Computerra Positioning System

Ne keresse egységét az összesített, de inkább - az egyenletesség a szétválás.
Kozma bárok.
„A gyümölcsök meditáció”

Tekintsünk egy geocentrikus koordinátarendszerben. Eredetük egybeesik a központ (vagy, pontosabban, a tömegközéppont) a Földön. A globális helymeghatározó rendszer téglalap (derékszögű) X rendszer, Y, Z és az ellipszoid B rendszer, L, H (lásd. Ábra). Hadd magyarázzuk milyen ellipszoid kérdéses. Közös földi ellipszoid a legegyszerűbb matematikai értelemben a Föld modell szerint. Ellipszoid választjuk meg, hogy annak felülete a lehető legközelebb, hogy illeszkedjen a geoid felületén. A geoid lehet elképzelni, mint egy felület, amely egybeesik a zavartalan világ az óceán felszíni és mentálisan keresztül folyamatosan kontinensen. A szigorú definíció geoid - az a szint a felület, amely a pont elfogadott kezdete referencia magasságot. Oroszországban például a nulla pont a Kronstadt árapály szelvény. Referenciasíkjához ezekben koordinátarendszereket egyenlítői síkjával, és a gép a kezdeti (Greenwich) meridián. Megszámlálható egyenlítő geodéziai szélességi B. a Greenwich megszámoltuk geodéziai koordináták L. geodéziai h magassággal a felületről a ellipszoid normális. Ugyanez vonatkozik ellipszoid és derékszögű koordináta-rendszert. A Föld forgástengelyének egybeesik kis tengelye ellipszoid és a tengelyen átmenő Z. északi pólus. X-tengely az a vonal metszéspontja az egyenlítői sík és a sík a greenwich. Az Y tengely is síkjában az egyenlítőtől, és azt mondják, hogy kiegészíti a koordináta-rendszer a jobb oldalon.

Gyakran középpontjában a legösszetettebb rendszerek meglehetősen egyszerű ötlet. Műholdas navigációs rendszer sem kivétel. Képzeljünk el egy néhány alapvető ötleteket.

A - GPS rögzíti a távolságot a műholdakat. Ismerve a koordinátáit a navigációs műholdak, és hogy képes mérni a távolságot nekik koordinátáinak meghatározásához a megfigyelő - egy trükk. Például, ha tudjuk, hogy tőlünk egy navigációs műhold, mondjuk, 11 ezer. Km, ez azt jelenti, hogy valahol egy képzeletbeli gömb sugara 11 ezer. Km közepével egybeeső műhold. Ha ugyanakkor a távolság egy másik műhold 12 ezer. Km, a mi hely lesz valahol a kör, amely a kereszteződés két ilyen területeken. Végül, a tudás a tartományban a harmadik műhold számának csökkentése lehetséges pontjait helyen két, melyek közül az egyik lesz valahol messze a térben (és visszautasítjuk azt), a másik - a földön, mellettünk.

B - távolság mérését a műhold. Iskola igazság mondja: „távolságra sebesség szorozva idő a mozgás.” Navigációs vevő és a futás. Méri az időt, amely alatt a rádiójel jön a műhold, hogy minket, majd kiszámítja a távolságot ebben az időben. A legnagyobb nehézséget az a rádió jel terjedési ideje az az idő, a jelenlegi elosztása átvitel a műhold. Ehhez a műhold és a vevő egyidejűleg generálja ugyanazt a kódot sorrendben. Most is csak összehasonlítani az idő a hiba, szorozza meg a terjedési sebessége, és látszólag a zsákban. Azonban, ha a műhold és a vevő van a különbség diskurzushoz csak egy század második, a távolság mérési hiba lesz mintegy 3000. Km!

B - tökéletes időzítés. Annak elkerülése érdekében, az ilyen hibák, telepítse a műholdas atomórák pontossága, amely egy nanoszekundum, és a költség - több százezer dollárt. Ugyanolyan órát a vevő - túl drága. Azonban, meg tudod csinálni egy egyszerű óra, ha nem méri a távolságot három és legfeljebb négy műhold. Ebben az esetben a négy pontatlan mérések ( „ideges” clock) lehetővé teszi a vevő, hogy megszüntesse a relatív elmozdulás az időskálán. Itt van, hogyan. Tegyük fel, hogy a vevő órája tökéletlen ellenőrzése nélkül egyetlen alkalommal navigációs rendszer, és mögötte, például egy fél másodperc. Ha megmérjük az idő múlásával a jelet négy műhold és fogadására valótlan vagy pszeudo hozzájuk, kiderül, hogy a képzeletbeli gömb sugara megfelel a pszeudo nem metszik egymást egy pontban. Aztán, hogy tisztázza a tartományok a vevő hozzáteszi, hogy a számítógép minden mérés (vagy kivonás) egy bizonyos egy és ugyanazon időintervallum, amíg nem talál megoldást, ahol mind a négy képzeletbeli gömb metszi egy ponton.

D - meghatározása a helyzet a műhold az űrben. Ahhoz, hogy az összes fenti sikeresen elvégeztek, akkor pontosan tudja a helyét az egyes navigációs műhold. Erre a célra, egyrészt a műholdak indult nagy pályákon (mintegy 20 ezer. Km), ahol a mozgást a stabil és kiszámítható nagy pontossággal. És másodszor, kisebb változások pályája folyamatosan figyelemmel kíséri. Ebben az esetben a tájékoztatás a helyét a műhold a memóriában tárolt a fedélzeti számítógép, majd továbbítja a vevő együtt kódsor.

D - korrekciós jel késések. Hogyan tökéletes a rendszer, több hibaforrás, hogy nagyon nehéz elkerülni. A legjelentősebb ezek fordulhat elő, ha a rádiójelet az ionoszféra késedelem (a réteg a töltött részecskék magasságban 120-200 km) és troposzféra (8-18 km) a Földön. Nagysága a késedelem nem állandó, és függ a naptevékenység és az időjárási körülmények. Két módszer van, amelyek segítségével, hogy a hiba minimális. Először is, tudjuk megjósolni, hogy milyen egy tipikus változás terjedési sebessége egy tipikus nap, átlagosan ionoszféra körülmények között, majd a korrekció a mérés. De sajnos, nem minden nap közhely. Egy másik módszer, hogy a két vivőfrekvencián oszcillációk. A különbség a késés két jel különböző frekvenciájú nem nehéz kideríteni nagyságának lassulás fénysebesség a légkörben.

Global Positioning System (GPS) átvisszük a globális helymeghatározó rendszer. A „pozicionáló” - szélesebb tekintetében a „pozicionálás”. Rangsor mellett koordinátáinak meghatározására meghatározása magában foglalja a sebességvektor a mozgó tárgy. Teljes név GPS Navstar rendszer (Navigation System Time terjedő) - a navigációs rendszer alapján az idő és távolság mérésére.

GPS három részből áll: űrszegmensének, ellenőrzési szegmens és a vezérlő szegmens és a felhasználó. Űrszegmens áll műholdak működő korában észrevételeit. irányítási és ellenőrzési szegmens tartalmaz egy fő állomás irányítási és ellenőrzési, műholdas nyomkövető állomás és az állomás a könyvjelzők közé információkat a fedélzeti számítógépek műholdak. Felhasználói szegmens - egy sor műholdvevők, amelyek használatban vannak.

Névlegesen, bármely adott időpontban, van 24 működő műholdakat, amelyek osztják a hat pályán keringenek. Minden pályán, így négy műholdat. Pályasíkok vannak egymástól 60 fokkal hosszúság. A dőlés a keringési síkja az egyenlítő síkjában van 53 fok. Távolság műholdak a Föld - 20.200 kilométert .. Ebben a magasságban a pályán keringési ideje felének a csillagászati ​​nap. Observer kényelmes. Tudja, hogy ha ma van itt az ideje a műhold egy bizonyos ponton az ég, ugyanaz a műhold nagyjából ugyanazon a helyen pontosan egy nap. Kényelmes tervezni nyomon követése. A legdrágább műholdas berendezések atomi frekvencia szabványok, időben, hogy nanoszekundumos pontossággal a fedélzeti óra.

A feladatok az irányítási és ellenőrzési szegmens (Operatív Control System) egy műholdas nyomkövető, hogy meghatározza a paramétereket a pályán (ephemeris) és az óra korrekciók a GPS-rendszer ideje, műholdpálya becslés és a helyét a pályák (becslés ephemeris), az idő szinkronizációs óra viszonyítva a rendszer idő betöltése, a navigációs üzenet a fedélzeti számítógépek műholdak. A főpályaudvar irányítási és ellenőrzési (konszolidált Space Operations Center) található Colorado Springs (Amerikai Egyesült Államok). A Központ gyűjti és feldolgozza az adatokat megfigyelő állomások, kiszámítja és megjósolja efemeriszadatok műholdak, valamint a paraméterek az óra.

Az adatok kerülnek át az egyik a három földi állomások könyvjelző információt a memóriában a fedélzeti számítógép. Öt állomás méri a műholdak, amelyek egyenletesen oszlanak el a világon, minden második és fél, hogy határozza meg a távolságot a műhold a horizont felett. Követési adatokat továbbítják a fő ellenőrzési és felügyeleti állomásra.

Részletek rendszer jelet.

Egyidejű vonatkozó követelményeket a mérési tartomány és a sebesség nem lehet egyszerű jelszerkezetet ezért elfogadható az ilyen mérések használata zaj-szerű jelek, mint a pszeudo-random sorrendben impulzusok. Egyszerűsített nézete egy ilyen jelet ábrán mutatjuk be. Itt, a fázis a nagyfrekvenciás hordozó által modulált navigációs kód, amely magában foglalja egy helymeghatározó kód (autokorrelációs függvény egy nagyon éles csúcs) és bináris kód fölött. Ez az elv az olyan rendszer kialakítását jel lehetővé teszi, hogy az intézkedés a Doppler-eltolódás a vivőfrekvencia, hogy meghatározza a sebességet és a késedelem elemei közötti code - a tartomány a műhold, ahol a szerviz kódot viseli a kiegészítő információkat (műholdas efemerisz, almanach rendszer és mások.) Működtetéséhez szükséges navigációs vevő.