Пояснительная записка (1225689), страница 6
Текст из файла (страница 6)
- погрешности, обусловленные режимом селективного доступа (Selective availability, S/A). Реализуя этот режим, провайдер услуг системы "GPS" Министерство обороны США намеренно снижает точность определения местонахождения для гражданских потребителей. В режиме S/A формируются ошибки искусственного происхождения, вносимые в сигнал на борту спутников "GPS" с целью заглубления навигационных измерений. Такими ошибками являются неверные данные об орбите спутника и искажения показаний его часов за счет внесения добавочного псевдослучайного сигнала. Величина среднеквадратической ошибки из-за влияния этого фактора составляет примерно 30 м;
- погрешности, связанные с распространением радиоволн в ионосфере. Задержки распространения сигналов при их прохождении через верхние слои атмосферы приводят к ошибкам порядка 2030 м днем и 36 м ночью. Несмотря на то, что навигационное сообщение, передаваемое с борта спутника "GPS", содержит параметры модели ионосферы, компенсация фактической задержки в лучшем случае составляет 50 %;
- погрешности, обусловленные распространением радиоволн в тропосфере. Возникают при прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Значения погрешностей этого вида при использовании сигналов с С/А кодом не превышают 30 м;
- эфемеридная погрешность. Ошибки обусловлены расхождением между фактическим положением спутника "GPS" и его расчетным положением, которое устанавливается по данным навигационного сигнала, передаваемого с борта КА. Значение погрешности обычно не больше 3 м;
- погрешность ухода шкалы времени спутника обусловлена расхождением шкал времени различных спутников. Устраняется с помощью наземных станций слежения или за счет компенсации ухода шкалы времени в дифференциальном режиме определения местоположения;
- погрешность определения расстояния до спутника. Данный показатель является статистическим, он вычисляется для конкретного спутника и заданного интервала времени. Ошибка не коррелированна с другими видами погрешностей. Её величина обычно не превышает 10 м.
Для того чтобы все эти факторы и погрешности не повлияли на качество сигнала и существуют методы повышения точности навигационных определений [15].
4.1 Метод дифференциальных поправок
Один из основных методов повышения точности, определения местонахождения объекта и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.
Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного "GPS-приемника", называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной "GPS-приемник", и дает возможность одновременно отслеживать спутники "GPS". Опорная станция включает в себя измерительный датчик "GPS" с антенной, процессор, приемник и передатчик данных с антенной. Станция, как правило, использует многоканальный приемник "GPS", каждый канал которого отслеживает один видимый спутник. Необходимость непрерывного отслеживания каждого КА обусловлена тем, что опорная станция должна "захватывать" навигационные сообщения раньше, чем приемники потребителей. Сравнивая известные координаты (полученные в результате геодезической съемки) с измеренными, контрольный "GPS-приемник" вырабатывает поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате.
Аппаратура потребителя включает в себя "GPS-приемник" с антенной, оснащенный процессором и дополнительным радиоприемником с антенной, который и позволяет получать дифференциальные поправки с опорной станции. Поправки, принятые от опорной станции, автоматически вносятся в результаты собственных измерений пользовательских устройств. Для каждого КА, сигналы которого поступают на "GPS-приемник", поправка, полученная от опорной станции, складывается с результатом измерения псевдодальности.
Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной станцией. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приемнику) причинами, что обычно характерно для системы "GPS".
Метод дифференциальной коррекции подразделяется на режимы:
- дифференциальный режим с коррекцией координат. Его принцип основан на вычислении ошибки полученных мгновенных координат опорного навигационно-геодезических приёмников (НГП) в общеземной системе координат относительно точных координат опорного навигационно-геодезического приёмника в общеземной системе координат. С учётом ошибки определения, мгновенного местоположения опорного НГП вносится коррекция, либо в координаты потребителя, либо в измеренные НГП потребителя псевдодальности;
- дифференциальный режим с использованием относительных координат. Используется в случае затруднения в точной геодезической привязке опорного НГП. В качестве точных координат используются мгновенные координаты, осреднённые за определённый период времени;
- дифференциальный режим с использованием псевдоспутника. В местах, где невозможно наблюдение потребителем более 3-х работоспособных спутников синхронно с опорным НГП, устанавливают устройство, имитирующее сигнал НИСЗ. Данное устройство называют псевдоспутником. Дифференциальный режим определения местоположения по НИСЗ и псевдоспутнику назван дифференциальным режимом с использованием псевдоспутника;
- относительные фазовые определения. Данный режим наиболее сложен в математической реализации. Точность и дальность действия в плане для неподвижного потребителя, при реализации метода относительных фазовых определений, составляет 3 мм ошибка в 1 мм на каждый километр. Метод основан на оценке фазовой задержки радионавигационного сигнала во времени от одного и того же НИСЗ относительно нескольких НГП с учётом их пространственного положения.
4.2 Методы контроля за целостностью
Основными достоинствами навигационных систем "GPS" и "ГЛОНАСС" являются глобальность обслуживания, высокая точность и непрерывность определения координат и скорости движения объекта. Кроме того, обе системы обладают возможностями повышения точности и надежности навигационных измерений в результате применения дифференциального режима. Действуя в штатном и дифференциальном режимах, эти навигационные системы полностью удовлетворяют требованиям точности при определении местоположения гражданских потребителей. Однако в глобальной рабочей зоне существующие системы "GPS" и "ГЛОНАСС", использующие КА на негеостационарных круговых орбитах, не вполне отвечают требованиям отдельных категорий пользователей.
В первую очередь, это касается авиации, где необходимы информация о целостности систем "GPS и ГЛОНАСС" и высокая точность навигационных данных о доступности объекта. Системы с геостационарными КА способны мгновенно оценивать текущее состояние орбитальных группировок "GPS/ГЛОНАСС" и своевременно оповещать об этом потребителей. Кроме того, пользовательская аппаратура может быть оснащена устройством для получения дополнительного навигационного сигнала, повышающего точность навигационных параметров
В настоящее время ведутся работы по улучшению показателей доступности и целостности систем "GPS/ГЛОНАСС", особенно в части повышения достоверности контроля их работоспособности и сокращения времени оповещения объекта о целостности системы. Возможны два варианта контроля за целостностью системы, основанные на внутренних и внешних методах контроля.
Внутренние методы предполагают использование избыточной информации навигационных датчиков потребителя, которую они получают, принимая навигационные сигналы от большего, чем минимально необходимо, числа спутников. С помощью специальных алгоритмов легко обнаружить и/или идентифицировать источник неправильной информации. При обнаружении источника производится полная отбраковка полученных решений навигационных задач; если же спутник, передающий неверные данные, точно идентифицирован, то из расчетов исключаются только те параметры, которые были определены по сигналам этого КА.
Внешние методы основаны на создании сети станций, для обеспечения контроля работоспособности навигационных спутников в режиме реального времени. В этом случае узел сети региональный вычислительный центр осуществляет обработку данных, получаемых от наземных станций слежения, и формирует сообщение о целостности системы. Процедура внешнего контроля является более сложной, поскольку требует создания наземной сети. Однако такое решение задачи целостности позволяет получить более полную информацию о системе, которой принципиально не может располагать отдельный потребитель при автономном контроле за целостностью. В частности, внешние методы контроля позволяют точно определять координаты КА в орбитальных группировках систем "GPS" и "ГЛОНАСС", а также точные поправки для синхронизации временных шкал геостационарных КА и спутников "GPS/ГЛОНАСС" [16].
5 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОВЕРКИ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЬЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Существует множество приёмников специально разработанных для применения геодезических задач с применением систем "GPS" и "GPS\ГЛОНАСС". В данном случае будет показана работа с приёмником Trimble 5700 R1, который принимает сигнал от спутников "GPS" на частоте L1,что позволяет обеспечить точное определение координат для решения этой задачи. Приёмник записывает полученные данные "GPS" во встроенную карту памяти – CompactFlash и позволяет нам получать данные через USB порты. Приемник Trimble 5700 R1 разработан для противодействия грубому обращению, характерному для полевых условий. Однако приемник высокоточный электронный инструмент, с которым необходимо обращаться с разумной аккуратностью.
Приемник Trimble 5700 R1 обладает следующими характеристиками:
- сантиметровый уровень точности определения координат в реальном времени с данными RTK/OTF, интервалом обновления данных 10Гц и приблизительно 20 мс задержкой;
- субметровый уровень точности определения координат с использованием псевдодальностной коррекции с задержкой менее 20 мс;
- расширенный RTK;
- поддержка WAAS;
- автоматическая инициализация OTF «на лету» во время движения;
- выход сигнала 1PPS (1 импульс в секунду);
- двойной вход маркера событий;
- USB порт для передачи данных;
- карта памяти типа Type I CompactFlash для хранения данных;
- встроенное устройство для подзарядки аккумуляторов (не требуется внешнего источника для подзарядки);
- три последовательных порта RS-232 (выхода "NMEA" сообщений; ввода и вывода сигналов коррекции в формате RTCM SC-104;ввода и вывода в формате Trimble (CMR));
- два TNC порта (соединения с GPS антенной; соединения с радиоантенной).
Также приёмник имеет ограничение – Министерство Торговли США требует, чтобы все экспортируемое оборудование "GPS" имело ограничение по характеристикам, чтобы не могло быть использовано для нанесения вреда США. Соответствующие ограничения внесены и в приемник Trimble 5700 R1.
Производство спутниковых измерений и доступ к навигационной информации немедленно прекращаются в случае, если вычисленная скорость движения приемника превышает 1000 узлов, или вычисленная высота приемника превышает 18000 метров. Приемник начинает нормально работать, после того, как эти условия снимаются.
5.1 Составные части приемника
Органы управления приемником, порты и разъемы расположены на четырех основных панелях.
На рисунке 5.1 представлена передняя панель приемника Trimble 5700 R1. На ней расположено пять светодиодных индикаторов, две кнопки и защелка отсека гнезда карты CompactFlash и разъема USB. Две кнопки управляют записью данных, файлами, питанием и установками приемника. Светодиодные индикаторы отображают текущее состояние записи данных, питания, слежения за спутниками и радиоканала.
Рисунок 5.1 – Передняя панель приемника Trimble 5700 R1
На рис. 5.2 представлена задняя панель приемника 5700. На ней находится гнездо для установки кронштейна приемника и крышки двух батарейных отсеков, размещенных на нижней панели. Приемник поставляется с уже установленной защелкой крепления. Для установки приемника на веху необходимо закрепить кронштейн приемника на вехе и вставить защелку крепления приемника в кронштейн. Для установки приемника на веху необходимо закрепить кронштейн приемника на вехе и вставить защелку крепления приемника в кронштейн.
Рисунок 5.2 – Задняя панель приемника Trimble 5700 R1
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
