Как GPS работи

Точните координати могат да бъдат изчислени на места върху повърхността на Земята от измервания на разстояния от една група от спътници (ако тяхното положение в пространството е известно). В този случай, спътниците са точки с известни координати. Да предположим, че разстоянието от един спътник е известно, и ние можем да се опише обхвата на даден радиус около nego.Sistema глобално позициониране (GPS или Глобална система за позициониране) е сателит и управлението на Министерството на отбраната на САЩ. Системата е в световен мащаб, при всякакви метеорологични условия, и позволява точна позиция и време 24 часа в денонощието.

Как работи

Основи на GPS система може да бъде разделена на пет основни подточки:

Satellite трилатерация - основа система

Satellite lemetry - измерване на разстояния, за да сателити

Точното време - защо е необходимо да се координира часовника в приемника и спътника, и която изисква 4-ти космически кораб

Satellite местоположение - да се определи точното положение на спътниците в космоса

За коригиране на грешки - счетоводни грешки, въведени от забавянето в тропосферата и йоносферата

Satellite трилатерация

Точните координати могат да бъдат изчислени на места върху повърхността на Земята от измервания на разстояния от една група от спътници (ако тяхното положение в пространството е известно). В този случай, спътниците са точки с известни координати. Да предположим, че разстоянието от един спътник е известно, и ние можем да се опише обхвата на даден радиус около него.

Ако знаем, разстоянието и преди втория спътник се определя от местоположението ще се намира някъде в кръга даден от пресичането на две сфери.

Третият спътник дефинира две точки на окръжността.

Сега остава само да изберете правилния момент. Въпреки това, една от точките, винаги може да бъде отхвърлена, тъй като тя е с висока скорост за движение, или е на или под повърхността на земята.

По този начин, знаейки разстоянието до три спътника може да се определи чрез изчисляването на координатите на точката.

Satellite lemetry

Разстояния до спътниците, се определя чрез измерване на времето за разпространение на радио сигнал от космическия кораб към приемника, умножена по скоростта на светлината. За да се определи времето за разпространение на сигнала, ние трябва да знаем, когато той напусна спътник. За да направите това, на сателита и приемника в същото време генерира същия псевдо-случаен код.

Приемникът проверява входящата сателитен сигнал и определя кога тя генерира един и същи код. Получената разликата, умножена по скоростта на светлината (

300000 km / сек) дава необходимото разстояние.

Използване на кода позволява на приемника да се определи времето на забавяне по всяко време. Освен това, сателити могат да излъчват сигнал със същата честота, тъй като всеки сателит се идентифицира с код псевдослучаен (PRN или псевдослучайни кодов номер).

В момента,

Както се вижда от по-горе, изчисляването е в пряка зависимост от точността на chasov.Kod инсулт трябва да се генерира на спътника и приемника в същото време. Спътникът атомните часовници с точност до около една наносекунда. Въпреки това е твърде скъпо, за да инсталирате такъв часовник във всеки GPS приемник, така че измерването от четвърти спътник се използва за коригиране на грешки на часовника на приемника.

Можете да използвате тези измервания, за да се елиминират грешки, които могат да възникнат, ако часовника на спътника и приемника не са синхронизирани. За по-голяма яснота, илюстрация показани по-долу като се има предвид положението на самолета, тъй като само три спътника са необходими за изчисляване на местоположението на обекта.

Ако часовника на спътника и приемника има същата точност на точното място може да се намери чрез измерване на разстоянието от двата спътника.

Ако измерванията са получени от три сателита и всички точна часовник, кръга, описан от вектор радиус от третия спътник ще се припокриват, както е показано на фиг.

Все пак, ако на часовника в приемника в бързаме за 1 секунда, картината ще изглежда така.

Ако направим измерването преди третия спътник, в резултат на радиус вектора не преминава през другите две, както е показано на фиг.

Когато GPS приемникът получава серия от измервания, които не се пресичат в една точка, компютърът в приемника започва да изважда (или добавяне) времето чрез последователни повторения, докато, докато ще донесе всички измервания на една точка. След тази корекция се изчислява и се подходящо регулиране.

Ако имате нужда от трето измерение, е необходим четвърти спътник за елиминиране на грешките на часовника в приемника. По този начин, когато се работи в тази област, трябва да имате поне четири сателита, за да се определи триизмерни координати на обекта.

сателитна местоположение

Министерството на отбраната на САЩ (DoD) осигурява непрекъснато проследяване на сателити. Всеки спътник има няколко висока точност атомните часовници и те непрекъснато предаване на радиосигналите със своя уникален идентификационен код *. Американското министерство на отбраната има Station 4 сателитното проследяване, три комуникационни станции и центъра за контрол и управление за целия земен сегмент на системата. проследяване станция непрекъснато следи спътниците и предава данни към контролния център. В контролния център изисканите елементите изчислени сателитни орбити и сателитна корекционните коефициенти везни време, след което тези данни се предават чрез комуникационни канали на спътници станции най-малко веднъж на ден.

корекция на грешки

Някои източници на грешки, произтичащи от GPS са неразрешими. Изчисленията показват, че сигналът се разпространява с непрекъсната скорост, която е равна на скоростта на светлината. Все пак, реалността е много по-сложно. Скоростта на светлината е постоянна само във вакуум. Когато сигнал преминава през йоносферата (слой от заредени частици на височина 130-290 км) и тропосферата, скорост размножаване е намалена, което води до грешки в измерването на диапазон. Съвременните GPS приемници използват различни алгоритми, за да се премахнат тези забавяния.

Понякога възникват грешки в хода на атомните часовници и сателитни орбити, но те обикновено са леки и се следят отблизо от проследяващи станции.

смущения Multipath прави грешка в определяне на местоположение чрез GPS. Това се случва, когато сигналът се отразява от обекти, разположени на повърхността на земята, което създава значителни смущения на сигнали, пристигащи директно от сателитите. Специална техника за обработка на сигнала и интелигентен дизайн на антената, за да сведе до минимум този източник на грешка.