Реферат: Глобальная навигационная спутниковая система - GPS

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ВВЕДЕНИЕ

<span GOST type B"">В данномреферате рассматривается ГЛОНАСС – Глобальная навигационная система, ее состави принцип действия. А так же история развития системы глобальногопозиционирования, общий принцип определения координат с помощью

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US">GPS<span GOST type B"">. <span GOST type B";mso-ansi-language: EN-US">

<span GOST type B"">Системыпозиционирования позволяют повысить производительность в полевой геофизике:камеральных, полевых и геодезических работ. Новые системы управлениятранспортом, разработанные за последние годы позволяют оператору видетьсозданный компьютером объект и обновлять информацию о нем. Это все и многоедругое принесли разработки последних лет в геодезию.

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B"; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic; mso-no-proof:yes">

<span GOST type B";text-transform: uppercase;mso-bidi-font-style:italic;mso-no-proof:yes">1. ГЛОБАЛЬНАЯ

<span GOST type B";text-transform: uppercase;mso-bidi-font-style:italic"> навигационная спутниковая система

<span GOST type B"">ГЛОбальнаяНавигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) — это сумма уникальных технологий,плод многолетнего труда российских конструкторов и ученых. Она состоит из 24спутников, которые, находясь в заданных точках на высоких орбитах, непрерывноизлучают в сторону Земли специальные навигационные сигналы. Любой человек илитранспортное средство, оснащенные специальным прибором для приема и обработкиэтих сигналов, могут с высокой точностью в любой точке Земли и околоземногопространства определить собственные координаты и скорость движения, а такжеосуществить привязку к точному времени. ГЛОНАСС является государственной системой,которая разрабатывалась как система двойного использования, предназначенная длянужд Министерства обороны и гражданских потребителей. Обязанности по управлениюи эксплуатации системы ГЛОНАСС возложены на Министерство обороны РоссийскойФедерации (Космические войска). В создании системы ГЛОНАСС принимали участие:

<span GOST type B"">Министерствообороны Российской Федерации — головной заказчик системы, обеспечивающийконтроль разработки и ее дальнейшее совершенствование, а также развертывание,поддержание и управление орбитальной группировкой ГЛОНАСС;

<span GOST type B"">Научно-производственноеобъединение прикладной механики им. академика М.Ф.Решетнева (НПО ПМ) — головнойразработчик системы, спутника ГЛОНАСС, автоматизированной системы управленияспутниками и ее математического обеспечения;

<span GOST type B"">Российскийнаучно-исследовательский институт космического приборостроения (РНИИ КП)-головной разработчик наземного комплекса управления и бортовой аппаратурыспутника ГЛОНАСС;

<span GOST type B"">Российскийинститут радионавигации и времени (РИРВ) — головной разработчик спутниковой иназемной аппаратуры системы синхронизации и времени;

<span GOST type B"">Производственноеобъединение «Полет» (ПО «Полет») — разработчик иизготовитель спутника ГЛОНАСС, а также ряд других российских научных ипроизводственных организаций.

<span GOST type B"">Первыйзапуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982года. Система ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993года распоряжением Президента Российской Федерации 658рпс с неполнойкомплектацией орбитальной структуры при условии развертывания штатнойорбитальной структуры (24 спутника) в 1995 году. Постановлением ПравительстваРФ от 7 марта 1995 г. №237 были организованы работы по полному развертываниюорбитальной структуры (24 спутника), обеспечению серийного производства навигационнойаппаратуры и представлению ГЛОНАСС в качестве элемента международной глобальнойнавигационной системы для гражданских потребителей.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">2. КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА ГЛОНАСС?

<span GOST type B""> 

<span GOST type B";mso-ansi-language: EN-US">     <span GOST type B"">Спутникисистемы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов:навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) инавигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц).Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всемпотребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, прииспользовании приемников ГЛОНАСС возможность определения:

<span GOST type B"">горизонтальных координат сточностью 50-70 м (вероятность 99,7%);

<span GOST type B"">вертикальных координат с точностью70 м (вероятность 99,7%);

<span GOST type B"">составляющих вектора скорости сточностью 15 см/с (вероятность 99,7%)

<span GOST type B"">точного времени с точностью 0,7 мкс(вероятность 99,7 %).

<span GOST type B"">Этиточности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный методнавигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

<span GOST type B"">Сигнал ВТпредназначен, в основном, для потребителей МО РФ, и его несанкционированноеиспользование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданскимпотребителям находится в стадии рассмотрения.

<span GOST type B"">Для определения пространственныхкоординат и точного времени требуется принять и обработать навигационныесигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационныхрадиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы,измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

<span GOST type B"">Одновременнос проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработкасодержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровойинформации. Цифровая информация описывает положение данного спутника впространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалывремени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того,цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) ввиде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры.Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными даннымидля решения навигационной задачи по определению координат и параметровдвижения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительномустройстве приемника, при этом используется известный метод наименьшихквадратов. В результате решения определяются три координаты местоположенияпотребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы временипотребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">3. СОСТАВ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС:

<span GOST type B"">3.1.Орбитальнаяструктура спутников ГЛОНАСС

<span GOST type B"">      Полнаяорбитальная структура системы ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, равномерноразмещенных трех орбитальных плоскостях.

<span GOST type B"">Орбитальные плоскости разнесеныотносительно друг друга на 120град.( по абсолютной долготе восходящего узла.Плоскостям присвоены номера 1,2,3 с возрастанием в направлении вращения Земли.Номинальные значения абсолютных долгот восходящих узлов идеальных плоскостей,зафиксированных на 00 часов Московского времени 1 января 1983 года, равны:

<span GOST type B"">215град15мин00сек + 120град (i — 1), где

<span GOST type B"">i- номер плоскости (i = 1,2,3)

<span GOST type B"">Номинальныерасстояния между соседними спутниками ГЛОНАСС в орбитальной плоскости поаргументу широты составляют 45град.

<span GOST type B"">Средняяскорость прецессии орбитальных плоскостей равна (- 0,00059251) радиан/сутки.

<span GOST type B"">Спутникам1-й плоскости присвоены номера 1-8, 2-й плоскости — 9-16, 3-й плоскости — 17-24, с возрастанием против направления движения спутника.

<span GOST type B"">Аргументышироты спутников с номерами j = N + 8 и j = N + 16 отличаются от аргументовшироты спутников с номерами

<span GOST type B"">j = N и j = N + 8 на +15град.,соответственно, (где N = 1...8) и составляют на 00 часов Московского времени 1января 1983 года:

<span GOST type B"">145град26мин37сек+ 15град(27 — 3j +25j*, где j = (1...24) — номер спутника;

<span GOST type B"">j* = E((j — 1)/8) — т.е. целаячасть числа (j — 1)/8.

<span GOST type B"">Другимисловами, орбитальные плоскости сдвинуты относительно друг друга по аргументушироты на 15град.

<span GOST type B"">Максимальныеуходы спутников относительно идеального положения в орбитальной плоскости непревышают 5град. на интервале 5 лет.

<span GOST type B"">Интервалповторяемости трасс движения спутников и зон радиовидимости для наземныхсредств — 17 витков (7 суток, 23 часа 27 минут 27 секунд).

<span GOST type B"">Драконическийпериод обращения спутника ГЛОНАСС — 11 часов 15 минут 44 секунды.

<span GOST type B"">Высотаорбиты — 19100 км (18840...19440 км).

<span GOST type B"">Наклонениеорбиты — 64,8 +0,3град.

<span GOST type B"">Эксцентриситет- 0 + 0,01

<span GOST type B"">Такаяконфигурация орбитальной структуры позволяет обеспечивать глобальную инепрерывную зону действия системы, а также оптимальную геометрию взаимногорасположения спутников для повышения точности определения координат.

<span GOST type B"">Выведениеспутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется с космодрома Байконур с помощьюракеты-носителя «Протон», разгонного блока 11С861-01 и СЗБ11Ф639.М0000-0-01. Одним носителем одновременно выводятся три спутника ГЛОНАСС.

<span GOST type B"">Переводкаждого спутника в заданную точку орбитальной плоскости производится с помощьюсобственной двигательной установки.

<span GOST type B"">

<span GOST type B";mso-no-proof: yes">3.2 Спутник ГЛОНАСС

<span GOST type B"">СпутникГЛОНАСС конструктивно состоит из цилиндрического гермоконтейнера с приборнымблоком, рамы антенно-фидерных устройств, приборов системы ориентации, панелейсолнечных батарей с приводами, блока двигательной установки и жалюзи системы терморегулированияс приводами. На спутнике также установлены оптические уголковые отражатели,предназначенные для калибровки радиосигналов измерительной системы с помощьюизмерений дальности до спутника в оптическом диапазоне, а также для уточнениягеодинамических параметров модели движения спутника. Конструктивно уголковыеотражатели формируются в виде блока, постоянно отслеживающего направление нацентр Земли. В состав бортовой аппаратуры входят:

<span GOST type B"">навигационный комплекс;

<span GOST type B"">комплекс управления;

<span GOST type B"">система ориентации и стабилизации;

<span GOST type B"">система коррекции;

<span GOST type B"">система терморегулирования;

<span GOST type B"">система электроснабжения.

<span GOST type B""> Навигационный комплекс обеспечиваетфункционирование спутника как элемента системы ГЛОНАСС. В состав комплексавходят: синхронизатор, формирователь навигационных радиосигналов, бортовойкомпьютер, приемник навигационной информации и передатчик навигационныхрадиосигналов.

<span GOST type B"">Синхронизатор обеспечивает выдачувысокостабильных синхрочастот на бортовую аппаратуру, формирование, хранение,коррекцию и выдачу бортовой шкалы времени.

<span GOST type B"">Формирователь навигационныхрадиосигналов обеспечивает формирование псевдослучайных фазоманипулированныхнавигационных радиосигналов содержащих дальномерный код и навигационноесообщение.

<span GOST type B""> Комплекс управления обеспечивает управление системамиспутника и контролирует правильность их функционирования. В состав комплексавходят: командно-измерительная система, блок управления бортовой аппаратурой исистема телеметрического контроля.

<span GOST type B"">Командно-измерительная системаобеспечивает измерение дальности в запросном режиме, контроль бортовой шкалывремени, управление системой по разовым командам и временным программам, записьнавигационной информации в бортовой навигационный комплекс и передачутелеметрии.

<span GOST type B"">Блок управления обеспечиваетраспределение питания на системы и приборы спутника, логическую обработку,размножение и усиление разовых команд.

<span GOST type B""> Система ориентации и стабилизации обеспечиваетуспокоение спутника после отделения от ракеты-носителя, начальную ориентациюсолнечных батарей на Солнце и продольной оси спутника на Землю, затемориентацию продольной оси спутника на центр Земли и нацеливание солнечныхбатарей на Солнце, а также стабилизацию спутника в процессе коррекции орбиты. Всистеме используются прибор на основе инфракрасного построения местнойвертикали (для ориентации на центр Земли) и прибор для ориентации на Солнце.Погрешность ориентации на центр Земли не хуже 3град., а отклонение нормали кповерхности солнечной батареи от направления на Солнце — не более 5град. Дляминимизации возмущений на движение центра масс спутника разгрузка двигателеймаховиков производится с помощью магнитопровода. В качестве исполнительногооргана при осуществлении успокоения и стабилизации спутника во время выдачиимпульса коррекции используется двигательная установка.

<span GOST type B"">Режим успокоения, в результатекоторого происходит гашение угловых скоростей, включается в зонерадиовидимости.

<span GOST type B"">В режименачальной ориентации на Солнце осуществляется разворот спутника относительнопродольной оси с помощью управляющих двигателей-маховиков до появления Солнца вполе зрения прибора ориентации на Солнце, который установлен на панелисолнечных батарей.

<span GOST type B"">Режимориентации на Землю начинается из положения ориентации на Солнце путемразворота спутника с помощью двигателей-маховиков вдоль оси, ориентированной наСолнце, до появления Земли в поле зрения прибора ориентации на центр Земли. Вштатном режиме обеспечивается ориентация оси спутника вместе с антеннами нацентр Земли с помощью управляющих двигателей-маховиков по сигналам с приборовориентации на центр Земли, ориентация солнечных батарей на Солнце путемразворота спутника вместе солнечными батареями с помощью управляющегодвигателя-маховика по одному каналу и разворотов панелей батарей относительнокорпуса спутника с помощью привода вращения солнечных батарей по другому каналупо сигналам приборов ориентации на Солнце.

<span GOST type B"">В режимеориентации перед проведением коррекции и стабилизации спутника во время выдачиимпульса коррекции отслеживание ориентации на Солнце не производится. Системакоррекции обеспечивает приведение спутника в заданное положение в плоскостиорбиты и его удержание в данных пределах по аргументу широты. Система включаетдвигательную установку и блок управления ей. Двигательная установка состоит из24 двигателей ориентации с тягой 10 г и двух двигателей коррекции с тягой 500г.

<span GOST type B""> Система терморегулирования обеспечиваетнеобходимый тепловой режим спутника. Регулирование тепла, отводимого изгермоконтейнера, осуществляется жалюзи, которые открывают или закрывают радиационнуюповерхность в зависимости от температуры газа. Отвод тепла от приборовосуществляется циркулирующим газом с помощью вентилятора.

<span GOST type B""> Система электроснабжения включает солнечныебатареи, аккумуляторные батареи, блок автоматики и стабилизации напряжения.Начальная мощность солнечных батарей — 1600 Вт, площадь — 17,5 м2.

<span GOST type B"">При прохождении спутником теневыхучастков Земли и Луны питание бортовых систем осуществляется за счетаккумуляторных батарей. Их разрядная емкость составляет 70 ампер-часов.

<span GOST type B"">Для обеспечениянадежности на спутнике устанавливаются по два или по три комплекта основныхбортовых систем.

<span GOST type B"">Таким образом, на спутник ГЛОНАССвозложено выполнение следующих функций:

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">излучение высокостабильных радионавигационныхсигналов;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">прием, хранение и передача цифровойнавигационной информации;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">формирование, оцифровка и передача сигналовточного времени;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">ретрансляция или излучение сигналов дляпроведения траекторных измерений для контроля орбиты и определения поправок кбортовой шкале времени;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">прием и обработка разовых команд;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">прием, запоминание и выполнение временныхпрограмм управления режимами функционирования спутника на орбите;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">формирование телеметрической информации осостоянии бортовой аппаратуры и передача ее для обработки и анализа наземномукомплексу управления;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">прием и выполнение кодов/команд коррекции ифазирования бортовой шкалы времени;

·<span Times New Roman"">       

<span GOST type B"">формирование и передача «признаканеисправности» при выходе выжных контролируемых параметров за пределынормы.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">Управлениеспутниками ГЛОНАСС осуществляется в автоматизированном режиме.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">3.3 Выведение спутников ГЛОНАСС в отбиту

<span GOST type B"">      Выведениеспутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется носителем тяжелого класса«ПРОТОН» с разгонным блоком с космодрома Байконур. Носительодновременно выводит три спутника ГЛОНАСС.

<span GOST type B"">Схемавыведения включает:

<span GOST type B"">выведение космической головнойчасти на промежуточную круговую орбиту с высотой ~200 км;

<span GOST type B"">переход на эллиптическую орбиту сперигеем ~200 км, апогеем ~19100 км и наклонением 64,3град.

<span GOST type B"">Переводкаждого спутника в заданную точку орбитальной плоскости проводится с помощьюспутниковой двигательной установки.

<span GOST type B"">Точностьприведения в рабочую точку орбиты:

<span GOST type B"">по периоду обращения — 0,5 с;

<span GOST type B"">по аргументу широты — 1град.;

<span GOST type B"">по эксцентриситету — ~0,01;

<span GOST type B"">по наклонению орбиты — ~0,3град.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">3.4. Наземныйкомплекс управления

<span GOST type B"">     Управление орбитальнымсегментом ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления. Он включает в себяЦентр управления системой (г. Краснознаменск, Московская область) и сетьстанций слежения и управления, рассредоточенных по территории России. Наземныйкомплекс управления осуществляет сбор, накопление и обработку траекторной ителеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу накаждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контролькачества функционирования системы в целом.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type B"">3.5. Потребителисистемы ГЛОНАСС

<span GOST type B"">Основнымиобластями применения системы ГЛОНАСС являются:

<span GOST type B"">Министерство обороны

<span GOST type B"">Транспорт

<span GOST type B"">космический

<span GOST type B"">воздушный

<span GOST type B"">морской

<span GOST type B"">речной

<span GOST type B"">наземный

<span GOST type B""> Прикладные задачи

<span GOST type B"">геодезия

<span GOST type B"">картография

<span GOST type B"">океанография

<span GOST type B"">геофизика

<span GOST type B"">землеустройство

<span GOST type B"">геология

<span GOST type B"">добыча полезных ископаемых

<span GOST type B"">рыболовство

<span GOST type B"">экология

<span GOST type B""> 

<span GOST type B"">Научныезадачи

<span GOST type B"">фундаментальные исследования

<span GOST type B"">научно-экспериментальныеисследования

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">4. СИСТЕМА

<span GOST type B";mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style: italic">GPS

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US">4.1

<span GOST type B"">История

<span GOST type B"">Как нередкобывает с высокотехнологичными проектами, инициаторами разработки и реализациисистемы GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования)стали военные. Проект спутниковой сети для определения координат в режимереального времени в любой точке земного шара был назван Navstar (Navigationsystem with timing and ranging — навигационная система определения времени идальности), тогда как аббревиатура GPS появилась позднее, когда система сталаиспользоваться не только в оборонных, но и в гражданских целях.

<span GOST type B"">Первые шагипо развертыванию навигационной сети были предприняты в середине семидесятых,коммерческая же эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась с 1995 года. Внастоящий момент в работе находятся 28 спутников, равномерно распределенных поорбитам с высотой 20350 км (для полнофункциональной работы достаточно 24спутников).

<span GOST type B"">Несколькозабегая вперед, скажу, что поистине ключевым моментом в истории GPS сталорешение президента США об отмене с 1 мая 2000 года режима так называемогоселективного доступа (SA — selective availability) — погрешности, искусственновносимой в спутниковые сигналы для неточной работы гражданских GPS-приемников.С этого момента любительский терминал может определять координаты с точностью внесколько метров (ранее погрешность составляла десятки метров)! На рис.1представлены ошибки в навигации до и после отключения режима селективногодоступа (данные U.S. Space Command).

<span GOST type B""><img src="/cache/referats/23262/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<span GOST type B"">Рисунок 1 — Ошибки в навигации до и после отключения режима селективного доступа

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">4.2Алгоритм измерения расстояния от точки наблюдения до спутника.

<span GOST type B"">Попробуемразобраться в общих чертах, как устроена система глобального позиционирования,а потом коснемся ряда пользовательских аспектов. Рассмотрение же начнем спринципа определения дальности, лежащего в основе работы космическойнавигационной системы.

<span GOST type B"">Дальнометрияоснована на вычислении расстояния по временной задержке распространениярадиосигнала от спутника к приемнику. Если знать время распространениярадиосигнала, то пройденный им путь легко вычислить, просто умножив время наскорость света.

<span GOST type B"">Каждыйспутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны двух частот — L1=1575.42МГц и L2=1227.60МГц. Мощность передатчика составляет 50 и 8 Ваттсоответственно. Навигационный сигнал представляет собой фазовоманипулированныйпсевдослучайный код PRN (Pseudo Random Number code). PRN бывает двух типов:первый, C/A-код (Coarse Acquisition code — грубый код) используется вгражданских приемниках, второй Р-код (Precision code — точный код),используется в военных целях, а также, иногда, для решения задач геодезии икартографии. Частота L1 модулируется как С/А, так и Р-кодом, частота L2существует только для передачи Р-кода. Кроме описанных, существует еще и Y-код,представляющий собой зашифрованный Р-код (в военное время система шифровкиможет меняться).

<span GOST type B"">Период повторения кода довольновелик (например, для P-кода он равен 267 дням). Каждый GPS-приемник имеет собственныйгенератор, работающий на той же частоте и модулирующий сигнал по тому жезакону, что и генератор спутника. Таким образом, по времени задержки междуодинаковыми участками кода, принятого со спутника и сгенерированногосамостоятельно, можно вычислить время распространения сигнала, а,следовательно, и расстояние до спутника.

<span GOST type B"">Одной изосновных технических сложностей описанного выше метода является синхронизациячасов на спутнике и в приемнике. Даже мизерная по обычным меркам погрешностьможет привести к огромной ошибке в определении расстояния. Каждый спутник несетна борту высокоточные атомные часы. Понятно, что устанавливать подобную штуку вкаждый приемник невозможно. Поэтому для коррекции ошибок в определениикоординат из-за погрешностей встроенных в приемник часов используется некотораяизбыточность в данных, необходимых для однозначной привязки к местности(подробней об этом чуть позже).

<span GOST type B"">Кроме самихнавигационных сигналов, спутник непрерывно передает разного рода служебнуюинформацию. Приемник получает, например, эфемериды (точные данные об орбитеспутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере (так какскорость света меняется при прохождении разных слоев атмосферы), а такжесведения о работоспособности спутника (так называемых «альманах»,содержащий обновляемые каждые 12.5 минут сведения о состоянии и орбитах всехспутников). Эти данные передаются со скоростью 50 бит/с на частотах L1 или L2.

<span GOST type B"">4.3 Общиепринципы определения координат с помощью GPS.

<span GOST type B"">Основойидеи определения координат GPS-приемника является вычисление расстояния от негодо нескольких спутников, расположение которых считается известным (эти данныесодержатся в принятом со спутника альманахе). В геодезии метод вычисленияположения объекта по измерению его удаленности от точек с заданнымикоординатами называется трилатерацией.

<span GOST type B""><img src="/cache/referats/23262/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

<span GOST type B"">Рис2.

<span GOST type B"">Еслиизвестно расстояние А до одного спутника, то координаты приемника определитьнельзя (он может находится в любой точке сферы радиусом А, описанной вокругспутника). Пусть известна удаленность В приемника от второго спутника. В этомслучае определение координат также не представляется возможным — объектнаходится где-то на окружности (она показана синим цветом на рис.2), котораяявляется пересечением двух сфер. Расстояние С до третьего спутника сокращаетнеопределенность в координатах до двух точек (обозначены двумя жирными синимиточками на рис.2). Этого уже достаточно для однозначного определения координат- дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находитсяна поверхности Земли (или в непосредственной близи от нее), а вторая, ложная,оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью.Таким образом, теоретически для трехмерной навигации достаточно знатьрасстояния от приемника до трех спутников.

<span GOST type B"">Однако вжизни все не так просто. Приведенные выше рассуждения были сделаны для случая,когда расстояния от точки наблюдения до спутников известны с абсолютнойточностью. Разумеется, как бы ни изощрялись инженеры, некоторая погрешностьвсегда имеет место (хотя бы по указанной в предыдущем разделе неточнойсинхронизации часов приемника и спутника, зависимости скорости света отсостояния атмосферы и т.п.). Поэтому для определения трехмерных координатприемника привлекаются не три, а минимум четыре спутника.

<span GOST type B"">Получивсигнал от четырех (или больше) спутников, приемник ищет точку пересечениясоответствующих сфер. Если такой точки нет, процессор приемника начинаетметодом последовательных приближений корректировать свои часы до тех пор, покане добьется пересечения всех сфер в одной точке.

<span GOST type B"">Следуетотметить, что точность определения координат связана не только с прецизионнымрасчетом расстояния от приемника до спутников, но и с величиной погрешностизадания местоположения самих спутников. Для контроля орбит и координатспутников существуют четыре наземных станции слежения, системы связи и центруправления, подконтрольные Министерству Обороны США. Станции слежения постоянноведут наблюдения за всеми спутниками системы и передают данные об их орбитах вцентр управления, где вычисляются уточнённые элементы траекторий и поправкиспутниковых часов. Указанные параметры вносятся в альманах и передаются наспутники, а те, в свою очередь, отсылают эту информацию всем работающимприемникам.

<span GOST type B"">Кроме перечисленных,существует еще масса специальных систем, увеличивающих точность навигации, — например, особые схемы обработки сигнала снижают ошибки от интерференции(взаимодействия прямого спутникового сигнала с отраженным, например, отзданий). Мы не будем углубляться в особенности функционирования этих устройств,чтобы излишне не осложнять текст.

<span GOST type B"">После отмены описанного выше режимаселективного доступа гражданские приемники «привязываются кместности» с погрешностью 3-5 метров (высота определяется с точностьюоколо 10 метров). Приведенные цифры соответствуют одновременному приему сигналас 6-8 спутников (большинство современных аппаратов имеют 12-канальный приемник,позволяющий одновременно обрабатывать информацию от 12 спутников).

<span GOST type B"">Качественноуменьшить ошибку (до нескольких сантиметров) в измерении координат позволяетрежим так называемой дифференциальной коррекции (DGPS — Differential GPS).Дифференциальный режим состоит в использовании двух приемников — одиннеподвижно находится в точке с известными координатами и называется«базовым», а второй, как и раньше, является мобильным. Данные,полученные базовым приемником, используются для коррекции информации, собраннойпередвижным аппаратом. Коррекция может осуществляться как в режиме реальноговремени, так и при «оффлайновой» обработке данных, например, накомпьютере.

<span GOST type B"">Обычно вкачестве базового используется профессиональный приемник, принадлежащийкакой-либо компании, специализирующейся на оказании услуг навигации илизанимающейся геодезией. Например, в феврале 1998 года недалеко отСанкт-Петербурга компания «НавГеоКом» установила первую в Россииназемную станцию дифференциального GPS. Мощность передатчика станции — 100 Ватт(частота 298,5 кГц), что позволяет пользоваться DGPS при удалении от станции нарасстояния до 300 км по морю и до 150 км по суше. Кроме наземных базовыхприемников, для дифференциальной коррекции GPS-данных можно использоватьспутниковую систему дифференциального сервиса компании OmniStar. Данные длякоррекции передаются с нескольких геостационарных спутников компании.

<span GOST type B"">Следуетзаметить, что основными заказчиками дифференциальной коррекции являютсягеодезические и топографические службы — для частного пользователя DGPS непредставляет интереса из-за высокой стоимости (пакет услуг OmniStar на территорииЕвропы стоит более 1500 долларов в год) и громоздкости оборудования. Да и врядли в повседневной жизни возникают ситуации, когда надо знать свои абсолютныегеографические координаты с погрешностью 10-30 см.

<span GOST type B"">В заключение части, повествующей о«теоретических» аспектах функционирования GPS, скажу, что Россия и вслучае с космической навигацией пошла своим путем и развивает собственнуюсистему ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Но из-заотсутствия должных инвестиций в настоящее время на орбите находятся лишь семьспутников из двадцати четырех, необходимых для нормального функционированиясистемы…

<span GOST type B"">4.5 Новости

<span GOST type B"">Военныеснимают ограничения на точность геоданных

<span GOST type B"">Министробороны Сергей Иванов в ходе визита в НПО «Прикладная механика» им. Решетнева(Красноярский край) пообещал снять ограничения на определение точностикоординат уже в этом году. Как сообщает РБК, он заявил о началеширокомасштабного перехода от чисто военного режима использования спутников кдвойному, подразумевающему их использование гражданскими лицами. В настоящеевремя на орбите находятся 11 спутников системы ГЛОНАСС. Вывод на орбитупоследнего, 18-го аппарата системы ГЛОНАСС планируется на конец 2006 года,говорится в сообщении.

<span GOST type B"">Вчастности, к концу 2007г. станет возможно использование системы спутниковГЛОНАСС гражданскими лицами, в 2009г. такая возможность появится и у зарубежныхпользователей, сообщил Сергей Иванов. «Нагрузка на эту спутниковую системубудет на 80% гражданской», — отметил он.

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B"">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style:italic">СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

<span GOST type B"">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">http://www.gpsgps.ru (GPS-навигаторы и эхолоты | Мировые новости)

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">http://www.gps.ru

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">http://www.ivan-susanin.ru

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">http://www.ixbt.com/mobile/gps.html (iXBT: Система GPS. Взгляд изнутрии снаружи)

<span GOST type B";mso-bidi-font-style:italic">      ГОСТ 2.301-61 ЕСКД. Форматы

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.302-61. Масштаб

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертёжные

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.105-95. Межгосударственный стандарт

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.106-68 ЕСКД. Текстовые документы

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей техническихтребований и таблиц.

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ГОСТ 2.417-81 ГСИ. Единицы физических величин

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B"; mso-ansi-language:EN-US;mso-bidi-font-style:italic">

<span GOST type B";mso-bidi-font-style: italic">ЗАКЛЮЧЕНИЕ

<span GOST type B"">В нашевремя трудно уследить за всеми новинками в навигационных технологиях. Это неможет не радовать.

<span GOST type B"">Нопрепятствием общедоступности использования

<span GOST type B";mso-ansi-language: EN-US">GPS<span GOST type B""> <span GOST type B"">приемников остаётся их немаленькаяцена, а та