Gps белгілері 1 срнж бойынша жалпы мағлұматтар
жүктеу/скачать 0,86 Mb.
|
Лекция 8 СТ каз
* І блок серіктерінде иілу 63º. * * N – тәулік ішінде айналым саны; аЕ – Жердің экваторлық радиусы; С20 – геопотенциалдың шіруінің екінші зоналық гармоника коэффициентінің сфералық функциялары бойынша; а – орбитаның үлкен жарты осі. Станциядан көрнекілік зонасының сфералық радиусын анықтау үшін мына формула қолданылады (сурет 13): Сурет 13 – Пункттегі көрнекілік (көру) зонасы , (3.1) мұндағы R – Жер радиусы; а – радиус (үлкен жарты ось); аmin – биіктік бойынша қиманың бұрышы немесе биіктік маскасы. Көрнекілік зонасындағы серіктің тұрақтау ұзақтығын ∆t бұрыш шамасы β және серіктің орташа қозғалысы n арқылы анықтайды. Серіктің зениттік тегі кезінде . (3.2) Серіктен көрнекілік зонасы деп – серіктен жер бетінің бөлігін сфералық радиусын анықтауға мүмкіндік беретін бұрышты ζ айтады (сурет 14): Сурет 14 – Серіктен бақылағандағы көрнекілік зонасы . (3.3) Тәулік ішіндегі GPS серіктері үшін орбитаның прецессиясы былай анықталады , (3.4) -0.0386º тең шама, ал орбитаның дрейф периоды ΡΩ (түйіндер сызығы кеңістікте 360º бұрылғандағы период) , (3.5) 8.2.2 GPS-тың бақылау сегменті Бақылау сегментінің негізгісі болып Колорадо қаласының (Колорадо штат, АҚШ). маңындағы Шривер (көбінесе Фалкон деп аталатын) әскери-әуе базасында орналасқан басқарудың Басқы станциясы табылады. Спрингс Басты станциясы жүйені басқарып басқару және бақылау функцияларымен қамтамасыз етеді. Бақылау сегментінің негізгі функциялары болып: - серіктердің орбиталарын қадағалау; - серіктердің жұмысқа жарамдылығын бақылау және қадағалау; - GPS Timе жүйелік уақытын қалыптастыру; - сағат параметрлерін және серіктердің эфемеридтерін есептеу; - серіктік навигациондық хабарламаларды жаңарту; - орбиталарды сақтап қалу үшін (қажеттілігі бойынша) аздаған әрекеттерді жүзеге асыру. Серіктердің сигналдары әрдайым жер шарында мына бойлықтарда орналасқан: Вознесения көлі, Диего Гарсия көлі, Кваджалейн атоллы, Гавайи және Колорадо Спрингс бақылау станцияларында бақыланып отырады (сурет 15). 2001 ж. бастап бұл тізімге Канаверал мүйісін қосуға болады. Бақылау станцияларының жабдықталуы әрине GPS цезилік жиілік стандартты қабылдауыштардан, метеорологиялық аспаптардан және Басқы станцияға мәліметтерді жеткізетін жергілікті және серіктік байланыс желісімен басқарылатын құралдардан тұрады. Сурет 15 – GPS бақылау сегментінің станцияларының орналасуы 8.2.3.1 Тасымалдау жиіліктері GPS әрбір серігі L-диапазонның екі тасымалдау жиілігінде үзіліссіз тасымалдау жүргізеді, олар L1 және L2 болып белгіленеді (L символы «link», «байланыс» білдіреді). L-диапазоны 1 және 2 ГГц арасындағы жиілікті қамтып, УВЧ диапазонының бөлігі болып табылады. L1 және L2 жиіліктерінің орталығы тең: - L1 үшін ƒL1 = 1575.42 МГц, - L2 үшін ƒL2 = 1227.60 МГц. L1 жиіліктері (толқын ұзындығы λL1 ≈ 19 см) берілген генератор жиілігін 154-ге көбейту жолымен алынады және С/А- және Р-кодтарымен өңделеді, L2 жиілігі (толқын ұзындығы λL2 ≈ 24 см) берілген генератор жиілігін 120 ға көбейту жолымен алынады және Р-кодымен өңделеді (сурет 16). Екі тасымалдау жиіліктері де навигациялық хабарламамен өңделеді. Екі жиіліктегі Р-кодтардың болуы ионосфералық түзетулерді нақты бағалауға және дәлдікті асыруға мүмкіндік береді. Сурет 16 – NAVSTAR серік сигналының құрылымы Жоғары тасымалдау жиіліктері бірнеше себептер бойынша қолданылады. GPS сигналдары бірнеше компоненттерден тұрады. Бұл құрамды тасымалдау үшін шамамен 20 МГц тей өткізу жолағы қажет. Бірақ бұл өткізу жолағы, мысалы, өте жоғары жиіліктегі (ӨЖЖ) спектрдің барлық диапазонына тең. Осындай жоғары салыстырмалы түрдегі шусыз радиоспектрдің бөлігі GPS типтес сигналдар үшін қажет. Сонымен қатар, GPS сигналдары тек қазіргі шақтағы жоғары дәлдікті жағдайларды ғана анықтап қоймай, сондай ақ жылдамдықты да анықтау құралын қамтамасыз ету қажет. Жылдамдықтар Доплер эффектісінен қабылданған сигналдар жиілігінде шағын жылжудың өлшемі бойынша анықталады. Жылдамдықтағы сантиметрлік деңгейдің дәлдігіне жету үшін, сантиметрлік ұзындықты толқынның (микротолқынның) сигналы қажет. Микротолқынды жиіліктегі сигналдар жоғары бағытталған болып табылады және олар оңай блок болады, сондай ақ қатты денелер мен су бетінде кескінделеді. Бұлттар мен түтін арқылы микротолқындар оңай өтеді, бірақ тығыз немесе ылғал жапырақтарда блокталып қалуы мүмкін. 8.2.3.3 С/А кодтары Әрбір серік екі түрлі PRN-код жібереді: С/А-(coarse/acquisition – «дөрекі қабылдау») және Р- (precise – «дәл» немесе «protected» - қорғалған) кодтары. Екі код 10.23 Мгц генераторынан қалыптасады, С/А-код – жиіліктің 10-ға бөлумен, Р-код – жиілікті өзгертусіз. С/А-код әрбір миллисекунд сайын қайталанатын 1 023 бинарлық цифр немесе чиптердің реті болып табылады. Бұл чиптердің секундына 1 023 000 жылдамдықпен генерацияланатынын, және чиптың шашаммен 1 микросекунд ұзақтығы барын білдіреді. Әр чип тасымалдау толқынында бола тұра, кеңістіктен жарық жылдамдығымен өтеді. Сондықтан уақыт интервалын осы жылдамдыққа көбейтіп, қашықтық бірлігіне айналдыруға болады. Бір микросекунд шамамен 300 м тең болады. Бұл С/А-код толқынының ұзындығы. Қашықтық өлшемінің дәлдігі толқын ұзындығының 1% тең болып саналады, сондықтан С/А-код бойынша қашықтық өлшемінің дәлдігі шамамен үш метрге тең. С/А-код әрбір миллисекунд сайын қайталанатындықтан, GPS қабылдағыш сигналды тез қабылдап, қабылдаған кодты генерациялатынымен салыстыра бастайды. Бірақ осы себеппен қашықтық өлшемі 300 км тең (сурет 17) біркелкі болмайды. Сурет 17 – С/А-код қабылдағыш пен серік арасындағы қашықтыққа 67 реттен аса сәйкестендіріледі. Әрбір серікке өзіндік айрықша С/А-коды беріледі. Серіктер үшін барлығы 32 кодты жүйе беріледі. Тағы 4 қосымша С/А-код басқа пайдаланушылар үшін арналған, мысалы жер қабылдағыштар үшін. 8.2.3.4 Р-код Аса жоғары дәлдік неғұрлым қысқа толқындарда болады. Р-код чипінің толқыны небәрі 30 м (сурет 18), бұл С/А-код чипі толқыны ұзындығының 1/10 бөлігі. Р-код – аса ұзақ жүйе. 266 тәулік (38 апта) немесе шамамен 2.35∙1014 чип өткенше чиптің өрнегі өзгермейді. Әрбір серікке осы кодтың айрықша бірапталық сегменті телінеді, ол әр апта сайын сенбіден жексенбіге қараған түні қайталама сегменттеледі. WW Сурет 18 – Р-код бойынша өлшенген қашықтық біркелкі болмайды. 