Власов И.Б. ГНСС (studmaket) (1151932), страница 10
Текст из файла (страница 10)
å. äëÿ ýôåìåðèä, ïåðåäàííûõ äî ìîìåíòà êîððåêöèè, èñïîëüçîâàòü ñòàðûå çíà÷åíèÿ UTS, à äëÿ ýôåìåðèä, ïåðåäàííûõ ïîñëå54êîððåêöèè, ñêîððåêòèðîâàííîå âðåìÿ. Àëãîðèòì îáðàáîòêè ýôåìåðèäíîé èíôîðìàöèè â ìîìåíòû ñåêóíäíûõ ñêà÷êîâ îïèñàí â èíòåðôåéñíîì êîíòðîëüíîì äîêóìåíòå ÃËÎÍÀÑÑ [14].Êðîìå êîððåêöèè ÁØ ÍÊÀ íà öåëîå ÷èñëî ñåêóíä, ïðîâîäèìîé ïðè ñäâèãàõ ÑØÂ, êîððåêöèÿ ÁØ ïðîâîäèòñÿ â ñëó÷àÿõ, êîãäà åå íàêîïëåííàÿ ïîãðåøíîñòü îòíîñèòåëüíî ñèñòåìíîé ïðåâûøàåò äîïóñòèìîå çíà÷åíèå.
Ýòà êîððåêöèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ ñîâìåñòèòüøêàëû ñ òî÷íîñòüþ äî äåñÿòêîâ íàíîñåêóíä, ïðîâîäèòñÿ ïåðèîäè÷åñêè.  èíòåðâàëàõ ìåæäó êîððåêöèÿìè ÍÊÓ íà îñíîâàíèè ñîîòâåòñòâóþùåé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïðîãíîçóõîäà ÁØÂ. Ïîïðàâêè, ïîëó÷åííûå â ðåçóëüòàòå òàêîãî ïðîãíîçà,âî âðåìÿ ñåàíñîâ ñâÿçè çàêëàäûâàþòñÿ â áîðòîâîé êîìïüþòåð ÍÊÀ,à çàòåì ïåðåäàþòñÿ ïîòðåáèòåëþ â ñîñòàâå ýôåìåðèäíîé èíôîðìàöèè.Øêàëà âðåìåíè GPS òàêæå ïðèâÿçàíà ê øêàëå âðåìåíè UTC.Íà÷àëî îòñ÷åòà âðåìåíè óñòàíîâëåíî â ïîëíî÷ü ñ 5 íà 6 ÿíâàðÿ1980 ã. Ñàìîé êðóïíîé åäèíèöåé âðåìåíè GPS ÿâëÿåòñÿ íåäåëÿ, êîòîðàÿ, êàê îïðåäåëåíî, ñîñòîèò èç 604 800 ñ.
Ïîñêîëüêó Ø GPSÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíîé, à Ø UTC ïåðèîäè÷åñêè êîððåêòèðóåòñÿ,îòñ÷åò âðåìåíè â GPS îòëè÷àåòñÿ îò UTC íà öåëîå ÷èñëî ñåêóíä. ðåçóëüòàòå ìåæäó íèìè ñóùåñòâóåò íåêîòîðîå ïîñòîÿííî ðàñòóùåå ðàñõîæäåíèå, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîñòàâëÿþùåå 14 ñ. Ïåðåäàâàåìûå ñ ÍÊÀ íàâèãàöèîííûå äàííûå ñîäåðæàò ñëåäóþùóþ èíôîðìàöèþ î ðàñõîæäåíèÿõ øêàë âðåìåíè: íàêîïëåííîå ðàñõîæäåíèå â öåëûõ ñåêóíäàõ ìåæäó GPS è UTC; äàííûå äëÿ âû÷èñëåíèÿ òåêóùèõ ïîïðàâîê ê ÁØ ÍÊÀ.Ïîãðåøíîñòü àëãîðèòìè÷åñêîé ïðèâÿçêè øêàëû âðåìåíè GPS êUTC íå ïðåâûøàåò 90 íñ (ÑÊÎ).  íàñòîÿùåå âðåìÿ âåäóòñÿ ïåðåãîâîðû î âçàèìíîé «ïðèâÿçêå» Ø ÃËÎÍÀÑÑ è GPS.5.3.3.
