42464

ВИВЧЕННЯ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ ПОРТАТИВНИХ ПРИЙМАЧІВ СИСТЕМИ ГЛОБАЛЬНОГО ПОЗИЦІОНУВАННЯ GPS

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Львів 2010 Мета роботи: Вивчення основ функціонування системи глобального позиціонування технічних характеристик і режимів роботи портативних GPS приймачів фірми Lowrnce з використанням симулятора. Теоретичні відомості GPS cистема глобального позиціонування англ. Використовуючи GPSприймач можна точно визначити його позицію на поверхні Землі.

Украинкский

2013-10-29

278.5 KB

11 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра “Телекомунікації”

Лабораторна робота № 2

«ВИВЧЕННЯ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ ПОРТАТИВНИХ ПРИЙМАЧІВ СИСТЕМИ ГЛОБАЛЬНОГО ПОЗИЦІОНУВАННЯ GPS»

Виконав:

Янишин В. Б.

Прийняв:

Чайковський І. Б.

Львів 2010

Мета роботи:

Вивчення основ функціонування системи глобального позиціонування, технічних характеристик і режимів роботи портативних  GPS приймачів фірми Lowrance з використанням симулятора.

Теоретичні відомості

GPS -cистема глобального позиціонування (англ. Global Positioning System) — сукупність супутників, обладнаних радіочастотним приймально-передавальним обладнанням та запущених на замовлення військового відомства — Управління Оборони США, що використовуються для визначення розташування об'єкта на поверхні Землі під час наведення ракет на ціль та координації пересування підрозділів авіаційного, морського і наземного базування. Військове відомство США дозволило цивільним користувачам використання системи з меншою точністю. Використовуючи GPS-приймач, можна точно визначити його позицію на поверхні Землі. На сьогодні окрім приймачів спеціального призначення випускаються прилади, вмонтовані в наручні годинники, сотові телефони, ручні радіостанції, за допомогою яких можна орієнтуватись на місцевості. Їх використовують альпіністи, рятівники, туристи.    

Взагалі GPS складається з трьох основних елементів: космічного, керуючого, призначеного для користувача.

Перший – це мінімум 24 штучних супутники, які працюють в одній мережі на 6 різних кругових орбітах, розміщених під кутом 60 градусів одна до одної таким чином, щоб з будь-якої точки земної поверхні були видимі від чотирьох до дванадцяти таких супутників. На кожній орбіті знаходиться по 4 супутники, які рухаються зі швидкістю 3 км/с, здійснюючи повний оберт навколо планети за 12 годин. Другий – це центри управління на Землі, дислоковані на американських військових базах, які необхідні, щоб стежити за орбітами, синхронізувати час між супутниками, координувати їх. Третій – це необмежена кількість GPS-приймачів, що використовуються користувачами.

Самі сигнали з супутників бувають двох видів, всі GPS цивільного призначення використовують частоту L1=1575,42 МГц. Сигнал супутника складають три складові:

  •  псевдо випадковий код;
  •  ефимерис;
  •  альманах.

Псевдо випадковий код служить для ідентифікації супутника-передавача. Всі вони пронумеровані від 1 до 32 і цей номер відображається на екрані GPS-приймача під час його роботи. Кількість номерів більша, ніж число супутників. Це полегшує обслуговування GPS-мережі. Новий супутник може бути запущений, перевірений і введений в експлуатацію ще до того, як буде припинена експлуатація старого. Ефимерис – це статус готовності супутника, дата і час. Без цього GPS-приймач не знав би який сьогодні день і котра година. Окрім цього ця частина сигналу вкрай важлива для визначення місцеположення. Дані альманаха говорять про те, де протягом дня знаходяться всі GPS-супутники. Кожен із них передає альманах, що містить параметри своєї орбіти, а також всіх інших супутників. GPS-приймач отримує від супутника інформацію і використовуючи метод триагуляції, обчислюють точне місцеположення користувача на поверхні Землі. По суті, для визначення місцеположення користувача на поверхні Землі, GPS-приймач порівнює час відправки сигналу із супутника з часом  його отримання на Землі. Ця різниця в часі говорить приймачеві про відстань до конкретного супутника.    Якщо додати до цього інформацію про відстань, виміряну до декількох інших супутників, то можна триагулювати своє місцеположення і відобразити цого на електронній карті, що GPS-приймач і робить. Маючи сигнал від мінімум трьох супутників, він може визначити ширину і довготу. Якщо ж супутників чотири або більше, то GPS-приймач може визначити положення в 3-ох мірному просторі, вказавши додатково висоту над рівнем моря.

