Kas yra pasaulinė padėties nustatymo sistema? GPS supratimas

Pasaulinė padėties nustatymo sistema arba GPS yra pasaulinė palydovinės navigacijos sistema (GNSS), teikianti padėties nustatymo, navigacijos ir laiko nustatymo sistemą (PNT). Jį sukūrė JAV gynybos departamentas (JAV) 1970 -ojo dešimtmečio pradžioje. Yra ir kitų palydovinės navigacijos sistemų, tokių kaip Rusijos GLONASS, Europos „Galileo“ ir Kinijos „BeiDou“, tačiau Jungtinių Valstijų pasaulinė padėties nustatymo sistema (GPS) ir Rusijos pasaulinė navigacijos palydovų sistema (GLONASS) yra vienintelės visiškai veikiančios palydovinės sistemos. Navigacijos sistema su atitinkamai 32 palydovais ir 27 palydovais. Prieš kuriant GPS technologiją, pagrindinė navigacijos priemonė (jūroje, sausumoje ar vandenyje) yra žemėlapiai ir kompasas. Įdiegus GPS, navigacija ir vietos nustatymas tapo labai lengvi, kai padėties tikslumas siekė du metrus arba mažiau. Imtuvas 2-D plokštumoje Imtuvo padėtis 3D erdvėje GPS imtuvų tipai Pasaulinės padėties nustatymo sistemos (GPS) taikymai GPS istorija Prieš JAV kuriant GPS, antžemines navigacijos sistemas, tokias kaip LORAN (Long Range Navigation) ir JK „Decca Navigator System“ yra pagrindinės navigacijos technologijos. Abu šie metodai yra pagrįsti radijo bangomis, o diapazonas buvo ribotas iki kelių šimtų kilometrų. Septintojo dešimtmečio pradžioje trys JAV vyriausybinės organizacijos, būtent Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NASA), Gynybos departamentas (DoD) ir Transporto departamentas (DoT) kartu su keliomis kitomis organizacijomis pradėjo kurti palydovinę navigacijos sistemą, siekdamos užtikrinti aukštą tikslumą, nepriklausomą nuo oro sąlygų ir visuotinę aprėptį. Ši programa tapo „Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System“ („NAVSTAR Global Positioning System“). Ši sistema pirmą kartą buvo sukurta kaip karinė sistema, skirta patenkinti JAV kariuomenės poreikius. JAV Kariuomenė NAVSTAR naudojo navigacijai, taip pat ginklų sistemų taikiniams ir raketų nukreipimo sistemoms. Priešų galimybė pasinaudoti šia navigacine sistema prieš JAV yra pagrindinė priežastis, kodėl civiliams nebuvo suteikta prieiga prie jos. Pirmasis NAVSTAR palydovas buvo paleistas 1978 m. jis visiškai veikia. 1994 m. JAV Vyriausybė pripažino GPS svarbą civiliams gyventojams ir paskelbė dvejopo naudojimo sistemą, leidžiančią patekti kariams ir civiliams. GPS struktūros apžvalga Pagrindinė palydovinės navigacijos sistemos „Global Positioning System“ (GPS) technika yra atstumų tarp imtuvo ir keli vienu metu stebimi palydovai. Šių palydovų padėtis jau žinoma, taigi, matuojant atstumą tarp keturių šių palydovų ir imtuvo, trys GPS imtuvo padėties koordinatės, t. galima nustatyti platumą, ilgumą ir aukštį. Kadangi imtuvo padėties pokytį galima nustatyti labai tiksliai, taip pat galima nustatyti imtuvo greitį. GPS segmentai Šios sudėtingos pasaulinės padėties nustatymo sistemos struktūra yra padalinta į tris pagrindinius segmentus: erdvės segmentą, valdymo segmentą ir naudotoją Segmentas. Šiuo tikslu valdymo segmentą ir kosmoso segmentą kuria, valdo ir prižiūri JAV oro pajėgos. Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti trys GPS sistemos segmentai. Erdvės segmentas Palydovai yra išdėstyti šešiose orbitinėse plokštumose, o kiekviena orbitinė plokštuma susideda iš keturių palydovų. Orbitinių plokštumų nuolydis ir palydovų padėtis yra išdėstyti tam tikrais būdais, kad bent šeši palydovai visada būtų matomi bet kurioje Žemės vietoje. Kalbant apie žvaigždyno išdėstymą erdvėje, GPS Palydovai dedami į vidutinės žemės orbitą (MEO) maždaug 20,000 XNUMX km aukštyje. Siekiant padidinti perteklių ir pagerinti tikslumą, bendras GPS palydovų skaičius žvaigždyne padidintas iki 32, iš kurių veikia 31 palydovas. Kontrolės segmentas ir sekimo stotys. Pagrindinis valdymo segmento uždavinys yra sekti GPS palydovų padėtį ir palaikyti juos tinkamose orbitose naudojant manevravimo komandas. Be to, valdymo sistema taip pat nustato ir palaiko borto sistemos vientisumą, atmosferos sąlygas, duomenis iš atominių laikrodžių ir kiti parametrai. GPS valdymo segmentas vėl suskirstytas į keturias posistemes: naują pagrindinę valdymo stotį (NMCS), alternatyvią pagrindinę valdymo stotį (AMCS), keturias antenos antenas (GA) ir pasaulinį stebėjimo stočių (MS) tinklą. Centrinis „GPS Satellite Constellation“ valdymo mazgas yra „Master Control Station“ (MSC). Jis įsikūręs Schrieverio oro pajėgų bazėje, Kolorado valstijoje, ir veikia 24 × 7. Pagrindinės pagrindinio valdymo stoties pareigos yra šios: palydovų priežiūra, naudingosios apkrovos stebėjimas, atominių laikrodžių sinchronizavimas, palydovinis manevravimas, GPS signalo našumo valdymas, navigacijos pranešimų duomenų įkėlimas, aptikimas GPS signalų gedimai ir reagavimas į tuos gedimus. Yra keletas monitoriaus stočių (MS), tačiau šešios iš jų yra svarbios. Jie yra Havajuose, Kolorado šaltiniuose, Ascension saloje, Diego Garcia, Kwajalein ir Canaveral kyšulyje. Šios stebėjimo stotys nuolat stebi palydovų padėtį, o duomenys siunčiami į pagrindinę valdymo stotį tolesnei analizei. Norint perduoti duomenis į palydovus, yra keturios antenos (GA), esančios kaip Ascension Island, Canaveral kyšulys, Diego Garcia ir Kwajalein. Šios antenos naudojamos duomenims susieti su palydovais, o duomenys gali būti tokie kaip laikrodžio korekcija, telemetrijos komandos ir navigacijos pranešimai. Vartotojo segmentas GPS sistemos vartotojo segmentą sudaro galutinis technologijos vartotojas, pvz., Civiliai ir kariškiai navigacijai, tikslus arba standartinis padėtis ir laikas. Paprastai, norėdamas naudotis GPS paslaugomis, vartotojas turi būti aprūpintas GPS imtuvais, tokiais kaip autonominiai GPS moduliai, mobilieji telefonai, kuriuose įgalintas GPS, ir specialios GPS konsolės. Naudodami šiuos GPS imtuvus, civiliniai vartotojai gali žinoti standartinę padėtį, tikslią laikas ir greitis, kol kariuomenė juos naudoja tiksliam buvimo vietos nustatymui, raketų valdymui, navigacijai ir pan. . Tam GPS imtuvai naudoja matematinį metodą, vadinamą Trilateration - metodą, pagal kurį galima nustatyti objekto padėtį, matuojant atstumą tarp objekto ir kelių kitų objektų su jau žinomomis padėtimis. Taigi, jei yra GPS imtuvų, Norėdami sužinoti imtuvo vietą, imtuvo modulis turi žinoti šiuos du dalykus: • palydovų vietą erdvėje ir • atstumą tarp palydovų ir GPS imtuvo. Palydovų buvimo vietos nustatymas. palydovai, GPS imtuvai naudoja dviejų tipų duomenis, perduodamus GPS palydovais: almanacho duomenis ir efemerio duomenis. GPS palydovai nuolat perduoda apytikslę savo vietą. Šie duomenys vadinami Almanacho duomenimis, kurie periodiškai atnaujinami palydovui judant orbitoje. Šie duomenys gaunami iš GPS imtuvo ir saugomi jo atmintyje. Naudodamasis almanacho duomenimis, GPS imtuvas gali nustatyti palydovų orbitą ir palydovų buvimo vietą. Erdvės sąlygų negalima numatyti ir yra didelė tikimybė, kad palydovai gali nukrypti jų tikrasis kelias. Pagrindinė valdymo stotis (MCS) kartu su specialiomis stebėjimo stotimis (MS) seka palydovų kelią ir kitą informaciją, pvz., Aukštį, greitį, orbitą ir vietą. Jei bet kuriame parametre yra klaida, pataisyti duomenys siunčiami į palydovus, kad jie liktų tikslioje padėtyje. Šie orbitiniai duomenys, kuriuos MCS siunčia į palydovą, vadinami „Ephemeris Data“. Palydovas, gavęs šiuos duomenis, pataiso savo padėtį ir taip pat siunčia šiuos duomenis į GPS imtuvą. Abiejų duomenų pagalba, ty Almanachas ir efemeris, GPS imtuvas gali nuolat žinoti tikslią palydovų padėtį. Atstumo tarp palydovų ir GPS imtuvo nustatymas Norint išmatuoti atstumą tarp GPS imtuvo ir palydovų, svarbų vaidmenį atlieka laikas. Žemiau pateikiama palydovo atstumo nuo GPS imtuvo apskaičiavimo formulė: Atstumas = šviesos greitis x palydovinio signalo tranzito laikas siunčia palydovas į GPS imtuvą), kad pasiektų imtuvą. Šviesos greitis yra pastovi vertė ir yra lygus C = 3 x 108 m/s. Norėdami apskaičiuoti laiką, pirmiausia turime suprasti palydovo siunčiamą signalą. Palydovo perduodamas perkoduotas signalas vadinamas pseudo atsitiktiniu triukšmu (PRN). Kai palydovas generuoja šį kodą ir pradeda siųsti, GPS imtuvas taip pat pradeda generuoti tą patį kodą ir bando juos sinchronizuoti. Tada GPS imtuvas apskaičiuoja, kiek laiko vėluoja imtuvo sugeneruotas kodas prieš sinchronizavimą su perduotu palydovu kodą. Kai bus žinoma palydovų buvimo vieta ir atstumas nuo GPS imtuvo, GPS imtuvo padėtį 2D erdvėje arba 3D erdvėje galima sužinoti naudojant šį metodą. kad būtų galima rasti objekto ar GPS imtuvo padėtį 2 matmenų erdvėje, t XY lėktuvas, mums tereikia rasti atstumą tarp GPS imtuvo ir dviejų palydovų. Tegul D1 ir D2 yra imtuvo atstumas atitinkamai nuo 1 palydovo ir 2 palydovo. Dabar, kai palydovai yra centre ir D1 ir D2 spindulys, aplink juos XY plokštumoje nubrėžkite du apskritimus. Šio atvejo vaizdinis vaizdas pavaizduotas šiame paveikslėlyje. Iš aukščiau pateikto vaizdo matyti, kad GPS imtuvas gali būti bet kuriame iš dviejų taškų, kur susikerta du apskritimai. Jei sritis virš palydovų neįtraukta, mes galime tiksliai nustatyti GPS imtuvo padėtį ratų, esančių po palydovais, sankirtos taške. Atstumo informacija iš dviejų palydovų yra pakankama, kad būtų galima nustatyti GPS imtuvo padėtį 2-D arba XY plokštuma. Tačiau tikrasis pasaulis yra 3 matmenų erdvė, todėl turime nustatyti 3 imčių GPS imtuvo padėtį, ty jos platumos, ilgumos ir aukščio. Mes pamatysime žingsnis po žingsnio procedūrą, kad nustatytume 3 matmenų GPS imtuvo vietą. Imtuvo padėtis 3D erdvėje Tarkime, kad palydovų vietos GPS imtuvo atžvilgiu jau žinomos. Jei palydovas 1 yra D1 atstumu nuo imtuvo, akivaizdu, kad imtuvo padėtis gali būti bet kurioje sferos paviršiaus vietoje, kurioje yra palydovas 1 kaip centras, o D1 - kaip spindulys. antrasis palydovas (palydovas 2) iš imtuvo yra D2, tada imtuvo padėtis gali apsiriboti apskritimu, kurį sudaro dviejų sferų, kurių spinduliai D1 ir D2, susikirtimas su atitinkamai 1 ir 2 palydovais centruose. Iš šio vaizdo , GPS imtuvo padėtį galima susiaurinti iki susikirtimo apskritimo taško. Jei prie esamų dviejų palydovų pridedame trečiąjį palydovą (3 palydovas), kurio atstumas D3 nuo