8.2.3.5 стандартты және нақты позиционирлеу қызметі Қазіргі уақытта тасымалдаушы L1 С/А-кодымен өңделеді, сол уақыттағы шифрленген Р-код L1-ге және L2-ге де беріледі. Бұл, екі жиіліктегі қабылдағыштары бар пайдаланушылар өлшенген қашықтықты ионосфера өзгерісіне түзете алады деген сөз. Бір жиіліктегі қабылдағыштары бар пайдаланушылар ионосфера модельдеріне жүгінуі керек, олар әдетте әффектінің бір бөлігін ғана қамти алады. С/А-кодтың ең төмен дәлдігін GPS стандартты позиционирлеу қызметі қамтамасыз етеді (SPS), бұл деңгей азаматтық пайдаланушылар үшін қолжетімді. Нақты позиционирлеу қызметі (РРS) С/А-кодқа да, шифрленген Р-кодқа да қолжетімділікті қамтамасыз етеді және негізінен әскери пайдаланушылар үшін арналған. SPS қызметі Selective Availability (SA) деп аталатын дәлдікті арнайы төмендетуді көздеген. S режимі серіктің сағаттарын шуылдату арқылы әсер етеді («дельта-процесс» деп аталады) және трансляцияланатын эферемид дәлдігін төмендету («эпсилон-процесс»). Сағаттарды шуылдату бүркеншікқашықтық пен фазалар өлшемдеріне әсер етеді. SA режимінің әртүрлі деңгейлері мүмкіні болды, SPSте оларға әдетте 100 м мүмкіндіктің 95 % дағы жоспарлы жағдайдың дәлдігі қамтамасыз етілген. 2000 жылғы 2 мамырдағы әлемдік уақыттың 4 сағатынан бастап АҚШ президентінің Жарлығы бойынша селективті қолжетімділік режимі күшін жойды. Осыдан кейін SPS дәлдігі 15 м дейін көтерілді [Shaw et al., 2000]. 8.2.3.6 Навигациялық хабарлама Навигациялық хабарлама секундына 50 бит жылдамдықтағы L1 және L2 жиіліктеріндегі деректер ағымын білдіреді, яғни С/А-кодтың әрбір 20 қайталануының бір биті. Навигациялық хабарламаның құрылымы 3.11. суретте көрсетілген. Толық навигациялық хабарлама 25 кадрдан тұрады, оның әрбіреуінде 1 500 бит бар. Әр кадр 5 кадршаға бөлінген, ал әрбір кадрша 30 битті 10 сөзден тұрады. Бір кадр 30 с беріледі, ал толық хабарлама 12.5 минутта беріледі. 1, 2 және 3 кадршалары әрбір кадр сайын беріледі, яғни әрбір 30 с сайын қайталанады. 4 және 5 кадршалардың мазмұны кадрда өзгереді де, суперкадрды құрайтын әр 25 кадр сайын қайталанып отырады. 4 және 5 кадршалардың нұсқасы беттер деп аталады, осылайша навигациялық хабарламада 4 және 5 кадршалары бар 25 бет бар, және олардың әрбіреуі 750 секунд немесе 12.5 минут сайын қайталанады. Сурет 20 – Навигациялық хабарламаның құрылымы [Leick, 1995] 8.2.3.7 Бинарлы парафазалы модуляция Жоғарыда көрсетілгендей, тасымалдау толқынын бірнеше әдіспен өңдеуге болады. GPS сигналдары үшін фазалық өңдеу әдісі қолданылады. PRN код пен навигациялық хабарлам бинарлық ағым болып табылатындықтан, фазалық модуляцияның екі жағдайы болуы керек. Бұл екі жағдай қалыпты жағдай болып табылады, ол бинарлық ноль және айна бейнесі жағдайын беретін бинарлы бірлік болып табылады. Қалыпты жағдай тасымалдаушыдан өзгермеген қалыпта шығады. Айна бейнесі жағдай өңделмеген тасымалдаушыны 1дің көбейтіндісіне әкеліп соғады. Сондықтан кодтың 0 ден 1 ге өткен әрбір жағдайы (қалыпты жағдайдың айна бейнесі жағдайына) немесе 1 ден 0 өткен әрбір жағдайы (айна бейнесі жағдайынан қалыпты жағдайға) фаза ауысымын тудырады немесе фаза 180º жылжиды (сурет 21). Бұл техника бинарлы парафазалы модуляция түрінде танымал. Сурет 21 – Тасымалдаушы жиіліктің бинарлы парафазалы модуляциясы 8.2.3.8 GPS серіктерінің сағаты және уақыты жүктеу/скачать 0,86 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|