Mittausten tarkkuus GLONASS/GPS:n käyttö riippuu vastaanottimen rakenteesta ja luokasta, satelliittien lukumäärästä ja sijainnista (reaaliajassa), ionosfäärin tilasta ja maapallon ilmakehästä (raskaat pilvet jne.), häiriöiden esiintymisestä ja muista tekijöistä .

"Kotitalouksien" GPS-laitteiden "siviili" käyttäjille mittausvirhe on välillä ±3-5m - ±50m ja enemmän (keskimäärin todellinen tarkkuus minimaalisella häiriöllä, jos uudet mallit ovat ±5-15 metriä suhteen). Suurin mahdollinen tarkkuus on +/- 2-3 metriä vaakatasossa. Korkeus - ±10-50m - ±100-150 metriä. Korkeusmittari on tarkempi, jos kalibroit digitaalisen barometrin lähimmän pisteen mukaan, jolla on tiedossa tarkka korkeus (esimerkiksi tavallisesta atlasesta) tasaisessa maastossa tai tunnetulla ilmanpaineella (jos se ei muutu liian nopeasti sään mukaan). muutokset).

Korkean tarkkuuden "geodeettisen luokan" metrit - tarkemmat kahdella tai kolmella suuruusluokalla (senttimetriin asti, tasossa ja korkeudessa). Mittausten todellisen tarkkuuden määräävät useat tekijät, kuten etäisyys lähimmästä tukiasemasta (korjaus) järjestelmän palvelualueella, moninkertaisuus (toistuvien mittausten/kertymien määrä pisteessä), työn asianmukainen laadunvalvonta. , asiantuntijan koulutustaso ja käytännön kokemus. Tällaisia ​​erittäin tarkkoja laitteita voivat käyttää vain erikoistuneet organisaatiot, erikoispalvelut ja armeija.

Navigoinnin tarkkuuden parantamiseksi On suositeltavaa käyttää monijärjestelmää Glanas / GPS-vastaanotinta - avoimessa tilassa (lähellä ei ole rakennuksia tai ulkonevia puita) melko tasaisessa maastossa ja liittää ylimääräinen ulkoinen antenni. Markkinointitarkoituksissa tällaisille laitteille tunnustetaan "kaksinkertainen luotettavuus ja tarkkuus" (viitaten samanaikaisesti käytettyyn kahteen satelliittijärjestelmään, Glonassiin ja Gypiesiin), mutta todellinen parametrien todellinen parannus (koordinaattien määrityksen tarkkuuden lisääntyminen) voi olla vain enintään useita kymmeniä prosentteja. Vain huomattava lyhennys kuuman lämpimän käynnistysajan ja mittauksen keston aikana on mahdollista.

GPS-mittausten laatu heikkenee, jos satelliitit sijaitsevat taivaalla tiheässä säteessä tai yhdellä linjalla ja "kaukana" - lähellä horisonttia (kaikki tätä kutsutaan "huonoksi geometriaksi") ja signaali häiritsee (korkeat rakennukset tukkii, heijastaa signaalia, puita, jyrkkiä vuoria lähellä). Maan päiväpuolella (tällä hetkellä Aurinko valaisee) - ionosfääriplasman läpi kulkemisen jälkeen radiosignaalit heikkenevät ja vääristyvät suuruusluokkaa voimakkaammin kuin yöpuolella. Geomagneettisen myrskyn aikana voimakkaiden auringonpurkausten jälkeen satelliittinavigointilaitteiden toiminnan keskeytykset ja pitkät keskeytykset ovat mahdollisia.

GPS:n todellinen tarkkuus riippuu GPS-vastaanottimen tyypistä ja tiedonkeruun ja -käsittelyn ominaisuuksista. Mitä enemmän kanavia (vähintään 8) navigaattorissa, sitä tarkemmin ja nopeammin oikeat parametrit määritetään. Vastaanotettaessa "A-GPS-apupaikannuspalvelintietoja" Internetin kautta (pakettidatasiirron kautta, puhelimissa ja älypuhelimissa) koordinaattien ja sijainnin määrittäminen kartalla kasvaa.

WAAS (Wide Area Augmentation System, Amerikan mantereella) ja EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, Euroopassa) - differentiaaliset alijärjestelmät, jotka lähettävät geostationaarisesti (korkeudessa 36 000 km alemmilla leveysasteilla 40 000 kilometriin keski- ja korkeiden leveysasteiden yläpuolella). satelliitit korjaavat tietoja G P S -vastaanottimiin (korjaukset otetaan käyttöön). Ne voivat parantaa mönkijän (kenttä, liikkuva vastaanotin) paikantamisen laatua, jos lähellä sijaitsevat maanpäälliset tukiasemat (kiinteät referenssisignaalien vastaanottimet, joilla on jo korkean tarkkuuden koordinaattireferenssi) sijaitsevat ja toimivat lähellä. Tässä tapauksessa kenttä- ja tukivastaanottimen on seurattava samannimistä satelliitteja samanaikaisesti.

Mittausnopeuden lisäämiseksi On suositeltavaa käyttää monikanavaista (vähintään 8-kanavaista), monijärjestelmävastaanotinta (Glonas / Gps), jossa on ulkoinen antenni. Vähintään kolmen GPS- ja kahden GLONASS-satelliitin on oltava näkyvissä. Mitä enemmän niitä on, sitä parempi tulos. Myös hyvä näkyvyys taivaalle (avoin horisontti) on välttämätön.

Vastaanottavan laitteen nopea, ”kuuma” (kesto ensimmäisissä sekunnissa) tai ”lämminkäynnistys” (puoli minuuttia tai minuutti ajallisesti) on mahdollista, jos se sisältää ajantasaisen, tuoreen almanakkan. Jos navigaattoria ei ole käytetty pitkään aikaan, vastaanotin pakotetaan vastaanottamaan koko almanakka ja kun se kytketään päälle, suoritetaan kylmäkäynnistys (jos laite tukee AGPS:ää, niin nopeammin - jopa Muutama sekunti).

Vain vaakakoordinaattien (leveysaste/pituusaste) määrittämiseen kolmen satelliitin signaalit saattavat riittää. Kolmiulotteisten (korkeuskoordinaattien) saamiseksi tarvitaan vähintään neljä koordinaattia.

GLONASS-järjestelmä on suurin navigointijärjestelmä, jonka avulla voit seurata erilaisten kohteiden sijaintia. Vuonna 1982 käynnistetty hanke on edelleen aktiivisesti kehittymässä ja parantumassa. Lisäksi työtä tehdään sekä GLONASSin teknisen tuen että infrastruktuurin parissa, jonka ansiosta yhä useammat ihmiset voivat käyttää järjestelmää. Joten jos kompleksin olemassaolon ensimmäisinä vuosina navigointia satelliittien kautta käytettiin pääasiassa sotilaallisten ongelmien ratkaisemiseen, nykyään GLONASS on teknologinen paikannustyökalu, josta on tullut pakollinen miljoonien siviilikäyttäjien elämässä.

Globaalit satelliittinavigointijärjestelmät

Globaalin satelliittipaikannuksen teknisen monimutkaisuuden vuoksi nykyään vain kaksi järjestelmää voi täysin vastata tätä nimeä - GLONASS ja GPS. Ensimmäinen on venäläinen, ja toinen on amerikkalaisten kehittäjien hedelmä. Teknisestä näkökulmasta GLONASS on erikoistuneiden laitteistojen kokonaisuus, joka sijaitsee sekä kiertoradalla että maassa.

Satelliittien kanssa kommunikointiin käytetään erityisiä antureita ja vastaanottimia, jotka lukevat signaaleja ja luovat niiden perusteella sijaintitietoja. Aikaparametrien laskemiseen käytetään erikoisparametreja, joilla määritetään kohteen sijainti ottaen huomioon radioaaltojen lähetys ja käsittely. Virheiden vähentäminen mahdollistaa paikannusparametrien luotettavamman laskennan.

Satelliittinavigointiominaisuudet

Maailmanlaajuisten satelliittinavigointijärjestelmien tehtäviin kuuluu maanpinnan kohteiden tarkan sijainnin määrittäminen. Maantieteellisen sijainnin lisäksi globaalien satelliittinavigointijärjestelmien avulla voit ottaa huomioon ajan, reitin, nopeuden ja muut parametrit. Nämä tehtävät toteutetaan eri kohdissa maanpinnan yläpuolella sijaitsevien satelliittien avulla.

Globaalin navigoinnin käyttö ei rajoitu kuljetusteollisuuteen. Satelliitit auttavat etsintä- ja pelastustöissä, geodeettisissa ja rakennustöissä sekä muiden avaruusasemien ja ajoneuvojen koordinointi ja ylläpito on myös välttämätöntä. Sotateollisuus ei myöskään jää ilman tukea vastaavaan tarkoitukseen tarkoitetun järjestelmän avulla, joka tarjoaa suojatun signaalin, joka on suunniteltu erityisesti puolustusministeriön valtuutetuille laitteille.

GLONASS järjestelmä

Järjestelmä aloitti täyden toimintansa vasta vuonna 2010, vaikka kompleksia on yritetty ottaa käyttöön vuodesta 1995 lähtien. Ongelmat liittyivät suurelta osin käytettyjen satelliittien vähäiseen kestävyyteen.

Tällä hetkellä GLONASS koostuu 24 satelliitista, jotka toimivat eri kohdissa kiertoradalla. Yleisesti ottaen navigointiinfrastruktuuria voidaan edustaa kolmella komponentilla: ohjauskompleksilla (tarjoaa ryhmän hallinnan kiertoradalla) sekä käyttäjän navigointilaitteistolla.

24 satelliittia, joista jokaisella on oma vakiokorkeutensa, on jaettu useisiin luokkiin. Jokaisella pallonpuoliskolla on 12 satelliittia. Satelliittiratojen kautta maan pinnalle muodostuu verkko, jonka signaalien kautta määritetään tarkat koordinaatit. Lisäksi satelliitti GLONASSissa on myös useita varmuuskopiointitoimintoja. Ne ovat myös kukin omalla radallaan eivätkä ole joutilaina. Heidän tehtäviinsä kuuluu kattavuuden laajentaminen tietylle alueelle ja viallisten satelliittien korvaaminen.

GPS-järjestelmä

GLONASSin amerikkalainen analogi on GPS-järjestelmä, joka myös aloitti toimintansa 1980-luvulla, mutta vasta vuodesta 2000 lähtien koordinaattien määritystarkkuus on mahdollistanut sen leviämisen kuluttajien keskuudessa. Nykyään GPS-satelliitit takaavat tarkkuuden jopa 2-3 m. Navigointikyvyn kehityksen viivästyminen on jo pitkään johtunut keinotekoisista paikannusrajoituksista. Siitä huolimatta niiden poistaminen mahdollisti koordinaattien määrittämisen mahdollisimman tarkasti. Jopa synkronoituna minivastaanottimien kanssa saavutetaan GLONASS-tasoa vastaava tulos.

Erot GLONASSin ja GPS:n välillä

Navigointijärjestelmien välillä on useita eroja. Erityisesti satelliittien järjestelyssä ja kiertoradalla liikkumisessa on eroja. GLONASS-kompleksissa ne liikkuvat kolmea tasoa pitkin (kahdeksan satelliittia kullekin), ja GPS-järjestelmä mahdollistaa työn kuudessa tasossa (noin neljä per taso). Siten venäläinen järjestelmä tarjoaa laajemman kattavuuden maa-alueelle, mikä näkyy suurempana tarkkuudena. Käytännössä kotimaisten satelliittien lyhytaikainen "elinikä" ei kuitenkaan mahdollista GLONASS-järjestelmän täyden potentiaalin hyödyntämistä. GPS puolestaan ​​ylläpitää suurta tarkkuutta satelliittien ylimääräisen määrän vuoksi. Siitä huolimatta venäläinen kompleksi esittelee säännöllisesti uusia satelliitteja sekä kohdennettuun käyttöön että varatukeen.

Myös erilaisia ​​signaalin koodausmenetelmiä käytetään - amerikkalaiset käyttävät CDMA-koodia ja GLONASS käyttää FDMA-koodia. Kun vastaanottimet laskevat paikannustietoja, venäläinen satelliittijärjestelmä tarjoaa monimutkaisemman mallin. Tästä johtuen GLONASSin käyttö vaatii suurta energiankulutusta, mikä näkyy laitteiden mitoissa.

Mitä GLONASS-ominaisuudet sallivat?

Järjestelmän perustehtäviin kuuluu GLONASSin kanssa vuorovaikutukseen kykenevän kohteen koordinaattien määrittäminen. GPS tässä mielessä suorittaa samanlaisia ​​tehtäviä. Erityisesti lasketaan maa-, meri- ja ilmaobjektien liikeparametrit. Muutamassa sekunnissa sopivalla navigaattorilla varustettu ajoneuvo pystyy laskemaan oman liikkeensä ominaisuudet.

Samaan aikaan globaalin navigoinnin käyttö on jo tullut pakolliseksi tietyissä liikenneluokissa. Jos 2000-luvulla satelliittipaikannus levisi tiettyjen strategisten kohteiden hallintaan, niin nykyään vastaanottimet on varustettu laivoilla ja lentokoneilla, julkisilla kulkuneuvoilla jne. Lähitulevaisuudessa on mahdollista, että kaikki yksityisautot joudutaan toimittamaan GLONASS-navigaattoreiden kanssa.

Mitkä laitteet toimivat GLONASSin kanssa

Järjestelmä pystyy tarjoamaan jatkuvaa maailmanlaajuista palvelua kaikille kuluttajaluokille poikkeuksetta riippumatta ilmasto-, alue- ja aikaolosuhteista. Kuten GPS-järjestelmäpalvelut, GLONASS-navigaattori on saatavilla ilmaiseksi kaikkialla maailmassa.

Satelliittisignaaleja vastaanottaviin laitteisiin kuuluvat paitsi ajoneuvossa olevat navigointilaitteet ja GPS-vastaanottimet, myös matkapuhelimet. Tiedot sijainnista, suunnasta ja nopeudesta lähetetään erityiselle palvelimelle GSM-operaattoriverkkojen kautta. Erityinen GLONASS-ohjelma ja erilaiset karttoja käsittelevät sovellukset auttavat hyödyntämään satelliittinavigoinnin ominaisuuksia.

Combo-vastaanottimet

Satelliittinavigoinnin alueellinen laajentuminen on johtanut näiden kahden järjestelmän yhdistämiseen kuluttajan näkökulmasta. Käytännössä GLONASS-laitteita täydennetään usein GPS:llä ja päinvastoin, mikä lisää paikannus- ja ajoitusparametrien tarkkuutta. Teknisesti tämä toteutetaan kahdella samaan navigaattoriin integroidulla sensorilla. Tämän idean pohjalta valmistetaan yhdistettyjä vastaanottimia, jotka toimivat samanaikaisesti GLONASSin, GPS-järjestelmien ja niihin liittyvien laitteiden kanssa.

Määrityksen tarkkuuden lisäämisen lisäksi tällainen symbioosi mahdollistaa sijainnin jäljittämisen, kun jonkin järjestelmän satelliitteja ei havaita. Rataobjektien vähimmäismäärä, joiden "näkyvyys" navigaattorin toimintaan vaaditaan, on kolme yksikköä. Joten jos esimerkiksi GLONASS-ohjelma ei ole käytettävissä, GPS-satelliitit tulevat apuun.

Muut satelliittinavigointijärjestelmät

Euroopan unioni sekä Intia ja Kiina kehittävät mittakaavaltaan samanlaisia ​​hankkeita kuin GLONASS ja GPS. aikoo ottaa käyttöön 30 satelliitista koostuvan Galileo-järjestelmän, jolla saavutetaan vertaansa vailla oleva tarkkuus. Intiassa on tarkoitus laukaista seitsemän satelliitin kautta toimiva IRNSS-järjestelmä. Navigointikompleksi on suunnattu kotikäyttöön. Kiinalaisten kehittäjien Compass-järjestelmän tulisi koostua kahdesta segmentistä. Ensimmäinen sisältää 5 satelliittia ja toinen - 30. Näin ollen projektin laatijat visioivat kaksi palvelumuotoa.

Monet autonomistajat käyttävät navigaattoreita autoissaan. Jotkut heistä eivät kuitenkaan tiedä kahden eri satelliittijärjestelmän - venäläisen GLONASSin ja amerikkalaisen GPS:n - olemassaolosta. Tästä artikkelista opit, mitä eroja niillä on ja mitä niistä tulisi suosia.

Miten navigointijärjestelmä toimii?

Navigointijärjestelmää käytetään pääasiassa kohteen (tässä tapauksessa auton) sijainnin ja sen nopeuden määrittämiseen. Joskus on määritettävä joitain muita parametreja, esimerkiksi korkeus merenpinnan yläpuolella.

Se laskee nämä parametrit määrittämällä etäisyyden itse navigaattorin ja useiden Maan kiertoradalla olevien satelliittien välillä. Yleensä tarvitaan synkronointi neljän satelliitin kanssa, jotta järjestelmä toimisi tehokkaasti. Näitä etäisyyksiä muuttamalla se määrittää kohteen koordinaatit ja muut liikkeen ominaisuudet. GLONASS-satelliitit eivät ole synkronoituja Maan pyörimisen kanssa, mikä varmistaa niiden vakauden pitkän ajan kuluessa.

Video: GloNaSS vs GPS

Mikä on parempi GLONASS tai GPS ja mikä on niiden ero

Navigointijärjestelmät oli tarkoitettu ensisijaisesti sotilaallisiin tarkoituksiin, ja vasta sitten ne tulivat tavallisten kansalaisten saataville. Ilmeisesti armeijan on hyödynnettävä oman valtionsa kehitystä, sillä ulkomaisen navigointijärjestelmän voivat konfliktitilanteessa maan viranomaiset sammuttaa. Lisäksi Venäjällä sotilaita ja virkamiehiä rohkaistaan ​​käyttämään GLONASS-järjestelmää jokapäiväisessä elämässä.

