Принцип действия системы ГЛОНАСС-GPS

Принцип действия спутниковой ГЛОНАСС, GPS навигации основан на определении расстояния от текущего положения до группы спутников. Точное местоположение GPS спутников известно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей.

Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = t c, где t –время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с – постоянная величина, равная скорости распространения электромагнитных волн (приблизительно равная скорости света). Соответственно, зная время, за которое сигнал дошел от спутника до GPS приемника и, умножив ее на скорость света, можно определить расстояние.

Принцип действия ГЛОНАСС, GPS заключается в следующем. На дальнюю околоземную орбиту (порядка 20000 километров) выведены 24 космических спутника, покрывающих своими сигналами всю поверхность Земли (кроме полюсов). Земную часть комплекса составляют специальные мощные передатчики, сигналы которых улавливаются приемниками спутников и ретранслируются на поверхность планеты. Кроме ретрансляторов на спутниках установлены точные атомные часы.

Для определения координат портативному (или устанавливаемому на борту самолета, корабля, автомобиля) приемнику достаточно уловить радиосигналы с трех орбитальных спутников одновременно (минимальное количество, обычно каналов больше). Вычисляя временные задержки специальным образом закодированных спутниковых сигналов (время излучения сигнала сверяется с внутренними эталонными часами приемника), приемник ГЛОНАСС, GPS способен определить собственные географические координаты с точностью в 10-100 метров. У военных приемников точность определения координат значительно выше, но эти технологии закрыты для широкого использования. По доплеровскому сдвигу частоты несущей волны приемник способен определить направление и скорость своего движения.

ГЛОНАСС, GPS навигация

ГЛОНАСС, GPS навигатор должен определять во-первых - ГДЕ находятся спутники (месторасположение спутников) во-вторых - как ДАЛЕКО они находятся (расстояние от спутников до системы). ГЛОНАСС, GPS навигатор получает два вида кодированной информации от спутников. Один вид информации, называемый "альманах", содержит данные о расположении спутников. Эти данные постоянно передаются и сохраняются в памяти ГЛОНАСС, GPS навигатора, так что он знает орбиты спутников и где каждый спутник предположительно должен находится.

Данные альманаха периодически обновляются по мере перемещения спутников. Любой спутник может немного отклоняться от орбиты, а наземные станции постоянно отслеживают орбиту, высоту, расположение и скорость спутников. Наземные станции посылают данные об орбите на станцию основного контроля, которая, в свою очередь, передает откорректированные данные обратно спутникам. Эти откорректированные данные точного месторасположения спутника называются данными "эфимериса", которые действительны около четырех или шести часов и передаются ГЛОНАСС, GPS навигатору в виде кодированной информации.

Таким образом, получив данные альманаха и эфимериса, ГЛОНАСС, GPS навигатор всегда знает местонахождение спутников.

Даже если ГЛОНАСС, GPS навигатор знает точное положение спутников в космосе, ему все равно необходимо знать расстояние до них, чтобы определить свое месторасположение на земле. Расстояние определяется по известной формуле R = t c.

Теперь ГЛОНАСС, GPS навигатору необходимо определить временную составляющую формулы. Ответ кроется в закодированных сигналах, которые передают спутники. Передаваемый код называется "псевдослучайным кодом" потому, что похож на шумовой сигнал. Когда спутник генерирует псевдослучайный код, ГЛОНАСС, GPS навигатор генерирует такой же код и пытается согласовать его с кодом спутника. ГЛОНАСС, GPS навигатор сравнивает два кода, чтобы определить, насколько необходимо задержать (или сместить) свой код, чтобы соответствовать коду спутника. Чтобы получить расстояние время задержки (смещения) умножается на скорость света.

Часы ГЛОНАСС, GPS навигатора не отслеживают время с такой точностью, как часы спутника. Включение в состав ГЛОНАСС, GPS навигатора атомных часов сделало бы его намного больше и намного дороже! Поэтому каждое измерение расстояния требует корректировки на величину погрешности внутренних часов ГЛОНАСС, GPS навигатора. По этой причине измерение расстояния относится к "псевдорасстоянию". Чтобы определить позицию, используя данные псевдорасстояния, необходимо отслеживать и пересчитывать зафиксированные данные минимум с четырех спутников, чтобы погрешность исчезла.

Теперь, когда у нас есть и позиция спутника, и расстояние до него, приемник может определить свое месторасположение. Скажем, мы находимся на расстоянии 22 000 км от спутника. Тогда наше месторасположение будет где-то в условной сфере со спутником в центре с радиусом 22 000 км (поверхности положений). Далее, допустим, что мы находимся на расстоянии 24 000 км от другого спутника. Вторая сфера будет пересекаться с первой, образуя общую окружность. Если добавить третий спутник, на расстоянии 26 000 км, будет две общие точки, где пересекаются три сферы.

Теперь, когда у нас есть и позиция спутника, и расстояние до него, приемник может определить свое месторасположение. Скажем, мы находимся на расстоянии 22 000 км от спутника. Тогда наше месторасположение будет где-то в условной сфере со спутником в центре с радиусом 22 000 км. Далее, допустим, что мы находимся на расстоянии 24 000 км от другого спутника. Вторая сфера будет пересекаться с первой, образуя общую окружность. Если добавить третий спутник, на расстоянии 26 000 км, будет две общие точки, где пересекаются три сферы.

Хотя возможных позиций две, они сильно отличаются показателями широты, долготы и высоты. Чтобы определить, какая же из двух точек соответствует вашему фактическому месторасположению, ГЛОНАСС, GPS навигатору необходимо также указать приблизительную высоту над уровнем моря. Это позволит приемнику рассчитать 2-х координатную позицию (широта, долгота). При наличии четвертого спутника ГЛОНАСС, GPS навигатор сможет определить 3-х координатную позицию (широта, долгота, высота). Так, допустим, расстояние до четвертого спутника составляет 20 000 км. Теперь у нас есть четвертая сфера, пересекающая первые три в одной общей точке.

Тактико-технические характеристики радио и оптико-электронных локационных и навигационных приборов.

Для того, чтобы проводить сравнение радио и оптико-электронных локационных и навигационных приборов определим их основные тактико-технические характеристики (ТТХ).

Обычно, число и вид ТТХ системы зависит от ее назначения, а т.к. оптико-локационные и радиолокационные системы занимают свои области, то ряд характеристик не подлежит сравнению. Однако, есть ряд параметров, которые присущи всем локационным системам. Определим их.

ТТХ – это характеристики системы, определяющие ее возможности при практическом, в частности боевом, использовании. К числу основных характеристик следует отнести:

- зона действия;

- дальность действия системы;

- время обзора (поиска),

- определенные координаты и точность их определения;

- разрешающая способность;

- пропускная способность;

- помехозащищенность;

- надежность;

- экономичность.

Уточним общие определения ТТХ.

Зона действия – область производства, в которой система надежно выполняет функции, определяемые ее назначением.

Дальность действия (ДД) – максимальная дальность, на которой обеспечивается получение заданных показателей системы (отношение с/ш, точность определенных параметров и др.) Иногда ДД ограничена со стороны min, тогда .

Время обзора (поиска) – время, необходимое для однократного просмотра зоны действия.

Число измеряемых координат определяет возможности системы.

Точность системы – характеризуется величиной ошибок системы, возникающих при обработке информации, извлекаемой из сигнала. Причина ошибок – метод измерений, аппаратура, внешние условия. Определяется целесообразностью, экономичностью и другими факторами.

Разрешающая способность системы – способность раздельного измерения параметров двух близко расположенных в производстве объектов. Разделяют разрешающую способность по дальности и угловым координатам. Разрешающую способность оценивают по минимальной разнице измеряемых параметров двух объектов.

Пропускная способность – определяется максимальным числом объектов, обслуживаемых системой (возможность обнаруживать и сопровождать какое-либо число объектов).

Помехозащищенность – способность работать в условиях естественных и организованных помех определяется помехоустойчивостью и скрытностью. Помехоустойчивостью называется способность системы сохранять основные параметры в заданных приделах при воздействии помех определенного типа.

Скрытность – качественный показатель.

Надежность – способность системы сохранять рабочие характеристики в заданных приделах при определенных условиях эксплуатации.

Экономичность – стоимость затрат на производство и эксплуатацию. Зависит от стоимости решения поставленной задачи.

Основные технические характеристики системы (это параметры, определяющие ТТХ системы).

- Метод измерения дальности и скорости.

- Метод обзора производства и измерения угловых координат.

- Длина волны электромагнитных колебаний.

- Форма и ширина диаграммы направленности.

- Чувствительность и полоса пропускания приемного устройства.

- Массогабаритные характеристики (площадь приемной и передающей системы).

Уравнение локации.

Многие технические и ТТХ локационных устройств зависят от дальности обнаружения отраженных сигналов.

Уравнение, при помощи которого можно оценить дальность обнаружения объектов локации называется уравнением локации.

Источник электромагнитных волн излучает сигнал в сторону цели, находящейся от него на расстоянии L.

РИС. 32

Передающая система РЛС имеет коэффициент усиления по мощности (коэффициент направленности системы).

,

где S_пер – площадь антенны передатчика, λ – длина волн. Так как ширина диаграммы направленности пропорциональна углу расходимости излучения , где α – коэффициент пропорциональности, а - диаметр передающей антенны, тогда:

.

Если передатчик излучает мощность Р_u, то до цели доходит сигнал

,

где - затухание сигнала в атмосфере.

Если рассматривать оптическую (лазерную локацию, которая характеризуется малой длиной волн ), то считают, что до цели доходит сигнал

.

Цель рассеивает (отрицает электромагнитную волну), при этом в сторону приемника приходит сигнал (в место распределения приемника)

,

где - эффективная поверхность рассеивания цели. Тогда при площади приемника S_А, мощность сигнала на входе приемника будет равна

.

Эффективная площадь рассеивания - , где

Е1 – напряжение электрического поля в месте расположения цели;

Е2 – напряжение электрического поля в месте расположения антены.

ЭПР плоского металлического отражателя, нормальк которому совпадает с направлением излучения

, где , .

Для оптического диапазона .

Диффузно рассеивающая поверхность .

Для оптического диапазона не вводят понятие КГЯ – коэффициент габаритной яркости , для поверхностей рассеивающих по принципу Ламберта

Для оптической локации сигнал, попадающий на приемное устройство

.

Так как излучение, стягиваемое антенной в телесном угле w, выражается через плоский угол a , то .

Таким образом, для РЛК уравнение дальности с учетом диффузного рассеивания (отражение от местных предметов)

.

Способы измерения дальности радио и оптико-электронными системами.

Оптико-электронные и радиочастотные методы измерения дальности делятся на группы:

- импульсные

- фазовые

- частотные.

Принципы измерения дальности оптико-электронными и радиочастотными системами одинаковые, однако, реализация и конкретные технические решения сильно различаются.

Поиск по сайту: