СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Сообщение автор Theo в Вт Янв 20, 2009 11:42 pm

Принцип определения координат точки известен человечеству давно. С течением времени он практически не изменился, совершенствовались лишь инструменты и технологии их применения. Еще во время Первой мировой войны в Российской армии для обнаружения места расположения германской артиллерии использовали примитивные датчики. Они вырабатывали электрический сигнал в момент приема звука выстрела вражеской пушки. Датчики располагали в не­скольких точках с известными координатами и на основании разницы во времени поступления на них звуковых сигналов вычисляли место расположения батарей противника.

Во время Второй мировой войны англичане пошли дальше. Методы определения координат удаленной точки они использовали для наведения на германские цели своих бомбардировщиков. В их распоряжении были радиостанции-маяки, по функциональному назначению ничем не отличающиеся от современных космических спутников. Маяки располагались на Британских островах, а навигационные приемники — на борту бомбардировщиков. Курс самолетов корректировался по поступающим с маяков радиосигналам, и это в значительной степени обеспечивало высокую точность ночных бомбардировок английской авиации.

Принцип работы современного навигационного спутникового приемника, в дальнейшем для краткости будем называть его навигатором, очень прост. На каждом входящем в систему спутнике, а их в космосе более 30, находятся дорогостоящие, очень точные атомные часы. С атомными часами синхронизованы генератор цифрового кода и радиопередатчик спутника, посылающий на Землю сигналы в виде неких цифровых кодов. Проще говоря, со спутника на Землю передаются цифры: ноль, один, два, три и так далее — и данные о самом спутнике (его номер, параметры орбиты и другие параметры) и обо всей спутниковой группировке. Через время, определяемое скоростью распространения радиоволн и расстоянием до спутника, эти сигналы принимает навигационный приемник. Если бы часы в навигационном приемнике и на спутнике были точно синхронизованы, мы бы сразу определили задержку времени по времени, связанную с конечной скоростью распространения радиоволн. Однако поскольку в навигаторе используются очень неточные (по сравнению с атомными часами на спутнике) дешевые кварцевые часы, они дают такую ошибку, которая многократно превосходит задержку, связанную с конечной скоростью распространения радиоволн. Таким образом, принимая данные только с одного спутника мы ничего полезного (в смысле определения координат наблюдателя) вычислить не сможем. 

Что же делать? Рассмотрим вариант, когда приемник принимает сигналы только от двух спутников: от спутника С1 и от спутника С2. Предположим (разумеется условно), в какой-то момент времени с первого спутника С1 поступает сигнал в виде цифры 2. Если расстояние до второго спутника С2 меньше, то сигнал от него доходит до приемника быстрее. Значит, в тот момент, когда с первого спутника принимается цифра 2, со второго приходит другая цифра, к примеру 5. Таким образом, разница расстояний от приемника до первого и второго спутников определяется разностью: 5 - 2 = 3. Таким образом, даже при наличии плохих часов в навигаторе можно с большой точностью определить разность расстояний от наблюдателя до двух спутников, если приемник будет принимать с них сигнал одновременно!

Если разница расстояний от наблюдателя с навигатором до двух спутников равна нулю, то очевидно наблюдатель находится где-то на плоскости, проходящей точно посередине между точками, определяющими местоположение спутников. Если же разница расстояний до спутников отлична от нуля, то приемник может находиться в любой точке некоторой двухмерной поверхности (или, если угодно, искривленной плоскости).

Добавим третий спутник С3. Точно также рассматривая пару спутников, например, С1 и С3 получим еще одну поверхность. Пересечение двух поверхностей, как известно из геометрии, в трехмерном пространстве будет образовать линию, а пересечение трех - точку. По сути дела процессор спутникового приемника для нахождения точки координат приемника решает систему 3-х независимых уравнений, описывающих в пространстве эти три поверхности. Таким образом, для получения точки нам нужна еще одна поверхность, или, с точки зрения математической, еще одно независимое уравнение, описывающее поверхность. Таким уравнением может быть, например, уравнение эллипсоида, аппроксимирующего земную поверхность. Таким образом, для определения координат необходимо принимать сигнал как минимум с трех спутников. В этом случае мы предполагаем, что приемник находится на поверхности этого эллипсоида, что, разумеется, далеко не всегда верно, и вносит ошибку в вычисления координат. Для более точного определения координат нужен еще один, т.е. четвертый спутник С4. В паре с одним из спутников С1, С2, С3 мы получаем еще одно независимое уравнение, описывающее поверхность в пространстве. Это позволяет определить реальное местоположение приемника в трехмерном пространстве. А математическое описание поверхности Земли позволяет получить дополнительную информацию - определить высоту наблюдателя над поверхностью Земли. 

Современные навигационные приемники могут одновременно принимать и анализировать сигналы с 12 спутников. Это позволяет определять координаты навигатора с точностью до 4 метров.

В заключение хочется развеять некоторые слухи вокруг навигаторов и навигационных систем.

Во-первых, вопреки сложившемуся мнению навигаторы ничего не излучают в эфир, а работают только на прием как радиоприемник. В отличие от обычного радиоприемника навигатор может одновременно принимать сигналы 12 спутников, производить вычисления и отображать на экране их результаты.

Во-вторых, за использование навигационного оборудования не взимается абонентская плата. Один раз заплатив, вы можете пользоваться им сколько хотите.

В-третьих, навигаторы не так дороги, как о них говорят. В связи с появлением дешевой элементной базы и эффективных схемотехнических решений, реализующих большинство функций системы спутниковой навигации, цены на навигаторы резко снижаются.                                                                                                                 А.Карлин, И.Макаров "Спутниковая навигация в автомобиле" журнал "Наука и Жизнь", 2001г., N11, стр.34-37. 
avatar
Theo
Администратор

Лев
Количество сообщений : 153
Возраст : 47
Дислокация : г.Самара
Очки : 47
Репутация : 1
Дата регистрации : 2007-12-17

http://radioqth.narod.ru/

Вернуться к началу Перейти вниз

Предыдущая тема Следующая тема Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения