ZLICZANIE DOPPLEROWSKIE I ZJAWISKO- Zjawisko Dopplera polega na tym że źródło fal (elemoto i mag) i obserwatora są w ruchu względem siebie to częstotliwość jaką mierzy obs jest różna, od tej która jest wysyłana ze źródła i którą obserwował by obs będący w spoczynku względem źródła. Przy zbliżeniu obs do źru obserwuje się wzrost często, przy oddalaniu częst maleje. Występuje mieszalność efektu DOPPL w przypadku fal elekmag. Zaczęto wykorzystywać zja odwrotne tzn. określanie nieznanej pozycji naziemnego obs w wypadku gdy znana jest orbita sat. Prostym przypadkiem w którym fala zbliza się do obs jednostajną V wzdłuż prostej przechodzącej przez punkt w którym jest obs Vw<C fODBIERANA-fEMITOWANA (1+Vw/c0 gdzie Vw- V względem obs i źródła czyli fODB-fEMI.Vw/c ZLICZENIE DOPL- Gdy N i O będą względem siebie w ruchu to fnfo. FD=fo-fn. Nadajnik jest na satelicie a odbiornik na statku(statek i Ziemia się rusza). FD=fn(Vw/c), Vw-względna V radialna satelity. Wprowadzono generator o częstotliwości znanej i stałej. Zaczyna zachodzić zdudnienie. Zliczenie Dopplerowskie polega na zliczeniu pełnej liczby cykli dudnień w pewnym przedziale czasu. N=(od t1 do t2)(fG-fo)dt, N=(fG-fs)(t2-t1)+(fG/c)*, gdzie -różnica odległości O-N, czyli: =(c/fG)(N-F T), F=fG-fs, T=t2-t1. Droga sygnału z satelity wydłuża się przech przez atmosferę co prowadzi do błędu, który kompensuje się przez zliczanie cykli na dwóch różnych f. Błąd powstaje w w yniku refrakcji jonosferycznej. Może być wyeliminowany przy pomiarze 2 f. Określanie odległości użytkownik-satelita (pomiar czasu). Mierzymy czas propagacji sygnału na trasie satelita-uż ytkownik. Satelita wysyła sygnał w znanym czasie tn. Sygnał dociera do użytkownika w chwili to. =c(to-tn). Użytkownik nie wie w którym momencie satelita wysłał sygnał, więc: ts-odchyłka w czasie wzorca satelity od czasu systemu(znana i przesyłana do odbiornika), tu-odchyłka w czasie wzorca użytkownika od czasu systemu(nieznana). Rozwiązanie to pomiar jednoczesny do 4 satelitów o znanych wsp. zm=c(to-tn)=rz+c(tu-ts)+cta, gdzie ta-wydłużenie w czasie drogi w trakcie przejścia jonosfery. TRANSIT- jest systemem, w którym mierzonym parametrem naw. jest różnica odległości, określona na podstawie pomiaru częstotliwości dopplerowskiej. System TRANSIT jest zbudowany z trzech podstawowych segmentów: SEGMENT KOSMICZNY składa się z czterech do sześciu sat, rozmieszczonych na orbitach biegunowych, przy czym na każdej z nich znajduje się jeden satelita, a różnica długości między poszczególnymi orbitami jest w przybliżeniu jednakowa. Są to orbity zbliżone od orbit kołowych. Ich wysokość wynosi ok. 1100km, a czas obiegu satelity wokół Ziemi ok. 107 min. Liczba 5 sat zapewnia możliwość określenia pozycji użytkownika znajdującego się na: równiku- w odstępie około 90min, na szerokościach geograficznych 45° -w odstępach ok. 60min, na szerokościach 70°- w odstępach ok. 25min. Ze względu jednak na stały dryf węzłów orbit i nierównomierne rozmieszczenie sat odstępy te w rzeczywistości mogą znacznie odbiegać od podanych wartości. URZĄDZENIA NADAWCZE SATELITÓW- emitują dwa koherentne sygnały radiowe na dwóch częstotliwościach: 399,968MHz oraz 149,988MHz, przy czym ta druga umożliwia wyznaczenie poprawki jonosferycznej, korygującej przeprowadzone w odbiorniku pomiary na częstotliwości wyższej. Zmiany częstotliwości dopplerowskiej rejestrowane w odbiorniku są rzędu: dla częstotliwości wyższej- 32kHz+-8kHz, natomiast dla częstotliwości niższej 12kHz+-3kHz. SEGMENT NAZIEMNY-składa się z sieci stacji Śledzących, stacji służby czasu, centrum kontroli i centrum obliczeniowego oraz stacji przekazujących dane do satelitów. Centrum kontroli na podstawie danych śledzenia sat, prognozuje parametry orbit na wiele godzin naprzód. Dane te co 12h przekazywane są do pamięci sat, które w odstępach dwóch minut nadają do użytkownika w postaci depeszy naw, zawierającej niezbędne dane do obliczeni pozycji sat w momencie pomiaru różnicy odległości. SEGMENT UŻYTKOWNIKA-składa się z jedno lub dwukanałowego odbiornika systemu. Dokonywany jest w nim pomiar częstotliwości dopplerowskiej i przetwarzanie jej na różnice odległości do kolejnych pozycji sat w trakcie pomiarów. Do określenia współrzędnych ?le ?odzin naprzóą co najmniej trzy różnice odległości, jakkolwiek w rzeczywistości odbiornik w trakcie przelotu sat dokonuje ok. 25 pomiarów. Pomiary te, w oparciu o iteracyjną metodę linii, przetwarzane są na wartości współrzędnych pozycji użytkownika. WADY SYSTEMU TRANSIT-1. nie można określić pozycji użytkownika w przestrzeni trójwymiarowej (nie może być wykorzystana przez lotnictwo), 2. nie może określać pozycji obiektów charakteryzujących się dużą dynamiką ruchu, 3. dokładność określenia pozycji zależy od dokładności uwzględnienia elementów ruchu użytkownika, 4. ma zbyt małą dokładność oraz małą częstość określania pozycji użytkownika. ZASADA OKREŚLANIA POZYCJI UŻYTKOWNIKA W TRANSIT- oparta jest o wykorzystanie zjawiska Dopplera- zmiany częstotliwości odbieranej fali radiowej wskutek ruchu satelity. Obserwacja zmian tej częstotliwości pozwala określić zmiany odległości do sat. Częstotliwość odbierana przez użytkownika systemu fo porównywany jest w odbiorniku z częstotliwością wzorcową fg lokalnego generatora. Na tej podstawie można obliczyć częstotliwość dudnień: ?F=fg-fo. Stosowany w odbiornikach systemu tzw. Zintegrowany pomiar dopplerowski polega na zliczaniu całkowitych cykli N częstotliwości dudnień fg-fo w ciągu określonego stałego przedziału czasu ?t=tk-tj. Ilość zliczeń częstotliwości dopplerowskiej N zależy od czasu widzialności sat. Zwykle okres ten nie przekracza 17min. Wynika z tego że max ilość zliczeń N w odbiorniku nie przekraczała ośmiu. Do obliczenia w odbiorniku użytkownika jego współrzędnych ?f, ö oraz ë niezbędne są co najmniej trzy zmierzone różnice odległości. Współrzędne uzyskuje się, stosując iteracyjną metodę linii pozycyjnych. Ponieważ odbiornik dysponuje znacznymi nadmiarami pomiarów do rozwiązania wykorzystuje się metodę najmniejszych kwadratów. PARAMETRY ODB. GPS- DOKŁADNOŚĆ POZYCJI- 1)dokładność sygnalizowania pozycji. Czyli do którego miejsca po przecinku jest podana część sek. Im odb pokazuje więcej miejsc po przecinku tym pozucja jest dokładniejsza; 2)alarmy generowane przez odb: GDOP jeżeli spadnie poniżej pewnej wartości, HDOP- horizontal delission of precisjon, VDOP -vertical of precisjon; 3)tryb określenia pozycji 2D, 3D lub 2D i 3D (2D- 2wymiarowa pozycja jest określona bez wys, 3D- jest pełne określenie parametrów urzyt łącznie z wysokością anteny, 2D i 3D- odb automatycznie przełącza się pomiędzy tymi trybami w przypadku 2D- gdy są 3 sat widoczne, 3D gdy są 4 lub więcej sat wid.); 4)miejsce umiejscowienia anteny odb. Im antena jest bliżej środka statku tym lepiej, jak również ant akceptuje sat z górnej chemisfery i musi być tak usytuowana aby w sektorze 360ş nie byo zniekształceń; 5) dobra granica wysokości troposferycznej HMIN w większości odb wynosi ona 5ş lecz u tym lepszych można je samemu ustawić, im HMIN jest wyższa to dokł pozycji jest lepsza do odb odbiera sat położone wyżej; 6) kryterium doboru sat do okreś pozycji- ( tylko wysokie sat, sat wszystkie, np. 4 wys i 2 niskie); 7) możliwość funkcjonowania odb w opcji różnicowej DGPS- gdzie błąd jest rzędu kilku metrów. GALILEO-10.2.1999 Komisja Europejska wydaje dokument zaangażowania Europy w nową generację Satelitarnych usług naw. System budowany od podstaw. 4 koncerny(Alcatel, Aleni a, Deimler-Benz, Metra Marconi) Założenia- zasięg globalny, czas dowolny, wsp. Przestrzenno czasowe, serwis komunikacyjny, związ. z naw., otwarty dostęp do usług masowego odbioru., kompatybilność i operacyjności z systemem GPS. Segment kosmiczny: 30 sat. MEO, 3 orbity H=24000km. i=52ści z lysteść w pionie 10m Koncepcja rezerwowa:24 MEO +9GEO. 95% rynku światowego- USA, JAPAN. ZASADA DZIAŁANIA EGNOS-AOC- oparta jest na prowadzeniu śledzenia i obliczeniu poprawek jonosfer, pseudoodległości dzięki sprzężeniu z systemem GPS. Ponieważ segment sat składa się z , 3 szt. Satelitów geostacjonarnych(=15,5W, 21,4E, 64,5E) Segment naziemny-34 stacje pomiarowo -obserwacyjne, 4 gł. Stacje kontrolne, 6 stacji transmitujących dane do satelitów, 2 stacje kontrolno wspomagające. Zasada działania: pom. w 34 st.- wyniki idą do stacji kontrolnych(obl. popr. d o pseudoodl. , obl. Wartości opóźnień jonosfer.) - stacje transmitujące- sat. Geostacjonarne- retransmisja na f=L1 GPS-u. STRUKTURA GNSS.- tworzyć będą :GPS, GLONASS, WADGPS, INMARST z transponderami sygnałów nawigacyjnych analogiczni e do satelitów gps-u(GNSS1), W planach GNSS2 jest zintegrowanie różnych systemów o orbitach niskich, średnich i wysokich. Problemem w GNSS1- inny układ odniesienie i inna skala czasowa w GPS i GLONASS. Dokładność pozycji ma wynosić ok. 10m, częst wyznaczenia pozycji co 2sek, będzie syst nie nasyconym, koszty utrzymania mają pokrywać kraje budujące go, będzie używ na lądzie, morzu i powietrzu, ma być łatwo dostępny. SYSTEM GLONASS- jest systemem stadiometrycznym, który został oddany do użytku w 1996. Jest własnością Federacji Rosyjskiej. Określenie współrzędnych pozycji opiera się na pomiarze odległości dzielącej urzyt od znajdującego się na orbicie sat, którego pozycja jest znana. Pomiar ten sprowadza się do pomiaru czasu przebiegu fali na drodze sat-odb i porównaniu tego czasu z czasem reprezentowanym przez odb z czasem uzyskiwanym przez wzorzec odb. Czasy mierzone w czasie systemu wyznaczanym przez atomowe wzorce czasu zsynchronizowane idealnie z wzorcem czasu systemu. Odb ma przesunięty wzorzec czasu w stosunku do wzorca czasu systemu ?en wielkość mierzona zaś przy sat przesunięcie czasu jest znane Äts. Odchył Odc?yn i Äts mogą być dodatnie lub ujemne w stosunku do czasu systemu czyli mierzona jest w odbiorniku psełdoodległości, którą musimy poprawić o przesunięcie Ätn i Äts . Cechą charakterystyczną jest częst nośna gdyż to ona odmierza sat a nie kod (odwrotnie niż w GPS). Kody w GLONASS są dla wszystkich sat takie same. Pełna depesza naw trwa 2,5 min. Występuje kod precyzyjny i mniej dokładny. System ten posiada 3 segmenty- kosmiczny, naziemny i użytkownika. Jego dokładność jest większa niż GPS i orbita sat jest niższa od GPS. Obecnie funkcjonuje tylko 10-15 sat gdyż przewidywana żywotność tych sat z 2-3 lat spadła do kilku miesięcy. GEOSTAR- System odl w którym pomiary odl do użytkownika wykonuje centrum kontrolno obliczeniowe na drodze użytkownik-satelity-centrum. Centrum oblicza też wsp. użytkownika i przekazuje je za pośrednictwem tych samych satelitów. Użytkownik systemu musi nadawać sygnały radiowe przekazywane przez satelity do centrum(master station). Wsp. użytkownika są obliczane w centrum systemu i przekazywane do niego łączem radiowym. Segment kosmiczny ma dwa satelity geost.(H=35780, i=0); zasięg =75O N lub S. W skład segm. naziemnego wchodzi reper geodezyjny(kontrola systemu i eliminowanie jego stałych błędów) System nasycony, dokładność(30-40m), odbieranie pozycji(system ciągły, na żądanie, okresowo). Poza określanie m pozycji zapewnia: alarmowanie o niebezp., f-cja ratownicza(EPPIRB).Każdy odbiornik posiada własny identyfikator. 3 tryby obliczania pozycji: ciągła, okresowa, na żądanie.