Ñèñòåìû êîîðäèíàò, ïðèìåíÿåìûå â ÃÍÑÑÄâèæåíèå ÍÊÀ ïðîèñõîäèò ïîä äåéñòâèåì ñèë èíåðöèè è ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ Çåìëè. Ñîîòâåòñòâåííî, åãî äâèæåíèå îïèñûâàåòñÿ â ñèñòåìå êîîðäèíàò, öåíòð êîòîðîé ñîâïàäàåò ñ öåíòðîììàññ Çåìëè, ò. å. ãåîöåíòðè÷åñêîé ñèñòåìå (ÃÖÑÊ). Êëàññè÷åñêîé ñèñòåìîé êîîðäèíàò, â êîòîðîé îïèñûâàåòñÿ òðàåêòîðíîå äâèæåíèå ÍÊÀ, ÿâëÿåòñÿ èíåðöèàëüíàÿ ãåîöåíòðè÷åñêàÿ ñèñòåìàOx0 y0 z0 (ðèñ. 5.4).Îñü Ox0 ëåæèò â ïëîñêîñòè ýêâàòîðà è íàïðàâëåíà â òî÷êó íåáåñíîé ñôåðû, íàçûâàåìóþ òî÷êîé âåñåííåãî ðàâíîäåíñòâèÿ, òî÷êîéÂåñíû èëè òî÷êîé Îâíà (îáîçíà÷àåòñÿ çíàêîì ñîçâåçäèÿ Îâíà: ^).55Ðèñ. 5.4.
Ãåîöåíòðè÷åñêèå ñèñòåìû êîîðäèíàòÎñü Oz0 íàïðàâëåíà âäîëü îñè âðàùåíèÿ Çåìëè â ñòîðîíó Ñåâåðíîãî ïîëþñà, à îñü Oy0 äîïîëíÿåò ñèñòåìó êîîðäèíàò äî ïðàâîé.Îäíàêî äëÿ ïîòðåáèòåëÿ áîëåå óäîáíûì ÿâëÿåòñÿ îïèñàíèå äâèæåíèÿ ÍÊÀ â ãåîöåíòðè÷åñêîé ïîäâèæíîé (íåèíåðöèàëüíîé) ñèñòåìå êîîðäèíàò Oxyz, ó÷èòûâàþùåé ñóòî÷íîå âðàùåíèå Çåìëè.Öåíòð ýòîé ñèñòåìû òàêæå ñîâïàäàåò ñ öåíòðîì ìàññ Çåìëè, îñüOz ñîâïàäàåò ñ îñüþ Oz0.
Îñü Ox ëåæèò â ïëîñêîñòè ýêâàòîðà èïðîõîäèò ÷åðåç Ãðèíâè÷ñêèé ìåðèäèàí, îñü Oy äîïîëíÿåò ñèñòåìó êîîðäèíàò äî ïðàâîé. Ïëîñêîñòü Oxz îïðåäåëÿåò íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè ëèíèþ ñå÷åíèÿ, îò êîòîðîé îòñ÷èòûâàåòñÿ äîëãîòà. ïðîöåññå âðàùåíèÿ Çåìëè îñü Ox ïåðèîäè÷åñêè ñîâìåùàåòñÿ ñîñüþ Ox0. Èíòåðâàë ìåæäó äâóìÿ òàêèìè ïîñëåäîâàòåëüíûìè ìîìåíòàìè ñîîòâåòñòâóåò îäíèì çâåçäíûì ñóòêàì. Óãîë ìåæäó îñÿìèOx0 è Ox ñîîòâåòñòâóåò ãðèíâè÷ñêîìó çâåçäíîìó âðåìåíè è ðàññ÷èòûâàåòñÿ ñ ó÷åòîì çâåçäíîé äàòû è âðåìåíè íà Ãðèíâè÷ñêîììåðèäèàíå.Èíôîðìàöèÿ î äâèæåíèè ÍÊÀ â ãåîöåíòðè÷åñêîé ïîäâèæíîéñèñòåìå êîîðäèíàò ôîðìèðóåòñÿ íà ÍÊÓ, à çàòåì ïåðåäàåòñÿ â ñîñòàâå íàâèãàöèîííîãî ñîîáùåíèÿ ïîòðåáèòåëþ è èñïîëüçóåòñÿ ïîñëåäíèì äëÿ ðàñ÷åòà ñîáñòâåííûõ êîîðäèíàò â ýòîé æå ñèñòåìå.Îäíàêî äëÿ ïîäàâëÿþùåãî áîëüøèíñòâà ïîòðåáèòåëåé èíòåðåñïðåäñòàâëÿåò èõ ïîëîæåíèå íå îòíîñèòåëüíî öåíòðà Çåìëè, à îò56Ðèñ. 5.5.
