Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Информационные технологии в технической эксплуатации автомобилей

Системы навигации

Навигация (лат. Navigatio, от navigo - плыть на судне) - слово, пришедшее из морского транспорта, где этот термин имеет ряд значений (мореплавания, судоходства, период времени в году, основной раздел судовождения), где разрабатываются теоретические обоснования и практические приемы вождения судов. Существует также навигация воздуха.

База современной навигации заложена на основе:

- Изобретения магнитной стрелки для определения курса судна;

- Составление топографических карт в прямой равноугольной цилиндрической проекции;

- Изобретения механического лага;

- Развития физики и создание елекгронавигацийних приборов и радиотехнических средств судовождения

- Математических и навигационных наук.

Сегодня совместным трудом научных учреждений созданы Системы Реализации Навигационных Вычислений (СРНВ). Их основной операцией является определение пространственно-временных координат, предусмотрено концепцией независимой навигации, согласно которой, определение навигационных параметров должно проводиться непосредственно в аппаратуре потребителя. Это системы типа GPS или ГЛОНАСС, где перечень характеристик подсистем, структуры и способы функционирования определяют:

- Необходимое качество навигационного обеспечения:

- Выбранная концепция навигационных измерений.

Такие свойства качества СРНВ, как непрерывность и высокая точность навигации требуют от СРНВ обязательного наличия трех составляющих:

1 - система космических аппаратов в виде сети навигационных спутников:

2 - система контроля и управления в виде наземных командно измерительных комплексов:

3 - аппаратура потребителя или "приемника".

Поэтому СРНВ в целом - это комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т.д.) для наземных , водных и воздушных объектов. Ее основными элементами являются (рис. 4.18):

- Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (2 ... 30од.) Спутников, излучающих специальные радиосигналы (космический сегмент):

- Опционально-наземная система радиомаяков, что позволяет значительно повысить точность определения координат:

- Наземная система управления и контроля (контрольный сегмент), включающий блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации о орбиты;

- Опционально информационная радиосистема для передачи пользователям поправок. позволяющие значительно повысить точность определения координат.

- Приемное клиентское оборудование ( «спутниковые навигаторы»), который используется для определения координат, то есть сегмент пользовательский;

Схема общая структуры спутниковой системы навигации

Рис. 4.18. Схема общая структуры спутниковой системы навигации

Например, система GPS (официальное название - NA VSTAR), имеет следующие характеристики основных составляющих:

1 - орбитальная группировка из 24од. (+ 3од. Резервных) спутников Block И Block ИИ / ИИ -A, Block II- R и Block II-М., Обращающихся на 6-ти орбитах с удалением от Земли на 17000км, где вес каждого спутника - 900кг, диаметр с распростертыми солнечными батареями - 5м, а мощность передатчика - 50Ват;

2 - наземный сегмент с 6-ти ед. контрольных станций отслеживания, принадлежащих национальному управлению картографии США ( N1MA) и 5-ти ед. контрольных станций отслеживания и главной станции управления, принадлежащих Министерству обороны США, расположенных в разных точках Земли;

3 - аппаратура пользователя, которая имеет разную стоимость, работает в полосе радиочастот L -диапазоне от 390 до 1580МГц и располагает сигналы двух частот ( LI - частота 1575,42МГц; L2 - частота 1227,6МГц).

На частоте L2 излучаются сигналы высокоточной информации с защищенным военным кодом Р (precision - точный). На L1 - сигналы как с военным кодом Р, так и с общедоступным гражданским кодом (civilian code ), который называют C / A (Clear Acquisition), - код свободного доступа.

Современный уровень электроники, ПО и методов обработки навигационной информации на основе автоматического наземного режима дифференциальной коррекции (differential positioning ) обеспечивает точность определения координат для потребителя:

- От 2 до 5 м в системах гражданских;

- От 1 до 10 мм в системах военных.

Российско навигационная система ГЛОНАСС - аналогичная по своему построению американской, однако имеет более высокую точность определения координат потребителя. Она состоит из 24од. спутников, расположенных на орбитах, которые наклонены под углом 64,80 ° и удалены от Земли на расстоянии 19100км. Вес спутников "ГЛОНАСС-М" - 1415 кг, а "ГЛОНАСС-К" -850кг.