CECHY WSPÓLNE I RÓŻNICE SYSTEMÓW GPS I GLONASS
Różnice: (GPS/GLONAS): płaszczyzny orbitalne (6x4 sat/ 3x8 sat), okres obiegu (11h 57min 58,3sek/11h 15min 44sek), wysokość orbity (20183km/19100 km), nachylenie orbit (55°/64,8°), częstotliwość (L1 1575,42 MHz/ 1597-1617 MHz)(L2 1227,6 MHz/1240-1260 MHz), pasmo (P 20,46MHz/+-5,11MHz)(C/A 2,046MHz/+-0,511MHz), rodzaj emisji (24MOG1D,562G1D)(CDMA/FDMA), rodzaj współrz. w almanachu (parametry Kepplera/współrzędne kartezjańskie), czas trwania depesz naw (12,5min/2,5min), układ odniesienia współrz (WGS-85/SGS-85), błąd pozycji (100m/50m), argument szer (30°c°cżdej orbicie/konfiguracja powtarza się co 8 dób-32,56', nierównomierne rozmieszczenie sat. operacyjnych/na każdej orbicie równomierne rozmieszczenie sat. Cechy wspólne: stadiometryczne zasada pomiaru , zasięg globalny, pozycja ciągła w real time, system czasu UTC, depesze nawigacyjne
PARAMETRY GPS NA SAMOUTRZYMANIE POZYCJI - 1) liczba torów pomiarowych (1-12) z reguły mają 8 lub 12; 2)liczba układów odniesienia współrzędnych; 3)dokładność sygnalizowania pozycji; 4)alarmy generowane są przez odbiorniki GDOP, HDOP; 5)tryb określenia pozycji (2D, 3D 2D/3D);6)czas gorącego i zimnego startu i w jakim czasie otrzymano pozycję; 7) śledzenie sat ciągłe lub sekwencyjne; 8)max liczba śledzących; 9)kryterium doboru sat do określenia wstępnej pozycji; 10)częstość uaktualniania pozycji;
CHARAKTERYSTYKA SYGNAŁU EMIT PRZEZ SAT GPS- Satelity emitują dla potrzeb użytkownika sygnały pomiarowe. Najbardziej charakterystyczną właściwością tego procesu jest to, że jest on generowany i sterowany za pomocą bardzo stabilnego zegara atomowego, który generuje jedną podstawową częstotliwość systemu fo, a dalej przez powielenie generowane są wszystkie inne częstotliwości. CZĘSTOTLIWOŚĆ PODSTAWOWA FO=10,23MHz, przez powielenie częstotliwości podstawowej 154 razy otrzymywana jest częstotliwość nośna L1=154*fo=1575,42MHz. Poprzez powielenie częstotliwości podstawowej 120 razy otrzymywana jest częstotliwość nośna L2=120*fo=1227,6MHz. Obie częstotliwości nośne każdego satelity są modulowane w fazie sygnałami binarnymi, przyjmując wartości 0 lub 1. Nadawane są one na dwóch częstotliwościach w pasmie L, tj. L1=1575,42MHz oraz L2=1227,6MHz. Najważniejszą dla działania systemu jest częstotliwość L1, druga zaś umożliwia wyznaczenie poprawki jonosferycznej. Sygnały radiowe emitowane na częstotliwości L1 są modulowane dwoma kodami: Kodem P, który umożliwia pomiary dokładne oraz Kodem C/A, który zapewnia usługi niższej dokładności. Sygnały emitowane na częstotliwości L2 modulowane są tylko kodem C/A. KOD P- umożliwia bardzo dużą dokładność pomiarów w ruchu, jednak udostępniony jest tylko użytkownikom woj. oraz upoważnionym użytkownikom cywilnym. Dokładność określenia pozycji za pomocą odbiornika dwukodowego ( kod P i C/A)wynosi 14-18m dla poziomu prawdopodobieństwa 95%. KOD P również składa się z ciągu binarnych 0 i 1 jest tworzony z podstawowej częstotliwości systemu fo=10,23MHz. Jest to bardzo długi kod gdyż okres jego powtarzania wynosi 267 dni. Są one podzielone na 38 siedmiodniowych okresów. Pięć z nich jest przydzielonych stacją naziemnym a 33 spośród pozostałych satelitów. Kod P nie jest związany z satelitą tak jak kod C/A. KOD C/A- jest tzw. kodem szerokiego dostępu, czyli mogą z niego korzystać wszyscy użytkownicy. Dokładność określenia pozycji za pomocą odbiornika jednokodowego ( Kod C/A) około 30-40m. Jednak dokładność pozycji za pomocą jednokodowego odbiornika zmniejszono do 100m. Uzyskano to przez zastosowanie techniki zwanej ”selektywną dostępnością”(S.A.- Selective Availability). Celowo obniżono jakość sygnału nadawanego z sat poprzez zmniejszenie dokładności poprawki zegara satelity oraz obniżenie dokładności jego efemeryd pokładowych. Powoduje to pogorszenie pomiaru odległości do sat i obliczanych współrzędnych , a w konsekwencji pozycji użytkownika. KOD C/A który składa się z ciągu binarnych wartości 0 i 1 jest wytwarzany z częstotliwością fo/10.Liczy 1023 bitów i jest powtarzany co jedną milisekundę. Konkretny ciąg jest na stałe przyporządkowany jednemu sat i jest on sygnałem rozpoznawczym tego sat na podstawie którego odbiornik identyfikuje go. GPS- to satelitarny system nawigacyjny typu stadiometrycznego, który umożliwia użytkownikowi określenie pozycji oraz przekazywanie sygnałów czasu w sposób ciągły, z bardzo dużą dokładnością, bez względu na środowisko ZASADA OKREŚLENIA POZYCJI UŻYTKOWNIKA W GPS- W systemie GPS współrzędne pozycji użytkownika określa się na podstawie pomiaru odległości do co najmniej: a) trzech sat, gdy określa się tylko dwie współrzędne pozycji użytkownika ö, ë. b) czterech sat, gdy określa się trzy współrzędne pozycji użytkownika (ö, ë, h). Pomiary dokonywane są w sposób pośredni poprzez pomiar czasu przejścia przez sygnał odcinka satelita- odbiornik, a następnie pomnożenie tego czasu przez prędkość fali radiowej. Zmierzona wielkości nazywane są PSEUDOODLEGŁOŚCIAMI i zawierają następujące nieprawidłowości: a) błąd spowodowany propagacją fal radiowych w jonosferze i troposferze, b) błąd spowodowany różnicą wskazań zegara urządzenia odbiorczego w stosunku do czasu systemu GPS, c) błąd spowodowany różnicą wskazań zegara satelity w stosunku do czasu systemu GPS. Zmierzona pseudoodległość zawiera w sobie rzeczywistą odległość, poprawkę odległości wynikającą z refrakcji oraz odchyłek zegarów na sat i w odb. Rzeczywiste położenie sat na moment pomiaru można uzyskać tylko podczas opóźnienia rzędu kilku dni, co mija się z celem w nawigacji, jednak stosowany jest kiedy znajomość współrzędnych w czasie rzeczywistym nie jest istotna (np. geodezja, geofizyka). Minimalna ilość zmierzonych pseudoodległości musi być co najmniej o jedną większa niż ilość współrzędnych pozycji użytkownika. Oznacza to że, zmierzone odległości do satelitów są zawsze obciążone stałym błędem.
DGPS jest różnicową odmianą systemu GPS i wywodzi się z systemu Omega. Na brzegu jest stacja DGPS w punkcie od dokładnie znanych wsp. Dokonuje ona pomiaru do wszystkich dostępnych satelitów i określa na podstawie swojej pozycji i pozycji określonej przez pomiar z satelity poprawki pseudoodległości .Stacja przekazuje na statek zmierzone poprawki(Poprzez porównanie zmierzonych odległości do satelitów z przewidywanymi na podstawie obliczeń określona jest różnica którą przyjmuje się za poprawkę. Poprawki te są transmitowane w czasie rzeczywistym do użytkownika GPS i uwzględnienia przez odbiorniki w obliczeniach. Dokładność poprawek maleje w miarę wzrostu odległości od stacji odniesienia, ale nie tracą w istotny sposób swego znaczenia. Zwiększając dokładność określenia pozycji nawet w odległościach setek mil morskich od stacji), natomiast odbiornik wykorzystuje tylko te poprawki dla satelitów z których dokonywał pomiaru. Sygnały przesyłane są na f=285,5-315kHz. Zakłada się że warunki na trasie satelita-stacja DGPS - statek są takie sam e. Do przekazywania poprawek na statki wykorzystywane są radiolatarnie(>100). Przekazują je w formacie RTCM(Radiotechical commision for maritime service). Pozycja określana jest w czasi e rzeczywistym z dokładnością do kilku m. Zasięg stacji DGPS zależny jest od mocy emisji i wynosi około 100-200km.Do odbierania sygnałów z stacji DGPS potrzebna jest odpowiednia antena. WADGPS. GPS Network(kilkadziesiąt stacji i jedna master). Dokonuje się pomiary i przesyła do master, gdzie dokonuje się obliczeń odp poprawek z uwzględnieniem stanu tropo i jonosfery. Zostaje wysłany wektor poprawki korekcyjnej dotyczący przestrzennego błędu efemeryd. Odb odbiera efemerydy satelitów a poprawki bierze ze stacji i dopiero liczy pozycję(dokł 8-10m) JONOSFERA JAKO OŚRODEK PROPAGACJI FAL RADIOWYCH-Jonosfera są to zjonizowane warstwy powietrza górnych części atmosfery. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego lub promieni kosmicznych, obojętne molekuły gazu stają się jonami tracąc elektrony. Pod wpływem tych czynników i w związku z równomiernym rozkładem temperatur oraz gęstości gazów w jonosferze tworzą się co najmniej cztery oddzielne warstwy zjonizowane D, E, F1, F2. Każda z warstw ma swoją częstotliwość krytyczną czyli taką największą częstotliwość fali, która rozprzestrzeniając się pionowo jeszcze odbija się od tej warstwy. W wyniku wielokrotnych odbić od jonosfery i powierzchni Ziemi fale jonosferyczne mogą rozchodzić się na bardzo duże odległości dzięki czemu można prowadzić łączność o zasięgu globalnym. Jednoczesne odbicia od różnych warstw jonosfery podlegających stałym zmianom, wywołując zaniki fal jonosferycznych. Propagacja fali jonosferycznej zależy w dużej mierze od częstotliwości. Wszystkie częstotliwości krytyczne i graniczne dla jonosfery leżą w zakresie fal krótkich i nie można stosować dowolnej częstotliwości do zapewnienia łączności radiowej między dwoma punktami. Największa częstotliwość przy której można jeszcze nawiązać łączność radiową nazywana jest maksymalną częstotliwością użytkową. Przy zmniejszeniu częstotliwości tłumienie wprowadzone przez jonosferę zwiększa się i nie można nawiązać łączności. Najmniejszą częstotliwością, która ze względu na tłumienie w jonosferze może być wykorzystywana do transmisji na daną odległość nazywa się najmniejszą częstotliwością użytkową. TROPOSFERA- jest to dolna część atmosfery ziemskiej rozciągająca się na wysokości ok. 18km ponad powierzchnię ziemi nad równikiem i ok. 9 km nad obszarami biegunowymi. Temperatura na ogół maleje wraz ze wzrostem wysokości ponad ziemię, z wyjątkiem niektórych lokalnych przypadków pojawienia się warstw z odwróconym przebiegiem temp. Czyli tzw. warstw inercyjnych. Występujące w trop. zjawiska wywołane są głównie zmianami meteorologicznymi powodując załamywanie, rozpraszanie i tłumienie fal radiowych, co ma duże znaczenie dla propagacji zwłaszcza w stosunku do fal ultrakrótkich na odległość wykraczającą poza horyzont optyczny. W TROP. rozchodzą się fale troposferyczne. Fale te rozchodzą się za pomocą duktów. Zasięg może wielokrotnie przewyższyć odległość normalnego horyzontu radiowego. Wraz za wzrostem częstotliwości emitowanych fal wzrasta tłumienie. Dukt troposferyczny inaczej dukt radiowy jest to kanał falowodowy w troposferze, powstający w sprzyjającym układzie warstw atmosferycznych. JONOSFERA-rozciąga się na wysokości powyżej 60 km do 600-800 km ponad powierzchnię ziemi obszar górnej atmosfery ziemskiej w którym występuje duża ilość swobodnych jonów i elektronów. Jonizacją gazu nazywa odrywanie się elektronów walencyjnych od atomów lub cząsteczek w wyniku czego powstają w gazie jony dodatnie i swobodne elektrony. W jonosferze zachodzi w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego, słonecznego, kosmicznego i meteorów. Jonosfera odgrywa zasadniczą rolę w łączności radiowej na niektórych zakresach częstotliwości. W jonosferze tworzą się co najmniej kilka oddzielnych warstw zjonizowanych D, E, F. Warstwa D - znajduje się najbliżej powierzchni ziemi, osiągając średnią wysokość ok. 60 km, która w porze dziennej wykazuje wahania pod względem wysokości jak i koncentracji elektronów, w porze nocnej zanika. Warstwa ta odbija tylko fale długie. Warstwa E - znajduje się na wysokości 70-130km nad powierzchnią ziemi. Wysokość ta zależy od szerokości geograficznej a lokalnie ulega zmianom dobowym i sezonowym. Warstwa F - dzieli się podczas pory dziennej na warstwy F1 i F2. Wysokość warstwy F1 waha się od 170 do 280km ponad ziemią natomiast warstwa F2 znajduje się na wysokości powyżej 300km. W nocy pozostaje warstwa F2 którą oznacza się jako F i jest na wysokości od 180 do 300km ponad ziemią. SPOSÓB ROZCHODZENIA SIĘ FAL RADIOWYCH- Wyróżnia się 3 ośrodki propagacji dla których określa się sposoby rozchodzenia fal radiowych. Warstwa powierzchniowa ziemi ma wpływ na rozchodzenie się fali przyziemnej które może być przestrzenna lub powierzchniowa. Są to fale elektromagnetyczne. Można je podzielić na fale powierzchniowe i przestrzenne. Fale powierzchniowe rozchodzą się wzdłuż kulistej powierzchni ziemi dzięki zjawisku dyfrakcji. Fale przestrzenne powstają jeżeli antena nadawcza wzniesiona jest ponad powierzchnię ziemi. Fale troposferyczne. Fale te rozchodzą się za pomocą duktów. Zasięg może wielokrotnie przewyższyć odległość normalnego horyzontu radiowego. Wraz za wzrostem częstotliwości emitowanych fal wzrasta tłumienie. Dukt troposferyczny inaczej dukt radiowy jest to kanał falowodowy w troposferze, powstający w sprzyjającym układzie warstw atmosferycznych. Fale jonosferyczne są to fale które dochodzą do odbiornika dzięki refrakcji jonosfery, ważną rolę odgrywa w tym przypadku warstwowa struktura jonosfery. W wyniku wielokrotnych odbić od jonosfery i powierzchni Ziemi fale jonosferyczne mogą rozchodzić się na bardzo duże odległości dzięki czemu można prowadzić łączność o zasięgu globalnym. Jednoczesne odbicia od różnych warstw jonosfery podlegających stałym zmianom, wywołując zaniki fal jonosferycznych. Propagacja fali jonosferycznej zależy w dużej mierze od częst .SEGMENT NAZIEMNY GPS- składa się z 5 naziemnych stacji kontrolnych rozmieszczonych równomiernie na kuli ziemskiej (Hawaje, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia oraz Kwajalein). Wszystkie stacje są wyposażone w dwa komplety specjalnie skonstruowanych odbiorników z których każdy może śledzić sygnały radiowe od 12 satelitów na obu generowanych częstotliwościach. Zadaniem stacji jest śledzenie ruchu i poprawność działania satelitów, zbieranie danych i przesyłanie ich do głównej stacji kontrolnej systemu. Trzy z nich (Ascension Island, Diego Garcia oraz Kwajalein) oprócz śledzenia przesyłają dane do pamięci satelitów. Główna stacja kontrolna połączona jest z jedną ze stacji kontrolnych umieszczona w bazie lotniczej FALCON w pobliżu Colorado Springs na podstawie napływających do niej danych od stacji śledzenia satelitów oblicza prognozowane parametry orbit oraz odchyłki zegarów satelitów. Dane te są przesyłane i aktualizowane w pamięci. Stacja Główna oblicza efemerydy na najbliższe 26h oraz odchyłki ? s? depesza wysyłana jest do satelitów co 24h Droga sygnału (St. Główna ›tawie napływające (uaktualniające)›od stacji GPS-SEGMENT KOS-PRZESZŁOŚĆ, TERAŹ, PRZYSZŁOŚĆ- Przeszłość- a) blok 0 74 -77r dwa satelity prototypowe, b) blok I 78 - 85r 11 satelitów żywotność 3-4 lata niektóre przetrwały ponad 10 lat. c) blok II 89 - 90r zmodernizowane satelity bloku I 9 satelitów -mogły funkcjonować przez 14 dni bez kontaktu z segmentem naziemnym. d) blok IIa 90-96r 180dni bez kontaktu, żywotność średnio zakładano 7,5r, możliwość łączności sat między sobą, 4 atomowe wzorce czasu pełna możliwość zakłócenia sygnału, w sat. wyróżnia się oficjalnie 7 bloków-1. wprowadzenie sat na orbitę, 2.śledzenie, telemetrii i sterowania, 3.kontroli położenia i prędkości sat, 4.kontrolny-nadzoruje pracę silników korelacyjnych, 5.nawigacyjny-umożliwia okreś. pozycji użytkownika, 6.kontroli termicznej, 7.energetyczny zasilanie 2 panele bat. Słonecznych po 7,25m2. Aparatura NUDET znajduje się na każdym satelicie służy do wykrywania eksplozji nuklearnych na ziemi + aparatura szpiegowska masa 900kg. 2 razy w roku każdy sat jest wyłączony na ok. 18h (konserwacja), 1 raz na 12h (w roku) dla korekty pozycji. e).blok IIr 97r- wydłużona żywotność waga większa niż sat bloku IIa Kształt sześcianu o boku 2m baterie 18m2 4 sat(1 zepsuty) mogą odbierać sygnały z innego satelity, liczyć i przekazywać dane jeszcze innemu sat . Obecnie obsługuje system 7szt. II, 18szt. IIa, 3szt. Iir. Teraźniejszość- 24 x 6orb it ,których i=55°. Orbity w płaszcz równika oddalone są od siebie o 60°dł.geogr.Ich h=20183km, czas obiegu sat wokół Ziemi to połowa doby gwiazdowej=11h57' i 58,3'. Sat: L1: 1575,42Mhz( =19,03cm), L2: 1227,6MHz(=24,2cm). L1 i L2 powstają z f=10,23 powielanej odpowiednio 154 i 120 razy. L3: 1381,05, L4: 1783,84. L3 i L4(cel nienawig, inf dla stacji naziemnych). Z Zie mi są przekazywane są na 2227,5MHz. L1 i L2 są modulowane w fazie, kodowane 3 sygnałami: P(na L1iL2-precycyjny, C/A(na L1)-zgrubny, dostępny dla wszystkich. P i C/A służą do identyf sat, wykorzyst przy pomiarze pseudoodległ. Kod Y zastępuje czasem P. V kodów: D-50bit/s, C/A-1,023MHz, P-10,23MHz, Y-0,5Hz. Kod D(depeszy nawigacyjnej). Zawarte są efemerydy, czyli szczegółowe elementy orbitalne własne. Służą do obliczania , sat w danym czasie. Kod D zawiera: poprawkę jonosf, czasu, efemeryd pozostałych satelitów, czyli almanach(12,5m). Zawiera 25: 24 strony (każda dla 1 sat) i 1 mówiąca o stanie sat. Cykl trwa 30s i dzieli się na 5 przedziałów 6s. W 1 ramce do 10 słów 30 bitowych. Cykl zaczyna się o północy. Słowa kluczowe generowane przez sat to TLW(synchronizacja czasu) i HOW(liczba cykli kodu P(Y), pozostałe to dane policzone i przesłane z Ziemi. Isekw-odchyłka wzorca czasu, popr jonosf, (2,3)-efemerydy orbitalne, (4)-znaczniki kodu P i Y, dane dla wojska, inf o sat zapas, (5)-1 strona almanachu. Przyszłość- Zdarza się, że 24 satelity nie wystarczają. Stosuje się aktywne satelity zapasowe(3-5). W przyszłości planuje się zmianę konfiguracji: 1) 30 sztuk podstawowych (6 orbit po 5 satelitów), 2) dodanie 7 orbity dla i=0 (w płaszczyźnie równika), 3) włączenie do systemu GPS kilku satelitów geostacjonarnych. Przewiduje się że koło 2015 blok satelitarny będzie posiadał wyłącznie satelity IIF(pierwsze satelity 2003-2005). Do roku 2005 będzie się wprowadzać satelity IIR(18 sztuk). Satelity będą miały możliwość zakłócania innych satelitów. Planuje się wprowadzenie kodu C/A dodatkowo na f=L2. L3C-nowa częstotliwość=1175,45MHz. Moc emitowanego sygnału na tej częstotliwości będzie większa od sygnału L1. Będzie głównie stosowana w lotnictwie. W 2013 ma nastąpić pełna modernizacja systemu. Przede wszystkim wymiana sprzętu i oprogramowania oraz połączenie stacji naziemnych w sieć. Im> liczba satelitów tym< GDOP.UKŁAD ODNIESIENIA I DOKŁADNOŚĆ POZYCJI- Określony system wsp oparty na konkretnej pow odniesienia-elipsoidzie obrotowej, w znany sposób zorientowany w stosunku do pow ziemi. Ktoś przed naniesieniem na mapę musi wiedzieć czy układ odniesienia wg którego w odbiorniku została określona pozycja to ten sam układ w którym została opracowana owa mapa. Jeżeli nie to z mapy należy odczytać poprawki. Teoretyczną powierzchnią Ziemi jest powierzchnia Geoidy pokrywająca się z przedłużonym pod lądami średnim poziomem mórz i oceanów. Bryłą najbardziej zbliżoną do geoidy jest elipsoida obrotowa. Do zdefiniowania elipsoidy odniesienia, wystarczą dwa parametry(z czterech): a-duża pół oś; b- mała pół oś; biegunowe spłaszczenie =(a-b)/a; mimośród e=[(a2-b2)/a2]. Najczęściej podaje się a, 1/; Podział ukł odniesienia: Globalne: początek układu jest w środku masy Ziemi. Jest to układ geocentryczny. Przyjęta elipsoida odniesienia jest maksymalnie zbli żona do geoidy globalnie. Różnica między geoidą, a elipsoidą sięga kilkudziesięciu metrów. Układy te znalazły zastosowanie w systemach sat. Najbardziej znane to WGS 72 i WGS 84(elipsoida i układ). Lokalne: Początek układu jest w środku przyjętej elipsoidy odniesienia(układy quasi-geocentryczne) Środek ciężkości Ziemi jest przesunięty o wektor(x, y, z) od środka elipsoidy. Na dany rejon przyjmuje się takie wymiary elipsoidy żeby pokrywała się maksymalnie z powierzchnią Ziemi. Najbardziej znane to: ED-50, NAD-83, URS-42; jest ich b. wiele(setki). Dokładność- Jeżeli mapa jest w innym układzie odniesienia niż wskazane współrzędne, to w odb należy ustawić układ w którym kreślona jest mapa. Jeżeli taka operacja nie zostanie wykonana to taka pozycja obarczona jest błędem. Na mapach drukowanych są poprawki sat, które trzeba dodać do odczytu z odb. I dopiero nanieść na mapę. Są to poprawki rzędu setnych części min. Nie uwzg tych popr istnieje wtedy gdy mianowanie mapy jest mniejsza od 50000. Jeżeli nie znamy popr i ukł odniesienia na mapie to błąd określenia pozycji może być od kilku kabli do nawet kilku Mm.
LORAN-C to system hiperboliczny oparty na pomiarze po stronie odbiorczej różnicy czasu (uzupełnionym dodatkowym pomiarem faz) pomiędzy impulsami docierającymi ze stacji nadawczych. Wszystkie stacje pracują na f=100khz. W zależności od łańcucha otrzymuje się odpowiednią liczbę linii pozycyjnych. Stacja master(1), slave(2-4). W L-C linią pozycyjną jest hiperbola, której ogniska stanowią wsp. stacji nadawczych. Jest ona dwuznaczna, ponieważ istnieją 2 hiperbole odpowiadające różnicy czasu zmierzonej po stronie odbiorczej. Aby usunąć tą dwuznaczność wprowadzono zróżnicowanie w czasie emisji obu stacji. Slave emituje impuls ze znanym i stałym co do wartości opóźnieniem czasowym w stosunku do master. Sygnał ten dociera do stacji po znanym wcześniej czasie(odl). Slave rozpoczyna emisję dopiero po opóźnieniu kodowym. Linia pozycyjna L-C jest dzięki temu zawsze jednoznaczna. Opisana jest cyfro-literowym symbolem umożliwiającym identyfikację. Błąd: średni kwadratowy błąd lini pozycyjnej mL=md/2sin(/2), gdzie md-śr kwadratowy błąd pomiaru różnicy odległości dzielący odbiornik od stacji nadawczych, -kąt widzenia linii bazy. W systemach impulsowych md=cmt, gdzie mt-średni kwadratowy błąd pomiaru różnicy czasu. Błąd ten zależny jest od znajomości przez użytkownika warunków propagacyjnych(stacja-ja). Wykreślona na mapie siatka lini pozycyjnych danego systemu(Igen) i przyjęty algorytm obliczeniowy(IIgen) zostały opracowane dla standardowych warunków przy założeniu, że sygnały docierają po ortodromie na fali przyziemnej. Gdy warunki są inne należy liczyć się z błędem. Zależy od pory doby, roku, czy trasa sygnału biegnie nad wodą, czy nie, czy sygnał dociera na fali przyziemnej i jonosferycznej czy tylko na jonosferycznej. Określić pozycję z najmniejszym błędem w systemie L-C muszą być spełnione warunki: a) fale ze stacji master i secondary muszą docierać jako fale przyziemne, b) fale nie powinny przebiegać nad lądem, lub poprawka ASF powinna być wiarygodna, c) warunki propagacyjne (+meteo) co najmniej standardowe, d) odbiornik powinien być co najmniej średniej klasy, e) prawidłowa identyfikacja 3 cyklu, f) sprzyjająca geometria systemu. Aby spełnić te warunki nawigator powinien posiadać informacje o położeniu najbliższego łańcucha systemu L-C. Informacja ta znajduje się w Tomie II Radio-Signals oraz na mapach z naniesioną siatką hiperboliczną systemu L-C. Łańcuch taki powinien znajdować się możliwie blisko brzegu, a stacje powinny być tak ustawione aby linie pozycyjne(hiperbole) z dwóch stacji secondary krzyżowały się możliwie pod kątem prostym.(nie mniejszym niż 60 i nie większym od 120). Aby fale docierały do użytkownika jako fale przyziemne stacje nie mogą znajdować się w odległości większej od użytkownika niż 800-1200Mm. Wielkość ta zależy od mocy nadajnika, warunków propagacji i jakości odbiornika. Warunki propagacji zależą głównie od warunków meteorologicznych. Nawigator powinien uwzględnić to, że podczas burzy lub deszczu jakość sygnału może być gorsza. Gdy sygnał przebiega nad lądem to należy uwzględnić poprawkę ASF odczytaną z ”LoracC Tables”. Niektóre profesjonalne odbiorniki posiadają te poprawki w pamięci(kontury brzegu). Identyfikacja 3 cyklu zależy także od jakości sygnału. Jakość ta zależy od warunków propagacji oraz od ustawień tzw. noch filter. Filtr ten ma za zadani wyłowienie z całego widma sygnału właściwego sygnału L-C. Filtr ten w odbiornikach średniej klasy jest ustawiany ręcznie, co wymaga dobrej znajomości obsługi urządzenia przez nawigatora. Od odległości 200Mm istnieje możliwość pojawienia się fali jonosferycznej, która może zakłócić poprawną falę przyziemną. Zalety i wady LoranC. Zalety: duży zasięg łańcuchów dochodzący do 3400Mm, stosunkowo duża dokładność określanej pozycji, dochodząca do kilkudziesięciu metrów, zawsze jednoznacznie określona linia pozycyjna, bieżące, w sposób ciągły określanie pozycji, zawsze jednoznaczna pozycja określana z 3 i więcej linii, system nienasycony, odbiorniki 2 generacji, które są w pełni zautomatyzowane, a pozycja sygnalizowana jest bezpośrednio we wsp geograficznych w wybranym układzie odniesienia, wolne od opłat korzystanie z systemu. Wady: system obejmuje jedynie wybrane rejony świata: N Atlanty i N Pacyfik, błąd określania pozycji zależy od geometrii systemu, konieczne jest uwzględnianie odpowiednich poprawek podczas określania linii pozycyjnej, gdy impulsy z 1 lub obu stacji docierają na fali jonosferycznej oraz gdy część sygnału dociera nad lądem, odbiornik może mylnie zidentyfikować 3 cykl fali nośnej, co prowadzi do zwiększenia o 10s błędu różnicy czasu mierzonej w odbiorniku, niektóre odbiorniki sygnalizują jedynie wartości wybranych linii pozycyjnych co pociąga za sobą konieczność posiadania odpowiednich map systemu lub tablic hiperbolicznych, system mało odporny na zakłócenia(warunki meteo), uzależniony od właściwości propagacyjnych fal długich.
SYSTEM STADIOMETRYCZNY OPARTY NA POMIARZE CZASU- Stadiometryczne. Linia poz jest okręgiem o promieniu r(odl do stacji) i śr w pozycji ,. danej stacji systemu. Jest jednoznaczna, ale pozycja z 2 lini poz jest dwuznaczna.(stosuje się 3 i więcej). Każda ze stacji ma swój kod(pytający i odp-5impulsów). Systemy nasycone. Problem identyfikacji odbiorcy dokonuje się przez modulację sygnału. Wymaga się by fala docierająca do P była przyziemna. Zasięg kilka10Mm. Pomiar czasu: Stacja nadawcza wysyła sygnał w chwili tn, a odbiornik odbiera go w chwili to. Gdy V propagacji=const, chwila tn znana otrzymujemy: d=c(to-tn). Wymaga to stałej synchronizacji odbiornika i nadajnika. Jednak w praktyce mierzy się pseudoodległość. Systemy odzewowe(przybrzeżne): W każdym z dwóch punktów, umieszcza się odbiornik i nadajnik(razem). Pomiar odległości oparty jest na elektronicznym pomiarze interwału czasu dzielącego dwa impulsy. Pierwszy z nich jest impulsem z urządzenia na statku, a drugi odebranym z przez P urządzenia zapytującego impulsem wysłanym przez stację odzewową(,). Zmierzony interwał czasu na podstawie V propagacji fal i po uwzględnieniu opóźnienia spow odowanego działaniem obwodów elektronicznych, zostaje przetworzony na odległość. d=c(to-tn)/2. Pomiar fazy: Aby określić d dzielącą 2 punkty należy zainstalować w jednym z nich stacje nadawczą a w drugim odbiorczą i zmierzyć fazę docierającego sygnału. Emitowany przez stację nadawcza sygnał o fi dociera do znajdującego się w odl di odbiornika z opóźnieniem fazowym i=2fi(t-di/c )+i, gdzie t-czas, i-faza początkowa sygnału w chwili to. W chwili t=0 opóźnienie fazowe i=2(di/i) gdzie i-dł. fali odpowiadająca częstotliwości fi. Odległość di można przedstawić w postaci di=kii+li. Wówczas i=ki2+i. i=(2/i)/(di-kii). Fazę docierającego sygnału i i można jednoznacznie określić tylko w obrębie jednego kąta pełnego od 0-2, dlatego powstaje wieloznaczność pomiaru. Opóźnieniu fazowemu od 0-2 odpowiada odległość zwana szerokością pasa stadiometrycznego ds. Linia pozycyjna jednoznaczna w obrębie jednego zidentyfikowanego pasa. Konieczność podania , przybliżonych Mw<0,5ds. Im pas >tym > dokł określenia pozycji. W praktyce pasy są wąskie i trzeba identyfikować. Im f> tym > dokładność.
IDENTYFIKACJA PASA HIPERBOLICZNEGO W FAZOLKACY SYS INTERFERENCYJNYCH- (np. DECCA NAVIGATOR) sprowadza się do identyfikacji linii pozycyjnej go tworzących. W syst DECCA identyfikację dokonuje się po uprzednio znanym błędzie określenia pozycji wstępnej. Jeśli przekracza ona szerokość pasa wówczas należy wytworzyć siatkę identyfikacyjną o poszerzonych wartościach pasa. Uzyskać to można przez wyznaczenie odpowiedniej częst poprzez (powielenie częst porównawczej, mierzenie częst). Szukaną częst opisuje równanie fn'=fn/k gdzie współczynnik k uzyskuje się poprzez taki dobór emisji częst porównawczej żeby spełnione było równanie k= f/(f'-f). W syst DECCA mogącym osiągać łańcuch składający się z 4 stacji. Powielona częst porównawcza jest odpowiednio powielona k-krotnie główna zasada działania syst DECCA polega na jednoczesnym pomiarze, lecz na różnych częst. Otrzymuje się w ten sposób dla RED-18, GREEN-24, PURPLE-30 pasów w obrębie 1 strefy utworzonej poprzez ta siatkę identy na częst identy. FAZOLOKACYJNE- W systemach hiperb(różnica fazy) konieczne jest wyróżnienie po stronie odbiorczej z której stacji nadawczej dociera sygnał. Sygnały ze stacji emitowane są jednocześnie lecz na różnych f, lun niejednocześnie na tych samych f. Dlatego dzielimy fazolokacyjne na: pracujące z rozdziałem czasowym lub wykorzystujące częstotliwość porównawczą. Rozdział czasowy. Stacje nadawcze pracują cyklicznie według ustalonego kodu czasowego, na tej samej f, będącej f na której w odbiorniku mierzy się różnicę faz. f=fh i określa szer pasa hiperb.(cykl=do kilku s). Jeśli odl między stacjami są< kilku10 Mm to 1 ze stacji jest stacją synchronizującą pracę łańcucha. Jeśli sygnały ze tej stacji nie są wykorzystywane to jest stacją przewodnią. Gdy odl > to obie stacje wyposażone są w cezowe wzorce czasu. Sygnały docierają do P w kolejności, więc odbiornik musi mieć układ zapamiętywania faz. Faza sygnału odebranego jako 1 zostaje porównana z fazą odniesienia i zapamiętana do sygnału 2.
F porównawcza. W P różnicę faz sygnałów mierzy się dopiero po sprowadzeniu do wspólnej f. Są 2 metody: Powielanie. Stacje 1 i 2 emitują koherentne fazowo sygnały na f1 i f2 tak żeby: k1f1=k2f2=fh. W celu zapewnienia stałej relacji f1/f2=k1/k2 f emisji obu stacji powstają przez powielenie podstawowej f. W wyniku tego opóźnienie fazowe i=2fh(t-di/c)+, gdzie -fazo pocz sygnału. Różnica opóźnień fazowych =(d2-d1)(2fh)/c+p(różnica faz początkowych. Mieszanie. W wyniku mieszania docierających sygnałów różnica opóźnień =2(f1-f2)t-(2/c)(f1d1-f2d2)+(1-2). Gdy f1 i f2 są b bliskie to zachodzi zdudnianie i =2frt-(2/c)fn(d1-d2)+(1-2). fh, na której w P dokonywany jest pomiar różnicy faz i która określa szer pasa hiperb jest fn. Fazę odniesienia należy przekazać przez porównanie dudnień lub modulację amplitudy.
HIPERBOLICZNY (pomiar różnicy czasu): Określanie różnicy odległości polega na emitowaniu przez stacje nadawcze N1 i N2 zsynchronizowanych w czasie sygnałów na tej samej f i na odpowiednim porównaniu odbioru tych sygnałów w punkcie P. Zmierzona różnica czasu(linia pozycyjna) jest dwu znaczna, bo tej samej wartości t odpowiada hiperbola symetryczna względem symetralnej linii bazy. Na symetralnej t=d=0. Emisje dwóch stacji zostały przesunięte w czasie. Jako pierwsza nadaje Master. Pozwala to na jednoznaczność lini pozycyjnej. Wartości opisujące poszczególne linie pozycyjne odpowiadają zmierzonej w odbiorniku różnicy czasu t i podane są w s.(np. L-A,L-C). Systemy hiperb(różnica faz): Określanie różnicy odległości polega na emitowaniu przez stacje nadawcze N1 i N2 zsynchronizowanych w fazie sygnałów fali ciągłej i na odpowiednim porównaniu faz tych sygnałów w punkcie odbiorczym P. Gdy obie stacje emitują sygnały na tej samej f a punkt P leży w odległości d1 od stacji N1 i d2 od stacji N2 to sygnały docierają z opóźnieniem fazowym 1=2f(t-d1/c)+1, 2=2f(t-d2/c)+2 gdzie 1, 2-początkowe fazy sygnałów. Różnica opóźnień fazowych =(2f /c)(d2-d1)+, -jest funkcją różnicy odległości d, f, i . Skoro =(2/i)(di-kii) to =(2/h)(d2-d1)+k2 gdzie h-dł. fali na częst. fh, k-wielokrotnośc 2. W zależności od działania systemu f1=f2 lub f1f2 czyli fh=f1=f2 lub fhf1f2. np: Decca, Omega. Pomiarowi różnicy opóźnień fazowych w zakresie od 0-2 na częst. fh odpowiada odległość zwana umownie szerokością pasa hiperbolicznego dh=(h)/(2sin(/2)). Ze względu na okresowość różnicy faz zachodzi potrzeba identyfikacji pasa.
SKALA CZASU W NAW MORSKIEJ- Czas- wielkość fiz char zdarzenia ze względu na ich występowania. Skala czasu uzależniona jest od sposobu ustalenia wartości sek. Do 1960 def była związana z ruchem obrotowym ziemi. Po 1960 sek związana z czasem efemeryd i długością czasu zwrotnikowego. Obecnie sek to czas trwania równy 9,192 miliarda okresów promieniowania. Skala czasu - Istnieją 3 podstawowe skale czasu: gwiazdowy, średni czas słoneczny, czas uniwersalny. UTUT0(śr czas słoneczny południka Greenech uzyskiwany bezpośrednio z obserwacji astronomicznych)UT1(czas UT0 skorygowany o ruchy Ziemi względem swej osi obrotu)UT2(skorygowany UT1 o fluktuacje sezonowe V obrotowej Ziemi). Sekunda związana z ruchem obrotowym ziemi sekundzie atomowej. (s)atomowa<2,610-8 od (s) ziemskiej, co w skali roku daje 0,82s. TAI- (skala czasu oparta na wzorcach atomowych), UTC- kompromis uwzględniający atomową skalę czasu i skalę czasu związaną z obrotem Ziemi. W UTC wzorce czasu są atomowe i okresowo koryguje się czas. |UT1-UTC|<0,9s. Do UTC dodaje się lub odejmuje 1s(przestępną) 30(VI) lub (31XII). WZORCE CZASU W NAW MORSKIEJ- Wzorcem czasu jest układ generujący zlokalizowane w przestrzeni zdarzenia wybrane na podstawie kryterium max równomierności występowania tych zdarzeń, sprawdzony doświadczalnie względem innych układów wzorcowych. Istnieją 3 wzorce czasu: kwarcowe, cząsteczkowe, atomowe(rubidowe, cezowe). Stabilność wzorca czasu(który generuje zdarzenia z częstotliwością fn) jest wielkością bezwymiarową i równa się (|f-fn|max)/fn. Stabilność ta przedstawiana jest w formie 10-n, gdzie nN. Im n większe tym większa stabilność. Rozróżniamy stabilność roczną i dobową. Najlepsze wzorce(cezowe) osiągają wartości 10-12 (roczna)i 10-13 (dobowa). Rubidow e(do -10 i do -11), kwarcowe(do -8 i -9). W odbiornikach GPS są wzorce kwarcowe lub rubidowe, gdyż cezowe mają zbyt dużą objętość, wagę i koszt(20-30tys$). DECCA NAVIGATOR: Pracował w systemie hiperbolicznym(pomiar różnicy faz) Fale dł.:70-130kHz. Podstawą funkcjonowania były łańcuchy liczące od 3 do 4 stacji.(red 8f, green 9f, purple 5f), Master(6f), gdzie f podstawowe to 14-14,33 kHz Różnica faz obliczona była pomiędzy sygnałem ze stacji Master, a Slave. Wady- System był podatny na warunki propagacyjne fal długich. W niektórych warunkach atmosferycznych stawał się bezużyteczny. Wynikało z tego ograniczenie zasięgu. Zasięg zależał od pory doby: dzień-400-450Mm, noc-200-250. W nocy pojawiała się fala jonosferyczna o silnej amplitudzie , która interferowała z falą przyziemną, ds. rzędu kilku Nm, wieloznaczność określanej lini pozycyjnej- konieczność znajomości pozycji wstępnej, nierównomierność pokrycia rejonów świata, Częste zakłócenia w funkcjonowaniu niektórych łańcuchów. Zalety: W sprzyjającej geometrii systemu Decca określała pozycje do kilkudziesięciu metrów, Otrzymywanie pozycji w sposób ciągły, Darmowe korzystanie z systemu, System nienasycony, Powszechny dostęp do map systemu, Prostota i łatwość obsługi odbiornika, stablicowanie dla większości łańcuchów błędu określonej pozycji w funkcji pory doby, roku i odległości od stacji nadawczych CECH WSPULNE I RÓŻNE ODB I, II SYST RADIONAW- Odbiorniki II gen(początek 80r) ma możliwość podawania wsp. geogr. i/lub hiperbolicznych (stadiometrycznych), a odbiorniki I gen tylko wsp. danego systemu(hiperboliczne lub stadiometryczne). Odbiorniki II gen mają wbudowany mikrokomputer, który w zależności od modelu może uwzględniać automatyczne dane poprawki dla danego systemu (propagacyjne itp.). Natomiast odbiorniki I generacji wymagają ręcznego uwzględniania tych poprawek(Rys). Po za tym odbiorniki I gen wymagały od użytkownika przeprowadzenia wielu pracochłonnych i czasochłonnych czynności(synchronizacja, wybranie łańcucha, identyfikacja nr-u pasa). Odbiorniki II gen cechuje łatwość obsługi i automatyzacja niektórych procesów .(Funkcja auto). Odbiorniki II gen oprócz normalnych procedur systemowych mają z reguły bogate oprogramowanie nawigacyjne(planowanie trasy, alarmy odległościowe, różne obliczeni a-ETA). Odbiorniki II gen są z reguły mniejsze, lżejsze i nie wymagają grubych tomów z poprawkami. Do odbiorników II gen należą odbiorniki wielosystemowe, które mogą korzystać z innych systemów. Dobre odbiorniki umożliwiają ręczny dobór linii pozycyjnych (stacji, łańcuchów). Powinny posiadać możliwość pokrywania pozycji we wsp klasycznych. Wspólne: Aby określić pozycje należy znać przybliżoną pozycje z określoną dokładnością.
DLACZEGO DECCA ZOSTAŁA WYŁĄCZONA- Z racji wypierających go lepiej rozwijających syst takich jak LORAN-C czy odmiana różnicowa GPS(DGPS). Emitowane sygn. Na często 70-130kHz wytwarzały zasięg łańcucha syst dochodzący od 200-450km, który był zależny od pory doby. Jest to niestety zbyt mały zasięg w stosunku do innych systemów (L-C do 3400km, DGPS do 2000km). Poza tym określana pozycja obarczona była błędem pozycji wstępnej, z błędem przekraczającym co do wartości szerokości strefy. Użytkownikowi o wiele łatwiej było określić pozycję przy udziale odbiornika L-C wyposażonego w oprogramowanie umożliwiające b. szybką identyfikację, wprowadzenie poprawek i okreś pozycji jednoznacznej, kiedy w przypadku D-C określona pozycja była dwuznaczna w obrębie pasa hiper. D-C. OBRAZ LAMPY OSCYLOSKOPOWEJ. Balance1-antena DR, balance2-antenaLP. Przed wyrównaniem wzmocnień i przesunięć fazowych będzie widoczne(Rys). Obie elipsy są takie same bo kąt jaki tworzy płaszczyzna anteny z kierunkiem na radiolatarnię=pi/4. Urcospi/4=Ursinpi/4. Pokrętłami Line i Angle dokonujemy wyrównań wzmocnień i przesunięć fazowych. Na ekranie widać pod kątem 45 na Ballance 1i2(Rys). W celu znalezienia kierunku na RC przechodzimy na DF. Działają tu 2 anteny(DR,LP), -błąd w określeniu kierunku wielkości kilku stopni wynikający z radiodewiacji(w przypadku kontenerowca).Indukuje się dodatkowe napięcie, które tworzy promieniowanie wtórne. Jest to także błąd wynikający z działania składowej fazowej efektu antenowego.(rys-tam gdize kierunek) Aby określić stronę trzeba przejść na S1,S2. właściwą będzie ta dla której min char kierunk pokryje się z min kardioid. Właściwa jest ta strona dla której widoczne jest min sygnału.(Rys-dla SI i SII, elipsa mniejsza dla strony gdzie jest radiolatarnia).