3. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные, их передача в виде цифровых сигналов.

Преобразование непрерывных сигналов в дискретные по амплитуде и времени сигналы (импульсно-кодовая модуляция). НВА – непрерывные по времени и амплитуде; ДАВ – дискретные по амплитуде и времени. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные по амплитуде называется АЦП. 10→0123456789, 2→01. Дискретизация сигналов по амплитуде и времени позволяет передавать сигналы с помощью двоичного кода, обладающего высокой помехоустойчивостью и обеспечивающего высокое качество передачи информационных сигналов. . Цифровой сигнал – последовательность 0 и 1.. Цифровые сигналы более помехоустойчивые.

4. Ряд Фурье для периодической последовательности импульсов и его мощность. Амплитудно-частотная (ачх) и фазо-частотная (фчх) характеристики периодической последовательности импульсов.

Ряд Фурье – спектр сигналов. τ – длительность импульса, Т – период. .U(t)=U₀+U₁cos(w₁t+φ₁)+U₂cos(2w₁t+φ₂)+U₃cos(3w₁t+φ₃)+…+U_Ncos(nw₁t+φ_N). ,n – номер гармоники, - круговая частота одной гармоники,U₀ – постоянная составляющая ряда Фурье. С увеличение номера гармоники амплитуда уменьшается. Чем больше взято членов разложения в ряд Фурье, тем ближе к идеальной форме прямоугольных импульсов будет предвычисленное значение. Ряд Фурье является аналитической формой представления периодических сигналов. ........ В_N=0. φ_N=0. . , θ – скважность., следовательно,. АЧХ – зависимость амплитуды выходного сигнала устройства от частоты входного сигнала, при постоянной амплитуде. ФЧХ – зависимость фазового сдвига между входным и выходным сигналом от частоты входного сигнала.

5. (Спектральная плотность s(w)) для непериодического сигнала. Прямое и обратное преобразование Фурье.

Ряд Фурье – спектр сигналов. . . . . . . . . При увеличении периода следования импульса Т спектр будет более плотным. Когда Т→∞, равные расстояния между спектральными линиями уменьшатся настолько, что спектр станет сплошным, а амплитуды отдельных составляющих окажутся бесконечно-малыми. При этом частота следования импульсов ..nw₁→w. . . - прямое преобразование Фурье. - обратное преобразование.S(jw) – спектральная плотность сплошного распределения амплитуд гармоничного непериодического сигнала вдоль оси частот. Спектральная плотность имеет размерность . Обратное преобразование Фурье позволяет по спектральной плотности сигнала определить его зависимость.e^-JWT=coswt-jsinwt. ...A(w) – действительная составляющая спектральной плотности, B(w) – мнимая составляющая спектральной плотности. .. φ(w) – фазовая характеристика, |S(jw)| - спектр непериодического сигнала.

sinWtdt=A(w)-jB(w)=|S(jw)e^j(w)|

6. Дискретизация сигналов по времени. Теорема Котельникова.

Дискретизация непрерывных сигналов по времени. Эта схема предназначена для преобразования непрерывного по амплитуде и по времени сигнала в дискретный по времени и непрерывный по амплитуде выходной сигнал. В этой схеме ГИ предназначен для преобразования постоянного напряжения питания в импульсное напряжение заданной формы и частоты. ЭК – электрический ключ, управляется напряжением ГИ. Преобразование дискретных сигналов по времени и непрерывных по амплитуде в непрерывные по амплитуде и по времени сигналы. Интегральная цепь RC позволяет выполнять преобразования дискретных по времени и непрерывных по амплитуде в непрерывные по амплитуде и времени сигналы. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные по амплитуде и времени сигналы (импульсно-кодовая модуляция). НВА – непрерывные по времени и амплитуде; ДАВ – дискретные по амплитуде и времени. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные по амплитуде называется АЦП. 10→0123456789, 2→01. Дискретизация сигналов по амплитуде и времени позволяет передавать сигналы с помощью двоичного кода, обладающего высокой помехоустойчивостью и обеспечивающего высокое качество передачи информационных сигналов. . Теорема Котельникова определяет дискретизацию по времени. Теорема Котельникова предназначена для того, чтобы восстановить исходный непрерывный сигнал из дискретизированного с малыми искажениями. Теорема Котельникова: произвольный сигналu(t) (w=2πf_В) может быть полностью восстановлен по последовательности своих отсчетных значений, следующих с интервалом времени.

Спутниковые системы и технологии сбора информации

7. Применение спутниковых радио навигационных систем (СРНС) в геодезии. Преимущества и недостатки спутниковых технологий. Принципы функционирования спутниковых технологий. Принципы функционирования СРНС. Структура СРНС (три подсистемы). Структура сигнала. Навигационное сообщение. Типы спутниковых приемников.

Преимущества спутниковых технологий: 1. Не требуется прямая видимость. 2. Возможно измерение расстояний длиной сотни километров с точностью несколько миллиметров. 3. Возможны круглосуточные межпогодные явления. 4. Требуется соответствующее программное обеспечение и грамотное его использование. 5. Предоставление трех пространственных координат (B, L,H), (X,Y,Z). Недостатки: невозможность получить непосредственно из измерений нормальные высоты с точностью геометрического нивелирования; трудность работы в залесенной местности. Проблемы: получение координат пунктов в местной системе, так как спутниковые технологии предоставляют координаты в общеземной системе координат, связанной с центром Масс земли, а потребителю нужно знать координаты в местной системе. Области применения спутниковых технологий: 1) развитие опорных геодезических сетей; 2) геодезические съемки разного назначения; 3) решение инженерных прикладных задач в геодезии; 4) распространение единой высокоточной шкалы времени; 5) сбор материала для ГИС; 6) кадастры в землеустройстве; 7) навигация (наземная, морская, воздушная); 8) диспетчерские службы. Направления развития спутниковых технологий: 1. Совершенствование работы самих систем и спутников. 2. Разработка теории методов GPS/ГЛОНАСС. 3. Появление специализированных служб. Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС и GPS: 1) Принцип действия (определение координат) – пространственная линейная засечка. Три сферы с радиусами ρ₁, ρ₂, ρ₃ (измеренные расстояния до ИСЗ) пересекаются в двух точках, но из двух решений выбирается одно – правдоподобное. 2) Измерение расстояния – в GPS и ГЛОНАСС реализован односторонний (беззапросный) метод измерения расстояния. Электромагнитный сигнал от спутника проходит в одном направлении. ρ=v∙τ, где v=c+Σ_{ПОПРАВОК} – скорость; τ – время прохождения электромагнитного сигнала от спутника к приемнику. Время можно измерить, если часы спутника и приемника точно синхронизированы. Синхронизация часов (автоматическая) – в лучшем случае до 10^-9 с, она даст погрешность расстояния 30 см. чтобы обеспечит миллиметровый уровень точности измерения ρ, поправка приемника ∆t – в качестве дополнительного неизвестного в системе уравнений связи координат. Вывод: При GPS-измерениях неизвестными являются три пространственных координаты и ∆t – поправка часов приемника. Чтобы определить 4 неизвестных, нужно отнаблюдать как минимум 4 спутника. 3) Структура GPS и ГЛОНАСС. И GPS, и ГЛОНАСС разделяются на 3 подсистемы: а) подсистема космических аппаратов (ПКА): «созвездие» спутников; б) подсистема контроля и управления (ПКУ): следящие станции, контрольная станция и загружающие станции; в) подсистема потребителя (ПП): разнообразные приемники и ПО. ПКА. Оборудование спутника: 1. Радиотехническая аппаратура – для передачи сигналов для измерения расстояний; передачи навигационного сообщения; приема информации от загружающих станций ПКУ; высокостабильный генератор частоты (атомные часы – водородные или цезиевые). 2. Солнечные батареи и аккумулятор. 3. Гироскопическая система ориентировки. 4. Мини - реактивные двигатели. Сигналы, посылаемые со спутника: 1) для измерения расстояний; 2) для передачи навигационного сообщения. Сигнал посылается в цифровой форме (0,1 и т.д.). Дальномерный код представляет собой псевдослучайную последовательность 0 и 1. Он формируется на спутниках и приемниках. ρ=τ∙с – расстояние, измеренное по задержке кодовой последовательности – псевдодальность; τ – сдвиг кодовой последовательности. Принцип измерения расстояния используется в кодовых приемниках. Для передачи кодовой последовательности от спутника к приемнику ее накладывают на несущую частоту. Измерение расстояний по сдвигу фазы несущей частоты выполняется в фазовых приемниках. Существует 2 класса измерений: 1. Кодовые (кодовые приемники); 2. Фазовые (фазовые приемники). Фазовая модуляция – наложение кодового сигнала на несущую частоту. Фазовая модуляция: в момент смены кода с 0 на 1 или наоборот фаза несущего сигнала изменяется на 180º. Кодовый метод – определение псевдодальности от спутника до спутникового приемника по времени прохождения этого пути кодовым сигналом. Фазовый метод – определение дальности от спутника до спутникового приемника по изменению на этом пути фазы несущей волны. Фазовым методом выполняются наиболее точные измерения. Кодовый метод используется для навигации и топографии невысокой точности: от нескольких десятков м до дцм. Псевдодальность – искаженная погрешностями дальность от объекта наблюдения до спутника, отличается от истинной дальности на величину, пропорциональную расхождению шкал времени на спутнике и в приемнике пользователя. Навигационное сообщение: 1) информация о состоянии спутника; 2) поправка часов; 3) бортовые эфемериды, позволяющие вычислить положение спутника в момент наблюдения; 4) альманах – приближенные сведения обо всех спутниках системы. Он нужен для планирования сеансов GPS-наблюдений; 5) прочее. ПКУ. GPS-технологии - орбитальный метод спутниковой геодезии. r=R+ρ, где r – геоцентрические координаты спутника (определяются); R – геоцентрические координаты станции наблюдения; ρ – измерения. Определение r – для прогноза орбит ИСЗ. На определенных станциях: R=r-ρ, где r – прогнозное положение спутника. ПКУ GPS: 1. 1 ведущая станция (Колорадо Спрингс, США) МО: сбор информации и обработка, принятие решений; 2. 5 станций слежения – по всему земному шару, автоматическое отслеживание ρ; 3. 3 загружающие станции – передача информации на борт спутников. Существуют сети слежения без функций управления. Одна из задач: уточнение эфемерид ИСЗ. ПП. 1) антенна; 2) приемник; 3) ПО; 4) прочее. Антенные устройства могут быть встроенные или внешние, двухчастотные (L1, L2) или одночастотные (L1). Для устранения влияния многопутности (многократно отраженный сигнал) используют антенны с металлическим экраном. Фазовый центр антенны – это воображаемая точка, от которой измеряется расстояние. Для исключения погрешности фазового центра антенны ориентируют в одном направлении. Следовательно, для ориентировки антенны указывается положение на север. Измерение высоты антенны – важная операция. Ошибка в высоте антенны практически не выявляется при пост-обработке. Измерение высоты дважды – до и после, в 2 системах измерениях (см и дюймах). Принудительное центрирование выполняется после измерения высоты антенны. Классификация приемных устройств. По способу слежения за сигналами: 1. Одноканальные (последовательного действия); 2. Многоканальные. По виду отлеживаемых спутников: 1) GPS; 2) GPS – ГЛОНАСС; 3) ГЛОНАСС. По видам принимаемых сигналов: 1. кодовые (С/А-код, Р-код); 2. фазовые; 3. кодово-фазовые. По количеству частот: 1) одночастотные (L1); 2) двухчастотные (L1, L2). Наблюдения на двух частотах позволяют исключить ошибку влияния ионосферы. Одночастотные дают хорошую точность только при работе в дифференциальном режиме, на коротких расстояниях (примерно 10 км). По назначению: 1. Навигационные. Точность в лучшем случае 10-15 м, обычно 50-100 м. дифференциальный метод используется при посадке самолетов. 2. Навигационно-топографические. Точность от 10 м до 10 см при расстояниях 50-500 км (дифференциальный режим). 3. Геодезические. Миллиметровая точность для 2 частот при расстояниях несколько тысяч км. Самые дорогие – фазовые двухчастотные. Для получения миллиметровой точности на длинных линиях используется высокоточный приемник, технология наблюдения, ПО и технология обработки, человек.