Ункционирование системы gps

Каждый GPS-спутник излучает на двух частотах (L1 и L2) специальный навигационный сигнал в виде фазоманипулированной псевдослучайной последовательности. В сигнале зашифровываются два вида кода. Один из них - код С/А (coarse/acquisition, или clear/acquisition) - доступен широкому кругу гражданских потребителей. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения, поэтому называется "грубым" кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте L1 с использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательности длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/А-кода - 1 мс. Тактовая частота - 1,023 МГц.

Другой код - P (precision code), обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все; доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS. В основном P-код предоставляется военным и федеральным службам США. Этот код передается на частоте L2 с применением сверхдлинной псевдослучайной последовательности с периодом повторения 267 дней. Тактовая частота - 10,23 МГц.

Кроме этих кодов в сигнале GPS может присутствовать так называемый Y-код, являющийся шифрованной версией P-кода.

Кроме кодов С/А и P навигационный спутник регулярно передает специальное сообщение, которое содержит дополнительные сведения. Пользователь информируется о состоянии спутника и его параметрах - системном времени, эфемеридах (наборах параметров, точно описывающих орбиту движения навигационного спутника), прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности. Передача навигационного сообщения длиной 1500 бит осуществляется со скоростью 50 бит/с на частотах L1 и/или L2.

Фазовый центр антенны - это точка, в которую можно поместить одиночный излучатель сферической волны, эквивалентный рассматриваемой антенной системе в отношении фазы создаваемого поля [1]. В реальных антеннах фазовый центр обычно рассматривается в рамках ограниченных углов главного лепестка диаграммы направленности. Положение фазового центра зависит от частоты используемого сигнала, направления излучения/приема антенны, его поляризации и других факторов. Некоторые антенны не имеют фазового центра в общепринятом понимании.

В простейших случаях, например у параболической антенны, фазовый центр совпадает с фокусом параболоида и может быть определен из геометрических соображений. Однако конструктивные и технологические погрешности приводят к смещению фазового центра даже в простейших конструкциях антенн. Для этих случаев известен способ определения фазового центра антенны [2], заключающиеся в том, что измерительную антенну помещают в область двойного фокусного расстояния исследуемой параболической антенны, перемещают антенную систему в точку максимального приема отраженного сигнала, определяют координаты указанной точки и, принимая их за центр аппроксимирующей параболоид сферы, находят фокус параболоида, который рассматривается как фазовый центр исследуемой параболической антенны. Определяя направление вектора Пойнтинга поля излучения антенны, можно определить оси фазового центра, которые пересекаются в фазовом центре антенны. Для определения точки пересечения достаточно определения двух осей.

Различают «холодный», «теплый» и «горячий» старт GPS-приемника. «Холодным» стартом называется включение устройства, при котором скачивается альманах. Поскольку альманах содержит весьма приблизительные данные, то и обновляется нечасто (примерно раз в месяц). Включившись после месячного перерыва, GPS-приемник выполнит холодный старт. Эту процедуру можно также запустить, если выключенный GPS-приемник переместить на значительное расстояние — например, при перелете пользователя из России в Европу. В настоящее время продолжительность холодного старта на GPS-контроллере около 5 мин, в зависимости от условий приема. «Теплый» старт происходит, если альманах не устарел, но устарели эфемериды. В ходе этой процедуры обновляются только эфемериды. Период обновления эфемерид — от 30 мин до 6 ч (зависит от спутника). Продолжительность «теплого старта» — около 1 мин.

«Горячий старт» выполняется после кратковременного выключения GPS-приемника. Данные альманаха и эфемерид не устарели, поэтому приемник сразу «цепляется» ко всем ранее найденным спутникам.

Тонкость состоит в том, что холодный старт требует неподвижности GPS-приемника, иначе он просто не сможет загрузить альманах. В плохих условиях приема (облачная погода, ограниченный обзор неба) при движении может не состояться и теплый старт. Соответственно правильная последовательность действий, скажем, автомобилиста, вышедшего из дома утром и собирающегося в офис, выглядит так: открыть машину, подключить GPS-приемник и только потом прогревать машину, курить, стряхивать снег и ехать, т. е. приемнику необходимо дать время для закрепления связи со спутниками.

