Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Основные источники погрешностей GPS наблюдений

Глобальная система определения местоположения - Global Positioning System (GPS) - это спутниковая навигационная система, которая позволяет определять координаты, скорость и направление движения объектов в любой точке земного шара, в любое время суток, при любой какой погоде. Система GPS, которая изначально была создана с целью навигации, нашла широкое применение в геодезии, географических информационных системах (ГИС) и других областях науки. & Nbsp;

Структура системы

GPS состоит из трех сегментов: космического, контрольного и сегмента пользователя.

Космический сегмент

К космического сегмента GPS входят 24 спутника, которые вращаются вокруг Земли по шести орбитам, с периодом обращения 12:00. Орбиты спутников рассчитаны таким образом, чтобы в любой точке земного шара в любой момент времени можно было наблюдать не менее 4 спутников. Это минимальное количество спутников, необходимых для определения пространственных координат: долготы, широты и высоты.

Контрольный сегмент | До контрольного сегмента относятся станции слежения, главный центр управления и основная станция управления (которые находятся на поверхности Земли). Станции слежения непрерывно принимают сигналы от спутников и определяют расстояния до них. Кроме этого на станциях ведется метеорологическое зондирование атмосферы с целью определения поправки за влияние тропосферы.

- основная станция управления

- станция слежения

наземная антенна

Результаты обработки сигналов и зондирования атмосферы со станций слежения передаются в главный центр управления, в котором вычисляются эфемериды спутников на 12:00 вперед. Эти данные пересылаются на спутники, а они в свою очередь передают их на GPS приемники пользователям. Основная станция управления может корректировать орбиты спутников.

Сегмент пользователя

К сегмента пользователя входят все GPS приемники. Приемники можно условно разделить на три основни группы: навигационные, геодезические и для задач ГИС.

Принцип позиционирования

Местоположение точки в определенный момент времени на земной поверхности определяется методом пространственной засибкы не менее чем по трем спутникам с известными координатами. Для вычисления расстояния от спутника до антенны приемника измеряется время прохождения сигнала и он умножается на скорость распространения сигнала. & Nbsp;

Для определения времени все GPS спутники оснащены понадточнимы атомными часами, чьи показания кодируются в сигналы, передаваемые со спутника. GPS приемники также оснащены высокоточными часами, которые в процессе инициализации в начале измерений синхронизируются с часами GPS спутников. & Nbsp;

Для определения координат антенны приемника используются измерения расстояний минимум до 4 спутников (четвертый спутник нужен для исключения погрешности, которая может быть вызвана несинхронность работы часов GPS спутников).

Структура сигнала

Каждый GPS спутник передает радиосигналы на двух частотах: L1 = 1575.42 МГц и L2 = 1227.60 МГц. Сигналы, которые используются для гражданских целей, модулируются двумя кодами: C / A и P. «Грубый» C / A-код (гражданский) не закодирован и может приниматься всеми GPS-приемниками. «Точное» P-код принимается геодезическими и ГИС приемниками и может быть закодирован во время военных действий.

Измерение расстояний до спутников по C / A-кода обеспечивает точность позиционирования в 10-15 м и применяется, в основном, для навигации. Приемники, выполняют измерения только по кодовому модулирующего сигнала, называются кодовыми.

Для повышения точности позиционирования выполняются измерения по фазе несущей частоты. GPS приемники, которые выполняют измерения по C / A и P кодам и по фазе волны L1, называются фазовыми одночастотными. Приемники, выполняют измерения по C / A и P кодам и по фазе несущих частот L1 и L2, называются фазовыми двухчастотных GPS приемниками. Двухчастотные приемники являются более точными, потому что они учитываюво влияние ионосферы. Фазовые одно- и двухчастотные приемники в дифференциальном режиме обеспечивают точность измерений до нескольких сантиметров, что является допустимым для задач геодезии.

Дифференциальная коррекция

При прохождении радиосигнала от GPS спутника через ионосферу и тропосферу скорость его распространения уменьшается, что приводит к погрешности в вычислении дальности, вызванной задержкой сигнала. Значение этой погрешности трудно определить, но оно примерно одинаковое для двух недалеко расположенных друг от друга точек на земной поверхности. Дифференциальная коррекция это метод, который значительно увеличивает точность обработки GPS данных путем исключения систематической составляющей погрешности задержки сигнала. Использование дифференциальной коррекции позволяет уменьшить погрешность позиционирования при кодовых измерениях до 2-3 м и при фазовых измерениях - до нескольких миллиметров.

В классической схеме дифференциального метода измерений используются два приемника, один из которых расположен в точке с известными координатами (базовая станция), а другой приемник располагается над точками с координатами, которые нужно найти (мобильный приемник). GPS приемник базовой станции определяет текущие координаты (координаты, которые были измерений в данный момент времени) и сравнивает их с известными точными координатами базовой станции. Разницы между значениями текущих и точных координат, взятые с отрицательным знаком, называются дифференциальными поправками. Дифференциальные поправки могут быть введены в расчетов координат после измерений (режим постобработки), либо в реальном времени (режим DGPS - для кодовых измерений и режим RTK - для фазовых измерений).

Основные ошибки GPS и их причины

Множество ошибок местоположения может произойти из-за ограничений точности определения координат в пределах 15 - 25 метров. Эти ошибки проверяются и компенсируются множеством способов:

Орбитальные ошибки - Иногда положение спутника, о котором сообщают, не соответствуют его фактической траектории. В США, Министерство обороны безуПинна контролирует каждый спутник, внося орбитальные исправления.

«Бедная» геометрия Возникает тогда, когда все принятые спутники сгруппированы около друг к другу, или выстроенные в линию относительно положения приемника, в свою очередь не обеспечивает необходимую разбивку сигнала на так называемый треугольник, от чего точность вычисления координат становится менее надежной.

Использование сигналов исправления системы WAAS - широкозонной системы функционального дополнения (Wide Area Augmentation System) компенсирует орбитальные ошибки из-за возникновения «бедных» геометрий.

Багатошляхови сигналы Сигналы перед тем, как достичь GPS-приемника, могут быть отражены от высоких или домов других препятствий, тем самым увеличивается расстояние этого сигнала или же сигнал попросту сбивается, уменьшая точность.

Приемники навигации постоянно делают множество сложных математических вычислений, чтобы эффективно компенсировать всевозможные потенциальные ошибки в местоположении

Атмосферная задержка - Спутниковая навигация сигнализирует медленней, поскольку сигналы проходят через атмосферу Земли. Приемники навигации вычисляют среднюю задержку наносекунд, и дают компенсацию.

Ошибки часов - часы, встроенный в GPS-приемник не столь точный как атомные часы на навигационном спутнике, часы которого дают погрешность в 1 секунду на каждые миллион лет. Каждый навигационный приемник автоматически компенсирует дифференциалы времени, сравнивая сигналы времени с нескольких спутников, он восстанавливает свои внутренние часы - от чего приемник всегда будет показывать вам самый точное время.

Литература

Геодезические приборы. Часть II. Электронные геодезические приборы. Костецкая Я. М. ИМЗН, 2000.

Загрузка...