Ãåîäåçè÷åñêàÿ ñèñòåìà êîîðäèíàò:Ï ïîòðåáèòåëüíîñèòåëüíî åå ïîâåðõíîñòè. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ ãåîäåçè÷åñêàÿñèñòåìà êîîðäèíàò (ðèñ. 5.5).Ãåîäåçè÷åñêèå êîîðäèíàòû øèðîòà, äîëãîòà è âûñîòà îïðåäåëÿþò ïîëîæåíèå òî÷êè îòíîñèòåëüíî çåìíîé ïîâåðõíîñòè. Âîîáùå ãîâîðÿ, ïîâåðõíîñòü ôîðìû Çåìëè îïèñûâàåòñÿ äîñòàòî÷íîñëîæíîé ôèãóðîé, íàçûâàåìîé ãåîèäîì.
Ïðîñòåéøàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ãåîèäà ýëëèïñîèä, áîëüøàÿ ïîëóîñü êîòîðîãî à ëåæèòâ ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè è ïðîõîäèò ÷åðåç íóëåâîé ìåðèäèàí.Ãåîäåçè÷åñêàÿ øèðîòà òî÷êè Ï âåëè÷èíà óãëà B ìåæäó íîðìàëüþ ê ïîâåðõíîñòè ýëëèïñîèäà è ïëîñêîñòüþ ýêâàòîðà. Ãåîäåçè÷åñêàÿ äîëãîòà òî÷êè Ï âåëè÷èíà óãëà L ìåæäó ïëîñêîñòüþ íóëåâîãî ìåðèäèàíà è ïëîñêîñòüþ ìåðèäèàíà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç òî÷êóÏ.
Ïîëîæèòåëüíîå íàïðàâëåíèå îòñ÷åòà äîëãîò îò íóëåâîãî ìåðèäèàíà ê âîñòîêó. Ãåîäåçè÷åñêàÿ âûñîòà H ðàññòîÿíèå ïî íîðìàëèîò òî÷êè Ï äî ïîâåðõíîñòè ýëëèïñîèäà.Ïðÿìîóãîëüíûå ãåîöåíòðè÷åñêèå êîîðäèíàòû {x, y, z}, âû÷èñëåííûå â õîäå íàâèãàöèîííûõ îïðåäåëåíèé, ïîäëåæàò ïðåîáðàçîâàíèþ â ãåîäåçè÷åñêèå êîîðäèíàòû {B, L, H} ïî ñîîòíîøåíèÿìx = (N + H ) cos B cos L;y = (N + H ) cos B sin L;z = [(1 e2) N + H ]sin B,ãäå N êðèâèçíà ïîâåðõíîñòè â òî÷êå ìåñòíîé âåðòèêàëè, N == a 1 − e 2 s in 2 B ; e ýêñöåíòðèñèòåò ýëëèïñîèäà, e = 1 − b 2 a 2 == 2α − α 2 ; α ïàðàìåòð ñæàòèÿ ýëëèïñîèäà, α = 1 b/a.57Ïàðàìåòðû ýëëèïñîèäà (â îáùåì ñëó÷àå ãåîèäà) îïðåäåëÿþòñÿâûáðàííîé ìîäåëüþ Çåìëè. Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî ÃËÎÍÀÑÑ èGPS èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå ìîäåëè: â ÃËÎÍÀÑÑ äî íåäàâíåãîïðîøëîãî ïðèìåíÿëàñü ðîññèéñêàÿ ìîäåëü ÏÇ-90 («Ïàðàìåòðû Çåìëè, âåðñèÿ 1990 ã.»; â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáîòàíà íîâàÿ âåðñèÿ ÏÇ-90.2).
 GPS ïðèíÿòà ìåæäóíàðîäíàÿ ìîäåëü WGS-84 (WorldGeodetic System, 1984 ã.). Ðàçíèöà â êîîðäèíàòàõ, ðàññ÷èòàííûõ ñïîìîùüþ óêàçàííûõ ìîäåëåé, ìîæåò äîñòèãàòü åäèíèö ìåòðîâ; ìåòîäû ïåðåñ÷åòà êîîðäèíàò èç îäíîé ñèñòåìû â äðóãóþ îïèñàíû âëèòåðàòóðå.Êðîìå ãåîöåíòðè÷åñêîé è ãåîäåçè÷åñêîé íàõîäÿò ïðèìåíåíèå òàêíàçûâàåìûå ëîêàëüíûå ñèñòåìû êîîðäèíàò. Çà íà÷àëî òàêîé ñèñòåìû ìîæåò áûòü ïðèíÿòà ëþáàÿ òî÷êà Oë çåìíîé ïîâåðõíîñòè èëèîêîëîçåìíîãî ïðîñòðàíñòâà (ðèñ. 5.6).OÐèñ. 5.6.
Ëîêàëüíàÿ ñèñòåìà êîîðäèíàòÄåêàðòîâû ëîêàëüíûå òîïîöåíòðè÷åñêèå êîîðäèíàòû îïðåäåëÿþòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: ïëîñêîñòü xëOëyë ÿâëÿåòñÿ êàñàòåëüíîéê çåìíîìó ýëëèïñîèäó, ïðè÷åì îñü Oëxë îðèåíòèðîâàíà íà ñåâåð, àîñü Oëyë íà âîñòîê. Îñü Oëzë ñîâïàäàåò ñ ìåñòíîé âåðòèêàëüþ èïðè îðèåíòàöèè ââåðõ äîïîëíÿåò ñèñòåìó äî ëåâîñòîðîííåé, à ïðèîðèåíòàöèè âíèç äî ïðàâîñòîðîííåé. Òîïîöåíòðè÷åñêèå êîîðäèíàòû óäîáíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îïèñàíèÿ ïîëîæåíèÿ îäíîãî îáúåêòàîòíîñèòåëüíî äðóãîãî. Äåêàðòîâû êîîðäèíàòû îáúåêòà â ýòîì ñëó÷àå ðàâíû ðàçíîñòÿì åãî ãåîöåíòðè÷åñêèõ êîîðäèíàò è ãåîöåíòðè÷åñêèõ êîîðäèíàò òî÷êè, ïðèíÿòîé çà íà÷àëî îòñ÷åòà.Òîïîöåíòðè÷åñêàÿ ñèñòåìà ìîæåò áûòü íå òîëüêî äåêàðòîâîé, íîè ñôåðè÷åñêîé; â ýòîì ñëó÷àå êîîðäèíàòàìè ÿâëÿþòñÿ äàëüíîñòü d,àçèìóò β è çåíèòíûé óãîë ϑ (ðèñ.
5.7).58Ðèñ. 5.7. Òîïîöåíòðè÷åñêàÿ ñôåðè÷åñêàÿ ñèñòåìà êîîðäèíàòÂñå ïåðå÷èñëåííûå ñèñòåìû êîîðäèíàò èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îïèñàíèÿ ìåñòîïîëîæåíèÿ îáúåêòà, ðàññìàòðèâàåìîãî â êà÷åñòâå ìàòåðèàëüíîé òî÷êè. ñëó÷àå, êîãäà îáúåêò ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ïðîòÿæåííûé, ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü èíòåðåñ åãî ïðîñòðàíñòâåííàÿ îðèåíòàöèÿ, îáû÷íî îòíîñèòåëüíî ãîðèçîíòà.Äëÿ îïèñàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçóþò óãëû ìåæäó îñÿìè òîïîöåíòðè÷åñêîé ñèñòåìû êîîðäèíàò, íà÷àëî êîòîðîé ðàñïîëîæåíî â öåíòðå ìàññ îáúåêòà è îñÿìèòàê íàçûâàåìîé îáúåêòîâîé ñèñòåìû. Íóëåâàÿ òî÷êà ýòîé ñèñòåìûòàêæå íàõîäèòñÿ â öåíòðå ìàññ îáúåêòà, îäíàêî åå îñè ñîâïàäàþòñî ñòðîèòåëüíûìè îñÿìè èëè äðóãèìè ëèíèÿìè, æåñòêî ñâÿçàííûìè ñ îáúåêòîì (ïîäðîáíåå îá ýòîì ñì.
ðàçä. 8).Êîíòðîëüíûå âîïðîñû1. Êàêèå ýëåìåíòû âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÍÊÓ ÃËÎÍÀÑÑ?2. Êàêèå çàäà÷è ðåøàåò ÍÊÓ ÃËÎÍÀÑÑ?3. Êàêèå ôóíêöèè âûïîëíÿåò öåíòð óïðàâëåíèÿ ñèñòåìîé, öåíòðàëüíûé ñèíõðîíèçàòîð?4. Êàêîâà ñðåäíåñóòî÷íàÿ íåñòàáèëüíîñòü Ø ÖÑ, êàêîâà òî÷íîñòü âçàèìíîé ñèíõðîíèçàöèè Ø ÍÊÀ?5. Êàêèå ôóíêöèè âûïîëíÿþò ðàäèîòåõíè÷åñêèå è êâàíòî-îïòè÷åñêèåêîíòðîëüíûå ñòàíöèè?6. Ïðèíöèïû êîððåêöèè ÁØ ÃÍÑÑ.7. Äëÿ ÷åãî íóæíà àïïàðàòóðà êîíòðîëÿ ïîëÿ? Êàêèå ìåðû ïðèíèìàþòñÿ, åñëè òî÷íîñòü ðåøåíèÿ íàâèãàöèîííîé çàäà÷è ïî êàêîìó-ëèáî ÍÊÀ íåñîîòâåòñòâóåò ðàñ÷åòíîé?598.  ÷åì ñîñòîÿò ðàçëè÷èÿ ìåæäó ÍÊÓ ÃËÎÍÀÑÑ è GPS?9. Àñòðîíîìè÷åñêèå è íåàñòðîíîìè÷åñêèå ñèñòåìû âðåìåíè; ñèñòåìûâðåìåíè, èñïîëüçóåìûå â ÃÍÑÑ.10.
×òî íàçûâàåòñÿ Âñåìèðíûì êîîðäèíèðîâàííûì âðåìåíåì?11.  êàêèõ ñëó÷àÿõ ïðîèçâîäèòñÿ êîððåêòèðîâêà Ø ÖÑ è ÍÊÀ?12. ×åì îòëè÷àþòñÿ ñèñòåìíûå Ø ÃËÎÍÀÑÑ è GPS?13. Ñèñòåìû êîîðäèíàò è ìîäåëè Çåìëè, èñïîëüçóåìûå â ñïóòíèêîâîéíàâèãàöèè.606. ÑÒÐÓÊÒÓÐÀ ÑÈÃÍÀËÎÂ È ÑÎÎÁÙÅÍÈÉ ÃÍÑÑÏðè âûáîðå òèïîâ è ïàðàìåòðîâ ñèãíàëîâ, èñïîëüçóåìûõ â ÃÍÑÑ, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü êîìïëåêñ òðåáîâàíèé è óñëîâèé, ïîä÷àñ ïðîòèâîðå÷àùèõ äðóã äðóãó. Âî-ïåðâûõ, ñ ó÷åòîì èñïîëüçóåìûõ â ÃÍÑÑ ìåòîäîâíàâèãàöèîííûõ èçìåðåíèé (ïñåäîäàëüíîìåðíûé è ïñåâäîäîïëåðîâñêèé) ýòèñèãíàëû äîëæíû îáåñïå÷èâàòü âûñîêóþ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ âðåìåíè ïðèõîäà (çàäåðæêè) ñèãíàëà è åãî äîïëåðîâñêîé ÷àñòîòû è âûñîêóþ âåðîÿòíîñòü ïðàâèëüíîãî äåêîäèðîâàíèÿ íàâèãàöèîííîãî ñîîáùåíèÿ.
Âî-âòîðûõ,÷òîáû ñèãíàëû ðàçíûõ ÍÊÀ íàäåæíî ðàçëè÷àëèñü ÀÏ, îíè äîëæíû èìåòüíèçêèé óðîâåíü âçàèìíîé êîððåëÿöèè. Êðîìå òîãî, ñèãíàëû ÃÍÑÑ äîëæíû íàèëó÷øèì îáðàçîì èñïîëüçîâàòü îòâåäåííóþ ïîëîñó ÷àñòîò ïðè ìàëîì óðîâíå âíåïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ, îáëàäàòü âûñîêîé óñòîé÷èâîñòüþê ïðåäíàìåðåííûì è íåïðåäíàìåðåííûì ïîìåõàì ðàçëè÷íûõ âèäîâ. Âûïîëíèòü ýòè òðåáîâàíèÿ óäàåòñÿ òîëüêî ïðè èñïîëüçîâàíèè ñëîæíûõ ñèãíàëîâ, áàçà êîòîðûõ (ïðîèçâåäåíèå ïîëîñû íà äëèòåëüíîñòü) ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò åäèíèöó.  êà÷åñòâå òàêîâûõ â îáåèõ ðàññìàòðèâàåìûõÃÍÑÑ èñïîëüçóþòñÿ ñèãíàëû ñ ïñåâäîñëó÷àéíîé ôàçîâîé ìàíèïóëÿöèåé.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
