1 GNSS - Globalne Nawigacyjne Systemy Satelitarne [2012.11/2013.01 - 1] (wprowadzenie dla studentów kursu ETP na III semestrze studiów) 1. GPS a GNSS W codziennym użyciu posługujemy się określeniem „GPS” [„ gie-pe-es ”] w odniesieniu do powszechnie dostęp- nej nawigacji satelitarnej, gdy tymczasem bardziej właściwym terminem jest dziś „ GNSS ”, obejmujący wszystkie ak- tualnie istniejące i budowane G lobalne N awigacyjne S ystemy S atelitarne, a to (w kolejności zaawansowania): a) zbudowany i nadzorowany przez USA, w pełni operacyjny od stycznia 1994 r. system NAVSTAR GPS; b) zbudowany przez ZSRR, zrekonstruowany przez Rosję, w pełni operacyjny od jesieni 2011 r. GLONASS; c) budowany przez Chiny system COMPASS (modyfikacja wcześniejszego systemu BEIDOU; wg komunikatu z grudnia 2011 r. Beidou osiągnął lokalną operacyjność na obszarze Chin i terytoriach przyległych); d) budowany przez Japonię system QZSS (Quasi Zenith Satellite System), o zasadzie działania podobnej do Beidou; e) budowany przez UE system GALILEO; f) system projektowany przez Indie. 2. Nawigacja przed powstaniem GNSS Podstawowym impulsem projektowania i budowy GNSS były potrzeby militarne okresu „zimnej wojny”, gdyż znane i stosowane do lat 60-tych XX wieku systemy nawigacyjne nie odpowiadały możliwościom i potrzebom stale ulepszanych rodzajów broni, a tym bardziej wprowadzanych nowości: atomowych łodzi podwodnych o praktycznie nieograniczonym zasięgu, rakiet balistycznych, lotnictwa strategicznego i pocisków samosterujących. Przypomnijmy: sposoby wyznaczania szerokości geograficznej na podstawie obserwacji wysokości Słońca i gwiazd nad horyzontem były znane już w starożytności. Cztery wieki przed naszą erą szerokość geograficzna Mar- sylii była znana greckim żeglarzom z błędem poniżej 30΄ (55 km), a Eratostenes w III w. p.n.e., znając odległość dzielącą dwa punkty leżące na jednym południku, wyznaczył promień Ziemi na podstawie pomierzonej różnicy sze- rokości geograficznych tych punktów dokładniej, niż zrobiono to w Europie w XVIII w. Niemal do połowy XX w. wyznaczenie szerokości geograficznej statku na otwartym morzu, wykonywane za pomocą sekstansu, nie było moż- liwe z błędem mniejszym niż 0.3º-0.5º (ok. 35-55 km w łuku południka), choć dzięki postępom astronomii i roz- wojowi instrumentów dokładność wyznaczenia szerokości geograficznej punktu na stałym lądzie już w XIX w. osią- gnęła poziom 0.1″-0.2″ (ok. 3-6 m). O wiele trudniejsze było wyznaczenie długości geograficznej, wymagające trans-
(…)
… oraz doświadczenie z pomiarami odległości do satelitów za pomocą fal radiowych modulowanych specjalnymi, binarnymi pseudolosowymi kodami, zdefiniowanymi w taki sposób, że wszystkie
satelity mogły pracować na tej samej częstotliwości fali nośnej. W uproszczeniu możemy przyjąć, że kody niosą
wskazania zegara satelity.
Projekt uzyskał ostateczną akceptację Departamentu Obrony USA (DoD) 17 grudnia 1973 r…
… uwagę
zasługują tu systemy: Loran, Omega i – wyjątek – całkowicie cywilna Decca, które służyły żeglarzom przez wiele
powojennych dziesięcioleci.
Systemy oparte na propagacji fal radiowych pozwoliły na nieprzerwane wyznaczanie pozycji, nawigację w każdych warunkach pogodowych, jednakże emisja sygnałów z naziemnych źródeł powodowała niejednoznaczność ich
przebiegu: wzdłuż zakrzywionej powierzchni Ziemi…
… elektronicznym
dalmierz emituje ciągłą falę elektromagnetyczną zwykle z zakresu głębokiej czerwieni – bliskiej podczerwieni
(λn ≈ 0.68÷0.86 µ). Jest to fala nośna, modulowana amplitudowo sinusoidalną falą pomiarową o niższej częstotliwości, zwykle z przedziału 50 – 300 MHz, co odpowiada długościom fali λ ≈ 6.0÷1.0 m,. Po odbiciu przez reflektor
fala powraca do dalmierza, w którym, w procesie korelacji fali…
… w jego stronę;
c) pryzmat ujawnia swoją obecność, reemitując (tu: odbijając) wysyłaną przez dalmierz falę;
d) pomiar różnicy faz jest wykonywany w dalmierzu, z wykorzystaniem jego zegara;
e) pomiar odległości jest wykonywany na kilku (trzech lub więcej) częstotliwościach modulacji w celu wyznaczenia
niejednoznaczności N;
f) starannie dobrana fala nośna z pogranicza zakresu widma widzialnego i bliskiej…
… (moc nadajników pojedynczego satelity GPS to zaledwie
kilkadziesiąt W), musi przeniknąć przez atmosferę aż do jej powierzchni: nie może zostać zaabsorbowany przez
swobodne elektrony i zjonizowany gaz w jonosferze, ani przez parę wodną w troposferze, nie mówiąc już o zasłonięciu przez chmury, mgły czy deszcz. Użyteczne „okno” jest wąskie, obejmuje w przybliżeniu zakres częstotliwości 1 ÷ 2 GHz…
… – odbiornik A, w postaci różnicy
fazy sygnału emitowanego przez satelitę R i odbieranego przez odbiornik A i nazywa tę różnicę po prostu fazą Φ.
Uwzględniając podstawowe źródła błędów – niepewność wyznaczenia liczby N pełnych odłożeń fali λ na drodze od
R do A, wpływ atmosfery na tejże drodze, rozdzielony na wpływ jonosfery I i troposfery T, oraz wpływy błędów zegarów zarówno satelity δtS jak i odbiornika…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)