelit cauzată de mișcarea utilizatorului. Deplasarea Doppler este măsurată comparând frecvențele semnalelor primite de la satelit și cele generate de receptor.
Semnalele de navigație sunt emise la două frecvențe de bandă L (bandă L, benzi de frecvență radio de la 390 la 1550 MHz); 1575,42 MHz (L1) și 1227,6 MHz (L2). Pe L2, semnalele sunt emise cu un cod militar P(Y) cu informații de înaltă precizie și protejate de interferențe simulate.
Codul P este o secvență de manipulări pseudo-aleatoare bistabile ale fazei de frecvență purtătoare cu o frecvență de repetiție de 10,23 MHz și o perioadă de repetiție de 267 de zile. Fiecare segment săptămânal al acestui cod este unic pentru unul dintre sateliții GPS și este generat continuu de acesta în fiecare săptămână, începând de sâmbătă noaptea până duminică. L1 emite semnale atât în codul militar P(Y), cât și în codul civil comun numit adesea C/A. Recepția semnalelor folosind codul P(Y) asigură funcționarea cu precizie ridicată de măsurare. Compararea timpilor de sosire a semnalelor la frecvențele L1 și L2 ne permite să calculăm întârzierea suplimentară care apare atunci când undele radio trec prin ionosferă, ceea ce îmbunătățește semnificativ acuratețea măsurătorilor datelor de navigație.
Recepția semnalelor pe frecvența L1 cu codul C/A nu permite determinarea erorilor introduse de ionosferă. Structura de cod C/A oferă performanțe mai slabe în modul SPS (Precizie standard). Deci, dacă în modul PPS cu o probabilitate de 0,95 erorile de măsurare a longitudinii și latitudinii nu depășesc 22-23 metri, înălțimea - 27-28 metri și timpul - 0,09 μs, atunci în SPS cresc la 100 de metri, respectiv 140 metri și 0,34 µs. Inițial, modul SPS a fost necesar pentru ca utilizatorii să-și determine aproximativ coordonatele pentru a introduce codul P(Y). În prezent, nivelul electronicii software și al metodelor de procesare a informațiilor de navigație permite capturarea destul de rapidă a P(Y) fără un cod C/A, precum și determinări de înaltă precizie ale fazei purtătorului de semnal. În plus, un mod de corecție diferențială automată complet dezvoltat la sol permite, într-o regiune limitată, să se obțină o determinare precisă a coordonatelor relative ale pozițiilor relative a două receptoare care urmăresc semnale de la aceiași sateliți GPS. Când se utilizează codul civil C/A, coordonatele vehiculului sunt determinate cu o precizie de 2 până la 5 metri.
Pe 28 martie 1994, sistemul GPS a început să funcționeze în configurația sa standard - 24 de nave spațiale în 6 avioane orbitale. Lansarea din 17 ianuarie 1997, care s-a încheiat cu un accident, trebuia să înceapă etapa de înlocuire a sateliților din seriile 2 și 2A cu noi dispozitive 2R. LOCKHEED MARTIN produce 21 de unități din această serie, care sunt planificate să fie lansate înainte de 2001.
Dimensiunile totale ale corpului satelitului sunt de 1,52 m 1,93 m 1,91 m, lungimea panourilor solare este de 19,3 m, suprafața este de 13,4 mp. m. Puterea sistemului de alimentare de bord la sfârșitul duratei de viață este de 1136 W. Masa dispozitivului la lansare este de 2032 kg, pe orbita de lucru este de 1075 kg. Echipamentul de navigație este furnizat de ITT AEROSPASE/COMMUNICATIONS.
Noii sateliți au stabilizare pe trei axe și vor face posibilă determinarea timpului cu o precizie de 0,000001 sec, a poziția unui obiect cu o precizie de câțiva metri și a vitezei - până la aproximativ 0,1 m/sec. Durata de viață a fost crescută la 10 ani, comparativ cu 7 ani pentru sateliții de tip 2A. Costul satelitului din seria 2R este de 40 de milioane de dolari.
O constelație de 24 de sateliți GLONASS a fost lansată pe orbită și face posibilă determinarea coordonatelor cu o eroare de cel mult 50 m pentru codul civil. A fost creat un segment de control prin satelit la sol, dezvoltat în URSS și implementat de Rusia. În prezent, în Rusia nu există un producător de serie de echipamente pentru abonați GLONASS pentru uz civil. Structura constelației orbitale și observabilitatea sistemului de satelit sunt prezentate în Anexă.
3 . Utilizarea sistemului de poziţionaresateliți de comunicații geostaționari
Dezvoltarea pe scară largă a comunicațiilor prin satelit bazate pe sateliți geostaționari care se rotesc pe orbite ecuatoriale cu o perioadă de 24 de ore a făcut posibilă utilizarea acestor sateliți ca puncte fixe de radionavigație de referință pentru măsurarea coordonatelor obiectelor în mișcare față de ei.
O diagramă a construcției unui sistem de determinare a locației cu doi sateliți de comunicații geostaționari este prezentată în Fig. 2. Exemple de astfel de sisteme sunt sistemele EUTELTRACS (ECA) și GEOSTAR (SUA).
Sateliții GSS-1 și GSS-2 nu sunt parte integrantă a sistemului de poziționare, aceștia acționează ca repetoare de semnal în linia de comunicație radio între stația de sol a centrului de colectare și echipamentul obiectului mobil.
În același timp, GSS-1 asigură transmiterea semnalelor de la o stație de sol la un obiect mobil și înapoi, iar GSS-2 numai de la un obiect mobil la o stație de sol.
Coordonatele obiectului în mișcare sunt calculate la stația de la sol folosind semnale primite de la obiectul în mișcare din două direcții (de la GSS-1 și GSS-2). un sistem de patru obiecte, în care sunt cunoscute coordonatele celor trei obiecte GSS-1, GSS-2 și stația de la sol, permite utilizarea metodei triangulației pentru a calcula coordonatele celui de-al patrulea obiect dacă distanțele de la obiectul în mișcare la GSS-1 și GSS-2 sunt măsurate. Acest lucru poate fi reprezentat aproximativ după cum urmează. Dacă se măsoară distanțele de la GSS-1 și GSS-2 la obiectul L1 și L2, atunci obiectul în mișcare este situat pe linia de intersecție a două sfere descrise de raza L1 cu un centru pe GSS-1 și raza L2 cu o centru pe GSS-2. Intersecția acestei linii cu suprafața Pământului va da punctul de locație al obiectului în mișcare.
Valorile L1 și L2 sunt determinate prin scăderea din distanțele cunoscute de la stația de la sol la GSS-1 și GSS-2 distanțele de la stația de la sol la obiectul mobil prin GSS-1 și, respectiv, GSS-2. Aceste intervale sunt determinate la stația de la sol prin întârzierea de timp dintre semnalul de solicitare de la stația de la sol și semnalele de răspuns de la obiectul mobil primite prin GSS-1 și GSS-2.
Coordonatele unui obiect în mișcare primite la o stație de sol pot fi transmise acestuia printr-un canal de comunicație prin GSS-1.
Echipamentul fiecărui obiect mobil are propriul cod, care permite stației terestre să stabilească comunicații simultan cu toate obiectele, cu un grup sau cu unul.
În stare normală, echipamentul de pe obiectul în mișcare este în modul pasiv (primind semnale de la stația de la sol). Activarea (pornirea emițătorului) echipamentului se realizează la cerere de la stația de la sol.
Stația de sol și centrul de colectare pot fi combinate sau conectate între ele printr-un canal de comunicație separat (releu radio, telefon, satelit).
4 . Sistemul global de navigație prin satelit GLONASS
Sistemul GLONASS (Global Navigation Satellite System) este conceput pentru a determina locația, viteza și ora exactă a vehiculelor maritime, aeriene, terestre și a altor tipuri de consumatori. A fost dezvoltat și implementat ca sistem
cu dublă utilizare, în primul rând pentru a asigura securitatea națională a Rusiei, precum și pentru a rezolva problemele științifice și de producție civile.
Sistemul GLONASS a fost creat de la începutul anilor 70 printr-o mare cooperare a organizațiilor științifice civile și militare. Prima navă spațială din seria GLONASS („Cosmos-1413”, „Cosmos-1414”, „Cosmos-1415”) a fost lansată pe orbită pe 12 octombrie 1982. Lansarea se efectuează pe rachete Proton din Cosmodromul Baikonur.
În decembrie 1995, a fost finalizată desfășurarea completă a constelației orbitale a sistemului GLONASS, ceea ce a făcut posibilă crearea unui câmp de navigație global continuu până la altitudini de 2000 km.
Sistemul GLONASS este aprobat de organizațiile maritime internaționale (IMO) și aviația civilă (ICAO) ca unul dintre elementele Sistemului global de navigație prin satelit, împreună cu sistemul GPS american. În 1994, sistemul GLONASS a fost brevetat în SUA.
Sarcini atribuite sistemului GLONASS:
1. crearea (alocarea) sistemelor globale de coordonate geodezice și geocentrice;
2. diseminarea unei singure scale temporale globale de înaltă precizie;
3. crearea unei rețele globale de monitorizare a mișcărilor moderne ale scoarței terestre;
4. sprijin coordonat-timp pentru operațiunile din spațiul cosmic; o Serviciul Internațional de Rotație a Pământului; o procesul de teledetecție a Pământului, realizat în interesul
cartografierea planetei, monitorizarea stării ecologice a suprafeței și a atmosferei acesteia; o lucrări efectuate folosind metoda altimetriei satelitare pentru a monitoriza nivelul oceanului mondial, a studia suprafața fizică a acestuia, în special suprafața topografică a mării și diferențele sale față de suprafața geoidului (cvasi-geoid), precum și studiul modelelor a circulaţiei globale a maselor de apă.
Sistemul GLONASS se bazează pe trei segmente:
* segment spațial;
* segment de management;
* segmentul de consumatori. 2
Segmente ale sistemului GLONASS
Segmentul spațial include 24 de sateliți care emit semnale continue de radionavigație care formează un câmp continuu de radionavigație pe suprafața Pământului și în spațiul din apropierea Pământului.
Sistemul GLONASS utilizează nave spațiale de navigație (NSV) care se rotesc pe o orbită geostaționară circulară la o altitudine de ~ 19.100 km. Perioada orbitală a satelitului în jurul Pământului este în medie de 11 ore și 45 de minute. Durata de funcționare a satelitului este de 5 ani; În această perioadă, parametrii orbitali ai satelitului nu ar trebui să difere de valorile nominale cu mai mult de 5%.
Segmentul de management-- un sistem de control la sol conceput pentru a monitoriza funcționarea, controlul direct și suportul informațional al unei rețele de sateliți.
Segmentul de consumatori oferă determinarea coordonatelor spațiale, vectorului viteză, ora curentă și alți parametri de navigație ca urmare a recepționării și procesării semnalelor radio primite de la sateliți. Dintre aceste trei părți, ultima, și anume echipamentul utilizatorului, este cea mai numeroasă.
Sistemul GLONASS este fără solicitări, astfel încât numărul de utilizatori ai sistemului nu este limitat. În plus față de funcția principală - definițiile de navigație - sistemul permite sincronizarea reciprocă de înaltă precizie a standardelor de frecvență și timp la obiecte terestre aflate la distanță și referință geodezică reciprocă.
Istoria dezvoltării sistemului
Primul satelit GLONASS a fost lansat pe orbită de Uniunea Sovietică pe 12 octombrie 1982. Pe 24 septembrie 1993, sistemul a fost oficial acceptat în funcțiune cu o constelație orbitală de 12 sateliți. În decembrie 1995, constelația de sateliți a fost extinsă la puterea sa maximă - 24 de sateliți.
Din cauza finanțării insuficiente, precum și din cauza duratei de viață scurte, numărul de sateliți operaționali a fost redus la 6 până în 2001.
În august 2001, a fost adoptat programul țintă federal „Sistemul global de navigație”, conform căruia a fost planificată acoperirea completă a teritoriului Rusiei la începutul anului 2008, iar sistemul avea să atingă o scară globală până la începutul anului 2010. Pentru a rezolva această problemă, a fost planificat să se efectueze șase lansări ale vehiculului de lansare și să pună 18 sateliți pe orbită în cursul anilor 2007, 2008 și 2009 - astfel, până la sfârșitul lui 2009, grupul ar fi format din nou din 24 de vehicule.
La sfârșitul lunii martie 2008, Consiliul designerilor șefi pentru sistemul rusesc de navigație globală prin satelit (GLONASS), care s-a reunit la Institutul de Cercetare al Instrumentării Spațiale din Rusia, a ajustat ușor timpul de desfășurare a segmentului spațial GLONASS. Planurile anterioare presupuneau că va fi posibilă utilizarea sistemului în Rusia până la 31 decembrie 2007; totuși, acest lucru a necesitat 18 sateliți funcționali, dintre care unii ajunseseră la sfârșitul duratei de garanție și nu mai funcționau. Astfel, deși în 2007 planul de lansare a sateliților GLONASS a fost finalizat (șase sateliți au intrat pe orbită), constelația orbitală din 27 martie 2008 includea doar șaisprezece sateliți operativi. Pe 25 decembrie 2008, numărul a fost crescut la 18 sateliți.
La consiliul designerilor șefi al GLONASS, planul de implementare a sistemului a fost ajustat cu scopul ca sistemul GLONASS să fie operațional în Rusia cel puțin până la 31 decembrie 2008. Planurile anterioare prevedeau lansarea a două triplete de noi sateliți Glonass-M pe orbită în septembrie și decembrie 2008; cu toate acestea, în martie 2008, programele de producție de sateliți și rachete au fost revizuite pentru a pune în funcțiune toți sateliții până la sfârșitul anului. Se presupunea că lansările vor avea loc cu două luni mai devreme, iar sistemul va fi operațional în Rusia până la sfârșitul anului. Planurile au fost implementate la timp.
În noiembrie 2009, a fost anunțat că Institutul ucrainean de Cercetare pentru Măsurări Radio Inginerie (Harkov) și Institutul de Cercetare Rusă pentru Instrumentare Spațială (Moscova) vor crea o societate mixtă. Părțile vor crea un sistem de navigație prin satelit pentru a deservi consumatorii din cele două țări. Proiectul va folosi stații de corecție ucrainene pentru a clarifica coordonatele sistemelor GLONASS.