Принцип дії

GPS приймач обчислює власне положення вимірюючи час, коли було послано сигнал із GPS супутників. Кожен супутник постійно надсилає повідомлення, в якому міститься інформація про час відправки повідомлення, точку орбіти супутника, з якої було надіслано повідомлення (ефемеріс), та загальний стан системи і приблизні дані орбіт всіх інших супутників угрупування системи GPS(альманах). Ці сигнали розповсюджуються зі швидкістю світла у всесвіті, та із трохи меншою швидкістю через атмосферу. Приймач використовує час отримання повідомлення для обчислення відстані до супутника, виходячи з якої, шляхом застосування геометричних та тригонометричних рівнянь обчислюється положення приймача. Отримані координати перетворюються в більш наочну форму, таку як широта та довгота, або положення на карті, та відображається користувачеві.

Оскільки для обчислення положення необхідно знати час з високою точністю, необхідно отримувати інформацію із 4-х або більше супутників задля усунення необхідності в надточному годиннику. Іншими словами, GPS приймач використовує чотири параметри для обчислення чотирьох невідомих: x, y, z та t.

В деяких окремих випадках може бути необхідною менша кількість супутників. Якщо заздалегідь відома одна змінна (наприклад, висота над рівнем моря човна в океані дорівнює 0), приймач може обчислити положення використовуючи дані з трьох супутників. Також, на практиці, приймачі використовують різну допоміжну інформацію для обчислення положення з меншою точністю в умовах відсутності чотирьох супутників.

Сфера застосування

Завдяки своїм унікальним можливостям  і безкоштовному доступу до сигналів навігаційних супутників, сфера застосування  GPS постійно розширюється і може знайти застосування всюди, окрім місць, де неможливо приймати супутникові сигнали, тобто під землею, під водою. В авіації найбільш розповсюджене застосування GPS в якості навігаційного обладнання на комерційних і любительських літаках. На водних поверхнях Землі  використовують в якості навігаційних пристроїв рятівними службами, рибалками, спортсменами, любителями відпочинку на воді. Використовують вчені в якості пристрою реального часу. Переваги та вигоди, що отримали різні сфери беззаперечні. GPS-приймач підвищує безпеку в транспортних потоках і впевнено прокладає собі дорогу в світ автомобілів. В недалекому майбутньому GPS увійде до стандартної комплектації автомобіля. Деякі базові системи вже почали застосовувати GPS-приймачі. Для контролю пересування спецавтомобілів і для боротьби з викраденням автомобілів почали використовувати системи, які постійно відстежують положення рухомого об’єкту на карті. Технологія GPS одночасно поєднює в собі сигналізацію і засіб проти викрадення машин. Дана технологія дозволяє в найкоротший термін з використанням супутникового сигналу з точністю до декількох метрів визначити розташування транспортного засобу. Такі навігаційні системи контролю і стеження на базі GPS-пристрою, ПК, програмного забезпечення виконують ще багато задач:

  •  контроль за транспортним засобом;
  •  відстежування місцезнаходження об’єкту в реальному часі;
  •  можливість віддаленого керування транспортним засобом;
  •  зниження вірогідності викрадення авто.

В дійсності, на практиці все виглядає дещо складніше, ніж у теорії. Це пояснюється впливом на GPS вимірювання різного роду помилок. Можна виділити три категорії помилок:

  •  помилки системи;
  •  помилки пов'язані з розповсюдженням навігаційного сигналу;
  •  помилки приймальні апаратури.

Помилки системи пов'язані  з точністю атомних годин супутників і відповідністю реальної траєкторії супутників заданій орбіті. Незважаючи на те, що в кожному GPS супутнику використовуються високоточні атомні годинники, вони теж можуть містити помилки і відхилятися від істинного значення системного еталона часу. Відхилення в 30 нс веде до помилки визначення відстані до 10 метрів. Тому, всі відхилення бортових годин відслідковуються та їх значення передаються у складі навігаційних повідомлень і враховуються GPS-приймачем в обчисленнях позиції. Другий тип системних помилок пов'язаний з неточністю переданих ефемеріс. У математичній  моделі ГЛОНАСС враховуються багато факторів, що впливають на зміну траєкторії орбіт GPS супутників, але невеликі помилки все одно присутні. Найбільш істотний внесок у навігаційні вимірювання вносять помилки, пов'язані з розповсюдженням сигналу в атмосфері Землі, а саме в іоносфері та тропосфі. Іоносфери Землі являє собою шар заряджених частинок на висоті від 120 до 200 км. Ці частинки знижують швидкість розповсюдження сигналу і, отже, збільшують його час. Відповідно вноситься помилка в оцінку відстані від GPS приймача до супутника. Ці затримки можуть бути змодельовані для різного часу доби, усреднени і внесені в виміру, але, на жаль, ці моделі не можуть точно відобразити реальну ситуацію. Після проходження іоносферного шару, навігаційний сигнал потрапляє в тропосферного шар, в якому відбуваються всі погодні явища й присутні водяні пари, що також впливає на швидкість розповсюдження сигналу. Для боротьби з іоносфернимі затримками використовують диференціальні метод визначення позиції. Коректуючі поправки передаються за допомогою геостаціонарних супутників WAAS / EGNOS і дозволяють підвищити точність позиціювання до 1 метра. Листя дерев, особливо після дощу, істотно послаблює рівень прийнятого GPS- приймачем навігаційного сигналу Помилки багатопроменевості можна одночасно віднести і до категорії помилок, пов'язаних з розповсюдженням навігаційного GPS сигналу, і до помилок GPS-приймача. Помилка багатопроменевості  пов'язана з відбиванням навігаційного сигналу від близькорозміщених об'єктів - будівель, металевих конструкцій, дерев і т.д. В результаті цього ефекту час розповсюдження відбитого сигналу перевищує час «прямого» сигналу. Якщо рівень відбитого сигналу вище рівня «прямого» сигналу, то відбувається помилкове «захоплення», і в результаті, вноситься помилка в обчислення відстані до супутника. Помилка приймальної апаратури пов'язана з шумами, які  виникають в радіочастинах GPS навігатора. Ці помилки, багато в чому, визначаються якістю використовуваної елементної бази.

ПОРТАТИВНИЙ GPS ПРИЙМАЧ  LOWRANCE iFINDER

Технічні характеристики приймача:

  •  дисплей - висококонтрастний з діагоналлю 7.3 см;
  •  роздільна здатність екранної матриці – 160х120 пікселів;
  •  під світка – люмінесцентні лампи ;
  •  живлення – 3 вольта, дві батареї розміром АА;
  •  габаритні значення – 142х65х25 мм, водозахисний корпус;
  •  маса – 219 грам разом з батареєю;
  •  приймач – 12-канальний паралельний приймач, виносна антена;
  •  внутрішня пам'ять – мультимедійні карти;
  •  кількість збережених маршрутів- 1000;
  •  зберігання пройдених маршрутів – 100;

Принцип роботи iFINDER

Будь-який приймач представляє собою портативний, але потужний мікрокомп’ютер, cпроектований таким чином, щоб від користувача вимагалось мінімум дій по керуванні даним пристроєм. На передній панелі пристрою знаходиться клавіатура та дисплей. Система екранного меню дозволяє здійснювати вибір режим роботи або налаштовувати пристрій. Дисплей також відображає текуче місцеположення і маршрут до пункту призначення. GPS приймач призначений для зчитування радіосигналів з спеціалізованих супутників, які несуть усю необхідну інформацію для визначеня текучого положення, швидкість руху, напрямлення.  GPS приймач обробляє поступивші супутникові сигнали, відкидаючи інформацію, яку мікрокомп’ютер не може обробити(наприклад, через спотворення пакетів).

Як тільки iFinder визначає широту і довготу на якому знаходиться пристрій, він відображає місцеположення на дисплеї. Кожен iFinder зберігає спрощену карту світу, яка являється невід’ємною частиною внутрішньої карти. Таким чином ви можете не лише спостерігати своє власне місцезнаходження,  але і положення відносно населених пунктів. Вбудована пам'ять дозволяє зберігати пройдені маршрути. Ви завжди зможете повторити маршрут дивлячись на дисплей приймача. Як і файли комп’ютера iFinder зберігає дані порціями , дозволяючи стирати і модифікувати їх роздільно, обмінюючись даними з іншими приймачами, які випускаються фірмою Lowrаnce, а також записувати ці файли на диски персональних комп’ютерів. Ще одна риса, яка дозволяє асоціювати iFinder з персональним комп’ютером – це використання модулів внутрішньої пам’яті. Прилад має один роз’єм  для підключення флеш-пам’яті. Любий такий картридж представляє собою мініатюрний прибор з об’ємом пам’яті від 8 до 128 мегабайт. iFinder використовують цю пам'ять в двох цілях. По-перше, можна копіювати дані з основної пам’яті в ММС, можна переносити дані на персональний комп’ютер. Спеціалізований програмний продукт MapCreate дозволяє створювати і модифікувати дані GPS, які потім можуть бути завантажені з ММС в пам'ять iFinder.  

За результатами багатьох досліджень, використання навігаційних GPS систем дає великий економічний ефект - підвищується безпека руху і перевезень в цілому, зменшується витрата палива.

