Питання на екзамен
.pdf55. Похибка за вплив іоносфери при ГНСС вимірах
Іоносфера – це іонізований атмосферний шар у діапазоні висот 50-500 км, що містить вільні електрони. Наявність цих електронів викликає затримку поширення сигналу супутника, яка прямо пропорційна концентрації електронів і обернено пропорційна квадрату частоти радіосигналу. Для часткової компенсації цієї похибки може бути використана модель корекції, яка аналітично розраховується з використанням інформації, що міститься в навігаційному повідомленні. Залишкова іоносферна затримка може спричинити похибку визначення псевдовіддалі близько 10 м. Для визначення числового значення іоносферної затримки потрібно знати величину – інтегральної електронної концентрації, яка становить в середньому 3·1013 ел./см3 ). Величина ТЕС може змінюватися залежно від часу доби, сезону року.
56) Космічний сегмент СИСТЕМИ GPS І Глонасс
Космічний сегмент. GPS-супутники мають приблизно колові орбіти висотою 20200 км над поверхнею Землі, тобто вони належать до класу супутників із середньою навколоземною орбітою, і мають період обертання приблизно 12 зоряних годин. Формально сузір'я складається із 24 працездатних супутників, що розгорнуті у шести рівновіддалених площинах із нахилом 55° до екватора, по чотири супутники на одну площину. Окрім цих супутників можуть працювати активні запасні супутники. За допомогою такої архітектури сузір'я супутників космічний сегмент забезпечує глобальне покриття: у будь-який момент доби у будьякому місці на висоті понад 15° над горизонтом можна одночасно спостерігати від чотирьох до восьми супутників. Якщо мінімальний кут місця зменшити до 10°, то деколи буде видно до 10 супутників, а якщо мінімальний кут місця зменшити до 5° – до 12 супутників Космічний сегмент ГЛОНАСС складається з 24 супутників в трьох орбітальних площинах. Кругові орбіти супутників з висотою 19100 км і кутом нахилу -64°. Період обертання кожного супутника становить приблизно 11 годин 15 хвилин.
56) КЛАСИФІКАЦІЯ ГНСС ПРИЙМАЧІВ
-Геодезичні
-Для задач ГІС
-Навігаційні.
Геодезичні GNSS приймачі, що використовують метод диференціальної корекції, дозволяють з сантиметровою точністю визначати просторові координати пункту, над яким розташована антена мобільного приймача (ровера).
У свою чергу сучасні приймачі геодезичного класу можна розділити на наступні групи: RTK ровери для наземних додатків, GNSS приймачі для морських додатків, базові станції і GNSS антени.
57) ДИФЕРЕНЦІЙНІ (ГЕОДЕЗИЧНІ) ГНСС ВИМІРИ
Наявність мінімум двох приймачів, вимірюються прирости координат між пунктами
Ф=ρ+c (dT-dt)+λN-dion+dтроп+dmp+e c- швидкість поширення сигналу
Т- похибка атомного годинника dt-похибка кварцового годинника λ- довжина хвилі
N- к-сть хвиль, яку вкладають у відстань від супутника до приймача dion-іоносферна затримка
dтроп-тропосферна затримка dmp-відбиття сигналів
е- похибка користувача р- геометрична відстань ф- фазові
58) КОНЦЕПЦІЯ ВИМІРЮВАННЯ П-НЯ ШСЗ ЗА ДОП. ЕФЕКТУ ДОПЛЕРА Ефект Доплера — явище за яким супутник обертається по відомій
траєкторії, передаючи сигнали на відомій частоті. До приймача доходить сигнал дещо інакшої частоти. По зсуву частот сигналів від декількох супутників вираховують розташування приймача.
|
|
1− |
|
|
ͦ |
|
||||||
= |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r= |
|
=- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
√(1− |
2 |
) |
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v*cosQ
|
|
2 |
34 |
|||
fr=fs(1- |
|
)(1 + |
|
+ |
|
… ) |
|
22 |
84 |
||||
(1- )- зміна топоцентричного радіусвектора супутника.
v- миттєвий вектор швидкості супутника.
r- топоцентричний радіусвектор супутника.
rs,rpгеоцентричні радіусвектора супутника і пункта. fsгенерована частота супутника
frчастота, яку прийме приймач.
ͦ
r- зміна радіусвектора супутника Спрощено:
fr= fs(1- |
|
1 |
|
|
) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
34 |
||
v<<c; |
∆R= |
|
+ |
|
|||||
22 |
84 |
||||||||
∆R- помилка визначення радіусвектора.
59) ТРОПОСФЕРНІ ЗАТРИМКИ СИГНАЛУ ПРИ ГНСС ВИМІРАХ
Тропосфе́ра — нижній шар атмосфери планети ( 8—13 км) . Обумовлює затримку поширення радіосигналу від супутника. Тропосферна затримка залежить в основному від метеорологічних умов (атмосферного тиску, температури повітря, вологості), а також від висоти супутника над обрієм. Компенсація тропосферних затримок враховується шляхом розрахунку математичної моделі цього шару атмосфери. Такі затримки сигналів викликають похибки вимірювань псевдовіддалей близько 1 метра.
Тропосферну затримку можна розділити на дві складові: Сухаможе бути визначена на основі метеопараметрів.
Мокра частина в напряму зеніту важко піддається моделюванню у зв’язку з неоднорідним розподілом вологості у атмосфері.
Розрахування троп. Затримки: ∆P= ∫( − 1) = 10−6 ∫ троп
n- коефіцієнт заломлення радіохвиль;троп- коефіцієнт рефракції.
60) КОНТРОЛЬНИЙ СЕГМЕНТ СИСТЕМИ GPS
Контрольний сегмент, або сегмент управління ГНСС – це комплекс наземних засобів, які забезпечують функціонування космічного сегмента, контролюють його роботу та здійснюють безпосереднє керування всією системою.
Цей сегмент в системі GPS включає контрольно-спостережувальні станції
– головну і додаткові станції безперервного спостереження за ШСЗ. Головним завданням цих станцій є спостереження за супутниками з метою визначення траєкторій ШСЗ та похибок бортових атомних годинників. Крім того, через систему управління здійснюються синхронізація годинників та оновлення даних.
В склад системи контрольних станцій GPS входять:
-головна контрольна станція;
-п'ять станцій стеження (моніторингових);
-три контрольні станції.
Місцем базування головної станції є об’єднаний космічний Центр управління на авіабазі Фалькон, Колорддо-Спрінгз (США). В цьому центрі збираються результати спостережень з усіх станцій спостережень, обчислюються уточнені орбіти навігаційних супутників та оцінюється стан кожного з них і системи в цілому.
Станції спостереження розташовані в місті Колорадо-Спрінгз та на островах Гаваї, Вознесіння, Дієго-Гарсія, Кваджалейн.
Станції обладнані цезієвими стандартами частоти і часу та Р-кодовими приймачами і можуть одночасно відслідковувати до 11 супутників. Положення станцій відоме з високою точністю в геоцентричній системі координат WGS-84. На станціях кожні півтори секунди вимірюють псевдовідстані до всіх ШСЗ NAVSTAR, коли ті проходять над горизонтом, визначають вплив атмосфери і пересилають на головну станцію згладжені, виправлені за іоносферну і тропосферну рефракції дані, усереднені за 15 хв.
Додаткові станції управління розташовані на тих же пунктах. що і станції стеження. Вони служать для передачі повідомлень на супутники. Ефемериди супутників та поправки годинників, визначені на головній станції управління, з додаткових станцій передаються на ШСЗ по радіоканалу.
Подібну структуру і функції має контрольний сегмент ГЛОНАСС, який складається з: головного наземного командного пункту (Москва); 7 командно-вимірювальних пунктів; 2квантово-оптичних вимірювальних пунктів.
Сегмент управління системою GALILЕО складаються з трьох центрів управління, п'яти станцій контролю за сузір'ям супутників, 30-ти контрольних приймальних станцій та 9 Uplink станцій для актуалізації сигналів.
Даних про сегмент управління системою Соmpas немає.
Крім того, існує ще багато приватних мереж станцій стеження. Вони не беруть участі в керуванні роботою системи, а лише визначають орбіти супутників.
61) ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРБІТ ШСЗ
За типом орбіт розрізняють системи з ШСЗ на геостаціонарній орбіті (GEO), на еліптичних (НЕО ), низькоорбітальних (LEO) і
середньовисотних (MEO) та геліосинхронні( для дистанційного опрацювання).
Геостаціонарні орбіти (GEO). Супутники на цій орбіті, рухаючись в напрямку обертання Землі з однаковою з нею швидкістю, залишаються нерухомими відносно точки на екваторі. Три ШСЗ, рівномірно розміщені на орбіті, забезпечують безперервну зв'язок практично на всій території Землі за винятком полярних зон.
