Методы постановки системы GPS

В основе работы системы GPS лежит:

спутниковая трилатерация (на ней базируется работа системы);

спутниковая дальнометрия (измерение расстояний до спутников);

точная временная привязка (высокоточная синхронизация отсчета времени в системе спутники-приемники);

точное положение спутников в космосе;

коррекция ошибок, вносимых задержкой радиосигнала спутника в ионосфере и тропосфере.

Спутниковая трилатерация предполагает, что точные координаты любой точки на поверхности Земли могут быть вычислены путем измерений расстояний от группы спутников, если их положение в космосе известно.

Используя Систему Глобального Позиционирования ( GPS процесс используется для определения координат в любой точке мира), следующие два значения определяют точку на Земле:

1.Первое - точное расположение( координаты долготы, широты и высоты) обеспечивается в диапазоне от 20 м до приблизительно 1 мм.

2.Прецизионное время (UTC), его точность лежит в диапазоне от 60 нс до примерно 5 нс.

Скорость и направление движения можно получить из этих координат. Значения координат и времени определяются посредством 28 спутников Земли.

GPS приемники используются для позиционирования, навигации, наблюдения и определения времени как частными лицами ( любителями горных лыж, воздушных шаров и т.д.), так и компаниями (для наблюдения, определения времени, контроля передвижения и т.д.).

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника, умноженным на скорость света.

Рис. 4.1.1 Основная функция GPS.

Для того чтобы определить время распространения сигнала, нам необходимо знать, когда он был передан со спутника. Для этого на спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый псевдослучайный код. Каждый спутник системы GPS передает два радиосигнала: на частоте L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц.

Рис.4.1.2 Схема модуляции сигналов системы GPS

Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), Р-код и С/А-код. «Точный», или Р-код, может быть зашифрован для военных целей. «Грубый», или С/А-код, не зашифрован. Сигнал частоты L2 модулируется только с Р-кодом. Как видно из вышесказанного, вычисления напрямую зависят от точности хода часов на спутниках и в приемниках. Код должен генерироваться на спутнике и в приемнике строго в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы, имеющие точность около одной наносекунды. Однако это решение является слишком дорогим, чтобы использовать его в приемниках GPS. Поэтому для устранения ошибок хода часов приемника используются результаты измерения сигналов от четвертого спутника. Их можно использовать для устранения ошибок, которые возникают, если часы на спутнике и в приемнике не синхронизированы. На основании информации, получаемой со спутников, процессор GPS-приемника производит расчет собственных координат. В качестве исходных данных используются заранее известные координаты спутников GPS.

Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, являются трудноустранимыми. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако на практике все обстоит гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу и тропосферу, скорость его распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерении дальности. В современных GPS-приемниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек. Иногда возникают ошибки хода атомных часов и отклонения орбит спутников, но они обычно незначительны и тщательно отслеживаются станциями слежения. Многолучевая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, расположенных на земной поверхности, что создает заметную интерференцию с сигналами, приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок.

агрегат трактор безопасность