Висновок:

Я вивчив основи функціонування системи глобального позиціонування, технічних характеристик і режимів роботи портативних  GPS приймачів фірми Lowrance з використанням стимулятора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33888. Развитие социальной сферы городов. Проблемы жилья. Денежная реформа. Быт. Внешний вид. Спорт 28.5 KB
  Жилье. В годы войны крова лишились более 25 млн. человек. В деревнях жили в землянках, государство восстанавливало только города -14% бюджета. В 1945 СНК принял решение о восстановлении 15 городов. Восстановление было всенародным делом (комсомольско-молодежные бригады).
33889. Культурно-просветительная работа, общее и специальное образование. Во второй половине 40-х – начале 50-х гг 38 KB
  Задачи образования – восстановить всеобщее 7летнее образование с 1949 обучить тех кто не обучился в войну школы рабочей молодежи школы комсомольской молодежи. Проблема уровня образования. Пример Красноярского края в восстановлении образования. Чрезмерная идеологизация образования.
33890. Наука в послевоенный период 41.5 KB
  были открыты Институт точной механики и вычислительной техники Институт радиотехники и электроники Институт прикладной геофизики Институт физической химии Институт атомной энергии Институт ядерных проблем и др. Был создан Институт языкознания АН СССР во главе которого встал академик В. были открыты Институт точной механики и вычислительной техники Институт радиотехники и электроники Институт прикладной геофизики Институт физической химии Институт атомной энергии Институт ядерных проблем и др. Был создан Институт языкознания АН СССР...
33891. Развитие искусства во второй половине 40-х – начале 50-х гг 52 KB
  Тема войны – Непринцев Отдых после боя Неменский сестры наши Костецкий Возвращение Лактионов Письмо с фронта. Тема восстановления Яблонская Хлеб Весна. Выдающиеся произведения: тема войны – Некрасов В окопах Сталинграда Фадеев Молодая гвардия Казакевич звезда Полевой Повесть о настоящем человеке Твардовский Дом у дороги. Овечкин – Районные будни тема деревни.
33892. Внешняя политика СССР в послевоенный период: отношения с Западными странами. Холодная война 54 KB
  Внешняя политика СССР в послевоенный период: отношения с Западными странами. Внешнеполитическая доктрина СССР – против поддержки социалистических стран – принцип мирного сосуществования. тезис о враждебности капиталистического окружения СССР. Сначала у СССР была мирная внешнеполитическая доктрина затем ужесточилось так же и у США.
33893. СССР и страны Центральной и Восточной Европы в послевоенный период. Роль СССР в формировании мировой системы социализма 35 KB
  СССР и страны Центральной и Восточной Европы в послевоенный период. Роль СССР в формировании мировой системы социализма. В 19451946 существовали коалиционные правительства в Западной Европе потом постепенно произошел переход к коммунистическим режимам: Румыния – отречение Михая Болгария – конституция 1947 и усиление позиций коммунистов Польша – отставка коалиционного правительства Венгрия – победа коммунистов на выборах Чехословакия – сопротивление события 1948 надежда сохранить отношения и с СССР и с Западом. В сентябре...
33894. Поиск путей обновления общественно-политической жизни в СССР в 1953-1955 гг 37 KB
  Маленков председатель Совмина глава министерства Берия – МВД МГБ зам председателя совмина Каганович – первый заместитель председателя Совета Министров СССР с 1952 года член Президиума ЦК КПСС Молотов – МИД Булганин – министр обороны Ворошилов – председатель президиума верховного совета. После этого большую власть получил Маленков заявление о группе В нужно поднимать деревню. На ней учредили пост 1 секретаря на который избрали Хрущева доклад Хрущева о с х Январь 1955 – пленум ЦК КПСС слушалось дело Маленкова которого обвинили в...
33895. ХХ съезд КПСС и его историческое значение. Борьба с оппозицией в послевоенный период 27.5 KB
  Первоначально преодоление культа личности сводилось к перестройке пропаганды 1953 но Маленков заявил что дело не только в этом ведь этот вопрос связан с вопросом коллективного руководства.1956 – доклад Хрущева О культе личности и его последствиях. Идея попытки преодолеть культ личности принадлежит Маленкову а не Хрущеву. Все идеи доклада были повторены в постановлении ЦК: в стране сложился культ личности Сталина вопрос о причинах свелся к личным качествам Сталина опубликованы последние работы Ленина культ личности не...
33896. Индустриальное развитие страны в 50-х гг 53.5 KB
  Индустриальное развитие страны в 50х гг. широкое развитие получает НТП. Индустриальное развитие шло по пятилеткам – 19511955 пятая 19561960 шестая. Достижения в транспорте – воздушный реактивные самолеты в пассажирских перевозках водный суда на подводных крыльях морской атомный ледокол сухопутный переход на электровозы и электрички автомобильный примитивное развитие трубопроводный трубопровод Дружба.