Псевдодальность это расстояние между спутником i и приемником A, получаемое при умножении значения скорости света с на измеренную по показаниям часов спутника и приемника временную задержку в распространении сигнала.

^ Тропосферные задержки сигнала. Тропосфера – самый нижний от земной поверхности слой атмосферы (до высоты 8 – 13 км). Она также обуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Величина задержки зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом. Компенсация тропосферных задержек производится путем расчета математической модели этого слоя атмосферы. Необходимые для этого коэффициенты содержатся в навигационном сообщении. Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения расстояний в 1 м.

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 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 расстояний около 5м.

Ионосфера (от ионы и греч. spháira — шар), ионизированная часть верхней атмосферы; расположена выше 50 км. Верхней границей И. является внешняя часть магнитосферы Земли. И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространений в ней радиоволн и различных возмущении (подробнее см. Плазма, Распространение радиоволн). Только благодаря И. возможен такой простой и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь.

Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м — в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате.

Аппаратура потребителя принимает от опорной станции дифференциальные поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя.

Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной станцией. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приёмнику) причинами. По экспериментальным данным, опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

Инициализация приемника GPS

При первом включении устройства eTrex приемник GPS

должен получить данные со спутников и определить

текущее местоположение. Для лучшего приема спутниковых

сигналов вы должны находиться вне помещения и обеспечить

беспрепятственный обзор неба

DOP, GDOP, Снижение точности или Геометрическое снижение точности (англ. Dilution of precision, DOP, англ. Geometric Dilution of Precision, GDOP) — термин, использующийся в области систем глобального позиционирования для параметрического описания геометрического взаиморасположения спутников относительно антенны приёмника. Когда спутники в области видимости находятся слишком близко друг к другу говорят о «слабой» геометрии расположения (высоком значении DOP), и, наоборот, при достаточной удалённости геометрию считают «сильной» (низкое значение DOP). Термин может применяться не только в спутниковом позиционировании, но и в других системах локации, включающим другие, географически разнесённые станции.

• HDOP (Horizontal Dilution of Precision) — снижение точности в горизонтальной плоскости

• VDOP (Vertical) — снижение точности в вертикальной плоскости

• PDOP (Position) — снижение точности по местоположению

• TDOP (Time) — снижение точности по времени

• GDOP (Geometric) — суммарное геометрическое снижение точности по местоположению и времени

Эти параметры являются функциями соответствующих матриц ковариации, состоящих из элементов в глобальной или локальной геодезической системе координат.

Они могут быть получены математически по положению доступных спутников (источников навигационного сигнала). Многие GPS-приёмники позволяют отображать текущее расположение всех спутников («созвездие спутников») вместе со значениями DOP.

При этом, ; и ;

Необходимо отметить, что всё вышеописанное справедливо не только для GPS-систем, но и, например, для систем электронного противодействия (англ. electronic warfare), при определении положения вражеских источников излучения, таких как помехопостановщиков или просто средств радиообмена.

RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) — Радиотехническая комиссия морских служб. Разработала протокол передачи дифференциальных поправок, который иногда обозначают той же аббревиатурой.

SBAS Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

«многоканальная система» подразумевает возможность передавать сигналы в соседних каналах одновременно. Из такого определения вытекает требование отсутствия перекрытия каналов в эфире. Рассчитаем возможное количество каналов с учетом реальных ограничений на радиоканальное оборудование. Эта технология многоканальности позволяет обеспечить системам высокий уровень помехоустойчивости, что дает высокую дальность связи в условиях городских радиопомех.

многолучёвость это наложение нескольких радиоволн в точке приёма, вызванное переотражениями от различных соизмеримых с длиной волны предметов или иных препятствий. Например, от железнодорожных перекрытий, металлических конструкций, различных проводов, труб и т.п. Переотражение радиоволн делает структуру радиополя неравномерной в пространстве, иначе говоря, в одной точке радиоволны складываются, а в другой вычитаются, при движении это приводит к сильному изменению уровня принимаемого сигнала.