Принцип работы спутниковой навигации

Принцип работы систем спутниковой навигации таков. Приемник навигационных сигналов измеряет задержку распространения сигнала от каждого из видимых спутников до приемника. Задержка сигнала, умноженная на скорость света, — это расстояние от спутника в момент излучения до приемника в момент приема. Из принятого сигнала приемник получает информацию о положении спутника.

Геометрически работу спутниковой навигационной системы можно продемонстрировать следующим образом: пользователь находится в точке пересечения нескольких сфер, центрами которых являются видимые спутники. Радиусы сфер равны дальности до каждого из спутников. Для определения широты и долготы приемнику необходимо принимать сигналы как минимум от трех спутников; прием сигнала от четвертого спутника позволяет определить и высоту объекта над поверхностью. Эти данные позволяют найти координаты пользователя, решив некоторую систему уравнений. При определении координат объекта возникают ошибки, связанные с влиянием ионосферы, температуры воздуха, атмосферного давления и влажности (каждый фактор вносит погрешность до 30 м). Эфемеридная погрешность (разница между расчетным и реальным положением спутника) составляет от 1 до 5 м; интерференция тоже вносит свой вклад. Суммарная ошибка может достигать 100 м.

Для уменьшения погрешностей используется так называемый дифференциальный режим GPS (Differential GPS). В этом режиме приемник пользователя получает поправки к своим координатам от базовой станции. Обычно поправки передаются в реальном времени по радиоканалу. В результате точность определения координат достигает 15 м. Новым классом систем относительной навигации являются системы, обеспечивающие (в реальном времени) точность местоопределения порядка 1 см. Суть технологии такова: опорная станция и приемник пользователя получают сигналы от спутников. Затем опорная станция посылает результаты измерения фазы и псевдодальности всех видимых спутников на приемник пользователя. В результате обработки на приемнике относительные координаты определяются с точностью до 1 см в реальном времени с надежностью 0,999.

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

Сравнение GNSS и DME

Самое главное отличие заключается в том, что ДМЕ пользуется запросным методом, а спутниковая навигация – беззапросным, отсюда ограничение на кол-во пользователей, у дме – 100, у жпс – ограничений нет.

В ДМЕ мы мереем разницу времени между запросом и ответом, в то время как в жпс: мы сравниваем показание своих часов с претензиционными часами спутника.

63. роль часов в спутниковой навигации, требования к точности часов

Основную роль в спутниковой навигации играют часы, требования к их точности крайне высоки, и до последнего времени были не достижимы. Это связано с тем, что любая возникающая ошибка умножается на скорость света.

Псевдодальность и минимальное количество спутников

Псевдодальность – дальность, расчитаная по разнице времени сигналов спутника и потребителя, без учета поправок к часам потребителя. (т.е. мы имеем 3 спутника)

У ЖПС количество спутников минимально 30 спутников. Для работы необходимо 3-4 спутника.

У ГЛОНАС количество спутников 24.

Структура спутниковой навигационной системы.

Космический сегмент: спутники. Наземный сегмент: космодром, командно-измерительный комплекс, центр управления – координирует функционирование всех элементов. Пользовательский сегмент: аппаратура потребителей.

Структура назменого сегмента

Космодром, командно-измерительный комплекс, центр управления – координирует функционирование всех элементов.

Назменый сегмент служит для управления и вывода на орбиту спутников.

Станции слежения, их данные собираются в центре слежения. Данные о спутниках получают запросным методом (определенная последовательность импульсов) .

Станция дифференциальных поправок – сравнивает свои координаты и спутников. Вычисляет поправки к сигналам спутников и передаёт их на борт.

Контроль координат спутников

Контроль над координатами спутников осуществляется наземным сегментом. GBAS и SBAS

Структура космического сегмента

Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Методы формирования космического сегмента

Космический сегмент формируется путем вывода на орбиту спутников, с помощью ракетоносителей. Ракета вывод спутники в определенное место, после чего им необходимо самостоятельно “добраться” до нужной им орбиты.

Методы разделения сигналов различных спутников, связь с возможностью расширения системы

Другое существенное требование — обеспечение многостанционного доступа. При определении навигационных параметров у потребителя должна быть возможность одновременного доступа к сигналам от различных спутников. Проблема многостанционного доступа решает­ся путем временного, частотного или кодового разделения сигналов, напри­мер, в спутниковой навигационной системе GPS используется кодовое разде­ление, в СРНС ГЛОНАСС - частотное.Известно, что при ортогональности сигналов и их точной синхрониза­ции методы временного, частотного и кодового разделения эквивалентны. Это объясняет использование различных способов разделения сигналов в совре­менных СРНС. Это предопределяет такое требование к приемникам СРНС, как точная синхрониза­ция сигналов.

Соотношение сигнал-шум и псевдошумовые последовательности

Идентификация навигационных сигналов осуществляется по номеру, соответствующему «псевдошумовому коду», уникального для каждого спутника.

72. принцип определения момента прихода сигнала

Навигационные сообщения

Альманах и эфемериды

Альманах: грубая картина о всей системе в целом. Каждый спутник рассказывает о всей системе.

Эфемериды: Точная картина по одному спутнику.

Альманах

Грубая картина о всей системе в целом. Каждый спутник рассказывает о всей системе.

Приблизительные данные о текущем состоянии ионосферы, с каким спутником имеем дело.

Эфемериды

Точная картина по одному спутнику.

Точные данные о параметрах орбит.

Источники погрешностей GNSS

Аппаратурная погрешность (как на борту мереем время)

Неопределенность в задержке прохождения сигнала (задерживают ионосфера и тропосфера)

Эффект многолучевости (сигнла приходит не только от спутника, но и от отражений)

Погрешность эфемерид и часов на спутнике

Ионосферные погрешности

Ионосферные задержки сигнала. Ионосфера – это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50 – 500 км, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала. Для компенсации возникающей при этом ошибки определения псевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1 и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотных измерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка. Кроме того, для частичной компенсации этой погрешности может быть использована модель коррекции, которая аналитически рассчитывается с использованием информации, содержащейся в навигационном сообщении. При этом величина остаточной немоделируемой ионосферной задержки может вызывать погрешность определения псевдодальности около 10 м. Для одночастотного (L1) приемника точность определения координат - 100м; для двухчастотного (L1, L2) приемника - 16м (вот это и есть рекламируемый параметр).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: