Принципы работы GPS-навигатора

В системе спутниковой навигации можно выделить три составляющие: орбитальную группировку космических аппаратов, наземный комплекс управления и приемную аппаратуру пользователей. Космическая часть - это 24 спутника, вращающиеся по 6 орбитам. Наклон орбит к земному экватору - 55°, угол между плоскостями орбит — 60°. Высота орбит — 20180 км, период обращения — 12 часов (значит, каждый спутник в одно и то же время дня пролетает над одним и тем же местом). Излучение передатчиков спутников создает для принимающих их сигналы пользователей

практически сплошное радионавигационное поле, которое позволяет им опреде¬лить свое местонахождение, где бы они ни находились [1, 2J.
Наземная часть GPS состоит из четырех станций слежения, расположенных на тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию (MCS) управления и контроля на авиабазе «Falcon» («Сокол») в Колорадо-Спрингс (Калифорния) для обработки траекторий спутников на сложных компьютерных программных моделях. Таким образом достигается определение и прогноз параметров орбит движения спутников, наборов координат и их произ¬водных, которые составляют эфемеридную информацию. Через наземные станции вычисленные эфемеридные данные передаются на спутники, а затем спутник передает их приемникам GPS, где полученные данные используются для расчета координат места.
Режимы 2D и 3D определения координат. Определение местоположения в GPS-навигаторах основано на приеме сигналов от спутников и вычислении до них псевдодальностей, однозначно связанных со временем распространения сигналов. Для того чтобы рассчитать географические координаты, приемник должен одно¬временно принять сигналы как минимум от трех спутников (режим двумерного определения, 2D) и от четырех спутников, чтобы дополнительно кроме широты и долготы еще определить и высоту места (режим 3D). При перемещении по местно¬сти с навигатором часть спутников становится невидимой, зато появляются новые. Информация от новых спутников должна накапливаться в течение некоторого времени. Чтобы иметь непрерывное определение места, приемники выполнены многоканальными (стандартное число каналов — 12). В конкретный момент време¬ни информация от части этих каналов используется для определения координат. В других же каналах идет сбор и накопление новых данных. Часто одновременно наблюдаются 7—9 спутников, что позволяет навигатору выбрать из принимаемых сигналов наилучшие для повышения точности определения координат. Наиболее важным для получения достоверных измерений является геометрическое распо¬ложение спутников, так называемый геометрический фактор — PDOP (Position Dilution Of Precision). Он показывает степень увеличения ошибки из-за плохой геометрии расположения спутников. Идеальной позиции спутников соответствует PDOP = 1, когда они распределены вокруг наблюдателя и не лежат вблизи горизон¬та. Большие его значения говорят о плохой спутниковой геометрии. Пригодными для навигации считаются значения PDOP < 6.0. Фактор PDOP используется для расчета суммарной ожидаемой ошибки. Если все причины ошибок (задержки сигнала в тропосфере, ошибки бортовых часов и т.п.) составляют, например, 15 м, a PDOP равен 1,5, то расчетная суммарная ошибка будет составлять 15х 1,5 = 22,5 ч.

Popularity: 41%

Оставить комментарий . Май 23, 2009
написано в рубрике: Устройство GPS, , , , ,

Системы координат

Карта есть построенный по математическим правилам (проекции) универсальный способ точного и наглядного изображения земной поверхности со всеми ее объектами. Введенная в них система координат позволяет однозначно установить положение любой точки на неоднородной и сложной поверхности Земли. Однако в системах координат и математических описаниях поверхности (моделях) не удалось добиться единства. Цель разных моделей - получить хотя бы на ограниченной территории наибольшую точность приближения к реальной земной поверхности. На практи­ке широкое распространение получили две из них: сферическая (упрощенное представление Земли в виде шара радиусом 6,371,1 км) и сфероидальная (в форме эллипса вращения). Эллипсоид - геометрическая фигура, которая образуется при вращении эллипса вокруг своей малой оси.

Существенно отличается его ориентация и расположение относительно центра масс Земли, которая подбирается для наибольшей точности. Параметры эллипсоида, однозначно описывающие модель поверхности Земли, получили название датума (геодезической системы координат). Если его параметры подбираются для Земли в целом, то такой эллипсоид получил название Общего Земного Эллипсоида (ОЗЭ). Таковыми являются системы WGS-84 (Wordl Geodetic System) и ПЗ-90 (Россия). По умолчанию в навигаторах установлена система WGS-84, также в ней поставляют­ся карты и на российские регионы. Если параметры выбраны для ограниченной области, то задаваемая ими система координат является локальной, как, например, российская система СК-42 (Пулково 1942) для территории России. При сопостав­лении координат навигатора с бумажной картой в системе СК-42 придется изме­нить настройку в навигаторе. Поскольку системы координат СК-42 в навигаторах нет, то нужно выбрать Пользовательский датум (User Datum) и ввести для него со­ответствующие параметры (см. Приложение 1).

Величина изменения координат объекта от вида системы координат довольно существенна. В районе Балтийского моря и Ладоги значение географической долготы любого объекта в системе координат СК-42 будет больше на 0,13-0,14 минуты, чем в системе WGS-84 при одинаковой географической широте. Неучет системы координат приведет к ошибке места в этой территории 130 м. Следует уяснить, что каждой используемой модели соответствует и своя система координат. Число разных датумов (или, по-простому, систем координат), используемых в мировой картографии (в том числе и в навигаторах), более сотни. В качестве примера укажем, что локальный датум NAD-27 разработан для наилучшего представления Северной Америки, а локальный датум ED-50 создан для использования в Европе.

Popularity: 72%

Оставить комментарий . Май 10, 2009
написано в рубрике: Информация о картах,