La 15 decembrie 2009, la o întâlnire dintre premierul rus Vladimir Putin și șeful Roscosmos, Anatoly Perminov, s-a declarat că desfășurarea GLONASS va fi finalizată până la sfârșitul anului 2010.
Odată cu trecerea la sateliții Glonass-K, acuratețea sistemului GLONASS va deveni comparabilă cu acuratețea sistemului de navigație GPS NAVSTAR american - singurul sistem de navigație desfășurat în străinătate.
02 septembrie 2010 Constelația de sateliți a fost completată cu încă 3 sateliți, iar numărul total de sateliți din constelație a fost crescut la 26 de unități.
5 . SistemPoziționare globală (GPS)
Sistemul de poziționare globală (GPS) este un sistem prin satelit pentru determinarea locației obiectelor în mișcare.
Sistemul GPS a fost creat de Departamentul de Apărare al SUA și permite, cu o precizie de până la 20 m, să se determine locația unui obiect staționar sau în mișcare pe sol, în aer și pe mare oriunde în lume în trei dimensiuni. cu o precizie foarte mare. În plus, GPS-ul raportează viteza de mișcare a unui obiect. Acest sistem vă permite să echipați navele fluviale și maritime, mașinile și avioanele cu hărți electronice, care arată locația obiectului și calea cea mai scurtă (sau cea mai convenabilă) către destinație. GPS este, de asemenea, folosit pentru a compila hărți geografice și în sarcini de geodezie. Sistemul este utilizat pe scară largă de către abonații civili.
Sistemul este creat într-o rețea de sateliti formată din sateliți de comunicații care orbitează pământul pe orbite înalte. În 1995, rețeaua avea 24 de sateliți. Pentru a vă conecta la GPS, fiecare abonat trebuie să aibă un dispozitiv mic. Acesta din urmă, în versiunea sa de zi cu zi, are dimensiunea unei cutii de țigări, ceea ce îi permite să fie purtat în buzunarul unui costum. Dispozitivul arată trei coordonate ale unui obiect situat oriunde pe planetă cu mare precizie. Una dintre cele mai importante componente ale dispozitivului este un ceas atomic, capabil să măsoare timpul cu precizie de nanosecundă. Semnalele dispozitivului sunt sincronizate cu transceiver-urile sateliților de comunicație.
5 .1 Aplicarea GPS-ului
Deși proiectul GPS a fost inițial destinat unor scopuri militare, astăzi GPS-ul este din ce în ce mai folosit în scopuri civile. Receptoarele GPS sunt vândute în multe magazine de electronice și sunt încorporate în telefoane mobile, smartphone-uri, PDA-uri și echipamente de bord. Consumatorilor li se oferă, de asemenea, diverse dispozitive și produse software care le permit să-și vadă locația pe o hartă electronică; având capacitatea de a trasa rute ținând cont de semnele rutiere, virajele permise și chiar ambuteiajele; caută pe hartă anumite case și străzi, atracții, cafenele, spitale, benzinării și alte infrastructuri.
Geodezie: Folosind GPS, sunt determinate coordonatele exacte ale punctelor și limitelor terenurilor.
Cartografie: GPS-ul este folosit în cartografie civilă și militară.
Navigare: folosind GPS, se efectuează atât navigația pe mare, cât și pe cea rutieră.
GPS este folosit pentru a monitoriza poziția și viteza vehiculelor și pentru a controla mișcarea acestora.
celular: Primele telefoane mobile cu GPS au apărut în anii 90. În unele țări, cum ar fi SUA, aceasta este folosită pentru a determina rapid locația unei persoane care sună la 911. În Rusia, un proiect similar a fost lansat în 2010 - Era-GLONASS.
Tectonica, tectonica plăcilor: Folosind GPS, se observă mișcările plăcilor și vibrațiile.
Timp liber: Există diverse jocuri care folosesc GPS, de exemplu, Geocaching, etc.
Geoetichetarea: informațiile, cum ar fi fotografiile, sunt „legate” la coordonate datorită receptoarelor GPS încorporate sau externe.
5 .2 Precizie
Precizia tipică a receptoarelor GPS moderne în plan orizontal este de aproximativ 10-12 metri cu vizibilitate bună prin satelit (la fel ca GLONASS). În Statele Unite și Canada există stații WAAS care transmit corecții pentru modul diferențial, ceea ce permite reducerea erorii la 1-2 metri pe teritoriul acestor țări. atunci când se utilizează moduri diferențiale mai complexe, precizia determinării coordonatelor poate fi crescută la 10 cm Din păcate, precizia oricărui SNA depinde foarte mult de deschiderea spațiului, de înălțimea sateliților utilizați deasupra orizontului.
6 . Comparație între GPS și GLONASS
Sistemele GPS și GLONASS sunt similare în multe privințe, dar au și diferențe. Au fost dezvoltate ținând cont de cele mai probabile domenii de aplicare. Prin urmare, GLONASS are avantaje la latitudini mari, iar GPS la latitudini medii.
Dezavantajele GLONASS sunt:
Necesitatea deplasării intervalului de frecvență la dreapta, deoarece în prezent GLONASS interferează cu activitatea atât a comunicațiilor mobile prin satelit, cât și a radioastronomiei;
la schimbarea efemeridelor satelitului, erorile de coordonate în modul normal cresc cu 25-30 m, iar în modul diferențial depășesc 10 m;
La corectarea secundei de rulare, continuitatea semnalului GLONASS este întreruptă. Acest lucru duce la erori mari în determinarea coordonatelor locației consumatorului, ceea ce este inacceptabil pentru aviația civilă;
dificultate în recalcularea datelor din sistemele GLONASS și GPS din cauza lipsei unei matrice de tranziție publicată oficial între sistemele de coordonate utilizate.
Receptoarele care funcționează simultan cu semnalele satelitului GPS și GLONASS sunt fabricate în Ucraina la Întreprinderea de Stat „Orizon” (Smela).
7 . ReceptoriiGPS
Receptoare GPS personale:
Cele mai comune sunt receptoarele SRNS pentru utilizare individuală de către șoferii de vehicule. Au dimensiunea unui calculator de buzunar cu o tastatură și un afișaj cu cristale lichide, care afișează coordonatele utilizatorului, direcția, distanța și direcția către punctele de control al rutei, traseul parcurs, o hartă a zonei și parametrii sateliților vizibili ( Fig. 6).
Costul unui astfel de receptor variază de la 100 la 1000 de dolari.
De asemenea, au fost dezvoltate dispozitive pentru uz individual, care sunt computere portabile speciale, cu un program de navigare și o hartă digitală, al cărei fragment actual este afișat pe un afișaj LCD în miniatură. Un exemplu sunt dispozitivele „CARIN” - Car Information and Navigation (Philips), „Travelpilot” (Bosch), etc. Aceștia sunt, de fapt, piloți electronici care dau instrucțiuni șoferului într-o voce sintetizată, informând în prealabil despre toate viraje, opriri și alte caracteristici ale acestui traseu.
Pentru a-i determina cu exactitate locația, computerul primește informații din trei surse: de la un receptor GPS, de la o busolă electronică și de la senzorii de distanță instalați pe roți. În câteva secunde din momentul în care contactul (și puterea) este pornit, sistemul își determină locația cu o precizie de +/- 100 m, apoi, folosind baza de date din CD-ROM, o rafinează la +/ - 10 m Este suficient să indicați cu ajutorul simbolurilor speciale pe afișaj sfârșitul traseului, iar după 5 secunde computerul va afișa traiectoria optimă.
Aceste sisteme sunt cel mai răspândite în țările europene, unde au fost întocmite hărți electronice digitale pentru aproape orice zonă. Gama de prețuri pentru acest echipament se extinde de la 1500 la 7500 DM. Există însă și dispozitive de navigație mai accesibile, de exemplu, Philips-Rootfinder, care în aparență seamănă cu un notebook electronic și costă aproximativ 500 DM. Introducând punctul de plecare și destinație cu ajutorul tastaturii, utilizatorul primește o descriere detaliată a traseului, durata călătoriei, ora sosirii la destinația finală și alți parametri în mai puțin de un minut. Baza de date de calcul este stocată pe un card magnetic, care este introdus în cititorul Rootfinder. Acest dispozitiv poate fi utilizat chiar și atunci când vă plimbați într-un oraș necunoscut (Fig. 7).
Concluzie
Sistemele de poziționare prin satelit GPS și GLONASS au fost dezvoltate ca sisteme pur de navigație și îndeplinesc aceste funcții cu brio. Dar operarea sistemelor de navigație prin satelit, în primul rând GPS, a demonstrat capacitățile neprețuite ale sistemelor GPS și GLONASS în determinarea coordonatelor de înaltă precizie pentru geodezie, geofizică, spațiu, aviație etc.
Sistemele de navigație prin satelit deschid noi oportunități pentru utilizarea lor în diverse domenii: căutarea și salvarea persoanelor aflate în primejdie; avertizare de dezastru; colectarea datelor privind starea mediului; controlul transportului containerelor; navigarea și controlul navelor spațiale apropiate de Pământ; furnizarea de lucrări în geodezie și cartografie; stabilirea de comunicații; explorarea geologică, dezvoltarea zăcămintelor minerale, inclusiv a zonelor de rafturi costiere etc.
Direcția generală de modernizare a sistemelor de satelit GPS și Glonass este asociată cu creșterea acurateței definițiilor de navigație, îmbunătățirea serviciului oferit utilizatorilor, creșterea duratei de viață și a fiabilității echipamentelor prin satelit de la bord, îmbunătățirea compatibilității cu alte sisteme radio și dezvoltarea subsistemelor diferențiale. Direcția generală de dezvoltare a sistemelor GPS și Glonass coincide, dar dinamica și rezultatele obținute sunt foarte diferite.
Îmbunătățirea sistemului GLONASS este planificată să fie realizată pe baza sateliților GLONASS-M de nouă generație. Acest satelit va avea o resursă de serviciu sporită și va emite un semnal de navigație în banda L2 pentru aplicații civile.
Literatură
1. GLONASS, document de control al interfeței. KNITS, 1995.
2. Document de control al interfeței GPS (ICD-GPS-200), 1991.
3. http://www.bestreferat.ru/referat-86710.html
5. http://gps-club.ru/gps_think/detail.php?ID=20187
6. Bogdanov V.A., Sorochinsky V.A., Iakşevici E.V. „Sisteme prin satelit pentru navigația maritimă”. - M.: Transport, 1987.
7. Baranov Yu.K. „Determinarea poziției navei folosind sateliți de navigație”. - M.: Transport, 1984.
8. Soloviev Yu.A. Sisteme de navigație prin satelit. M.: Eco-Trends, 2000.
9.Sistem global de navigație radio prin satelit GLONASS / Ed. V.N. Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. M.: IPRZHR, 1998.
10.Lipkin I.A. Sisteme de navigație prin satelit. M.: Cartea universitară, 2001.
11.Sistemul global de navigație prin satelit GLONASS. Document de control al interfeței. M.: KNITS VKS, 1995.
Postat pe Allbest.ru
Documente similare
Sisteme regionale de navigație prin satelit: Beidau, Galileo, Indian și cvasi-zenit. Principiul de funcționare și elementele principale: constelație orbitală, segment de sol și echipamente de consum. Crearea de hărți pentru sistemele de navigație prin satelit.
lucrare curs, adăugată 03.09.2015
Măsurători de navigație în sistemul de navigație multicanal. Structura semnalelor radio de navigație în sistemele GLONASS și GPS. Precizia navigației globale a obiectelor aflate în mișcare la sol. Algoritmi pentru recepția și măsurarea parametrilor semnalelor de navigație radio prin satelit.
lucrare de curs, adăugată 13.12.2010
Principii de funcționare a sistemelor de navigație prin satelit. Cerințe pentru SNS: globalitate, disponibilitate, integritate, continuitate a serviciului. Spațiu, management, segmente de consumatori. Structura orbitală NAVSTAR, GLONASS.
raport, adaugat 18.04.2013
Stadiul implementării ATN în practica traficului aerian. Tehnologii informaționale prin satelit în sistemele CNS/ATM. Sisteme de radionavigație prin satelit. Coordonatele, ora, mișcarea sateliților de navigație. Formarea unui semnal de informare în GPS.
tutorial, adăugat 23.09.2013
Informații generale și istoricul dezvoltării sistemului Glonass, cronologia îmbunătățirii. Navigatoare prin satelit. Acuratețea și accesibilitatea navigației. Dezvoltarea și producția în serie de receptoare Glonass de uz casnic pentru consumatori. Navigator GPS cu sistem dual.
lucrare curs, adaugat 16.11.2014
Sisteme de navigație prin satelit utilizate. Fiabilitate, volume de echipamente de locomotivă și o rețea de stații de referință. Principiul de funcționare al terminalului. Reguli și reglementări pentru echiparea locomotivelor cu dispozitive de comunicații radio și de suprimare a zgomotului.
lucrare de curs, adăugată 25.02.2016
Studiul funcționării sistemelor de comunicații, care pot fi împărțite în: releu radio, troposferice, satelit, fibră optică. Studierea istoriei apariției și domeniilor de aplicare a sistemelor de comunicații. Repetoare prin satelit, comunicații prin satelit.
rezumat, adăugat 06.09.2010
Metode de determinare a orientării spațiale a vectorului de bază. Dezvoltarea și cercetarea unui algoritm dinamic pentru determinarea orientării unghiulare a unui obiect rotativ bazat pe sistemele de navigație prin satelit (GPS) GLONASS. Modelarea algoritmului în MathCad.
teză, adăugată 03.11.2012
Avantajele unui sistem de navigație prin satelit. Dezvoltarea radionavigației în SUA și Rusia. Testarea ideii de bază a GPS-ului. Starea actuală a GPS-ului NAVSTAR. Probleme de navigație și metode de rezolvare a acestora. Sistem de poziționare globală NAVSTAR și GLONASS.
rezumat, adăugat 18.04.2013
Antene parabolice utilizate în sisteme de inginerie radio în diverse scopuri (sisteme de comunicații prin releu radio, radar, sisteme de comunicații prin satelit). Schema antenei. Graficul distribuției amplitudinii după deschidere și funcție de aproximare.
Articolul discută principiul de funcționare, compoziția și caracteristicile sistemului de poziționare prin satelit GPS (Global Positioning System).
Sistemul de navigație Global Positioning System (GPS) face parte din complexul NAVSTAR, care este dezvoltat, implementat și operat de Departamentul de Apărare al SUA. Dezvoltarea complexului NAVSTAR (sateliți de navigație care furnizează Time And Range - un sistem de navigație pentru determinarea timpului și a distanței) a început în 1973 și deja pe 22 februarie 1978 a fost efectuată prima lansare de probă a complexului, iar în martie 1978, complexul NAVSTAR a început să funcționeze. Primul satelit de testare a fost lansat pe orbită pe 14 iulie 1974, iar ultimul dintre cei 24 de sateliți necesari pentru a acoperi complet suprafața pământului a fost lansat pe orbită în 1993. Segmentul civil al rețelei militare de sateliți NAVSTAR este denumit în mod obișnuit GPS funcționarea comercială a sistemului în forma sa actuală a început în 1995.
La mai bine de 20 de ani de la lansarea testului a sistemului GPS și la 5 ani de la începerea funcționării comerciale a Sistemului de poziționare globală GPS, la 1 mai 2000, Departamentul Apărării al SUA a anulat condițiile speciale de utilizare a sistemului GPS. care existase până atunci. Armata SUA a dezactivat interferența (SA - disponibilitate selectivă), ceea ce reduce artificial precizia receptoarelor GPS civile, după care acuratețea determinării coordonatelor cu ajutorul navigatoarelor de uz casnic a crescut de cel puțin 5 ori. După ce americanii au desființat regimul de acces selectiv, acuratețea determinării coordonatelor folosind cel mai simplu navigator GPS civil variază de la 5 la 20 de metri (altitudinea este determinată cu o precizie de 10 metri) și depinde de condițiile de recepție a semnalului la un anumit punct, numărul de sateliți vizibili și o serie de alte motive. Cifrele date corespund recepției simultane a semnalului de la 6-8 sateliți. Majoritatea receptoarelor GPS moderne au un receptor cu 12 canale care vă permite să procesați simultan informații de la 12 sateliți. Aplicațiile militare ale navigației bazate pe NAVSTAR oferă un ordin de mărime mai mare precizie (până la câțiva milimetri) și sunt susținute de un cod P(Y) criptat. Informațiile în cod C/A (acuratețe standard) transmise folosind L1 sunt distribuite gratuit, gratuit, fără restricții de utilizare.
Baza sistemului GPS sunt sateliții de navigație care se deplasează în jurul Pământului de-a lungul a 6 traiectorii orbitale circulare (4 sateliți fiecare), la o altitudine de 20.180 km. Sateliții GPS orbitează Pământul la fiecare 12 ore, cântăresc aproximativ 840 kg pe orbită și măsoară 1,52 m lățime și 5,33 m lungime, inclusiv panouri solare care generează 800 de wați de putere. 24 de sateliți asigură operabilitatea 100% a sistemului de navigație GPS oriunde în lume. Numărul maxim posibil de sateliți care funcționează simultan în sistemul NAVSTAR este limitat la 37. În prezent există 32 de sateliți pe orbită, 24 principali și 8 de rezervă în caz de defecțiuni.
Constelația orbitală este monitorizată de la Master Control Station (MCS), care se află la Schriever Air Force Base, pc. Colorado, SUA. Acesta controlează sistemul de navigație GPS la scară globală. Baza Aeriană Schriever găzduiește cea de-a 50-a Forță Spațială a SUA, o unitate a Comandamentului Forțelor Aeriene.
Porțiunea de sol a sistemului GPS constă din zece stații de urmărire, care sunt situate pe insulele Kwajalein și Hawaii din Oceanul Pacific, pe Insula Ascension, pe Insula Diego Garcia din Oceanul Indian și în Colorado Springs, Cape Canaverel, PC-uri. . Florida, etc. Numărul de stații de la sol este în continuă creștere, toate stațiile de urmărire folosesc receptoare GPS pentru a urmări pasiv semnalele de navigație ale tuturor sateliților. Informațiile de la stațiile de observare sunt procesate la stația principală de control MCS și sunt utilizate pentru a actualiza efemeridele satelitului. Datele de navigație, constând din orbite prezise și corecții ale ceasului, sunt descărcate pentru fiecare satelit la fiecare 24 de ore.
Determinarea coordonatelor și navigarea GPS.
Baza ideii de a determina coordonatele unui receptor GPS este de a calcula distanța de la acesta la mai mulți sateliți, a căror locație este considerată cunoscută. Locația receptorului GPS în spațiu este determinată pe baza unui algoritm de măsurare a distanței de la punctul de observare la satelit. Gama se bazează pe calcularea distanței de la întârzierea în timp a propagării semnalului radio de la satelit la receptor. Dacă cunoașteți timpul de propagare a unui semnal radio, atunci calea pe care o parcurge poate fi calculată cu ușurință. Receptoarele funcționează în modul pasiv și își calculează coordonatele, dar asta nu înseamnă că coordonatele receptorului GPS vor fi cunoscute de oricine, în afară de proprietarul acestuia. Fiecare satelit GPS generează continuu unde radio de două frecvențe - L1=1575,42 MHz și L2=1227,60 MHz. Fiecare receptor GPS are propriul generator, care funcționează la aceeași frecvență și modulează semnalul după aceeași lege ca și generatorul de satelit. Astfel, din timpul de întârziere dintre secțiuni identice ale codului primit de la satelit și generat independent, este posibil să se calculeze timpul de propagare a semnalului și, în consecință, distanța până la satelit.
Principala problemă la calcularea distanței până la un satelit GPS este legată de sincronizarea ceasurilor de pe satelit și din receptor. Chiar și o mică eroare poate duce la o eroare uriașă în determinarea distanței. Fiecare satelit poartă la bord ceasuri atomice de înaltă precizie, care nu pot fi încorporate într-un receptor GPS convențional. Pentru a corela nealinierea în timp și pentru a evita erorile uriașe de poziționare, sistemul GPS introduce principiul redundanței pentru a determina coordonatele tridimensionale de pe suprafața Pământului. Receptorul GPS folosește semnale nu de la trei, ci de la cel puțin patru sateliți și, pe baza semnalelor auxiliare, face toate ajustările necesare pentru funcționarea ceasului său. Pe lângă semnalele de navigație, satelitul transmite continuu diverse informații de serviciu. Receptorul GPS primește, de exemplu, efemeride (date precise despre orbita satelitului), o prognoză a întârzierii propagării semnalului radio în ionosferă, precum și informații despre performanța satelitului (așa-numitul „almanah”, care conțin informații despre starea și orbitele tuturor sateliților actualizate la fiecare 12,5 minute). Aceste date sunt transmise la 50 bps pe frecvențele L1 sau L2.
Să notăm distanța până la sateliții de navigație ai sistemului GPS ca A, B și C. Să presupunem că distanța A până la un satelit este cunoscută. În acest caz, coordonatele receptorului GPS nu pot fi determinate, deoarece poate fi situat în orice punct al unei sfere cu raza A circumscrisă în jurul satelitului. Dacă se cunoaște distanța B a receptorului de al doilea satelit, atunci determinarea coordonatelor nu este, de asemenea, posibilă - obiectul este situat undeva pe un cerc (arată cu albastru), care este intersecția a două sfere. Distanța cunoscută C până la al treilea satelit reduce incertitudinea în coordonate la două puncte (indicate prin puncte roșii). Acest lucru este deja suficient pentru a determina fără ambiguitate coordonatele receptorului GPS. În ciuda faptului că avem două puncte cu coordonate, doar unul este situat pe suprafața Pământului, iar al doilea, fals, se dovedește a fi fie adânc în interiorul Pământului, fie foarte sus deasupra suprafeței sale. Astfel, teoretic, pentru navigația GPS tridimensională este suficient să cunoaștem distanțele de la receptor la trei sateliți, dar așa cum am spus deja, receptorul GPS folosește semnale nu de la trei, ci de la cel puțin patru sateliți și, pe baza semnale auxiliare, efectuează toate ajustările necesare pentru a îmbunătăți acuratețea navigației.
Dezavantajele navigației prin GPS sunt că, în anumite condiții, semnalul poate să nu ajungă la receptorul GPS, așa că este aproape imposibil să vă determinați locația exactă adânc într-un apartament din interiorul unei clădiri din beton armat, într-un subsol sau într-un tunel. Frecvența de funcționare a GPS-ului este în intervalul decimetru al undelor radio, astfel încât nivelul de recepție a semnalului de la sateliți se poate deteriora sub frunzișul dens al copacilor, în zonele cu zone urbane dense sau din cauza norilor grei, iar acest lucru va afecta precizia de poziționare. Furtunile magnetice și sursele radio de la sol pot interfera, de asemenea, cu recepția normală a semnalelor GPS. Hărțile concepute pentru navigarea prin GPS devin rapid învechite și pot să nu fie exacte, așa că trebuie să ai încredere nu numai în datele de la receptorul GPS, ci și în propriii ochi. Este de remarcat în special faptul că funcționarea sistemului global de navigație GPS este complet dependentă de Departamentul Apărării al SUA și nu se poate fi sigur că în orice moment SUA nu va activa interferența (SA - disponibilitate selectivă) sau chiar nu va opri complet. sectorul civil al GPS atât într-o anumită regiune, cât și în general vorbind. Au existat deja candidați. Din fericire, GPS-ul are o alternativă sub forma sistemelor de navigație GLONASS (Rusia) și Galileo (UE), care ar trebui să devină larg răspândite în viitor.