Что такое GPS?

Спутниковая система навигации GPS
Москва 2012
Содержание
1. Характеристики GPS.
- Описание
- Функции
- Функциональная схема
2. Математическая модель
объекта.
3. Маркетинг
4.Численное интегрирование.
Метод трапеции.
Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая
система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования,
предназначенная для определения местоположения (географических
координат и высоты), а также параметров движения (скороти и направлення
движения и т.д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Что такое GPS?
«GPS» является сокращением от Global Positioning System, которое
переводится, как Глобальная Навигационная Система. Это название
полностью характеризуется предназначение системы – обеспечение
навигации на всей территории Земного шара. Не только на суше, но и на море
и в воздухе. Используя навигационные сигналы системы GPS, любой
пользователь может определить свое текущее местоположение с высокой
точностью.
Состав системы GPS
Космический сегмент
Наземный сегмент
Аппаратура пользователей
Космический сегмент системы GPS состоит из
орбитальной
группировки
спутников,
излучающих
навигационные сигналы. Спутники расположены на 6-и
орбитах на высоте около 20000 км. Период обращения
спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c.
Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два
полных оборота вокруг Земли.
GPS спутники передают три навигационных сигнала на
двух частотах L1 и L2. «Гражданский» сигнал C/A,
передаваемый на частоте L1 (1575.42 МГц), доступен всем
пользователям, и обеспечивает точность позиционирования
3–10 метров. Высокоточный «военный» P-код, передается
на частотах L1 и L2 (1227.60 МГц) и его точность на порядок
выше «гражданского» сигнала. Использование сигнала,
передаваемого на двух разных частотах, позволяет также
частично компенсировать ионосферные задержки.
Наземный сегмент системы GPS состоит из 5-и контрольных станций и
главной станции управления, расположенных на военных базах США – на
островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на
острове Диего-Гарсия в Индийском океане и в Колорадо-Спрингс, они
преведены на рисунке 1.
Сегмент наземного комплекса управления выполняет следующие функции:
•эфемеридное и частотно-временное обеспечение;
•мониторинг радионавигационного поля;
•радиотелеметрический мониторинг НКА;
•командное и программное радиоуправление НКА.
Под аппаратурой пользователя подразумевают навигационные приемники,
которые используют сигнал со спутников GPS для вычисления текущей позиции,
скорости и времени.
Приёмник можно разделить на три функциональные части:
•радиочастотную часть;
•цифровой коррелятор;
•процессор.
Функции
- Основная функция – высокоточное определение координат
потребителя, составляющих вектора скорости, и привязка к системной
шкале времени
- повышение безопасности движения
- улучшение дорожной ситуации
- уменьшение расхода топлива
- снижение количества вредных выбросов в атмосферу
УВ
Вход
Объект
Управления
BB
Выход
Вход
Навигационное сообщение спутников с эфемеридами и альманахом
Информацию о местоположении спутников
GPS приемники получают из передаваемых в
навигационных сообщений данных альманаха и
эфемерид. Альманах содержит информацию о
расположение спутников «на небе», что позволяет
при
очередном
включении
GPS
прибора
значительно сузить секторы поиска навигационного
сигнала и уменьшить время его «захвата». Точные
координаты спутников вычисляются на основании
данных эфемерид. В отличие от альманаха, спутник
передает только данные «своих» эфемерид,
поэтому для его использования в подсчете позиции,
GPS
приемник
должен
получить
полное
навигационное сообщение. Ошибки передачи,
связанные с «плохими» окружающими условиями,
могут существенно увеличить время фиксации
позиции. Наличие в памяти данных альманаха и
эфемерид позволяет GPS приемнику определять
позицию за 1–2 секунды. Этот режим называется
«горячим» стартом.
Управляющие воздействие
Подсистема контроля и управления со
станциями измерения, управления и
контроля, центром управления
навигационных сигналов и центром
управления каналами связи
Возмущающие воздействие
- Ионосфера, тропосфера, солнечные лучи
- Ошибки часов
- Шумы приемника
Выход
Определение местоположения
Математическая модель
В основе применяемого в GPS метода
определения местоположения лежит
так называемая линейная геодезическая
засечка. Её суть сводится к известной со
школы геометрической задаче: найти на
плоскости положение точки Р0, если известны
положения двух других точек Р1 и Р2 и
расстояния от них ρ 1 и ρ2 до точки Р0
Где Xi, Yj (j=0,1,2) – прямоугольные координаты точек на
плоскости.
Методы измерений расстояний
Измерения расстояний до спутников производятся с помощью их
локации
электромагнитными волнами светового или радио диапазонов.
Фактически измеряется время распространения волн между
спутником и приемником τ, а искомое расстояние ρ вычисляется по
формуле:
Ρ=с τ
где с - скорость света.
Маркетинговое исследование на 10.10.12г.
спутниковой системы GPS
Метод трапеции.
Метод трапеций использует линейную интерполяцию, т.е. график
функции у=f(х) представляется в виде ломаной, соединяющей точки (хi, уi).
В этом случае площадь всей криволинейной трапеции складывается из
площадей элементарных прямоугольных трапеций (рис.7.4 а, 7.4 б)
Площадь каждой такой трапеции определяется по
формуле:
, i=1,2,...,n .
, где n - число интервалов разбиения.
Складывая все эти равенства, получим формулу трапеций для
численного интегрирования:
Блок -схема
Расчет примера в Excel