Еліптичні орбіти (НЕО), на які виводяться ШСЗ, підбираються так, щоб тривалість доби була кратна періоду обігу супутника.
Середньовисокі орбіти (MEO) дозволяють охоплювати зв'язком меншу зону, ніж геостаціонарна. Тривалість перебування ШСЗ в зоні радіовидимості земних станцій 1,5-2 год. Тому для забезпечення зв'язком найбільш населених районів земної кулі і судноплавних акваторій необхідно створювати ОГ з 8-12 супутників
Низькі кругові орбіти (LEO) найчастіше застосовуються для організації мобільного та персонального зв'язку. Період обертання супутника на низьких орбітах становить від 90 хв до 2 год, час перебування ШСЗ в зоні радіовидимості не перевищує 10-15 хв.
62) ПОРІВНЯЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ TRANSIT ТА
GPS
TRANSIT – перша у світі система супутникової навігації, Працювала з використанням ефекту Доплера. Координати розраховувалися на основі прийому і виділення доплерівського зсуву частоти передавача одного з 6- 7 навігаційних космічних апаратів. При цьому останній знаходився в полі видимості протягом приблизно 40 хв.
-Супутники оберталися по відомій траєкторії на відомій частоті. До приймача ж доходив сигнал дещо інший частоти (в цьому і є суть ефекту). По зсуву частот сигналів від декількох супутників вираховувати місце розташування. Супутники дозволяли визначати місце розташування в кожній точці земної кулі кожні півтори години з точністю до 200 метрів.
6 супутників, які рухалися на низьких полярних орбітах.(200-400 км) Маса56 кг. Частоти:400;150 МГц.
-Працював не на всій території Землі.
-Супутникова система Transit проіснувала до 1996 року
Система GPS) - це радіонавігаційна супутникова система, яка складається з 24 активних і 8 резервних супутників, розміщених на 6 кругових орбітах на висоті 20 180 км над Землею, нахил орбіти становить 55 градусів, а період обертання - 12 годин. Супутники розділені по орбітах таким чином, що в будь-який момент часу мінімум 6 супутників будуть у полі зору користувача в будь-якій точці Землі. Супутники постійно передають дані про своє місцезнаходження і часу користувачам у всьому світі. На кожному супутнику є атомний годинник, які забезпечують дуже високу точність відліку часу.
63) ПОШИРЕННЯ СУПУТНИКОВО СИГНАЛУ
Сигнал із супутника передається на двох частотах l1=154*10.23 і l2=120*10.23. На частоту l1 іде моделювання: Pcodeприцензійний код, С/А codeкод низької частоти, date messageваріаційне повідомлення. За допомогою перших двох кодів вимірюється віддаль до супутника кодовим методом. Приймач і супутник одночасно генерують перших два коди. Приймач відчитує їх із сигналом супутника. На основі порівнянь визначають час проходження сигналу від супутника до приймача.
Найбільшою затримкою супутникового сигналу мають системи, що використовують на геостаціонарній орбіті. У цьому випадку затримка, зумовлена кінцівкою швидкості розповсюдження радіохвиль, складає приблизно 250 мс.На затримку супутникового сигналу також впливає атмосфера.
64. Сегмент користувачів системи GPS.
Сегмент користувачів являє собою всю множину GPS-приймачів. Приймачі мають різну будову, функції та призначення, тому їх розрізняють за різними ознаками.
Оскільки власником системи GPS є MO США, то в першу чергу приймачі поділяються на дві групи:
- PPS (Precise Positioning Service) — для точного визначення місцеположення. До цієї групи відносяться військові користувачі NATO, приймачі яких здатні приймати Y-код, позбавлений AS та SA-кодування.
-SPS (Standard Positioning Service) — для стандартного визначення місцеположення. До другої групи відносяться усі цивільні користувачі, приймачі яких приймають сигнали, кодовані функціями AS та SA.
Залежно від призначення приймачі поділяють на три групи:
-Навігаційні. Приймачі цієї групи миттєво визначають своє місцеположення. Середня квадратична похибка визначення координат навігаційними приймачами при відсутності перешкод та виключеному SA-кодуванні супутникових сигналів не перевищує 10 м, а при включеному SA-кодуванні може досягати 200-300 м.
-Геодезичні. Ці приймачі призначенні для диференційних вимірювань (одночасно вимірювання проводяться мінімум двома приймачами) і визначення приростів координат між статично закріпленими приймачами. Точність визначення приростів координат може досягати 1 мм.
-Спеціальні. Вони можуть мати різне призначення, зокрема, визначення точного часу.
Залежно від принципу вимірювання віддалей до супутника приймачі поділяються на кодові та фазові. Деякі приймачі додатково вимірюють доплерівський зсув частоти сигналу.
Кодові приймачі визначають положення опрацьовуючи інформацію, що міститься в коді, який передається супутником. Перевага таких приймачів в їх низькій вартості. Недоліком є низька точність.
Фазові приймачі визначають положення шляхом опрацювання вимірювань фази несучої хвилі, яка спостерігається впродовж деякого часу. Такі приймачі значно точніші за кодові і можуть визначати положення із субсантиметровою точністю.
Приймачі також розділяють на чотири групи за принципом вимірювання віддалей до супутника і типу сигналу, який приймається до опрацювання. Це:
-кодові приймачі;
-фазові приймачі із С/А-кодом;
-кодові приймачі із С/А та Р-кодом;
-фазові приймачі із С/А та Р-кодом.
Найчастіше цей поділ спрощують і ділять приймачі на одночастотні (приймають С/А-код), та двочастогні (приймають С/А та Р-код). GРS-приймач складається з шести головних блоків.
Антена приймає GPS-сигнали і передає їх у радіомодуль. У цьому модулі виконується підсилення сигналів та їх конвертація на низькі частоти.
Корелятор призначений для синхронізації затримки фази сигналу приймача із параметрами прийнятого радіомодулем GPS-сигналу. Сигнали всіх GPS-супутників опрацьовуються одночасно по окремих каналах. На вихід корелятора подаються дані, необхідні для пошуку і визначення супутникового сигналу, здійснення приблизних обчислень і визначення місцеположення приймача.
Модуль опрацювання даних виконує опрацювання прийнятих сигналів, оцінює параметри цього сигналу та розраховує місцеположення приймача.
Через модуль управління оператор задає відповідні режими роботи приймача, контролює процес вимірювань і їх накопичення у пам'яті приймача. Автономний блок живлення забезпечує роботу усіх блоків.
Варто зауважити, що існують приймачі, які здатні отримувати і опрацьовувати сигнали систем GPS та ГЛОНАСС одночасно. Завдяки цьому вони швидше визначають координати точок з необхідною точністю.
65. Диференційні рівняння незбуреного руху ШСЗ.
ȑ+GMr3 r = 0 ȑx+ 3 = 0 ȑy+ 3 = 0 ȑz+ 3 = 0
В результаті інтегрування цих трьох рівнянь отримуємо 6 постійних, тобто 6 орбітальних параметрів.
66. Система ГЛОНАСС.
ГЛОНАСС (Глобальна Навігаційна Супутникова Система) — радянська/російська радіонавігаційна супутникова система, розроблена на замовлення Міністерства оборони СРСР. Одна із двох функціонуючих на сьогодні глобальних систем супутникової навігації. Розгортання системи у космосі зроблено за допомогою супутників «Глонасс-К» та «Глонасс-М» (ГЛОНАСС 2-го покоління).
Основою системи є 24 супутника, що обертаються над поверхнею Землі в трьох орбітальних площинах. Координати визначаються за принципом, узятим за аналогією американської системи глобального позиціонування GPS. Як альтернатива обом системам у Європі розробляється система Галілео.
Супутники системи ГЛОНАСС стало розповсюджують (передають) радіовипромінювання двох типів: навігаційний сигнал СТ діапазону L1 (1,6 ГГц) та навігаційний сигнал високої точності ВТ діапазонів L1 и L2 (1,2 ГГц).
Супутники ГЛОНАСС знаходяться на радіальній орбіті на середній висоті 19400 км із схиленням 64,8° і періодом в 11 годин 15 хвилин. Така орбіта оптимальна для використання на високих широтах (північний і південних полярних регіонах), де сигнал GPS ловиться погано. Група супутників розгорнута в трьох орбітальних площинах, із 8 рівномірно розподіленими супутниками в кожній. Для створення глобального покриття необхідно 24 супутника, а для покриття території Росії необхідно 18 супутників. Сигнали передаються з направленістю в 38° з використанням правої кругової поляризації, із потужністю 316—500 Вт
(EIRP 25-27 dBW).
Для визначення координат приймач повинен отримувати сигнал як мінімум від чотирьох супутників і розрахувати відстань до них. При використанні трьох супутників визначення координат ускладнене через помилки, що викликані неточністю годинника приймача.