Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Спутниковые геодезические определения координат точек






Система глобального позиционирования NAVSTAR GPS (NAVigation

Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) или просто GPS

является спутниковой радионавигационной системой (СРНС) космического базирования, разработанной по заказу Министерства обороны США

для обеспечения вооруженных сил средствами непрерывного действия

по определению их положения, скорости и времени в общеземной системе координат в любой точке на или около земной поверхности. Система

является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения пользователем точных координат, скоростей и времени в непрерывном режиме 24 ч в сутки. В настоящее время система открыта и для гражданских пользователей.

Для достижения таких важных качеств, как непрерывность и высокая точность определений, в составе любой современной СРНС функционируют три подсистемы:

• сеть навигационных спутников (космический сегмент);

• наземный командно-измерительный комплекс (сегмент управления);

• аппаратура потребителей (сегмент потребителей).

Основной операцией, выполняемой в СРНС, является определение пространственных координат местоположения потребителей и времени. В рамках такой организации СРНС выбран способ определения

местоположения потребителей на основе безопасных (пассивных) даль-

номерных измерений по сигналам нескольких навигационных спутников с известными координатами, что дало возможность работать с системой неограниченному количеству пользователей одновременно.

Наиболее важными понятиями, объясняющими принципы работы системы GPS, являются следующие.__

 

Спутниковая трилатерация – принцип получения координат объекта по измерениям со спутников, координаты которых известны.

Точные координаты аппаратуры пользователя (далее – приемника)

могут быть вычислены по изменениям расстояний от группы спутников

(если их положение в космосе известно). В этом случае спутники можно

рассматривать как пункты с известными координатами. Зная расстояние

до трех спутников с известными координатами, можно вычислить координаты определяемой точки.

Спутниковая дальнометрия – принцип измерения расстояний

до спутников.

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени

прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника,

умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала, необходимо знать, когда он покинул спутник.

Точная временная привязка – согласование показаний часов приемника и бортовых часов спутника.

Точность вычисления координат напрямую зависит от точности

хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и в приемнике

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 GPS-приемник, поэтому измерения от четвертого спутника используются для устранения ошибок

хода часов приемника.

Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают, если часы на спутнике и в приемнике не синхронизированы.

Расположение спутников – определение точных координат спутников в пространстве.

Система NAVSTAR GPS состоит из 24 спутников, находящихся

на круговых орбитах радиусом 20 200 км с орбитальным периодом

в 12 ч. В шести различных плоскостях, имеющих наклон к экватору

в 55 градусов, расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения стабильности орбитального движения спутников

и уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы. Такая кон-

фигурация позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие

земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем, т. е. созвездие из 24 спутников, находящихся на такой высоте, га-__

 

рантирует, что по крайней мере 4 спутника будут видны одновременно в

любой точке земной поверхности.

Министерство обороны США осуществляет непрерывное слежение

за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы

с собственным уникальным кодом. МО США имеет четыре станции

слежения за спутниками, три станции связи и центр, осуществляющий

контроль и управление за всем наземным сегментом системы. Станции

слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные

в центр управления. В центре управления вычисляются уточненные элементы спутниковых шкал времени, после чего эти данные передаются

по каналам станций связи на спутники по крайней мере один раз в сутки.

Коррекция ошибок – учет ошибок, вносимых тропосферной

и ионосферной задержками.

Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, являются трудноустранимыми. Основными являются ошибки, вызванные

ионосферной и тропосферной задержками, многолучевостью и нестабильностью часов. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Одна-

ко в реальности все гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой

заряженных частиц на высоте 130–290 км) и тропосферу, его скорость

распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерении

дальности. В современных GPS-приемниках используют всевозможные

алгоритмы устранения этих задержек. Использование передачи спутниками навигационных сигналов на двух частотах позволяет исключить ошибку, вызванную ионосферной задержкой. Для исключения

ошибки, вызванной тропосферной задержкой, требуется построение

модели тропосферы для учебы и исключения этой ошибки.

Погрешности частично-временного обеспечения возникают вследствие несовершенства синхронизации бортовых шкал времени спутников,

а также бортовых эталонов шкал времени и эталонов частоты потребите-

лей. Эти погрешности могут приводить к серьезным ошибкам в определении дальности. Так, например, ошибка бортовой шкалы времени в 1 мс

приводит к эквивалентной ошибке определения дальности в 300 км.

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.

Раньше существовал еще один источник ошибок – это «Избирательный Доступ», искусственное снижение точности спутникового сиг-

нала, вводимое МО США. Это приводило к тому, что точность полученных координат с помощью GPS снижалась до 100 м. Однако 1 мая

2000 года по решению президента США «Избирательный Доступ» был

отключен. Кроме того, его можно отключить, применяя технику дифференциальной коррекции.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.