|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ GPS - так ли все просто и надежно?. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Гражданская радиосвязь GPS в переводе с английского - глобальная система местоопределения. Американская спутниковая радионавигационная система GPS предназначена для высокоточного навигационного обеспечения в глобальном масштабе всех видов вооруженных сил США и гражданских пользователей. Правительство США затратило на создание этой системы более 10 млрд долл. и продолжает тратить средства на ее дальнейшее развитие и поддержку. Разработка системы началась в 70-х годах. В 1978 г. были запущены первые спутники. В 1983 г. систему открыли для гражданского использования, а в 1991 г. были сняты ограничения на продажу приемной аппаратуры в России. Российские корабли и суда стали активно оснащаться приемоиндикаторами GPS. В первом десятилетии нового тысячелетия спутниковые системы навигации станут основными средствами местоопределения для наземных, воздушных и морских объектов. При современной технологии интегральных схем приемники GPS и ГЛОНАСС имеют малые размеры, надежны и дешевы, так что со временем их смогут приобретать туристы, автолюбители и даже грибники. Приемник, связанный с пейджером, может сообщить вам, где в данный момент гуляет ваш ребенок или где, например, находится ваш автомобиль. Причем сделано это будет с высокой точностью. С помощью приемника определяется не только местоположение движущегося объекта, но и скорость его движения, пройденное расстояние, рассчитываются расстояние и направление до намеченного пункта, время прибытия и отклонения от заданного курса. Видимо, полезно напомнить принципы действия спутниковой системы навигации. Чтобы точно определить свое местоположение на местности, традиционно пользуются геодезическими знаками или геодезическими ориентирами либо астрономическими объектами (Солнцем, звездами). В радионавигационных системах такими геодезическими знаками являются радиомаяки, местоположение которых хорошо известно. Аналогично работает спутниковая навигационная система, где вместо геодезических знаков и радиомаяков используются спутники, излучающие специальные сигналы. Текущее местоположение спутников на орбите хорошо известно. В отличие от геодезических знаков они подвижны, их период обращения вокруг Земли -12 ч. Спутники сами передают информацию о своем местоположении. Расстояние до них определяется путем измерения промежутка времени, который требуется радиосигналу, чтобы дойти от спутника до радиоприемника, и умножением его на скорость распространения электромагнитной волны. Синхронизация часов спутников (в них используются атомные эталонные генераторы частоты) и приемников обеспечивает точное измерение расстояний до спутников. Для вычисления координат места на Земле необходимо знать расстояния до спутников и местонахождение каждого из них в космическом пространстве. Спутники GPS находятся на высоких орбитах (20 000 км), и их координаты . можно прогнозировать с большой точностью. Станции слежения Министерства обороны США регулярно определяют даже самые незначительные изменения в орбитах, и эти данные передают на спутники. Измеренные расстояния до спутников называются псевдодальностями, так как в их определении присутствует некоторая неопределенность. Дело в том. что ионосфера и тропосфера Земли вызывают задержки спутниковых сигналов, внося погрешность в расчет расстояния. Есть и другие источники ошибок - в частности, вычислительные погрешности бортовых компьютеров, электрические шумы приемников, многолучевость распространения радиоволн. Неудачное взаимное расположение спутников на небосводе также может привести к соответствующему увеличению суммарной погрешности местоопределения. Для определения расстояний спутники и приемники генерируют сложные двоичные кодовые последовательности, называемые псевдослучайным кодом. Определение времени распространения сигнала осуществляется путем сравнения запаздывания псевдослучайного кода спутника по отношению к такому же коду приемника. Каждый спутник имеет определенные, свои собственные два псевдослучайных кода. Чтобы различить дальне-мерные коды и информационные сообщения разных спутников, в приемнике производится выбор соответствующих кодов. Псевдослучайные дальномерные коды и информационные сообщения спутников допускают передачу сообщений всех спутников одновременно, на одной частоте, без взаимных помех. Мощность излучения спутников мала, и взаимовлияние сигналов от спутников незначительно. Точность измерений можно повысить, если использовать дифференциальные измерения Опорная наземная станция с точно известными геодезическими координатами вычисляет разность между координатами своего приемника и ее фактическими координатами. Разность в форме поправки передается потребителям по радиоканалам для коррекции показаний приемников. Эти поправки устраняют значительную часть ошибок в измерениях расстояний и местоопределения. Расчет координат в приемоиндикаторах выполняется автоматически и предоставляется пользователю в удобной картографической форме. Глобальная система GPS включает три сегмента. Первый, космический, включает в себя 24 ИC3. вращающихся на шести орбитах, по четыре спутника на каждой, на высоте 20 200 км. Второй, наземный, состоит из комплекса наземных станций управления, кон I роля и ввода данных для коррекции навигационной информации спутников. Ведущая станция расположена в объединенном центре управления космическими системами военного назначения в г. Колорадо-Спрингс. Станции контроля постоянно измеряют параметры эфемерид спутников и через передающие станции передают корректирующую информацию на спутники для передачи потребителям. В третий сегмент входит оборудование пользователей: приемоиндикаторы сигналов спутников, по которым определяются и представляются все требуемые навигационные данные. Основной потребитель информации системы GPS - Министерство обороны США. Приемники системы GPS введены на всех боевых и транспортных самолетах и кораблях, а также в системы наведения высокоточных крылатых ракет и в системы наведения новых управляемых авиабомб США. Это означает, что американские военные могут планировать нанесение высокоточных ракетных ударов с расстояния 1000 км не только по зданиям и сооружением, но даже с точностью попадания в определенное окно. Причем эти удары могут быть нанесены с подводных лодок и с воздуха. Главные достоинства приемоиндикаторов GPS. перечисленные выше. - надежность, простота обслуживания, круглосуточная возможность место-определения и соответствие международным стандартам. Однако не все так просто и доступно, как кажется на первый взгляд. Основным параметром, характеризующим навигационную систему, является точность местоопределения. С 1983 г., как уже было сказано, система GPS открыта для гражданского применения, но уточним, не полностью. Для профессиональных гражданских приемоиндикаторов GPS, как правило, стоимостью до 5000 долл., доступен только режим С/А, так называемый сигнал свободного доступа, излучаемый спутниками на частоте 1575,42 МГц (L1), что обеспечивает точность местоопределения в пределах 100 м. На деле величина ошибок может достигать 300 м. Руководство США оставляет за собой право в любой момент уменьшить точность доступных С/А сигналов, включив так называемый режим селективного доступа. Иными словами, преднамеренно создается значительный уход спутниковых часов и меняются параметры псевдослучайного С/А кода, чем умышленно вводятся искажения в информацию о текущем местоположении спутника. Все ото приводит к значительным ошибкам в местоопределении, а по существу - к невозможности точной навигации по системе GPS, что создает предпосылки аварий и даже катастроф. Все дело в том,что такое преднамеренное искажение данных касается всех потребителей гражданского сигнала GPS. При этом введение селективного доступа обеспечивает военным пользователям приемоиндикаторами GPS нормальную работу и необходимую высокую точность. Для этого спутники на второй частоте - 1227,6 МГц (L2) - излучают военный код PY, обеспечивающий высокую точность, но он не доступен для гражданских приемников. Стоимость приемоиндикаторов с доступом к военному коду в среднем составляет 50 тыс. долл. Но и здесь американские военные предусмотрели случай, когда приемоиндикаторы с доступом к военному коду PY могут попасть к враждебным для США пользователям. Чтобы не допустить этого, вводится режим шифрования кода РY, что приведет к невозможности навигации для несанкционированных пользователей. Точность местоопределения при доступе к военному коду повышается еще из-за сравнения времени прихода сигналов на частотах L1 и L2. Прием сигналов с кодом С/А только на одной частоте такой возможности не дает. Особенность спутниковых навигационных систем состоит в том. что при выходе из строя отдельных спутников постепенно ухудшаются все ее характеристики. Тогда периодически появляются зоны и обширные районы, где точность измерений становится ниже допустимой, что может привести к серьезным происшествиям. Многие неисправности системы GPS выявляются только наземным комплексом станций. Пользователи оповещаются об этом с опозданием от 15 мин до 4 ч. Одно подобное событие происходит примерно раз в четыре месяца. Российские пользователи GPS, как правило, лишены возможности своевременно получать информацию о таких сбоях. При более детальном изучении особенностей системы GPS оказалось, что используемая ею для расчетов геоцентрическая система координат WGS-84 ориентирована, прежде всего, на западных потребителей. В России для точного картографирования создана своя координатная система ПЗ-90. которая не совпадает с WGS-84. так как основаны они на разных моделях эллипсоида Земли. Следовательно, одни и те же геодезические широты и долготы одной точки на местности могут отличаться. Другими словами, при определении места на российской карте с использованием приемников GPS неизбежны дополнительные ошибки из-за различия в системах координат. К сожалению, в современном мире экономическое и информационное противоборство стало нормальным явлением. Вместе с тем в новых экономических условиях, когда многие американские товары и услуги хлынули на рынок, перед нашими потребителями открылась возможность пользоваться и услугами системы GPS. Американцы поспешили "застолбить" свой товар во всех возможных случаях его применения Хочешь - не хочешь, а при плавании, скажем, в североамериканских водах и регионах союзников США изволь пользоваться системой GPS. Владельцы судовых приемоиндикаторов этой системы могут оказаться заложниками американских военных в любой точке земного шара и в любой момент времени. Кроме того, даже при плавании в прибрежных морях России с помощью GPS можно сесть на мель из-за несовпадения геоцентрических систем координат. Детальное изучение создавшейся ситуации показало, что точность системы GPS, в частности, в Северной Америке основана на огромном количестве поправок для различных городов и пунктов США. которые, как правило, заранее введены в электронную память GPS приемников. Для территории же России таких поправок в этих приемниках нет. Ввиду всего вышеизложенного использование на территории России только системы GPS ведет к нарушению интересов ее национальной безопасности. С 1982 г. в нашей стране были начаты работы по созданию отечественной глобальной навигационной спутниковой системы - ГЛОНАСС, которая действует примерно на аналогичных принципах, что и GPS, и обеспечивает возможность гражданского использования. Уже в сентябре 1993 г. эта система официально была принята в эксплуатацию, а в 1995 г. развернута в полном составе спутников. Главная отличительная особенность российской системы ГЛОНАСС - в режиме гражданского применения с ее помощью достигается точность местоопределения. близкая к точности, которую обеспечивают GPS приемники, использующие военный код PY Кроме того, приемники ГЛОНАСС работают как в системе координат GPS WGS-84, так и в российском ПЗ-90. В 1996 г. правительство Российской Федерации предоставило систему ГЛОНАСС в качестве одной из составляющих всемирной навигационной системы. Российские заводы выпустили ряд навигационных приборов системы ГЛОНАСС: "Бриз", "Репер". "Шкипер", "Гном-М", "Лидер", "Голиаф". Причем эти приемоиндикаторы представляют собой совмещенный вариант ГЛОHACC/GPS. Рынок такой аппаратуры в России пока еще только начинает складываться. С учетом отмеченных особенностей системы GPS отечественная аппаратура может оказать серьезную конкуренцию почти шестидесяти иностранным фирмам, поставляющим широкую номенклатуру GPS приемоиндикаторов на российский рынок. Тем более, что Международная морская организация (IMO) в том же 1996 г. одобрила ГЛОНАСС и GPS только в качестве компонентов всемирной радионавигационной системы и рекомендовала использовать их в совмещенном режиме. Отечественные приемоиндикаторы. как правило, совмещены по этим двум системам и имеют дифференциальный режим, благодаря чему обладают преимуществом в сравнении с несовмещенными GPS приемниками иностранного производства. Российским пользователям следует серьезно взвесить все "за" и "против", прежде чем приобретать импортную аппаратуру. Для примера приводим типовые характеристики совмещенных навигационных приемоиндикаторов ГЛОHACC/GPS московского КБ "Корунд". Приемоиндикаторы рассчитаны на прием сигналов систем ГЛОНАСС и GPS (С/А-код) одновременно от 14 спутников. Среднеквадратическая ошибка местоопределения составляет 10 м, высоты - 15 м при благоприятном расположении спутников ГЛОНАСС (у приемоиндикаторов GPS - 30 м и 60 м соответственно). Точность определения коор динат в дифференциальном режиме - 1 ...3 м, высоты - 1,5...4 м. Погрешность измерения скорости - 0,1 м/с. Используются системы координат ПЗ-90, СК-95, СК-42, WGS-84. Имеется интерфейс RS-232 для связи с системами управления и обработки информации. Габариты - 180x195x70 мм, масса - от одного до двух килограмм. Российские предприятия-производители совмещенных приемоиндикаторов глобальных спутниковых систем вступили в сложную рыночную борьбу с зарубожными фирмами, выпускающими аналогичную по назначению аппаратуру. Есть все основания надеяться, что изделия, создаваемые отечественными специалистами, окажутся вполне конкурентоспособными с зарубежными приемоиндикаторами. Автор: В.Курышев, г.Североморск Мурманской обл.
Искусственная кожа для эмуляции прикосновений
15.04.2024 Кошачий унитаз Petgugu Global
15.04.2024 Привлекательность заботливых мужчин
14.04.2024
▪ Механизм компенсации органов чувств ▪ Компактный стабилизатор для смартфонов DJI Osmo Mobile 3 ▪ Аккумулятор диаметром 3,5 мм для носимой электроники ▪ Разгадан феномен женского чутья
▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей ▪ статья Никола Тесла. Знаменитые афоризмы ▪ статья Почему самураи не служат в японской полиции? Подробный ответ ▪ статья Экскурсовод. Должностная инструкция ▪ статья Однокаскадный усилитель 3Ч. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Загадки про день и ночь, время, часы
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники:
All languages of this page