Arjessa tavallisen autoilijan ei pitäisi olla ollenkaan huolissaan navigointijärjestelmän valinnasta. Sekä GLONASS että tarjoavat riittävän navigoinnin laadun jokapäiväiseen käyttöön. Venäjän ja muiden pohjoisilla leveysasteilla sijaitsevien maiden pohjoisilla alueilla GLONASS-satelliitit toimivat tehokkaammin, koska niiden matkareitit ovat korkeammalla Maan yläpuolella. Eli arktisella alueella, Skandinavian maissa, GLONASS on tehokkaampi, ja ruotsalaiset tunnustivat tämän jo vuonna 2011. Muilla alueilla GPS on hieman tarkempi kuin GLONASS sijainnin määrittämisessä. Venäläisen differentiaalikorjaus- ja valvontajärjestelmän mukaan GPS-virheet vaihtelivat 2–8 metristä ja GLONASS-virheet 4–8 metristä. Mutta jotta GPS voi määrittää sijainnin, joka sinun on otettava kiinni 6–11 satelliitista, GLONASS riittää 6–7 satelliitille.

On myös otettava huomioon, että GPS-järjestelmä ilmestyi 8 vuotta aikaisemmin ja otti merkittävän johtoaseman 90-luvulla. Ja viimeisen vuosikymmenen aikana GLONASS on pienentänyt tätä eroa lähes kokonaan, ja vuoteen 2020 mennessä kehittäjät lupaavat, että GLONASS ei ole millään tavalla huonompi kuin GPS.

Useimmat nykyaikaiset on varustettu yhdistetyllä järjestelmällä, joka tukee sekä venäläistä että amerikkalaista satelliittijärjestelmää. Juuri nämä laitteet ovat tarkimpia ja niillä on pienin virhe ajoneuvon koordinaattien määrittämisessä. Myös vastaanotettujen signaalien vakaus kasvaa, koska tällainen laite voi "nähdä" enemmän satelliitteja. Toisaalta tällaisten navigaattoreiden hinnat ovat paljon korkeammat kuin niiden yhden järjestelmän kollegansa. Tämä on ymmärrettävää - niihin on sisäänrakennettu kaksi sirua, jotka pystyvät vastaanottamaan signaaleja jokaisesta satelliitista.

Video: GPS- ja GPS+GLONASS-vastaanottimien testi Redpower CarPad3

Näin ollen tarkimmat ja luotettavimmat navigaattorit ovat kaksijärjestelmälaitteita. Niiden etuihin liittyy kuitenkin yksi merkittävä haittapuoli - kustannukset. Siksi valittaessa sinun on mietittävä - onko tällainen korkea tarkkuus välttämätön jokapäiväisessä käytössä? Myöskään yksinkertaiselle autoharrastajalle ei ole kovin tärkeää, mitä navigointijärjestelmää käyttää - venäläistä vai amerikkalaista. GPS tai GLONASS eivät anna sinun eksyä ja vievät sinut haluamaasi määränpäähän.

GPS on satelliittinavigointijärjestelmä, joka mittaa etäisyyttä, aikaa ja määrittää sijainnin. Mahdollistaa kohteiden sijainnin ja nopeuden määrittämisen kaikkialla maapallolla (paitsi napa-alueita), melkein missä tahansa säässä sekä ulkoavaruudessa lähellä planeettaa. Järjestelmän on kehittänyt, toteuttanut ja ylläpitää Yhdysvaltain puolustusministeriö.

GPS:n lyhyet ominaisuudet

Yhdysvaltain puolustusministeriön satelliittinavigointijärjestelmä on GPS, jota kutsutaan myös nimellä NAVSTAR. Järjestelmä koostuu 24:stä keinotekoiset maasatelliitit (NES), maakomento-mittauskompleksi ja kuluttajalaitteet. Se on globaali jokasään navigointijärjestelmä, joka mahdollistaa kohteiden koordinaattien suuren tarkkuuden kolmiulotteisessa maanläheisessä avaruudessa. GPS-satelliitit on sijoitettu kuudelle keskikorkealle kiertoradalle (korkeus 20 183 km) ja niiden kiertoaika on 12 tuntia.Ratatasot on sijoitettu 60°:n välein ja kaltevat päiväntasaajaan 55°:n kulmassa. Jokaisella kiertoradalla on 4 satelliittia. 18 satelliittia on vähimmäismäärä, jotta varmistetaan vähintään 4 satelliitin näkyvyys jokaisessa pisteessä maapallolla.

Järjestelmän käytön perusperiaate on määrittää sijainti mittaamalla etäisyydet kohteeseen tunnetuista koordinaateista - satelliiteista. Etäisyys lasketaan signaalin etenemisen viiveellä satelliitin lähettämisestä sen vastaanottamiseen GPS-vastaanottimen antennilla. Eli kolmiulotteisten koordinaattien määrittämiseksi GPS-vastaanottimen on tiedettävä etäisyys kolmeen satelliittiin ja GPS-järjestelmän aika. Siten vastaanottimen koordinaattien ja korkeuden määrittämiseen käytetään vähintään neljän satelliitin signaaleja.

Järjestelmä on suunniteltu tarjoamaan lentokoneiden ja laivojen navigointia ja ajan määrittämistä suurella tarkkuudella. Sitä voidaan käyttää kaksiulotteisessa navigointitilassa - Maan pinnalla olevien kohteiden navigointiparametrien 2D-määritys) ja kolmiulotteisessa tilassa - 3D (Maan pinnan yläpuolella olevien kohteiden navigointiparametrien mittaaminen). Objektin kolmiulotteisen sijainnin löytämiseksi on tarpeen mitata vähintään 4 NIS:n navigointiparametrit ja kaksiulotteisen navigoinnin osalta vähintään 3 NIS:n navigointiparametrit. GPS käyttää pseudoetäisyysmittarimenetelmää kohteen sijainnin määrittämiseen ja pseudoradiaalista nopeusmenetelmää kohteen nopeuden määrittämiseen.

Tarkkuuden parantamiseksi määritystulokset tasoitetaan käyttämällä Kalman-suodatinta. GPS-satelliitit lähettävät navigointisignaaleja kahdella taajuudella: F1 = 1575,42 ja F2 = 1227,60 MHz. Säteilytila: jatkuva pseudokohinamodulaatiolla. Navigointisignaalit ovat julkinen C/A-koodi (kurssi ja hankinta), joka lähetetään vain F1-taajuudella, ja suojattu P-koodi (tarkkuuskoodi), joka lähetetään F1- ja F2-taajuuksilla.

GPS:ssä jokaisella NIS:llä on oma ainutlaatuinen C/A-koodi ja ainutlaatuinen P-koodi. Tämän tyyppistä satelliittisignaalien erottelua kutsutaan koodierotukseksi. Sen avulla ajoneuvon laitteet voivat tunnistaa, mihin satelliittiin signaali kuuluu, kun ne kaikki lähettävät samalla taajuudella. GPS tarjoaa kaksitasoista asiakaspalvelua: PPS Precise Positioning Service ja SPS Standard Positioning Service PPS perustuu tarkkaan koodiin ja SPS - julkisesti saatavilla. PPS-palvelua tarjotaan Yhdysvaltain armeijalle ja liittovaltion viranomaisille ja SPS-palvelua siviilimassakuluttajalle.Satelliitti lähettää säännöllisesti navigointisignaalien lisäksi viestejä, jotka sisältävät tietoa satelliitin tilasta, sen efemeridistä, järjestelmästä. aika, ionosfäärin viiveennuste ja suorituskykyindikaattorit. Laivassa oleva GPS-laitteisto koostuu antennista ja vastaanottimen ilmaisusta. PI sisältää vastaanottimen, tietokoneen, muistiyksiköt, ohjaus- ja näyttölaitteet. Muistilohkot tallentavat tarvittavat tiedot, ohjelmat ongelmien ratkaisemiseksi ja vastaanottimen ilmaisimen toiminnan ohjaamiseksi. Käyttötarkoituksesta riippuen käytetään kahdenlaisia ​​laitteita: erikois- ja massakuluttajalle Erikoislaitteet on suunniteltu määrittämään ohjusten, sotilaslentokoneiden, laivojen ja erikoisalusten kinemaattiset parametrit. Objektiparametreja etsiessään se käyttää P- ja C/A-koodeja. Tämä laite mahdollistaa käytännössä jatkuvan määrityksen tarkkuus: kohteen sijainti— 5+7 m, nopeus — 0,05+0,15 m/s, aika — 5+15 ns

GPS-navigointisatelliittijärjestelmän pääsovellukset:

• Geodesia: GPS:n avulla määritetään pisteiden tarkat koordinaatit ja tonttien rajat
• Kartografia: GPS:ää käytetään siviili- ja sotilaskartografiassa
• Navigointi: GPS:ää käytetään sekä meri- että tienavigointiin
• Liikenteen satelliittiseuranta: GPS:n avulla valvotaan ajoneuvojen sijaintia ja nopeutta sekä ohjataan niiden liikettä
• Matkapuhelin: Ensimmäiset GPS-matkapuhelimet ilmestyivät 90-luvulla. Joissakin maissa, kuten Yhdysvalloissa, tätä käytetään hätänumeroon soittavan henkilön sijainnin nopeaan määrittämiseen.
• Tectonics, Plate Tectonics: GPS:n avulla havainnoimaan levyjen liikkeitä ja värähtelyjä
• Aktiivinen virkistys: on erilaisia ​​pelejä, jotka käyttävät GPS:ää, esimerkiksi Geokätköily jne.
• Geotagging: tiedot, kuten valokuvat, on "linkitetty" koordinaatteihin sisäänrakennettujen tai ulkoisten GPS-vastaanottimien ansiosta.

