III
UKŁADY ODNIESIENIA, WSPÓŁRZĘDNE
Współrzędne wyznaczane przez odbiorniki GPS są podawane w określonych układach odniesienia. Podstawowym układem odniesienia dla techniki GPS jest World Geodetic System 84. Najczęściej stosowane współrzędne to: geograficzne, ECEF XYZ, Universal Transverse Mercator. Układ odniesienia i współrzędne powinny być spójne z mapą, z której korzystamy. Niektóre nowe polskie opracowania topograficzne wykonywane są w układzie WGS 84. Na niektórych polskich mapach morskich zawierających współrzędne geograficzne naniesiono wielkości poprawek - przesunięć do układu WGS 84. W ogólności jednak, polskie mapy wykonane są w układach 1942 i 1965. Stosunkowo proste jest przeliczenie współrzędnych podawanych przez odbiornik GPS na współrzędne płaskie w układzie 1942. Przeliczenie na współrzędne płaskie w układzie 1965 wykonać można w oparciu o znajomość transformacji, której jawna postać nie jest podawana do publicznej wiadomości. Dostępne są komercyjne programy umożliwiające transformację współrzędnych do układu 65 w oparciu o znajomość współrzędnych punktów wspólnych. Szczególnego znaczenia problem układów współrzędnych nabiera w pomiarach geodezyjnych i geodynamicznych.
Proces wyznaczania pozycji.
Każdy z satelitów wyposażony jest w zespół atomowych wzorców częstotliwości generujący lokalną skalę czasu. Jej zasadniczą cechą jest stabilność. Parametry satelitarnych skal czasu i parametry orbit satelitarnych wyznaczane są przez Naziemne Centra Śledzące. Informacje te przesyłane są na pokłady satelitów celem dalszej retransmisji do użytkowników systemu. Najnowsza generacja satelitów GPS - blok IIR, zaprojektowana została tak, by mogła przejąć część funkcji stacji naziemnych. Przewiduje się, iż w przyszłości konstelacja satelitów GPS będzie mogła funkcjonować autonomicznie przez okres kilku miesięcy bez istotnego pogorszenia jakości serwisu.
Struktura sygnału satelitarnego umożliwia odbiornikowi wyznaczenie czasu jaki upłynął od momentu wysłania sygnału do momentu odbioru i określenie w ten sposób odległości pomiędzy użytkownikiem a satelitą. Dane nawigacyjne służą odbiornikowi do określenia położenia satelity w momencie nadawania sygnału. Odległości do satelitów i ich współrzędne są wystarczającymi danymi do wyznaczenia położenia odbiornika. Dla trójwymiarowego określenia położenia odbiornika potrzebne są dane z czterech satelitów, ponieważ oprócz trzech współrzędnych wyznaczyć należy również poprawkę zegara odbiornika.
Pojęcie pseudoodległości: w wyniku niedokładnej synchronizacji zegarów: satelity (atomowy) i odbiornika (kwarcowy) uzyskiwany pomiar odległości pomiędzy odbiornikiem a satelitą nie jest rzeczywisty i nosi nazwę psełdoodległości, gdyż zawiera błąd różnicy zegara odbiornika.
PPS- Odbiorniki PPS mogą używać kodu P(Y), kodu C/A lub obydwu. Największa dokładność uzyskiwana jest przy użyciu kodu P(Y) sygnałów o częstotliwościach L1 i L2. Różnica w czasie propagacji sygnałów o różnych częstotliwościach używana jest do wyznaczenia poprawki jonosferycznej. Zazwyczaj odbiorniki PPS używają kodu C/A w celu inicjacji śledzenia sygnałów satelitów i wyznaczenia przybliżonej fazy kodu P(Y). Nadawany jest na częst.
L1=1575,42MHz. Dokładność pozycji przy użyciu tego kodu wynosi L2= 1227,6 MHz i wynosi 10m, do celów militarnych.
SPS- Standardowy serwis pozycyjny dostarcza informacji o pozycji z dokładnością nie gorszą niż 100 metrów (95%,2D) w rozwiązaniach dwuwymiarowych i 156 metrów (95%,3D) w rozwiązaniach trójwymiarowych. Dokładność informacji o czasie określona jest na nie gorszą niz. 337 nanosekund (95%) w stosunku do skali UTC(USNO). SPS przeznaczony jest głównie dla użytkowników cywilnych. Wymieniona dokładność zawiera wpływ SA, który jest głównym źródłem błędów SPS. Rozkład błędów wyznaczenia pozycji przypomina rozkład normalny z długookresową średnią równą zeru.
A-S uniemożliwia użytkownikom SPS dostęp do kodu Y. Tak więc użytkownicy SPS nie mogą opierać się na bezpośrednim pomiarze kodu P, by zmierzyć dokładnie różnice w propagacji częstotliwości L1 i L2, a zatem określić wielkość poprawki jonosferycznej - kod C/A nadawany jest tylko na częstotliwości L1. L1=1575,42MHz.
Segmenty. System GPS składa się z 3 segmentów.: kosmicznego, naziemnego i systemu użytkowego (odbiornik)
--Segment kosmiczny: składa się z 24 krążących satelitów. Umieszczone są one na 6 orbitach kołowych tak, że płaszczyzna każdej orbity tworzy z płaszczyzną równika kąt 550. Orbity oddalone są od siebie o 600 dł.geog.
Na każdej z nich są 4 satelity na orbitach własnych lub sąsiednich. Wysokość orbit ok.20200km. obieg ziemi wynosi12h. Widzialność: 4-8 satelitów powyżej 50 nad horyzontem. Satelity wysyłają informacje w postaci zakodowanych sygnałów na dwóch częstotliwościach
f1 =1575,42MHz, f2= 1227,6MHZ
--Segment naziemny: składa się z sieci stacji śledzących, głównej stacji kontrolnej oraz stacji przekazujących dane do satelitów.
Oprócz dostarczania podst. danych nawi. ma zastosowanie militarne, umożliwiając naprowadzanie rakiet, pocisków.
Ograniczenie dokładności systemu GPS: wynika ono z dwóch czynników: 1-wprowadzenie selektywnej dostępności, 2- wpływ jonosfery i troposfery na propagację sygnałów. Idea degradacji dokładności poprzez selektywną dostępność zakłada fałszowanie danych oraz zegarów satelitarnych. Przez co wprowadzony ze stacji błąd pozycji satelity i błąd pomiaru czasu. Pozbycie się tych błędów w wyniku wykorzystania metody różnicowej pozwala na zwiększenie dokładności ze 100m na 5m.
PDOP- błąd średni wyznaczania pozycji przestrzennej. Gp=PDOPG6, PDOP=(Cxy+Cyy+Czz)1/2
Współczynnik PDOP ma szczególne znaczenie podczas śledzenia jakości procesu odbieranego PDOP można kontrolować na wyświetlaczu odbiornika GPS. Interpretacja geometryczna:
PDOP: jest to liczba proporcjonalna do odwrotności objętości wielościanu rozpiętego na punktach stanowiących pozycję obserwowanych satelitów GPS i na punkcie wyznaczania stacji.
PDOP=1/ V(S1,2,3,4...k) mniejsza wartość PDOP stwierdza o lepszej konfiguracji satelitów względem stacji.
HDOP- błąd średni pozycji horyzontalnej
GHa=HDOPGo HDOP= (q2n +q2e)1/2
VDOP- średni błąd elipsoidalny Gver =VDOPGO VDOP=qn
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A.
IV/ V
Cel i korzyści filtracji: współczesne systemy nawigacyjne mają zapewniać precyzyjne dane dotyczące ruch statku. Dzięki zastosowaniu filtru Kalmana dane te są dokładniejsze. Dane wyjściowe uwzględniają oprócz aktualnych danych także wcześniejsze pomiary oraz udostępniają informacje o dynamice obiektu nawigacyjnego.
Estymacja, (,): dział matematyczny podający metody za pomocy, których dokonuje się szacunku parametrów rozkładu danej cechy.
wartość estymowana: parametr poddany estymacji, ulega przekształceniom statycznym.
wektor stanu; mamy pozycję: 1.3 wymiarowa, parametry: Δϕ,Δλ,Δh, 2.4 wymiarowa, parametry: Δϕ,Δλ,Δh, Δt
Jeżeli mamy znane: Δϕ,Δλ,Δh, Δt to możemy określić naszą pozycję. Jest to stan naszego odbiornika na daną chwilę.
Metody estymacji: są dwie metody: 1) mniejszych kwadratów- parametry nawigacyjne oraz parametry ruchu statku przetwarzane są jednocześnie na wektor stanu. Jest uproszczoną wersją filtru Kalmana. 2) FILTR KALMANA: uwzględnia dynamikę statku. Pamiętana jest informacja z przeszłości. Filtr ten opiera się o sieć neuronową z jedną warstwą wejściową oraz ukrytą.
W sieci obowiązuje ściśle określony kierunek przejścia sygnałów od wejścia do wyjścia (sieć podaje rozwiązanie). Liczba elementów warstwy wejściowej (2neurony), odpowiada liczbie danych wyjściowych (2 składowe wektora prędkości zliczonej). Ma ona zadanie odebrać sygnał sterowań i przetworzyć go na informację dostępną dla neuronów kolejnych warstw. Proces ten polega na skalowaniu wartości sygnału wejściowego w przedziale <0,1>.
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A.
Proces wyznaczania pozycji.
Każdy z satelitów wyposażony jest w zespół atomowych wzorców częstotliwości generujący lokalną skalę czasu. Jej zasadniczą cechą jest stabilność. Parametry satelitarnych skal czasu i parametry orbit satelitarnych wyznaczane są przez Naziemne Centra Śledzące. Informacje te przesyłane są na pokłady satelitów celem dalszej retransmisji do użytkowników systemu. Najnowsza generacja satelitów GPS - blok IIR, zaprojektowana została tak, by mogła przejąć część funkcji stacji naziemnych. Przewiduje się, iż w przyszłości konstelacja satelitów GPS będzie mogła funkcjonować autonomicznie przez okres kilku miesięcy bez istotnego pogorszenia jakości serwisu.
Struktura sygnału satelitarnego umożliwia odbiornikowi wyznaczenie czasu jaki upłynął od momentu wysłania sygnału do momentu odbioru i określenie w ten sposób odległości pomiędzy użytkownikiem a satelitą. Dane nawigacyjne służą odbiornikowi do określenia położenia satelity w momencie nadawania sygnału. Odległości do satelitów i ich współrzędne są wystarczającymi danymi do wyznaczenia położenia odbiornika. Dla trójwymiarowego określenia położenia odbiornika potrzebne są dane z czterech satelitów, ponieważ oprócz trzech współrzędnych wyznaczyć należy również poprawkę zegara odbiornika.
Pojęcie pseudoodległości: w wyniku niedokładnej synchronizacji zegarów: satelity (atomowy) i odbiornika (kwarcowy) uzyskiwany pomiar odległości pomiędzy odbiornikiem a satelitą nie jest rzeczywisty i nosi nazwę psełdoodległości, gdyż zawiera błąd różnicy zegara odbiornika.
Ograniczenie dokładności systemu GPS: wynika ono z dwóch czynników: 1-wprowadzenie selektywnej dostępności, 2- wpływ jonosfery i troposfery na propagację sygnałów. Idea degradacji dokładności poprzez selektywną dostępność zakłada fałszowanie danych oraz zegarów satelitarnych. Przez co wprowadzony ze stacji błąd pozycji satelity i błąd pomiaru czasu. Pozbycie się tych błędów w wyniku wykorzystania metody różnicowej pozwala na zwiększenie dokładności ze 100m na 5m.
Pseudo odległość: nierzeczywiste odległości wyznaczone w trakcie pomiaru pomiędzy odbiornikiem a satelitą z powodu niemożności jednoczesnej synchronizacji zegarów satelit i odbiornika zawierają błędy różnicy zegara odbiornika. Eliminowane jest przez mikroprocesor odbiornika z układu równań przy określaniu min 3 (2D) i 4 (3D). Różnica czasu pomiędzy nominalnym momentem transmisji sygnału z satelity t a nominalnym czasem odbioru sygnału przez odbiornik t pomnożona przez prędkość fali elektromagnetycznej.
Navstar- Navgation system of time and ranging- system nawigacyjny podający czas i zasięg. C/A- coarse acquisition code- rodzina kodów PRN transmitowana przez satelity GPS. Każdy satelita posiada 1 z 32 unikalnych kodów z rodziny zawierającej 1023 i transmitowany 1023 megabity/sekundę. P- precision code- kod PRN transmitowany przez satelity GPS. Zawiera 2.35 1014 i wysyła 10*23 megabity/ sekundę, Y- encryple code- zakodowany kod P. PRN Modulation- ustalona sekwencja binarna z zakłóceniami używana w szerokim spektrum systemów komunikacyjnych i nawigacyjnych. Należą do niego kody: C/A, P. Służą do kodowania informacji.
Źródła błędów: Jonosferyczna- przewidywalne ok. 5m- zjonizowane powietrze, Atmosferyczne- nieprzewidywalne do 1m, zmiana ciśnienia, temperatury, wilgoci. Błąd pozycji satelity- efemerydy ok. 2.5m.
BPSK- celem stosowania BPSK jest otrzymanie o wiele lepszej pozycji w wyznaczaniu pozycji. Umożliwiają one wyznaczanie różnic odległości z odbiorników z precyzją do mm. Częstotliwość pracy systemu- satelity GPS są wyposażone w zegary atomowe wytwarzające wysokostabilną częstotliwość 10,23Mhz. Jest to pierwsza częstotliwość systemu. Pomnożenie tej fali przez 154 daje 1575,42 Mhz co odpowiada długości fal ultrakrótkich--- jest to pierwsza częstotliwość nośna L1. Druga częstotliwość L2= 1227,60 Mhz--- długość fali 24,45m.
Ćwiczenie nr.9
Określenie pozycji
Polega na odczytaniu wskazań dekametrów pomiarowych , ustaleniu linii pozycyjnych na mapie i przecięciu się nich, czyli pozycji okręgu. Przed pomiarem należy porównać dekametry ze wskazaniem dekametru identyfikacyjnego. Numery pasów muszą być jednakowe. Odczyty zdjęte z dekametru służą do ustalenia linii pozycyjnej na mapie morskiej z naniesioną siatką hiperbolicznych linii pozycyjnych. Kolejność odczytów :- część pasa pozycyjnego ,-numer pasa ,-litera strefy. Dokładność pozycji :CZYNNIKI: pozycja okrętu w stosunku do stacji brzegowej - błędy instrumentalne odbiornika oraz zmiany w rozchodzeniu się fal radiowych.
1) Segmenty. System GPS składa się z 3 segmentów.: kosmicznego, naziemnego i systemu użytkowego (odbiornik)
--Segment kosmiczny: składa się z 24 krążących satelitów. Umieszczone są one na 6 orbitach kołowych tak, że płaszczyzna każdej orbity tworzy z płaszczyzną równika kąt 550. Orbity oddalone są od siebie o 600 dł.geog.
Na każdej z nich są 4 satelity na orbitach własnych lub sąsiednich. Wysokość orbit ok.20200km. obieg ziemi wynosi12h. Widzialność: 4-8 satelitów powyżej 50 nad horyzontem. Satelity wysyłają informacje w postaci zakodowanych sygnałów na dwóch częstotliwościach
f1 =1575,42MHz, f2= 1227,6MHZ
--Segment naziemny: składa się z sieci stacji śledzących, głównej stacji kontrolnej oraz stacji przekazujących
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A. W systemie Navstar GPS pozycję określa się za pośrednictwem czterech satelitów. W przypadku umieszczenia odbiornika na ruchomej jednostce istnieje możliwość określenia składowych jej na podstawie zjawiska Dopplera.
Pojęcie pseudoodległości: w wyniku niedokładnej synchronizacji zegarów: satelity (atomowy) i odbiornika (kwarcowy) uzyskiwany pomiar odległości pomiędzy odbiornikiem a satelitą nie jest rzeczywisty i nosi nazwę psełdoodległości, gdyż zawiera błąd różnicy zegara odbiornika.
Zasada pomiaru LP i PO w sys DECCA:
Lp w systemie DECCA określa się na podstawie różnicy czasów między dotarciem do odbiornika fal elektromagnetycznych emitowanych z dwóch odległych punktów stałych. Pomiar różnicy odległości od dwóch radiostacji polega na pomiarze różnicy faz fal elektromagnetycznych wysyłanych przez te radiostacje. System DECCA składa się z czterech radiostacji ( 1 główna i 3 pomocnicze). Pomiary tego dokonuje się za pomocą fazometru wchodzącego w skład urządzenia służącego do wyznaczania pozycji zwanego dekometrem.
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A.
Warunki uzyskania dwu i trójwymiarowej w sys GOS/ DGPS. Aby uzyskać pozycję 2 wymiarową potrzebne są 3 pomiary (satelity). 1 satelita jest potrzebny aby otrzymać długość geograficzną, 2satelita- szerokość geograficzna, 3 satelita korekta czasu. Aby uzyskać pozycje trójwymiarową potrzebne są 4 satelity: 1 satelita- długość, 2 satelita- szerokość, 3 satelita do otrzymania wzniesienia, 4 satelita- korekta czasu.
Rodzaje modulacji stosowane przy transmisji poprawek różnicowych: dział systemu DGPS polega na korygowaniu pomiarów rzeczywistych GPS za pomocą poprawek otrzymanych ze stacji różnicowej systemu. Stacja różnicowa określa poprawki na zasadzie porównania danej pozycji satelitarnej z rzeczywistą, lub na zasadzie porównania odległości mierzonej do satelity z odległością rzeczywistą. Poprawki te są transmitowane ze stacji różnicowej do odbiornika statkowego DGPS w czasie rzeczywistym na ściśle określonej częstotliwości. Źródła błędów pozycji w systemie DGPS.
Pierwszym źródłem może być degradacja dokładności systemy wnoszona przez stosowanie kodu C/A, drugim źródłem mogą być warunki propagacji fal radiowych na drodze satelita- statek. Dokładność poprawek zależy od odległości od stacji różnicowej a także od rozwiązania transmisji poprawek.
Dokładność DGPS.
System satelitarny GPS pracuje na zasadzie pomiaru odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. w systemie tym zapewniona jest jednocześnie `'robocza'' widzialność minimum 4 satelitów z każdego punktu ziemi, a tym samym ciągłość określenia pozycji. Błąd kołowy GPS pracujący w kodzie standardowym C/A wynosi około M0= 100m i praktycznie nie zależy od warunków zewnętrznych.
Zawartość depeszy: depesza składa się z 1500 bitów. Przez 1s 50 bitów. Składa się z 5 tablic. W każdej tablicy jest 10słów (30 bitów). 1 Tablica: dane do obliczenia poprawek i współrzędnych oraz do wyznaczenia propagacji sygnałów ze względu na wpływ jonosfery. 2,3 Tablice: zawierają ekstrapolowane orbitalne do wyznaczenia położenia satelity w chwilowym układzie z ziemią. 4 Tablica: dane atmosferyczne informujące o całym systemie, ale są one zakodowane. 5 Tablica: zbiór wiadomości o jednej z satelitów.
ĆWICZENIE XII
Segmenty. System GPS składa się z 3 segmentów.: kosmicznego, naziemnego i systemu użytkowego (odbiornik)
--Segment kosmiczny: składa się z 24 krążących satelitów. Umieszczone są one na 6 orbitach kołowych tak, że płaszczyzna każdej orbity tworzy z płaszczyzną równika kąt 550. Orbity oddalone są od siebie o 600 dł.geog.
Na każdej z nich są 4 satelity na orbitach własnych lub sąsiednich. Wysokość orbit ok.20200km. obieg ziemi wynosi12h. Widzialność: 4-8 satelitów powyżej 50 nad horyzontem. Satelity wysyłają informacje w postaci zakodowanych sygnałów na dwóch częstotliwościach
f1 =1575,42MHz, f2= 1227,6MHZ
--Segment naziemny: składa się z sieci stacji śledzących, głównej stacji kontrolnej oraz stacji przekazujących dane do satelitów.
Oprócz dostarczania podst. danych nawi. ma zastosowanie militarne, umożliwiając naprowadzanie rakiet, pocisków.
Źródła błędów: Jonosferyczna- przewidywalne ok. 5m- zjonizowane powietrze, Atmosferyczne- nieprzewidywalne do 1m, zmiana ciśnienia, temperatury, wilgoci. Błąd pozycji satelity- efemerydy ok. 2.5m.
PDOP- błąd średni wyznaczania pozycji przestrzennej. Gp=PDOPG6, PDOP=(Cxy+Cyy+Czz)1/2
Współczynnik PDOP ma szczególne znaczenie podczas śledzenia jakości procesu odbieranego PDOP można kontrolować na wyświetlaczu odbiornika GPS. Interpretacja geometryczna:
PDOP: jest to liczba proporcjonalna do odwrotności objętości wielościanu rozpiętego na punktach stanowiących pozycję obserwowanych satelitów GPS i na punkcie wyznaczania stacji.
PDOP=1/ V(S1,2,3,4...k) mniejsza wartość PDOP stwierdza o lepszej konfiguracji satelitów względem stacji.
HDOP- błąd średni pozycji horyzontalnej
GHa=HDOPGo HDOP= (q2n +q2e)1/2
VDOP- średni błąd elipsoidalny Gver =VDOPGO VDOP=qn
BPSK- celem stosowania BPSK jest otrzymanie o wiele lepszej pozycji w wyznaczaniu pozycji. Umożliwiają one wyznaczanie różnic odległości z odbiorników z precyzją do mm. Częstotliwość pracy systemu- satelity GPS są wyposażone w zegary atomowe wytwarzające wysokostabilną częstotliwość 10,23Mhz. Jest to pierwsza częstotliwość systemu. Pomnożenie tej fali przez 154 daje 1575,42 Mhz co odpowiada długości fal ultrakrótkich--- jest to pierwsza częstotliwość nośna L1. Druga częstotliwość L2= 1227,60 Mhz--- długość fali 24,45m.
VI/ VII
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A.
Warunki uzyskania dwu i trójwymiarowej w sys GOS/ DGPS. Aby uzyskać pozycję 2 wymiarową potrzebne są 3 pomiary (satelity). 1 satelita jest potrzebny aby otrzymać długość geograficzną, 2satelita- szerokość geograficzna, 3 satelita korekta czasu. Aby uzyskać pozycje trójwymiarową potrzebne są 4 satelity: 1 satelita- długość, 2 satelita- szerokość, 3 satelita do otrzymania wzniesienia, 4 satelita- korekt
a czasu.
Rodzaje modulacji stosowane przy transmisji poprawek różnicowych: dział systemu DGPS polega na korygowaniu pomiarów rzeczywistych GPS za pomocą poprawek otrzymanych ze stacji różnicowej systemu. Stacja różnicowa określa poprawki na zasadzie porównania danej pozycji satelitarnej z rzeczywistą, lub na zasadzie porównania odległości mierzonej do satelity z odległością rzeczywistą. Poprawki te są transmitowane ze stacji różnicowej do odbiornika statkowego DGPS w czasie rzeczywistym na ściśle określonej częstotliwości. Źródła błędów pozycji w systemie DGPS.
Pierwszym źródłem może być degradacja dokładności sys
temy wnoszona przez stosowanie kodu C/A, drugim źródłem mogą być warunki propagacji fal radiowych na drodze satelita- statek. Dokładność poprawek zależy od odległości od stacji różnicowej a także od rozwiązania transmisji poprawek.
Dokładność DGPS.
System satelitarny GPS pracuje na zasadzie pomiaru odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. w systemie tym zapewniona jest jednocześnie `'robocza'' widzialność minimum 4 satelitów z każdego punktu ziemi, a tym samym ciągłość określenia pozycji. Błąd kołowy GPS pracujący w kodzie standardowym C/A wynosi około M0= 100m i praktycznie nie zależy od warunków zewnętrznych.
Zawartość depeszy: depesza składa się z 1500 bitów. Przez 1s 50 bitów. Składa się z 5 tablic. W każdej tablicy jest 10słów (30 bitów). 1 Tablica: dane do obliczenia poprawek i współrzędnych oraz do wyznaczenia propagacji sygnałów ze względu na wpływ jonosfery. 2,3 Tablice: zawierają ekstrapolowane orbitalne do wyznaczenia położenia satelity w chwilowym układzie z ziemią. 4 Tablica: dane atmosferyczne informujące o całym systemie, ale są one zakodowane. 5 Tablica: zbiór wiadomości o jednej z satelitów.
17
SPOSÓB I CEL KODOWANIA FAZY W LORANIE: poszczególne impulsy w grupie mogą być emitowane z częstotliwością będącą w fazie (+) lub przeciw fazie (-) będącej w stosunku do fazy pierwszego impulsu danej grupy. Kodowanie wykorzystuje się w celu odróżnienia impulsu od stacji głównej od impulsu ze stacji podrzędnej. Kodowanie pomaga także wyeliminować niebezpieczne interferencje fali przyziemnej z falami jonosferycznymi na trasie stacja nadawcza- odbiornik. W LORAN C najpierw emituje impulsy stacja główna, zaś stacja podrzędna zaczyna dopiero emisję po odebraniu dziewiątego sygnału od stacji głównej i tak następne podrzędne po odebraniu ostatniego ósmego impulsu od stacji podległej.
REDUKCJA WPŁYWÓW FALI JONOSFERYCZNEJ: zasięg przy fali jonosferycznej może wynosić nawet do 3400Mm. Siatkę hiperboliczną wyznaczoną w założeniu, że impulsy ze wszystkich stacji docierają do odbiornika na fali przyziemnej. Określając zatem LP przy impulsach docierających choćby z jednej z wykorzystywanych stacji na fali jonosferycznej, należy uwzględnić poprawkę podaną w mikrosekundach, którą dodaje się algebraicznie do mierzonej w odpowiedniej wartości przedziału fazowego, otrzymuje się wtedy różnicę, czyli wartość jaką zmierzono by gdyby impulsy dotarły z obu stacji na fali przyziemnej. Wartości poprawek są obliczane np.: dla współczynnika warstwy odbijającej jonosfery.
ZASIĘG I DOKŁADNOŚĆ W SYSTEMIE LORAN: duży wpływ na dokładność pozycji ma czas jej określania tzn. świt czy zmierzch. Dlatego pozycje te poprawia się odpowiednimi poprawkami. Przyczyną powstawania największych błędów w określaniu LP są zmiany w rozchodzeniu się fal radiowych oraz kąt pomiędzy liniami łączącymi okręt i stacje brzegowe. Dokładność od kilkudziesięciu do kilku Mm. W warunkach nocnych prędkość rozchodzenia się fal jest większa i błąd pozycji może wynosić 600- 1000m. Zasięg do 3400Mm.
IMPULSY WYSYŁANE PRZEZ STACJE ŁAŃCUCHOWE: częstotliwość pracy wszystkich łańcuchów= 100Hz. Jest to system pracujący na falach długich. System składa się ze stacji głównej i 4- 5 stacji podległych. Stacja główna emituje 9 impulsów a stacje podrzędne 8 impulsów. Odstępy pomiędzy kolejnymi impulsami wynoszą 1000 mikrosekund, a dla stacji głównej odstęp pomiędzy 8 a 9 impulsem wynosi 2000 mikrosekund. W systemie LORAN C emitowana jest grupa kilku impulsów co umożliwia zwiększenie średniej mocy emitowanej przy jednoczesnym zmniejszeniu mocy (nerytowej). Przyjąć można że czas impulsów = 200 mikrosekund.
ZASADA POMIARU LP W ODBIORNIKU LORAN C: można dokonać pomiaru LP za pomocą odbiorników I i II generacji. Odbiornik I generacji: mierzy tylko różnicę czasu w odbiorze sygnałów ze stacji głównej i podrzędnej dlatego niezbędne jest posiadanie odpowiedniej mapy z naniesioną siatką lub tabelą hiperboliczną. Odczyty trzeba poprawiać o poprawkę na falę jonosferyczną. Przy określeniu pozycji z 2 LP korzystniejszy jest przypadek gdy 1 z nich ma przebieg równoleżnikowy a druga południkowy co może gwarantować duży kąt przecięcia LP. na mapę nanosi się odpowiednio LP i punkt ich przecięcia jest PO.
KODOWANIE FAZY W SYSTEMIE LORAN C: zastosowano modulację fazy sygnału która związana jest z odwróceniem fazy fali radiowej w pewien usystematyzowany sposób zwany kodowaniem. Ten rodzaj kodowania fazy wykorzystano z 1 strony w celu polepszenia zdolności identyfikowania.