Навигация
1.3.2 Методы радионавигации
Космическая радионавигация воплотила в себе новейшие достижения компьютерных и телекоммуникационных технологий. Симбиоз спутниковой системы позиционирования, современной радиосвязи и электронной картографии позволяет определять местоположение и скорость транспортного средства, вычислять расстояния, прокладывать маршруты и отслеживать их соблюдение, получать справки о картографических объектах. Сегодня работают две системы: американская Navstar и отечественная ГЛОНАСС. Использование обеих систем позволяет более точно определять координаты и повышает надежность функционирования.
Методы на основе радионавигации реализуются в системах AVL на основе импульсно-фазовых наземных навигационных систем (типа LORAN-C, Чайка) и спутниковых среднеорбитальных навигационных систем (СРНС) Navstar и ГЛОНАСС. Наилучшие точностные и эксплуатационные характеристики в настоящее время имеют спутниковые навигационные системы, в которых достигается точность местоопределения в стандартном режиме не менее 50—100 м, а с применением специальных методов обработки информационных сигналов в режиме фазовых определений или дифференциальной навигации — до единиц метров.
Самой известной является глобальная спутниковая радионавигационная система Navstar (Navigation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System), созданная для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов, движущихся в космосе, воздухе, на земле и воде.
В ее состав входят навигационные спутники, наземный комплекс управления и аппаратура потребителей (пользователей). Применяемый в системе принцип состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей, измеряют дальность до нескольких спутников и определяют свои координаты по точкам пересечения поверхностей равного удаления.
Дальность вычисляется по формулам, известным из школьных учебников, путем умножения скорости распространения радиосигнала на время задержки, при прохождении им расстояния от спутника до пользователя. Величина временной задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг измеряется по часам приемника. Координаты спутников известны с высокой точностью. Для нахождения широты, долготы, высоты, исключения ошибок часов приемника достаточно решить систему из четырех уравнений. Поэтому приемник пользователя должен принимать навигационные сигналы от четырех спутников.
Скорость определяется по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала спутника, вызываемому движением пользователя. Доплеровский сдвиг (Doppler shift) замеряется при сопоставлении частот сигналов, принимаемых от спутника и генерируемых приемником. Разумеется, все это происходит мгновенно и без какого либо участия пользователя.
Навигационные сигналы излучаются на двух частотах L-диапазона (полоса радиочастот 390-1580 МГц):
частота L1 - 1575,42 МГц;
частота L2 — 1227,6 МГц.
На частоте L2 излучаются сигналы с военным кодом Р(Y) с высокоточной информацией (precision — точный, или protected — защищенный), защищенным от имитационных помех.
Р-код представляет из себя последовательность псевдослучайных бистабильных манипуляций фазы несущей частоты (Carrier Frequency) с частотой следования, равной 10,23 МГц и периодом повторения в 267 суток. Каждый недельный сегмент этого кода является уникальным для одного из спутников GPS и непрерывно генерируется им в течение каждой недели, начиная с ночи с субботы на воскресенье.
На частоте L1 излучаются сигналы и с военным кодом P(Y), и с общедоступным гражданским кодом (Civilian Code), который часто называют C/A (Clear Acquisition – код свободного доступа). Прием сигнала по коду P(Y) обеспечивает работу в режиме PPS (Precise Positioning Service – высокая точность измерений). Сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении радиоволн через ионосферу, что значительно повышает точность измерений навигационных данных.
Прием на частоте L1 с кодом C/A не позволяет определить ошибки, вносимые ионосферой. Структура кода C/A обеспечивает худшие характеристики в режиме SPS (Standart Positioning Service – стандартная точность измерений). Так, если в режиме PPS с вероятностью 0,95 ошибки измерения широты и долготы не превышают 22-23 метра, высоты 27-28 метров и времени 0,09 мкс, то в режиме SPS они увеличиваются соответственно до 100, 140 метров и 0,34 мкс. Среднеквадратическая ошибка определения долготы и широты в режиме PPS составляет не более 8 метров, а в SPS – не более 40 метров. Министерство обороны США, исходя из интересов национальной безопасности, осуществляет «искусственное» ухудшение точности в режиме S/A (Selective Availability – ограниченный доступ). Первоначально режим SPS был необходим для грубого определения пользователем своих координат при вхождении в код P(Y). В настоящее время уровень электроники, программного обеспечения и методов обработки навигационной информации позволяет осуществлять достаточно быстрый захват P(Y) без кода C/A, а также проводить высокоточные определения сигнала по фазе несущей. Кроме того, полностью отработанный наземный автоматический режим дифференциальной коррекции (Differential Positioning), позволяет в ограниченном регионе получать точное определение относительных координат взаимного расположения двух приемников, отслеживать сигналы одних и тех же спутников GPS. К примеру, штатные системы навигации транспорта, при использовании гражданского C/A кода определяют координаты автомобиля с точностью от 2 до 5 метров.
Отечественная навигационная система ГЛОНАСС (советская навигационная система Ураган) аналогична по своему построению американской, но имеет более высокую точность определения координат потребителя.
Впервые в России высококлассные GPS – системы, интегрированные с современными связными и картографическими комплексами, были поставлены компанией «Прин» в 1995 году в Инкомбанк, в специальные подразделения Министерства по чрезвычайным ситуациям, некоторые коммерческие структуры. Они были предназначены для оперативного контроля и управления транспортом в пределах города и региона. Кроме того, реализуются проекты для контроля за транспортом на любых расстояниях с использованием GPS и глобальной системы мобильной связи Inmarsat.
Достоинствами данного метода являются глобальность местоопределения, что позволяет применять его практически на любых территориях и трассах любой протяженности, хорошая точность, возможность определить положение объекта не карте местности, способность определять не только координаты, но и высоту, скорость и направление движения объекта, высокая степень совместимости с автоматизированными системами обработки информации. Не случайно у подобных систем самая широкая область применения. Это системы диспетчеризации городского и специального транспорта, обеспечения безопасности транспорта и материальных ценностей, работающие в реальном масштабе времени на территории города с десятками и сотнями подвижных объектов. Это системы контроля маршрутов транспорта, осуществляющего дальние междугородние и международные перевозки (с передачей информации о маршруте с помощью глобальных систем связи типа Inmarsat или с пассивным накоплении информации о маршруте с последующей обработкой).[1]
Похожие работы
... Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. М.: Госстандарт СССР. ГОСТ 31078-2002. Защита информации. Испытания программных средств на наличие компьютерных вирусов. Типовое руководство. СТБ ИСО/МЭК 9126-2003. Информационные технологии. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. СТБ ИСО/МЭК ТО ...
... потребностей предпринимателей (страховщиков). 2 Организация и управление международными автомобильными перевозками 2.1 Основные элементы управления транспортным процессом Транспортный процесс предприятия «Фомос» – совокупность организационно и технологически взаимосвязанных ...
... : ¾ температура, °С +25±10; ¾ относительная влажность воздуха, % 45...80; ¾ атмосферное давление, мм рт. ст. 630...800. Так как блок интерфейсных адаптеров предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения ...
... , должна была показать уверенность Соединенных Штатов в своих технических возможностях и готовности к "звездной войне" сверхдержав. С легкой руки оппонентов этой системы "стратегическая оборонная инициатива президента" во всех переводах была названа стратегией "звездных войн". В основном демонстрационные испытания сводились к испытаниям длинноволновой инфракрасной аппаратуры, телескопов, ...
0 комментариев