صفحه اصلی
چگونه کار کنیم
اصل عملکرد یک سیستم ناوبری ماهواره ای. "سیستم های ناوبری ماهواره ای. نحوه عملکرد سیستم ناوبری

اصل عملکرد یک سیستم ناوبری ماهواره ای. "سیستم های ناوبری ماهواره ای. نحوه عملکرد سیستم ناوبری

ناوبری تعیین پارامترهای مختصات زمان اشیا است.

اولین وسیله موثر جهت یابی، تعیین مکان توسط اجرام سماوی مرئی (خورشید، ستارگان، ماه) بود. یکی دیگر از روش های ناوبری ساده، ارجاع جغرافیایی است، یعنی. تعیین مکان نسبت به نشانه های شناخته شده (برج های آب، خطوط برق، بزرگراه ها و راه آهن، و غیره).

سیستم های ناوبری و موقعیت یابی به گونه ای طراحی شده اند که دائماً موقعیت (وضعیت) اشیاء را کنترل کنند. در حال حاضر، دو دسته از کمک های ناوبری و موقعیت یابی وجود دارد: زمینی و فضایی.

سیستم های زمینی شامل سیستم های ثابت، قابل حمل و قابل حمل، مجتمع ها، ایستگاه های شناسایی زمینی و سایر وسایل ناوبری و موقعیت یابی است. اصل کار آنها کنترل هوای رادیویی از طریق آنتن های ویژه متصل به ایستگاه های رادیویی اسکن و جداسازی سیگنال های رادیویی است که توسط فرستنده های رادیویی اشیاء ردیابی ساطع شده یا توسط خود مجموعه (ایستگاه) منتشر می شود و از شی ردیابی یا از یک شی ردیابی منعکس می شود. برچسب ویژه یا سنسور رمزگذاری شده روی برد (CBD) واقع بر روی شی. هنگام استفاده از این نوع وسایل فنیمی توان اطلاعاتی در مورد مختصات مکان، جهت و سرعت حرکت جسم کنترل شده به دست آورد. اگر علامت یا CBD خاصی روی اشیاء ردیابی وجود داشته باشد، دستگاه‌های شناسایی متصل به سیستم‌ها این امکان را فراهم می‌آورند که نه تنها موقعیت اشیاء کنترل‌شده را بر روی نقشه الکترونیکی علامت‌گذاری کنید، بلکه آنها را بر اساس آن متمایز کنید.

سیستم های ناوبری و موقعیت یابی فضایی به دو نوع تقسیم می شوند.

اولین نوع سیستم های ناوبری و موقعیت یابی فضایی با استفاده از حسگرهای ویژه بر روی اشیاء ردیابی متحرک - گیرنده های سیستم های ناوبری ماهواره ای مانند GLONASS (روسیه) یا GPS (ایالات متحده آمریکا) متمایز می شود. گیرنده های ناوبری اجسام ردیابی متحرک یک سیگنال رادیویی را از سیستم ناوبری دریافت می کنند که شامل مختصات (Ephemeris) ماهواره ها در مدار و مرجع زمان است. پردازنده گیرنده ناوبری، بر اساس داده های ماهواره ها (حداقل سه)، طول و عرض جغرافیایی موقعیت آن (گیرنده) را محاسبه می کند. این اطلاعات (مختصات جغرافیایی) را می توان هم بر روی خود گیرنده ناوبری، در صورت وجود دستگاه خروجی اطلاعات (نمایشگر، مانیتور)، و هم در نقطه ردیابی، زمانی که از گیرنده ناوبری یک شی متحرک از طریق ارتباط رادیویی مخابره می شود، مشاهده کرد. (شعاعی، معمولی، ترانکینگ، سلولی، ماهواره ای).

نوع دوم سیستم های ناوبری و موقعیت یابی فضایی با دریافت اسکن (برینگ) در مدار سیگنال هایی که از چراغ های رادیویی نصب شده در شی ردیابی می شوند، متمایز می شوند. ماهواره‌ای که سیگنال‌هایی را از چراغ‌های رادیویی دریافت می‌کند، به عنوان یک قاعده، ابتدا انباشته می‌شود و سپس در نقطه خاصی در مدار، اطلاعات مربوط به ردیابی اشیاء را به مرکز پردازش داده‌های زمینی منتقل می‌کند. در این حالت زمان تحویل اطلاعات اندکی افزایش می یابد.


سیستم های ناوبری ماهواره ای به شما امکان می دهد:

  • نظارت مستمر و ردیابی هر گونه اجسام متحرک را انجام دهید.
  • نمایش مختصات، مسیر و سرعت حرکت اجسام کنترل و ردیابی (با دقت تعیین مختصات و ارتفاع از سطح دریا تا 100 متر و در حالت دیفرانسیل - تا 2 ... 5 متر) روی نقشه الکترونیکی توزیع کننده نمایش داده می شود. ;
  • پاسخ سریع به شرایط اضطراری (تغییر در پارامترهای مورد انتظار در شیء کنترل و ردیابی یا در مسیر و برنامه آن، سیگنال SOS و غیره)؛
  • بهینه سازی مسیرها و برنامه حرکت اشیاء کنترل و ردیابی.

در حال حاضر، عملکرد سیستم های ناوبری و موقعیت یابی تخصصی (ردیابی خودکار مکان فعلی دستگاه های مشترک، پایانه های ارتباطی به منظور اطمینان از رومینگ و ارائه خدمات ارتباطی) با دقت نسبی توسط ماهواره و تلفن همراه (در صورت وجود) قابل انجام است. ایستگاه های پایهتجهیزات تعیین مکان) سیستم های ارتباط رادیویی.

اجرای گسترده سیستم های ناوبری و موقعیت یابی، نصب گسترده تجهیزات مربوطه در شبکه ها ارتباطات سلولیروسیه به منظور تعیین و نظارت مداوم بر محل کار فرستنده ها، گشت ها، وسایل نقلیه و سایر موارد مورد علاقه آژانس های امور داخلی، می تواند قابلیت های فعالیت های اجرای قانون را به میزان قابل توجهی گسترش دهد.

اصل اساسی تعیین مکان با استفاده از سیستم های ناوبری ماهواره ای استفاده از ماهواره ها به عنوان نقاط مرجع است.

برای تعیین طول و عرض جغرافیایی یک گیرنده زمینی، گیرنده باید سیگنال هایی را از حداقل سه ماهواره دریافت کند و مختصات آنها و فاصله ماهواره ها تا گیرنده را بداند (شکل 6.8). مختصات نسبت به مرکز زمین که دارای مختصات (0، 0، 0) است، اندازه گیری می شوند.

فاصله ماهواره تا گیرنده از زمان انتشار اندازه گیری شده سیگنال محاسبه می شود. انجام این محاسبات دشوار نیست، زیرا مشخص است که امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور حرکت می کنند. اگر مختصات سه ماهواره و فاصله آنها تا گیرنده مشخص باشد، گیرنده می تواند یکی از دو مکان ممکن در فضا را محاسبه کند (نقاط 1 و 2 در شکل 6.8). معمولاً گیرنده می تواند تعیین کند که کدام یک از این دو نقطه معتبر است، زیرا یک مقدار مکان معنای بی معنی دارد.

برنج. 6.8. تعیین مکان با استفاده از سیگنال های سه ماهواره

در عمل، برای حذف خطای ساعت ژنراتور، که بر دقت اندازه‌گیری اختلاف زمانی تأثیر می‌گذارد، لازم است مکان و فاصله تا ماهواره چهارم را بدانیم (شکل 6.9).

برنج. 6.9. تعیین مکان با استفاده از سیگنال های چهار ماهواره

در حال حاضر، دو سیستم ناوبری ماهواره ای وجود دارد و به طور فعال استفاده می شود - GLONASS و GPS.

سیستم های ناوبری ماهواره ای شامل سه جزء است (شکل 6.10):

  • بخش فضایی، که شامل صورت فلکی مداری ماهواره های مصنوعی زمین (به عبارت دیگر، فضاپیمای ناوبری) است.
  • بخش کنترل، مجموعه کنترل زمینی (GCU) برای صورت فلکی مداری فضاپیماها.
  • تجهیزات کاربر سیستم

برنج. 6.10. ترکیب سیستم های ناوبری ماهواره ای

بخش فضایی سیستم گلوناس شامل 24 فضاپیمای ناوبری (NSV) است که در مدارهای دایره ای با ارتفاع 19100 کیلومتر، شیب 64.5 درجه و دوره مداری 11 ساعت و 15 دقیقه در سه صفحه مداری قرار دارند (شکل 6.11). هر هواپیمای مداری 8 ماهواره با تغییر عرض جغرافیایی یکنواخت 45 درجه را در خود جای می دهد.

بخش فضایی سیستم ناوبری GPS از 24 ماهواره اصلی و 3 ماهواره ذخیره تشکیل شده است. این ماهواره ها در شش مدار دایره ای با ارتفاع حدود 20000 کیلومتر، شیب 55 درجه، در طول جغرافیایی مساوی در هر 60 درجه قرار دارند.

برنج. 6.11. مدارهای ماهواره های GLONASS و GPS

بخش پیچیده کنترل زمینی سیستم GLONASS وظایف زیر را انجام می دهد:

  • گذرا و پشتیبانی زمان-فرکانس؛
  • نظارت بر میدان ناوبری رادیویی؛
  • نظارت پرتو تلمتری ماهواره ها؛
  • فرمان و برنامه کنترل رادیویی ماهواره.

برای همگام سازی مقیاس های زمانی ماهواره های مختلف با دقت لازم، از استانداردهای فرکانس سزیم با ناپایداری نسبی در حد 13-10 ثانیه بر روی ماهواره استفاده می شود. مجتمع کنترل زمینی از استاندارد هیدروژن با ناپایداری نسبی 10-14 ثانیه استفاده می کند. علاوه بر این، NKU شامل ابزارهایی برای تصحیح مقیاس های زمانی ماهواره ای نسبت به مقیاس مرجع با خطای 3-5 ns است.

بخش زمینی از ماهواره ها پشتیبانی می کند. این بدان معناست که پارامترهای حرکت ماهواره بر روی زمین تعیین می شود و مقادیر این پارامترها برای مدت زمان از پیش تعیین شده پیش بینی می شوند. پارامترها و پیش بینی آنها در پیام ناوبری ارسال شده توسط ماهواره همراه با ارسال سیگنال ناوبری گنجانده شده است. این همچنین شامل اصلاحات فرکانس زمانی مقیاس زمانی ماهواره بر نسبت به زمان سیستم است. اندازه‌گیری و پیش‌بینی پارامترهای حرکت ماهواره در مرکز بالستیک سامانه بر اساس نتایج اندازه‌گیری مسیر فاصله تا ماهواره و سرعت شعاعی آن انجام می‌شود.

تجهیزات کاربر سیستم، دستگاه‌های مهندسی رادیویی هستند که برای دریافت و پردازش سیگنال‌های ناوبری رادیویی از فضاپیمای ناوبری برای تعیین مختصات فضایی، اجزای بردار سرعت حرکت و تصحیح مقیاس‌های زمانی کاربر سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی طراحی شده‌اند.

گیرنده مکان مصرف کننده را تعیین می کند که از نظر اطمینان از دقت ناوبری، مطلوب ترین ها را از بین همه ماهواره های مشاهده شده انتخاب می کند. بر اساس فواصل تا ماهواره های انتخاب شده، طول، عرض جغرافیایی و ارتفاع مصرف کننده و همچنین پارامترهای حرکت آن را تعیین می کند: جهت و سرعت. داده های دریافتی به صورت مختصات دیجیتالی بر روی صفحه نمایش نمایش داده می شود یا بر روی نقشه ای که قبلاً در گیرنده کپی شده است نمایش داده می شود.

گیرنده های سیستم های ناوبری ماهواره ای غیرفعال هستند، یعنی. آنها سیگنال ساطع نمی کنند و کانال ارتباطی برگشتی ندارند. این به شما امکان می دهد تعداد نامحدودی از مصرف کنندگان سیستم های ارتباطی ناوبری داشته باشید.

سیستم های نظارت بر حرکت اجسام بر اساس سیستم های ناوبری ماهواره ای در حال حاضر گسترده شده اند. ساختار چنین سیستمی در شکل نشان داده شده است. 6.12.

برنج. 6.12. ساختار سیستم مانیتورینگ

گیرنده های ناوبری نصب شده بر روی اجسام ردیابی سیگنال های ماهواره ها را دریافت کرده و مختصات آنها را محاسبه می کنند. اما از آنجایی که گیرنده های ناوبری دستگاه های غیرفعال هستند، سیستم باید سیستمی برای انتقال مختصات محاسبه شده به مرکز نظارت ارائه دهد. مودم‌های رادیویی VHF، مودم‌های GSM/GPRS/EDGE (شبکه‌های 2G)، شبکه‌های نسل سوم که با استفاده از پروتکل‌های UMTS/HSDPA کار می‌کنند، مودم‌های CDMA، سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و غیره می‌توانند به عنوان ابزاری برای انتقال داده‌ها در مورد مختصات یک شی مشاهده‌ای عمل کنند.

مرکز مانیتورینگ یک سیستم ناوبری و مانیتورینگ ماهواره ای برای نظارت بر اشیایی که تجهیزات ناوبری و ارتباطی روی آنها نصب شده است (حاوی) طراحی شده است تا پارامترهای فردی آن (موقعیت، سرعت، جهت حرکت) را کنترل کند و در مورد اقدامات خاص تصمیم گیری کند.

مرکز نظارت شامل ابزارهای نرم افزاری و سخت افزاری پردازش اطلاعات است که ارائه می دهد:

  • دریافت، پردازش و ذخیره اطلاعات حاصل از اشیاء نظارتی؛
  • نمایش اطلاعات در مورد موقعیت اشیاء مشاهده بر روی نقشه الکترونیکی منطقه.

سیستم ناوبری و نظارت بر نهادهای امور داخلی وظایف زیر را حل می کند:

  • ارائه کنترل خودکار توسط پرسنل ایستگاه وظیفه بر روی استقرار خدمه وسایل نقلیه;
  • ارائه اطلاعات به کارکنان ایستگاه وظیفه در مورد مکان وسایل نقلیه برای تصمیم گیری مدیریت هنگام سازماندهی واکنش سریع به حوادث در منطقه مسئولیت.
  • نمایش در فرمت گرافیکیاطلاعات مربوط به موقعیت یابی وسایل نقلیه و سایر اطلاعات خدماتی به خودکار محل کاراپراتور؛
  • تشکیل و ذخیره بایگانی در مسیرهای حرکت خدمه وسایل نقلیه در طول خدمت.
  • صدور گزارش آماری در مورد تحقق هنجارهای استقرار اجباری نیروها و وسایل در طول شیفت وظیفه، پارامترهای خلاصه اثربخشی استفاده از نیروها و وسایل، شاخص های کنترل بر مناطق مسئولیت.

برای اطمینان از قابلیت اطمینان بالا و قابلیت اطمینان انتقال اطلاعات نظارتی از تجهیزات داخلی وسایل نقلیه واحدهای وزارت امور داخلی روسیه به ایستگاه های وظیفه به عنوان بخشی از سیستم، لازم است از یک کانال انتقال داده پشتیبان استفاده شود که می تواند به عنوان استفاده می شود


یاتسنکوف V.S. مبانی Sat Nav
اطلاعات مربوط به سیستم های ناوبری ماهواره ای GPS NAVSTAR و GLONASS سیستماتیک شده است. تاریخچه توسعه و ایجاد سیستم ها ترسیم شده است، اصول اساسی عملکرد آنها در نظر گرفته شده است. مشخصات و ساختار سیگنال‌های ناوبری، داده‌های مربوط به قابلیت‌های فنی و پارامترهای سیستم‌های موجود، تعاریف مفاهیم و اصطلاحات اولیه و بیشترین منابع آموزشی اینترنتی فهرست شده‌اند.
برای توسعه دهندگان و کاربران سیستم های ناوبری در سطوح مختلف آموزش، از آماتورهای فعال گیرنده های GPSدر زندگی روزمره، به متخصصانی که از وسایل کمک ناوبری در کارهای روزمره استفاده می کنند. ممکن است برای دانشجویان مهندسی رادیو و دانشجویان کارشناسی ارشد مفید باشد.

اسکرین شات ها: فهرست مطالب

اضافه کنید. اطلاعات: ---

توزیع ادبیات من در زمینه علوم جغرافیایی (ژئودزی، نقشه برداری، مدیریت زمین، GIS، سنجش از دور، و غیره)
ژئودزی و سیستم های موقعیت یاب ماهواره ای


  • ژئودزی مهندسی: راهنمای آموزشی. در 2 قسمت. / E. S. Bogomolova، M. Ya. ویرایش شده توسط V. A. Kougiya. - سن پترزبورگ: پترزبورگ دانشگاه دولتیراه آهن، 2006-2008. - 179 ص.

  • سلیخانوویچ V.G.، Kozlov V.P.، Loginova G.P. کارگاه ژئودزی: کتاب درسی / ویرایش. سلیخانوویچ وی.جی. ویرایش دوم، کلیشه ای. - M.: LLC Publishing House "Alliance"، 2006. - 382 p.

  • Genike A.A.، Pobedinsky G.G. سیستم های موقعیت یاب ماهواره ای جهانی و کاربردهای آنها در ژئودزی. اد. دوم، تجدید نظر شده است و اضافی - M.: Kartgeotsentr, 2004. - 355 p.: ill.

  • راهنمای کاربر برای انجام کار در سیستم مختصات 1995 (SK-95). GKINP (GNTA)-06-278-04. - M: TsNIIGAiK، 2004. - 89 ص.

  • دستورالعمل های سطح بندی کلاس های I، II، III و IV. GKINP (GNTA)-03-010-02. - M.: TsNIIGAiK، 2003. - 135 ص.

  • خامتوف T.I. پشتیبانی ژئودتیک برای طراحی، ساخت و بهره برداری از ساختمان ها و سازه ها: کتاب درسی. کمک هزینه - M.: Publishing House ASV, 2002. - 200 p.

  • ژئودزی: کتاب درسی برای مدارس فنی / Glinsky S.P.، Grechaninova G.I.، Danilevich V.M.، Gvozdeva V.A.، Koshcheev A.I.، Morozov B.N. - م.: Kartgeotsentr - Geodezizdat, 1995. - 483 p.: ill.

  • لوکیانوف V.F.، Novak V.E. و غیره کارگاه آزمایشگاهی ژئودزی مهندسی: کتاب درسی برای دانشگاه ها. - م.: "ندرا"، 1990. - 336 ص.

  • نواک وی.ای.، لوکیانوف وی.اف. و غیره دوره ژئودزی مهندسی: کتاب درسی دانشگاه ها، ویرایش. پروفسور نواک وی.ای. - م.: "ندرا"، 1989. - 432 ص.

  • لوکیانوف V.F.، Novak V.E.، Ladonnikov V.G. و غیره کتاب درسی تمرین ژئودزی. - م.: «ندرا»، 1986 - 236 ص.، بدل.

  • غروب خورشید P.S. دوره ژئودزی عالی. - اد. 4، بازنگری شده است و اضافی - م.: "ندرا"، 1976. - 511 ص.

  • Bolshakov V.D.، Vasyutinsky I.Yu.، Klyushin E.B. و غیره روش ها و ابزار اندازه گیری های ژئودزیکی با دقت بالا در ساخت و ساز. / اد. بولشاکووا V.D. - م.: "ندرا"، 1976، - 335 ص.

  • کتاب راهنمای نقشه بردار (در دو کتاب)/ Bolshakov V.D.، Levchuk G.P.، ​​Bagratuni G.V. و غیره؛ ویرایش شده توسط Bolshakova V.D., Levchuka G.P. اد. 2، بازنگری شده است و اضافی - م: «ندرا»، 1975. - 1056 ص.

  • Golubeva Z.S.، Kaloshina O.V.، Sokolova I.I. کارگاه ژئودزی. اد. 3، تجدید نظر شده - م.: "کولوس"، 1969. - 240 ص. از illus (کتاب های درسی و کمک آموزشی برای مؤسسات آموزش عالی کشاورزی).

  • کراسوفسکی F.N. آثار برگزیده: در 4 جلد. - م.: Geodesizdat، 1953-1956. - 2001 ص.

  • کراسوفسکی F.N. راهنمای ژئودزی عالی: دوره دانشکده ژئودتیک موسسه نقشه برداری زمین مسکو. قسمت اول - م.: انتشارات اداره زمین شناسی V.S.N.H. S.S.S.R. و موسسه نقشه برداری زمین مسکو، 1926. - 479 ص.


فتوگرامتری، توپوگرافی و کارتوگرافی

  • سراپیناس بی.بی. نقشه کشی ریاضی: کتاب درسی برای دانشگاه ها / Balis Balio Serapinas. - م.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 1384. - 336 ص.

  • Vereshchaka T.V. نقشه های توپوگرافی: مبنای علمی محتوا. - M.: MAIK "Nauka/Interperiodika"، 2002. - 319 p.

  • مبانی ریاضی نقشه ها. فصل سوم از کتاب: Berlyant A.M. Cartography: Textbook for Universities. - م .: چاپ جنبه، 1381. - 336 ص.

  • دستورالعمل کار فتوگرامتری هنگام ایجاد نقشه ها و نقشه های توپوگرافی دیجیتال. GKINP (GNTA)–02-036-02. - M.: TsNIIGAiK، 2002. - 49 ص.

  • یوژانیف V.S. کارتوگرافی با اصول توپوگرافی: کتاب درسی برای دانشگاه ها. - م.: مدرسه عالی، 2001. - 302 ص.

  • Tikunov V.S. مدل سازی در کارتوگرافی: کتاب درسی. - M.: انتشارات دانشگاه دولتی مسکو، 1997. - 405 ص.

  • اورمایف M.S. فتوگرامتری فضایی: کتاب درسی برای دانشگاه ها. - م.: ندرا، 1989. - 279 ص: بیمار.

  • تدوین و استفاده از نقشه خاک(ویرایش A.D. Kashansky، کاندیدای علوم کشاورزی). - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - م.: آگروپرومیزدات، 1366. - 273 ص: بیمار. - (کتب درسی و کمک آموزشی برای دانشجویان مؤسسات آموزش عالی).

  • لوسیاکوف N.N.، Skvortsov P.A.، Kamenetsky A.V. و غیره ترسیم توپوگرافی: کتاب درسی دانشگاه ها / ویرایش شده توسط داوطلب علوم فنیلوسیاکوا N.N. - م.: ندرا، 1986. - 325 ص.، بیمار.

  • بیلیچ یو اس.، واسموت ا. طراحی و نقشه برداری: کتاب درسی برای دانشگاه ها. - م.: ندرا، 1984. - 364 ص.


مدیریت زمین و کاداستر زمین

  • وارلاموف A.A.، Galchenko S.A. کاداستر زمین (در 6 جلد). جلد 6. سیستم های اطلاعات جغرافیایی و زمین. - M.: KolosS, 2006. - 400 p. - (کتب درسی و کمک آموزشی برای دانشجویان مؤسسات آموزش عالی).

  • سیستم یکپارچه اسناد فنی دولت کاداستر زمین فدراسیون روسیه. سیستم طبقه بندی کننده برای اهداف حفظ کاداستر اراضی دولتی. کمیته دولتی فدراسیون روسیه در مورد سیاست زمین. - م.: گوسکومزم روسیه، 2000 - 182 ص.

  • سیستم مدیریت کیفیت یکپارچه برای کارهای طراحی و بررسی. استانداردهای سازمانی برای طراحی مواد گرافیکی. - M.: Roszemproekt، 1983 - 86 p. (STP 71.x-82)

  • دستورالعمل تفسیر عکس های هوایی و نقشه های عکس در مقیاس های 1:10000 و 1:25000 برای اهداف آمایش سرزمین، ثبت اراضی دولتی و کاداستر زمین. - M.: وزارت کشاورزی اتحاد جماهیر شوروی، دانشگاه دولتی استفاده از زمین و مدیریت زمین، VISKHAGI، 1978. - 143 ص.


سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS)

  • پوپوف I.V.، Chikinev M.A. استفاده موثر از ArcObjects. کتابچه راهنمای روش. - Novosibirsk: Publishing House SB RAS، 2003 - 160 p.

  • ژئوانفورماتیک / ایوانیکوف A.D.، Kulagin V.P.، Tikhonov A.N.، Tsvetkov V.Ya. - م.: چاپ مکس، 2001. - 349 ص.

  • Berlyant A.M.، Koshkarev A.V. و سایرین ژئوانفورماتیک فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پایه. - M.: GIS-Association، 1999. - 204 p.

  • دمرز مایکل ن. جغرافیایی سیستم های اطلاعاتی . مبانی: ترجمه. از انگلیسی - م: داده +، 1999. - 507 ص.

  • Zamai S.S., Yakubailik O.E. نرم افزارو فناوری های سیستم های اطلاعات جغرافیایی: آموزشی کمک هزینه - کراسنویارسک: کراسنویار. دولت univ., 1998. - 110 p.

  • کورولف یو.ک. ژئوانفورماتیک عمومی بخش اول. ژئوانفورماتیک نظری. شماره 1. - M.: SP LLC Data+, 1998. - 118 p.


سنجش از دور زمین (ERS)

  • مدودف E.M.، Danilin I.M.، Melnikov S.R. مکان یابی لیزری زمین و جنگل: کتاب درسی. - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - M.: Geolidar، Geoscosmos; کراسنویارسک: موسسه جنگلی به نام. V.N. Sukacheva SB RAS، 2007. - 230 p.

  • کشکین V.B.، سوخینین A.I. سنجش از دور زمین از فضا. پردازش تصویر دیجیتال: آموزش. - م.: لوگوس، 2001. - 264 ص: بیمار.

  • Garbuk S.V., Gershenzon V.E. سیستم های فضایی برای سنجش از دور زمین. - م.: انتشارات الف و ب، 1376. - 296 ص.، ill.

  • وینوگرادوف بی.وی. پایش اکوسیستم هوافضا. - م.: ناوکا، 1984. - 320 ص.

  • دیویس اس. ام.، لاندگرب دی. ای.، فیلیپس تی.ال. و غیره سنجش از دور: یک رویکرد کمی/ اد. F. Swaina و S. Davis. برای از انگلیسی - م.: ندرا، 1983. - 415 ص.

  • Vostokova E.A.، Shevchenko L.A.، Sushchenya V.A. و غیره نقشه برداری از تصاویر ماهواره ای و امنیت محیط زیست / اد. Vostokova E.A.، Zlobina L.I. (ویراستار مسئول)، Kellner Yu.G. - م.: "ندرا"، 1982. - 251 ص.

  • بوگومولوف L.A. تفسیر عکس های هوایی. - م.: "ندرا"، 1976. - 145 ص.

  • میلر وی.، میلر ک. عکس زمین شناسی هوایی/ پر. از انگلیسی Voivode V.M. و Ilyina A.V.، ed. Lungershausen G.F. - M.: MIR، 1964. - 292 p., ill.

  • بوگومولوف L.A. تفسیر توپوگرافی مناظر طبیعی بر روی عکس های هوایی. - M.: Gosgeoltekhizdat, 1963. - 198 p.


ناوبری، جهت یابی و موقعیت یابی

  • Naiman V.S. ناوبر GPS برای مسافران، رانندگان، قایق سواران = بهترین ناوبرهای GPS/ ویرایش علمی توسط V.V. Skrylev. - M.: NT Press, 2008. - 400 pp.: ill.

  • یاتسنکوف V.S. مبانی Sat Nav. سیستم های GPS NAVSTAR و GLONASS. - M: Hotline-Telecom, 2005. - 272 p.: ill.

  • Gromakov Yu.A.، Severin A.V.، Shevtsov V.A. فناوری های مکان یابی در GSM و UMTS: کتاب درسی. کمک هزینه - M.: Eco-Trends, 2005. - 144 p.: ill.

  • سولوویف یو.آ. سیستم های ناوبری ماهواره ای. - M.: Eco-Trends, 2000. - 270 p.

  • سیستم ناوبری رادیویی ماهواره ای جهانی GLONASS/ اد. Kharisova V.N.، Perova A.I.، Boldina V.A. - م.: IPRZHR، 1998. - 400 p. : مریض

  • شبشاویچ V.S.، Dmitriev P.P.، Ivantsevich I.V. و غیره سیستم های ناوبری رادیویی ماهواره ای شبکه ای/ اد. شبشاویچ V.S. - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - م.: رادیو و ارتباطات، 1372. - 408 ص.،: ill.

  • منچوکوف A.E. در دنیای دیدنی ها. اد. 3، اضافه کنید. - م.: "اندیشه"، 1966. - 284 ص.

- "گفتن متشکرم عمر تورنت را افزایش می دهد" (Dark_Ambient )

نقشه های کاغذی منطقه جای خود را به نقشه های الکترونیکی داده اند که ناوبری بر روی آنها با استفاده از سیستم ماهواره ای GPS انجام می شود. از این مقاله خواهید آموخت که ناوبری ماهواره ای چه زمانی ظاهر شد، اکنون چیست و در آینده نزدیک چه چیزی در انتظار آن است.

در طول جنگ جهانی دوم، ناوگروه های ایالات متحده و بریتانیا یک برگ برنده قدرتمند داشتند - سیستم ناوبری LORAN با استفاده از چراغ های رادیویی. در پایان خصومت‌ها، کشتی‌های غیرنظامی کشورهای «غرب‌گرا» فناوری در اختیار خود را دریافت کردند. یک دهه بعد، اتحاد جماهیر شوروی پاسخ خود را به کار گرفت - سیستم ناوبری چایکا، بر اساس چراغ های رادیویی، هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.

اما ناوبری زمینی دارای اشکالات قابل توجهی است: زمین ناهموار به یک مانع تبدیل می شود و تأثیر یونوسفر بر زمان انتقال سیگنال تأثیر منفی می گذارد. اگر فاصله بین چراغ رادیویی ناوبری و کشتی خیلی زیاد باشد، خطا در تعیین مختصات را می توان بر حسب کیلومتر اندازه گیری کرد که غیر قابل قبول است.

چراغ‌های رادیویی زمینی با سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای برای مقاصد نظامی جایگزین شدند که اولین آنها، American Transit (نام دیگر NAVSAT) در سال 1964 راه‌اندازی شد. شش ماهواره در مدار پایین دقت تعیین مختصات را تا دویست متر تضمین کردند.


در سال 1976، اتحاد جماهیر شوروی یک سیستم ناوبری نظامی مشابه، Cyclone، و سه سال بعد، یک سیستم غیرنظامی به نام Cicada را راه اندازی کرد. عیب بزرگ سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای اولیه این بود که فقط می‌توانستند برای مدت کوتاهی یک ساعته استفاده شوند. ماهواره های مدار پایین، و حتی در تعداد کم، قادر به ارائه پوشش سیگنال گسترده نبودند.

جی پی اس در مقابل گلوناس

در سال 1974، ارتش ایالات متحده اولین ماهواره سیستم ناوبری جدید NAVSTAR را به مدار زمین فرستاد که بعداً به GPS (سیستم موقعیت یاب جهانی) تغییر نام داد. در اواسط دهه 1980، فناوری GPS توسط کشتی‌ها و هواپیماهای غیرنظامی مورد استفاده قرار گرفت، اما برای مدت طولانی آنها می‌توانستند موقعیت‌یابی بسیار کمتری نسبت به هواپیماهای نظامی ارائه دهند. بیست و چهارمین ماهواره جی پی اس، آخرین مورد مورد نیاز برای پوشش کاملسطح زمین، در سال 1993 پرتاب شد.

در سال 1982، اتحاد جماهیر شوروی پاسخ خود را ارائه کرد - GLONASS (ناوبری جهانی) سیستم ماهواره ای). آخرین 24مین ماهواره گلوناس در سال 1995 وارد مدار شد، اما عمر کوتاه ماهواره ها (سه تا پنج سال) و بودجه ناکافی برای پروژه، سیستم را برای تقریبا یک دهه از کار انداخت. بازگرداندن پوشش جهانی گلوناس تنها در سال 2010 امکان پذیر بود.


برای جلوگیری از چنین خرابی هایی، هم GPS و هم GLONASS اکنون از 31 ماهواره استفاده می کنند: 24 ماهواره اصلی و 7 ذخیره، همانطور که می گویند، فقط در صورت امکان. ماهواره های ناوبری مدرن در ارتفاع حدود 20 هزار کیلومتری پرواز می کنند و موفق می شوند دو بار در روز دور زمین بچرخند.

GPS چگونه کار می کند

موقعیت یابی در شبکه GPS با اندازه گیری فاصله گیرنده تا چندین ماهواره انجام می شود که مکان آنها در لحظه فعلی دقیقاً مشخص است. فاصله تا ماهواره با ضرب تاخیر سیگنال در سرعت نور اندازه گیری می شود.
ارتباط با اولین ماهواره تنها اطلاعاتی را در مورد محدوده مکان های احتمالی گیرنده فراهم می کند. تقاطع دو کره یک دایره، سه - دو نقطه، و چهار - تنها نقطه صحیح روی نقشه را نشان می دهد. سیاره ما اغلب به عنوان یکی از کره ها استفاده می شود که به جای چهار ماهواره، فقط روی سه ماهواره موقعیت یابی می کند. در تئوری، دقت موقعیت یابی GPS می تواند به 2 متر برسد (در عمل، خطا بسیار بزرگتر است).


هر ماهواره مجموعه بزرگی از اطلاعات را به گیرنده ارسال می کند: زمان دقیقو تصحیح آن، سالنامه، داده های ephemeris و پارامترهای یونوسفر. یک سیگنال زمانی دقیق برای اندازه گیری تاخیر بین ارسال و دریافت آن مورد نیاز است.

ماهواره‌های ناوبری مجهز به ساعت‌های سزیمی با دقت بالا هستند، در حالی که گیرنده‌ها به ساعت‌های کوارتز دقیق‌تر مجهز هستند. بنابراین، برای بررسی زمان، با یک ماهواره اضافی (چهارم) تماس برقرار می شود.


اما ساعت‌های سزیومی نیز می‌توانند اشتباه کنند، بنابراین با ساعت‌های هیدروژنی که روی زمین قرار دارند بررسی می‌شوند. برای هر ماهواره، تصحیح زمان به صورت جداگانه در مرکز کنترل سیستم ناوبری محاسبه می شود که متعاقباً به همراه زمان دقیق به گیرنده ارسال می شود.

یکی دیگر از اجزای مهم سیستم ناوبری ماهواره ای سالنامه است که جدول پارامترهای مدار ماهواره برای ماه پیش رو است. سالنامه و همچنین تصحیح زمان در مرکز کنترل محاسبه می شود.


ماهواره‌ها همچنین داده‌های انفرادی را مخابره می‌کنند که بر اساس آن انحرافات مداری محاسبه می‌شوند. و با توجه به اینکه سرعت نور در هیچ جا به جز در خلاء ثابت نیست، تاخیر سیگنال در یونوسفر باید در نظر گرفته شود.

انتقال داده ها در شبکه GPS به شدت در دو فرکانس انجام می شود: 1575.42 مگاهرتز و 1224.60 مگاهرتز. ماهواره های مختلف با یک فرکانس پخش می شوند، اما از تقسیم کد CDMA استفاده می کنند. یعنی سیگنال ماهواره فقط نویز است که فقط در صورت داشتن کد PRN مناسب رمزگشایی می شود.


روش فوق امکان ایمنی بالای نویز و استفاده از محدوده فرکانس باریک را فراهم می کند. با این حال، گاهی اوقات گیرنده های GPS هنوز مجبورند برای مدت طولانی به جستجوی ماهواره بپردازند که به دلایل مختلفی ایجاد می شود.

اولاً، گیرنده ابتدا نمی داند ماهواره کجاست، در حال دور شدن یا نزدیک شدن است و فرکانس سیگنال آن چقدر است. ثانیاً، تماس با ماهواره تنها زمانی موفق تلقی می شود که آن را دریافت کند مجموعه کاملاطلاعات سرعت انتقال داده در شبکه GPS به ندرت از 50 bps بیشتر می شود. و به محض قطع شدن سیگنال به دلیل تداخل رادیویی، جستجو دوباره آغاز می شود.


آینده ناوبری ماهواره ای

اکنون GPS و GLONASS به طور گسترده برای اهداف صلح آمیز استفاده می شوند و در واقع قابل تعویض هستند. جدیدترین تراشه های ناوبری از استانداردهای ارتباطی پشتیبانی می کنند و به ماهواره هایی که ابتدا پیدا می شوند متصل می شوند.

جی پی اس آمریکایی و گلوناس روسی با تنها سیستم های ناوبری ماهواره ای در جهان فاصله زیادی دارند. به عنوان مثال، چین، هند و ژاپن به ترتیب شروع به استقرار سیستم‌های ماهواره‌ای خود به نام‌های BeiDou، IRNSS و QZSS کرده‌اند که فقط در داخل کشورشان عمل می‌کنند و بنابراین به تعداد نسبتاً کمی ماهواره نیاز دارند.

اما شاید بیشترین علاقه به پروژه گالیله باشد که توسط اتحادیه اروپا در حال توسعه است و باید تا قبل از سال 2020 با ظرفیت کامل راه اندازی شود. در ابتدا، گالیله به عنوان یک شبکه کاملا اروپایی در نظر گرفته شد، اما کشورهای خاورمیانه و آمریکای جنوبی تمایل خود را برای مشارکت در ایجاد آن ابراز کرده اند. بنابراین، یک "نیروی سوم" ممکن است به زودی در بازار جهانی CLO ظاهر شود. اگر این سیستم با سیستم‌های موجود سازگار باشد و به احتمال زیاد چنین خواهد بود، مصرف‌کنندگان فقط سود خواهند برد - سرعت جستجوی ماهواره‌ها و دقت موقعیت‌یابی باید افزایش یابد.

مقدمه

با استفاده از سیستم موقعیت‌یابی جهانی (فرایند GPS که برای تعیین مختصات در هر نقطه از جهان استفاده می‌شود)، دو مقدار زیر یک نقطه روی زمین را تعریف می‌کنند (شکل 1):

1. ابتدا مکان دقیق (مختصات طول، عرض و ارتفاع) در محدوده 20 متر تا تقریباً 1 میلی متر ارائه می شود.

2. زمان دقیق (UTC)، دقت آن از 60 ns تا تقریباً 5 نانوثانیه متغیر است.

سرعت و جهت حرکت را می توان از این مختصات بدست آورد. مختصات و مقادیر زمانی با استفاده از ماهواره های زمین تعیین می شود.

شکل 1 عملکرد اصلی ناوبری ماهواره ای

در سال 2007، سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)،

توسعه یافته توسط وزارت دفاع ایالات متحده (DoD) تنها کامل بود سیستم کاری GNSS. صنعت ناوبری ماهواره ای که به سرعت در حال رشد است، عمدتاً بر روی سیستم GPS متمرکز است، به همین دلیل است که اصطلاحات GPS و ناوبری ماهواره ای گاهی اوقات به جای یکدیگر استفاده می شوند. این سند سایر سیستم های GNSS را نیز پوشش می دهد.

GPS (نام کامل: سیستم ناوبری و موقعیت یاب جهانی، NAVSTARGPS) توسط ایالات متحده توسعه یافته است. وزارت دفاع (DoD) و می تواند توسط پرسنل غیرنظامی و نظامی استفاده شود. سیگنال SPS غیرنظامی (موقعیت یابی استاندارد) توسط همه قابل استفاده است، در حالی که سیگنال PPS نظامی (موقعیت یابی دقیق) فقط توسط عوامل خاص قابل استفاده است. اولین ماهواره در 22 فوریه 1978 در مدار قرار گرفت و در حال حاضر 28 ماهواره عملیاتی در ارتفاع 20180 کیلومتری در 6 مدار مختلف وجود دارد. مدار آنها 55 0 به سمت استوا منحرف می شود، در حالی که 4 ماهواره آخر ارتباط رادیویی را با هر نقطه از سیاره فراهم می کنند. مدار هر ماهواره زمین تقریباً 12 ساعت است و دارای 4 ساعت اتمی است

در طول توسعه سیستم GPS، تأکید اصلی بر سه جنبه زیر بود:

1. این باید به مصرف کنندگان امکان تعیین موقعیت، سرعت و زمان را در حین حرکت یا استراحت بدهد.

2. باید مستمر ارائه دهدموقعیت یابی سه بعدی با درجه دقت بالا، بدون توجه به آب و هوا.

3. باید بتواند توسط مردم غیرنظامی استفاده شود.

مبانی Sat Nav

مقدمه

در پنج یا شش سال دیگر سه سیستم GNSS مستقل در دسترس خواهد بود. ایالات متحده به ارائه GPS به روسیه و اتحادیه اروپا ادامه خواهد داد که سیستم های GLONASS و GLILEO خود را نیز اضافه خواهند کرد. تمامی این سیستم ها برای بهبود قابلیت اطمینان و ارتقاء خواهند یافت

در دسترس بودن برای برنامه های جدید 2.

یک راهنمای سریع اصول اولیه ناوبری ماهواره ای و نحوه اعمال آنها در برنامه ها و فناوری ها را پوشش می دهد. GPS با توجه به استاندارد صنعت و

پیشرفت هایی مانند دیفرانسیل GPS (DGPS)، کمک GPS (AGPS) و

رابط های دستگاه در بخش های مختلف همه اینها با هدف ارائه اطلاعات اساسی در مورد چنین منطقه جذابی به خواننده انجام می شود.

برنج. 2 پرتاب ماهواره GPS

1 ناوبری ماهواره ای آسان شده است

اگر دوست دارید. . .

o درک کنید که چگونه فاصله تا رعد و برق تعیین می شود

o درک نحوه عملکرد توابع اولیه satnav

o بدانید که چند همگام سازی اتمی روی برد ماهواره GPS وجود دارد o بدانید که چگونه موقعیت را روی نقشه تعیین کنید

o درک کنید که چرا برای ارائه موقعیت به 4 ماهواره نیاز است، این فصل برای شما مناسب است!

1.1 اصل اندازه گیری زمان انتقال سیگنال

برای مدتی در طول یک شب طوفانی، بدون شک سعی کرده اید بفهمید که چقدر از رعد و برق فاصله دارید. فاصله را می توان به راحتی تعیین کرد (شکل 3): فاصله = لحظه رعد و برق (زمان شروع) قبل از ظهور رعد و برق (زمان پایان)، ضرب در سرعت صوت (تقریباً 330 متر بر ثانیه). تفاوت بین زمان شروع و پایان در زمان حمل و نقل است.

چشم تعریف شده است

زمان حمل و نقل

زمان شروع را تنظیم می کند

شکل 3 تعیین فاصله توسط رعد و برق

فاصله = زمان عبور * سرعت صدا

سیستم GPS نیز بر اساس همین اصل عمل می کند. برای محاسبه موقعیت دقیق، فقط باید زمان انتقال سیگنال بین نقطه رصد و چهار ماهواره دیگر که موقعیت آنها مشخص است را اندازه گیری کنید.

مبانی Sat Nav

1.1.1 اصول اولیه ناوبری ماهواره ای

تمام سیستم های ناوبری ماهواره ای استفاده می کنند اصول کلیتعاریف مختصات:

ماهواره هایی با موقعیت مشخص سیگنال منظمی را ارسال می کنند.

در اینجا ما اصولی را می بینیم که اغلب در مدل های ساده اعمال می شود. بیایید تصور کنیم که در یک ماشین هستیم و می خواهیم موقعیت خود را در یک خیابان طولانی و مستقیم تعیین کنیم. در انتهای خیابان یک فرستنده رادیویی وجود دارد که در هر ثانیه یک پالس ساعت می فرستد. این خودرو دارای ساعتی است که با ساعت فرستنده رادیویی هماهنگ شده است. با اندازه گیری زمان از فرستنده تا ماشین می توانیم موقعیت خود را در خیابان مشخص کنیم (شکل 4).

در حال گسترش

محاسبه موقعیت

فرستنده سیگنالبا استفاده از خطای زمانی 1 میکرو ثانیه

فاصله

شکل 4 در ساده ترین حالت، فاصله با زمان انتشار تعیین می شود

فاصله D با ضرب زمان انتشار Δτ در سرعت نور c محاسبه می شود. D = ∆τ c

از آنجایی که همگام سازی ساعت ماشین با فرستنده کامل نیست، بین فاصله محاسبه شده و فاصله واقعی تفاوت وجود دارد. در ناوبری، این مقدار نادرست شبیه یک محدوده شبه به نظر می رسد. در مثال ما، خطای زمانی 1 میکروثانیه (1µs) است و یک شبه برد 300 متر را تعریف می کند.

می توانستیم تصمیم بگیریم این مشکل، خودروی خود را به یک ساعت اتمی دقیق مجهز می کنیم، اما این به طور قابل توجهی بر بودجه ما تأثیر می گذارد. راه حل دیگر استفاده از فرستنده ثانویه همزمان است که فاصله آن مشخص است. با اندازه گیری هر دو زمان انتشار، علیرغم عدم دقت ساعت روی برد، می توان فاصله را با دقت تعیین کرد.

فاصله A

شکل 5 با دو فرستنده می توان موقعیت دقیق را با وجود خطاهای زمان بندی محاسبه کرد

همانطور که می بینید، برای محاسبه دقیق موقعیت و زمان در طول یک خط (با فرض اینکه خط فقط در یک جهت امتداد دارد)، به دو فرستنده سیگنال زمان نیاز داریم. از این نتیجه می‌توان به این نتیجه رسید: با ساعت‌های غیرهمگام روی برد که در محاسبه موقعیت استفاده می‌شوند، تعداد فرستنده‌های سیگنال زمانی مورد نیاز بیشتر از تعداد اندازه‌گیری‌های ناشناخته در واحد است.

در یک هواپیما (دو بعدی) به سه فرستنده سیگنال زمان نیاز داریم.

در فضای سه بعدی به چهار فرستنده سیگنال زمان نیاز داریم.

سیستم های ناوبری ماهواره ای از ماهواره ها به عنوان فرستنده سیگنال زمان استفاده می کنند. ارتباط با 4 ماهواره آخر (شکل 6) برای تعیین مختصات سه بعدی (طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی، ارتفاع) در هر زمان ضروری است. در بخش‌های بعدی این موضوع را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.

شکل 6 4 ماهواره برای تعیین طول، عرض جغرافیایی، ارتفاع و زمان مورد نیاز است

مبانی Sat Nav

ناوبری ماهواره ای آسان شده است

1.1.2 زمان سفر سیگنال

سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای از ماهواره‌هایی با ارتفاع بالا استفاده می‌کنند که به گونه‌ای قرار می‌گیرند که از هر نقطه n روی زمین حداقل بتوان خطی را به سمت چهار ماهواره رسم کرد.

هر کدام از این ماهواره ها دارای حداکثر چهار ساعت اتمی روی هواپیما هستند. ساعت‌های اتمی در حال حاضر دقیق‌ترین ابزار هستند که در هر 30000 سال از 1000000 سال حداکثر یک ثانیه از دست می‌دهند. به منظور دقیق تر کردن آنها، تصحیح یا هماهنگ سازی از نقاط کنترل مختلف روی زمین انجام می شود. هر ماهواره موقعیت و زمان دقیق خود را با فرکانس 1575.42 مگاهرتز به زمین مخابره می کند. این سیگنال ها با سرعت نور (300000 کیلومتر بر ثانیه) حرکت می کنند و بنابراین تقریباً 67.3 میلی ثانیه طول می کشد تا مستقیماً زیر ماهواره به سطح زمین برسند. سیگنال برای هر کیلومتر اضافی به 3.33 نیاز دارد. اگر می خواهید موقعیت خود را در خشکی (یا در دریا یا هر جای دیگر) ایجاد کنید، تنها چیزی که نیاز دارید یک ساعت دقیق است. با مقایسه زمان دریافت سیگنال ماهواره ای با زمان ارسال، می توان زمان عبور این سیگنال را تعیین کرد (شکل 7).

شکل 7 تعیین زمان انتقال سیگنال

همانطور که در مثال ماشین، فاصله D تا ماهواره را می توان با استفاده از زمان عبور تعیین کرد: فاصله = زمان سفر * سرعت نور

مبانی Sat Nav

ناوبری ماهواره ای آسان شده است

1.1.3 تعیین موقعیت روی نقشه

تصور کنید که در یک فلات وسیع قدم می زنید و می خواهید بدانید کجا هستید. دو ماهواره که در بالای شما قرار دارند، زمان و موقعیت خود را در هواپیما مخابره می کنند. با استفاده از زمان‌های انتقال سیگنال هر دو ماهواره، می‌توانید دو دایره با شعاع D1 و D2 در اطراف ماهواره‌ها رسم کنید. هر شعاع مربوط به مسافت محاسبه شده توسط ماهواره است. تمام فواصل ممکن تا ماهواره بر روی محیط دایره قرار دارد. اگر موقعیت بالای ماهواره ها حذف شود، موقعیت گیرنده در تقاطع دایره های زیر ماهواره است (شکل 8).

دو ماهواره برای تعیین موقعیت در هواپیمای X/Y کافی است.

شکل 8 موقعیت گیرنده در تقاطع دو دایره

در واقع، موقعیت باید در فضای سه بعدی تعریف شود، نه در یک صفحه. تفاوت بین صفحه و فضای سه بعدی در بعد اضافی (ارتفاع Z) است، برای تعیین موقعیت واقعی باید ماهواره سوم اضافی در دسترس باشد. اگر فاصله سه ماهواره مشخص باشد، تمام موقعیت های ممکن بر روی سطح سه کره قرار می گیرند که شعاع آنها با فواصل محاسبه شده مطابقت دارد. موقعیت مورد نظر محل تلاقی هر سه کره است (شکل 9).

برنج. 9 موقعیت به عنوان نقطه تلاقی سه کره تعریف می شود

مبانی Sat Nav

ناوبری ماهواره ای آسان شده است

1.1.4 وقوع و تصحیح خطای زمانی

ما تاکنون فرض کرده‌ایم که اندازه‌گیری زمان انتقال سیگنال دقیق بوده است. با این حال، این مورد نیست. گیرنده برای اندازه گیری دقیق زمان نیاز به همگام سازی دارد. اگر خطای زمان عبور 1 ns باشد، خطای موقعیت 300 متر خواهد بود. ریاضیات تنها چیزی است که می تواند به ما کمک کند. به یاد بیاورید که اگر N متغیر مجهول وجود داشته باشد، به N معادله مستقل نیاز داریم.

اگر اندازه گیری زمان با یک خطای مجهول ثابت همراه باشد، چهار متغیر مجهول در 3 فضای D خواهیم داشت:

طول جغرافیایی (X)

عرض جغرافیایی (Y)

ارتفاع (Z)

خطای زمانی (∆t)

از این نتیجه می شود که در فضای سه بعدی به 4 ماهواره برای تعیین موقعیت دقیق نیاز است.

سیستم های ناوبری ماهواره ای به گونه ای طراحی شده اند که حداقل 4 ماهواره از هر نقطه از زمین قابل مشاهده باشند (شکل 10). بنابراین، با وجود خطاهای ساعت و زمان گیرنده، موقعیت با دقت تقریباً 5 تا 10 متر محاسبه می شود.

شکل 10 4 ماهواره برای تعیین موقعیت در فضای سه بعدی مورد نیاز است

مبانی Sat Nav

ناوبری ماهواره ای آسان شده است

2 فناوری GNSS: مثال GPS

اگر دوست دارید. . .

o درک کنید که چرا 3 بخش مختلف GPS مورد نیاز است o بدانید که هر بخش عملکردی دارد

o بدانید که چگونه یک ماهواره GPS ساخته می شود

o بدانید چه نوع اطلاعاتی به زمین منتقل می شود o درک کنید که سیگنال ماهواره چگونه تولید می شود

o درک چگونگی تعیین زمان انتقال سیگنال o درک اهمیت همبستگی

o درک کنید که چرا حداقل یک دوره زمانی GPS برای کار آنلاین مورد نیاز است o بدانید فریم ها و فریم های فرعی چیست

پس این فصل برای شماست!

2.1 توضیحات سیستم

زیر

بخش ها

در نظر بگیرید

مختلف

بخش های فناوری GNSS

حامل L1

پالس های ساعت - گذرا - سالنامه - وضعیت - تاریخ، زمان

بخش کاربر

برنج. 11 سه بخش GNSS

گذرنامه های دریافتی - سالنامه محاسبه شده - وضعیت ماهواره - تصحیح زمان

از ایستگاه زمینی

بخش کنترل

همانطور که از شکل 11 مشاهده می شود، یک ارتباط یک طرفه بین بخش فضایی و بخش کاربر وجود دارد. ایستگاه های کنترل روی زمین دارای ارتباطات دو طرفه با ماهواره ها هستند.

2.2 بخش فضایی

2.2.1 حرکت ماهواره

بخش فضایی در حال حاضر از 32 ماهواره فعال (شکل 12) با مدار در 6 صفحه مختلف (از چهار تا پنج ماهواره در هر هواپیما) تشکیل شده است. آنها در ارتفاع 20180 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند و 550 شیب به سمت استوا دارند. هر ماهواره در 12 ساعت به دور زمین می چرخد. با توجه به چرخش زمین، ماهواره تقریباً پس از 24 ساعت (به طور دقیق 23 ساعت و 56 دقیقه) در موقعیت اولیه خود قرار می گیرد (شکل 13).

کلمات کلیدی:فاصله تا شی همگام سازی ساعت؛ خطاهای ساعت ماهواره و گیرنده؛ زودگذر

در نتیجه مطالعه مطالب فصل دوم، دانشجو باید:

دانستن

  • اصول تعاریف ناوبری در GNSS.
  • حل مشکل تعیین مکان یک شی.
  • عوامل موثر بر خطای اندازه گیری ناوبری؛

بتواند

  • خلاصه و نظام مند کردن اطلاعات علمی و فنی مربوط به توسعه فناوری های ناوبری ماهواره ای برای تعیین مکان یک شی.
  • تجزیه و تحلیل و تفسیر نتایج تحقیقات علمی در مورد توسعه دستگاه‌های تله‌ماتیک داخلی، از جمله ماژول‌های ناوبری ماهواره‌ای GLONASS و GPS.

خود

  • روش های استفاده از راه حل برای مشکلات ناوبری برای نظارت بر حرکت وسایل نقلیه.
  • مهارت در جستجو و تجزیه و تحلیل اطلاعات علمی و فنی در مورد توسعه تجهیزات ناوبری GLONASS و GPS برای حمل و نقل جاده ای.

اصول تعاریف ناوبری در سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی

اصل اساسی زیربنای سیستم ناوبری ماهواره ای ساده است و برای مدت طولانی برای ناوبری و جهت یابی استفاده می شده است: اگر مکان هر نقطه مرجع و فاصله تا آن مشخص باشد، می توانید یک دایره رسم کنید (در حالت سه بعدی، یک کره) که در آن نقطه باید محل گیرنده قرار گیرد.

اصل تعیین مختصات یک شی در سیستم GNSS بر اساس محاسبه فاصله آن تا چندین ماهواره است که مختصات دقیق آنها مشخص است. اطلاعات مربوط به فاصله حداقل سه ماهواره به شما امکان می دهد مختصات یک جسم را به عنوان نقطه تقاطع کره ها تعیین کنید که مرکز آن ماهواره ها هستند و شعاع فاصله اندازه گیری شده تا هر یک از ماهواره ها است (شکل 2.1). ). ایده پشت اندازه گیری فاصله تا ماهواره ها

اسپوتنیک 1

اسپوتنیک 2

مکان شی

اسپوتنیک 3

برنج. 2.1.ساده ترین مورد ناوبری ماهواره ای

نیک، بر اساس برابری شناخته شده است: مسافت سرعت ضرب در زمان حرکت است.

بیایید تصور کنیم که در حالی که در یک ماشین هستیم، می خواهیم مکان خود را در یک خیابان طولانی و مستقیم تعیین کنیم. فرض کنید یک فرستنده رادیویی در انتهای خیابان وجود دارد که در هر ثانیه یک پالس ساعت می فرستد. این خودرو دارای ساعتی است که با ساعت فرستنده رادیویی هماهنگ شده است. با اندازه گیری زمان حرکت پالس از فرستنده به ماشین، می توانیم موقعیت ماشین را در خیابان مشخص کنیم (شکل 2.2).

سیگنال ارسال شده

سیگنال دریافت کرد


فاصله هفتم

برنج. 2.2.تعیین فاصله با زمان و سرعت

انتشار سیگنال

از آنجایی که همگام سازی ساعت ماشین با فرستنده کامل نیست، بین فاصله محاسبه شده و فاصله واقعی تفاوت وجود دارد. در مسیریابی به این مقدار نادرست گفته می شود شبه نارنجیاگر خطای زمانی یک میکروثانیه (1 میکروثانیه) باشد، با در نظر گرفتن سرعت انتشار امواج رادیویی، خطا 300 متر خواهد بود.

حل این مشکل با تجهیز خودرو به ساعت اتمی امکان پذیر است، اما این امر به طور قابل توجهی بر بودجه تأثیر می گذارد. راه حل دیگر استفاده از فرستنده ثانویه همزمان است که فاصله آن مشخص است. با اندازه‌گیری هر دو زمان انتشار، می‌توان فاصله را به‌رغم عدم دقت ساعت روی برد به دقت تعیین کرد (شکل 2.3). برای محاسبه دقیق موقعیت و زمان در طول یک خط (با فرض اینکه خط فقط در یک جهت امتداد دارد)، باید از دو فرستنده زمان استفاده کنیم. اجازه دهید نشان دهیم که فاصله /) در این مورد با فرمول محاسبه می شود

  • (آه! - Lt 2)s + L
  • (2.1)

که در آن، Dt 2 زمان رسیدن سیگنال است که به ترتیب توسط ساعت سواری خودرو از فرستنده های اول و دوم اندازه گیری می شود. با -سرعت نور؛ الف- فاصله بین فرستنده ها

بر اساس اندازه گیری های شبه اول و دوم، D و D با عبارات تعیین می شوند

D = در مورد+ 5 ثانیه؛ (2.2)

D=(L-D + 5s، (2.3)

که در آن 5 خطای ساعت ماشین بر حسب ثانیه است.

بدیهی است که اگر ساعت ماشین تند باشد، علامت 5 اگر عقب باشد مثبت است، علامت 5 منفی است.

جایگزینی دامنه های شبه D و D در برابری های (2.2)، (2.3) با عبارات آنها بر حسب سرعت نور و زمان اندازه گیری شده رسیدن سیگنال (به ترتیب D = C Dt، G>2 = ج - Dt 2) و با انجام تبدیل های آشکار، به عبارت (2.1) می رسیم.

از استدلال بالا، می‌توان نتیجه‌گیری زیر را گرفت: با ساعت‌های غیرهمگام روی برد که در محاسبه موقعیت استفاده می‌شوند، لازم است از تعداد فرستنده‌های سیگنال زمانی استفاده شود که از تعداد اندازه‌گیری‌های ناشناخته در واحد بیشتر باشد.


برنج. 2.3.

با وجود خطاهای زمان بندی

گیرنده ناوبری مدت زمانی را که طول می کشد تا سیگنال رادیویی از ماهواره به یک جسم برسد را اندازه گیری می کند و سپس از این زمان برای محاسبه فاصله استفاده می کند.

امواج رادیویی با سرعت نور - 300000 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کنند. اگر لحظه ای را که ماهواره شروع به ارسال سیگنال رادیویی خود کرد و لحظه دریافت آن را دقیقاً تعیین کنید، تعیین زمان انتشار سیگنال رادیویی دشوار نیست. با ضرب سرعت انتشار سیگنال در زمان بر حسب ثانیه، فاصله تا ماهواره را بدست می آوریم.

ساعت های زمینی باید بسیار دقیق باشند زیرا نور بسیار سریع حرکت می کند. به عنوان مثال، اگر یک ماهواره GPS مستقیماً بالای سر باشد، تنها حدود 65 میلی ثانیه طول می کشد تا سیگنال رادیویی از ماهواره به گیرنده روی زمین برسد (شکل 2.4).

سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی با استفاده از روش اندازه گیری زمان بر اساس استاندارد فرکانس اتمی ساخته می شود. ناپایداری نسبی استاندارد فرکانس دستگاه همگام سازی داخلی ماهواره ناوبری GLONASS (1-5) 10 -13 ثانیه در روز.

مشکل اصلی در اندازه گیری زمان انتقال سیگنال رادیویی، لحظه دقیق ارسال سیگنال از ماهواره است. برای انجام این کار، توسعه‌دهندگان GNSS به ایده زیر روی آوردند: ماهواره‌ها و گیرنده‌ها را همگام‌سازی کنید تا دقیقاً همان کد را تولید کنند. به عبارت دیگر، گیرنده آن را تولید می کند

خوانش ساعت ماهواره ای خوانش ساعت ماهواره ای

و گیرنده 0 میلی ثانیه و گیرنده 65 میلی ثانیه


زمان انتقال سیگنال (زمان شروع)

زمان دریافت سیگنال (زمان توقف)

1_ سیگنال

برنج. 2.4.تعیین زمان انتقال سیگنال

کد داخلی همزمان با فرستنده ماهواره، یعنی. در حالت ایده آل، باید دقیقاً کد ماهواره را کپی کند.

بعد، تنها چیزی که باقی می ماند این است که کد را از ماهواره دریافت کنید و ببینید چند وقت پیش گیرنده همان کد را تولید کرده است. برای این کار گیرنده اختلاف زمانی دریافت قسمت مربوطه از کد ماهواره را با همان قسمت کد خود مقایسه می کند. جابجایی یک کد نسبت به کد دیگری که به این روش نشان داده می‌شود، مطابق با زمانی است که سیگنال طول می‌کشد تا فاصله ماهواره تا گیرنده را طی کند. گیرنده با دانستن جابجایی زمانی و سرعت انتشار امواج رادیویی، فاصله تا ماهواره را به دست می‌آورد که به آن شبه می‌گویند.

مزیت استفاده از انفجارهای کد (توالی کد) این است که اندازه گیری تغییر زمانی را می توان در هر زمان انجام داد.

سیستم GNSS از روشی برای تعیین مکان بر اساس محدوده به نشانه های ماهواره ای استفاده می کند که با استفاده از یک کد شبه تصادفی واقع شده اند. هم ماهواره ها و هم گیرنده ها توالی کدهای دیجیتالی بسیار پیچیده ای تولید می کنند. کدها عمداً پیچیده تر شده اند تا بتوان آنها را به طور قابل اعتماد و بدون ابهام مقایسه کرد و همچنین به دلایل دیگر. در هر صورت، کدها آنقدر پیچیده هستند که مانند یک سری طولانی از پالس های تصادفی به نظر می رسند. در واقعیت، آنها با دقت "توالی های شبه تصادفی" انتخاب شده اند که هر میلی ثانیه تکرار می شوند.

چگونه کار کنیم

شما هم ممکن است دوست داشته باشید