GPS imtuvo, tada imtuvo vieta apsiriboja trijų sferų sankirta, t. bet kuriuo iš dviejų taškų. Realaus laiko situacijose GPS imtuvo neaiškumas, esantis vienoje iš dviejų pozicijų, yra neperspektyvus. Tai galima išspręsti įvedus ketvirtąjį palydovą (4 palydovas) su D4 atstumu nuo imtuvo. Ketvirtasis palydovas galės nustatyti GPS imtuvo vietą iš galimų dviejų vietų, kurios buvo nustatytos anksčiau, naudojant tik tris palydovus. Taigi realiu laiku, norint nustatyti tikslią objekto vietą, reikia mažiausiai 4 palydovų. Praktiškai GPS sistema veikia taip, kad bent 6 palydovai visada būtų matomi objektui (GPS imtuvui), esančiam bet kurioje Žemės vietoje. GPS imtuvais GPS naudojasi ir civiliai, ir kariškiai. Taigi GPS imtuvų tipus galima suskirstyti į civilinius GPS imtuvus ir karinius GPS imtuvus. Tačiau standartinis klasifikavimo būdas grindžiamas kodo tipu, kurį imtuvas gali aptikti. Iš esmės yra dviejų tipų kodai, kuriuos perduoda GPS palydovas: šiurkštaus įgijimo kodas (C/A kodas) ir P kodas. Vartotojų GPS imtuvai gali aptikti tik C/A kodą. Šis kodas nėra tikslus, todėl civilinė padėties nustatymo sistema vadinama standartine padėties nustatymo paslauga (SPS). Kita vertus, P -kodas naudojamas kariuomenėje ir yra labai tikslus kodas. Kariuomenės naudojama pozicionavimo sistema vadinama Tikslios padėties nustatymo tarnyba (angl. Precise Positioning Service, PPS). GPS imtuvai gali būti klasifikuojami pagal galimybę iššifruoti šiuos signalus. Kitas būdas klasifikuoti parduodamus GPS imtuvus yra pagrįstas signalų priėmimo galimybe. Naudojant šį metodą, GPS imtuvai gali būti suskirstyti į: Vieno dažnio kodo imtuvai Vienas - Dažnio nešiklis - Išlygintas kodo imtuvas Vienas - Dažnio kodo ir nešiklio imtuvas Dvigubas - dažnio imtuvas Pasaulinės padėties nustatymo sistemos (GPS) taikymas GPS tapo esmine pasaulinės infrastruktūros dalimi, panašus į internetą. GPS buvo pagrindinis elementas kuriant platų spektrą taikomųjų programų, išplitusių įvairiais šiuolaikinio gyvenimo aspektais. Didėjant didelio masto gamybai ir mažinant komponentus, sumažėjo GPS imtuvų kaina. Žemiau pateikiamas nedidelis programų, kuriose GPS vaidina svarbų vaidmenį, sąrašas. Šiuolaikinio žemės ūkio gamyba padidėjo naudojant GPS. Ūkininkai naudoja GPS technologiją kartu su moderniais elektroniniais prietaisais, kad gautų tikslią informaciją apie lauko plotą, vidutinį derlių, degalų sąnaudas, nuvažiuotą atstumą ir kt. Automobilių srityje pramonėje ar vartotojams dažniausiai naudojamos automatizuotos transporto priemonės. GPS leidžia šioms transporto priemonėms naudotis navigacija ir padėties nustatymu. Civiliai žmonės naudoja GPS imtuvus navigacijai. GPS imtuvas gali būti specialus modulis arba įterptas modulis mobiliuosiuose telefonuose ir rankiniuose laikrodžiuose. Jie labai padeda žygiuose, kelionėse, vairavime ir kt. Papildomos funkcijos apima tikslų transporto priemonės laiką ir greitį. Avarinės tarnybos, tokios kaip priešgaisrinė pagalba ir greitoji pagalba, turi galimybę tiksliai nustatyti nelaimės vietą GPS ir gali reaguoti laiku. Kariuomenė naudoja didelio tikslumo GPS imtuvus navigacijai, taikinio sekimui, raketoms orientavimo sistemos ir kt. Yra daugybė kitų programų, kuriose ateityje naudojamas GPS arba platus naudojimo spektras. Susijusios žinutės: Belaidis ryšys: įvadas, tipai ir programos

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas