autodealer.ru

Яндекс цитирования

Главная страница Написать письмо

Глобальная система определения местоположения GPS была разработана Министерством обороны США для обеспечения наземных объектов по всему миру точной информацией о положении, скорости и текущем времени. GPS использует широкополосные шумоподобные сигналы (прямое расширение спектра с помощью псевдослучайных последовательностей), излучаемые группой спутников, расположенных в шести орбитальных плоскостях.
Принцип работы системы спутниковой навигации GPS

Плоскости орбит спутников наклонены на 55° по отношению к плоскости экватора. Группа состоит из 24 спутников c 12-часовым орбитами, поэтому над головой наземного пользователя спутник проходит за несколько часов. Группа спутников построена так, что в каждый момент времени из любой точки по всему миру можно наблюдать не менее четырех спутников одновременно (на практике это число обычно больше).

С помощью четырех спутников приемник GPS на земле может точно определять свои трехмерные координаты и текущее время.
 
Наземный управляющий сегмент GPS включает пять эталонных приемни­ков, практически равномерно распределенных вдоль экватора. Все спутники системы GPS непрерывно контролиру­ются хотя бы одним из эталонных приемников наземной системы управления.

Результаты измерений этих приемников используются для получения параметров орбит (эфемерид) для каждого спутника, а также для вычисления сдвига часов спутника относительно общесистемного времени. Эти сведения об эфемеридах и смещении часов загружаются на спутники для передачи конечным пользователям. Чтобы доставить полученные от наземного сегмента сведения конечному пользователю, каждый спутник непрерывно передает в эфир навигационное сообщение со скоростью 50 бит/с.
 
Каждый спутник использует свой уникальный код, поэтому все спутники могут излучать сигнал на одной частоте одновременно без применения частотного или временного уплотнения.
Для военных целей каждый спутник излучает на частотах 1227,6 и 1575,42 МГц широкополосные сигналы, сформированные на основе так называемых Р(У)-кодов, известных только авторизованным пользователям. Со сдвигом по фазе на частоте 1575,42 МГц также передаются сигналы граждан­ского назначения, сформированные на основе С/А-кодов.
Определение местоположения в системе спутниковой навигации GPS
В ближайшие 15 лет намечено запустить новые спутники, которые будут передавать новые сигналы гражданского назначения на частотах 1227,6 и 1176,45 МГц. Кроме того, новые спутники будут передавать сигналы военного назначения, модулируемые М-кодами.

Пользовательский GPS-приемник измеряет псевдорасстояние до спутника, как произведение групповой скорости распространения радиоволн на время прохождения сигнала со спутника. Псевдорасстояние включает в себя геометрическое расстояние до спутника плюс некоторую погрешность, вызванную нестабильностью часов приемника от общесистемного времени и другими факторами.
 
На каждом спутнике имеется несколько высокоточных атомных часов, которые обеспечивают стабильность времени, достаточную для того, чтобы наземный сегмент управления определял и передавал время на каждый спутник с точностью до нескольких наносекунд. Более того, данные эфемерид позволяют определить положение спутника с точностью до нескольких метров.

В то же время положение пользовательского приемника неизвестно, а часы приемника не могут быть достаточно точными, так как должны быть недорогими. Следовательно, нестабильность пользовательских часов от общесистемного времени следует считать дополнительной неизвестной и вычислять совместно с трехмерными координатами приемника.

Если приемник видит четыре спутника, он может сделать четыре измерения, а следовательно, может рассчитать все четыре неизвестных. Следует отметить, что приемник также измеряет доплеровский сдвиг частоты сигналов спутников. Эта величина позволяет напрямую рассчитывать скорость движения приемника, а так­же сдвиг частоты пользовательских часов относительно общесистемного времени GPS.

Современные приемники GPS могут анализировать данные от 6 - 12 спутников одновременно и на открытом месте при нормальных атмосферных условиях GPS позволяет пользователю определить свое местоположение с точностью до 10 метров. Два приемника могут определить свое относительное местоположение с точностью до сантиметров, а относительный сдвиг времени до нескольких наносекунд.
 
Однако на точность определения местоположения в GPS серьезно влияют следующие факторы:
  • задержки на распространение сигнала в ионосфере и тропосфере;
  • снижение точности определения местоположения в гражданских применениях посредством технологии селективного доступа ;
  • сильное затухание и многолучевое распространение радиоволн в условиях городской застройки и в помещениях.
    Для решения этих проблем применяются всевозможные методы дифференциальной коррекции данных GPS, одним из них является рекомендованный для сетей GPS метод А-GPS. Основная идея метода - развернуть наземную эталонную сеть GPS так, чтобы эталонные приемники уверенно прини­мали сигналы от видимых в районе действия спутников GPS и могли функционировать непрерывно. По запросу от наземной сети GPS передаются вспомогательные данные, которые позволяют улучшить характеристики встроенного приемника.


  • При применении метода А-GPS достигаются следующие результаты:
  • уменьшается период вхождения встроенного приемника GPS в активный режим;
  • сокращается диапазон поиска сигнала по частоте и время измерений;
  • повышается чувствительность приемника GPS, вспомо­гательные данные позволяют нормально работать в условиях, когда соотношение сигнал/шум на входе не позволяет полноценно демодулировать сигналы GPS;
  • снижается энергопотребление приемника GPS, поскольку не требуется его непрерывная работа.


  • Референсные приемники собирают навигационные сооб­щения со всех спутников, видимых в данном сегменте сотовой сети. Наиболее важная информация (прежде всего, эфемериды и временные параметры спутников) впоследствии передается на встроенные приемники СРЗ. Наличие таких сведений значительно облегчает работу мобильного приемника GPS, поскольку для самостоятельного приема этих данных мобильному приемнику GPS требуется непрерывно находиться в зоне устойчивого приема спутникового сигнала от 18 до 30 с. В то же время для определения псевдорасстояния приемнику GPS достаточно видеть спутник буквально несколько секунд.

    Кроме того, без вспомогательной информации приемнику GPS необходимо отслеживать около 12 кГц спектра для устранения доплеровского сдвига частоты, а также весь период (1023 символа) псевдослучайной последовательности, используемой для формирования широкополосного шумоподобного сигнала на спутниках. Важным показателем производительности приемника GPS является время первого определения местоположения. Для автономного приемника GPS время первого определения местоположения может составлять более 10 минут. Передавая вспомогательные данные, можно уменьшить время первого определения местоположения приемника до нескольких секунд.

    Следует заметить, что GPS не единственная глобальная спутниковая навигационная система. В России существует аналогичная система ГЛОНАСС, а в Европе разрабатывается система GALILEO.
     
    При создании раздела использованы материалы статьи журнала "Мобильные системы", номер 12, 2003 год