1.10. Диференціальний режим супутникових систем

Супутникові навігаційні системи дозволяють споживачеві отримати

координати з точністю порядка 10…15 м. Проте для багатьох завдань, особливо для

навігації в містах, потрібна велика точність. Один з основних методів підвищення

точності визначення місцезнаходження об'єкту заснований на застосуванні відомого в

радіонавігації принципу диференціальних навігаційних вимірювань.

Диференціальний режим DGPS (Differential GPS) дозволяє встановити

координати з точністю до 3 м в динамічній навігаційній обстановці і до 1 м - в

стаціонарних умовах. Диференціальний режим реалізується за допомогою

контрольного GPS-приемника, що називається опорною станцією. Вона

розташовується в пункті з відомими координатами, в тому ж районі, що і основний

GPS-приймач. Порівнюючи відомі координати (отримані в результаті прецизійної

24

геодезичної зйомки) із заміряними, опорна станція обчислює поправки, які

передаються споживачам по радіоканалу в заздалегідь обумовленому форматі.

Апаратура споживача приймає від опорної станції диференціальні поправки і

враховує їх при визначенні місцезнаходження споживача. Результати, отримані за

допомогою диференціального методу, в значній мірі залежать від відстані між

об'єктом і опорною станцією. Застосування цього методу найефективніше, коли

переважаючими є систематичні помилки, обумовлені зовнішніми (по відношенню до

приймача) причинами. За експериментальними даними, опорну станцію

рекомендується розташовувати не далі 500 км від об'єкту.

В даний час існують безліч широкозонних, регіональних і локальних

диференціальних систем.

Як широкозонні варто відзначити такі системи, як американська WAAS,

європейська EGNOS і японська MSAS. Ці системи використовують геостаціонарні

супутники для передачі поправок всім споживачам, що знаходяться в зоні їх

покриття.

1.11. Апаратура споживачів систем

Навігаційний приймач призначений для визначення просторових координат,

вектора швидкості, поточного часу і інших навігаційних параметрів, отриманих в

результаті прийому і обробки радіосигналів від навігаційних супутників.

На вхід приймача поступають радіосигнали від супутників, що знаходяться в

зоні радіовидимості споживача. Оскільки для вирішення навігаційного завдання

необхідно заміряти псевдодальність і псевдошвидкість відносно мінімум 4-х

супутників, то навігаційні приймачі доцільно будувати багатоканального виконання

(4-12 каналів в звичайних і 20–48 каналів в 2-частотних суміщених приймачах).

Сучасні навігаційні приймачі є аналого-цифровими системами. Перехід на

цифрову обробку здійснюється на одній з проміжних частот, при цьому має місце

тенденція до її підвищення. Збільшення проміжної частоти для системи ГЛОНАСС

обумовлене бажанням розробників перенести розділення по різних каналах в цифрову

частину. На Рис. 1.9 представлена функціональна схема навігаційного приймача

ГЛОНАСС/GPS.

Рисунок 1.9 - Функціональна схема навігаційного приймача ГЛОНАСС/GPS

Як правило, типовий приймач сигналів систем ГЛОНАСС/GPS складається з

чотирьох функціональних частин: антенної системи; радіочастотній частині;

цифрового блоку кореляційної обробки; навігаційного процесора.

В якості антени зазвичай використовується мікроплоска антена, що володіє

малою масою і габаритними розмірами і простотою виготовлення. Мікроплоска

25

антена складається з двох паралельних провідних шарів, розділених діелектриком.

Нижній провідний шар є заземленою площиною, а верхній - випромінювачем антени.

Форма випромінювача може бути прямокутником, еліпсоїдом, п'ятикутником і т. д.

Мікроплоска антена забезпечує всенаправлений прийом сигналів. Типові

характеристики антени (для робочого діапазону частот 1570…1625 МГц):

- забезпечення роботи в тракті з хвилевим опором 50 Ом;

- коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ) - не більше 2;

- коефіцієнт еліпсної антени в зеніті не менше 3,5;

-мінімальне значення коефіцієнта посилення щодо ізотропного випромінювача

з круговою поляризацією – 5…8 дБ.

У антені може бути встановлений попередній підсилювач. Він потрібний для

посилення сигналу до такого рівня, щоб при передачі по кабелю (20–40 м) до входу в

радіочастотну частину приймача сигнал був достатньо могутнім. Попередній

підсилювач забезпечує в робочому діапазоні частот коефіцієнт посилення

Кп ~ 30–40 дБ і коефіцієнт шуму Кш = 2,5.

У даній схемі вхідний сигнал, що складається з сигналів GPS і GLONASS,

поступає на вхід суміщеної антени. Вхідний сигнал GPS (GLONASS) лежить в

діапазоні 1570,0…1616 МГц (Рис. 10). Після цього сигнали фільтруються смуговим

фільтром і посилюються антенним підсилювачем. Далі сигнал поступає в

радіочастотну частину приймача, де він фільтрується, посилюється і

гетеродинірується першим гетеродином. В результаті першого гетеродинування

отримують суму сигналів GPS (GLONASS), що лежать в діапазоні 39 (GPS) і

71…85 МГц (GLONASS). Далі за допомогою смугового фільтру GPS і GLONASS

сума сигналів розділяється на два тракти. У першому тракті виділяємо GPS-сигнал за

допомогою смугового фільтру. Сигнал в другому тракті пропускають через фільтр

верхніх частот, щоб відрізувати всі гармоніки вище 90 МГц (дзеркальна перешкода).

Далі сигнал в другому тракті піддають гетеродинуванню 121,44 МГц. Спектр

вхідного сигналу 39…85 МГц переноситься в діапазон 82,44 МГц (GPS) і

50,44…36,44 МГц (GLONASS), тобто спектр сигналу "перевертається". Далі за

допомогою полосового фільтру виділяють GLONASS-сигнал.

Рисунок 1.10 - Спектри сигналів ГЛОНАСС/GPS

Далі сигнал в обох трактах GPS і GLONASS гетеродинують другий раз

частотою 34,98 МГц. У першому тракті отримуємо GPS-сигнал на частоті 4 МГц, в

другому тракті отримуємо сукупність всіх сигналів ГЛОНАСС, спектр якої складає

15,46…1,46 МГц. Кожен сигнал в обох трактах дискретизує частотою 34,98 МГц,

квантується за допомогою дворівневого квантователя і відсилається в корелятор.

26

1.12. Ознайомлення з роботою систем супутникової навігації та

мониторингу транспорту GPS і ГЛОНАСС на прикладі програми Автоскан-

GPS / ГЛОНАСС.

Супутникове стеження займає особливу нішу і користується все

зростаючим попитом у транспортних компаній, які усвідомлюють необхідність

контролю водіїв, щоб ті не відхилялися від маршруту. Можливості сучасних

систем супутникового моніторингу транспорту на цьому не обмежуються, а,

навпаки, розширюються.

Система стеження за транспортом є електронними приладами, з

датчиками, що підключаються до них, які встановлюється на кожну одиницю

ТЗ. Система використовує GSM-модем для обміну даними і систему GPS-

навигації для визначення координат. Спостерігати за рухом ТЗ можна з

комп'ютера, що має доступ в Інтернет.

Пристрій стеження працює в режимі реального часу із застосуванням

режиму «чорний ящик». За відсутності GSM зв'язку дані зберігаються в пам'яті

приладу. Пам'ять «чорного ящика» працює автономно протягом 2-6 місяців.

Після появи GSM сигналу система GPS моніторингу автоматично передає дані

на телематичний сервер.

Для того, щоб обмежити доступ до програми і виключити можливість

зміни деяких настройок в системі моніторингу транспорту «Автоскан» існує 4

рівні доступу користувача до різних функцій. Ніякі сторонні не можуть

втручатися, крім довірених вам осіб. Варто відзначити також, що залежність

системи від людського чинника мінімальна.

Системи GPS / ГЛОНАСС застосовуються у автотранспортних компаніях

і АТП.

Особливостями функціонування систем Автоскан-GPS / ГЛОНАСС є:

- відстежування місцеположення автомобіля On-Line;

- проглядання треків за будь-який період;

- пробіг і витрата палива;

- швидкісний режим;

- контроль заправок і зливів палива;

- формування статистичних звітів;

- незалежна пам'ять на 2-6 місяця роботи;

- будь-яка кількість обслуговуваних автомобілів;

- швидкість і зручність проглядання даних;

- растрові і векторні карти;

- нанесення власних об'єктів і геозон на карту;

- тривожна кнопка; друк графічних звітів;

- SMS сповіщення про прибуття на об'єкт;

- експорт звітів в MS Exсel і 1С;

- контроль додаткового устаткування;

- призначений для користувача сервер;

- безкоштовне програмне забезпечення;

- адресний пошук; адресний шар для звітів;

- гучний зв'язок з водієм;

27

- устаткування працює з WEB інтерфейсом Wialon.

Порядок виконання роботи

1.1. З'ясувати суть та принципи роботи систем супутникової навігації.

1.1. З'ясувати суть та принципи роботи систем супутникової навігації.

1.2. Ознайомитися з функціонуванням системи ГЛОНАСС, її

обладнанням, характеристиками та особливостями використання.

1.3. Ознайомитися з функціонуванням системи GPS, її обладнанням,

характеристиками та особливостями використання.

1.4. Ознайомитися із структурою і функціями навігаційних радіосигналів

та повідомлень системи ГЛОНАСС.

1.5. Ознайомитися із структурою і функціями навігаційних радіосигналів

та повідомлень системи GPS.

1.6. За допомогою наведеної інформації розібратися з визначенням

координат споживача та розглянути алгоритми прийому і вимірювання

параметрів супутникових радіонавігаційних сигналів.

1.7. Розглянути можливості диференціального режиму супутникових

систем.

1.8. Ознайомитися із структурою і функціями апаратури споживачів

(приймачів) систем.

1.9. Ознайомитися з роботою систем супутникової навігації та

мониторингу транспорту GPS і ГЛОНАСС на прикладі програми Автоскан-GPS

/ ГЛОНАСС.

1.9.1 Закачати на коп’ютер демо-версію програми Автоскан-GPS /

ГЛОНАСС за вказаним інтернет-джерелом.

1.9.2 Запустити пакет з робочого столу комп’ютеру.

1.9.3 Познайомитися з головним меню, по черзі відкриваючи підменю. У

кожному підменю продивитися список команд та опцій.

1.9.4 Вивчити призначення кожної кнопки піктографічного меню.

1.10. Зробити відповідні висновки.

1.11. Самостійно відповісти на контрольні питання.

28

Варіанти індивідуальних завдань

№ варіанту

Пункти основних

завдань до виконання

№ варіанту

Пункти основних

завдань до виконання

1 1.1, 1.2, 1.4, 1.9 16 1.1, 1.5, 1.8, 1.9

2 1.1, 1.3, 1.5, 1.9 17 1.1, 1.5, 1.7, 1.9

3 1.1, 1.6, 1.8, 1.9 18 1.1, 1.3, 1.8, 1.9

4 1.1, 1.2, 1.7, 1.9 19 1.1, 1.2, 1.6, 1.9

5 1.1, 1.3, 1.6, 1.9 20 1.1, 1.2, 1.8, 1.9

6 1.1, 1.4, 1.8, 1.9 21 1.1, 1.4, 1.7, 1.9

7 1.1, 1.5, 1.6, 1.9 22 1.1, 1.2, 1.4, 1.9

8 1.1, 1.6, 1.7, 1.9 23 1.1, 1.3, 1.6,1. 9

9 1.1, 1.2, 1.3, 1.9 24 1.1, 1.4, 1.6, 1.9

10 1.1, 1.4, 1.5, 1.9 25 1.1, 1.3, 1.5, 1.9

11 1.1, 1.7, 1.8, 1.9 26 1.1, 1.2, 1.7, 1.9

12 1.1, 1.3, 1.4, 1.9 27 1.1, 1.4, 1.8, 1.9

13 1.1, 1.2, 1.5, 1.9 28 1.1, 1.3, 1.4, 1.9

14 1.1, 1.3, 1.7, 1.9 29 1.1, 1.2, 1.3, 1.9

15 1.1, 1.4, 1.8, 1.9 30 1.1, 1.7, 1.8, 1.9

Оформлення звіту

В звіті навести номер, назву і мету лабораторної роботи, дані про

призначення, будову та режими роботи конкретної інформаційної системи

згідно варіанту завдань, порядок виконання роботи і висновки.

Контрольні питання

1. Розкрити сутність та принципи роботи систем супутникової навігації та

моніторингу автомобільного транспорту.

2. Які основні функції системи ГЛОНАСС, її обладнання, характеристики

та особливості використання?

3. Які основні функції системи GPS, її обладнання, характеристики та

особливості використання?

4. Яка структура і основні функції навігаційних радіосигналів та

повідомлень системи ГЛОНАСС?

5. Яка структура і основні функції навігаційних радіосигналів та

повідомлень системи GPS?

6. Як визначити координати споживача?

7. Як здійснюється вимірювання параметрів супутникових

радіонавігаційних сигналів?

8. Сутність диференціального режиму супутникових систем.

9. Структура і функції апаратури споживачів (приймачів) систем GPS /

ГЛОНАСС.

10. Призначення та особливості функціонування програми Автоскан-GPS

/ ГЛОНАСС.

Рекомендована література: [7-12, 16, 21, 26, 28]