Systemy nawigacji satelitarnej. Przemysław Bartczak

Transkrypt

1 Sysemy nawgacj saelarnej Przemysław Barczak

2 Częsolwość nośna Wszyske saely GPS emują neprzerwane sygnały na dwóch częsolwoścach nośnych L1 L2 z pograncza mkrofalowych fal L S, kóre z punku wdzena nazemnego obserwaora wynoszą: L1 = 1575,42 MHz długość fal 19,029 cm L2 = 1227,60 MHz długość fal 24,421 cm Obe e częsolwośc, zgodne w faze z sygnałem oscylaora, powsają w wynku powelana odpowedno razy jednej ej samej częsolwośc 10,23 MHz. Na saelce oscylaor pracuje z częsolwoścą 10, MHz. Zgodne z eora względnośc chód zegara znajdującego sę na saelce krążącym po orbce okołozemskej, z powodu różncy poencjału grawacyjnego, jes szybszy nż akego samego zegara zlokalzowanego na powerzchn Zem. Różnca a wynos 0,00455 Hz Efek relaywsyczny powsały z powodu mmośrodu orby e e=0,02 wynos ok. 45 nanosekund błąd w pseudoodległośc 13,5 m. Błąd en jes kompensowany w procese określena pozycj użykownka.

3 Częsolwość nośna Z uwag na fak, że nadajnk odbornk są zawsze względem sebe w ruchu, Użykownk każdego sysemu saelarnego pownen sę lczyć z efekem Dopplera. Dla użykownka sacjonarnego lub o małej dynamce ΔL2 < ΔL1 < 5 khz, Dla użykownka o dużej dynamce ΔL2 < ΔL1 <=10 khz, Częsość oblczana pozycj około 1 khz. Zmany częsolwośc wynos 0,936 Hz/s. Dodakowo wszyske saely emują dla nnych, nż określene pozycj celów sygnały na częsolwośc 1381,05 MHz długość fal 21,7 cm. Z kole z saelów do segmenu nazemnego przekazywane są na częsolwośc 1783,84 MHz długość fal 16,8 cm a ze sacj o saelów na częsolwośc 2227,5 MHz długość fal 13,46 cm

4 Modulacja sygnału Obe częsolwośc nośne każdego saely są modulowane w faze sygnałam bnarnym P, C D. Równana sygnałów emowanych przez -ego saelę na częsolwośc L1 f 1 L2 f 2, przy założenu, że faza począkowa jes równa zeru, można przedsawć nasępująco: A P, A C/A ampludy sygnału kodu P C/A, P, C C/A, modulacje kodu P C/A, D -- modulacja nformacj nawgacyjnej depeszy. Kod P precse, proeced jes kodem precyzyjnym, a kod C/A clear acquson ogólnodosępny. cos2 sn2 2 cos , / / 1 1 f D P A S f D C A f D P A S p A C A C p

5 Modulacja sygnału Kody C/A P wzajemne obrócone w faze o 90 sopn są generowane bnarne cąg +1 lub -1 w forme zw. pseudoprzypadkowego szumu pseudo-random nose PRN. Epoka kodu C/A jes zsynchronzowana z kodem P. Kody C/A P służą do denyfkacj saelów oraz są bezpośredno wykorzysywane w pomarze przedzału czasowego okreslającego pseudoodległość, naomas nformacja nawgacyjna zawera zbór danych nezbędnych do wyznaczena pozycj efemerydy saelów. Sygnały częsolwośc L1 modulowane są dwoma kodam P C C/A, a o częsolwośc L2 jedyne kodem P. To powoduje, że użykownk mający dosęp ylko do kodu C/A, ne ma możlwośc odboru sygnału na drugej częsolwośc L2 ne może ym samym polczyć poprawk jonosferycznej.

6 Modulacja sygnału Saely z nowym modułem IIR-M nadają sygnały modulowane : Dodakowo przez kod wojskowy M nowym kodem cywlnym C RC replacemen code. W przypadku każdego saely kod RC wykorzysuje dwa różne kody PRN. Perwszy z nch o kod o średnej długośc chpów oznaczony symbolem CM Cvl Moderae, Drug zaś o kod o dużej długośc chpów o symbolu CL Cvl Long. Różnca mędzy C/A a RC doyczy równeż loścą bów meszczących sę w jednej sekundze depeszy nawgacyjnej C/A=50 bów /s, RC=25 bów/s. Ma o na celu umożlwene odboru sygnału w pomeszczenach zamknęych. sn2 cos2 sn2 cos2 1, 2 2 1, / / 1 1 M f D F C A f D P A S M f D C A f D P A S RC CR p A C A C p

7 Modulacja sygnału

8 Kodowane kod P Kod precyzyjny P sanow jednoygodnowy wycnek znaczne dłuższego kodu Π, będących loczynem dwóch denycznych dla każdego saely kodów X 1 X 2, wywodzących sę z ego samego oscylaora 10,23 MHz. Jeden cykl kodu X 1 rwa 1,5 sekundy lczy sygnałów bnarnych, o czase rwana 1/10,23 μs każdy. Jeden cykl kodu X 2 rwa o 3,62 μs dłużej, czyl 1, sekundy lczy sygnałów bnarnych. Tym samym każdy cykl kodu Π lczy: sygnałów bnarnych rwa ,5 sekund, czyl 266 dn 9 godzn 45 mnu 55,5 sekundy. Jes o węc najmnejszy odsęp czasu, po upływe kórego począek cyklu X 1 ponowne pokryje sę z począkem cyklu kodu X 2.

9 Kodowane kod P Czas rwana pojedynczego cyklu kodu Π wyrażony w sekundach jes równy: cykl kodu X 2, cykl kodu X 1. Od chwl rozpoczęca kodu Π łączna lczba sygnałów kodu X2 będze: po 1,5s o 37 wększa nż lczba sygnałów kodu X1, po upływe 3s lczba a będze wększa o 74, po upływe 4,5s wększa o 111 d.. Lczbę ę nazywamy przyspeszenem jednego kodu w sosunku do drugego ΔN. Gdy różnca ΔN jes równa o lczba cykl kodu X1 jes już o jeden wększa nż snejąca w ym momence łączna lczba cykl kodu X2. Nasępuje o po sekundach czyl 1,029 ygodna. W czase rwana jednego cyklu kodu Π syuacja aka wysępuje 37 razy całkowa lczba cykl kodu X 1 będze sę zwększać sopnowo o jeden w sosunku do lczby cyklu kodu X 2.

10 Kodowane kod P Na ej podsawe można wyróżnć 37 różnych kodów, spośród kórych 32 można przyjąć za kod dokładnoścowy P charakeryzujący danego saelę. Kod en jes węc loczynem kodu X 1 kodu X 2 opóźnonego o n elemenów: P 2 X1 X nt Gdze n jes lczbą z przedzału <1,32>, charakerysyczną dla -ego saely, a T o czas rwana jednego sygnału bnarnego w sekundach 10-6 /10,23. Numer ygodna przyporządkowany kodow P jes jednocześne numerem PRN charakeryzującym danego saelę. Wszyske kody P zaczynają sę w ym samym momence o północy z soboy na nedzele czasu sysemu GPS, a każdy z nch rwa s. Raz w ygodnu zachodz resynchronzacja wszyskch kodów z czasem sysemu GPS. Częsolwość kodu P wynos 10,23 MHz, co odpowada długośc fal 29,31 m. W akch eż odsępach, czyl po każdych 154 cyklach fal nośnej 1575,42 MHz, bądź 120 cyklach fal nośnej 1227,6 MHz pojawa sę kolejny sygnał bnarny.

11 Kodowane kod PY W dnu 31 syczna 1994 roku kod P zosał dodakowo zaszyfrowany neznanym kodem W, w wynku czego powsał kod Y PY. Jes o kod ścśle ajny Deparamenu Obrony USA, o kórym w leraurze ogólnodosępnej, w ym równeż wysoce specjalsycznej, brak jes jakchkolwek nformacj. Wadomo jedyne, że w określonych syuacjach, gdy dosęp do nekórych funkcj sysemu GPS przez ogół użykownków ne jes pożądany przez właśccela sysemu, kod P zosaje przekszałcony w na kod Y.

12 Kodowane kod C/A Kod C jes kodem lczącym 1023 sygnały, kórych źródłem jes osyclaor o częsolwośc 1,023 MHz będący w faze z oscylaorem kodów X 1 X 2.

13 Kodowane kod C/A Kod C charakeryzujący -ego saelę jes loczynem dwóch kodów lczących maksmum po 1023 sygnały bnarne: kodu C 1 opóźnonego o m elemenów kodu C 2 : C 2 C1 C m 10T Gdze m jes lczbą z przedzału <0,1022>, charakerysyczną dla -ego saely. Paramer T jes równy czasow rwana jednego sygnału kodu P. Można wyróżnć 1023 różne kody C, kóry każdy może zosać przyjęy za kod C/A charakeryzujący danego saelę. Częsolwość kodu C wynos 1,023 MHz, co odpowada długośc 293,1 m. W akch ez odsępswach, czyl po 1540 cyklach fal nośnej 1575,42 MHz, pojawa sę kolejny sygnał bnarny.

14 Kodowane

15 Kodowane

16 Depesza nawgacyjna

17 Depesza nawgacyjna Obe częsolwośc nośne emowane przez saelę S modulowane są depeszą nawgacyjną zawerającą mędzy nnym: efemerydę, czyl szczegółowe elemeny orbalne saely S nezbędne do oblczena na wybrany momen jego współrzędnych, do określena momenu wysłana sygnału oraz usalene czasu GPS almanach, czyl dane doyczące akualnego sanu sysemu, w ym medzy nnym przyblżone elemeny orbalne wszyskch znajdujących sę na orbach saelów, co przyspesza proces akywacj odbornka. Depesza nawgacyjna jes przekazywana z saely do odbornka zgodne z kodem D z prędkoścą 50 bów/s.

18 Depesza nawgacyjna Depesze nawgacyjną worzy 25 ramek, każda po 1500 bów. Czas rwana jednej ramk wynos 30 s, a całej depeszy 12,5 mn. Każda ramka dzel sę na 5 szescosekundowych podramek zwanych czasam sekwencjam bądź ablcam, kórych każda lczy 10 słów rzydzesobowych. Transmsja jednego słowa rwa 0,6 sekundy a jednego bu 0,02 s. Ramka 1500 bów 30s 1 ramka = 5 podramek s podramka = 10 słów s 1 słowo = 30 bów 0,02s 1 superramka 25 sron z podramek bów = 12,5 mn Almanach sysemu 25 sron z podramek 4 5

19 Depesza nawgacyjna 1 ramka depeszy:

20 Depesza nawgacyjna Paramery przesyłane w perwszej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej

21 Depesza nawgacyjna Efemerydy orbalne przesyłane w drugej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej

22 Depesza nawgacyjna Efemerydy orbalne przesyłane w rzecej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej

23 Depesza nawgacyjna Almanach depeszy nawgacyjnej

24 Depesza nawgacyjna Paramery UTC przesyłane na 18 srone w czwarej podramce depeszy nawgacyjnej