Принцип работы спутниковых систем навигации

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Измерение расстояния происходит при помощи сравнения времени отправки сигнала (хранящегося в передаваемом пакете с временем приема пакета).

Таблица положений всех спутников называется альманахом. Для выполнения измерений, спутниковый приемник должен содержать в своей памяти эту таблицу. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел (прошло не более 2-х дней) – мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных математических вычислений и геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить текущее положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. Д [5].

Рисунок 2 – Принцип работы спутниковых систем навигации

Технические параметры систем GPS и ГЛОНАСС

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию системы спутниковой навигации, представленные в табл. 1.

К основным системам спутниковой навигации, как наиболее развернутым, относятся системы GPS и ГЛОНАСС. Обе системы имеют двойное назначение – военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства (США для GPSи России для ГЛОНАСС). В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован (в системе NAVSTAR это ограничение было отменено только в мае 2000 года и в любой момент может быть восстановлено).

Спутники GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19100 км. Номинальное количество спутников в обеих системах – 24. Группировка GPS полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В настоящий момент идёт её активное восстановление. До конца 2009 года планируется запуск необходимого до штатного функционирования навигационных спутников.

Таблица 1 – Системы спутниковой навигации

Название	Страна	Этап	Использование за пределами страны
NAVSTAR GPS	США	Эксплуатация	да
ГЛОНАСС	Россия	Повторное развёртывание спутниковой группировки	да
Бэйдоу	Китай	Разработка	нет
Galileo	Европейская система	Создание спутниковой группировки	да
IRNSS	Индия	Разработка	нет

Рисунок 3 – Космический сегмент спутников ГЛОНАСС и GPS

Обе системы используют сигналы на основе так называемых «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.

В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 – только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).

Данные, передаваемые со спутника, помимо основной информации, содержат также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В состав дополнительной информации входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Из этого можно сделать вывод, что старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка одной минуты) — это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах – так называемый «холодный старт». «Холодном старт» обычно происходит при первом включении приёмника, либо если приемник долгое время (более 2-х дней) не использовался.

Дата добавления: 2015-05-09