Gps на судне это

Gps на судне это

GPS – под этой распространенной аббревиатурой скрывается всемирная навигационная система, осуществляемая посредством спутниковой связи. На данный момент сеть GPS состоит из тридцати двух космических спутников, из которых два находятся на профилактическом обслуживании и еще один пока не введен в эксплуатацию.

Таким образом, высококачественный сигнал практически в любой точке нашей планеты (за исключением, пожалуй, приполярных областей) обеспечивается работой двадцати девяти искусственных спутников Земли. Передаваемый спутниками сигнал улавливается GPS-приемниками на земной поверхности. Такой подход обеспечивает безошибочное определение местоположения объекта с указанием его географических координат (широты, долготы) и расположения над уровнем моря.

Использование системы GPS позволяет определять расположение воздушных и морских судов в бескрайних просторах океанов их нахождения. Кроме того, с помощью описываемой технологии можно отслеживать перемещение автотранспорта, составлять точные навигационные карты маршрутов движения. Простота использования системы GPS просто поражает воображение – для определения местоположения любого объекта достаточно обладать специальным приемником, приобрести который можно в любом магазине бытовой техники. При этом следует отметить, что стоимость ежегодного обслуживания системы GPS составляет около 400 миллионов долларов США.

Кроме сугубо мирного применения, система GPS используется непосредственно для управления высокоточным оружием, например, для наведения крылатых ракет средней дальности точно в цель. Также можно упомянуть использование GPS-технологии для контроля за ядерной и радиационной активностью на земной поверхности.

Принцип действия системы GPS-навигации заключается в следующем: приемник на Земле принимает закодированную информацию от соответствующих спутников, расшифровывает ее, производит расчеты с учетом поправки на момент отправки и время получения сигнала, после чего выводит на экран данные о местоположении объекта. В закодированной информации каждый спутник передает данные о своем статусе (работает он или нет в текущий момент), точные координаты своего нахождения в момент передачи сигнала. Для устойчивого сигнала необходима связь как минимум с десятью спутниками, хотя для определения местоположения достаточно получить данные от трех спутников. Безусловно, это очень упрощенное описание работы технологии GPS. Технически вся система выглядит гораздо сложнее.

В зависимости от назначения, существует два режима GPS-навигации – обычный и сверхточный. Обычный режим используется для бытовых нужд, а вот сверхточный применяется исключительно для военных нужд. Соответственно, различаются и приборы, определяющие координаты объектов – для сверхточного режима есть возможность определения координат интересующего объекта в пространстве с точностью до нескольких сантиметров (!).

Недостатками системы GPS можно считать периодически возникающие неполадки в работе принимающих устройств. Иными словами, как и любой электрический прибор, GPS-приемник может в любой момент выйти из строя, поэтому при путешествиях на большие расстояния по незнакомой местности рекомендуется иметь в резерве еще один аналогичный прибор или просто карту местности (а для большей надежности и то, и другое одновременно). При использовании обычного режима GPS-навигации возможны существенные погрешности в определении текущего местоположения объекта, особенно это актуально при движении на высокой скорости.

Но преимуществ у системы GPS гораздо больше, чем недостатков. Выделим основные преимущества:
1. Простота и удобство использования устройств GPS-навигации. Кроме специально разработанных приборов, продаваемых во всех магазинах бытовой техники, можно воспользоваться современными мобильными устройствами, которые укажут дорогу к пункту назначения в абсолютно не знакомом городе.
2. Область применения GPS-навигации практически безгранична – проблемы с сигналом возникают только под землей или под водой, а также в закрытых помещениях. То есть, задав требуемые координаты для поиска определенного объекта, можно практически гарантировано добраться до него кратчайшим путем.
3. Технология GPS позволяет безошибочно определять местоположение воздушного или водного судна в бескрайних просторах неба и морей соответственно. Это особенно важно для пассажирских судов, которые перевозят большое количество людей.

Сопоставив вышесказанное, можно сделать вывод, что система GPS-навигации является наиболее совершенным методом определения местонахождения объекта, находящегося выше уровня мирового океана

www.vspcenter.ru

Gps на судне это

Что такое GPS? И какая разница между GPS и DGPS? Евгений Богаченко 3 7193

Мы очень привыкли к тому, что на суда есть GPS приемники и, взглянув на него, мы всегда можем узнать позицию своего судна. Мы настолько привыкли к аббревиатуре «GPS», что она уже идет как основополагающая. Нам нужно поставить точку, вбить переход, посмотреть, сколько миль осталось до конечной или поворотной точки – всё через GPSку.

И всё меньше штурманов задумывается о том, как это работает. Что вообще такое GPS? Сколько спутников должно быть одновременно в пределах видимости, чтобы дать точную позицию? И какая разница между GPS и DGPS?

Договоримся так, что сейчас мы ответим кратко на поставленные вопросы. Так как полное описание этой системы растянет пост на несколько страниц. Итак, GPS (Global Positioning System) или Глобальная Система Позиционирования состоит из трех сегментов: космического сегмента (спутники), контрольного сегмента (наземные станции) и пользовательского сегмента. Космический сегмент включает в себя 24 спутника (системы NAVSTAR и ГЛОНАСС). Контрольный сегмент «контролирует» GPS спутники, отслеживая их и обеспечивая правильной информацией об орбите и времени. Пользовательский сегмент в нашем случае – это GPS прибор и сам штурман.

Как это работает? GPS приемник определяет свое месторасположение путем нахождения расстояний до спутников. Расстояние от данного спутника равно скорости передаваемого сигнала, умноженной на время, необходимое сигналу, чтобы пройти от спутника до GPS навигатора (Скорость х Время прохождения сигнала = Расстояние). За скорость берется скорость света.

Сколько спутников должно быть в пределах видимости, и какая точность? Многие ошибочно считают, что трех спутников вполне достаточно для определения позиции судна. Это не так. Из-за того, что GPS навигаторы не включают в себя атомные часы и тем самым используют при расчетах «псевдорасстояние». А также из-за не идеальности поверхности Земли, для исключения погрешности необходимо, как минимум, 4 спутника. Но и их расположение относительно GPS приемника, тоже важно. Точность определения в таком случае будет до 12 метров.

Какая разница между GPS и DGPS? В DGPS, по сути, используется та же система GPS, только формируется дифференциальный сигнал (отсюда и первая буква «D»). DGPS включает в себя контролирующие станции, чего нет в GPS, в этом то и разница. Эти контролирующие станции располагаются на берегу и для них известны координаты. Думаю это понятно, так как они стационарные, не двигаются.

В этих станциях располагают GPS приемник, который принимает сигналы со спутников. Сравниваются полученные данные с фактическим расстоянием до спутников (из расчетов по известному местоположению). Их разницы и дадут нам ошибки спутниковых сигналов или «дифференциальную коррекцию». Рассчитанные результаты передаются на DGPS приемники и обеспечивают коррекцию GPS прибора в реальном времени. Точность DGPS обычно составляет до 5 метров

key4mate.com

GPS: принципы работы системы и точность определения координат

Назначение

GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования), позволяет точно определять трехмерные координаты объекта, оснащенного GPS приемником: широту, долготу, высоту над уровнем моря, а также его скорость, направление движения и текущее время.

Краткая история

Система GPS разработана Министерством обороны США. Работы над этим проектом, именуемым NAVSTAR (NAVigation System with Ttiming and Ranging — навигационная система определения времени и дальности), начались еще в 70-х годах. Первый спутник системы был выведен на орбиту в 1974 г, а последний из 24 необходимых для покрытия всей Земли только в 1993 г. Первоначально GPS предназначалась для эксплуатации военными США (навигация, наведение ракет и пр.), однако с 1983 года, когда был сбит самолет Корейских авиалиний, случайно вторгшийся на территорию СССР, использование GPS было разрешено и для гражданских. При этом, точность передаваемого сигнала загрублялась с помощью специального алгоритма, но в 2000 году и это ограничение было снято. Министерство обороны США продолжает обслуживать и модернизировать систему GPS. Именно эта полная зависимость работоспособности системы от правительства одной страны (например, во время первой войны в Персидском заливе, гражданский сектор GPS был отключён) побудило другие страны развивать альтернативные системы навигации (российская — ГЛОНАСС, европейская — GALILEO, китайская — Beidou).

Принципы определения координат

Принцип определения координат объекта в системе GPS основан на вычислении расстояния от него до нескольких спутников, точные координаты которых известны. Информация о расстоянии минимум до 3 спутников позволяет определять координаты объекта как точку пересечения сфер, центр которых спутники, а радиус измеренное расстояние.

На самом деле точек пересечения сфер две, но одну из них можно отбросить т.к. она находится либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Расстояние до каждого из спутников определяется как время прохождения радиосигнала от спутника до приемника умноженное на скорость света. Возникает задача точного определения времени прохождения радиосигнала. Она решается за счет генерации и передачи со спутника сигнала, модулируемого с помощью специальной последовательности. Точно такой же сигнал генерируется в GPS приемнике, а анализ отставания принятого сигнала от внутреннего позволяет определить время его прохождения.

Для точного определения времени прохождения сигнала часы GPS приемника и спутника должны быть максимально синхронизированы, отклонение даже на несколько микросекунд приводит к погрешности измерения в десятки километров. На спутнике для этих целей имеются высокоточные атомные часы. Установить аналогичные часы в GPS приемник невозможно (используются обычные кварцевые часы), поэтому для синхронизации времени используются дополнительные сигналы, как минимум с еще одного спутника. Предполагается, что если время в GPS приемнике синхронизировано точно, то окружность с радиусом равным расстоянию от четвертого спутника пересечет туже точку, что и окружности от остальных трех спутников. GPS приемник корректирует свои часы, до тех пор пока это условие не выполнится. Таким образом, для точного определения положения объекта в трехмерном пространстве (3D) необходимы сигналы минимум от 4 спутников (от 3 спутников без определения высоты над поверхностью земли — 2D). На практике при хорошей видимости небосвода GPS приемники получают сигналы сразу от множества спутников (до 10-12), что позволяет им синхронизировать часы и определять координаты с достаточно высокой точностью.

Наряду с последовательностью, по которой определяется время распространения сигнала, каждый спутник передает двоичную информацию — альманах и эфемериды. Альманах содержит информацию о текущем состоянии и расчетную орбиту всех спутников (получив информацию от одного спутника, появляется возможность сузить секторы поиска сигналов других спутников). Эфемериды — уточненную информацию об орбите конкретного спутника, передающего сигнал (реальная орбита спутника может отличаться от расчетной). Именно точные данные о текущем положении спутников позволяют GPS приемнику рассчитывать относительно них собственное местоположение.

Точность GPS

Типичная точность определения координат GPS приемниками в горизонтальной плоскости составляет примерно 1-2 метра (при условии хорошей видимости небосвода). Точность определения высоты над уровнем моря обычно в 2-5 раз ниже, чем точность определения координат в тех же условиях (т.е. в идеальных условиях 2-10 метра).

Уровень приёма сигнала от спутников, а как следствие и точность определения координат, ухудшается под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Также нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников. Однако, главным фактором, влияющим на снижение точности GPS, является неполная видимость небосвода. Особенно ярко это проявляется при нахождении GPS приемника в условиях плотной городской застройки, когда значительная часть небосвода скрыта рядом расположенными строениями, навесами и прочими препятствиями. Точность определения координат при этом может падать до 20-30 метров, а иногда и более. Препятствия не пропускают сигналы от части потенциально доступных в данной точке Земли спутников. Это приводит к тому, что расчеты ведутся по меньшему числу сигналов от спутников, находящихся преимущественно в одном секторе небосвода. Смещение при этом возникает обычно в перпендикулярной плоскости относительно препятствия.

Вообще, если говорить о точности GPS в условиях города, на основе накопленных статистических данных и собственного опыта можно сделать следующие выводы. Точность определения координат при нахождении транспортного средства на открытой местности (парковки, площади и пр.) и при движении по крупным автомагистралям, многополосным дорогам будет составлять 1-2 метра. При движении по узким улицам, особенно, когда вдоль них имеются близко расположенные дома, точность составит 4-10 метров. При нахождении автомобиля в «дворовых колодцах», очень близко к высотным домам и т.п. точность может падать вплоть до 20-30 метров.

Конечно, точность определения координат очень зависит и от качества самого приемника GPS, а также используемых антенн и их правильного размещения на транспортном средстве.

sts-51.ru

Gps на судне это

Антена GPS-приемника — обязательный атрибут современных яхт

Еще несколько лет назад GPS-приемники казались экзотикой, теперь они стали обычным, «бытовым» прибором. Люди обзавелись GPS, но навигационные ошибки по-прежнему не редки и, как правило, не зависят ни от цены, ни от модели купленного прибора.

GPS – это Global Positioning System – система глобального позиционирования, позволяющая определять координаты местонахождения на поверхности Земли и в воздухе. Строго говоря, термин GPS означает как американскую систему Nawstar, так и российскую «Глонасс». Но поскольку в магазинах приемники «Глонасс» не купишь, то массовый потребитель стал по умолчанию считать, что GPS – это исключительно система Nawstar. В принципе к GPS-приборам можно отнести и секстан.

Система GPS состоит из орбитальной группировки – набора спутников, наземных центров управления и ряда наземных станций. Конечным звеном в этой цепи являются различные GPS-терминалы. Яхтсменам прежде всего нужны мобильные GPS-терминалы – приемники, обрабатывающие информацию в режиме реального времени, которые определяют местонахождение яхтсмена мгновенно и постоянно. Понятия эти условны, но если получать свои координаты один раз в секунду, то можно считать эту информацию непрерывной.

К наиболее устойчивым легендам о GPS Nawstar (далее просто GPS) относится то, что «американцы в целях национальной безопасности специально снижают точность определения координат». Из этого якобы следует вывод об ограниченности применения приемника.

В системе GPS действительно существуют два сегмента – военный и гражданский. Военные приемники GPS способны принимать дополнительные спутниковые сигналы, которые «не слышны» гражданским приемникам. С помощью этой технологии военные пользователи системы получают ряд преимуществ. Кроме того, центр управления GPS может включить режим «селективного доступа», который либо снижает точность гражданских приемников GPS, либо «вырубает» гражданский сегмент вообще или в определенном районе Земли.

Однако в 2000 г. президент Клинтон отменил действовавший до того момента режим селективного доступа. С тех пор все гражданские приемники, если они исправны и «видят» достаточное количество спутников, определяют координаты примерно одинаково и с достаточной для навигации точностью. В этом легко убедиться самостоятельно: засечь точку и вернуться в нее через какое-то время. В зависимости от условий средний GPS найдет место с точностью до 3–10 м. Если же случится абсолютное попадание, то это скорее везение, чем точная работа прибора. Подобных параметров недостаточно для строительных и геодезических работ, но для навигации, даже воздушной, вполне хватает.

Режим «селективного доступа» сегодня может быть включен по решению правительства США, но делается это в исключительных случаях, ограниченно и с заблаговременным предупреждением. Так, например, гражданский сектор GPS был выключен во время войны в Ираке во всем районе боевых действий. Это лишило иракцев, купивших гражданские приемники, возможности использовать американские технологии для определения своего местонахождения.

Следующей проблемой военных, вероятно, станут картографические он-лайн сервисы типа terraserver.com или более известного googlе maps. Космические снимки на них со временем будут обновляться все быстрее, и не исключено, что следующим шагом станет наблюдение самого себя на местности, что было бы удобно, к примеру, для выбора места в марине.

При каждом включении современный гражданский приемник GPS демонстрирует предупреждение, что он не может быть использован как единственное средство навигации. На это важное указание следует обратить внимание. Эта надпись на экране вовсе не означает, что прибор изначально неточный или производители сомневаются в его качестве. Естественно, что производители приборов хотят защититься от возможных судебных исков, но дело не только в этом. Прибор и его создатели не могут отвечать за неправильные действия, которые совершают неграмотные пользователи. Не следует требовать от приемника, чтобы он угадывал ваше местоположение при неправильном обращении.

Первое, с чем, как правило, сталкивается владелец GPS, это то, что он едет «мимо карты», «зашитой» в приемнике. Для того чтобы настроить GPS так, чтобы точка, в которой находится прибор, в точности совпадала с аналогичной точкой на карте, нужно хорошо разбираться в его устройстве. При этом необходимо знать, каким образом и кем была изначально создана карта, используемая в приборе.

Карты могут быть сделаны в разных математических моделях и, соответственно, по-разному представлять форму земного шара, из-за чего, как правило, и возникает «сдвиг» карты относительно координат, определенных прибором. Несмотря на то, что большинство новых карт создается в системе WGS84 (World Geodesic System 1984 года) и GPS-приемник настраивается на работу именно в этой системе, сохранилось огромное количество карт, сделанных в других системах. Обычно они не сильно отличаются друг от друга. Если с помощью GPS-приемника поставить определенную точку на двух разных картах одной и той же местности, сделанных в разных системах, то расстояние между этими точками не будет превышать нескольких десятков метров.

Для морской навигации незначительный сдвиг карты, как правило, не принципиален, пусть даже прибор показывает, что яхта стоит не у причала, а на берегу, яхтсмен видит, что он стоит именно у причала. По этим и другим причинам и RYA, и просто здравый смысл запрещают использовать GPS как единственное средство навигации. То есть подходить к причалу или в узость следует не только по прибору, но и как минимум, глядя по сторонам. Для решения большинства задач вполне достаточно знать параметры «сдвига» карты и учитывать их, прокладывая безопасный курс.

Вторая типичная ошибка – установка в приборе путевых точек, рекомендованных лоциями, или координат таких объектов, как край волнолома или буй. Направляясь к подобной путевой точке по GPS, экипаж постоянно получает информацию о направлении на точку и оставшемся до нее расстоянии. Следует помнить при этом, что GPS определяет курс на точку по прямой, которая может проходить через другие навигационные опасности. В конце концов, велика вероятность, что лодка просто воткнется в этот буй или мол. Также она может столкнуться с другими яхтами, которые используют для навигации те же рекомендованные популярными пайлотами путевые точки. Чтобы уменьшить риск, следует вводить свои собственные путевые точки.

Третья ошибка – неправильное понимание предоставляемой прибором информации. Допустим, выставляется путевая точка и яхтсмен движется к ней по прямой. Прибор исправно докладывает о постепенном сокращении расстояния до цели и указывает направление на точку. По неопытности пользователь может сделать вывод, что он действительно движется в нужную точку почти по прямой и раз расстояние до точки сокращается, то все в порядке. На самом деле это не так. GPS не показывает боковой снос судна. При наличии течения и ветра лодку сносит с курса, а рулевой, сам того не замечая, постепенно подруливает, следуя указанию прибора, в сторону путевой точки. Для рулевого картина выглядит просто: путевая точка все время впереди. Но на самом деле яхта описывает довольно широкую дугу и запросто может налететь на препятствия, находящиеся, по мнению экипажа, далеко сбоку.

Чтобы компенсировать недостатки встроенной карты, нужно заранее внести в прибор достаточное количество путевых точек, координаты которых заранее сняты с надежной бумажной карты. Это простой и безопасный способ иметь под рукой в палубных условиях информацию о реальных координатах и расстоянии до ближайших опасных объектов.

Вот почему использовать GPS как единственное средство навигации неразумно. Полезно дополнять прибор компасом-пеленгатором и здравым смыслом. На них придется положиться и в случае отказа GPS по тем или иным причинам. Но практика показывает: если прибор отказал, лучше включить запасной GPS.

www.ym-online.ru

Спутниковые навигационные системы

В настоящее время активно эксплуатируются спутниковые навигационные системы GPS и Глонасс. Американская Global Positioning System (GPS) развилась из навигационной системы NAVSTAR и начала функционировать в 70-х годах, первоначально имея исключительно военное применение.

Параллельно в СССР развивалась глобальная навигационная спутниковая система (Глонасс). Принцип действия и характеристики обеих систем примерно одинаковы. Обе эти системы являются государственными и контролируются военными ведомствами.

Системы GPS и Глонасс составляют основу существующей Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), Global Navigation Satellite System (GNSS). ГНСС является спутниковой системой для многоцелевого использования для определения местоположения, времени и скорости по всему миру.
Она включает приемники пользователей, одно или более созвездий спутников, наземные сегменты и инфраструктуру управления. ГНСС постоянно развивается и совершенствуется. В Резолюции ИМО А.860(20) 1997 года разработаны морские требования к будущей ГНСС.

Работа спутниковых навигационных систем основана на использовании среднеорбитальных спутников на круговых орбитах высотой примерно 20000 км. В GPS имеется 24 спутника на шести орбитах по 4 спутника на каждой, а в Глонасс — 24 спутника на четырех орбитах по 6 спутников на орбите.

Принцип измерения координат в GNSS

Принцип определения координат основан на измерении задержки распространения радиоволн от спутника до навигационного приемника. Спутник постоянно передает радиосигнал, содержащий точное время и положение спутника в пространстве. Приемник измеряет задержку распространения радиосигнала Δt1, что позволяет вычислить так называемое псевдорасстояние до спутника d1=cΔt1,

где c — скорость света (см. рис. 30.1). Линия пересечения сферы радиусом d1 с центром в точке положения спутника с поверхностью Земли,а это будет окружность, даст совокупность возможных положений приемника.

Если таким же образом измерить задержку радиосигнала At? от второго спутника и построить сферу радиусом d2=cΔt2, то можно получить вторую окружность возможных положений при обсервации второго спутника.
Пересечение этих окружностей даст две точки возможных положений приемника на поверхности Земли. Для устранения неоднозначности требуется обсервация третьего спутника.

В GNSS для передач данных спутниками используются два частотных поддиапазона. L1 и L2. В GPS все спутники передают на одной паре частот fL1=1575,42 МГц и fL2=1227,60 MГu. В Глонасс каждый спутник передает на своей паре частот в диапазонах fL1 = 1502,5625-1615,5 МГц и fL2= 1246,4375-1256,5 МГц.

Для разделения сигналов от разных спутников и использования на спутниках передатчиков сравнительно малой мощности применяются так называемые сложные сигналы в виде псевдослучайных последовательностей (ПСП) с большим периодом повторения. Для таких сигналов информационная «единица» данных представляется некоторой псевдослучайной последовательностью с гораздо большей тактовой частотой, а «ноль» — соответственно ее инверсным значением. В результате ширина спектра сигнала многократно расширяется.

Такой способ позволяет принимать сигнал от спутника при отношении сигнал/шум значительно меньше единицы за счет накопления энергии полезного сигнала в приемнике. Однако, при этом необходимо знание этой псевдослучайной последовательности или кода. Без точного знания кода невозможно осуществить демодуляцию принимаемого сигнала.

В системе GPS есть два кода — короткий (С/А-код) для коммерческого применения и длинный (Р-код) для военных целей. С 1 мая 2000 года американская сторона рассекретила Р-код из-за того, что Российская Глонасс позволяла получить такую же точность. В Глонасс точный код не засекречен и постоянно может быть использован в гражданских целях. Горизонтальная погрешность определения местоположения спутниковых навигационных систем Глонасс и GPS в штатном режиме не превышает 33 метров с вероятностью 95%. В остальных 5% случаев абсолютная погрешность не превышает 100 метров.

В дифференциальном режиме погрешность составляет не более 10 метров с вероятностью 95%. Совместное использование GPS/Глонасс позволяет получить более высокую точность. Известно, что из-за различия в углах наклонения орбит спутников Гтонасс дает лучшие точностные характеристики в высоких шиpoтax, a GPS — в средних широтах.
Европейским Союзом в настоящее время разрабатывается собственная спутниковая навигационная система Галилео, аналогичная системам GPS и Глонасс. Начало эксплуатации системы Галилео планируется с 2008 года. Совместное использование ресурсов всех космических навигационных систем повысить точность и достоверность определения местоположения подвижных объектов любого типа — морских, воздушных, сухопутных.

Источники ошибок в GNSS

Основными факторами, которые определяют точность определения местонахождения, являются следующие.

1. Неоднородность ионосферных и тропосферных слоев Земной атмосферы. Точность измерений зависит от постоянства скорости распространения радиоволн. Однако из-за различного рода нсоднородностей в атмосфере скорость может меняться. В результате возникают ошибки в определении расстояний до спутников. Абсолютные ошибки, вызванные влиянием атмосферы составляют порядка 5 метров (для ионосферных ошибок) и 1 метра (для тропосферных ошибок.

2. Многолучевость распространения радиоволн. Приемник GPS принимает не только радиоволны по прямому направлению, но и отраженный от каких-либо объектов — рельефа, самолетов, крупных зданий и т.д. Отраженные сигналы создают дополнительные помехи, влияющие на точность измерения.

Рис.30.2. Хорошее и плохое разведение спутников при обсервации

3. Ошибки синхронизации. Для точного измерения задержки сигнала от спутника необходима синхронизация приемника. На спутниках имеется атомный эталон частоты, который синхронизирует приемник GPS. Нестабильность атомного эталона обуславливаем ошибку в измерении задержки прохождения cигнала и точность позиционирования порядка 1,5 метров.

4. Эфемеричсские ошибки вызваны неточностью расчета положения спутника в пространстве. Их влияние составляет порядка 2,5 метров при определении положения приемника.

5. Геометрическое разведение спутников. Если спутники, па которые производится обсервация находятся под углами близкими к прямым, то точка пересечения окружностей может быть вычислена с меньшей погрешностью, чем в случае, когда спутники находятся под острыми углами. Хорошее взаимное положение (разведение) (Good dilution) спутников позволяет получить меньшую погрешность, чем плохое разведение (Poor dilution) (рис. 30.2).

6. Солнечная активность. Вспышки па Солнце, которые сопровождаются выбросами гигантских масс солнечного вещества, порождают резкие изменения свойств магнитосферы и ионосферы Земли. Такие вспышки повгоряются с цикличностью примерно 11 лет при относительно спокойном состоянии Солнца между ними. В периоды солнечной активности ошибки возрастают.

Рис.30.3. Источники ошибок в GNSS

7. Избирательная возможность путем засекречивания кодов. Преднамеренно точность измерений может ухудшаться путем засекречивания точного кода. Коммерческий короткий код позволяет получить точность примерно на порядок хуже, чем длинный код для военных применений.
При вычислении координат особое значение приобретает используемая геодезическая координатная система. В различных геодезических системах точки с одними и теми же координатами могут отстоять на сотни мет- ров. GPS для расчета координат использует систему WGS84 (World Geodetic System), а Глонасс — Советскую геоцентрическую систему параметров Земли 1990 года PZ90.

Дифференциальный режим GPS/Глонасс

Спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS не позволяют обеспечить в штатном режиме точность, необходимую для безопасной навигации судов на подходах к портам и в узкостях с ограничением свободы маневрирования судов. В этой зоне точность регламентируется Резолюцией ИМО А.815(19) 1995 года по Всемирной радионавигационной системе. Эта точность не должна быть хуже 10 метров с вероятностью 95%.

Другим недостатком спутниковых навигационных систем является неспособность в настоящее время обеспечивать оперативное оповещение потребителей о нарушениях в работе систем или их элементов, которые про- исходят пока довольно часто.
Наиболее рациональным путем устранения указанных недостатков и улучшения точностных характеристик систем Глонасс и GPS, необходимых для расширения их функциональных возможностей, является применение дифференциального режима работы.

Сущность дифференциального режима поясняется следующим образом. Ошибки в спутниковых навигационных системах для измерений, сделанных в данное время и данном месте, носят, главным образом, систематический характер.
Поэтому, если привязаться к какой-либо точке на берегу с точно известным географическим положением и измерить се местоположение с помощью навигационного приемника GPS/Глонасс, то можно получить некоторое значение поправки. Это значение поправки следует далее ввести в полученное измерение местоположения судна.

Различают два метода использования поправок. Первый метод (называемый дифференциалом положений) базируется на вычислении разности расчетного положения и точно известного положения опорной точки. Роль опорной точки выполняет опорная (или контролыю-коррегирующая) станция. Однако в данном методе необходимо при обсервации на судне использовать те же спутники, что и на опорной станции.

Другой метод (дифференциал псевдорасстояний) предполагает получение ошибок вычисления псевдорасстояний для каждого спутника. Достоинством данного метода является независимый от опорной станции выбор «созвездия» на судне благодаря наличию поправок псевдодальностей по всем спутникам.
Данный метод практически используется в дифференциальном режиме. Коррекции псевдорасстояний рассчитываются на береговой опорной станции и передаются в диапазоне средних волн 285-325 кГц для всех заинтересованных пользователей. Интервал передачи поправок составляет не более 5-10 секунд. Поправки вводятся в судовой приемник GPS и учитываются при расчете местоположения судна.

Погрешности определения места увеличиваются с увеличением расстояния от опорной станции и при старении дифференциальных поправок, но не должны превышать 10 метров в рабочей зоне с вероятностью 0,95.

Рис.30.4. Дифференциальный метод измерения координат

В дифференциальном режиме одновременно повышается надежность работы системы за счет оперативного извещения всех пользователей о возможных нарушениях в спутниковой системе.

Принцип действия дифференциальной системы иллюстрируется на рис. 30.4. На береговой станции измеряются координаты с помощью приемника GPS и сравниваются с точно известными координатами положения приемника. На основании этого рассчитываются поправки, которые необходимо ввести в измеренные координаты на судне.

Поправки передаются в диапазоне средних волн. Прием поправок возможен на расстояниях примерно 50 — 250 м. миль от передающей станции. Для передач используется класс излучения G1D при модуляции с минимальным сдвигом (MSK). На судне должен быть установлен приемник дифференциальных поправок и приемник GPS с входом дифференциальных поправок.

Дифференциальный режим является наиболее перспективным для обеспечения плавания в узкостях, каналах и подходах к портам, а также позволяет успешно решить следующие специальные навигационные задачи:

— обеспечение высокоточного судовождения на внутренних водных путях;

— рыбный промысел в прибрежных водах, узкостях и в районах со сложной навигационной обстановкой;

— геодезические и другие научные исследования;

— прокладка кабелей и трубопроводов как в прибрежных водах, так и в открытом море;

— добыча полезных ископаемых и проведение необходимых изыскательских работ и др.

В настоящее время в более чем 20-ти странах эксплуатируются более 200 опорных станций дифференциальной подсистемы GPS/Глонасс.
Список и координаты опорных станций приведены в ALRS, vol 8, Satellite Navigation Systems.

Глобальная спутниковая навигационная система Galileo — масштабный западноевропейский проект, разрабатываемый Европейским космическим агентством в сотрудничестве с Европейским союзом.
Проект Galileo обеспечит Европу собственной глобальной спутниковой навигационной системой, позволяющей с высокой точностью определять местоположение объекта и гарантирующей глобальное покрытие.
Она будет обеспечивать перспективные потребности авиационного, морского, железнодорожного и автомобильного транспорта Европейского союза, а также других стран. С ее помощью можно будет точно устанавливать местонахождение воздушного или морского судна, регулировать транспортные потоки, проводить спасательные операции.

Европейская система спутниковой навигации Галилео

Создаваемая система Galileo станет третьей в мире по счету глобальной системой космического позиционирования. Сейчас только США (система GPS) и Россия (система Глонасс) обладают подобными космическими сетями, позволяющими определять с помощью системы спутников точное местонахождение объекта на Земле.

Политическое значение этого проекта заключается в том, что Galileo станет конкурентом американской системы GPS и подорвет монополию США в этой области. Вашингтон предпринял перед ЕС ряд шагов, призывая его опереться на американскую систему.
Однако после многих колебаний и согласований страны ЕС на саммите в Барселоне все же решили сделать ставку на Galileo. Пo словам одного из руководителей Европейской комиссии, собственная спутниковая система позволит Европе сохранить свою автономность, суверенитет и технический потенциал.

Какими причинами обусловлено создание новой системы глобального позиционирования? Пользователи спутниковой навигации в Европе сегодня для определения своего положения не имеют альтернативы помимо существующих систем GPS и Глонасс. Но военные операторы обеих указанных систем не гарантируют постоянного и непрерывного предоставления услуг.
В то же время спутниковая навигация уже сегодня стала обычным способом определения местоположения на море, а в ближайшем будущем следует ожидать его столь же широкого распространения на суше и в воздухе. И если завтра сигнал по каким-то причинам будет отключен, то штурманам морских судов придется вернуться к традиционным методам навигации с использованием секстантов и навигационных таблиц.
А еще через несколько лет зависимость от ГНСС станет такова, что последствия исчезновения сигнала могут оказаться еще более серьезными, и затронут уже не только экономическую эффективность использования транспортных средств, но и их безопасность. Поэтому в начале 1990-х годов Европейский Союз посчитал необходимым наличие собственной европейской глобальной спутниковой навигационной системы.

Система Galileo будет предоставлять беспрецедентную для гражданских средств точность позиционирования до 1 м в режиме реального времени, гарантировать доступ к сервису при всех обстоятельствах, за исключением особо экстремальных, и информировать пользователя в течение нескольких секунд об отказе любого спутника. Это делает се незаменимой при решении таких задач, как управление движением поездов или посадкой самолетов, где обеспечение безопасности особенно критично.

Развертывание Galileo позволит странам Евросоюза провести существенные усовершенствования в системах управления движением всех видов транспорта, а также в коммерческих, индустриальных и других стратегических областях.

С технической точки зрения система Galileo представляет собой флотилию из тридцати (27 действующих и 3 резервных) спутников, работающих в том же диапазоне частот, что и американская система GPS. Орбиты спутников — круговые высотой 23616 км и наклонением 56°. Это наклонение чуть выше, чем у спутников системы GPS (55°), но значительно меньше, чем в системе Глонасс (64,8°).
Тем не менее, их сигналы будут обеспечивать надежное покрытие поверхности Земли вплоть до широты 75° (мыс Нордкап — северная конечность Норвегии) и даже в более высоких широтах.
Большое число аппаратов, оптимизация их размещения на орбитах и наличие трех активных резервных спутников, гарантируют, что даже потеря одного из них не будет заметна для пользователя. Еще одно заявленное преимущество системы Galileo — возможность точного определения положения объектов в крупных городах, где здания экранируют сигнал со спутников, находящихся низко над горизонтом. Она достигается за счет того, что число аппаратов, доступных для использования при позиционировании, в два раза больше минимально необходимого.

Для осуществления контроля функционирования спутников и управления навигационной системой на территории Европы предполагается построить два специализированных центра управления GCC (Galileo Control Centre).
Сюда будет стекаться информация, передаваемая двадцатью наземными станциями слежения GSS (Galileo Sensor Station). Центры GCC также будут осуществлять синхронизацию шкал времени на всех спутниках и наземных станциях.
Обмен данными между центром управления и космическим сегментом будет осуществляться с помощью пяти передающих станций, работающих в S-диапазоне, и 10 станций, работающих в С-диапазоне.

sea-library.ru