Европейская система Galileo изначально предназначалась только для гражданских целей, но принята в 2008г. резолюция Евросоюза "Значение космоса для безопасности Европы" допускает использование спутниковых сигналов для некоторых военных операций. Сегодня это 27од. (+ Зод. Резервных) спутников и три наземные центры управления.

Китайская система космической радионавигации Beidou также предназначена для военных и гражданских целей, а ее отличительной особенностью является предоставление потребителям важной коммерческой услуги - обмена между собой небольшими текстовыми сообщениями. Beidou состоит из Зоодом. спутников, расположенных на наклонных орбитах и 5-ед. на орбите геостационарной. Одним из первых глобальных транспортных проектов системы Beidou в гражданских целях был контроль дорожного движения во время проведения "Олимпиады-2008" в Пекине.

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется «альманахом", который располагает каждый спутниковый приемник до начала измерений. Приемник сохраняет "альманах" в своей памяти со времени своего последнего выключения и если "альманах» не устарел, то мгновенно использует его. Каждый спутник передает в своем сигнале весь "альманах". Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе "альманаха", можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приемника основан на определении скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизирован с системным временем атомные часы. При работе спутникового приемника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приеме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, шо содержится в самом сигнале, и временем приема сигнала. Имея в своем распоряжении эту информацию, навигационный приемник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляется на основе измерения времени, объект потратил на перемещение между двумя или более точками с определенными координатами.

Работа системы навигации в реальности происходит значительно сложнее, поскольку существуют некоторые проблемы, требующие специальных технических приемов по их решению. Основными проблемами являются:

- Неоднородность гравитационного поля Земли, влияет на орбиты спутников;

- Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;

- Отражение сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;

- Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего прием их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом пространстве;

- Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приемников, обычно устраняется получением информации не менее чем из трех (2-х мерная навигация при известной высоте) или четырех (3-х мерная навигация) спутников (при наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).

Поэтому в настоящее время идет развитие систем геостационарного дополнения для всех навигационно-геодезических систем, то есть систем GPS и др. Системы дополнения называют широкодоннимы системами спутниковой дифференциальной навигации SB AS (Satellite based Augmentation System). Они позволяют расширить зону, которую можно обеспечить дифференциальными поправками (один геостационариий спутник может обеспечить поправками территорию равную по площади одной трети от всей поверхности Земли). В таких системах реализован принципиально иной метод формирования коррекций и передачи информации всем пользователям через геостационарный спутник (рис. 4.19).

Новый подход SB4S не требует какого-либо дополнительного оборудования к судебному приемника (например, наличие радиомодема). Задача решается путем изменения программного кода. Например, сегодня создано самообучающейся ПО - Navsop , работающее с помощью обычного спутникового приемника и спутниковой антенны.

Схема работы спутниковой системы навигации SBAS

Рис. 4.19. Схема работы спутниковой системы навигации SBAS

По конструктивному исполнению антенны GPS / Г ЛОНАСС-приемников бывают двух видов:

- Внутренняя (встроенная) антенна - находится внутри корпуса навигатора;

- Внешняя антенна - устанавливается снаружи навигатора и соединяется с ним кабелем.

При этом, независимо от конструктивного исполнения, антенны всех приемников различаются по принципу приема радиосигналов и бывают двух типов: плоская (Patch) антенна; спиралевидная (Helix) антенна.

Однако качество приема навигационных сигналов зависит не только от типа и конструкции антенны, но и чипсета приемника.

Чипсет (англ. Chipset) - набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения каких-либо функций.

Чипсет определяет следующие характеристики приемников (навигаторов):

- Время поиска спутников при включении;

- Возможность вычисления координат навигатора по отраженным сигналам от спутников (в условиях высоких гор и густой растительности, туристические навигаторы делают это хуже чем автомобильные)

- Возможность использования растровых карт большого размера с высокой детализацией (требующие много места на диске);

- Качество графики на дисплее;

- Быстродействие, то есть использование карт памяти (для хранения нескольких навигационных карт и пройденных маршрутов) и т.д.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее