Ακρίβεια προσδιορισμού συντεταγμένων GPS. Η διαφορά είναι στους γεωδαιτικούς και στους συμβατικούς δέκτες GPS. Μέθοδοι γεωδαιτικών μετρήσεων με δέκτες GPS

Η διαδικασία προσδιορισμού των συντεταγμένων κατά την παραμονή σε ένα μέρος ή τη μετακίνηση καταλήγει στη λήψη σημάτων από δορυφόρους GPS, στην ανάλυσή τους και στον υπολογισμό δεδομένων σχετικά με τη θέση του δέκτη. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών εμφανίζονται ως συντεταγμένες στην οθόνη του δέκτη.

Ο δέκτης GPS έχει τη δυνατότητα να υπολογίζει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης, μπορεί να παρέχει μια σύνδεση με αυτόν που έχει φορτωθεί στον δέκτη ή σε ΦΟΡΗΤΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣτοπικός χάρτης ή χάρτης μιας μεγάλης πόλης. Αυτή η ιδιότητα έχει μεγάλη αξία, καθώς σας επιτρέπει να πλοηγηθείτε σε μια περιοχή που δεν γνωρίζετε, παρακολουθώντας την κίνησή σας στην οθόνη της οθόνης.

Οι δέκτες GPS διαθέτουν μια συσκευή αποθήκευσης δεδομένων που έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει μετρημένες συντεταγμένες και το λογισμικό ελέγχει τις ρυθμίσεις για το διάστημα μέτρησης και την ποσότητα των δεδομένων GPS που αποθηκεύονται. Ο δίσκος, ανάλογα με τον σκοπό του δέκτη, μπορεί είτε να κατασκευαστεί ως ξεχωριστή συσκευή είτε να ενσωματωθεί με τον δέκτη σε ένα περίβλημα.

Σήματα πλοήγησης GPS

Κάθε δορυφόρος GPS εκπέμπει σε δύο συχνότητες - L1 και L2 - ένα ειδικό σήμα πλοήγησης με τη μορφή ψευδοτυχαίας ακολουθίας πλήκτρων μετατόπισης φάσης, στην οποία κρυπτογραφούνται δύο τύποι κωδικών - ο κωδικός C/A (χονδροειδής/απόκτηση ή καθαρός /απόκτηση), ή ένας «πρόχειρος» κωδικός, προσβάσιμος σε ένα ευρύ φάσμα χρηστών και επιτρέπει σε κάποιον να λάβει μόνο μια πρόχειρη εκτίμηση της τοποθεσίας και τον κωδικό P (κωδικός ακριβείας), ο οποίος παρέχει έναν πιο ακριβή. υπολογισμός συντεταγμένων. Αρχικά, η χρήση του κωδικού P ήταν περιορισμένη, αλλά την 1η Μαΐου 2000, αυτοί οι περιορισμοί άρθηκαν με εντολή του Προέδρου των Ηνωμένων Πολιτειών, γεγονός που κατέστησε δυνατή τη σημαντική αύξηση της ακρίβειας αυτών των δεκτών χωρίς την ανάγκη αναβάθμισής τους. . Ο κωδικός C/A μεταδίδεται στη συχνότητα L1 χρησιμοποιώντας πληκτρολόγηση μετατόπισης φάσης μιας ψευδοτυχαίας ακολουθίας 1023 συμβόλων με προστασία από σφάλματα. Η περίοδος επανάληψης του κωδικού C/A είναι 1 ms. Συχνότητα ρολογιού- 1.023 MHz. Ο κωδικός P μεταδίδεται στη συχνότητα L2 χρησιμοποιώντας μια εξαιρετικά μεγάλη ψευδοτυχαία ακολουθία με περίοδο επανάληψης 267 ημερών. Συχνότητα ρολογιού - 10,23 MHz. Εκτός από αυτούς τους κωδικούς, το σήμα GPS μπορεί επίσης να περιέχει έναν κωδικό Y, ο οποίος είναι μια κρυπτογραφημένη έκδοση του κωδικού P.

Εκτός από τους κωδικούς C/A και P, ο δορυφόρος GPS εκπέμπει τακτικά ένα ειδικό μήνυμα που περιέχει πρόσθετες πληροφορίες. Ο χρήστης λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με το χρόνο του συστήματος, τα εφήμερα (σύνολα παραμέτρων που περιγράφουν με ακρίβεια την τροχιά του δορυφόρου), την πρόβλεψη καθυστέρησης ιονόσφαιρας και τους δείκτες απόδοσης. Ένα μήνυμα πλοήγησης με μήκος 1500 bit μεταδίδεται με ταχύτητα 50 bit/s στις συχνότητες L1 ή/και L2.

Ακρίβεια προσδιορισμού συντεταγμένων σε συστήματα GPS

Οι συντεταγμένες του συνδρομητή κινητής τηλεφωνίας καθορίζονται χρησιμοποιώντας έναν τυπικό δέκτη σήματος GPS. Μπορεί να χρησιμοποιήσει μια παθητική ή ενεργή κεραία και να υπολογίζει αυτόνομα τις γεωγραφικές συντεταγμένες και την Παγκόσμια ώρα (UTC) από τα σήματα πλοήγησης. Τέτοιοι δέκτες παρέχουν υψηλή ακρίβεια στον προσδιορισμό των συντεταγμένων.

Οι δέκτες GPS ενδέχεται να διαφέρουν ως προς τον αριθμό των καναλιών λήψης, την ταχύτητα ενημέρωσης δεδομένων, τον χρόνο υπολογισμού, την ακρίβεια και την αξιοπιστία του προσδιορισμού των συντεταγμένων. Μπορούν να εξοπλιστούν με πολλούς δέκτες, επιτρέποντάς τους να παρακολουθούν σχεδόν όλους τους δορυφόρους πλοήγησης εντός ραδιοφωνικής ορατότητας. Ο αριθμός των καναλιών λήψης δίνεται συνήθως στα τεχνικά δεδομένα του δέκτη. Εάν ο αριθμός των καναλιών λήψης είναι μικρότερος από τον αριθμό των παρατηρούμενων δορυφόρων, επιλέγεται αυτόματα ο βέλτιστος συνδυασμός των τελευταίων. Τα δεδομένα πλοήγησης ενημερώνονται κάθε δευτερόλεπτο. Ο χρόνος που απαιτείται για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων εξαρτάται από τον αριθμό των δορυφόρων που παρατηρούνται ταυτόχρονα και τη λειτουργία προσδιορισμού θέσης.

Οι συντεταγμένες μπορούν να προσδιοριστούν σε δύο τρόπους - 2D (δισδιάστατο) και 3D (τρισδιάστατο ή χωρικό). Στη λειτουργία 2D, προσδιορίζονται το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος, το υψόμετρο θεωρείται ότι είναι γνωστό. Για τη λειτουργία σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, αρκεί η παρουσία τριών δορυφόρων στη ζώνη ορατότητας ραδιοφώνου και ο χρόνος για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων δεν υπερβαίνει τα 2 λεπτά.

Ο προσδιορισμός των χωρικών συντεταγμένων ενός συνδρομητή σε λειτουργία 3D απαιτεί να υπάρχουν τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι στη ζώνη ορατότητας ραδιοφώνου. Ο χρόνος για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων δεν είναι μεγαλύτερος από 3 - 4 λεπτά. Η χρήση ενός δέκτη μόνο με σύστημα GPS ή μόνο με σύστημα GLONASS (περισσότερα για αυτό παρακάτω) θα παράσχει σφάλμα μικρότερο από 100 m. ψηλότερα και το σφάλμα θα είναι μόνο 15–20 m.

Κατά την εκτέλεση ορισμένων εργασιών, για παράδειγμα, γεωδαιτικής τοπογραφίας, απαιτείται υψηλή ακρίβεια στον προσδιορισμό των συντεταγμένων. Παρέχεται με μια διαφορική μέθοδο, όταν τα δεδομένα για τις συντεταγμένες ενός αντικειμένου, που μετρούνται από έναν δέκτη GPS, διευκρινίζονται συνδέοντάς τα με σταθερούς σταθμούς που βρίσκονται στο έδαφος, οι οποίοι είναι εξοπλισμένοι με δέκτες GPS, οι συντεταγμένες των οποίων είναι επακριβώς γνωστές. . Η ακρίβεια της μέτρησης των συντεταγμένων κυμαίνεται από αρκετά δεκατόμετρα έως 5 m.

Το μέγεθος του σφάλματος στον προσδιορισμό των συντεταγμένων επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Για να μειωθεί το μέγεθος του σφάλματος σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποιούνται ειδικά μέτρα, οπότε απλώς θα απαριθμήσουμε τους λόγους για την εμφάνιση σφαλμάτων.

1. Σφάλματα λόγω επιλεκτικής διαθεσιμότητας ή S/A. Αυτή η λειτουργία έχει διακοπεί αυτήν τη στιγμή, αλλά ο πάροχος υπηρεσιών GPS (Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ) μπορεί να την εισαγάγει σε ειδικές περιπτώσεις. Η τιμή του ριζικού μέσου τετραγώνου σφάλματος θα είναι περίπου 30 m.

2. Τα σφάλματα που σχετίζονται με τη διάδοση των ραδιοκυμάτων στην ιονόσφαιρα συμβαίνουν λόγω της καθυστέρησης στη διάδοση των σημάτων καθώς περνούν από την ιονόσφαιρα, η κατάσταση των οποίων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες (ώρα της ημέρας, έτος, επίπεδο ηλιακής δραστηριότητας) , και οδηγούν σε σφάλματα της τάξης των 20–30 m κατά τη διάρκεια της ημέρας και 3–6 m τη νύχτα.

3. Σφάλματα που προκαλούνται από τη διάδοση των ραδιοκυμάτων στην τροπόσφαιρα (κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας). Το σφάλμα κατά τη χρήση σημάτων με κωδικό C/A δεν υπερβαίνει τα 30 m.

4. Σφάλμα Εφημερίδας λόγω της ασυμφωνίας μεταξύ της πραγματικής και της υπολογιζόμενης θέσης Δορυφόρος GPS, το οποίο καθορίζεται σύμφωνα με το σήμα πλοήγησης που εκπέμπεται από την πλακέτα του. Η τιμή σφάλματος δεν υπερβαίνει τα 3 m.

5. Το σφάλμα στη χρονική κλίμακα του δορυφόρου οφείλεται στην ασυμφωνία μεταξύ των χρονικών κλιμάκων διαφορετικών δορυφόρων.

6. Σφάλμα στον προσδιορισμό της απόστασης από τον δορυφόρο. Αυτός είναι ένας στατιστικός δείκτης που υπολογίζεται για έναν συγκεκριμένο δορυφόρο και ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Η τιμή σφάλματος συνήθως δεν υπερβαίνει τα 10 m Ο δέκτης σήματος πλοήγησης για το σύστημα GPS αποτελείται από μια μονάδα λήψης και μια κεραία μικρού μεγέθους με ενισχυτή χαμηλού θορύβου. Η μονάδα λήψης είναι διαθέσιμη ως αυτόνομη συσκευήμε ενσωματωμένα τροφοδοτικά και με τη μορφή ξεχωριστής πλακέτας ενσωματωμένης στο τερματικό συνδρομητή.

Δορυφορικά συστήματα εντοπισμού θέσης και πλοήγησης, που αναπτύχθηκαν αρχικά για στρατιωτικές ανάγκες, Πρόσφαταχρησιμοποιούνται ευρέως στην πολιτική σφαίρα. Η παρακολούθηση μέσω GPS/GLONASS των μεταφορών, η παρακολούθηση ατόμων που χρειάζονται φροντίδα, η παρακολούθηση των μετακινήσεων των εργαζομένων, η παρακολούθηση ζώων, η παρακολούθηση αποσκευών, η γεωδαισία και η χαρτογραφία είναι οι κύριοι τομείς χρήσης των δορυφορικών τεχνολογιών.

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο παγκόσμια συστήματα δορυφορικού εντοπισμού θέσης που έχουν δημιουργηθεί στις ΗΠΑ και τη Ρωσική Ομοσπονδία, και δύο περιφερειακά, που καλύπτουν την Κίνα, τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης και μια σειρά από άλλες χώρες στην Ευρώπη και την Ασία. Η παρακολούθηση GLONASS και η παρακολούθηση GPS είναι διαθέσιμες στη Ρωσία.

Συστήματα GPS και GLONASS

Το GPS (Global Position System) είναι ένα δορυφορικό σύστημα του οποίου η ανάπτυξη ξεκίνησε στην Αμερική το 1977. Μέχρι το 1993, το πρόγραμμα είχε αναπτυχθεί και τον Ιούλιο του 1995, το σύστημα ήταν πλήρως έτοιμο. Επί του παρόντος χώρος Δίκτυο GPSαποτελείται από 32 δορυφόρους: 24 κύριους, 6 εφεδρικούς. Περιφέρονται γύρω από τη Γη σε μια μεσαία-υψηλή τροχιά (20.180 km) σε έξι επίπεδα, με τέσσερις κύριους δορυφόρους στο καθένα.

Υπάρχει ένας κύριος σταθμός ελέγχου και δέκα σταθμοί παρακολούθησης στο έδαφος, τρεις από τους οποίους εκπέμπουν σε δορυφόρους τελευταίας γενιάςδεδομένα διόρθωσης και τα διανέμουν σε ολόκληρο το δίκτυο.

Η ανάπτυξη του συστήματος GLONASS (Global Navigation Satellite System) ξεκίνησε στην ΕΣΣΔ το 1982. Η ολοκλήρωση των εργασιών ανακοινώθηκε τον Δεκέμβριο του 2015. Το GLONASS απαιτεί 24 δορυφόρους για να λειτουργήσει, 18 επαρκούν για να καλύψουν την επικράτεια και τη Ρωσική Ομοσπονδία και ο συνολικός αριθμός δορυφόρων που βρίσκονται σε αυτή τη στιγμήσε τροχιά (συμπεριλαμβανομένων των εφεδρικών) - 27. Κινούνται επίσης σε τροχιά μεσαίου-υψηλού, αλλά σε χαμηλότερο υψόμετρο (19.140 χλμ.), σε τρία επίπεδα, με οκτώ κύριους δορυφόρους στο καθένα.

Οι επίγειοι σταθμοί GLONASS βρίσκονται στη Ρωσία (14), στην Ανταρκτική και στη Βραζιλία (ένας η καθεμία), και σχεδιάζεται να αναπτυχθεί ένας αριθμός πρόσθετων σταθμών.

Ο προκάτοχος του GPS ήταν το σύστημα Transit, το οποίο αναπτύχθηκε το 1964 για τον έλεγχο της εκτόξευσης πυραύλων από υποβρύχια. Μπορούσε να εντοπίσει αποκλειστικά ακίνητα αντικείμενα με ακρίβεια 50 m και ο μόνος δορυφόρος βρισκόταν στο οπτικό πεδίο μόνο για μία ώρα την ημέρα. Το πρόγραμμα GPS ονομαζόταν παλαιότερα DNSS και NAVSTAR. Στην ΕΣΣΔ, η δημιουργία ενός δορυφορικού συστήματος πλοήγησης ξεκίνησε το 1967 ως μέρος του προγράμματος Cyclone.

Οι κύριες διαφορές μεταξύ των συστημάτων παρακολούθησης GLONASS και GPS:

• Οι αμερικανικοί δορυφόροι κινούνται συγχρονισμένα με τη Γη, ενώ οι ρωσικοί δορυφόροι κινούνται ασύγχρονα.
• διαφορετικά ύψη και αριθμός τροχιών.
• Οι διαφορετικές γωνίες κλίσης τους (περίπου 55° για το GPS, 64,8° για το GLONASS).
• διαφορετικές μορφές σήματος και συχνότητες λειτουργίας.

Τα οφέλη του GPS

• Το GPS είναι το παλαιότερο υπάρχοντα συστήματατοποθέτησης, τέθηκε σε πλήρη ετοιμότητα πριν από τη ρωσική.
• Η αξιοπιστία προέρχεται από τη χρήση περισσότεροεφεδρικούς δορυφόρους.
• Ο εντοπισμός θέσης γίνεται με μικρότερο σφάλμα από το GLONASS (κατά μέσο όρο 4 m και για δορυφόρους τελευταίας γενιάς - 60–90 cm).
• Πολλές συσκευές υποστηρίζουν το σύστημα.

Πλεονεκτήματα του συστήματος GLONASS

• Η θέση των ασύγχρονων δορυφόρων σε τροχιά είναι πιο σταθερή, γεγονός που καθιστά ευκολότερο τον έλεγχό τους. Δεν απαιτούνται τακτικές ρυθμίσεις. Αυτό το πλεονέκτημα είναι σημαντικό για τους ειδικούς και όχι για τους καταναλωτές.
• Το σύστημα δημιουργήθηκε στη Ρωσία, επομένως εξασφαλίζει αξιόπιστη λήψη σήματος και ακρίβεια τοποθέτησης στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω της μεγαλύτερης γωνίας κλίσης των δορυφορικών τροχιών.
• Το GLONASS είναι ένα εγχώριο σύστημα και θα παραμείνει διαθέσιμο στους Ρώσους εάν το GPS είναι απενεργοποιημένο.

Μειονεκτήματα του συστήματος GPS

• Οι δορυφόροι περιστρέφονται ταυτόχρονα με την περιστροφή της Γης, επομένως η ακριβής τοποθέτηση απαιτεί τη λειτουργία διορθωτικών σταθμών.
• Η χαμηλή γωνία κλίσης δεν παρέχει καλό σήμακαι ακριβής τοποθέτηση σε πολικές περιοχές και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη.
• Το δικαίωμα ελέγχου του συστήματος ανήκει στον στρατό και μπορούν να παραμορφώσουν το σήμα ή να απενεργοποιήσουν εντελώς το GPS για πολίτες ή για άλλες χώρες σε περίπτωση σύγκρουσης μαζί τους. Επομένως, αν και το GPS για μεταφορά είναι πιο ακριβές και βολικό, το GLONASS είναι πιο αξιόπιστο.

Μειονεκτήματα του συστήματος GLONASS

• Η ανάπτυξη του συστήματος ξεκίνησε αργότερα και μέχρι πρόσφατα γινόταν με σημαντική υστέρηση έναντι των Αμερικανών (κρίση, οικονομική κατάχρηση, κλοπή).
• Ημιτελές σύνολο δορυφόρων. Διάρκεια υπηρεσίας Ρωσικοί δορυφόροιχαμηλότερα από τα αμερικανικά, χρειάζονται επισκευές πιο συχνά, επομένως η ακρίβεια της πλοήγησης σε μια σειρά από τομείς μειώνεται.
• Η δορυφορική παρακολούθηση της μεταφοράς GLONASS είναι πιο ακριβή από το GPS λόγω του υψηλού κόστους των συσκευών που είναι προσαρμοσμένες να λειτουργούν με οικιακό σύστηματοποθέτησης.
• Ελάττωμα λογισμικόγια smartphone, PDA. Οι μονάδες GLONASS σχεδιάστηκαν για πλοηγούς. Για συμπαγείς φορητές συσκευές σήμερα, τα πιο κοινά και προσιτή επιλογή– υποστηρίζει μόνο GPS-GLONASS ή GPS.

Περίληψη

Τα συστήματα GPS και GLONASS είναι συμπληρωματικά. Η βέλτιστη λύση είναι δορυφορικό GPS-GLONASSπαρακολούθηση. Συσκευές με δύο συστήματα, για παράδειγμα, δείκτες GPS με τη μονάδα M-Plata GLONASS, παρέχουν υψηλή ακρίβεια εντοπισμού θέσης και αξιόπιστη λειτουργία. Εάν για τον εντοπισμό θέσης αποκλειστικά με χρήση GLONASS το σφάλμα είναι κατά μέσο όρο 6 m και για το GPS - 4 m, τότε όταν χρησιμοποιείτε δύο συστήματα ταυτόχρονα μειώνεται σε 1,5 m, αλλά τέτοιες συσκευές με δύο μικροτσίπ είναι πιο ακριβές.

Το GLONASS αναπτύχθηκε ειδικά για ρωσικά γεωγραφικά πλάτη και είναι δυνητικά ικανό να παρέχει υψηλή ακρίβεια λόγω της υποστελέχωσης του με δορυφόρους, το πραγματικό πλεονέκτημα εξακολουθεί να είναι στο πλευρό του GPS. πλεονεκτήματα αμερικανικό σύστημαείναι η προσβασιμότητα και ευρεία επιλογήσυσκευές με υποστήριξη GPS.

Οι σύγχρονες τεχνολογίες δορυφορικής πλοήγησης παρέχουν προσδιορισμό θέσης με ακρίβεια περίπου 10-15 μέτρων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό είναι αρκετό, ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτούνται περισσότερα: ας πούμε, ένα αυτόνομο drone που κινείται αρκετά γρήγορα πάνω από την επιφάνεια της γης θα αισθάνεται άβολα σε ένα σύννεφο συντεταγμένων με σφάλματα μετρητή.

Για την αποσαφήνιση των δορυφορικών δεδομένων, χρησιμοποιούνται διαφορικά συστήματα και τεχνολογίες RTK (κινηματική σε πραγματικό χρόνο), αλλά μέχρι πρόσφατα, τέτοιες συσκευές ήταν ακριβές και δυσκίνητες. Τελευταία επιτεύγματα ψηφιακή τεχνολογίαο μικροϋπολογιστής Intel Edison βοήθησε στην επίλυση αυτού του προβλήματος. Γνωρίστε λοιπόν: Reach - ο πρώτος συμπαγής δέκτης GPS υψηλής ακρίβειας, πολύ προσιτός και, επιπλέον, αναπτύχθηκε στη Ρωσία.

Αρχικά, ας μιλήσουμε λίγο για τις διαφορικές τεχνολογίες που επιτρέπουν στο Reach να επιτύχει τόσο υψηλά αποτελέσματα. Είναι γνωστά και εφαρμόζονται ευρέως. Διαφορικός συστήματα πλοήγησης(DNSS) βελτιώνει την ακρίβεια προσδιορισμός τοποθεσίαςκαι τις ταχύτητες των κινητών χρηστών παρέχοντας δεδομένα μέτρησης ή πληροφορίες διόρθωσης από έναν ή περισσότερους σταθμούς βάσης.

Συντεταγμένες του καθενός σταθμός βάσηςείναι γνωστά με υψηλή ακρίβεια, έτσι ώστε οι μετρήσεις του σταθμού να χρησιμεύουν για τη βαθμονόμηση δεδομένων από κοντινούς δέκτες. Ο δέκτης μπορεί να υπολογίσει τη θεωρητική απόσταση και το χρόνο διάδοσης του σήματος μεταξύ του ίδιου και κάθε δορυφόρου. Όταν αυτές οι θεωρητικές τιμές συγκρίνονται με δεδομένα παρατήρησης, οι διαφορές αντιπροσωπεύουν σφάλματα στα λαμβανόμενα σήματα. Οι διορθωτικές πληροφορίες (δεδομένα RTCM) λαμβάνονται από αυτές τις διαφορές.

Ακρίβεια προσδιορισμού συντεταγμένων με χρήση του Reach. Δώστε προσοχή στην κλίμακα.

Οι διορθωτικές πληροφορίες μπορούν να ληφθούν από τη συσκευή Reach από δύο πηγές. Πρώτον από δημόσιο δίκτυοσταθμούς βάσης μέσω Διαδικτύου χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο NTRIP (Networked Transport of RTCM via Πρωτόκολλο Διαδικτύου), υλοποιώντας την ιδέα που περιγράφηκε παραπάνω σε σχέση με ένα παγκόσμιο δίκτυο υπολογιστών. Δεύτερον, με τη βοήθεια του δεύτερου Reach, το οποίο καταλαμβάνει μια ακίνητη θέση κοντά στο πρώτο και είναι έτσι ένας σταθμός βάσης όσον αφορά το DNSS. Η δεύτερη επιλογή είναι προτιμότερη (η ακρίβεια DNSS μειώνεται σημαντικά με την αύξηση της απόστασης μεταξύ του δέκτη και του BS) - δεν είναι τυχαίο ότι ως μέρος της καμπάνιας crowdfunding στον ιστότοπο Indiegogo, οι δημιουργοί του Reach προσφέρουν την πρώτη θέση για να αγοράσουν ένα σύνολο δύο συσκευές.

Οι προδιαγραφές της συσκευής φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Όπως μπορείτε να δείτε, το υλικό αποτελείται από 3 μέρη: Υπολογιστής Intel Edison, που εκτελεί το Linux OS και το λογισμικό RTK RTKLIB. Δέκτης GPS U-blox NEO-M8T και κεραία Tallysman TW4721. Σημειώστε ότι ο δέκτης υποστηρίζει όλα τα υπάρχοντα δορυφορικά συστήματα: GPS, GLONASS, Beidou και QZSS. Αυτό το σύνολο εξαρτημάτων λογισμικού και υλικού παρέχει εντυπωσιακή ακρίβεια προσδιορισμού συντεταγμένων: έως 2 cm!
Ποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει μια τέτοια συσκευή; Όπως προαναφέρθηκε, οι δημιουργοί διαφόρων φορητών ρομποτικών, αυτόνομων και όχι τόσο? Επιπλέον, δεδομένου του χαμηλού κόστους του (προπαραγγελία 545 $ για ένα διπλό σετ και 285 $ για ένα μονό σετ), θα απευθύνεται όχι μόνο στους επαγγελματίες, αλλά και στους λάτρεις. Στη συνέχεια, στους μεταγλωττιστές διάφορα είδηκάρτες, και πάλι, συμπεριλαμβανομένων των ερασιτεχνών. Λοιπόν, μόνο σπασίκλες που θέλουν να μάθουν την τοποθεσία τους μέχρι το εκατοστό.

Οι δημιουργοί του Reach, η εταιρεία Emlid, απέδωσαν με επιτυχία στον ιστότοπο indiegogo: σε λιγότερο από ένα μήνα συγκεντρώθηκε σχεδόν το διπλάσιο του ζητούμενου ποσού. Αυτό σημαίνει ότι το έργο σίγουρα θα υλοποιηθεί. Έχετε ακόμα χρόνο να προπαραγγείλετε και να είστε από τους πρώτους που θα λάβετε μια εντελώς νέα συσκευή πλοήγησης. Η διανομή των εμπορευμάτων έχει προγραμματιστεί για τον Ιούλιο.

Έχετε χαθεί ποτέ και ευχηθήκατε με όλη σας την καρδιά ότι υπήρχε ένας εύκολος τρόπος για να μάθετε ποιο δρόμο να ακολουθήσετε; Ή βρείτε ένα υπέροχο μέρος για ψάρεμα ή κυνήγι και δεν θυμάστε πώς να επιστρέψετε εύκολα σε αυτό; Τι γίνεται με το να ανακαλύψετε σε μια πεζοπορία ότι έχετε χάσει το δρόμο σας και δεν ξέρετε πώς να επιστρέψετε στην κατασκήνωση ή το αυτοκίνητό σας; Κατά τη διάρκεια της πτήσης σας, χρειάστηκε να εντοπίσετε το πλησιέστερο αεροδρόμιο ή να προσδιορίσετε τον εναέριο χώρο στον οποίο βρισκόσασταν; Μπορεί να έχετε αντιμετωπίσει το πρόβλημα να τραβήξετε στην άκρη του δρόμου και να ζητήσετε από κάποιον οδηγίες.

Η τεχνολογία GPS αλλάζει ραγδαία τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι πλοηγούνται στη γη. Είτε πρόκειται για διασκέδαση, για να σώσετε μια ζωή, για να φτάσετε εκεί γρηγορότερα ή σχεδόν οτιδήποτε άλλο μπορείτε να σκεφτείτε, η πλοήγηση GPS γίνεται πιο συνηθισμένη κάθε μέρα.

Τι είναι τελικά το GPS;

GPS - Παγκόσμιο σύστημα πλοήγησης και εντοπισμού θέσης. Ένα δίκτυο δορυφόρων που μεταδίδουν συνεχώς κωδικοποιημένες πληροφορίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό τοποθεσιών στη γη μετρώντας την απόσταση από τους δορυφόρους.

Όπως αναφέρεται στα παραπάνω Ανίχνευση GPSπου σημαίνει Παγκόσμιο ΣύστημαΣύστημα εντοπισμού θέσης (Global Positioning System), και αναφέρεται σε μια ομάδα δορυφόρων του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ που βρίσκονται συνεχώς σε τροχιά γύρω από τη Γη. Οι δορυφόροι μεταδίδουν ραδιοσήματα χαμηλής ισχύος, επιτρέποντας σε οποιονδήποτε διαθέτει συσκευή GPS να προσδιορίσει τη θέση του στη Γη. Η δημιουργία αυτού του αξιοσημείωτου συστήματος δεν ήταν φθηνή και κόστισε στις Ηνωμένες Πολιτείες δισεκατομμύρια δολάρια. Ρεύμα Συντήρηση, συμπεριλαμβανομένης της εκτόξευσης νέων δορυφόρων προς αντικατάσταση παλαιών, αυξάνει το κόστος του συστήματος. Παραδόξως, το GPS προηγείται της εμφάνισης των προσωπικών υπολογιστών. Αυτό που μπορεί να μην είχαν προβλέψει οι προγραμματιστές είναι η μέρα που θα μπορούμε να φοράμε μικρούς πλοηγούς GPS που ζυγίζουν λιγότερο από ένα κιλό που όχι μόνο θα μας λένε πού βρισκόμαστε στο σύστημα συντεταγμένων (γεωγραφικό μήκος/γεωγραφικό πλάτος), αλλά θα μας δείχνουν ακόμη και την τοποθεσία μας επί ηλεκτρονικός χάρτηςμε πόλεις, δρόμους κ.λπ.

Αρχικά, οι προγραμματιστές σκέφτηκαν τη στρατιωτική χρήση. Οι δέκτες GPS θα εξυπηρετούσαν τους σκοπούς της πλοήγησης, της ανάπτυξης στρατευμάτων και του συντονισμού των πυρών του πυροβολικού (μεταξύ άλλων χρήσεων). Ευτυχώς, διοικητική απόφαση το 1980 έκανε τον πλοηγό GPS διαθέσιμο και για πολιτική χρήση. Τώρα όλοι μπορούν να εκτιμήσουν τα οφέλη του GPS! Οι δυνατότητες είναι σχεδόν απεριόριστες. Μερικές φορές οι άνθρωποι ρωτούν εάν αυτό το σύστημα είναι δωρεάν στη χρήση - ΝΑΙ! (Λοιπόν, στην πραγματικότητα η πληρωμή σας ήταν οι φόροι που πληρώσατε). Έτσι, απλώς αποσυμπιέστε το GPS σας, βάλτε τις μπαταρίες και βουτήξτε μέσα! ο πιο ενδιαφέροντα κόσμος Πλοήγηση GPS.

Ποιος χρησιμοποιεί GPS;

Ο πλοηγός GPS έχει πολλές χρήσεις στην ξηρά, στο νερό και στον αέρα. Βασικά, ένα GPS σάς επιτρέπει να καταγράψετε ή να ορίσετε σημεία θέσης στη γη και σας βοηθά να πλοηγηθείτε από και προς αυτά τα σημεία. Ο πλοηγός GPS μπορεί να χρησιμοποιηθεί παντού, εκτός από μέρη όπου δεν υπάρχει λήψη σήματος, π.χ. σε εσωτερικούς χώρους, σε σπηλιές, χώρους στάθμευσης και άλλους χώρους που βρίσκονται υπόγεια, καθώς και κάτω από το νερό.

Στον αέρα και στο νερό, το GPS χρησιμοποιείται κυρίως για πλοήγηση, αλλά στην ξηρά οι εφαρμογές του είναι πιο ποικίλες. Οι πλοηγοί GPS χρησιμοποιούνται από επιστήμονες για διάφορους σκοπούς. Οι τοπογράφοι κάνουν όλο και περισσότερο τη δουλειά τους χρησιμοποιώντας έναν πλοηγό GPS, ο οποίος μειώνει σημαντικά το κόστος της έρευνας και παρέχει επίσης εκπληκτική ακρίβεια. Γενικά, ο εξοπλισμός αναγνώρισης παρέχει ακρίβεια έως και ένα μέτρο. Περισσότερο ακριβά συστήματαμπορεί να παρέχει ακρίβεια μέσα σε ένα εκατοστό! Στον τομέα της αναψυχής, η χρήση ενός πλοηγού GPS είναι τόσο διαφορετική όσο και ο αριθμός των τύπων αναψυχής. Οι πλοηγοί GPS γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς μεταξύ τουριστών, κυνηγών, ορειβατών, σκιέρ κ.λπ. Εάν ενδιαφέρεστε για ένα άθλημα ή για οποιαδήποτε δραστηριότητα στην οποία πρέπει να παρακολουθείτε την τοποθεσία σας, λάβετε οδηγίες συγκεκριμένο μέροςή ξέρω. προς ποια κατεύθυνση και πόσο γρήγορα κινείστε, θα εκτιμήσετε όλα τα πλεονεκτήματα της πλοήγησης GPS.

Η πλοήγηση GPS γίνεται γρήγορα συνηθισμένη στα αυτοκίνητα. Ορισμένα ενσωματωμένα συστήματα παρέχουν υποστήριξη σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης στο δρόμο - με το πάτημα ενός κουμπιού, η τρέχουσα θέση του οχήματος μεταδίδεται στο κέντρο αποστολής. Πιο προηγμένα συστήματα μπορούν να εμφανίσουν τη θέση του αυτοκινήτου χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρονικό χάρτη, επιτρέποντας στους οδηγούς να ελέγχουν τη διαδρομή και να αναζητούν τις επιθυμητές διευθύνσεις, εστιατόρια, ξενοδοχεία και άλλα αντικείμενα. Ορισμένοι πλοηγοί GPS μπορούν ακόμη και να δημιουργήσουν αυτόματα μια διαδρομή και να σας δώσουν οδηγίες μία προς μία για έναν καθορισμένο προορισμό.

Δεν χρειάζεται να είστε επιστήμονας για να μάθετε πώς λειτουργεί η πλοήγηση GPS. Το μόνο που χρειάζεστε είναι λίγο ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣσυν την επιθυμία να εξερευνήσετε και να κατανοήσετε τον κόσμο της πλοήγησης GPS. Μην αφήνετε έννοιες όπως «ψευδοτυχαία», «αντι-πλαστογράφηση» και «ψευδοκώδικας» να σας εκφοβίζουν. Ας γνωριστούμε και ας γνωριστούμε καλύτερο εργαλείοπλοήγηση από την εφεύρεση της πυξίδας - GPS navigator!

3 τμήματα GPS

Το σύστημα NAVSTAR (η επίσημη ονομασία του GPS στο Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ) αποτελείται από ένα διαστημικό τμήμα (δορυφόροι), ένα τμήμα ελέγχου (σταθμοί εδάφους) και ένα τμήμα χρήστη (εσείς και ο πλοηγός GPS σας).

Τώρα ας πάρουμε τα τρία μέρη του συστήματος και ας τα συζητήσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον τρόπο λειτουργίας της πλοήγησης GPS.

Διαστημικό τμήμα

Το διαστημικό τμήμα, το οποίο αποτελείται από τουλάχιστον 24 δορυφόρους (21 ενεργούς και 3 εφεδρικούς) είναι η καρδιά του συστήματος. Οι δορυφόροι βρίσκονται σε αυτό που ονομάζεται «υψηλή τροχιά» σε υψόμετρο περίπου 12 χιλιάδων μιλίων πάνω από την επιφάνεια της Γης. Η λειτουργία σε τόσο μεγάλο υψόμετρο επιτρέπει στα σήματα να καλύπτουν μεγαλύτερη περιοχή. Οι δορυφόροι είναι τοποθετημένοι σε τροχιά έτσι ώστε ένας πλοηγός GPS στο έδαφος να μπορεί πάντα να λαμβάνει σήματα από τουλάχιστον τέσσερις από αυτούς ανά πάσα στιγμή.

Οι δορυφόροι περιφέρονται σε τροχιά με 7.000 μίλια την ώρα, επιτρέποντάς τους να περιφέρονται γύρω από τη γη κάθε 12 ώρες. Τροφοδοτούνται από ηλιακή ενέργεια και είναι σχεδιασμένα να διαρκούν περίπου 10 χρόνια. Σε περίπτωση απώλειας ηλιακή ενέργεια(εκλείψεις κ.λπ.) οι δορυφόροι έχουν εφεδρικές μπαταρίες. Οι δορυφόροι είναι επίσης εξοπλισμένοι με μικρά οχήματα εκτόξευσης που διορθώνουν την τροχιά περιστροφής.

Οι πρώτοι δορυφόροι GPS εκτοξεύτηκαν στο διάστημα το 1978. Ο πλήρης αστερισμός των 24 δορυφόρων ελήφθη το 1994, ολοκληρώνοντας τη δημιουργία του συστήματος. Τα χρήματα για την αγορά νέων δορυφόρων και την εκτόξευση τους για τη διατήρηση της λειτουργικότητας του συστήματος τα επόμενα χρόνια περιλαμβάνονται στον προϋπολογισμό του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ.

Κάθε δορυφόρος εκπέμπει ραδιοσήματα χαμηλής ισχύος σε διάφορες συχνότητες (αποκλειστικά L1, L2, κ.λπ.). Οι μη στρατιωτικοί πλοηγοί GPS «ακούν» τη συχνότητα L1 των 1575,42 MHz στη ζώνη εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων. Τα σήματα περνούν από τη «γραμμή της όρασης», που σημαίνει ότι θα περάσουν μέσα από σύννεφα, γυαλί και πλαστικό, αλλά δεν θα περάσουν από τα περισσότερα στερεά αντικείμενα όπως κτίρια και βουνά.

Για να σας δώσουμε μια ιδέα για τη θέση του σήματος L1 στο φάσμα του ραδιοφώνου, σκεφτείτε τους αγαπημένους σας ραδιοφωνικούς σταθμούς FM που λειτουργούν σε συχνότητες κάπου μεταξύ 88 και 108 MHz (και ακούγονται πολύ καλύτερα!). Τα δορυφορικά σήματα είναι πολύ χαμηλής ισχύος, περίπου 20-50 W. Για σύγκριση, ένας ραδιοφωνικός σταθμός FM είναι περίπου 100.000 Watt. Τώρα φανταστείτε πόσο δύσκολο είναι να προσπαθήσετε να ακούσετε έναν ραδιοφωνικό σταθμό 50 watt να εκπέμπει σε υψόμετρο 12.000 μιλίων! Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να έχετε καθαρή θέα στον ουρανό όταν χρησιμοποιείτε μια συσκευή GPS.

Το L1 περιέχει δύο σήματα "ψευδοτυχαία" (σύνθετο ψηφιακό μοτίβο κωδικών), τον κωδικό Προστατευμένο (P) και τον κωδικό πρόσβασης Πολιτικής (C/A). Κάθε δορυφόρος εκπέμπει έναν μοναδικό κωδικό που επιτρέπει στον δέκτη GPS να αναγνωρίζει τα σήματα. Το "Anti-spoofing" αναφέρεται στην κρυπτογράφηση του κωδικού P για την αποτροπή μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης. Ο κωδικός P ονομάζεται επίσης κωδικός "P(Y)" ή "Y".

Ο κύριος σκοπός αυτών των κωδικοποιημένων σημάτων είναι να μπορούν να υπολογίσουν τον χρόνο ταξιδιού (ή την ώρα άφιξης του σήματος) από τον δορυφόρο στον πλοηγό GPS στο έδαφος. Ο χρόνος ταξιδιού πολλαπλασιαζόμενος με την ταχύτητα του φωτός είναι ίσος με το εύρος του δορυφόρου (η απόσταση από τον δορυφόρο στον πλοηγό GPS). Το μήνυμα πλοήγησης (πληροφορίες που μεταδίδουν οι δορυφόροι στον πλοηγό GPS) περιέχει δεδομένα σχετικά με την τροχιά του δορυφόρου, την ώρα του συστήματος, τη γενική κατάσταση του συστήματος, καθώς και ένα μοντέλο καθυστέρησης σήματος στην ιονόσφαιρα. Τα δορυφορικά σήματα υπολογίζονται χρησιμοποιώντας εξαιρετικά ακριβή ατομικά ρολόγια.