Kuluttajakoordinaattien määrittäminen

Paikannus etäisyyksien mukaan satelliitteihin

Sijaintikoordinaatit lasketaan satelliittien mitattujen etäisyyksien perusteella. Sijainnin määrittämiseen tarvitaan neljä mittausta. Kolme ulottuvuutta riittää, jos epätodennäköiset ratkaisut voidaan eliminoida jollain muulla käytettävissä olevalla tavalla. Toinen mittaus tarvitaan teknisistä syistä.

Etäisyyden mittaaminen satelliitista

Etäisyys satelliittiin määritetään mittaamalla aika, joka kuluu radiosignaalin kulkeutumiseen satelliitista meille. Sekä satelliitti että vastaanotin luovat saman näennäissatunnaisen koodin tiukasti samanaikaisesti yhteisellä aikaskaalalla. Määritetään kuinka kauan satelliitin signaalin kesti saavuttaa meidät vertaamalla sen näennäissatunnaisen koodin viivettä vastaanottimen koodiin.

Täydellisen ajoituksen varmistaminen

Tarkka ajoitus on avain etäisyyksien mittaamiseen satelliitteihin. Satelliitit ovat tarkkoja ajassa, koska niissä on atomikellot. Vastaanottimen kello ei välttämättä ole täydellinen, koska sen ajautuminen voidaan eliminoida trigonometrisilla laskelmilla. Tämän mahdollisuuden saamiseksi on tarpeen mitata etäisyys neljänteen satelliittiin. Neljän mittauksen tarve määräytyy vastaanottimen suunnittelun mukaan.

Satelliitin sijainnin määrittäminen ulkoavaruudessa.

Koordinaattiemme laskemiseksi meidän on tiedettävä sekä etäisyydet satelliiteista että kunkin sijainti ulkoavaruudessa. GPS-satelliitit kulkevat niin korkealle, että niiden kiertoradat ovat erittäin vakaat ja ne voidaan ennustaa suurella tarkkuudella. Seuranta-asemat mittaavat jatkuvasti pieniä muutoksia kiertoradalla ja tiedot näistä muutoksista välitetään satelliiteista.

Ionosfääri- ja ilmakehän signaaliviiveet.

Virheen minimoimiseksi voidaan käyttää kahta tapaa. Ensin voimme ennustaa, mikä olisi tyypillinen nopeuden muutos tyypillisenä päivänä keskimääräisissä ionosfääriolosuhteissa, ja sitten soveltaa korjausta kaikkiin mittauksiin. Mutta valitettavasti jokainen päivä ei ole tavallinen. Toinen menetelmä on verrata kahden signaalin etenemisnopeuksia, joilla on eri kantoaaltotaajuudet. Jos vertaamme GPS-signaalin kahden eri taajuuden komponentin etenemisaikaa, saadaan selville, millainen hidastuminen tapahtui. Tämä korjausmenetelmä on melko monimutkainen ja sitä käytetään vain edistyneimmissä, niin kutsutuissa "kaksitaajuisissa" GPS-vastaanottimissa.

Monitie.

Toinen virhetyyppi on "monitievirheet". Ne syntyvät, kun satelliitista lähetetyt signaalit heijastuvat toistuvasti ympäröivistä esineistä ja pinnoilta ennen kuin ne saavuttavat vastaanottimen.

Geometrinen tekijä vähentää tarkkuutta.

Hyvät vastaanottimet on varustettu laskennallisilla menetelmillä, jotka analysoivat kaikkien havaittavien satelliittien suhteelliset sijainnit ja valitsevat niistä neljä ehdokasta, ts. parhaalla paikalla neljä satelliittia.

Tuloksena oleva GPS-tarkkuus.

Tuloksena oleva GPS-virhe määräytyy eri lähteistä saatujen virheiden summan perusteella. Jokaisen panos vaihtelee ilmasto-olosuhteiden ja laitteiden laadun mukaan. Lisäksi Yhdysvaltain puolustusministeriö voi tarkoituksella vähentää tarkkuutta asentamalla GPS-satelliitteihin niin sanotun S/A-tilan (Selective Availability). Tämä tila on suunniteltu estämään mahdollista vihollista saamasta taktista etua GPS-paikannuksessa. Kun ja jos tämä tila on asetettu, se luo GPS-virheen kokonaismäärän merkittävimmän osan.

Johtopäätös:

Mittausten tarkkuus GPS:n käyttö riippuu vastaanottimen suunnittelusta ja luokasta, satelliittien lukumäärästä ja sijainnista (reaaliajassa), ionosfäärin tilasta ja maapallon ilmakehästä (raskaat pilvet jne.), häiriöiden esiintymisestä ja muista tekijöistä. "Kotitalouksien" GPS-laitteiden "siviili" käyttäjille mittausvirhe on ±3-5m ja ±50m ja enemmän (keskimäärin todellinen tarkkuus minimaalisella häiriöllä uusissa malleissa on ±5-15 metriä suunnitelmassa). Suurin mahdollinen tarkkuus on +/- 2-3 metriä vaakatasossa. Korkeus - ±10-50m - ±100-150 metriä. Korkeusmittari on tarkempi, jos kalibroit digitaalisen barometrin lähimmän pisteen mukaan, jolla on tiedossa tarkka korkeus (esimerkiksi tavallisesta atlasesta) tasaisessa maastossa tai tunnetulla ilmanpaineella (jos se ei muutu liian nopeasti sään mukaan). muutokset). Korkean tarkkuuden "geodeettisen luokan" mittarit - tarkemmat kahdesta kolmeen suuruusluokkaa (enintään senttimetriin, tasossa ja korkeudessa). Mittausten todellisen tarkkuuden määräävät useat eri tekijät, kuten etäisyys lähimmästä tukiasemasta (korjaus) järjestelmän palvelualueella, moninkertaisuus (toistuvien mittausten/kertymien määrä pisteessä), työn asianmukainen laadunvalvonta, taso asiantuntijan koulutus ja käytännön kokemus. Tällaisia ​​erittäin tarkkoja laitteita voivat käyttää vain erikoistuneet organisaatiot, erikoispalvelut ja armeija.

Navigoinnin tarkkuuden parantamiseksi On suositeltavaa käyttää GPS-vastaanotinta avoimessa tilassa (lähellä ei ole rakennuksia tai ulkonevia puita), jossa on melko tasainen maasto, ja liittää siihen ylimääräinen ulkoinen antenni. Markkinointitarkoituksissa tällaisille laitteille tunnustetaan "kaksinkertainen luotettavuus ja tarkkuus" (viitaten samanaikaisesti käytettyyn kahteen satelliittijärjestelmään, Glonassiin ja Gypiesiin), mutta todellinen parametrien todellinen parannus (koordinaattien määritystarkkuuden lisääntyminen) voi olla vain enintään useita kymmeniä prosentteja. Vain huomattava lyhennys kuuman lämpimän käynnistysajan ja mittauksen keston aikana on mahdollista

GPS-mittausten laatu heikkenee, jos satelliitit sijaitsevat taivaalla tiheässä säteessä tai yhdellä linjalla ja "kaukana" - lähellä horisonttia (kaikki tätä kutsutaan "huonoksi geometriaksi") ja signaali häiritsee (korkeat rakennukset estävät signaalin, puut, lähellä olevat jyrkät vuoret, jotka heijastavat signaalia). Maan päiväpuolella (tällä hetkellä Aurinko valaisee) - ionosfääriplasman läpi kulkemisen jälkeen radiosignaalit heikkenevät ja vääristyvät suuruusluokkaa voimakkaammin kuin yöpuolella. Geomagneettisen myrskyn aikana voimakkaiden auringonpurkausten jälkeen satelliittinavigointilaitteiden toiminnan keskeytykset ja pitkät keskeytykset ovat mahdollisia.

GPS:n todellinen tarkkuus riippuu GPS-vastaanottimen tyypistä ja tiedonkeruun ja -käsittelyn ominaisuuksista. Mitä enemmän kanavia (vähintään 8) navigaattorissa, sitä tarkemmin ja nopeammin oikeat parametrit määritetään. Kun vastaanotetaan "apu-A-GPS-paikannuspalvelintietoja" Internetin kautta (pakettidatasiirron kautta, puhelimissa ja älypuhelimissa), koordinaattien ja sijainnin määrittäminen kartalla kasvaa.

WAAS (Wide Area Augmentation System, Amerikan mantereella) ja EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, Euroopassa) - differentiaaliset alijärjestelmät, jotka lähettävät geostationaarisesti (korkeudessa 36 000 km alemmilla leveysasteilla 40 000 kilometriin keski- ja korkeiden leveysasteiden yläpuolella). satelliitit korjaavat tietoja GPS-vastaanottimiin (korjaukset otetaan käyttöön). Ne voivat parantaa mönkijän (kenttä, liikkuva vastaanotin) paikantamisen laatua, jos lähellä sijaitsevat maanpäälliset tukiasemat (kiinteät referenssisignaalien vastaanottimet, joilla on jo korkean tarkkuuden koordinaattireferenssi) sijaitsevat ja toimivat lähellä. Tässä tapauksessa kenttä- ja tukivastaanottimen on seurattava samannimistä satelliitteja samanaikaisesti.

Mittausnopeuden lisäämiseksi On suositeltavaa käyttää monikanavaista (vähintään 8-kanavaista) vastaanotinta ulkoisella antennilla. Vähintään kolmen GPS-satelliitin on oltava näkyvissä. Mitä enemmän niitä on, sitä parempi tulos. Myös hyvä näkyvyys taivaalle (avoin horisontti) on välttämätön. Vastaanottavan laitteen nopea, ”kuuma” (kesto ensimmäisissä sekunnissa) tai ”lämminkäynnistys” (puoli minuuttia tai minuutti ajallisesti) on mahdollista, jos se sisältää ajantasaisen, tuoreen almanakkan. Jos navigaattoria ei ole käytetty pitkään aikaan, vastaanotin pakotetaan vastaanottamaan koko almanakka ja kun se kytketään päälle, suoritetaan kylmäkäynnistys (jos laite tukee AGPS:ää, niin nopeammin - jopa Muutama sekunti). Vain vaakakoordinaattien (leveysaste/pituusaste) määrittämiseen kolmen satelliitin signaalit saattavat riittää. Kolmiulotteisten (korkeuskoordinaattien) saamiseksi tarvitaan vähintään neljä koordinaattia. Tarve luoda oma kotimainen navigointijärjestelmä johtuu siitä, että GPS on amerikkalainen, mahdolliset vastustajat, jotka voivat milloin tahansa, sotilaallisten ja geopoliittisten etujensa vuoksi, valikoivasti poistaa käytöstä, "jumittaa", muokata sitä millä tahansa alueella tai lisätä keinotekoista , systemaattinen virhe koordinaateissa (tämän palvelun ulkomaisille kuluttajille), joka on aina läsnä rauhan aikana.

GLONASS/GPS kaikille: yksisiruisen vastaanottimen paikantamisen tarkkuuden ja saavutettavuuden testit vaikeissa käyttöolosuhteissa

Philip Mattos (Philip Mattos)
Käännös: Andrey Rusak
tuki@sivusto
Victoria Bulanova
[sähköposti suojattu]
Yksisiruista GNSS-vastaanotinta, joka on nyt siirtynyt massatuotantoon, testattiin tiheissä kaupunkiympäristöissä, jotta voidaan osoittaa monijärjestelmä (GLONASS ja GPS) -toiminnan edut kuluttajavastaanottimena. Yhdistetyn GLONASS/GPS-järjestelmän käyttö alkoi useilla kymmenillä tuhansilla vastaanottimilla geodeettisiin tutkimuksiin, ja tällä hetkellä tällaisia ​​kuluttajalaitteita on käytössä miljoonia. Henkilökohtaisten satelliittinavigointilaitteiden määrän kasvun, autoteollisuuden OEM-järjestelmien ja matkapuhelimien ilmaantumisen ansiosta oli mahdollista saavuttaa merkittäviä markkinavolyymeja vuonna 2011. Luottamus navigointilaitteiden markkinoiden kehitysnäkymiin ajaa suurtaajuuskohtaisten komponenttien, kuten antennien ja SAW-suodattimien, valmistajia lisäämään tuotantomääriä ja optimoimaan tavaran kustannuksia. Yksi ensimmäisistä venäläisistä yrityksistä, joka markkinoi STM-vastaanottimeen perustuvia moduuleja, oli NAVIA. NAVIA GLONASS -moduulit ovat jo osoittautuneet luotettaviksi ja käteviksi moduuleiksi valmiiden navigointipäätteiden tuotantoon ja liikkuvien kohteiden ohjaukseen. Erilaiset moduulitestit ovat osoittaneet, että ML8088s ja GL 8088s täyttävät kaikki valmistajan ilmoittamat ominaisuudet ja niitä voidaan käyttää menestyksekkäästi valvontalaitteissa.

Yksisiruisen GLONASS/GPS-vastaanottimen testit Lontoossa, Tokiossa ja Teksasissa suoritettiin osoittamaan, että kaikkien näkyvien GLONASS-satelliittien yhteinen käyttö yhdessä GPS:n kanssa tarjoaa paremman sijainnin saatavuuden tiheillä kaupunkialueilla ja huonon sijainnin saatavuuden tapauksessa. - parempi sijoittelu, tarkkuus.

On selvää, että monijärjestelmävastaanottimilla on suuri kysyntä kuluttajamarkkinoilla. Ne voivat varmistaa toiminnan useammilla satelliiteilla "kaupunkikanjonien" olosuhteissa, joissa vain osa taivaanpuoliskosta on näkyvissä näkyvyysalueella ja tarvitaan suurta luotettavuutta tarpeettomien signaalien suodattamisessa, kun hyödyllisten signaalien laatu on erittäin korkea. heikentynyt useiden heijastusten ja vaimennusten vuoksi. Seuraavassa kuvataan lyhyesti GLONASS-järjestelmän (ja myöhemmin GALILEO) integroinnin vaikeudet, jonka pohjalta tuotetaan kustannustehokkaita laitteita massakuluttajalle. Tällaisilla markkinoilla toisaalta kustannukset ovat ensin, ja toisaalta korkeat suorituskykyvaatimukset liittyvät alhaisiin signaalitasoihin, rajoitettuun virrankulutukseen, lyhyisiin kylmäkäynnistysaikoihin ja paikannusvakauteen.

Tavoitteena oli käyttää kaikkia saatavilla olevia satelliitteja kuluttajien navigointilaitteiden suorituskyvyn parantamiseen sisä- ja kaupunkiympäristöissä. Vuosi 2011 meni GLONASS-tuen suojeluksessa; tämän satelliittijärjestelmän kehitys on noin kolme vuotta GALILEOa edellä. Vastaanottimia suunniteltaessa oli tärkeää voittaa GLONASSin ja GPS:n laitteistotuen yhteensopimattomuusongelmat. Toisin sanoen taajuusmoduloitu GLONASS-signaali vaati leveämmän taajuuskaistan kuin GPS:n käyttämät pulssikoodimodulaatiosignaalit, kaistanpäästösuodattimet eri taajuuskeskuksilla ja signaalielementtien eri siirtonopeuksilla. Ja kaikki tämä lisäämättä merkittävästi vastaanottimen kustannuksia.

Ihanteellisissa käyttöolosuhteissa lisäkonstellaatioiden satelliitit ovat tehottomia, koska sijainnin saatavuus Saan lähes 100 prosenttia käyttämällä vain GPS:ää. Seitsemän, kahdeksan tai yhdeksän paikannukseen käytetyn satelliitin läsnäolo ionosfäärissä fiksaatiotilassa minimoi kokonaisvirheen ja antaa oikeat koordinaatit.

Äärimmäisissä käyttöolosuhteissa vain GPS:n käyttö mahdollistaa sijainnin määrittämisen, mutta vain kolmen, neljän, viiden taivaan pallonpuoliskon kapeaan osaan keskittyneen satelliitin käyttö johtaa huonoihin DOP-arvoihin. Satelliittien määrän lisääminen parantaa merkittävästi tarkkuutta, mikä parantaa DOP:ta ja keskiarvoistaa monitievirheitä. Sijoitettujen satelliittien lukumäärän rajoittaminen johtaa monitievirheiden määräämiseen vahvistettujen DOP:iden koordinaattien määrittämisessä. Toisen tai kolmannen satelliittikonstellaation lisääminen lisää näkyvien satelliittien määrää, jolloin koordinaattien määritysprosessiin osallistuu enemmän satelliitteja, mikä johtaa virheiden vähenemiseen.

Siksi äärimmäisissä olosuhteissa, joissa pelkkä GPS:n käyttö ei riitä, GLONASS-satelliittien (ja myöhemmin GALILEO) lisäkäyttö lisää paikannusmahdollisuuden 100 %:iin (lukuun ottamatta maanalaisia ​​tunneleita).

Itse asiassa saatavuus on itseään parantava positiivinen palautesilmukka: koska satelliitteja seurataan jatkuvasti, vaikka niitä evättäisiin osallistumasta nykyiseen paikannusongelman ratkaisuun RAIM-/vika- ja FDE-algoritmeilla, ei tarvitse etsiä. heille jälleen - ne ovat jo tulleet käyttöön aiemmin. Jos paikannusprosessia ei keskeytetä, on mahdollista jatkaa vaiheiden ennustamista tarkasti suljetuilla esteillä varustettujen satelliittien osalta, mikä mahdollistaa niiden käytön välittömästi poistuttaessa varjoista, koska niiden etsiminen ja korjaaminen ei vaadi lisätietojen vastaanottamista.

Muut näkyvät satelliitit ovat erittäin tärkeitä kuluttajalle, erityisesti esimerkiksi "itseavun" ("itsepalvelun") yhteydessä, kun vähimmäisryhmää edustaa viisi satelliittia kolmen tai neljän sijasta. määrittää itsenäisesti, että kaikki satelliitit ovat "oikeita" käyttämällä vastaanottimen autonomisen eheyden valvontaa (RAIM) tekniikoita. "Itsepalvelulla" on GLONASSille vieläkin merkittävämpiä etuja: ei tarvita infrastruktuuria, kuten avustettuja palvelimia, mikä johtaa aina palvelun viivästymiseen. GLONASS-menetelmä satelliittien kiertoradan parametrien lähettämiseksi Kepleri-muodossa soveltuu hyvin myös "itsepalvelu"-algoritmiin.

Testiarvo

Aiemmat yritykset luonnehtia monijärjestelmälaitteiden etuja kaupunkiympäristöissä ovat pysähtyneet tarpeeseen käyttää ammattimaisia ​​vastaanottimia, joita ei ole suunniteltu tällaisille signaalitasoille, ja jokaiselle ryhmälle olisi hankittava erilliset tulokset tai uhrattava yksi satelliittimittauksista mittaamiseksi. aika. Nämä olosuhteet eivät sallineet meidän jatkaa massamarkkinoille julkaistavien laitteiden testaamista.

Uuden monijärjestelmäratkaisun julkaisu on erittäin tärkeä, sillä testattava vastaanotin on todella massatuotettu laite, jos sen herkkyys on kasvanut ja se on täysin valmis sekä mittaukseen että laskemiseen. Näin ollen tämän artikkelin kirjoittaja raportoi ensimmäistä kertaa täysin luotettavia testituloksia.

Tausta

Testit suoritettiin yksisiruisella GNSS-vastaanottimella Teseo-II (STA-8088). Lyhyt historia: Tämä on STM:n valmistama 2009 tuote, joka perustuu Cartesio+:aan, jossa on jo mukana GPS/GALILEO ja digitaalinen signaaliprosessori (DSP). Se oli valmis istutettavaksi GLONASS-toiminnolla, mikä johti Teseo-II-sirun luomiseen. (2010 tuote). Testitulokset oikeilla satelliittisignaaleilla saatiin Baseband-sirulla FPGA-toteutuksessa vuoden 2009 lopussa ja vuonna 2010 valmiilla sirulla.

Nykyinen rakenne vaati lisää pieniä piirimuutoksia. Vaaditut DSP-laitteisto- ja ohjelmistomuutokset olivat vähäisiä, ja ne sisältyvät seuraavaan ajoitettuun TeseoII-piiripäivitykseen. RF-osapiirin toteutus vaati paljon enemmän huomiota kuin kaksikanavainen piiri, jossa on välitaajuus (IF) -aste ja analogia-digitaalimuunnin (ADC), lisätaajuusmuunnin ja leveämpi kaistanleveys IF-suodatin. Mutta koska kiteen pinta-ala, jossa on RF-osa, on hyvin pieni kokonaistilavuudessa, jopa 30 %:n lisäys piirissä on merkityksetön koko piirille. Sen tosiasian mukaan, että sirurakenne on tarkoitettu yhteiselle yksisirujärjestelmälle (RF ja BB, antennista paikannukseen, nopeus ja ajoitus (PVT)), joten 65 nm:n prosessin kokonaissuutinpinta-ala on hyvin pieni.

Kaupallisesta näkökulmasta katsottuna kaikkien kolmen satelliittitähtikuvion sisällyttäminen (GPS/GLONASS jaGALILEO) yhdeksi siruksi on kuluttajalle uutta. Monet Venäjän markkinoilla olevista yrityksistä ovat asettuneet kahden järjestelmän lähestymistapaan vain täyttääkseen Venäjän hallituksen vaatimukset tarpeesta työskennellä GLONASS-järjestelmässä. He eivät ajatellut globaalia tulevaisuutta, jolloin maailmassa on useita paikannusryhmittymiä ja kenties jokainen tähän prosessiin osallistuva maa esittää edelleen vaatimuksia oman järjestelmän hallitsevalle käytölle.

Tässä suhteessa ratkaisuTeseo— II on vallankumouksellinen, koska valmisteltu etukäteen tällaiseen skenaarioon ja voi jo vastaanottaa GLONASS-järjestelmiä/ GPS/ GALILEO/ QZSSJaSBAS.

Teknisesti myös itsenäisten kanavien sisällyttäminen GLONASS-järjestelmän vastaanottoon ja käsittelyyn on uutta, kun taas GPS/GALILEO-yhdistelmä on jo vakiokäytäntö. Tällaisen joustavuuden saavuttaminen vaati myös uusia teknisiä ratkaisuja, jotka ottavat huomioon erilaiset RF-laitteistoviiveet ja signaalinsiirtonopeuksien erot. Tämän lisäksi on olemassa nyt hyvin tunnettu koordinoidun maailmanajan (UTC) korjaus ja geoidikorjausongelma.

Suora siirtyminen yksisiruiseen ratkaisuun (RF + Baseband + CPU) on harvinaista: tämä on tärkeä teknologinen läpimurto. Luottamus tähän vaiheeseen johtuu RF-osan käyttökokemuksesta ja prosessorin todistetusta Baseband-piiristä. Ulkoinen RF-liitäntä STA5630 ja muokattu GPS/GALILEO DSP, joita käytettiin aiemmin Cartesio+:ssa, otettiin perustaksi.

STA5630/Cartesio+:n luotettavuus todistettiin massatuotannossa erillisten piirien muodossa jo ennen 3-in-1 SoC-ratkaisujen julkaisua.

Toisin kuin kaksisiruiset ratkaisutGPS/GLONASS-moduulit Venäjän markkinoilla, yksisiruinen ratkaisu alkaenSTMicroelectronics (Teseo— II) S.T.A.8088 FG on paljon parempi luotettavuus, melunsieto, pienempi virrankulutus ja tietysti pienemmät mitat (moduuli M.L.8088 son mitat 13 x 15 mm).

GLONASS- ja GALILEO-tuki on askel eteenpäin verrattuna edellisen sukupolven RF-laitteistoihin. GALILEO on yhteensopiva GPS:n kanssa ja siksi olemassa olevaa järjestelmää voidaan käyttää, mutta GLONASS vaati lisämuutoksia. Katso kuvat 1 ja 2.

Kuva 1.

Kuva 2.MuutoksetBaseband osia GLONASSin tukemiseksi

RF-osassa LNA, RF-vahvistin ja ensimmäinen mikseri yhdistettiin yhdeksi kanavaksi. Näin pystyimme säästämään sirun pintojen lukumäärässä ja minimoimme virrankulutuksen. Lisäksi tämä mahdollisti laitevalmistajien ulkoisten kustannusten säilyttämisen. GLONASS-signaali, joka on alennettu ensimmäisessä sekoittimessa 30 MHz:iin, tulee toissijaiselle prosessointikanavalle (näkyy ruskealla) ja 8 MHz:iin sekoitettuna syötetään erilliseen ADC:hen ja sitten Baseband-osaan.

Baseband-osa tarjoaa ylimääräisen esikäsittelyvaiheen (merkitty ruskealla), joka muuntaa signaalin 8 MHz:ksi, joka on välttämätön kantataajuusalueelle syöttämiseen ja siirtää tuloksena olevan signaalin häiriönestosuodattimen läpi, sekä pienentää näytteenottotaajuuden. vakioarvo 16, sopii käsittelyyn DSP-laitteistossa.

Olemassa olevat hakulaitteet ja seurantakanavat voivat valita, missä ja milloin vastaanottaa GPS/GALILEO- tai GLONASS-signaaleja, mikä tekee kanavien jakautumisesta satelliittikonstellaatioihin nähden erittäin joustavaa.

Vähemmän näkyvä, mutta erittäin tärkeä järjestelmän suorituskyvyn kannalta on ohjelmisto, joka ohjaa näitä laitteistoresursseja, ensinnäkin sulkemaan PLL-seurantasilmukat ja suorittamaan mittauksia, ja toiseksi Kalman-suodatin, joka muuntaa mitatun PVT-tiedoksi. .

Kaikki tämä on läpikäynyt rakenteellisen muutoksen tukemaan työskentelyä monien satelliittikonstellaatioiden, ei vain GLONASSin, kanssa. Tässä tapauksessa ohjelmiston laajentamisesta tuleviin globaaleihin navigointijärjestelmiin tulee evoluution kehitysvaihe, eikä se vaadi suuria muutoksia itse kristalliin.

Ohjelmisto oli toiminut todellisella sirulla vuodesta 2010, mutta minkä tahansa simulaattorin tai staattisten kattoantennien signaaleja käyttämällä oli saatavilla vain GPS-dataa, joka oli niin hyvä, että se ei sallinut järjestelmän parantamiseen tähtäävää tutkimusta. Vuoden 2011 alussa saataville tuli esituotannon sirunäytteet ja kehityslevyt antenneilla, jotka mahdollistavat mobiilikenttätestauksen maailmanlaajuisesti.

Todelliset tulokset

Ennen monijärjestelmävastaanotolla varustetun kiteen syntymää tulokset olivat nähtävissä alustavissa testeissä, jotka tehtiin ammattivastaanottimilla erillisillä GPS- ja GLONASS-mittauksilla. Nämä testit eivät kuitenkaan antaneet hyvää tietoa kuluttajavastaanottimelle, koska ne osoittivat alhaisen herkkyyden. Vastaanottimet vaativat riittävän puhtaan signaalin PLL:n ohjaamiseen, mutta tätä ei voitu tehdä kaupunkiympäristössä, ja mikä tärkeintä, vastaanottimet loivat kaksi erillistä ratkaisua jatkuvalla lisäsatelliitilla käsitelläkseen järjestelmien välisiä ajoituseroja. Kytkemättömät ratkaisut eivät mahdollistaneet yhden tähdistön satelliittien sijainnin ennustamista laskemalla niiden sijainti toisen avulla laskettujen koordinaattien perusteella, mikä on yksi monijärjestelmän GNSS-vastaanottimien tärkeimmistä eduista.

Näkyvien satelliittien simulointi suoritettiin vuonna 2010 tiheissä kaupunkiolosuhteissa Italiassa, Milanon keskustassa. Tulokset, joiden keskiarvo on laskettu minuutin välein koko 24 tunnin ajalta, on esitetty taulukossa 1. Näkyvien satelliittien keskimääräinen määrä nousi 4,4:stä pelkällä GPS:llä 7,8:aan GPS+GLONASS-toiminnolla, ja ei-korjauspisteiden määrä oli nolla . Lisäksi ”vain GPS” -tilassa vastaanotettiin 380 väärää pistettä, mikä oli noin 26 % kokonaisvastaanottoajasta.

Pöytä 1.Tarkkuus ja saatavuusGPSJaGPS+GLONASS, keskimäärin yli 24 tuntia

Satelliittien saatavuus ei kuitenkaan ollut päämäärä sinänsä. Useamman satelliittien omistaminen samalla pienellä taivaanpuoliskolla kaupunkialueiden yläpuolella ei ehkä riitä geometrisen tarkkuuden heikkenemisen vuoksi. Näiden tietojen tutkimiseksi HDOP:n edustama geometrinen tarkkuus. Käytettäessä GLONASSia ja GPS:ää yhdessä tulos oli 2,5 kertaa parempi.

Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että yksittäisissä testikaupungeissa oli saatavilla kahdesta kolmeen ylimääräistä satelliittia, mutta yhtä niistä käytettiin ajoitukseen. Käytettäessä erittäin herkkää vastaanotinta yhdistettynä yhteen siruun, oletimme, että mukana olisi neljä tai viisi muuta satelliittia.

Todelliset tulokset ylittivät selvästi odotuksemme. Ensin ilmestyi signaaleja monista muista satelliiteista, koska kaikki aiemmat testit ja simulaatiot sulkivat pois heijastuneet signaalit. Lisäsignaalien ansiosta vastaanotin paransi merkittävästi DOP-suorituskykyä. Heijastumisen vaikutus tarkkuuteen väheni merkittävästi ensinnäkin paremman paikannusgeometrian ansiosta ja toiseksi FDE/RAIM-algoritmien kyvyn ylläpitää satelliittiseurannan vakautta. Lisäksi virheellisten signaalien määrä, jotka voivat vääristää koordinaattitietoja, on vähentynyt.

Tässä esitetyt tulokset on saatu täysin integroidusta erittäin herkästä vastaanottimesta, kuten NAVIA ML8088s -vastaanottimesta, joka perustuu STA8088s-siruun. Se on optimoitu havaitsemaan jopa erittäin alhaiset signaalit ja saamaan tuloksia suoraan kaikista näkyvissä olevista satelliiteista tähdistöstä riippumatta. Tämä varmistaa 100 % satelliittien käytettävyyden ja parantaa huomattavasti tarkkuutta vaikeissa kaupunkiympäristöissä.

Saatavuus

Erittäin herkkien, vaihelukitussilmukoista (PLL) riippumattomien vastaanottimien käyttö takaa täydellisen saavutettavuuden nykyaikaisissa kaupungeissa, vaikka se heijastuisikin nykyaikaisten rakennusten lasipinnoilta. Siksi nyt vaaditaan muita käytettävyyden määritelmiä kuin "neljä satelliittia on saatavilla". Esimerkiksi satelliittien seuranta tietyllä signaalin laatutasolla, jonka tulos riippuu DOP:sta. Jopa DOP:ta voi olla vaikea arvioida, koska Kalman-suodatin antaa jokaiselle satelliitille eri painot, joita ei oteta huomioon DOP:ta laskettaessa. Ja myös välittömien mittausten lisäksi tämä suodatin käyttää historiallista sijaintia ja nykyistä nopeutta, mikä jättää paikannustarkkuuden ennalleen.

Kuva 3 esittää satelliittien saatavuuden seurantatilassa. Testaus suoritettiin Lontoon finanssialueella toukokuussa 2011.

Seuratut satelliitit –GPS, GLONASS,GPS+GLONASS

Kuva 3.GPS(merkitty sinisellä) GLONASSia (merkitty punaisella) ja kaikkia seurattavia satelliitteja vastaanGNSS(merkitty vihreällä).

Kuten kuvasta voidaan nähdä. 3, yhteensä on 7-8 GLONASS-satelliittia ja 8-9 GPS-satelliittia, eli moni-GNSS - noin 16 satelliittia. Oli ajanjakso, jolloin satelliittisignaaleja ei poimittu: Blackfriars Underpass -tunnelin kulun aikana aikaleima noin 156400 sekuntia. Muilla kaupungin alueilla, noin 158 500 ja 161 300 sekuntia, näkyvyys putosi neljään satelliittiin, mutta niiden kokonaismäärä ei koskaan ollut alle kahdeksan. On huomattava, että testaus tehtiin vanhassa kaupungissa, jossa on pääasiassa kivirakennuksia, joten heijastavat signaalit ovat heikompia kuin lasi- ja metallirakennuksista.

Vaikka satelliittien saatavuus on 100 % tunneleiden ulkopuolella, DOP tai paikannustarkkuus saattaa rajoittaa sitä. Kuten kuvasta 4 voidaan nähdä, muista Lontoossa tehdyistä testeistä usean GNSS:n DOP pysyy alle 1:n, kuten sen pitäisi olla 10-16 näkyvän satelliitin kohdalla, kun taas vain GPS:n DOP on usein yli 4, ilman vääristymiä Heijastumien ja Jos signaali on heikko, DOP kasvaa huipussaan merkittävästi 10:een.

GPSverrattunaGNSS

Kuva 4.VainGPSyhdistettyä vastaanGPS/GLONASS-tarkkuuden vähennysilmaisimet

Koska toukokuussa 2011 tehdyt testit olivat tarpeeksi kevyitä luodakseen stressaavia olosuhteita, joissa GPS tarvitsisi usean GNSS-tuen, uusi testaus suoritettiin elokuussa 2011. Kuten ilmakuvasta (kuva 5) näkyy, testit suoritettiin kaupungin nykyaikaisessa korkeassa osassa, Canary Wharfissa. Lisäksi kaupungin tiet ovat erittäin kapeita, mikä vaikeutti kaupungin haasteita entisestään. Lasi- ja metallirakennukset nykyaikaisessa kaupunginosassa heijastavat yleensä paremmin kuin kivirakennukset, jolloin RAIM- ja FDE-algoritmit putoavat kartalta.

Kuva 5. GPS vs GNSS, Lontoo, Canary Wharf

Pelkän GPS-tulosten saaminen oli vaikeaa (vihreänä), etenkin Docklandsin aseman suljetussa osassa, keskellä vasemmalla, alaraita.

Kuva 6 esittää samat todelliset testitulokset kaaviomaisessa tiekartassa.

Kuva 6. GPS vs GNSS, Lontoo, Canary Wharf, luonnoskartta

Multi-GNSS-testaus (sininen) osoitti erittäin hyviä tuloksia, etenkin silmukan pohjoisessa (itäsuuntaisessa) osassa (ajo Isossa-Britanniassa on vasemmalla, joten myötäpäivään syntyy yksisuuntainen silmukan).

Kuva 7. a) Testit Tokiossa: Teseo-I (GPS) versus Teseo-II (GNSS); b) DOP testattaessa Tokiossa

Lisätestauksia tehtiin STMicroelectronicsin toimipisteissä ympäri maailmaa. Kuva 7a esittää testejä Tokiossa, jossa keltainen ilmaisee edellisen sukupolven sirujen testituloksia ilman GLONASSia ja punainen Teseo-II:ta GPS+GLONASSilla.

Kuva 7b selventää tarkkuuden määritelmää näyttämällä DOP:n testin aikana. Voidaan nähdä, että Teseo-II:n DOP:t olivat harvoin korkeampia kuin 2, mutta vain GPS:n (Teseo-I) DOP:t olivat välillä 6-12 ympyröidyssä pohjoisessa yhdisteessä.

Toistamme, että testialgoritmi on yksinkertainen GPS:lle, mutta määrityksen tarkkuus on vaikeaa.

Lisätestaukset Tokiossa suoritettiin kapeilla kaupungin kaduilla samoissa testausolosuhteissa, kuten kuvassa 9. Sininen - vain GPS, punainen - GPS+GLONASS, tuloksissa havaitaan merkittävää parannusta.

Kuva 9 käyttää samaa värimaailmaa näyttämään Dallas-testitulokset, tällä kertaa kilpailijan GPS-vastaanottimella verrattuna Teseo-II:een GPS+GLONASS-kokoonpanossa, jälleen erittäin hyviä tuloksia.

Kuva 8. VainGPS(sininen) vs.GNSS(punainen), Tokio.

Kuva 9. VainGPS(sininen, kilpailijan valmistajan vastaanotin) verrattunaGNSS(punainen), Dallas.

Muut satelliittien tähtikuviot

Vaikka laitteistoTeseo— IItukee jaGALILEO, satelliitteja ei ole vielä saatavillaGALILEO(syyskuusta 2011 lähtien), joten tähän siruun perustuvissa laitteissa, jotka ovat käytössä ympäri maailmaa, ei vieläkään ole ladattu ohjelmistoa, joka palvelee tätä satelliittikonstellaatiota. Kuitenkin, jos sen aika koittaa GALILEO, on aina mahdollisuus päivittää ohjelmisto.

Japanilaisessa QZSS-järjestelmässä on yksi satelliitti, joka lähettää perinteisiä GPS-yhteensopivia signaaleja, SBAS-signaaleja ja L1C BOC -signaaleja. Teseo-II pystyy tällä hetkellä ladattujen ohjelmistojen toimintojen avulla käsittelemään niistä kaksi ensimmäistä, ja vaikka SBAS:n käyttö on kaupunkiympäristössä hyödytöntä, koska signaalin heijastukset ja häiriöt ovat paikallisia ja havaitsemattomia, QZSS-järjestelmän tarkoituksena on tarjota satelliitti erittäin laajalla kulmalla, jotta tämä satelliitti oli aina saatavilla kaupunkialueilla.

Kuva 10 esittää testiä Taipeissa (Taiwan), jossa käytetään GPS:ää (keltainen) verrattuna usean GNSS:n (GPS plus yksi QZSS-satelliitti (punainen)) ja maan totuus (violetti).

Kuva 10. VainGPS(keltainen) vs. multi-GNSS (GPS+ QZSS (1 satelliitti, punainen)), todellinen arvo -lila, Taipei
Jatkotyötä

Testaus jatkuu tarkempien kvantitatiivisten tulosten saamiseksi. Testaus suoritetaan Isossa-Britanniassa, jossa on vektoritietoja sisältäviä tiekarttoja todellisten ajo-ohjeiden näyttämiseksi. Laitteistoja on tarkoitus muuttaa tukemaan Compass-järjestelmää ja GPS-III:ta (L1-C) nykyisen GALILEOn lisäksi. Näiden signaalien löytäminen ja seuranta on jo osoitettu käyttämällä valmiiksi tallennettuja lähetysskriptinäytteitä GNSS-signaalisimulaattoreissa.

Kompassia ei ollut saatavilla vuonna 2011. Tältä osin työ Teseo-II:n piitoteutuksen parissa keskittyi pääasiassa maksimaaliseen joustavuuteen eri koodipituuksien olosuhteissa, esimerkiksi BOC tai BPSK, mikä mahdollisti yhden tai toisen ladatun ohjelmiston DSP-laitteiston konfiguroimiseksi. toimintoja, saada yhteensopivuus eri satelliittikonstellaatioiden välillä.

Yhteensopivuustyö nykyisen multi-GNSS-SIRUn versiossa on ollut heikkoa: Koska Compass-järjestelmän 1561 MHz:n keskitaajuutta voidaan ylläpitää vain jänniteohjatulla oskillaattorilla ja PLL:llä, Compass-järjestelmä ei voi toimia samanaikaisesti muiden satelliittikonstellaatioiden kanssa. Lisäksi Compass-järjestelmän koodin siirtonopeus on 2 miljoonaa bps, jota Teseo-II ei myöskään tue ja se voidaan saada standardiksi käyttämällä ulkoisia vaihtoehtoisia piirejä, mikä tarkoittaa vakavia signaalihäviöitä.

Joten Compass-tukityö on merkityksellistä vain tutkimukseen ja ohjelmistokehitykseen, yksittäiseen järjestelmäratkaisuun tai erillisen RF-sirun käyttöön.

Maailmanlaajuinen kompassisignaali, joka on GPS/GALILEO-signaalimuodossa kantoaaltotaajuudella ja koodin pituudella ja nopeudella, on täysin yhteensopiva yhden usean GNSS-piirin sisällä, mutta todennäköisesti ei ennen vuotta 2020.

Testit kaupunkiolosuhteissa toistetaan ryhmän kehittyessäGALILEO. Jos kanavaa on 32, voit käyttää 11/11/10-jakoa (GPS/ GALILEO/GLONASS), kaikkien kolmen ryhmän täyden joukon läsnä ollessa, mutta nykyaikaisten navigointipalvelujen vaatimusten puitteissa, yhdistelmä 14/8/10 on enemmän kuin riittävä.

Johtopäätös

Monijärjestelmävastaanotin voi sisältää GPS-, GLONASS- ja GALILEO-vastaanottimen minimaalisella lisäkustannuksilla. 32 seurantakanavalla ja jopa 22 näkyvällä satelliitilla, jopa ankarimmissa kaupunkiympäristöissä, voidaan varmistaa 100 % käytettävyys ja hyväksyttävä paikannustarkkuus. Testauksen aikana näkyy tyypillisesti 10–16 satelliittia. Useat mittaukset tekevät RAIM- ja FDE-algoritmeista paljon tehokkaampia eliminoimaan huonosti heijastuneita signaaleja ja minimoivat samalla jäljellä olevan signaalin vääristymän geometriset vaikutukset.

Viime aikoina venäläisen GLONASSin kehityksen myötä navigointimarkkinoiden tarpeet monijärjestelmävastaanottimille ovat vain kasvamassa. Useat kotimaiset yritykset käyttävät yksisiruisia siruja STM kehittää omia GLONASS-moduuleja ja valmiita pakattuja laitteita. Erityisesti vuonna 2011 NAVIA-yhtiö julkaisi 2 yhdistettyä GLONASS/ GPS/ Galileomoduuleita, joiden testit osoittivat erittäin hyviä tuloksia.

Välitön tai kiinteä saatavuus(Englanti) Saatavuus – edustaa prosenttiosuutta ajasta, jonka aikana PDOP-ehto täyttyy<=6 при углах места КА >= 5 astetta. Yksinkertainen esimerkki: vanhaan, ennen vuotta 2010, GLONASSin saatavuus joillakin alueilla maapalloa ei ollut korkeampi kuin 70-80 %, mutta nyt se on 100 % kaikkialla!)

Alennettu tarkkuus tai Geometrisen tarkkuuden vähennys(Englanti) Tarkkuuden laimennus, DOP, Englanti Geometric Dilution of Precision (GDOP)

RAIM(Englanti) Vastaanottimen autonominen eheyden valvonta Autonomous Receiver Integrity Monitoring (ARIC), tekniikka, joka on suunniteltu arvioimaan ja ylläpitämään GPS-järjestelmän ja GPS-vastaanottimen eheyttä. Tämä on erityisen tärkeää tapauksissa, joissa GPS-järjestelmien oikea toiminta on tarpeen riittävän turvallisuustason varmistamiseksi, esimerkiksi lento- tai merenkulussa.