Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Загрузка...

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Лекция 12 Спутниковая навигационная система

Спутниковая навигационная система - это радионавигационная система, в которой роль опорных радионавигационных точек (РНТ) выполняют навигационные искусственные спутники Земли (НИСЗ), несущие навигационную аппаратуру.

В 60-х годах были созданы СНС первого поколения "Цикада" (СССР) и "Транзит" (США), с конца 60-х годов создаются СНС второго поколения: Global Positioning System (GPS) "Navstar" (США), Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС (СССР). К началу 90-х годов было объявлено о предоставлении обеих систем для международного использования в интересах гражданских потребителей, и были опубликованы их основные характеристики в интерфейсных контрольных документах обеих систем.

Навигационные определения стали непрерывными и глобальными, возможными в любое время и в любой точке Земли и околоземного пространства. СНС второго поколения обеспечивают практически мгновенную выдачу определяемых параметров. В США использование на воздушных судах спутниковых навигационных систем регламентировано соответствующими федеральными актами. Так, в 1995 г. Федеральное авиационное управление (FAA) приняло постановление об использовании этого бортового средства в качестве основного на трансокеанских маршрутах и над безориентирной местностью.

В нашей стране на самолетах и вертолетах появилось значительное количество спутниковых приемоиндикаторов различных фирм. Наибольшее распространение получили приборы фирм Trimble Navigation Ltd, (Flightmate, TNL-1000/1000DC, TNL-2000A/ 2000T/2000Approach), Bendix King (KLN-90/ 90A/90B, KLN-89), Garmin (GPS-95, GPSMAP-195, GPS-100, GPS-155, GPS-165), IIMorrow (Apollo-920, Precedus).

Спутниковые радионавигационные системы включают в себя три подсистемы: космических аппаратов, контроля и управления и подсистему потребителей.

Подсистема космических аппаратов (ПКА) - это совокупность навигационных спутников, движущихся по определенным орбитам, излучающих навигационные сигналы и передающих значительный объем служебной информации. Основные параметры спутниковых группировок систем GPS и ГЛОНАСС приведены в табл.2.3.

Подсистема контроля и управления (ПКУ) - это совокупность наземных средств, служащая для сбора информации от навигационных спутников, ее обработки и передачи информационных сообщений на борт НИСЗ для коррекции их работы.

Подсистема потребителей включает все многообразие типов спутниковой навигационной аппаратуры, используемой в различных целях.

Принцип работы СНС заключается в измерении времени распространения сигнала от i-го спутника до потребителя и вычислении дальностей rmi (называемых псевдодальностями) до спутников:



; (2.9)

,

где - время, затрачиваемое на прохождение пространства между спутником и потребителем; - сдвиг временной школы приемника относительно временной системной шкалы; с - скорость распространения электромагнитных колебаний.

 

Таблица 2.3. Основные параметры спутниковых группировок систем GPS и ГЛОНАСС

Система Число Наклон орбит,° Период обращения Высота орбит, км
общее спутников орбитальных плоскостей спутников в плоскости
GPS "ГЛОНАСС" 55,2 64,8 11 ч 57 мин 11 ч 15 мин 20 180 19 100

 

Псевдодальность определяется координатами спутника и пользователя, погрешностью часов пользователя и другими погрешностями измерений:

 

εi, (2.10)

 

где - точное значение дальности спутника;

xsi, ysi, zsi и x,y,z- координаты соответственно спутника и пользователя; εi - погрешности измерения дальности, обусловленные погрешностями координат i-го спутника, влиянием условий распространения сигнала и другими причинами.

Имея не менее четырех измерений псевдодальностей (2.10), можно определить координаты пользователя x,y,z и сдвиг временной шкалы приемника. Координаты спутников xsi, ysi, zsi вычисляют для любого требуемого момента времени, используя их эфемериды. Эфемериды - это точно рассчитанные наземным командно-измерительным комплексом и переданные на борт спутника для хранения и передачи в составе навигационного сигнала данные, характеризующие положение спутника на фиксирование моменты времени.

Измерение доплеровских сдвигов частоты несущей позволяет определять радиальные составляющие скорости спутников относительно потребителя:

 

εi; (2.11)

 

, ,

 

где - погрешность определения радиальной скорости, обусловленная сдвигом частоты опорного генератора приемника ; εi - прочие погрешности измерений скорости; - измеренный доплеровский сдвиг частоты несущей; λn- номинальное значение длины волны несущей.

Из этих уравнений определяются скорости , , и .

Для формирования навигационного сигнала спутника высокочастотная несущая подвергается фазовой манипуляции навигационным кодом, который является суммой дальномерного кода и кода двоичной служебной информации, необходимой для обеспечения работы системы (рис.2.11).

Рис.2.11.Пример фазоманипулированного сигнала Рис.2.12. Измерение времени распространения сигнала

Частота несущей определяется возможностью прохождения сигнала через атмосферу Земли и принятыми международными соглашениями об использовании радиочастот. В соответствии с этим в системе GPS для канала открытого доступа принята частота несущей L2 =1575,42 МГц, а для закрытого (военного) канала частота несущей L2 = 1227,6 МГц. В системе GPS принято кодовое разделение сигналов спутников. Каждый из них излучает только ему присущий навигационный код.

В системе ГЛОНАСС использован частотный принцип разделения сигналов; предусмотрены две частотные полосы - открытая и закрытая (i = 1, 2), и каждый j- й спутник излучает сигналы на своих двух частотах:

,

где fij - номиналы литерных частот; fi0- первая литерная частота (f10= 1602 МГц, f20 = 1246 МГц); - интервал между литерными частотами (=0,5625 МГц, =0,4375 МГц); j= 0, 1, 2 ..., 24 – номера литеров.

Весь передаваемый объем данных группируется в кадры. В одном кадре передастся вся информация о данном спутнике и часть всего альманаха (относительно грубые данные о параметрах орбит спутников) системы. По этой причине для сбора полного альманаха требуется прием нескольких кадров, совокупность которых по существу образует один суперкадр, длительность которого составляет 12,5 мин для системы GPS и 2,5 мин для ГЛОНАСС. Этим объясняется продолжительность времени для первоначального местоопределения (когда в памяти приемника отсутствует альманах).

Точностные характеристики системы GPS приведены в табл.2.4. Погрешности системы ГЛОНАСС сопоставимы с погрешностями системы GPS при выключенном режиме S/A (ограничение доступности).

Погрешности определения навигационных параметров зависят от геометрических свойств системы спутники - приемник и характеризуются геометрическим фактором. Различают несколько видов геометрических факторов, определяющих коэффициенты ухудшения точности DOP (Dilution Of Precision) измерения: горизонтальных координат HDOP, высоты VDOP; пространственного местоположения PDOP, времени TDOP и суммарный GDOP. Все геометрические факторы можно определить через отношение соответствующих средних квадратических погрешностей:

 

; ;

; ;

,

 

где - среднее квадратическое отклонение (СКО) определения горизонтальных координат - широты φ и долготы λ; σв, σt- СКО определения высоты и времени; - СКО определения пространственного местоположения объекта; - СКО определения четырехмерного пространственно-временного вектора местоположения; - СКО измерения дальностей по n используемым спутникам; σd i- СКО измерения дальности i-го спутника.

Существенное повышение точности навигационных определений обеспечивается при использовании дифференциального режима измерений. Дифференциальный режим работы СНС позволяет потребителям не только снижать погрешности местоопределения до нескольких метров, но и контролировать доступность сигналов спутников и целостность системы. Благодари повышению точности и надежности СНС в дифференциальном режиме ее можно использовать при заходах на посадку по всем категориям сложности, вплоть до категории CAT III.

Для реализации дифференциального режима СНС дополняется дифференциальной подсистемой. Она состоит из контрольно-корректирующей станции (ККС), добавленной к наземному сегменту СНС и размещенной в бортовой части специального устройства приема и обработки дифференциальных поправок для спутникового приемника. В основе дифференциального режима определения координат лежит формирование разности отсчетов бортового и наземного приемников. При этом большая часть пространственно-коррелированных погрешностей компенсируется. Поскольку ККС могут обеспечить требуемую точность коррекции в ограниченной области, то для реализации дифференциального метода на обширных территориях должны быть размещены несколько таких станций.

 

Таблица 2.4. Погрешности GPS и дифференциального режима DGPS

Источники погрешностей определения псевдодальностей С/А код S/А вкл. С/А код S/А выкл. Р-код Дифф. GPS
Погрешности часов спутника Погрешности эфемерид Ионосферные задержки Тропосферные задержки " Шум" схемы приемника Многолучевость сигналов Ограниченный доступ к S/А Суммарная погрешность определения псевдодальностей Средний горизонтальный геометрический фактор HDOP Средняя погрешность определения координат, 95% Средний вертикальный геометрический фактор VDOP Средняя погрешность определения высоты, 95% 0,5 1,5 1,5 2,2 0,5 1,5 1,5 2,2 0,3 1,5 2,2 0,5 1,5 1,6 1,5 2,2
Примечание: 1.Погрешности псевдодальностей приведены для значения 1σ (СКО) 2.Все значения даны в м.

 

Применение спутниковой аппаратуры гражданскими потребителями позволит за счет повышения точности и надежности навигационно-временного обеспечения повысить безопасность и уменьшить стоимость эксплуатации воздушных, морских, наземных и космических ЛА. Для воздушных ЛА глобальность действия систем ГЛОНАСС и GPS позволят улучшить зональную и общую навигацию ЛА, увеличить плотность воздушного движения, уменьшить перегруженность основных аэропортов и лучше использовать запасные аэродромы. При наличии соответствующих каналов связи СНС могут быть применены для предупреждения столкновений и управления воздушным движением.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| Лекция 12 Спутниковая навигационная система

Дата добавления: 2013-12-14; Просмотров: 310; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.198.106.21
Генерация страницы за: 2.633 сек.