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

10 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

20983. Функционалы 20.7 KB
  DEFUN SORT FileName File1 File2 File3 File4 SETQ F OPENINPUTFILE FileName SETQ F1 OPENOUTPUTFILE File1 SETQ F2 OPENOUTPUTFILE File2 SETQ F3 OPENOUTPUTFILE File3 SETQ F4 OPENOUTPUTFILE File4 IF NOT EQ NIL F LOOP EQ NIL SETQ X READ F SORT_IS_FINISHED COND NUMBERP X WRITE X F1 LISTP X WRITE X F2 ;EQ SYM TYPE X WRITE X F3 T WRITE X F4 ERROR_WRONG_FILE_NAME .
20985. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ С ПОМОЩЬЮ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОТОКОЛОВ СЕТИ ИНТЕРНЕТ 74 KB
  dfm AnsiString NIK_server; TForm1 Form1; __fastcall TForm1::TForm1TComponent Owner : TFormOwner { ServerSocket1 Active=true; Memo1 Clear; Memo2 Clear; } void __fastcall TForm1::ServerSocket1ClientConnectTObject Sender TCustomWinSocket Socket { Memo1 Lines Add Клиент присоединился ; } ...
20986. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ С ПОМОЩЬЮ ПРОТОКОЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЫ И ПРОТОКОЛОВ ПРИКЛАДНОГО УРОВНЯ 353.5 KB
  None; } } ФУНКЦИИ ПРИЕМА ОТВЕТА ОТ СЕРВЕРА protected string Receive { string reply = ; byte[] buffer = new byte[1024]; int ret = socket.Receivebuffer; while ret 0 { reply = Encoding.GetStringbuffer 0 ret; if IsCompletereply break; ret = socket.Receivebuffer; } return reply; } protected bool IsCompletestring reply { string[] parts = reply.
20987. Знакомство с языком разметки html, серверным программированием на языке PHP, а также основой работы с СУБД 509.5 KB
  Основные задачи сайта: Популяризация сериала Звёздные врата́: Атланти́да в сети интернет. Решение задачи Для создания сайта распишем основные этапы: Этапы создания сайта: Построение будущей структуры сайта Заказ дизайна Вёрстка Интеграция с PHP Запуск сайта на сервере Реализация Построение будущей структуры сайта Регистрация и авторизация – для использования функций сайта пользователь обязан зарегистрироваться используем базу данных Главная – краткий экскурс в историю Актеры и герои – список актеров используем базу данных...
20988. Взаимодействие прикладных программ с помощью транспортных протоколов сети Интернет 862.5 KB
  Необходимо создать приложение (клиент) , который мог бы отправлять сообщения серверу при помощи транспортных протоколов (TCP и UDP). Клиент должен содержать файлы настроек для возможности задания порта и IP адреса сервера.
20989. Разработка сайта 285.5 KB
  FTPHostHOST USER PASSWORD создается соединение с сервером file_dir file_name = os.splitFILE print 'try downlo ad s' FILE if host.isdirfile_dir and host.isfileFILE: проверяется существование файла print 'file is existing download to:' DEST_DIRfile_name host.
20990. Цифрові рекурсивні фільтри 81.21 KB
  КРЕМЕНЧУК 2011 Мета: одержання практичних навичок із синтезу рекурсивних фільтрів Завдання Визначити параметри рекурсивного фільтра відповідно до варіанту навести передавальну функцію фільтра комплексну та у zзображеннях рівняння сигналу на виході фільтра та побудувати частотні характеристики фільтра. Розрахунок РЦФ в пакеті Mathcad Вихідні дані Визначення нормованих цифрових частот: Визначення порядку фільтра Фільтр 21 порядку розрахувати важко тому візьмемо фільтр 4 порядку Визначення передавальної функції цифрового...
20991. Цифрові нерекурсивні фільтри 154.13 KB
  КРЕМЕНЧУК 2011 Мета: набуття практичних навичок із синтезу нерекурсивних фільтрів низької та високої частоти смугового та режекторного фільтрів. Порядок виконання роботи Реалізація фільтру низьких частот: Реалізація фільтру високих частот: Реалізація смугового фільтру: Реалізація режекторного фільтру: Висновок: На даній практичній роботі були здобуті практичні навички із синтезу нерекурсивних фільтрів низької та високої частоти смугового та режекторного фільтрів.