Курсова робота
на тему:
В«Супутникові системи навігаціїВ»
Трехгорний 2009
Введення
Ідея створення супутникової навігації народилася ще в 50-і роки. У той момент, коли СРСР був запущений перший штучний супутник Землі, американські вчені на чолі з Річардом Кершнер, спостерігали сигнал, що виходить від радянського супутника і виявили, що завдяки ефекту Доплера частота прийнятого сигналу збільшується при наближенні супутника і зменшується при його віддаленні. Суть відкриття полягала в тому, що якщо Ви точно знаєте свої координати на Землі, то стає можливим виміряти положення супутника, і навпаки, точно знаючи положення супутника, можна визначити власні координати.
Реалізована ця ідея була через 20 років. Перший тестовий супутник виведений на орбіту 14 липня 1974 США, а останній з усіх 24 супутників, необхідних для повного покриття земної поверхні, був виведений на орбіту в 1993 р., таким чином Глобальна система позиціонування або скорочено GPS встала на озброєння. Стало можливим використовувати GPS для точного наведення ракет на нерухомі, а потім і на рухомі об'єкти в повітрі і на землі. Також за допомогою системи вмонтованою в супутники стало реально визначати потужні ядерні заряди, що знаходяться на поверхні планети.
Спочатку GPS - глобальна система позиціонування, розроблялася як чисто військовий проект. Але після того, як в 1983 р. був збитий вторгся в повітряний простір Радянського Союзу літак Корейських Авіаліній з 269 пасажирами на борту, президент США Рональд Рейган дозволив часткове використання системи навігації для цивільних цілей. Але точність була зменшена спеціальним алгоритмом.
Потім з'явилася інформація про те, що деякі компанії розшифрували алгоритм зменшення точності і з успіхом компенсують цю складову помилки, і в 2000 р. це загрубленную точності було скасовано указом президента США.
1. Супутникова система навігації
Супутникова система навігації - комплексна електронно-технічна система, що складається із сукупності наземного і космічного устаткування, призначена для визначення місця розташування (географічних координат і висоти), а також параметрів руху (скороти і направлення руху і т.д.) для наземних, водних і повітряних об'єктів.
1.1 Що таке GPS?
Супутникова навігаційна система GPS була спочатку розроблена США для використання в військових цілях. Інше відоме назва системи - В«NAVSTARВ». Що стало вже прозивним назву В«GPSВ» є скороченням від Global Positioning System, яке перекладається, як Глобальна Навігаційна Система. Ця назва повністю характеризується призначення системи - забезпечення навігації на всій території Земної кулі. Не тільки на суші, але і на морі і в повітрі. Використовуючи навігаційні сигнали системи GPS, будь-який користувач може визначити своє поточне місце розташування з високою точністю.
Така точність, багато в чому, стала можливою завдяки крокам Американського уряду, який в 2000 році зробило систему GPS доступної і відкритою для цивільних користувачів. Нагадаємо, що раніше з допомогою спеціального режиму виборчого доступу (SA - Selective Availability) в передаваний сигнал вносилися спотворення, що знижують точність позиціонування до 70-100 метрів. З 1 травня 2000 року, цей режим був відключений і точність підвищилася до 3-10 метрів.
Фактично, ця подія дало потужний імпульс для розвитку побутової навігаційної GPS апаратури, зниженню її вартості, і активної її популяризації серед звичайних користувачів. На поточний момент, GPS приймачі різних типів активно застосовуються у всіх областях людської діяльності, починаючи від звичайної навігації, закінчуючи персональним контролем і захоплюючими іграми, типу В« Geocaching В». За результатами багатьох досліджень, використання навігаційних GPS систем дає великий економічний ефект для світової економіки та екології - підвищується безпека руху, поліпшується дорожня ситуація, зменшується витрата палива, знижується кількість шкідливих викидів в атмосферу.
Зростаюча залежність європейської економіки від системи GPS, і, як наслідок, від адміністрації США, змусила Європу почати розробку власної навігаційної системи - Galilleo. Нова система багато в чому схожа на систему GPS.
2. Склад системи GPS
2.1 Космічний сегмент
Космічний сегмент системи GPS складається з орбітального угрупування супутників, випромінюючих навігаційні сигнали. Супутники розташовані на 6-й орбітах на висоті близько 20000 км. Період обертання супутників становить 12 годин і швидкість близько 3 км/c. Таким чином, за добу, кожен супутник здійснює два повних оберти навколо Землі.
Перший супутник був запущений в лютому 1978 року. Його розмір з розкритими сонячними батареями дорівнював 5 метрам, а вага - більше 900 кг. Це був супутник першої модифікації GPS-I. За останні 30 років, на орбіті змінилося кілька модифікацій GPS супутників: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. В процесі модернізації знижувався вага супутників, поліпшувалося стабільність бортового годинника, підвищувалася надійність.
GPS супутники передають три навігаційних сигналу на двох частотах L1 і L2. В«ЦивільнийВ» сигнал C/A, передаваний на частоті L1 (1575.42 МГц), доступний всім користувачам, і забезпечує точність позиціювання 3-10 метрів. Високоточний В«військовийВ» P-код, передається на частотах L1 і L2 (1227.60 МГц) і його точність на порядок вище В«громадянськогоВ» сигналу. Використання сигналу, переданого на двох різних частотах, дозволяє також частково компенсувати іоносферні затримки.
В останньої модифікації супутників В«GPS IIR-МВ» реалізований новий В«ЦивільнийВ» сигнал L2C, покликаний підвищити точність GPS вимірів.
Ідентифікація навігаційних сигналів здійснюється за номером, відповідному В«псевдошумовому кодуВ», унікального для кожного супутника. В технічної специфікації GPS системи спочатку було закладено 32 коду. На етапі розробки системи і початковому періоді її експлуатації, планувалося, що кількість робочих супутників не буде перевищувати 24-х. Вільні коди виділялися для нових GPS супутників, що знаходяться на етапі введення в експлуатацію. І цього кількості було достатньо для нормального функціонування системи. Але в Нині, на орбіті знаходиться вже 32 супутника, з яких 31 функціонує в робочому режимі, передаючи навігаційний сигнал на Землю.
В«НадмірністьВ» супутників дозволяє забезпечити користувачеві обчислення позиції в умовах, де В«видимістьВ» неба обмежена висотними будівлями, деревами або горами.
2.2 Наземний сегмент
Наземний сегмент системи GPS складається з 5-и контрольних станцій і головної станції управління, розташованих на військових базах США - на островах Кваджалейн і гаваях в Тихому океані, на острові Вознесіння, на острові Дієго-Гарсія в Індійському океані і в Колорадо-Спрінгс, вони узгоджено на малюнку 1 . У завдання станцій моніторингу входить прийом та вимірювання навігаційних сигналів надходять із GPS супутників, обчислення різного роду помилок і передача цих даних на станцію управління. Спільна обробка отриманих даних дозволяє обчислити відхилення траєкторій супутників від заданих орбіт, тимчасові зрушення бортових годин і помилки в навігаційних повідомленнях. Моніторинг стану GPS супутників відбувається практично безперервно. В«ЗавантаженняВ» навігаційних даних, що складаються з прогнозованих орбіт і поправок годин для кожного з супутників, здійснюється кожні 24 години, в момент, коли він знаходиться в зоні доступу станції управління.
На додаток до наземним GPS станціям існує кілька приватних і державних мереж стеження, які виконують вимірювання навігаційних GPS сигналів для уточнення параметрів атмосфери і траєкторій руху супутників.
...
