Система ГПС (GPS)

Система Глобального Позиционирования (GPS или Global Positioning System) является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в сутки.

Первый ГПС-спутник был запущен в феврале 1978 г. Каждый спутник весит более 900 кг и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечными батареями). Мощность радиопередатчика - не более 50 ватт. Каждый спутник передает сигналы на 3-х частотах. Гражданские ГПС-приемники используют частоту “L1”, равную 1575.42 МГц. Основы системы ГПС можно разбить на пять основных подпунктов:

. Спутниковая трилатерация - основа системы.

. Спутниковая дальнометрия - измерение расстояний до спутников.

. Точная временная привязка - зачем нужно согласовывать часы в приёмнике и на спутнике и для чего требуется 4-й космический аппарат.

. Расположение спутников - определение точного положения спутников в космосе.

. Коррекция ошибок - учёт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере.

Спутниковая трилатерация

Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Если расстояние от одного спутника известно, то вокруг него можно описать сферу заданного радиуса. Если известно расстояние до второго спутника то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности.

Рис. 2. Схема спутниковой трилатерации

Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.

Спутниковая дальнометрия

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала необходимо знать когда он покинул спутник.

Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код. Каждый спутник ГПС передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с ГПС системами.

Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние.

Рис. 3. Схема определения временной задержки спутникового сигнала

Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).

3 Точная временная привязка

Как видно из сказанного выше, вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной наносекунды. Однако это слишком дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый ГПС приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи

Инженерно-экологическая оценка эксплуатации транспортной развязки кольцевой автодороги возле пос. Горская
Инженерно-экологическая оценка эксплуатации транспортной развязки кольцевой автодороги возле пос. Горская. Представлен анализ исходного состояния окружающей среды: результаты химического ...

Синтез мономерной соли на основе метакриловой и акриловой кислоты и гуанидина
а) Получение этилата натрия. В трехгорлую колбу (объемом 2л) снабженную мешалкой и обратным холодильником, помещали необходимое количество абсолютированного этилового спирта (500 мл) и при непрер ...

Металлургические предприятия и экология
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расшири ...