- •Принципы работы системы gps и ее использование История возникновения gps
- •Общий принцип работы
- •Космический сегмент
- •Сегмент управления
- •Аппаратура потребителей
- •Способы наблюдений
- •Источники ошибок
- •Дифференциальный режим gps
- •Статический метод (Static Positioning)
- •Псевдостатический метод (Pseudo-Static Positioning)
- •Быстростатический метод (Rapid Static Positioning)
- •Кинематический метод “стой-иди” (Stop-and-Go Kinematic Positioning)
- •Кинематический метод со статической инициализацией (Kinematic with Static Initialization)
- •Кинематический метод с инициализацией “на ходу” (Kinematic with On - the Fly Initialization)
- •Примеры использования
- •Проблемы
- •Перспективы использования gps
- •Основные рекомендации napa:
- •Основные рекомендации nrc:
- •Преимущества
- •Краткий обзор gps
- •Спутники
- •Управление gps
- •Пользователи gps
- •Спутниковые сигналы и gps приёмники
- •Кодовые и фазовые измерения
- •Концепции геодезических gps измерений
- •Методы gps измерений
- •Кинематика
- •Дифференциальные измерения
- •Быстрая статика
- •Введение
- •1. Выбор места gps наблюдений
- •1.1. Определение положения пункта
- •1.2. Статические и кинематические методы наблюдений
- •1.3. Выбор метода наблюдений
- •2. Требования к полевому оборудованию
- •3. Планирование геодезической съемки
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Выбор пункта наблюдения
- •3.3. Выбор оптимального окна наблюдения
- •3.4. Выбор сессии наблюдений
- •3.5. Съемка без планирования
- •Организация выполнения gps-наблюдений при создании геодезических сетей
- •1. Рекогносцировка в поле
- •1.1. Подготовка карты
- •1.2. Проблема препятствий
- •1.3. Проблема многопутности сигнала
- •1.4. Подготовка отчета о рекогносцировке
- •2. Выбор монумента
- •3. Организация выполнения наблюдений
- •3.1. Расчет минимального числа сессий
- •3.2. Типы сетей
- •3.2.1. Радиальный тип сети
- •3.2.2. Замкнутая сеть
- •3.3. Привязка к национальной системе координат
- •4. Выполнение съемки
- •4.1. Подготовка к выполнению наблюдений
- •4.1.1. Установка антенны
Космический сегмент
Состоит из 26 спутников (21 основной и 5 запасных), которые обращаются на 6 орбитах. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Радиусы орбит - около 26 тыс. км, а период обращения - половина звездных суток (примерно 11 ч. 58 мин.). На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты (два цезиевых и два рубидиевых - для целей резервирования), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер.
Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями (точнее, эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: C/A-кодом (код свободного доступа) и P-кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только P-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.
Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:
обеспечение возможности синхронизации сигналов ИСЗ и приемника;
создание наилучших условий различения сигнала в аппаратуре приемника на фоне шумов (доказано, что псевдослучайные коды обладают такими свойствами);
реализация режима ограниченного доступа к GPS, когда высокоточные измерения возможны лишь при санкционированном использовании системы.
Рис. Кодирование радиосигнала
Код свободного доступа C/A (Coarse Acquisition) имеет частоту следования импульсов (иначе называемых “чипами”) 1,023 МГц и период повторения 0,001 сек., поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.
Защищенный код P (Protected) характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках. Поэтому до недавнего времени измерения по P-коду могли выполнять только пользователи, получившие разрешение Министерства обороны США. Однако и это “тайное” стало “явным” в результате утечки секретной информации, после чего к P-коду получил доступ широкий круг специалистов. Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты P-кода: в любой момент без предупреждения может быть включен режим AS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование P-кода, и он превращается в Y-код. Расшифровка Y-кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS- приемнике.
Кроме того, для снижения точности определения координат несанкционированными пользователями предусмотрен так называемый “режим выборочного доступа” SA (Selective Availability). При включении этого режима в навигационное сообщение намеренно вводится ложная информация о поправках к системному времени и орбитах ИСЗ, что приводит к снижению точности навигационных определений примерно в 3 раза.
Поскольку P- код передается на двух частотах (L1 и L2), а C/A-код - на одной (L1), в GPS-приемниках, работающих по P-коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Точность автономного определения расстояния по P- коду примерно на порядок выше, чем по C/A-коду.