systemy radionaw 2 2014

Satelitarne systemy nawigacyjne
System Navstar
Zwykle nazywany po prostu GPS (Global Positioning System) satelitarny system
nawigacyjny Navstar (Navigational Satellite Time and Ranging) został zaprojektowany jako
precyzyjny system określania położenia o zasięgu globalnym. GPS Navstar oparty jest na
zespole satelitów, krążących na orbitach 20200 km (11 tys. NM) nad Ziemią (dwukrotne
okrążenie Ziemi w ciągu doby). Pierwszy satelita systemu został umieszczony na orbicie w
styczniu 1978 r., a w lipcu 1995 r. system uzyskał pełną sprawność operacyjną. Decyzją
Kongresu USA, GPS został dopuszczony do zastosowań cywilnych. Obecnie system jest
zarządzany przez dowództwo sił powietrznych USA, a konkretnie połączone biuro Navstar
(GPS JPO - Navstar GPS Joint Program Office), złożone z przedstawicieli sił powietrznych,
marynarki, sił lądowych, piechoty morskiej, straży przybrzeżnej, US Defence Mapping
Agency, kwatery głównej NATO i Australii.
Rosyjskim odpowiednikiem GPS Navstar jest system GLONASS.
Na system GPS Navstar składają się trzy segmenty, wyróżniane według funkcji:
segment satelitarny, segment kontroli i segment użytkownika.
 Segment satelitarny tworzą 24 satelity (maksymalnie do 40), umieszczone na
orbitach 10900 NM (czas obiegu Ziemi około 12 godzin). Satelity obiegają Ziemię po
sześciu planach, czyli płaszczyznach orbitalnych (cztery satelity na każdym),
nachylonych pod kątem 55 stopni do równika, co pozwala na odbiór sygnału od
pięciu do dwunastu satelitów z każdego punktu globu.
 Segment kontroli tworzy system stacji monitorujących z dwoma głównymi centrami
kontroli. Stacje odbierają sygnały kontrolne i telemetryczne satelitów i w razie
potrzeby dokonują zdalnej korekty danych. Centra kontroli czuwają nad stanem
satelitów i mogą, w razie potrzeby, dokonać zmiany położenia satelity
 Segment użytkownika tworzą odbiorniki GPS. Odbiorniki GPS przetwarzają sygnały z
satelity na współrzędne położenia (trójwymiarowe), prędkość, czas itp. Ilość,
dokładność oraz postać prezentowanych danych zależą od przeznaczenia i rodzaju
odbiornika.
Działanie systemu jest oparte na wyznaczaniu odległości między punktem pomiaru a
satelitami. Wyznaczenie położenia odbiornika na pokładzie SP w przestrzeni wymaga więc
odbioru z minimum trzech satelitów (wymagane są cztery). Pomiaru odległości dokonuje się
poprzez dokładny pomiar czasu, w którym sygnał radiowy dociera z satelity do odbiornika.
System GPS przewiduje dwa poziomy dokładności systemu: PPS (Precise Positioning
System) - Dokładny System Nawigacji i SPS (Standard Positioning System) - Standardowy
System Nawigacji.
1
PPS jest przeznaczony głównie dla armii USA i państw NATO oraz niektórych agencji
rządowych i autoryzowanych użytkowników cywilnych. Dokładność przy pomiarach
dwuwymiarowych wynosi co najmniej 10 m i 27.7 m przy pomiarach trójwymiarowych. a
dokładność pomiaru czasu 100 nanosekund.
SPS jest przeznaczony dla użytkowników na całym świecie bez żadnych ograniczeń i
opłat. Dokładność SPS wynosi co najmniej 100 m przy pomiarach dwuwymiarowych (w
praktyce osiągalna jest powtarzalna dokładność rzędu 40 m) i 156 m przy pomiarach
trójwymiarowych. Dokładność pomiaru czasu wynosi 340 nanosekund.
Błędy GPS mogą być rozmaitej natury. Ogólnie można je podzielić na te z przyczyn
technicznych i te z naturalnych.
Specyficznym błędem technicznym jest wprowadzane rozmyślnie tzw. ograniczenie dostępu
(Selective Availability - SA). Na SA składają się dwa procesy: epsilon (amplituda do 100 m) i
delta (amplituda do 50 m). Wpływ SA na pomiar pseudoodległości jest identyczny dla
każdego użytkownika, więc poprawki różnicowe eliminują SA całkowicie.
Poziom sygnału odbieranego przy powierzchni Ziemi jest niższy od poziomu
wszechobecnego tła radiowego (szumu). Stwierdzono, że niekiedy przyczyną krótkotrwałych
zakłóceń odbioru mogą być rzeczy z pozoru nieszkodliwe: telefony komórkowe lub
komputery przenośne ze źle ekranowanymi układami elektronicznymi.
Różnicowy GPS
Dla zwiększenia dokładności i pewności działania stosuje się rozszerzenie GPS o
różnicowe stacje stałe (referencyjne), komunikujące się z systemem pokładowym. Stacje
referencyjne GPS mają precyzyjnie określone koordynaty przestrzenne. Dzięki temu, iż błędy
obserwowane przez dwa odbiorniki znajdujące się w tym samym obszarze są skorelowane,
stacje te na bieżąco porównując swoje współrzędne z wynikami pomiarów określają dane
różnicowe, czyli poprawki dla poszczególnych satelitów. Korygowany w ten sposób GPS
określa się jako GPS różnicowy (differential GPS - DGPS).
Systemy różnicowe zapewniają dane GPS wolne od błędów i przerw, wywołanych
przez niejednorodność warstw atmosfery, opóźnień sygnałów wskutek odbić od obiektów
terenowych czy okresowo powstających odchyleń w satelitarnych wzorcach czasu. Przede
wszystkim jednak praktycznie znoszą działanie Selective Availability.
Systemy różnicowe o dużym zasięgu są określane jako WAAS (Wide Area
Augmentation System) i służą do zastosowań geodezyjnych i nawigacji ogólnej. WAAS może
z...