Што такое глабальная сістэма пазіцыянавання? Разуменне GPS

Глабальная сістэма пазіцыянавання або GPS - гэта глабальная навігацыйная спадарожнікавая сістэма (GNSS), якая забяспечвае пазіцыянаванне, навігацыю і сістэму часу (PNT). Ён быў распрацаваны Міністэрствам абароны ЗША (ЗША DoD) у пачатку 1970 -х гадоў. Ёсць і іншыя спадарожнікавыя навігацыйныя сістэмы, такія як расійскі GLONASS, еўрапейскі Galileo і кітайскі BeiDou, але Глабальная сістэма пазіцыянавання ЗША (GPS) і Глабальная спадарожнікавая сістэма Расіі (GLONASS) з'яўляюцца адзінымі цалкам функцыянальнымі спадарожнікавымі сістэмамі Навігацыйная сістэма з 32 сузор'ямі спадарожнікаў і 27 сузор'ямі спадарожнікаў адпаведна. Да развіцця тэхналогіі GPS асноўнай дапамогай для навігацыі (у моры, на сушы або ў вадзе) з'яўляюцца карты і компас. З увядзеннем GPS навігацыя і пазіцыянаванне становішча сталі вельмі простымі з дакладнасцю да двух метраў або менш. Аглядная гісторыя структуры GPSGps Агляд структуры Сегменты GPSКосмічны сегментКонтроль сегментаКорыстальнік Прынцып працы GPSВызначэнне месцазнаходжання спадарожнікаўВызначэнне адлегласці паміж спадарожнікамі і GPS -прыёмнікам Размяшчэнне Прыёмнік у 2-D плоскасці. Размяшчэнне прыёмніка ў 3D-прасторы. Тыпы GPS-прыёмнікаў Прымяненне глабальнай сістэмы пазіцыянавання (GPS) Гісторыя GPSДа распрацоўкі ў ЗША наземных навігацыйных сістэм GPS, такіх як LORAN (далёкая навігацыя) і Decca Navigator System ад Вялікабрытаніі з'яўляюцца асноўнымі тэхналогіямі для навігацыі. Абодва гэтыя метады заснаваныя на радыёхвалях, а дыяпазоны былі абмежаваныя некалькімі сотнямі кіламетраў. У пачатку 1960-х гадоў тры ўрадавыя арганізацыі Злучаных Штатаў, а менавіта Нацыянальнае ўпраўленне па аэранаўтыцы і космасе (NASA), Міністэрства абароны (DoD) і Міністэрства транспарту (DoT) разам з некалькімі іншымі арганізацыямі прыступілі да распрацоўкі спадарожнікавай навігацыйнай сістэмы з мэтай забеспячэння высокай дакладнасці, незалежнай ад надвор'я працы і глабальнага ахопу. Гэтая праграма ператварылася ў сістэму глабальнага вызначэння навігацыйнага спадарожнікавага хронометражу і дыяпазону (NAVSTAR Global Positioning System). Гэтая сістэма была ўпершыню распрацавана як ваенная сістэма для задавальнення патрэбаў амерыканскіх вайскоўцаў. ЗША Ваенныя выкарыстоўвалі NAVSTAR для навігацыі, а таксама сістэмы ўзбраення і сістэмы навядзення ракет. Магчымасць выкарыстання ворагамі гэтай навігацыйнай сістэмы супраць Злучаных Штатаў з'яўляецца галоўнай прычынай, чаму грамадзянскія асобы не атрымалі да яе доступу. Першы спадарожнік NAVSTAR быў запушчаны ў 1978 годзе, а да 1994 годзе поўнае сузор'е з 24 спадарожнікаў было размешчана на арбіце. ён цалкам працуе.У 1996 г. ЗША Урад прызнаў важнасць GPS для грамадзянскіх асоб і абвясціў сістэму падвойнага выкарыстання, якая дазваляе атрымаць доступ як для вайскоўцаў, так і для грамадзянскіх асоб. Агляд структуры GPS Асноўная тэхніка глабальнай сістэмы навігацыі на аснове спадарожнікавай сістэмы (GPS) заключаецца ў вымярэнні адлегласці паміж прыёмнікам і некалькі спадарожнікаў, якія назіраюцца адначасова. Палажэнне гэтых спадарожнікаў ужо вядома, і, такім чынам, шляхам вымярэння адлегласці паміж чатырма з гэтых спадарожнікаў і прымача, тры каардынаты пазіцыі прыёмніка GPS, г.зн. можна ўсталяваць шырату, даўгату і вышыню. Паколькі змяненне становішча прымача можа быць вызначана вельмі дакладна, можна вызначыць і хуткасць прыёмніка. Сегменты GPS Структура гэтай складанай сістэмы глабальнага пазіцыянавання падзелена на тры асноўныя сегменты: касмічны сегмент, сегмент кіравання і карыстальнік Сегмент. Пры гэтым сегмент кіравання і касмічны сегмент распрацоўваюцца, эксплуатуюцца і абслугоўваюцца ВПС Злучаных Штатаў. На наступным малюнку паказаны тры сегменты сістэмы GPS. Касмічны сегмент. Касмічны сегмент (SS) GPS складаецца з сузор'я з 24 спадарожнікаў, якія круцяцца вакол Зямлі прыкладна па кругавых арбітах. Спадарожнікі размешчаны ў шасці арбітальных плоскасцях, кожная з якіх складаецца з чатырох спадарожнікаў. Нахіл арбітальных плоскасцяў і размяшчэнне спадарожнікаў уладкоўваюцца такім чынам, што мінімум шэсць спадарожнікаў заўсёды знаходзяцца ў прамой бачнасці з любога месца на Зямлі. Што тычыцца размяшчэння сузор'я ў прасторы, GPS Спадарожнікі размешчаны на сярэдняй калязямной арбіце (MEO) на вышыні прыкладна 20,000 XNUMX км. Для павелічэння празмернасці і павышэння дакладнасці агульная колькасць спадарожнікаў GPS у сузор'і была павялічана да 32, з якіх 31 спадарожнік працуе. Сегмент кіравання. Сегмент кіравання (CS) GPS складаецца з сеткі сусветнага маніторынгу і кантролю і станцыі сачэння. Асноўная задача сегмента кіравання - адсочваць становішча спадарожнікаў GPS і падтрымліваць іх на належнай арбіце з дапамогай каманд манеўравання. Акрамя таго, сістэма кіравання таксама вызначае і падтрымлівае цэласнасць бартавой сістэмы, атмасферныя ўмовы, дадзеныя з атамных гадзін. і іншыя параметры. Сегмент кіравання GPS зноў падзелены на чатыры падсістэмы: новая галоўная станцыя кіравання (NMCS), альтэрнатыўная галоўная станцыя кіравання (AMCS), чатыры наземныя антэны (GA) і сусветная сетка станцый маніторынгу (MS). Цэнтральным вузлом кіравання спадарожнікавай сузор'яй GPS з'яўляецца галоўная станцыя кіравання (MSC). Ён размешчаны на базе ВПС Шрывер, штат Каларада і працуе кругласутачна. Асноўнымі абавязкамі Галоўнай станцыі кіравання з'яўляюцца: абслугоўванне спадарожнікаў, маніторынг карыснай нагрузкі, сінхранізацыя атамных гадзін, спадарожнікавае манеўраванне, кіраванне прадукцыйнасцю сігналу GPS, загрузка дадзеных навігацыйных паведамленняў, выяўленне Памылкі сігналізацыі GPS і рэагаванне на іх. Ёсць некалькі станцый маніторынгу (MS), але шэсць з іх важныя. Яны размешчаны на Гаваях, у Каларада-Спрынгс, на востраве Узнясенне, Дыега-Гарсія, Кваджалейне і на мысе Канаверал. Гэтыя станцыі маніторынгу бесперапынна адсочваюць становішча спадарожнікаў і даныя адпраўляюцца на станцыю кіравання для далейшага аналізу. Для перадачы даных на спадарожнікі ёсць чатыры наземныя антэны (GA), размешчаныя як востраў