|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ GPS - чи так все просто і надійно? Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Цивільний радіозв'язок GPS у перекладі з англійської - глобальна система визначення місцезнаходження. Американська супутникова радіонавігаційна система GPS призначена для високоточного навігаційного забезпечення у глобальному масштабі всіх видів збройних сил США та цивільних користувачів. Уряд США витратив на створення цієї системи понад 10 млрд дол. і продовжує витрачати кошти на її подальший розвиток та підтримку. Розробка системи розпочалася у 70-х роках. У 1978 р. було запущено перші супутники. У 1983 р. систему відкрили для цивільного використання, а 1991 р. було знято обмеження на продаж приймальної апаратури в Росії. Російські кораблі та судна стали активно оснащуватися прийомоіндикаторами GPS. У першому десятилітті нового тисячоліття супутникові системи навігації стануть основними засобами визначення місця для наземних, повітряних і морських об'єктів. За сучасної технології інтегральних схем приймачі GPS та ГЛОНАСС мають малі розміри, надійні та дешеві, так що згодом їх зможуть купувати туристи, автолюбителі та навіть грибники. Приймач, пов'язаний з пейджером, може повідомити вам, де зараз гуляє ваша дитина або де, наприклад, знаходиться ваш автомобіль. Причому це буде з високою точністю. За допомогою приймача визначається не тільки місце розташування об'єкта, що рухається, але і швидкість його руху, пройдена відстань, розраховуються відстань і напрямок до наміченого пункту, час прибуття та відхилення від заданого курсу. Очевидно, корисно нагадати принципи дії супутникової системи навігації. Щоб точно визначити своє місце розташування на місцевості, традиційно користуються геодезичними знаками або геодезичними орієнтирами або астрономічними об'єктами (Сонцем, зірками). У радіонавігаційних системах такими геодезичними знаками є радіомаяки, розташування яких добре відоме. Аналогічно працює супутникова навігаційна система, де замість геодезичних знаків та радіомаяків використовуються супутники, що випромінюють спеціальні сигнали. Поточне розташування супутників на орбіті добре відомо. На відміну від геодезичних знаків вони рухливі, період звернення навколо Землі -12 год. Супутники самі передають інформацію про своє місцезнаходження. Відстань до них визначається шляхом вимірювання проміжку часу, який потрібно радіосигналу, щоб дійти від супутника до радіоприймача, та множенням його на швидкість поширення електромагнітної хвилі. Синхронізація годинника супутників (у них використовуються атомні еталонні генератори частоти) і приймачів забезпечує точне вимірювання відстаней до супутників. Для обчислення координат місця Землі необхідно знати відстані до супутників і місцезнаходження кожного їх у космічному просторі. Супутники GPS знаходяться на високих орбітах (20 000 км) та їх координати. можна прогнозувати з великою точністю. Станції стеження Міністерства оборони США регулярно визначають навіть найменші зміни в орбітах, і ці дані передають на супутники. Виміряні відстані до супутників називаються псевдодальностями, тому що в їх визначенні є певна невизначеність. Справа в тому. що іоносфера і тропосфера Землі викликають затримки супутникових сигналів, вносячи похибку до розрахунку відстані. Є й інші джерела помилок - зокрема, обчислювальні похибки бортових комп'ютерів, електричні шуми приймачів, багатопроменевість поширення радіохвиль. Невдале взаємне розташування супутників на небі також може призвести до відповідного збільшення сумарної похибки місцевизначення. Для визначення відстаней супутники та приймачі генерують складні двійкові кодові послідовності, які називають псевдовипадковим кодом. Визначення часу поширення сигналу здійснюється шляхом порівняння запізнення псевдовипадкового коду супутника по відношенню до такого ж коду приймача. Кожен супутник має певні, свої власні два псевдовипадкові коди. Щоб розрізнити далекомірні коди та інформаційні повідомлення різних супутників, у приймачі проводиться вибір відповідних кодів. Псевдовипадкові далекомірні коди та інформаційні повідомлення супутників допускають передачу повідомлень всіх супутників одночасно, на одній частоті, без взаємних перешкод. Потужність випромінювання супутників мала, і взаємовплив сигналів від супутників незначний. Точність вимірів можна підвищити, якщо використовувати диференціальні виміри Опорна наземна станція з точно відомими геодезичними координатами обчислює різницю між координатами свого приймача та її фактичними координатами. Різниця у формі виправлення передається споживачам по радіоканалах для корекції показань приймачів. Ці поправки усувають значну частину помилок у вимірах відстаней та визначення місця розташування. Розрахунок координат у прийомоіндикаторах виконується автоматично та надається користувачеві у зручній картографічній формі. Глобальна система GPS включає три сегменти. Перший, космічний, включає 24 ІC3. що обертаються на шести орбітах, по чотири супутники на кожній, на висоті 20 200 км. Другий, наземний, складається з комплексу наземних станцій управління, кон I роль і введення даних для корекції навігаційної інформації супутників. Провідна станція розташована в об'єднаному центрі управління космічними системами військового призначення у Колорадо-Спрінгс. Станції контролю постійно вимірюють параметри ефемерид супутників і через станції передають передають коригуючу інформацію на супутники для передачі споживачам. У третій сегмент входить обладнання користувачів: прийомоіндикатори сигналів супутників, якими визначаються і надаються всі необхідні навігаційні дані. Основний споживач інформації системи GPS – Міністерство оборони США. Приймачі системи GPS введені на всіх бойових і транспортних літаках і кораблях, а також системи наведення високоточних крилатих ракет і системи наведення нових керованих авіабомб США. Це означає, що американські військові можуть планувати нанесення високоточних ракетних ударів з відстані 1000 км. Причому ці удари можуть бути завдані з підводних човнів та повітря. Головні переваги прийомоіндикаторів GPS. перелічені вище. - надійність, простота обслуговування, цілодобова можливість місця визначення та відповідність міжнародним стандартам. Однак не все так просто і доступно, як здається на перший погляд. Основним параметром, що характеризує навігаційну систему, є точність визначення місця розташування. З 1983 р., як було зазначено, система GPS відкрита для цивільного застосування, але уточнимо, в повному обсязі. Для професійних цивільних прийомоіндикаторів GPS, як правило, вартістю до 5000 дол., доступний тільки режим С/А, так званий сигнал вільного доступу, що випромінюється супутниками на частоті 1575,42 МГц (L1), що забезпечує точність визначення місця в межах 100 м. справі величина помилок може досягати 300 м. Керівництво США залишає за собою право будь-якої миті зменшити точність доступних С/А сигналів, включивши так званий режим селективного доступу. Іншими словами, навмисно створюється значний догляд супутникового годинника і змінюються параметри псевдовипадкового С/А коду, чим навмисне вводяться спотворення в інформацію про поточне розташування супутника. Все ото призводить до значних помилок у місцевизначенні, а по суті - до неможливості точної навігації по системі GPS, що створює передумови аварій і катастроф. Справа в тому, що таке навмисне спотворення даних стосується всіх споживачів цивільного сигналу GPS. При цьому введення селективного доступу забезпечує військовим користувачам прийомоіндикаторами GPS нормальну роботу та необхідну високу точність. Для цього супутники на другій частоті – 1227,6 МГц (L2) – випромінюють військовий код PY, що забезпечує високу точність, але він не доступний для цивільних приймачів. Вартість прийомоіндикаторів з доступом до військового коду в середньому становить 50 тис. дол. Але й тут американські військові передбачили випадок, коли прийомоіндикатори з доступом до військового коду PY можуть потрапити до ворожих для США користувачів. Щоб запобігти цьому, вводиться режим шифрування коду РY, що призведе до неможливості навігації для несанкціонованих користувачів. Точність визначення при доступі до військового коду підвищується ще через порівняння часу приходу сигналів на частотах L1 і L2. Прийом сигналів із кодом С/А лише з однієї частоті такої можливості не дає. Особливість супутникових навігаційних систем у тому. що з виході з ладу окремих супутників поступово погіршуються її характеристики. Тоді періодично з'являються зони та великі райони, де точність вимірювань стає нижчою за допустиму, що може призвести до серйозних подій. Багато несправностей системи GPS виявляються лише наземним комплексом станцій. Користувачі сповіщаються про це із запізненням від 15 хв до 4 год. Одна подібна подія відбувається приблизно раз на чотири місяці. Російські користувачі GPS зазвичай позбавлені можливості своєчасно отримувати інформацію про такі збої. При більш детальному вивченні особливостей системи GPS виявилося, що геоцентрична система координат WGS-84, яка нею використовується для розрахунків, орієнтована, перш за все, на західних споживачів. У Росії її для точного картографування створено свою координатну систему ПЗ-90. яка не збігається із WGS-84. оскільки вони засновані на різних моделях еліпсоїда Землі. Отже, одні й самі геодезичні широти і довготи однієї точки біля можуть відрізнятися. Іншими словами, щодо місця на російській карті з використанням приймачів GPS неминучі додаткові помилки через відмінності в системах координат. На жаль, у сучасному світі економічне та інформаційне протиборство стало нормальним явищем. Водночас у нових економічних умовах, коли багато американських товарів та послуг ринули на ринок, перед нашими споживачами відкрилася можливість користуватися і послугами системи GPS. Американці поспішили "застовбити" свій товар у всіх можливих випадках його застосування Хочеш - не хочеш, а при плаванні, скажімо, у північноамериканських водах та регіонах союзників США мимоволі користуватися системою GPS. Власники суднових прийомоіндикаторів цієї системи можуть виявитися заручниками американських військових у будь-якій точці земної кулі та у будь-який момент часу. Крім того, навіть при плаванні в прибережних морях Росії за допомогою GPS можна сісти на мілину через розбіжність геоцентричних систем координат. Детальне вивчення ситуації показало, що точність системи GPS, зокрема, у Північній Америці заснована на величезній кількості поправок для різних міст та пунктів США. які зазвичай заздалегідь введені в електронну пам'ять GPS приймачів. Для території Росії таких поправок у цих приймачах немає. Зважаючи на все вищевикладене використання на території Росії лише системи GPS веде до порушення інтересів її національної безпеки. З 1982 р. в нашій країні було розпочато роботи зі створення вітчизняної глобальної навігаційної супутникової системи - ГЛОНАСС, яка діє приблизно на аналогічних принципах, що і GPS, та забезпечує можливість цивільного використання. Вже у вересні 1993 р. цю систему офіційно було прийнято в експлуатацію, а 1995 р. розгорнуто у складі супутників. Головна відмінна риса російської системи ГЛОНАСС - у режимі цивільного застосування з її допомогою досягається точність визначення. Крім того, приймачі ГЛОНАСС працюють як в системі координат GPS WGS-84, так і в російському ПЗ-90. У 1996 р. уряд Російської Федерації надав систему ГЛОНАСС як одну зі складових всесвітньої навігаційної системи. Російські заводи випустили низку навігаційних приладів системи ГЛОНАСС: Бриз, Репер. "Шкіпер", "Гном-М", "Лідер", "Голіаф". Причому ці прийомоіндикатори є суміщеним варіантом ГЛОHACC/GPS. Ринок такої апаратури в Росії поки що тільки починає складатися. З урахуванням зазначених особливостей системи GPS вітчизняна апаратура може серйозну конкуренцію майже шістдесяти іноземним фірмам, що поставляють широку номенклатуру GPS прийомоіндикаторів на російський ринок. Тим більше, що Міжнародна морська організація (IMO) у тому ж 1996 р. схвалила ГЛОНАСС та GPS лише як компоненти всесвітньої радіонавігаційної системи та рекомендувала використовувати їх у сполученому режимі. Вітчизняні прийомоіндикатори. як правило, поєднані за цими двома системами і мають диференціальний режим, завдяки чому мають перевагу в порівнянні з несумісними GPS приймачами іноземного виробництва. Російським користувачам слід серйозно зважити всі "за" та "проти", перш ніж купувати імпортну апаратуру. Для прикладу наводимо типові характеристики суміщених навігаційних прийомоіндикаторів ГЛОHACC/GPS московського КБ "Корунд". Приймачі індикатори розраховані на прийом сигналів систем ГЛОНАСС і GPS (С/А-код) одночасно від 14 супутників. Середньоквадратична помилка визначення місцезнаходження становить 10 м, висоти - 15 м при сприятливому розташуванні супутників ГЛОНАСС (у прийомоіндикаторів GPS - 30 м і 60 м відповідно). Точність визначення координат в диференціальному режимі - 1...3 м, висоти - 1,5...4 м. Похибка вимірювання швидкості - 0,1 м/с. Використовуються системи координат ПЗ-90, СК-95, СК-42, WGS-84. Є інтерфейс RS-232 для зв'язку із системами управління та обробки інформації. Габарити – 180x195x70 мм, маса – від одного до двох кілограм. Російські підприємства-виробники суміщених прийомоіндикаторів глобальних супутникових систем вступили у складну ринкову боротьбу із зарубіжними фірмами, що випускають аналогічну за призначенням апаратуру. Є всі підстави сподіватися, що вироби, створювані вітчизняними фахівцями, виявляться цілком конкурентоспроможними із зарубіжними індикаторами. Автор: В.Куришев, м.Сєвероморськ Мурманської обл.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Монітор IR3720 із технологією контролю потужності ▪ Торгові автомати нададуть безкоштовний Wi-Fi. ▪ Чотирьохдверний холодильник Haier Haier 518L ▪ Відеореєстратор Parkcity DVR HD 450 із двома камерами Full HD
▪ Розділ сайту Зарядні пристрої, акумулятори, батарейки. Добірка статей ▪ стаття Скляний рогач для перенесення. Поради домашньому майстру ▪ стаття Чи миють єноти свою їжу? Детальна відповідь ▪ стаття Інженер-технолог. Посадова інструкція ▪ стаття Конструкція та характеристики динаміків. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page