JONOSFERA JAKO OŚRODEK PROPAGACJI FAL RADIOWYCH-Jonosfera są to zjonizowane warstwy powietrza górnych części atmosfery. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego lub promieni kosmicznych, zderzenia z meteorami oraz termojonizacji 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. Jednocześnie zachodzi zjawisko przeciwne do jonizacji czyli rekombinacja, ale jonizacja przeważa, dzięki czemu jonosfera jest permanentnie zjonizowana. 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. JEJ WPŁYW - błędy propagacyjne(TRANSIT)-emitowane fale elekmag przez sat napotykają na swojej drodze do naziemnego obserwatora warstwy atmosfery o różnych współczynnikach załamania fal-n. Jedną z nich jest jonosfera. W warstwie tej zachodzi zjawisko refrakcji, prędkość fazowa fali ulega zmianie, droga sygnału do odb nie jest linią prosta, zmiany te mają wpływ na Z.D. Jonosfera której współczynnik n jest mniejszy od jedności(V fazowa fali większa od V światła w próżni c), różnica radiowych odległości nie jest równa odległości geometrycznych. W celu zmniejszenia oddziaływania refrakcji jonosferycznej w tym systemie wykorzystano zależność współ n od częst, przeprowadzając pomiar D w tym samym momencie na 2 częst f1 i f2, pozostających w jednakowym stosunku k=8,3. 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.

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. Współczynnik załamania troposfery (nt) jest mniejszy większy od jednego i dla ułatwienia zastępowany jest wskażnikiem refrakcji Nt wynoszącym Nt=(nt-1)*10 do potęgi 6

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 częstotliwości.

(rysunki) (wzory)

ZLICZANIE DOPPLEROWSKIE I ZJAWISKO- Zjawisko Dopplera polega na tym że gdy 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 fnfo. 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 Doplerowskie 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)*δ, gdzie δ-różnica odległości O-N, czyli: δ=(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 wyniku refrakcji jonosferycznej. Może być wyeliminowany przy pomiarze 2 f.

Rysunki i wzory

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. 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; 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 pozycja 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 było 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. 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 φ, λ. b) czterech sat, gdy określa się trzy współrzędne pozycji użytkownika (φ, λ, 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.

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 paśmie 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. Okres jego powtarzania wynosi 267 dni. Są one podzielone na 38 siedmiodniowych okresów. Pięć z nich jest przydzielonych stacjom 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. KOD D (depeszy nawigacyjnej) zawiera 1500bit i jest przesyłana przez sat do uży z V 50bit na sek, czas jej nadawania wynosi 30s. Ma ona swój własny format (cykl danych podzielonych na 5 sekwencji). Każda sek zawiera 10 słów 30-bit czas nadawania sekw=6s. Pierwsze słowo każdej sekw dotyczy czasu transmisji danych, drugie jest słowem kluczowym, ponieważ odpowiadająca mu liczba umożliwia okr liczby cykli kodu, jaka upłynęła od początku tygodnia do rozpoczęcia najbliższej w czasie sekw. Liczba cykli kodu ułatwia w odbiorniku przeprowadzenie synchronizacji kodu P i kodu C/A. Pozostała treść depeszy jest przekazana na sat z segmentu kontroli i retransmitowana przez niego. Depesza jest jednakowa dla kodów P i C/A oraz L1, L2.

TREŚĆ SEKWENCJI (do kodu D)- 1 dane do poprawki czasu sat względem czasu systemu; 2 i 3 efemerydy sat, z którego są nadawane; 4 inf specjalne, nie nawigacyjne (między innymi do obliczeń poprawki jono; 5 dane almanachu jego sat, ponadto zawiera dane o stanie sat .

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( Injection Stations ). Główna stacja kontrolna połączona jest z jedną ze stacji kontrolnych umieszczona w bazie lotniczej FALCON w pobliżu Colorado Springs, która 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 ( 5 stacji śledzących--- St. Główna ›stacje uaktualniające----- wszystkie satelity )

rysunek

PARAMETRY EKSPLOATACYJNE

1.Liczba torów pomiarowych - 1 tor - sygnał z jednej satelity. Koniec lat 80 - 1,2 lub 4-5 torów pomiarowych - 5 torów: 4 tory pseudoodległoci, 1 tor almanad; potem 8 -11 torów możliwość pomiaru wektora prędkości jednostki (kurs, prędkość nad dnem), potem 12 torów (obecnie). 2.Sposób śledzenia satelity: ciągły jap.Koden - sposób sekwencyjny. 3.max liczba śledzonych sat;widocznych może być 9 z 8 śledzonych sat. 4.Dolna gr h topocentryczna śledzonych sat (amer. Elevation, mashing elevation). Niewskazane jest brać sat będących nisko nad horyzontem zwykle Hmin>= 5 stopni .W tańszych odbiornikach Hmin jest zadane „z góry” , w droższych wybiera użytkownik(Koden 0,3,5,10,15° /do wyboru/, MX200 0-45° /profesjonalny/) 5.kryt doboru sat do określenia pozycji /z 10 widocznych sat pozycje robimy z 4 sat./. W większości odb. Użytkownik nie może wpływać na wybór kryteriów doboru ale w odbiornikach profesj można wybrać kryterium. MX200 /6 torów pomiarowych/- 3 kryteria (1. minimalizacja odp. Współczynnika dokładnościowego , 2. 4 high + 2 /4 wysokie+2 satelity/, 3.higset). 6.ukł odniesienia współrz : ukł globalny WGS-84 /World Geodetic System/, ukł lokalne /170 ukł lokalnych/). 7.tryb okreś współrz odb: 2D-pozycja dwuwymiarowa/bez wysokości/- min 3 sat, 3D- 4 sat- pozycja we współrz. Przestrzenno-czasowych, 2D/3D /Auto/ wg możliwości (najtańsze tylko 3D, droższe - ustawienia) 8.dopuszczalna dynamika obiektu, na którym odb jest zainstalowany/graniczne wartości przyspieszeń/ v przy której odb dobrze funkcjonuje. 9.czas do otrz. I odczytu pozycji /TTF/- time to first fix ( cold star- w pamięci nie ma almanachu systemu i innych danych o sat.- średnio TTF kilkadziesiąt sek. - 30 min/czasem trzeba wprowadzić przybliżona pozycję/, warm start- raczej nie są wyłączane odb. Ale TTF jest wtedy od kilkunastu- kilkudziesięciu sek.

10.Częstość uaktualniania pozycji - najczęściej 1sek. 11.ocena dokład określ pozycji /sygna z dokład do 0,001' a nawet 0,0001', starsze odb do 0,01'/ Shipmate- litera sygn jakość pozycji: A-najlepiej, O-do odrzucenia, S-brak możl.określ pozycji, cyfry 1-9 , 9-najlepiej 12.wektor v użytkow: kąt[°] - do 0,1°, v [w]-do 0,1w / v- pomiary-zjawisko Dopplera lub uśrednianie ostatnich pozycji. 13.Skale czasu : skala UTC/uniwersal time coordinated/, Local Time /do ustawienia/, opcja Winter/Summer. 14.prezentacja danych określ. Status sat: numery i położenie wszystkich sat widocznych /azymut,wysokość/, liczba sat wykorzystywanych do określ. Pozycji i sygn, które+satelity. 15.oprogramowanie naw: ile way-pointów można wprowadzić do odb. / do 1000 WP obecnie/, 16. alarmy generowane przez odb: 2 rodzaje/-związ. z oprogramowaniem naw (alarmy, trawers, odległościowy),-związany z funkcjonowaniem systemu/lampka określanie koloru, hasła na ekranie odbiornika 17.warunki pracy odb- są odb które mogą pracować tylko na mostku klimatyzowanym 18.funkcjonowanie odb. w warunkach szczególnych np. gdy liczba sat spadnie poniżej wymaganej, gdy spadnie dokładność odb. Przechodzi na zliczenie pozycji. 19.wpływ zaniku napięcia na funkcjonowanie odb.- wyposażony w autonomiczne źródła asilania. 20.możliwość połączenia odb. GPS-u z innymi urz. W jedną integralną całość np. - GPS i GLONAS= GG24, GPS- LORAN-C, GPS + log lub żyro, GPS wyprowadza inf na zewnątrz- musi mieć port wy NMEA 182/183 możliwość podłączenia odb. Do komputera, radaru. 21.możliwość pracy w odmianie różnicowej /DGPS/ np. MX200 może pracować w tej odmianie. 22.prezentacja wybranych danych ; miniaturyzacja odb- prezentacja wielu danych

GPS-SEGMENT KOS-PRZESZŁOŚĆ, TERAŹ, PRZYSZŁOŚĆ-

Przeszłość- a) blok 0 74 -77r dwa satelity prototypowe, b) blok I 78 - 85r 11satelitów 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(naL1)-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. 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.

DGPS CO TO JEST, ZAKRES, SYGNAŁY ODBIORCZE, DOKŁADNOŚĆ- DGPS jest to system „różnicowy GPS-u”. Nie służy samodzielnie do jakichkolwiek celów nawigacyjnych, a wyłącznie umożliwia poprawianie zmierzonych odległości i w efekcie wzrost dokładności pozycji określonej za pomocą GPS. Jego funkcjonowanie zakłada istnienie dodatkowego elementu - stacja odniesienia, która na bieżąco wyznacza wartość poprawek mierzonych odległości. Technika ta pozwala użytkownikowi systemu GPS na uzyskanie wzrostu dokładności pomiarów dzięki temu, że stacja odniesienia zna precyzyjnie swoje współrzędne i po odebraniu efemeryd satelity oblicza aktualną odległość do niego. KOD RTCM SC104 63 typy wiadomości możliwe z prędkością 50 bit./sek. Wykorzystane 23 najważniejsze ?ęi. Dokładność ok.300Mm poprawka zachowuje wiarygodność zależy od zasięgu RC (kilkadziesiąt Mm)

Idea określania poprawek różnicowych. Sposoby...I) w stacji o dokładnie znanych wsp. wyliczana jest dokładność pozycji z pomiarów satelity i przyrónywana do pozycji rzeczywistej i określa się Delta fi i delta Lambda. Metoda nie stosowana ze względu na inny algorytm obliczeniowy używany na statku i w stacji ( stacja i użytkownik mogą przy określaniu pozycji korzystać z innych satelitów), po drugie mogą się pojawić rozbieżności przy uwględnianiu wysokości anteny. II) Stacja brzegowa funkcjonuje jako pseudosatelita , lecz to wymaga bardzo stabilnego wzorca czasu( duże koszty). III) Obecnie obliczane są poprawki do pseudoodległości do wszystkich widocznych przez stację satelitów. taka poprawka może być <>=0, może dochodzić do kilku metrów---nazywa się Pseudo Range Correction (PRC) i przesyłane na statek

Sposób przesyłania poprawek ?ę do odb drogą radiową Częstotliwość 283,5- 325kHZ(pasmo nośne RC) z radiolatarnmi morskich o zasięgu około 300M, przyczym nie ma znaczenia czy poprawka dochodzi do satelity na fali jonosferycznej czy przyziemnej, prędkość transmisji > niż 200 bitów na sek. ; Częstotliwość 1,5-4MHz (pojawia się problem zasięgu w porze nocnej, warunki meteo mają wpływ na propagację), Cześtotliwości UKF>30MHz (stabilna, szybka, bezbłędna transmisja danych ale tylko horyzontalny zasięg, na częstotliwości sat ok.1,5GHz, Dokładność 0,1m +- do kilku metrów. DGPS jest różnicową odmianą systemu GPS i wywodzi się z systemu Omega. Nie służy samodzielnie do jakichkolwiek celów nawigacyjnych, a wyłącznie umożliwia poprawianie zmierzonych odległości i w efekcie wzrost dokładności pozycji określonej za pomocą GPS. Jego funkcjonowanie zakłada istnienie dodatkowego elementu - stacja odniesienia, która na bieżąco wyznacza wartość poprawek mierzonych odległości. Technika ta pozwala użytkownikowi systemu GPS na uzyskanie wzrostu dokładności pomiarów. 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, natomiast odbiornik wykorzystuje tylko te poprawki dla satelitów z których dokonywał pomiaru. Sygnały przesyłane są na f=285,5-315kHz (pasmo nośne RC). Zakłada się że warunki na trasie satelita-stacja DGPS - statek są takie same. Do przekazywania poprawek na statki wykorzystywane są radiolatarnie(>100). Przekazują je w formacie RTCM(Radiotechical commision for maritime service). Pozycja określana jest w czasie rzeczywistym z dokładnością do kilku min. 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)

CECHY WSPÓLNE I RÓŻNICE SYSTEMÓW GPS I GLONASS

Różnice: (GPS/GLONAS): 6orbit po 4 satelity/3x8satelit, 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),prędkość satelity(3,87/3,95km/s) rodzaj współrz. w almanachu (parametry Kepplera/współrzędne kartezjańskie), czas trwania depesz naw (12,5min/2,5min), układ odniesienia współrz (WGS-85/SGS-85), argument szer (30°/40°),po 24 h na sama konfiguracja powtarza sie na każdej orbicie/konfiguracja powtarza się co 8 dób-32,56', nierównomierne rozmieszczenie sat. operacyjnych/na każdej orbicie równomierne rozmieszczenie sat, GPS lepiej działa w strefach okołorównikowych i zwrotnikowych, a GLONASS w okołobiegunowych ), błąd pozycji(<25m/50m), GPS nadaje inne kody na tych samych częstotliwościach, Glonass nadaje te same kody na różnych częśtotliwościach, Rożna przyszłość obu systemów Cechy wspólne: stadiometryczne zasada pomiaru, , zasięg globalny pozycja ciągła w real time, system czasu UTC, jedna główna stacja kontrolna, pomiar pozycji polega na pomiarze pseudoodległości, systemy nienasycone, własne wersje cywilne i wojskowe, systemy stworzone i kontrolowane przez wojsko..

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 Δts. Odchył Odc?yn i Δts mogą być dodatnie lub ujemne w stosunku do czasu systemu czyli mierzona jest w odbiorniku psełdoodległości, którą musimy poprawić o przesunięcie Δtn i Δts . 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- Oddano go do użytku we wrześniu 1985 roku. 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), Segment użytkownika stanowi wodoodporne urzą nad-odb o bardzo małych wymiarach i masie ok. 0,5kg. Jest zasilany baterią, antena znajduje się wewnątrz odb. 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.

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 linii poz jest dwuznaczna.(stosuje się 3 i więcej). Każda ze stacji ma swój kod(pytający i odp-5 impulsów). Systemy nasycone. Problem identyfikacji odbiorcy dokonuje się przez modulację sygnału. Wymaga się by fala docierająca do P była przyziemna. Zasięg kilka10Mm. Pomiar czasu: By zmierzyć odległość między dwoma punktami należy zamieścić na jednym z nich nadajnik a na drugim odbiornik. 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 spowodowanego działaniem obwodów elektronicznych, zostaje przetworzony na odległość. d=c(to-tn)/2. Uwzględnia się tutaj opóżnienie wysłania odpowiedzi przez stację odzewową. Każda stacja ma swój charakterystyczny kod czyli jeśli użytkownik wyśle sygnał do stacji, ma pewność że tylko ta stacja mu odpowie. Metoda odzewowa wymaga by użytkownik oraz stacja brzegowa były względem siebie w zasięgu horyzontu radiowego oraz na drodze propagacji nie powinno być żadnych przeszkód ( fala przyziemna bezpośrednia). Istnieje tu problem nasycenia systemu, który likwiduje się poprzez modulację sygnału.

rysunek

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=2fi(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=kii+li. Wówczas i=ki2+i. i=(2/i)/(di-kii). 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.

rysunek

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: k1f1=k2f2=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=2fh(t-di/c)+, gdzie -fazo pocz sygnału. Różnica opóźnień fazowych =(d2-d1)(2fh)/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 =2frt-(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 sym etralnej lini 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=2f(t-d1/c)+1, 2=2f(t-d2/c)+2 gdzie 1, 2-początkowe fazy sygnałów. Różnica opóźnień fazowych =(2f /c)(d2-d1)+, -jest funkcją różnicy odległości d, f, i . Skoro =(2/i)(di-kii) to =(2/h)(d2-d1)+k2 gdzie h-dł. fali na częst. fh, k-wielokrotnośc 2. W zależności od działania systemu f1=f2 lub f1f2 czyli fh=f1=f2 lub fhf1f2. 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(γ/2)). Ze względu na okresowość różnicy faz zachodzi potrzeba identyfikacji pasa.

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 zbliżona 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.

ORGANIZACJA SYSTEMU: Największy wpływ na funkcjonowanie systemu ma częstotliwość nośna oraz geometria systemu(rozmieszczenie stacji). Częstotliwość nośna decyduje o zasięgu systemu. Ponieważ właściwości propagacyjne fal radiowych uzależnione są od dł. emitowanej fali częstotliwość nośna determinuje możliwości wykorzystania systemu w różnych porach doby, roku i warunkach propagacyjnych. Wraz ze wzrostem f nośnej-potencjalny zasięg maleje, ale jednocześnie dokładność określania pozycji wzrasta. f decyduje o szerokości pasa stadiometrycznego lub hiperbolicznego. Geometria Odpowiednie ugrupowanie stacji w łańcuchy umożliwia określenie przynajmniej jednej linii pozycyjnej(L-A), a w większości wypadków ,. Emisja każdej stacji(f nośna, f powtarzania, kodowanie) dwóch sąsiadujących ze sobą łańcuchów powinna być na tyle zróżnicowana aby po stronie odbiorczej nie zachodziła interferencja ora jednoznacznie można było zidentyfikować łańcuch. W zależności od systemu liczba stacji jest różna. Zasięg systemu: może być globalny albo lokalny. Mimo że sygnały z danej stacji można wykorzystywać w promieniu kilku tyś. Mil to można mówić o zasięgu globalnym(przechodzenie ze strefy działania jednego łańcucha w drugą). Nasycony, nienasycony:XXX; Odbiornik: I generacji(wsp. stadiometryczne lub/i hiperboliczne), II generacji(w pełni zautomatyzowane, określające ,). Dużą rolę odgrywa antena.

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 linii pozycyjnej mL=md/2sin(γ/2), gdzie md-śr kwadratowy błąd pomiaru różnicy odległości dzielący odbiornik od stacji nadawczych, γ-kąt widzenia linii bazy. W systemach impulsowych md=cmt, gdzie mt-średni kwadratowy błąd pomiaru różnicy czasu. Błąd ten zależny jest od znajomości przez użytkownika warunków propagacyjnych(stacja-ja). Wykreślona na mapie siatka linii 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 Loran-C: 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 Loran-C: 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 10s 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.

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. żedu kilku Nm, wieloznaczność określanej linii 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.

DLACZEGO DECCA ZOSTAŁA WYŁĄCZONA- Z racji wypierających go lepiej rozwijających syst takich jak LORAN-C czy odmiana różnicowa GPS(DGPS). Emitowane sygn. Na częstotliwości 70-130kHz ( zależnej od właściwości propagacyjnych od war. Meteo) wytwarzały zasięg łańcucha syst dochodzący od 200-450Mm, który był zależny od pory doby. Jest to niestety zbyt mały zasięg w stosunku do innych systemów (L-C do 3400Mm, DGPS do 2000Mm). Poza tym określana pozycja obarczona była błędem pozycji wstępnej, z błędem przekraczającym co do wartości szerokości strefy. Na pogorszenie otrzymanej pozycji miał wpływ niekorzystne warunki meteo. 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-N określona pozycja była wieloznaczna w obrębie pasa hiper. D-N, co pociągało za sobą konieczność wytwarzania siatki identyfikacyjnej. Zasięg DEKKI obejmował swoimi łańcuchami zaledwie obszary europejskie kiedy L-C niemalże na całej półkuli północnej, DGPS bardzo duże akweny.

CECH WSPÓLNE 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. Podawanie pozycji we współrzędnych geograficznych wymusza znajomość układu odniesienia, w jakim wsp. są podane Wspólne: Aby określić pozycje należy znać przybliżoną pozycje z określoną dokładnością.

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 1956 sek określano jako 1/86400 część średniej doby gwiazdowej. 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. UT→UT0(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 <2,610-8 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- Znalazły szerokie zastosowanie w radionaw. We wzorce te są wyposażone stacje nadawcze naziemnych systemów radionawig, sat nawigacyjnych systemów satelitarnych oraz odb. użytych systemów. 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 nN. 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). Obecnie funkcjonują wzorce najnowszej generacji, zwane wodorowymi. Stabilność tych wzorców wynosi ok. 10-14 w skali rocznej. W odbiornikach GPS są wzorce kwarcowe lub rubidowe, gdyż cezowe mają zbyt dużą objętość, wagę i koszt(20-30tys$).

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=Π/4. Urcos Π /4=Ursin Π /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 gdzie kierunek) Aby określić stronę trzeba przejść na S1,S2. właściwą będzie ta dla której min chara 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)

RADIONAMIERNIKI, POZYCJA I BŁĄD RADIONAM - Za pomocą radionamierników określa się kąt K (kąt pomiędzy dziobową częścią osi symetrii statku, a kierunkiem na radiolatarnie). Niektóre radionamierniki automatyczne są, sprzężone z żyrokom, i podają bezpośrednio wartość radionamiaru jeśli mają w pamięci tabelę radiodew. Gdy popr. loks. ?0,5° można nie uwzględniać na Merkatorze. Kiedy >0,5° należy uwzględniać. Aby określić pozycję trzeba co 2 radionamiarów. Kryteria doboru radiolatarni- (jeśli jest wybór) 1.odległ. od RC (im bliżej tym lepiej) musi być w zasięgu ›IIALRS , 2. Kąt przecięcia radionam dla 2=30°-150°, 3. Efekt brzegowy (Aero RC), 4. odstępstwo od czasu między kolejnymi radionamiarami nie większy niż 3min. Dokładność określenia radionamiaru uzależniona jest - od błędu KR (popr. żyro, i jej błąd). Błąd mrk uzależniony jest od błędu instrumentalnego danego radionomiernika, błąd odczytu Kąta (radionam. Akustyczny), efekt antenowy, zakłócenia atmosferyczne, szumy własnego odbiornika.

Określanie odległości użytkownik-satelita(pomiar czasu). Mierzymy czas propagacji sygnału na trasie satelita-użytkownik. Satelita wysyła sygnał w znanym czasie tn. Sygnał dociera do użytkownika w chwili to. δ=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. δzm=c(to-tn)=δrz+c(tu-ts)+cta, 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, φ oraz λ 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.

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 operacyjność z systemem GPS. Segment kosmiczny: 30 sat. MEO, 3 orbity H=24000km. i=52ş, dokładność w pionie 10m Koncepcja rezerwowa:24 MEO +9GEO. 95% runku 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. do 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 analogicznie do satelitów gps-u(GNSS1), W planach GNSS2 jest zintegrowanie różnych systemów o orbitach niskich, średnich i wyskich. 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. . GEOSTAR- Oddano go do użytku we wrześniu 1985 roku. 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), Segment użytkownika stanowi wodoodporne urzą nad-odb o bardzo małych wymiarach i masie ok. 0,5kg. Jest zasilany baterią, antena znajduje się wewnątrz odb. 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.

11

---