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. 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. 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 Δts→ depesza wysyłana jest do satelitów co 24h. Droga sygnału (St. Główna →3 stacje korygujące (uaktualniające)→wszystkie sat)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( λ=19,03cm), L2: 1227,6MHz(λ=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. 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- 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 oraz słowo identyfikacji sat. 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) Sposób przesyłania poprawek ∆ę do odb drogą radiową Częstotliwość 283,5- 325kHZ(pasmo nośne RC), 1,5-4MHz (pojawia się problem zasięgu w porze nocnej), 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): 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), argument szer (30˚/45˚), po 24h ta sama konfiguracja 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), różne czasy systemu. 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 ikontrolowane przez wojsko. depesze nawigacyjne. 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 Δtn wielkość mierzona zaś przy sat przesunięcie czasu jest znane Δts. Odchyłki Δtn 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. 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: 3orbity po 9sat. (lub 3orb po 10sat) +3 rezerwowe. H=23222km. i=54º, Zakłada się że Galileo będzie pod kontrolą międzynarodową.Dokładność 30m dla wszystkich(lub 5m jak zaplacisz). Tryby OAS i CAS (Open access Services i Control Access Services) czyli otwarty i pod kontrolą. Docelowo Galileo ma tworzyc GNSS. Przewiduje się że pierwsze satelity wejdą na orbite w 2005r , próbne uruchomienie 2006r ,a w pełni zacznie pracowac w 2008r (muszą mieć oprogramowanie i urządzenia do transmisji-to wszystko musi być przygotowane na Ziemii).Najbardziej rygorystyczne wymogi ma lotnictwo wojskowe i cywilne.Urzytkownicy o największej liczbie to transport lądowy,po wprowadzeniu Galileo w nowoprodukowanych samochodach będziemy mieli zamontowane odbiorniki tego systemu.
ZASADA DZIAŁANIA EGNOS Jest to system wspomagajacy GPS i GLONASS.Nie został jeszcze udostępniony użytkownikom.Segment naziemny systemu składa się z 44 st. RIMS ,4 st. MCC i 6 stacji NLESS.Satelity geostacjonarne będą rozmieszczone na orbitach mających długosci geograficzne-15,5W ,21,4E ,64,5E-zapewnia pokrycie całej Europie.Sygnały z satelity trafiają do st.RIMS ,a następnie do MCC ,gdzie określa się parametry orbity ,opóżnienie jonosferyczne ,odchyłke wzorca czasu satelity ∆TU. Te informacje trafialą do stacji NLES ,a póżniej są emitowane na częstotliwości L1 GPSu 1575,42MHz. Do Egnosu należą również stacje wspomagające w Tuluzie i Toreiro. Planuje się wybudowac stację RIMS pod Warszawą. Wadą Egnosu jest fakt ,że jest on w pełni zależny od GPSu i Glonassu.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 ϕ=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 ϕ,λ. 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: 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(ϕ,λ). 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. 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 φi=2πfi(t-di/c --> [Author:PP] )+ξi, gdzie t-czas, ξi-faza początkowa sygnału w chwili to. W chwili t=0 opóźnienie fazowe φi=2π(di/λi) gdzie λi-dł. fali odpowiadająca częstotliwości fi. Odległość di można przedstawić w postaci di=ki⋅λi+Δli. Wówczas φi=ki⋅2π+ϕi. ϕi=(2π/λi)/(di-ki⋅λi). Fazę docierającego sygnału i φi można jednoznacznie określić tylko w obrębie jednego kąta pełnego od 0-2π, dlatego powstaje wieloznaczność pomiaru. Opóźnieniu fazowemu od 0-2π odpowiada odległość zwana szerokością pasa stadiometrycznego ds. Linia pozycyjna jednoznaczna w obrębie jednego zidentyfikowanego pasa. Konieczność podania ϕ,λ 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: 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 Φi=2πfh(t-di/c)+ξ, gdzie ξ-fazo pocz sygnału. Różnica opóźnień fazowych ΔΦ=(d2-d1)(2πfh)/c+ξp(różnica faz początkowych. Mieszanie. W wyniku mieszania docierających sygnałów różnica opóźnień ΔΦ=2π(f1-f2)t-(2π/c)(f1d1-f2d2)+(ξ1-ξ2). Gdy f1 i f2 są b bliskie to zachodzi zdudnianie i ΔΦ=2πfrt-(2π/c)fn(d1-d2)+(ξ1-ξ2). 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 Δt odpowiada hiperbola symetryczna względem sym etralnej lini bazy. Na symetralnej Δt=Δd=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 Δt i podane są w μs.(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 φ1=2πf(t-d1/c)+ξ1, φ2=2πf(t-d2/c)+ξ2 gdzie ξ1, ξ2-początkowe fazy sygnałów. Różnica opóźnień fazowych Δφ=(2πf /c)(d2-d1)+ξ, Δφ-jest funkcją różnicy odległości Δd, f, i ξ. Skoro ϕ=(2π/λi)(di-ki⋅λi) to Δϕ=(2π/λh)(d2-d1)+k2π gdzie λh-dł. fali na częst. fh, k-wielokrotnośc 2π. 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 0-2π na częst. fh odpowiada odległość zwana umownie szerokością pasa hiperbolicznego dh=(λh)/(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 ϕλ 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 α=(a-b)/a; mimośród e=√[(a2-b2)/a2]. Najczęściej podaje się a, 1/α; 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(Δx, Δy, Δz) 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 ϕ,λ. 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 ϕ,λ). 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=mΔd/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⋅mΔt, 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 10μs 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. 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. 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 dwuznaczna w obrębie pasa hiper. D-N. 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. 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 uży tych 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$).