Τμήμα ελέγχου

Το τμήμα ελέγχου κάνει αυτό που υποδηλώνει το όνομά του - "παρακολουθεί" δορυφόρους GPS, παρακολουθώντας τους και παρέχοντάς τους σωστές πληροφορίες τροχιάς και χρονισμού. Υπάρχουν πέντε σταθμοί ελέγχου στο έδαφος - τέσσερις σταθμοί παρακολούθησης και ένας κύριος σταθμός ελέγχου. Τέσσερις σταθμοί λαμβάνουν συνεχώς δεδομένα από τους δορυφόρους και στη συνέχεια μεταδίδουν πληροφορίες στον κύριο σταθμό ελέγχου, ο οποίος «διορθώνει» τα δορυφορικά δεδομένα και, μαζί με δύο άλλες περιοχές κεραιών, μεταδίδει (ανοδικά) πληροφορίες στους δορυφόρους GPS.

Τμήμα χρήστη

Το τμήμα χρήστη περιλαμβάνει εσάς και τον πλοηγό σας GPS. Όπως αναφέρθηκε, το τμήμα χρηστών αποτελείται από τουρίστες, πιλότους, κυνηγούς, στρατιωτικούς και άλλους που θέλουν να μάθουν πού βρίσκονται, πού έχουν πάει ή πού πηγαίνουν.
Πλοήγηση GPS – Πώς λειτουργεί;

Τοποθεσία

Τώρα ας μιλήσουμε για το πώς λειτουργεί. Ένας πλοηγός GPS πρέπει να γνωρίζει δύο πράγματα για να κάνει τη δουλειά του. Πρέπει να γνωρίζει ΠΟΥ βρίσκονται οι δορυφόροι (τοποθεσία) και πόσο μακριά βρίσκονται (απόσταση). Ας δούμε πρώτα πώς ένας πλοηγός GPS γνωρίζει πού βρίσκονται οι δορυφόροι στο διάστημα. Ο πλοηγός GPS λαμβάνει δύο τύπους κωδικοποιημένων πληροφοριών από δορυφόρους. Ένας τύπος πληροφοριών, που ονομάζεται «αλμανάκ», περιέχει δεδομένα για τη θέση των δορυφόρων. Αυτά τα δεδομένα μεταδίδονται συνεχώς και αποθηκεύονται στη μνήμη του πλοηγού GPS, ώστε να γνωρίζει τις τροχιές των δορυφόρων και πού αναμένεται να βρίσκεται κάθε δορυφόρος. Τα δεδομένα ημερολογίου ενημερώνονται περιοδικά καθώς μετακινούνται οι δορυφόροι. Οποιοσδήποτε δορυφόρος μπορεί να απομακρυνθεί ελαφρώς εκτός τροχιάς και οι επίγειοι σταθμοί παρακολουθούν συνεχώς την τροχιά, το υψόμετρο, τη θέση και την ταχύτητα των δορυφόρων. παρακολουθεί συνεχώς την τροχιά, το υψόμετρο, τη θέση και την ταχύτητα των δορυφόρων. Οι επίγειοι σταθμοί στέλνουν τροχιακά δεδομένα στον κύριο σταθμό ελέγχου, ο οποίος με τη σειρά του μεταδίδει τα διορθωμένα δεδομένα πίσω στους δορυφόρους. Αυτά τα διορθωμένα δεδομένα δορυφορικής θέσης ονομάζονται δεδομένα εφημερίς, τα οποία ισχύουν για περίπου τέσσερις ή έξι ώρες και μεταδίδονται στο GPS ως κωδικοποιημένες πληροφορίες.

Έτσι, έχοντας λάβει δεδομένα αλμανάκ και εφημερίς, ο πλοηγός GPS γνωρίζει πάντα τη θέση των δορυφόρων.

χρόνος

Ακόμα κι αν ένας πλοηγός GPS γνωρίζει την ακριβή θέση των δορυφόρων στο διάστημα, πρέπει να γνωρίζει πόσο μακριά βρίσκονται (απόσταση) προκειμένου να προσδιορίσει τη θέση του στη γη. Υπάρχει απλή φόρμουλα, λέγοντας στον δέκτη πόσο απέχει από κάθε δορυφόρο:

η απόσταση από έναν δεδομένο δορυφόρο είναι ίση με την ταχύτητα μεταδιδόμενο σήμα, πολλαπλασιαζόμενο με το χρόνο που απαιτείται για να ταξιδέψει το σήμα από τον δορυφόρο στον πλοηγό GPS (Ταχύτητα x Χρόνος Ταξιδίου Σήματος = Απόσταση).

Θυμηθείτε πώς καθορίσατε πόσο μακριά ήταν μια καταιγίδα από εσάς όταν ήσασταν παιδί. Όταν είδες κεραυνό, μετρούσες πόσα δευτερόλεπτα θα χρειαζόταν μέχρι να ακουστεί η βροντή. Όσο περισσότερο μετρούσαν, τόσο πιο μακριά ήταν η καταιγίδα. Η πλοήγηση GPS λειτουργεί με την ίδια αρχή, που ονομάζεται "Ώρα άφιξης".

Χρησιμοποιώντας τον βασικό τύπο για τον προσδιορισμό της απόστασης, ο δέκτης γνωρίζει ήδη την ταχύτητα. Αυτή είναι η ταχύτητα ενός ραδιοκύματος - 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο (η ταχύτητα του φωτός), λαμβάνοντας υπόψη την καθυστέρηση του σήματος καθώς διέρχεται από την ατμόσφαιρα της Γης.

Τώρα ο πλοηγός GPS πρέπει να προσδιορίσει το στοιχείο χρόνου του τύπου. Η απάντηση βρίσκεται στα κωδικοποιημένα σήματα που μεταδίδουν οι δορυφόροι. Ο μεταδιδόμενος κώδικας ονομάζεται "ψευδοτυχαίος κώδικας" επειδή είναι παρόμοιος με ένα σήμα θορύβου. Όταν ένας δορυφόρος δημιουργεί έναν ψευδοτυχαίο κωδικό, ο πλοηγός GPS δημιουργεί τον ίδιο κωδικό και προσπαθεί να τον αντιστοιχίσει με τον δορυφορικό κωδικό. Η συσκευή GPS συγκρίνει τους δύο κωδικούς για να καθορίσει πόσο χρειάζεται να καθυστερήσει (ή να μετατοπίσει) τον κωδικό της ώστε να ταιριάζει με τον κωδικό του δορυφόρου. Για να ληφθεί η απόσταση, ο χρόνος καθυστέρησης (μετατόπιση) πολλαπλασιάζεται με την ταχύτητα του φωτός.

Τα ρολόγια GPS δεν παρακολουθούν την ώρα τόσο με ακρίβεια όσο τα δορυφορικά ρολόγια. Η ενσωμάτωση ενός ατομικού ρολογιού σε έναν πλοηγό GPS θα το έκανε πολύ μεγαλύτερο και πολύ πιο ακριβό! Επομένως, κάθε μέτρηση απόστασης απαιτεί διόρθωση για το ποσό του εσωτερικού σφάλματος. ώρες GPSπλοηγός. Για το λόγο αυτό, η μέτρηση απόστασης αναφέρεται ως «ψευδο-απόσταση». Για να προσδιορίσετε μια θέση χρησιμοποιώντας δεδομένα ψευδο-απόστασης, είναι απαραίτητο να παρακολουθήσετε και να υπολογίσετε εκ νέου τα καταγεγραμμένα δεδομένα από τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους, έτσι ώστε το σφάλμα να εξαφανιστεί.

Γίνεται πλήρης κύκλος

Τώρα που έχουμε και τη θέση του δορυφόρου και την απόστασή του, ο δέκτης μπορεί να καθορίσει τη θέση του. Ας υποθέσουμε ότι είμαστε 11.000 μίλια μακριά από τον δορυφόρο. Τότε η τοποθεσία μας θα είναι κάπου σε μια συμβατική σφαίρα με έναν δορυφόρο στο κέντρο με ακτίνα 11.000 μιλίων. Στη συνέχεια, ας πούμε ότι είμαστε 12.000 μίλια μακριά από έναν άλλο δορυφόρο. Η δεύτερη σφαίρα θα τέμνεται με την πρώτη, σχηματίζοντας έναν κοινό κύκλο. Εάν προσθέσετε έναν τρίτο δορυφόρο, 13.000 μίλια μακριά, υπάρχουν δύο κοινά σημεία όπου τέμνονται οι τρεις σφαίρες.
Αν και υπάρχουν δύο πιθανές θέσεις, διαφέρουν πολύ ως προς το γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος και υψόμετρο. Για να προσδιορίσετε ποιο από τα δύο σημεία αντιστοιχεί στην πραγματική σας θέση, ο πλοηγός GPS πρέπει επίσης να υποδείξει το κατά προσέγγιση υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Αυτό θα επιτρέψει στον δέκτη να υπολογίσει μια θέση 2 αξόνων (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος). Εάν υπάρχει τέταρτος δορυφόρος GPS, ο πλοηγός θα μπορεί να προσδιορίσει τη θέση των 3 συντεταγμένων (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος, υψόμετρο). Έτσι, ας υποθέσουμε ότι η απόσταση από τον τέταρτο δορυφόρο είναι 10.000 μίλια. Τώρα έχουμε μια τέταρτη σφαίρα που τέμνει τις τρεις πρώτες σε ένα κοινό σημείο.

Δεδομένα αλμανάκ

Ο πλοηγός GPS αποθηκεύει πάντα δεδομένα σχετικά με τη θέση των δορυφόρων. Αυτά τα δεδομένα ονομάζονται αλμανάκ. Μερικές φορές όταν ο πλοηγός GPS για πολύ καιρόδεν ενεργοποιείται, τα δεδομένα ημερολογίου γίνονται ξεπερασμένα ή "κρύα". Όταν ο πλοηγός GPS είναι κρύος, η δημιουργία σύνδεσης με τον δορυφόρο μπορεί να διαρκέσει περισσότερο. Ένας πλοηγός GPS θεωρείται «ζεστός» εάν έχουν συλλεχθεί δεδομένα από δορυφόρους τις τελευταίες τέσσερις έως έξι ώρες. Εάν ο χρόνος που χρειάζεται για την επικοινωνία με έναν δορυφόρο παίζει μεγάλο ρόλο για εσάς, τότε κατά την αγορά Πλοηγοί GPSΕίναι απαραίτητο να προσέχετε τον χρόνο λήψης του δορυφόρου σε «κρύες» και «θερμές» λειτουργίες.

Μόλις ο πλοηγός αποκτήσει επαφή με αρκετούς δορυφόρους για να υπολογίσει τη θέση του, είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε την πλοήγηση GPS! Οι περισσότεροι πλοηγοί GPS θα εμφανίσουν τις τρέχουσες συντεταγμένες ή την τρέχουσα θέση σας σε έναν ηλεκτρονικό χάρτη για να σας βοηθήσουν να πλοηγηθείτε.

Τεχνολογία πλοήγησης GPS

Οι περισσότεροι σύγχρονοι πλοηγοί GPS έχουν παράλληλη σχεδίαση πολλαπλών καναλιών. Τα παλαιότερα μεμονωμένα κανάλια ήταν επίσης δημοφιλή, αλλά είχαν περιορισμένη ευκαιρίασυνεχής λήψη σημάτων σε σκληρές συνθήκες όπως πυκνό φύλλωμα. Οι παράλληλοι δέκτες έχουν συνήθως από πέντε έως δώδεκα κυκλώματα λήψης, καθένα από τα οποία είναι υπεύθυνο για το σήμα ενός συγκεκριμένου δορυφόρου, ώστε να μπορεί να εγκατασταθεί ανά πάσα στιγμή αξιόπιστη επικοινωνίαμε όλους τους συντρόφους. Οι παράλληλοι δέκτες αποκτούν γρήγορα δορυφόρους όταν ενεργοποιούνται για πρώτη φορά και είναι επίσης απαράμιλλοι στην ικανότητά τους να λαμβάνουν δορυφορικά σήματα σε δύσκολα περιβάλλοντα όπως πυκνό φύλλωμα ή πόλη με ψηλά κτίρια.

Πηγές σφαλμάτων στους πλοηγούς GPS

Ένας πολιτικός πλοηγός GPS έχει ένα πιθανό σφάλμα τοποθεσίας ως αποτέλεσμα ενός συνδυασμού σφαλμάτων από τις ακόλουθες πηγές:

Ιονόσφαιρες και τροποσφαιρικές καθυστερήσεις – Το δορυφορικό σήμα ταξιδεύει στην ατμόσφαιρα και επομένως η ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφέρει από την παροιμιώδη ταχύτητα του φωτός. Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα ενσωματωμένο «μοντέλο» που υπολογίζει τη μέση, αλλά όχι την ακριβή, λανθάνουσα τιμή.

Αντανάκλαση σήματος – Εμφανίζεται όταν το σήμα ανακλάται από αντικείμενα όπως ψηλά κτίρια ή βουνά πριν φτάσει στον δέκτη. Αυτό αυξάνει τον χρόνο μετάδοσης του σήματος, προκαλώντας έτσι ένα σφάλμα.

Σφάλματα ρολογιού δέκτη - Δεδομένου ότι δεν είναι πρακτικό να εγκαταστήσετε ένα ατομικό ρολόι σε δέκτες GPS, τα ενσωματωμένα ρολόγια που είναι διαθέσιμα μπορεί να προκαλέσουν πολύ μικρά σφάλματα χρονισμού.

Τα τροχιακά σφάλματα - επίσης γνωστά ως «σφάλματα εφημερίας», είναι ανακρίβειες στα δεδομένα θέσης του δορυφόρου.

Αριθμός ορατών δορυφόρων – όσο περισσότερους δορυφόρους μπορεί να «δει» ένας πλοηγός GPS, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια. Κτίρια, έδαφος, ηλεκτρονικές παρεμβολές και μερικές φορές ακόμη και πυκνό φύλλωμα μπορεί να εμποδίσουν τη λήψη σήματος, προκαλώντας σφάλματα τοποθεσίας ή πλήρης απουσίαενδείξεις. Πως καθαρότερη κριτική, αυτά καλύτερη υποδοχή. Οι πλοηγοί GPS δεν θα λειτουργούν σε εσωτερικούς (συνήθως), υποβρύχιες ή υπόγειες.

Δορυφορική Γεωμετρία/Σκίαση – Έχει να κάνει με τη σχετική θέση των δορυφόρων ανά πάσα στιγμή. Η ιδανική γεωμετρία των δορυφόρων εμφανίζεται όταν οι δορυφόροι βρίσκονται σε αμβλεία γωνία μεταξύ τους. Η κακή γεωμετρία προκύπτει από την ευθυγράμμιση των δορυφόρων ή σε μια στενή ομάδα.

Σκόπιμη υποβάθμιση του δορυφορικού σήματος - Η σκόπιμη υποβάθμιση του σήματος από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ είναι γνωστή ως "Επιλεκτική Διαθεσιμότητα" και έχει σκοπό να αποτρέψει τη χρήση με εχθρική πρόθεση. Σήματα GPS υψηλή ακρίβεια. Αυτό εξηγεί τα περισσότερα από τα λάθη. Η Επιλεκτική Διαθεσιμότητα καταργήθηκε στις 2 Μαΐου 2000. και δεν ισχύει επί του παρόντος. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να περιμένετε το GPS να είναι ακριβές σε απόσταση 6 - 12 μέτρων (περίπου 20 - 40 πόδια).

Η ακρίβεια ενός πλοηγού GPS μπορεί να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο χρησιμοποιώντας έναν διαφορικό δέκτη GPS (DGPS), ο οποίος μπορεί να λειτουργεί από πολλές πηγές. πιθανές πηγές, μειώνοντας ορισμένα από τα σφάλματα που περιγράφονται παραπάνω. Η επόμενη ενότητα εξηγεί τι είναι το DGPS και πώς λειτουργεί.
DGPS - πώς λειτουργεί;

Το διαφορικό GPS λειτουργεί με την τοποθέτηση ενός δέκτη GPS (που ονομάζεται σταθμός ελέγχου) σε μια τοποθεσία με γνωστές συντεταγμένες. Επειδή ο σταθμός παρακολούθησης γνωρίζει την ακριβή του θέση, μπορεί να εντοπίσει σφάλματα δορυφορικού σήματος. Ο σταθμός το κάνει αυτό μετρώντας την απόσταση από κάθε δορυφόρο χρησιμοποιώντας τα σήματα που λαμβάνει και συγκρίνει το αποτέλεσμα με τις πραγματικές μετρήσεις που υπολογίζονται με βάση τη γνωστή θέση. Η διαφορά μεταξύ της μετρούμενης και της υπολογισμένης απόστασης για κάθε ορατό δορυφόρο είναι η «διαφορική διόρθωση».
Οι διορθώσεις διαφορών για κάθε παρακολουθούμενο δορυφόρο μορφοποιούνται σε μηνύματα και μεταδίδονται σε δέκτες DGPS. Στη συνέχεια, οι διαφορικές διορθώσεις εφαρμόζονται από τους δέκτες DGPS στους υπολογισμούς για τη μείωση των σφαλμάτων και τη βελτίωση της ακρίβειας. Το επίπεδο ακρίβειας εξαρτάται από τον ίδιο τον δέκτη και την ομοιότητα του «περιβάλλοντος» του με τις συνθήκες στις οποίες βρίσκεται ο σταθμός ελέγχου, καθώς και από την εγγύτητά του με το σταθμό. Ο δέκτης του σταθμού ελέγχου καθορίζει τα στοιχεία σφάλματος και παρέχει τη διόρθωσή τους για τον πλοηγό GPS σε πραγματικό χρόνο. Η διόρθωση μπορεί να μεταδοθεί μέσω ραδιοφωνικών συχνοτήτων FM, δορυφόρου ή φάρου της Ακτοφυλακής των ΗΠΑ. Τυπικά η ακρίβεια DGPS είναι 1 – 5 μέτρα (περίπου 3 – 16 πόδια).

Όταν πετάμε, όλοι θέλουμε ένα πράγμα: ΑΣΦΑΛΕΙΑ. Οι εξαιρετικές πληροφορίες τοποθεσίας είναι το κλειδί για την ασφάλεια των πτήσεων. Σε αποπροσανατολιστικές καιρικές συνθήκες, όταν η οπτική πλοήγηση γίνεται δύσκολη ή αδύνατη ιδιαίτερο νόημααποκτά πλοήγηση GPS. Γνωρίστε το "Σύστημα ευρείας προβολής" ή απλά το WAAS. Αυτό είναι το όνομα ενός δικτύου 25 σταθμών ελέγχου εδάφους που καλύπτουν πλήρως τις Ηνωμένες Πολιτείες, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων του Καναδά και του Μεξικού. Αυτοί οι 25 σταθμοί ελέγχου που εφαρμόζονται από την FAA (Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Αεροπορίας των ΗΠΑ) για αεροπορικούς σκοπούς, βρίσκονται με απόλυτη ακρίβεια. Συγκρίνουν τη μετρούμενη απόσταση GPS με γνωστές τιμές. Κάθε σταθμός ελέγχου συνδέεται με έναν σταθμό βάσης, ο οποίος συλλέγει όλα τα διορθωτικά μηνύματα μαζί και τα εκπέμπει μέσω δορυφόρου. Με το WAAS, οι δέκτες GPS μπορούν να παρέχουν ακρίβεια 3 - 5 μέτρων οριζόντια και 3 - 7 μέτρων σε ύψος.

Ειδικό λάθος

Η κύρια αιτία των σφαλμάτων δεδομένων GPS δεν είναι πλέον πρόβλημα. Στις 2 Μαΐου 2000, στις 5:05 π.μ. (MEZ), απενεργοποιήθηκε το λεγόμενο Ειδικό Σφάλμα (SA). Ένα ειδικό σφάλμα είναι μια τεχνητή παραποίηση του χρόνου στο σήμα L1 που μεταδίδεται από τον δορυφόρο. Για τους μη στρατιωτικούς δέκτες GPS, αυτό το σφάλμα οδήγησε σε λιγότερο ακριβή προσδιορισμό των συντεταγμένων. (σφάλμα περίπου 50 m μέσα σε λίγα λεπτά).

Επιπλέον, τα ληφθέντα δεδομένα μεταδόθηκαν με μικρότερη ακρίβεια, πράγμα που σημαίνει ότι η θέση εκπομπής του δορυφόρου δεν ήταν σωστή. Έτσι, μέσα σε λίγες ώρες, υπάρχει ανακρίβεια 50-150 m στα δεδομένα θέσης Τις ημέρες που ήταν ενεργό το ειδικό σφάλμα, οι συσκευές GPS είχαν ανακρίβεια περίπου 10 μέτρων και σήμερα είναι 20 ή συνήθως και μικρότερη. . Η απενεργοποίηση του σφάλματος δειγματοληψίας βελτίωσε κυρίως την ακρίβεια των υψομετρικών δεδομένων.

Ο λόγος για το ειδικό σφάλμα ήταν η ασφάλεια. Για παράδειγμα, οι τρομοκράτες δεν θα πρέπει να μπορούν να ανιχνεύουν σημαντικά εργοτάξια χρησιμοποιώντας όπλα τηλεχειριστήριο. Κατά τον πρώτο πόλεμο του Κόλπου το 1990, το ειδικό σφάλμα απενεργοποιήθηκε μερικώς επειδή... Τα αμερικανικά στρατεύματα δεν είχαν στρατιωτικούς δέκτες GPS. Αγοράστηκαν 10.000 μη στρατιωτικές συσκευές GPS (Magellan και Trimble), οι οποίες κατέστησαν δυνατή την ελεύθερη και ακριβή πλοήγηση στο έδαφος της ερήμου. Το ειδικό σφάλμα έχει απενεργοποιηθεί λόγω της ευρείας χρήσης συστημάτων GPS σε όλο τον κόσμο. Τα επόμενα δύο γραφήματα δείχνουν πώς έχει αλλάξει η ακρίβεια του προσδιορισμού των συντεταγμένων μετά την απενεργοποίηση του ειδικού σφάλματος. Το μήκος του ορίου των διαγραμμάτων είναι 200 ​​μέτρα, τα δεδομένα ελήφθησαν την 1η Μαΐου 2000 και την 3η Μαΐου 2000, μέσα σε διάστημα 24 ωρών το καθένα. Ενώ οι συντεταγμένες με ειδικό σφάλμα βρίσκονται σε ακτίνα 45 μέτρων, χωρίς αυτό, το 95 τοις εκατό όλων των σημείων βρίσκονται σε ακτίνα 6,3 μέτρων.

"Γεωμετρία των δορυφόρων"

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την ακρίβεια του προσδιορισμού των συντεταγμένων είναι η «γεωμετρία των δορυφόρων». Η γεωμετρία του δορυφόρου περιγράφει τις θέσεις των δορυφόρων μεταξύ τους από τη σκοπιά του δέκτη.

Εάν ο δέκτης δει 4 δορυφόρους και βρίσκονται όλοι, για παράδειγμα, στα βορειοδυτικά, τότε αυτό θα οδηγήσει σε "κακή" γεωμετρία. Στη χειρότερη περίπτωση, η ανίχνευση τοποθεσίας θα είναι εντελώς αδύνατη όταν όλες οι αποστάσεις που ανιχνεύονται δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση. Ακόμη και αν αναγνωριστεί η τοποθεσία, το σφάλμα μπορεί να φτάσει τα 100 - 150 m Εάν αυτοί οι 4 δορυφόροι είναι καλά κατανεμημένοι σε όλο τον ουρανό, τότε η ακρίβεια της καθορισμένης θέσης θα είναι πολύ μεγαλύτερη. Ας υποθέσουμε ότι οι δορυφόροι βρίσκονται στα βόρεια, ανατολικά, νότια και δυτικά, σχηματίζοντας γωνίες 90 μοιρών μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, οι αποστάσεις μπορούν να μετρηθούν σε τέσσερις διαφορετικές κατευθύνσεις, γεγονός που χαρακτηρίζει την «καλή» γεωμετρία του δορυφόρου.

Εάν υπάρχουν δύο δορυφόροι καλύτερη θέσησε σχέση με τον δέκτη, η γωνία μεταξύ του δέκτη και των δορυφόρων είναι 90 μοίρες. Ο χρόνος διαδρομής του σήματος δεν μπορεί να είναι απολύτως σίγουρος, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Επομένως, οι πιθανές θέσεις σημειώνονται με μαύρους κύκλους. Το σημείο τομής (Α) των δύο κύκλων είναι αρκετά μικρό και υποδεικνύεται από ένα μπλε τετράγωνο πεδίο, που σημαίνει ότι οι καθορισμένες συντεταγμένες θα είναι αρκετά ακριβείς.

Εάν οι δορυφόροι βρίσκονται σχεδόν σε μία γραμμή σε σχέση με τον δέκτη, τότε, όπως μπορείτε να δείτε, θα έχουμε μεγαλύτερη περιοχή στο σταυρόνημα, και επομένως λιγότερη ακρίβεια.

Η γεωμετρία των δορυφόρων εξαρτάται επίσης πολύ από τα ψηλά αυτοκίνητα ή από το αν χρησιμοποιείτε το όργανο σε ένα αυτοκίνητο. Εάν κάποιο από τα σήματα είναι μπλοκαρισμένο, οι υπόλοιποι δορυφόροι θα προσπαθήσουν να προσδιορίσουν τις συντεταγμένες, εάν αυτό είναι καθόλου δυνατό. Αυτό μπορεί να συμβεί συχνά σε κτίρια όταν βρίσκεστε κοντά σε παράθυρα. Εάν ο προσδιορισμός τοποθεσίας είναι δυνατός, στις περισσότερες περιπτώσεις δεν θα είναι ακριβής. Όσο περισσότερο μέρος του ουρανού μπλοκάρεται από οποιοδήποτε αντικείμενο, τόσο πιο δύσκολο γίνεται ο προσδιορισμός των συντεταγμένων.

Οι περισσότεροι δέκτες GPS δεν δείχνουν μόνο τον αριθμό των δορυφόρων που «πιάστηκαν», αλλά και τη θέση τους στον ουρανό. Αυτό επιτρέπει στον χρήστη να κρίνει εάν ένας συγκεκριμένος δορυφόρος κρύβεται από ένα αντικείμενο και εάν τα δεδομένα θα καταστούν ανακριβή όταν μετακινείται μόλις μερικά μέτρα.

Οι κατασκευαστές των περισσότερων οργάνων παρέχουν τη δική τους διατύπωση σχετικά με την ακρίβεια των μετρούμενων τιμών, η οποία εξαρτάται κυρίως από διάφορους παράγοντες. (για το οποίο ο κατασκευαστής διστάζει να μιλήσει).

Οι τιμές DOP (Dilution of Precision) χρησιμοποιούνται κυρίως για τον προσδιορισμό της ποιότητας της δορυφορικής γεωμετρίας. Ανάλογα με τους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των τιμών DOP, είναι δυνατές διαφορετικές επιλογές:

• GDOP(Geometrical Dilution Of Precision); Πλήρης ακρίβεια. 3D συντεταγμένες και χρόνος
• ΠΔΟΠ(Positional Dilution Of Precision) ; Ακρίβεια θέσης. 3D συντεταγμένες
• HDOP(Οριζόντια αραίωση ακριβείας); Οριζόντια ακρίβεια; 2D συντεταγμένες
• VDOP(Κάθετη αραίωση ακριβείας); Κάθετη ακρίβεια; ύψος
• TDOP(Time Dilution Of Precision); χρονική ακρίβεια? χρόνος

Οι τιμές HDOP κάτω από 4 είναι καλές, πάνω από 8 είναι κακές. Οι τιμές HDOP γίνονται χειρότερες εάν οι «πιασμένοι» δορυφόροι βρίσκονται ψηλά στον ουρανό πάνω από τον δέκτη. Από την άλλη πλευρά, οι τιμές VDOP χειροτερεύουν όσο πιο κοντά βρίσκονται οι δορυφόροι στον ορίζοντα και οι τιμές PDOP είναι καλές όταν υπάρχουν δορυφόροι απευθείας από πάνω και άλλοι τρεις απλωμένοι στον ορίζοντα. Για ακριβής ορισμόςτοποθεσία, η τιμή GDOP δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5. Οι τιμές PDOP, HDOP και VDOP αποτελούν μέρος των δεδομένων NMEA του GPGSA.

Η γεωμετρία των δορυφόρων δεν είναι η αιτία του σφάλματος τον καθορισμό της κατάστασης, το οποίο μπορεί να μετρηθεί σε μέτρα. Στην πραγματικότητα, η τιμή DOP ενισχύει άλλες ανακρίβειες. Οι υψηλές τιμές DOP αυξάνουν τα άλλα σφάλματα περισσότερο από τις χαμηλές τιμές DOP.

Το σφάλμα που εμφανίζεται στον προσδιορισμό θέσης λόγω της γεωμετρίας των δορυφόρων εξαρτάται επίσης από το γεωγραφικό πλάτος στο οποίο βρίσκεται ο δέκτης. Αυτό φαίνεται στα παρακάτω διαγράμματα. Το διάγραμμα στα αριστερά δείχνει την αβεβαιότητα ύψους (η καμπύλη φαίνεται με ειδικό σφάλμα στην αρχή) που καταγράφηκε στο Wuhan (Κίνα). Το Wuhan βρίσκεται σε 30,5° βόρειο γεωγραφικό πλάτος και είναι το καλύτερο μέρος όπου ο αστερισμός των δορυφόρων είναι πάντα τέλειος. Το διάγραμμα στα δεξιά δείχνει το ίδιο καταγεγραμμένο διάστημα που λήφθηκε στο σταθμό Kasei στην Ανταρκτική (66,3°S γεωγραφικό πλάτος). Λόγω του λιγότερο από ιδανικό αστερισμό δορυφόρων σε αυτό το γεωγραφικό πλάτος, κατά καιρούς εμφανίζονταν πιο σοβαρά σφάλματα. Επιπλέον, το σφάλμα συμβαίνει λόγω της επιρροής της ατμόσφαιρας - όσο πιο κοντά στους πόλους, τόσο μεγαλύτερο είναι το σφάλμα.

Δορυφορικές τροχιές

Αν και οι δορυφόροι βρίσκονται σε αρκετά καλά καθορισμένες τροχιές, μικρές αποκλίσεις από τις τροχιές είναι ακόμα πιθανές λόγω της βαρύτητας. Ο Ήλιος και η Σελήνη έχουν μικρή επιρροή στις τροχιές. Τα δεδομένα τροχιάς ρυθμίζονται και διορθώνονται συνεχώς και αποστέλλονται τακτικά στον δέκτη στην εμπειρική μνήμη. Ως εκ τούτου, ο αντίκτυπος στην ακρίβεια Ο προσδιορισμός θέσης είναι αρκετά μικρός και εάν παρουσιαστεί σφάλμα, δεν υπερβαίνει τα 2 μέτρα.

Επιδράσεις ανακλάσεων σήματος

Το φαινόμενο εμφανίζεται λόγω της ανάκλασης δορυφορικών σημάτων από άλλα αντικείμενα. Για τα σήματα GPS, αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται κυρίως κοντά σε μεγάλα κτίρια ή άλλα αντικείμενα. Το ανακλώμενο σήμα χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθεί από το άμεσο σήμα. Το σφάλμα θα είναι μόνο λίγα μέτρα.

Ατμοσφαιρικές επιδράσεις

Μια άλλη πηγή ανακρίβειας είναι η μείωση της ταχύτητας διάδοσης του σήματος στην τροπόσφαιρα και την ιονόσφαιρα. Η ταχύτητα διάδοσης του σήματος στο διάστημα είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, αλλά στην ιονόσφαιρα και την τροπόσφαιρα είναι μικρότερη. Στην ατμόσφαιρα σε υψόμετρο 80 - 400 km, δημιουργείται ηλιακή ενέργεια ένας μεγάλος αριθμός απόθετικά φορτισμένα ιόντα. Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα συγκεντρώνονται στα τέσσερα αγώγιμα στρώματα της ιονόσφαιρας (στιβάδες D-, E-, F1- και F2).
Αυτά τα στρώματα διαθλούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που προέρχονται από δορυφόρους, γεγονός που αυξάνει τον χρόνο ταξιδιού των σημάτων. Βασικά, αυτά τα σφάλματα διορθώνονται από τις υπολογιστικές ενέργειες του δέκτη. Διάφορες επιλογές ταχύτητας κατά τη διέλευση από την ιονόσφαιρα για χαμηλές και υψηλές συχνότητες είναι γνωστές για κανονικές συνθήκες. Αυτές οι τιμές χρησιμοποιούνται κατά τον υπολογισμό των συντεταγμένων τοποθεσίας. Ωστόσο, οι μη στρατιωτικοί δέκτες δεν μπορούν να προσαρμοστούν για απροσδόκητες αλλαγές στη μετάδοση του σήματος, που μπορεί να προκληθούν από ισχυρούς ηλιακούς ανέμους.

Είναι γνωστό ότι κατά τη διέλευση της ιονόσφαιρας, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα επιβραδύνονται σε αντίστροφη αναλογία με την περιοχή της συχνότητάς τους (1/f2). Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής συχνότητας επιβραδύνονται πιο γρήγορα από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας. υψηλές συχνότητες. Εάν τα σήματα υψηλής και χαμηλής συχνότητας που έφτασαν στον δέκτη επέτρεπαν να αναλυθεί η διαφορά στους χρόνους άφιξής τους, τότε θα υπολογιζόταν και ο χρόνος διέλευσης από την ιονόσφαιρα. Οι στρατιωτικοί δέκτες GPS χρησιμοποιούν σήματα δύο συχνοτήτων (L1 και L2), οι οποίες συμπεριφέρονται διαφορετικά στην ιονόσφαιρα και αυτό εξαλείφει ένα άλλο σφάλμα στους υπολογισμούς.

Η επιρροή της τροπόσφαιρας είναι επόμενος λόγος, γιατί ο χρόνος διαδρομής του σήματος αυξάνεται λόγω διάθλασης. Τα αίτια της διάθλασης είναι διαφορετικές συγκεντρώσεις υδρατμών στην τροπόσφαιρα, ανάλογα με τον καιρό. Αυτό το σφάλμαδεν είναι τόσο μεγάλο όσο το σφάλμα που συμβαίνει κατά τη διέλευση από την ιονόσφαιρα, αλλά δεν μπορεί να εξαλειφθεί με υπολογισμό. Για να διορθωθεί αυτό το σφάλμα, χρησιμοποιείται μια κατά προσέγγιση διόρθωση στον υπολογισμό.

Τα επόμενα δύο γραφήματα δείχνουν το ιονοσφαιρικό σφάλμα. Τα δεδομένα που εμφανίζονται στα αριστερά λήφθηκαν με έναν δέκτη μονής συχνότητας, ο οποίος δεν μπορεί να διορθώσει για ιονοσφαιρικό σφάλμα. Το γράφημα στα δεξιά λήφθηκε με έναν δέκτη διπλής συχνότητας που μπορεί να διορθώσει για ιονοσφαιρικό σφάλμα. Και τα δύο διαγράμματα έχουν περίπου την ίδια κλίμακα (Αριστερά: Γεωγραφικό πλάτος -15m έως +10m, Γεωγραφικό μήκος -10m έως +20m. Δεξιά: Γεωγραφικό πλάτος -12m έως +8m, Γεωγραφικό μήκος -10m έως +20m). Το δεξί γράφημα δείχνει μεγαλύτερη ακρίβεια.

Χρησιμοποιώντας το WAAS και το EGNOS μπορείτε να δημιουργήσετε "χάρτες" καιρικών συνθηκών σε διαφορετικές περιοχές. Τα διορθωμένα δεδομένα αποστέλλονται στον δέκτη και βελτιώνουν σημαντικά την ακρίβεια.

Ανακρίβεια ρολογιού και σφάλματα στρογγυλοποίησης

Παρόλο που ο χρόνος του δέκτη συγχρονίζεται με τον δορυφορικό χρόνο κατά τον προσδιορισμό θέσης, εξακολουθεί να υπάρχει μια χρονική ανακρίβεια, η οποία οδηγεί σε σφάλμα 2 μέτρων στον προσδιορισμό θέσης. Τα υπολογιστικά σφάλματα στρογγυλοποίησης και δέκτη έχουν σφάλμα περίπου 1 m.

Σχετικιστικά αποτελέσματα

Όχι σε αυτή την ενότητα πλήρης εξήγησηΘεωρία της σχετικότητας. Στην καθημερινή ζωή, δεν γνωρίζουμε τη σημασία της θεωρίας της σχετικότητας. Ωστόσο, αυτή η θεωρία επηρεάζει πολλές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της σωστής λειτουργίας του συστήματος GPS. Αυτή η επιρροή θα εξηγηθεί συνοπτικά παρακάτω.

Όπως γνωρίζουμε, ο χρόνος είναι ένας από τους κύριους παράγοντες στην πλοήγηση GPS και θα πρέπει να είναι ίσος με 20-30 νανοδευτερόλεπτα για να διασφαλιστεί η απαραίτητη ακρίβεια. Επομένως, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η ταχύτητα των δορυφόρων (περίπου 12.000 km/h)

Όποιος έχει συναντήσει ποτέ τη θεωρία της σχετικότητας ξέρει ότι ο χρόνος κυλά πιο αργά όταν υψηλές ταχύτητες. Για δορυφόρους, που κινούνται με ταχύτητα 3874 m/s, το ρολόι τρέχει πιο αργά από ό,τι για τη γη. Αυτός ο σχετικιστικός χρόνος έχει ως αποτέλεσμα μια χρονική ανακρίβεια περίπου 7,2 μικροδευτερόλεπτων την ημέρα (1 μικροδευτερόλεπτο = 10-6 δευτερόλεπτα). Η θεωρία της σχετικότητας δηλώνει επίσης ότι ο χρόνος κινείται πιο αργά όσο ισχυρότερο είναι το βαρυτικό πεδίο. Για έναν παρατηρητή στην επιφάνεια της γης, το ρολόι του δορυφόρου θα τρέχει πιο γρήγορα (καθώς ο δορυφόρος είναι 20.000 km ψηλότερα και υπόκειται σε λιγότερες βαρυτικές δυνάμεις από τον παρατηρητή). Και αυτός είναι ο δεύτερος λόγος για αυτό το αποτέλεσμα, το οποίο είναι έξι φορές ισχυρότερο από την ανακρίβεια που αναφέρθηκε λίγο νωρίτερα.

Γενικά, τα ρολόγια στους δορυφόρους φαίνεται να κινούνται λίγο πιο γρήγορα. Η χρονική απόκλιση για έναν παρατηρητή στη Γη θα ήταν 38 μικροδευτερόλεπτα την ημέρα και θα οδηγούσε σε συνολικό σφάλμα 10 km την ημέρα. Για να αποφύγετε αυτό το λάθος δεν χρειάζεται να κάνετε συνεχώς προσαρμογές. Η συχνότητα ρολογιού στους δορυφόρους ορίστηκε στα 10,229999995453 Mhz αντί για 10,23 Mhz, αλλά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται σαν να είχαν τυπική συχνότηταστα 10,23 MHz. Αυτό το κόλπο έλυσε το πρόβλημα του σχετικιστικού αποτελέσματος μια για πάντα.

Αλλά υπάρχει ένα άλλο σχετικιστικό αποτέλεσμα που δεν λαμβάνεται υπόψη κατά τον προσδιορισμό της τοποθεσίας χρησιμοποιώντας το σύστημα GPS. Αυτό είναι το λεγόμενο φαινόμενο Sagnak και προκαλείται από το γεγονός ότι ο παρατηρητής στην επιφάνεια της Γης κινείται επίσης συνεχώς με ταχύτητα 500 m/s (ταχύτητα στον ισημερινό) λόγω του γεγονότος ότι ο πλανήτης περιστρέφεται. Όμως η επίδραση αυτής της επίδρασης είναι μικρή και η προσαρμογή της είναι δύσκολο να υπολογιστεί, γιατί εξαρτάται από την κατεύθυνση της κίνησης. Επομένως, αυτή η επίδραση λαμβάνεται υπόψη μόνο σε ειδικές περιπτώσεις.

Τα σφάλματα συστήματος GPS φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Οι μερικές τιμές δεν είναι σταθερές τιμές, αλλά υπόκεινται σε διαφορές. Όλοι οι αριθμοί είναι κατά προσέγγιση τιμές.