Gps аспаптарының жұмыс істеу принципі, қолданылу аясы

Тексерген: Кожаев Ж.

Орындаған: Абуова Н.

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

География және табиғатты пайдалану факультеті

Картография және геоинформатика кафедрасы

Жоспары:

Кіріспе

GPS (ағылш. Global Positioning System - жаһандық позициялау жүйесі) - аралықты, уақытты және орналасу нүктесін анықтауға арналған навигацияның жерсеріктік жүйесі. Жердің кез келген жерінде (полярлық аумақты қоспағанда), кез келген ауа-райында, сонымен қатар ғаламшардың ғарыштық аймағында нысанның орны мен жүру жылдамдығын анықтап бере алады. Жүйені АҚШ Қорғаныс министрлігі жасаған. Системаны қолданудың негізгі принціпі - мекенжайды, уақытты өлшеу бағыты мен синхронды қабылдаулар арқылы спутниктік навигациялық антенналар арқылы табу.

ЖЖС-тің жалпы жұмыс принципі

Жерге жақын кеңістікте жердің бүкіл бетін біркелкі "жабатын" жасанды жер серіктерінің (ЖЖС) желісі орналастырылған . ЖЖС орбиталары өте жоғары дәлдікпен есептеледі, сондықтан кез-келген уақытта әр спутниктің координаттары белгілі болады. Жерсеріктердің радио таратқыштары сигналдарды жерге қарай үздіксіз шығарады. Бұл сигналдарды жер бетінің белгілі бір нүктесінде орналасқан GPS қабылдағышы қабылдайды, оның координаттарын анықтау керек. Қабылдағышта ЖЖС-дан сигналдың таралу уақыты өлшенеді және "спутник-қабылдағыш" қашықтығы есептеледі (радиосигнал жарық жылдамдығымен таралатыны белгілі) . Нүктенің орналасқан жерін анықтау үшін Сіз үш координатты білуіңіз керек (X, Y және H биіктігінің жалпақ координаттары), қабылдағышта үш түрлі ЖЖС-ға дейінгі қашықтық өлшенуі керек. Әлбетте, радионавигацияның бұл әдісімен (ол сұраусыз деп аталады) сигналдың таралу уақытын дәл анықтау спутник пен қабылдағыштың уақыт шкалаларын синхрондау болған кезде ғана мүмкін болады. Сондықтан ЖЖС аппаратурасы мен қабылдағыштың құрамына эталондық сағаттар (жиілік стандарттары) кіреді, бұл ретте жерсеріктік уақыт эталонының дәлдігі өте жоғары (жиіліктің ұзақ мерзімді салыстырмалы тұрақтылығы тәулігіне 10-13 - 10-15 деңгейінде қамтамасыз етіледі) . Барлық ЖЖС борттық сағаттары синхрондалған және "жүйелік уақыт"деп аталатын уақытқа байланыстырылған. GPS қабылдағышының уақыт стандарты оның құнын шамадан тыс көтермеу үшін дәлірек емес. Бұл стандарт өлшеу процедурасы кезінде Тек қысқа мерзімді жиілік тұрақтылығын қамтамасыз етуі керек.

GPS навигациялық жүйелерінің сипаттамалары:

Спутниктер саны-26, 21 негізгі, 5 қосалқы;

Орбиталық жазықтықтар саны-6;

Орбита биіктігі-2 км;

Жерсеріктерді пайдалану мерзімі-7, 5 жыл;

Жұмыс жиілігі-L1=1575, 42 МГц;

L2=12275, 6 МГц, қуаты тиісінше 50 Вт және 8 Вт;

Навигациялық анықтаманың сенімділігі-95%.

GPS жүйесіне 24 жасанды Жер серіктері, жер үсті бақылау станциялары желісі және навигациялық қабылдағыштар кіреді. Бақылау станциялары орбиталардың параметрлерін анықтау және бақылау, баллистикалық сипаттамаларды есептеу, қозғалыс траекториясынан ауытқуды реттеу, ғарыш аппараттарының борындағы аппаратураны бақылау үшін қажет.

GPS бақылау жүйесі қалай жұмыс істейді?

Қазіргі заманғы спутниктік навигация навигациялық спутниктер мен тұтынушы арасындағы сұраусыз қашықтықты өлшеу принципін қолдануға негізделген. Бұл тұтынушыға навигациялық сигналдың бөлігі ретінде спутниктердің координаттары туралы ақпарат берілетіндігін білдіреді. Бір уақытта (синхронды) навигациялық спутниктерге дейінгі қашықтықтарды өлшеу жүргізіледі. Қашықтықты өлшеу әдісі спутниктен алынған сигналдың тұтынушының жабдықтары шығаратын сигналмен салыстырғанда уақытша кідірістерін есептеуге негізделген. Суретте төрт навигациялық спутникке дейінгі қашықтықты өлшеу негізінде X, y, z координаттары бар тұтынушының орналасқан жерін анықтау схемасы берілген. Түрлі-түсті жарқын сызықтар ортасында спутниктер орналасқан шеңберлерді көрсетеді. Шеңбердің Радиусы шынайы диапазонға, яғни спутниктер мен тұтынушы арасындағы шынайы қашықтыққа сәйкес келеді. Түрлі-түсті күңгірт сызықтар-бұл өлшенген диапазондарға сәйкес келетін радиусы бар шеңберлер, олар шындықтан өзгеше, сондықтан псевдодальдар деп аталады. Шынайы диапазон псевдодалдылықтан B сағаттарының кетуіне жарық жылдамдығының көбейтіндісіне тең, яғни. тұтынушы сағаттарының жүйелік уақытқа қатысты ығысу мәні. Суретте тұтынушы сағаттарының кетуі нөлден үлкен болған жағдай көрсетілген-яғни тұтынушы сағаты жүйелік уақыттан асып түседі, сондықтан өлшенген жалған мәліметтер нақты диапазоннан аз болады.

GPS трекерлері келесі функционалдық айырмашылықтар бойынша бөлінеді :

GPS-навигаторлардың жұмыс істеу принциптері

Бүгінгі таңда жаһандық позициялау жүйелерін қолдана отырып навигация технологиялары өте жылдам дамып, жетілдірілуде. Көптеген GPS навигаторларының кез-келгені әр адамға қол жетімді - қарапайымнан күрделіге дейін және дәл. GPS құрылғыларының көмегімен адам қызметінің әртүрлі салаларындағы көптеген міндеттер шешіледі және жеңілдетіледі. Бұл материал бір реттік анықтама ретінде жазылған және біздің сайттағы GPS-қабылдағыштар бойынша барлық келесі материалдар оған сілтеме жасайды. Кейіннен біз бұл материалды кеңейтіп, толықтырамыз. GPS Ғаламдық позициялау жүйесі-бұл объектінің орналасқан жерін, яғни оның ендік, бойлық және теңіз деңгейінен биіктігін, сондай-ақ оның қозғалыс бағыты мен жылдамдығын анықтауға мүмкіндік беретін жүйе. Сонымен қатар, GPS көмегімен уақытты 1 наносекундқа дейін дәл анықтауға болады.

GPS спутниктік жүйесінің құрамына кем дегенде 24 жасанды Жер серіктері кіреді, олар әртүрлі дөңгелек орбиталарда орналасқан, олардың жазықтықтары 60° бойлықта орналасқан және экватор жазықтығына 55°бейім. Бір спутниктің айналым кезеңі шамамен 12 сағатты құрайды.

Спутниктер үнемі жерге жіберіледі:

оның мәртебесі (жұмысқа қабілеттілігі немесе ақаулығы туралы хабарлама)

ағымдағы күн

қазіргі уақыт

альманах деректері (барлық жерсеріктердің орбиталық деректері)

хабарламалардың барлық жиынтығын жіберудің нақты уақыты

ауа-тамшылы эфемерис (оның осы сәттегі жағдайының есептелген координаттары)

GPS қабылдағышы спутниктерден алынған ақпарат негізінде әр спутникке дейінгі қашықтықты анықтайды және геометрия заңдары бойынша өз координаттарын есептейді. Бұл ретте екі координатты (ендік және бойлық) анықтау үшін үш спутниктен, ал жер бетінен биіктікті анықтау үшін - төрт спутниктен сигналдар алу жеткілікті.

Қолдану аясы

Геодезия және кадастр

GPS технологиясы әртүрлі деңгейдегі геодезиялық міндеттерді шешуге мүмкіндік береді: Мемлекеттік Геодезиялық желіні дамытудан бастап жер учаскелерін түгендеуге дейін. Тәжірибе көрсеткендей, Еңбек өнімділігі ондаған есе артады. Координаттарды анықтаудың талап етілетін дәлдігіне, өлшеуге арналған уақыт лимитіне, жұмыстарды орындау шарттарына байланысты әртүрлі типтегі GPS-қабылдағыштар қолданылады, алайда олардың барлығы дифференциалды режимде жұмыс істейді және фазалық болып табылады (код қабылдағыштың дәлдігі жеткілікті болатын ГАЖ (геоақпараттық жүйелердің) кейбір міндеттерін қоспағанда) . Кейбір геодезиялық қабылдағыштардың негізгі сипаттамалары кестеде келтірілген. 1. ТМД аумағында бір жиілікті фазалық (L1) аппаратура кеңінен қолданылды, өйткені ол, бір жағынан, екі жиілікті аппаратурадан 2-5 есе арзан, ал екінші жағынан, көптеген практикалық міндеттерді шешу үшін жеткілікті дәлдікті қамтамасыз етеді. Геодезияда GPS технологиясын қолданудың бірнеше мысалдары келтірілген. Францияның Ұлттық басқармасы CNASEA бұрынғы француз Майотте колониясының кадастрын құру бойынша жұмыстар жүргізуде. 375 шаршы метр аумақта қажетті өлшеулер. км Trimble компаниясының Pathfinder Pro XR GPS қабылдағыштарын қолдана отырып, 15 күнде орындалды. Дәстүрлі геодезиялық әдістерді қолданған кезде шамамен 15 жыл қажет болады. "ЗапУралТИСИЗ" АҚ мамандары Trimble фирмасының 4000st қабылдағыштарын Уфа қ. геодезиялық желіні дамыту бойынша жұмыстарды жүргізу үшін пайдаланды. Екі адамнан тұратын Бригада 5 күнде 15 пункттен тұратын триангуляция жасады, ал геодезиялық өлшеудің қолданыстағы әдістерін пайдалану кезінде осындай жұмысты 2 аптада бес адамнан тұратын бригада орындайды.

Диспетчерлік қызметтер

GPS немесе GPS/AVL (Automatic Vehicle Location) жүйесі негізінде қозғалатын объектілердің координаттарын автоматты анықтау жүйелері әлемде өте кең таралған. Олардың көмегімен қазіргі заманғы деңгейде көлік паркін диспетчерлеу міндеттері шешілуде. Әрбір автомобиль GPS - қабылдағышпен және диспетчерлік пунктке ақпарат беруді қамтамасыз ететін радиобайланыс жабдығымен жабдықталады. Диспетчер мониторының экранында ГАЖ бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалана отырып, көлік құралдары қызмет көрсететін аумақтың электрондық картасы қалыптастырылады. Радиоарна арқылы алынған автомобильдердің координаттары мен жылдамдығы туралы мәліметтер олардың ағымдағы жағдайын осы картада көрсетуге мүмкіндік береді. Координаттық ақпараттан басқа, автомобильге орнатылған әртүрлі сенсорлардың сигналдары және басқа ақпарат радиобайланыс желісі арқылы берілуі мүмкін.

Жүйенің мүмкіндіктері:

GPS / AVL жүйелерін қолданудың кейбір мысалдары төменде келтірілген.

SonyMobileComm компаниясы ETAKGUIDE бағдарламалық жасақтамасымен GPS/AVL nvx-F160 жүйесін жасады. Автомобильдер 8 каналды GPS қабылдағыштарымен жабдықталған, олар 1 Гц жиілікте сұралады. АҚШ территориясының 48 штатының карталары, Американың 32 негізгі жолдарының схемалары, 1000 саябақ пен 5000 демалыс орындарының жоспарлары берілген ықшам дискіде жазылған. Teleatlas және Philips Car Systems фирмалары әртүрлі аумақтардағы сандық карталармен осындай ықшам дискілерді бірлесіп шығару туралы келісімге қол қойды. Priority One жүйесі (Greenfield Associates америкалық фирмасының әзірлемесі) стандартты AVL - функциялардан басқа, жүргізушіге қала ішіндегі жолдардың ең күрделі учаскелері арқылы басым өтуді қамтамасыз етеді. Оңтайлы қозғалыс жолын анықтау үшін автомобильдің координаттары мен жылдамдығы, сондай-ақ ықтимал балама маршруттар мен қиылыстардың жүктемесі туралы ақпарат қолданылады. Автомобильге орнатылған Canadian Marconi фирмасының 12 арналы GPS-қабылдағышы дифференциалды режимде координаттарды анықтау дәлдігін 5 м кем емес қамтамасыз етеді. Диспетчерлік GPS-жүйелер Инкомбанк инкассация қызметінде (Мәскеу қ. ), Ресей және Қазақстан ІІМ кейбір басқармаларында, Ресей ТЖМ арнайы техникалық басқармасында пайдаланылады.

ГАЖ қосымшалары

GPS қабылдағышқа қарағанда жер бетіндегі көптеген нүктелердің координаттарын анықтаудың жылдам әдісі екіталай. Сіз оның антеннасын автомобильдің төбесіне орнатып, салыстырмалы түрде қысқа мерзімде картадағы жол желісінің орналасқан жерін нақтылай аласыз. Сонымен қатар, алынған ақпарат ГАЖ-ға тікелей енгізілуі және сандық картада көрсетілуі мүмкін. GPS технологиясы ГАЖ мақсаттары үшін кеңінен қолданылатыны кездейсоқ емес. Trimble стандартты PC-card форматында портативті plag-and-play GPS қабылдағышын шығарады. Қабылдағыш PCMCIA картасына орнатылған және кішкентай антеннаға қосылған (диаметрі шамамен 6 см) . Антенна магниттік қондырғыға ие және оны автомобильдің төбесіне оңай орнатуға болады. Direct GPS бағдарламалық жасақтамасы координаттық ақпаратты ArcView ГАЖ Сандық картасына бірден енгізуге және қабылдағыш қосылған портативті компьютер экранында автомобильдің ағымдағы жағдайын көрсетуге мүмкіндік береді. Бұл жабдық американдық саяхат әуесқойлары арасында өте танымал.

Навигация

Әуе навигациясы үшін GPS қабылдағыштарды қолдану дәуірінің басында таңқаларлық нәтижелер алынды: GPS навигациясын қолдану арқылы қамтамасыз етілген ұшудың нақты бағытын ұстану әр ұшақ үшін жылына ондаған миллион USD отын үнемдеуге мүмкіндік берді. Мысалдар белгілі DGPS-ті "соқыр қону" жүйелерін енгізу үшін қолдану. Ұшақтың ҰҚЖ - ның осьтік сызығынан ауытқуы 10-30 см-ден аспады, сонымен қатар, егер нашар көріну жағдайында сенімді қонуды қамтамасыз ететін жүйелер өте қымбат болса (оларды тек ірі әуежайлар ғана ала алады), онда DGPS негізіндегі мұндай жүйенің құны тіпті ең кішкентай аэродромдарға да қол жетімді болады. Мұндай жүйелер, егер АҚШ Қорғаныс министрлігінің GPS саласындағы алдын-ала болжанбаған әрекеті болмаса, ұзақ уақыт бойы бүкіл әлемде стандартты бола алар еді. АҚШ билігінің GPS сигналдарын пайдалануға шектеулерді 2000 жылдан бастап алып тастау туралы мәлімдемесі жігерлендіреді. Сонымен қатар, қазір жалпыеуропалық радионавигациялық жоспарды іске асыру бойынша белсенді жұмыстар жүргізілуде (бұған Украина да қатысуы мүмкін) . GPS-спутниктер орбиталарының нақты параметрлерін беруге және дифференциалды түзетулерді есептеуге мүмкіндік беретін жер маңындағы кеңістікте төмен орбиталық және геостационарлық ЖЖС жүйесін өрістету көзделеді. Жер бетінде бүкіл Еуропа аумағы шегінде түзетулерді ретрансляциялау үшін станциялар желісі де жұмыс істейтін болады.