Студопедия

КАТЕГОРИИ:


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

Читайте также:
  1. C) оценка эффективности поиска в различных поисковых системах
  2. II. ОБОНЯТЕЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА
  3. II. Система субъектов предупреждения безнадзорности и правонарушений несовершеннолетних.
  4. III. Безотметочная система.
  5. IV. ЗРИТЕЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА
  6. VI. ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА
  7. VII. НОЦИЦЕПТИВНАЯ (БОЛЕВАЯ) СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА
  8. А.1.2. Система стратегического управления
  9. Автоматизированная система гармоничного менеджмента (АСГМ)
  10. Автоматическая информационная (идентификационная) система.
  11. Автономна нервова система та синдроми її ураження
  12. Административно-территориальное устройство России и местное самоуправление XVIII в. Судебная система и полицейские органы в XVIII в.

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: 332; 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: 54.225.26.154
Генерация страницы за: 0.008 сек.