Ушэсця, мыс Канаверал, Дыега Гарсія і Кваджалейн. Гэтыя антэны выкарыстоўваюцца для перадачы дадзеных на спадарожнікі, і дадзеныя могуць быць любымі, такімі як карэкцыя гадзінніка, каманды тэлеметрыі і навігацыйныя паведамленні. пазіцыянаванне і тэрміны. Як правіла, каб атрымаць доступ да паслуг GPS, карыстальнік павінен быць абсталяваны GPS-прыёмнікамі, такімі як аўтаномныя GPS-модулі, мабільныя тэлефоны з падтрымкай GPS і спецыяльныя GPS-кансолі. З дапамогай гэтых GPS-прыёмнікаў грамадзянскія карыстальнікі могуць ведаць стандартнае становішча, дакладнае час і хуткасць, пакуль вайскоўцы выкарыстоўваюць іх для дакладнага пазіцыянавання, навядзення ракет, навігацыі і г.д. Прынцып працы GPSЗ дапамогай GPS-прымачоў мы можам вылічыць становішча аб'екта ў любым месцы на Зямлі ў двухмерным або трохмерным прасторы . Для гэтага GPS-прыёмнікі выкарыстоўваюць матэматычны метад пад назвай Trilateration, метад, з дапамогай якога становішча аб'екта можа быць вызначана шляхам вымярэння адлегласці паміж аб'ектам і некалькімі іншымі аб'ектамі з ужо вядомымі пазіцыямі. Такім чынам, у выпадку GPS-прыёмнікаў, у парадку Каб даведацца месцазнаходжанне прымача, модуль прымача павінен ведаць наступныя дзве рэчы:• Размяшчэнне спадарожнікаў у прасторы і• Адлегласць паміж спадарожнікамі і GPS-прыёмнікам Вызначэнне месцазнаходжання спадарожнікаўКаб вызначыць месцазнаходжанне спадарожнікаў. GPS-прыёмнікі выкарыстоўвае два тыпу дадзеных, якія перадаюцца спадарожнікамі GPS: даныя альманаха і даныя эфемерыды. Спадарожнікі GPS бесперапынна перадаюць сваё прыблізнае становішча. Гэтыя дадзеныя называюцца данымі альманаха, якія перыядычна абнаўляюцца па меры руху спадарожніка па арбіце. Гэтыя дадзеныя прымаюцца GPS-прыёмнікам і захоўваюцца ў яго памяці. З дапамогай дадзеных альманаха GPS-прыёмнік можа вызначыць арбіты спадарожнікаў, а таксама месца, дзе яны павінны знаходзіцца. іх рэальны шлях. Галоўная станцыя кіравання (MCS) разам з спецыяльнымі станцыямі маніторынгу (MS) адсочваюць шлях спадарожнікаў разам з іншай інфармацыяй, такой як вышыня, хуткасць, арбіта і месцазнаходжанне. Калі ёсць памылка ў любым з параметраў, выпраўленыя даныя будуць адпраўленыя спадарожнікам, каб яны заставаліся ў дакладнай пазіцыі. Гэтыя арбітальныя даныя, адпраўленыя MCS на спадарожнік, называюцца данымі эфемерыды. Спадарожнік, атрымаўшы гэтыя даныя, карэктуе сваё становішча, а таксама адпраўляе гэтыя дадзеныя на GPS-прыёмнік. З дапамогай абодвух дадзеных, г.зн. Альманах і эфемерыды, GPS -прыёмнік можа ведаць дакладнае становішча спадарожнікаў, увесь час. Вызначэнне адлегласці паміж спадарожнікамі і прыёмнікам GPS Для таго, каб вымераць адлегласць паміж прыёмнікам GPS і спадарожнікамі, час займае галоўнае месца. Формула для разліку адлегласці спадарожніка ад GPS-прыёмніка прыведзена ніжэй: Адлегласць = хуткасць святла x час праходжання спадарожнікавага сігналу. адпраўлены спадарожнікам на GPS -прыёмнік), каб дасягнуць прыёмніка. Хуткасць святла з'яўляецца пастаянным значэннем і роўная C = 3 x 108 м/с. Для таго, каб разлічыць час, спачатку нам трэба зразумець сігнал, які пасылае спадарожнік. Транскадзіраваны сігнал, які перадаецца спадарожнікам, называецца псеўдавыпадковым шумам (PRN). Калі спадарожнік генеруе гэты код і пачынае перадаваць, GPS-прыёмнік таксама пачынае генераваць той жа код і спрабуе сінхранізаваць іх. Затым GPS-прыёмнік разлічвае колькасць затрымкі, якую павінен прайсці генераваны кодам, перш чым сінхранізаваць з пераданым спадарожнікам код. Пасля таго, як месцазнаходжанне спадарожнікаў і іх адлегласць ад GPS-прыёмніка будуць вядомыя, высветліць становішча GPS-прыёмніка ў 2D-прасторы або 3D-прасторы можна з дапамогай наступнага метаду. Становішча прымача ў 2-D-плане для таго, каб знайсці становішча аб'екта або GPS-прыёмніка ў 2 – мернай прасторы, г.зн самалёт XY, усё, што нам трэба знайсці, гэта адлегласць паміж GPS-прыёмнікам і двума спадарожнікамі. Няхай D1 і D2 - гэта адлегласць прымача ад спадарожніка 1 і спадарожніка 2. Адпаведна, са спадарожнікамі ў цэнтры і радыусам D1 і D2 правядзіце два кругі вакол іх на плоскасці XY. Малюнак гэтага выпадку паказаны на наступным малюнку. З прыведзенага малюнка відаць, што GPS -прыёмнік можа знаходзіцца ў любой з двух кропак, дзе перасякаюцца два кругі. Калі вобласць над спадарожнікамі выключана, мы можам зафіксаваць пазіцыю GPS-прыёмніка ў кропцы перасячэння колаў пад спадарожнікамі. Інфармацыі аб адлегласці ад двух спадарожнікаў дастаткова, каб вызначыць становішча GPS-прыёмніка ў плоскасць 2-D або XY. Але рэальны свет - гэта трохмерная прастора, і нам трэба вызначыць трохмернае становішча GPS -прыёмніка, г.зн. яго шырыню, даўгату і вышыню. Мы ўбачым пакрокавую працэдуру вызначэння трохмернага размяшчэння GPS-прыёмніка. Становішча прымача ў 3D-прасторы. Давайце выкажам здагадку, што размяшчэнне спадарожнікаў адносна GPS-прыёмніка ўжо вядома. Калі спадарожнік 1 знаходзіцца на адлегласці D1 ад прыёмніка, то відавочна, што становішча прымача можа знаходзіцца ў любым месцы паверхні сферы, якая ўтворана са спадарожнікам 1 у цэнтры і D1 як яго радыусам. другі спадарожнік (спадарожнік 2) ад прымача - D2, тады становішча прымача можа быць абмежавана кругам, утвораным перасячэннем двух сфер радыусам D1 і D2 са спадарожнікамі 1 і 2 у цэнтрах адпаведна. З гэтага малюнка , становішча GPS-прыёмніка можна звузіць да кропкі на акружнасці перасячэння. Калі да існуючых двух спадарожнікаў дадаць трэці спадарожнік (спадарожнік 3) з адлегласцю D3 ад прыёмніка GPS, то месцазнаходжанне прымача будзе абмежавана перасячэннем трох сфер, г.зн. любы з двух пунктаў. У сітуацыях у рэжыме рэальнага часу неадназначнасць GPS-прыёмніка, размешчанага ў адным з двух пазіцый, нежыццяздольная. Гэта можна вырашыць, увёўшы чацвёрты спадарожнік (спадарожнік 4) на адлегласці D4 ад прымача. Чацвёрты спадарожнік зможа вызначыць месцазнаходжанне GPS -прыёмніка з магчымых двух месцаў, якія былі вызначаны раней толькі з трыма спадарожнікамі. Такім чынам, у рэжыме рэальнага часу патрабуецца мінімум 4 спадарожніка, каб вызначыць дакладнае месцазнаходжанне аб'екта. Практычна сістэма GPS працуе так, што па меншай меры 6 спадарожнікаў заўсёды бачныя аб'екту (GPS-прыёмніку), які знаходзіцца ў любым пункце Зямлі. GPS-прыёмнікаў. GPS выкарыстоўваецца як грамадзянскімі асобамі, так і вайскоўцамі. Такім чынам, тыпы GPS-прыёмнікаў можна класіфікаваць на грамадзянскія GPS-прыёмнікі і ваенныя GPS-прыёмнікі. Але стандартны спосаб класіфікацыі заснаваны на тыпе кода, які прымач можа выявіць. У прынцыпе, існуе два тыпу кодаў, якія перадае спадарожнік GPS: грубы код збору (C/A Code) і P - код. Спажывецкія GPS-прыёмнікі могуць выяўляць толькі код C/A. Гэты код не з'яўляецца дакладным, і, такім чынам, грамадзянская сістэма пазіцыянавання называецца стандартнай службай пазіцыянавання (SPS). P - код, з іншага боку, выкарыстоўваецца вайскоўцамі і з'яўляецца вельмі дакладным кодам. Сістэма пазіцыянавання, якая выкарыстоўваецца вайскоўцамі, называецца службай дакладнага пазіцыянавання (PPS). Прыёмнікі GPS можна класіфікаваць на аснове здольнасці дэкадаваць гэтыя сігналы. Іншы спосаб класіфікацыі камерцыйна даступных GPS-прыёмнікаў заснаваны на здольнасці прымаць сігналы. Выкарыстоўваючы гэты метад, GPS-прыёмнікі можна падзяліць на: аднаразовыя - прыёмнікі частотнага кода; адзінкавыя - частотныя прыемнікі; падобна да Інтэрнэту. GPS быў ключавым элементам у развіцці шырокага спектру прыкладанняў, якія распаўсюджваюцца на розныя бакі сучаснага жыцця. Рост маштабнага вытворчасці і мініяцюрызацыя кампанентаў знізілі цану на GPS-прыёмнікі. Ніжэй прыведзены невялікі спіс прыкладанняў, у якіх GPS адыгрывае важную ролю. У сучаснай сельскай гаспадарцы з дапамогай GPS назіраецца рост вытворчасці. Фермеры выкарыстоўваюць тэхналогію GPS разам з сучаснымі электроннымі прыладамі, каб атрымаць дакладную інфармацыю аб плошчы поля, сярэдняй ураджайнасці, расходзе паліва, пройдзенай адлегласці і г. д. У сферы аўтамабіляў аўтаматызаваныя транспартныя сродкі з кіраваннем найбольш часта выкарыстоўваюцца ў прамысловых або спажывецкіх дадатках. GPS дазваляе гэтым транспартным сродкам у навігацыі і пазіцыянаванні. Грамадзяне выкарыстоўваюць GPS-прыёмнікі для навігацыі. Прыёмнік GPS можа быць спецыяльным модулем або ўбудаваным модулем у мабільных тэлефонах і наручных гадзінах. Яны вельмі карысныя ў паходах, дарожных паездках, кіраванні і г.д. Дадатковыя функцыі ўключаюць дакладны час і хуткасць руху аўтамабіля. Аварыйныя службы, такія як пажарныя і машыны хуткай дапамогі, карыстаюцца дакладным пазіцыянаваннем месца катастрофы па GPS і могуць своечасова рэагаваць. Ваенныя выкарыстоўваюць высокадакладныя GPS -прыёмнікі для навігацыі, адсочвання мэтаў, ракет сістэмы навядзення і інш. Ёсць мноства іншых прыкладанняў, дзе выкарыстоўваецца GPS або вялізная сфера выкарыстання ў будучыні. Падобныя паведамленні: Бесправадная сувязь: Уводзіны, тыпы і прымяненнеМультыплексары і дэмультыплексары Чаму ваш Інтэрнэт працягвае адключацца? Асновы ўбудаванай праграмы CШто такое датчыкі MEMS?

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў