Визначення місцезнаходження МТА та характеристика похибок в іоносфері

 

Вступ

1. Загальні відомості

2. Визначення місцезнаходження МТА

3. Характеристика похибок в іоносфері

Висновок

Список використаних джерел

 

 

Стрімкий розвиток технологій в останні десятиліття призвело до появи нових навігаційних систем. Протягом багатьох століть термін «навігація» означав сукупність вказаних значень. У наш час поняття навігації придбало наступний характер: «навігація» – розділ науки про способи проведення аграрних машино-тракторних агрегатів (МТА) та морських, повітряних суден з однієї точки простору в іншу.

Це завдання вирішується методами і приладами аграрної, морехідної, повітряної і космічної навігації, які дозволяють визначити місцеположення і орієнтацію рухомого об'єкта щодо прийнятої системи координат, величину і напрям швидкості руху, напрямок і відстань до місця призначення і т. д.

До завдань навігації також належить визначення оптимального маршруту руху, під яким розуміється вимога забезпечення максимальної безпеки та економічності виведення об'єкта в задану точку простору у визначений момент часу з установленою точністю.

 

 

GPS, Система глобального позиціонування (англ.  Global Positioning System) – сукупність радіоелектронних засобів, що дозволяє визначати положення та швидкість руху об'єкта на поверхні Землі або в атмосфері. Положення об'єкту обчислюється на ньому завдяки використанню GPS-приймача, який приймає та обробляє сигнали супутників космічного сегменту GPS системи глобального позиціонування. Для визначення точних параметрів орбіт супутників та керування, GPS система в своєму складі має наземні центри управління.

Коли мова йде про GPS, частіше за все мається на увазі система NAVSTAR, розроблена на замовлення військового відомства – Управління Оборони США, але на даний час існують або розробляються також інші системи глобального позиціонування (ГЛОНАСС, Galileo та інші).

 

 

Основою системи є 24 супутники NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging), що працюють в єдиній мережі, які знаходяться на шести різних кругових орбітах розташованих під кутом 60 ° один до одного таким чином, щоб з будь-якої точки земної поверхні було видно від чотирьох до дванадцяти таких супутників. На кожній орбіті знаходиться по 4 супутники, висота орбіт приблизно дорівнює 20200 км, а період обертання кожного супутника навколо землі дорівнює 12 годин.

 

Рис. 1 Сузір’я супутників

 

Принцип дії супутникових систем навігації полягає на вимірюванні відстані від антени на об'єкті (координати якого необхідно отримати) до супутників, положення яких в поточний проміжок часу відомо з великою точністю. Таблиця положень усіх супутників має назву альманах, який повинен бути у кожному супутниковому приймачі до початку вимірювань. Як правило, приймач зберігає альманах в пам'яті з часу останнього вимикання і, якщо він не застарів, миттєво використовує його. Кожний супутник передає в своєму сигналі весь альманах. Таким способом, образом, знаючи відстані до декількох супутників системи, за допомогою звичайних геометричних побудов, на основі альманаху, можна вирахувати положення об'єкту в просторі. Метод вимірювання відстані від супутника до антени приймача базується на визначеності швидкості поширення радіохвиль. Для реалізації можливості вимірювання часу радіосигналу, що поширюється, кожний супутник навігаційної системи випромінює сигнали точного часу, використовуючи точно синхронізовані з системним часом. При роботі супутникового приймача, його годинник синхронізується з системним часом, і при подальшому прийманні сигналів обчислюється затримка між часом випромінювання, що міститься у самому сигналі, і часом приймання сигналу. Маючи цю інформацію, навігаційний приймач вираховує координати антени. Вся решта параметрів руху (швидкість, курс, пройдена відстань) обчислюється на основі вимірювання часу, який об'єкт витратив на переміщення між двома або більше точками з визначеними координатами.  Така система працює не автономно, вона під контролем станцій, які розташовані на Землі. Розміщуються такі станції на Колорадо-Спрінгс, Дієго-Гарсія, острові Вознесіння, атолі Кваджелейн і на Гаваях. Вся інформація, що проходить через ці станції записується ними та передається на головну станцію, яка розташована на військовій базі під назвою Falcon в Колорадо.

GPS приймач обчислює власне положення, вимірюючи час проходження сигналу від GPS супутників. Кожен супутник постійно надсилає повідомлення, в якому міститься інформація про час відправки повідомлення, точку орбіти супутника, з якої було надіслано повідомлення (Ефемерида), та загальний стан системи і приблизні дані орбіт всіх інших супутників угрупування системи GPS (альманах). Ці сигнали розповсюджуються зі швидкістю світла у всесвіті, та із трохи меншою швидкістю через атмосферу, іоносферу і тропосферу. Приймач використовує час отримання повідомлення для обчислення відстані до супутника, виходячи з якої, шляхом застосування геометричних та тригонометричних рівнянь обчислюється положення приймача[1]. Отримані координати перетворюються в більш наочну форму, таку як широта та довгота, або положення на карті, та відображається користувачеві.

 

Рис. 2 Схема визначення місцеположення об’єкта за допомогою GPS.

 

Оскільки для обчислення положення необхідно знати час з високою точністю, необхідно отримувати інформацію із 4-х або більше супутників задля усунення необхідності в надточному годиннику. Іншими словами, GPS приймач використовує чотири параметри для обчислення чотирьох невідомих: x, y, z та t.

В деяких окремих випадках може бути необхідною менша кількість супутників. Якщо заздалегідь відома одна змінна (наприклад, висота над рівнем моря човна в океані дорівнює 0), приймач може обчислити положення використовуючи дані з трьох супутників. Також, на практиці, приймачі використовують різну допоміжну інформацію для обчислення положення з меншою точністю в умовах відсутності чотирьох супутників.

 

 

Основні джерела похибок, що впливають на навігаційні визначення такі як: ефемеридні похибки, передане з помилками положення супутника; похибки годин супутника – передане з помилками час на супутнику; іоносферні похибки – помилки виправлення псевдовідстані, викликані властивостями іоносфери; тропосферні похибки – помилки виправлення псевдовідстані, викликані властивостями тропосфери; похибки багатопроменевості – помилки, викликані відбиттям сигналу, що надходить в антену приймача; похибки приймача – помилки виміру псевдовідстані приймачем викликані внутрішніми шумами приймача, недосконалістю ПЗ й міжканальними помилками; геометричний фактор зниження точності.

Розглянемо іоносферу, як перешкоду для точності даних GPS.

Іоносфера – це іонізований атмосферний шар в діапазоні висот 50-500км., який містить вільні електрони. Наявність цих електронів визиває затримку поширення сигналу супутника, яка прямо пропорційна концентрації електронів і обернено пропорційна квадрату частоти радіосигналу. Для компенсації виникаючої при цьому похибки визначення псевдо віддалі використовується метод двочастотних вимірів на частотах L1 і L2 (у двочастотних приймачах).

Лінійні комбінації двочастотних вимірів не мають іоносферних похибок першого порядку. Крім того, для часткової компенсації цієї похибки може бути використана модель корекції, яка аналітично розраховується з використанням інформації, яка є в навігаційному повідомленні.

При цьому величина остаточної немоделюємої іоносферної затримки може визвати похибку визначення псевдо віддалі біля 10, 0м.

 

 

Отже провівши аналіз системи глобального позиціонування в цілому, можна сказати що ця система вже охопила величезну сферу людських інтересів, використовується повсюдно, і в неї ще є куди прагнути, і на чому розвернутися. Систему точного землеробства не можна уявити без системи водіння МТА GPS. Величезна сфера споживання, новітні технології роблять її однією з найбільш затребуваних на ринку технологій. На її основі зроблено безліч пристроїв і пристосувань, які дуже допомагають людям, починаючи від простих життєвих ситуацій, допомога в бізнесі, використання у військових цілях. Перспектив для розвитку технологій достатньо, зробити її точніше, компактніші, дешевше, вбудовувати у всілякі пристрої та розширювати сферу застосування.

Недоліками GPS навігації є те, що за певних умов сигнал може не доходити до GPS-приймача, тому практично неможливо визначити своє точне місцезнаходження в глибині квартири всередині залізобетонного будинку, в підвалі або в тунелі. Робоча частота GPS знаходиться в дециметровому діапазоні радіохвиль, тому рівень прийому сигналу від супутників може погіршитися під щільною листям дерев, в районах з щільною міською забудовою або з-за великої хмарності, а це позначиться на точності позиціонування. Магнітні бурі й наземні радіоджерел теж здатні перешкодити нормальному прийому сигналів GPS.

 

 

1. http://freeref.ru/wievjob.php?id=36197

2. http://www.mobi.ru/ShowArticle.php?id=884&prn=1 

3. Волчко П. І., Іванов В. І., Корольов В. М. та інші «Вимоги до характеристик навігаційної інформації і систем навігації наземних рухомих об'єктів у сучасному штатному процесі», – Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва, №5, стор. 280-283, Ліга-Прес, Львів, 2000.

4. Карпінський Ю. О., Лященко А. А., Кібець О. Г., Рябчій В. В. Функції та геоінформаційне забезпечення інтелектуальних транспортних систем. //Вісник геодезії і картографії. – 2004. – № 3. – С. 71-79.