Принцип работы глонасс на авто: Что такое ГЛОНАСС на авто, как он работает

Содержание

функции, принцип работы и основные преимущества

Руководители коммерческих транспортных организаций, специализирующихся на грузовых и пассажирских перевозках, активно используют автомобильные системы ГЛОНАСС. Данная технология позволяет оптимизировать накладные расходы и обеспечить контроль над передвижением служебного транспорта. Системы глобального позиционирования дают возможность отслеживать скорость автомобилей, определять суммарное время их движения и простоя, а также контролировать соблюдение заданных маршрутов. На основании данных, полученных при помощи системы мониторинга транспорта ГЛОНАСС, корректируется заработная плата шоферов, оптимизируется их рабочий график, а также назначаются премии или штрафы за выполнение/нарушение профессиональных обязанностей.

Функции системы ГЛОНАСС

Средства мониторинга коммерческого транспорта, в которых применяются технологии ГЛОНАСС, используются для решения следующих задач.

  • Контроль перемещения. Водители автомобилей, не оснащенных системами спутникового слежения, имеют возможность отклоняться от заданных маршрутов. При отсутствии средств мониторинга выявить подобные нарушения практически невозможно. Установка автомобильных систем ГЛОНАСС позволяет решить эту проблему и исключить вероятность того, что водители будут использовать служебный транспорт в личных целях.
  • Контроль скорости. Несоблюдение скоростного режима является серьезным нарушением. Во-первых, превышение скорости может повлечь за собой крупные штрафы от ГИБДД, которые работодатель будет вынужден оплачивать из бюджета фирмы. Во-вторых, это повышает риск ДТП, в результате которого может быть причинен серьезный ущерб здоровью людей или перевозимым грузам. Установка навигационной системы ГЛОНАСС позволяет контролировать скорость автотранспорта и предпринимать соответствующие меры при ее превышении.
  • Мониторинг расхода топлива. Чрезмерный перерасход горючего приводит к дополнительным убыткам и к снижению рентабельности бизнеса. Технологии ГЛОНАСС эффективно решают эту проблему, поскольку с их помощью можно контролировать расход топлива служебным автотранспортом.
  • Определение текущих координат. Данная возможность особенно полезна для компаний, которые занимаются логистикой и осуществляют доставку грузов. Средства мониторинга коммерческого транспорта, в которых используются технологии ГЛОНАСС, позволяют в любой момент определять текущие координаты грузовых автомобилей.

Принцип работы

Системы ГЛОНАСС-мониторинга работают по сложному математическому алгоритму. На орбите Земли располагаются многочисленные искусственные спутники, которые обмениваются сигналами с трекерами, подключенными к общей системе. С помощью спутников определяются текущие широта, долгота и высота конкретного устройства-приемника. Изменение этих параметров за данный промежуток времени позволяет определить и скорость движения объекта.

Для уменьшения погрешности рассчитываемых параметров (координат, скорости и др.) используются формулы общей теории относительности, как и в системе GPS и ГЛОНАСС. Это позволяет добиться максимальной точности измерений и обеспечить корректное определение местоположения конкретного объекта.

Более детальную информацию о технологиях ГЛОНАСС-контроля вы можете уточнить у сотрудников нашей компании. Также у нас можно заказать установку и настройку систем спутникового мониторинга для коммерческого автотранспорта. Для получения консультации звоните нам по контактному номеру.

Принципы навигации

Космический сегмент

Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Наземный сегмент

В состав наземного сегмента входят космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.

Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами.

Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.

Пользовательский сегмент

В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

На рисунке приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников. Цветными яркими линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Цветные неяркие линии – это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – то есть часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.

В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.

В действительности показания часов, которые входят в состав навигационной аппаратуры потребителя, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один - смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.

Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли, о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.

Геоцентрические системы координат - системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.

Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:

  • радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),
  • лазерная локация космических аппаратов (SLR),
  • доплеровские измерительные системы (DORIS),
  • навигационные измерения космических аппаратов ГЛОНАСС и других ГНСС.

Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.

В современных навигационных спутниковых системах используются различные, как правило национальные, системы координат.

Навигационная системаСистема координат
Система координат ГЛОНАССПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года)
Система координат GPSWGS-84 (World Geodetic System)
Система координат ГАЛИЛЕОGTRF (Galileo Terrestrial Referenfce Frame)
Система координат БЕЙДОУCGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000)
Система координат QZSSJGS (Japanese geodetic system)
Система координат NavICWGS-84 (World Geodetic System)

В соответствии с решаемыми задачами применяются два типа систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени основаны на суточном вращении Земли. Эталоном для построения шкал астрономического времени служат солнечные или звездные сутки, в зависимости от точки небесной сферы, по которой производится измерение времени.

Всемирное время UT (Universal Time) – это среднее солнечное время на гринвическом меридиане.

Всемирное координированное время UTC синхронизировано с атомным временем и является международным стандартом, на котором базируется гражданское время.

Атомное время (TAI) — время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. В 1967 году на Генеральной конференции мер и весов атомная секунда представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, не возмущённого внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 Герц.

Спутниковая радионавигационная система является пространственно-временной системой с зоной действия, охватывающей всё околоземное пространство, и функционирует в собственном системном времени. Важное место в ГНСС отводится проблеме временной синхронизации подсистем. Временная синхронизация важна и для обеспечения заданной последовательности излучения сигналов всех навигационных спутников. Она обусловливает возможность применения пассивных дальномерных (псевдодальномерных) методов измерений. Наземный командно-измерительный комплекс обеспечивает синхронизацию шкал времени всех навигационных КА путем их сверки и коррекции (непосредственной и алгоритмической).


Навигационных радиосигналы

При выборе типов и параметров сигналов, используемых в спутниковых радионавигационных системах, учитывается целый комплекс требований и условий. Сигналы должны обеспечивать высокую точность измерения времени прихода (задержки) сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятность правильного декодирования навигационного сообщения. Также сигналы должны иметь низкий уровень взаимной корреляции для того, чтобы сигналы разных навигационных космических аппаратов надежно различались навигационной аппаратурой потребителей. Кроме того, сигналы ГНСС должны максимально эффективно использовать отведенную полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, обладать высокой помехоустойчивостью.

Почти все существующие навигационные спутниковые системы, за исключением индийской системы NAVIC, используют для передачи сигналов диапазон L. Система NAVIC будет излучать сигналы дополнительно и в S диапазоне.

Диапазоны, занимаемые различными навигационными спутниковыми системами

Виды модуляции

По мере развития спутниковых навигационных систем изменялись используемые виды модуляции радиосигналов.
В большинстве навигационных систем изначально использовались исключительно сигналы с бинарной (двухпозиционной) фазовой модуляцией – ФМ-2 (BPSK). В настоящее время в спутниковой навигации начался переход к новому классу модулирующих функций, получивших название BOC (Binary Offset Carrier)-сигналов.

Принципиальное отличие BOC-сигналов от сигналов с ФМ-2 состоит в том, что символ модулирующей ПСП BOC-сигнала представляет собой не прямоугольный видеоимпульс, а отрезок меандрового колебания, включающий в себя некоторое постоянное число периодов k. Поэтому сигналы с BOC-модуляцией часто называют меандровыми шумоподобными сигналами.

Использование сигналов с BOC-модуляцией повышает потенциальную точность измерения и разрешающую способность по задержке. Одновременно с этим, уменьшается уровень взаимных помех при совместном функционировании навигационных систем, использующих традиционные и новые сигналы.

Каждый спутник принимает с наземных станций управления навигационную информацию, которая передается обратно пользователям в составе навигационного сообщения. Навигационное сообщение содержит разные типы информации, необходимые для того, чтобы определить местоположение пользователя и синхронизовать его шкалу времени с национальным эталоном.

Типы информации навигационного сообщения
  • Эфемеридная информация, необходимая для вычисления координат спутника с достаточной точностью
  • Погрешность расхождения бортовой шкалы времени относительно системной шкалы времени для учета смещения времени космического аппарата при навигационных измерениях
  • Расхождение между шкалой времени навигационной системы и национальной шкалой времени, для решения задачи синхронизации потребителей
  • Признаки пригодности с информацией о состоянии спутника для оперативного исключения спутников с выявленными отказами из навигационного решения
  • Альманах с информацией об орбитах и состоянии всех аппаратов в группировке для долгосрочного грубого прогноза движения спутников и планирования измерений
  • Параметры модели ионосферы, необходимые одночастотным приемникам для компенсации погрешностей навигационных измерений, связанных с задержкой распространения сигналов в ионосфере
  • Параметры вращения Земли для точного пересчета координат потребителя в разных системах координат

Признаки пригодности обновляются в течение нескольких секунд при обнаружении отказа. Параметры эфемерид и времени, как правило, обновляются не чаще, чем раз в полчаса. При этом период обновления для разных систем сильно отличается и может достигать четырех часов, в то время как альманах обновляется не чаще, чем раз в день.

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию и передается в виде потока цифровой информации (ЦИ). Изначально во всех навигационных спутниковых системах использовалась структура вида «суперкадр/кадр/строка/слово». При этой структуре поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров, суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк.
В соответствии со структурой «суперкадр/кадр/строка/слово» формировались сигналы системы БЕЙДОУ, ГАЛИЛЕО (кроме E6), GPS (LNAV данные, L1), сигналы ГЛОНАСС с частотным разделением. В зависимости от системы, размеры суперкадров, кадров и строк могут отличаться, но принцип формирования остается похожим.

Сейчас в большинстве сигналов используется гибкая строковая структура. В этой структуре навигационное сообщение формируется в виде переменного потока строк различных типов. Каждый тип строки имеет свою уникальную структуру и содержит определённый тип информации (указаны выше). НАП выделяет из потока очередную строку, определяет её тип и в соответствии с типом выделяет информацию, содержащуюся в этой строке.

Гибкая строковая структура навигационного сообщения позволяет значительно более эффективно использовать пропускную способность канала передачи данных. Но главным достоинством навигационного сообщения с гибкой строковой структурой является возможность её эволюционной модернизации при соблюдении принципа обратной совместимости. Для этого в ИКД для разработчиков НАП специально указывается, что если НАП в навигационном сообщении встречает строки неизвестных ей типов, то она должна их игнорировать. Это позволяет добавлять в процессе модернизации ГНСС к ранее существовавшим типам строк строки с новыми типами. НАП, выпущенная ранее, игнорирует строки с новыми типами и, следовательно, не использует те новации, которые вводятся в процессе модернизации ГНСС, но при этом её работоспособность не нарушается.
Сообщения сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением имеют строковую структуру.

На точность определения потребителем своих координат, скорости движения и времени влияет множество факторов, которые можно разделить на категории:

  1. Системные погрешности, вносимые аппаратурой космического комплекса

    Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры спутника и наземного комплекса управления ГНСС обусловлены в основном несовершенством частотно-временного и эфемеридного обеспечения.

  2. Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала от космического аппарата до потребителя

    Погрешности обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере Земли от скорости их распространения в вакууме, а также зависимостью скорости от физических свойств различных слоёв атмосферы.

  3. Погрешности, возникающие в аппаратуре потребителя

    Аппаратурные погрешности подразделяются на систематическую погрешность аппаратурной задержки радиосигнала в АП и флуктуационные погрешности, обусловленные шумами и динамикой потребителя.

Кроме того, на точность навигационно-временного определения существенно влияет взаимное расположение навигационных спутников и потребителя.
Количественной характеристикой погрешности определения местоположения и поправки показаний часов, связанной с особенностями пространственного положения спутника и потребителя, служит так называемый геометрический фактор ΓΣ или коэффициент геометрии. В англоязычной литературе используется обозначение GDOP - Geometrical delusion of precision.
Геометрический фактор ΓΣ показывает, во сколько раз происходит уменьшение точности измерений и зависит от следующих параметров:

  • Гп - геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС в пространстве.
    Соответствует PDOP - Position delusion of precision.
  • Гг - геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по горизонтали.
    Соответствует HDOP - Horizontal delusion of precision.
  • Гв - геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по вертикали.
    Соответствует VDOP - Vertical delusion of precision.
  • Гт - геометрический фактор точности определения поправки показаний часов потребителя ГНСС.
    Соответствует TDOP - Time delusion of precision.

Существующие в настоящее время глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Но существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации. К этим задачам относятся: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и другие.

Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений.

Дифференциальный режим предполагает использование одного или более базовых приёмников, размещённых в точках с известными координатами, которые одновременно с приёмником потребителя (подвижным, или мобильным) осуществляют приём сигналов одних и тех же спутников.

Повышение точности навигационных определений достигается за счёт того, что ошибки измерения навигационных параметров потребительского и базовых приёмников являются коррелированными. При формировании разностей измеряемых параметров большая часть таких погрешностей компенсируется.

В основе дифференциального метода лежит знание координат опорной точки – контрольно-корректирующей станции (ККС) или системы опорных станций, относительно которых могут быть вычислены поправки к определению псевдодальностей до навигационных спутников. Если эти поправки учесть в аппаратуре потребителя, то точность расчета, в частности, координат может быть повышена в десятки раз.

Для обеспечения дифференциального режима для большого региона – например, для России, стран Европы, США - передача корректирующих дифференциальных поправок осуществляется при помощи геостационарных спутников. Системы, реализующие такой подход, получили название широкозонные дифференциальные системы.

Подробнее о системах функциональных дополнений ГНСС, которые предоставляют потребителям дополнительную корректирующую информацию, смотрите в разделе "Функциональные дополнения".

Подключение ГЛОНАСС в машине, подключить систему ГЛОНАСС в Волгограде

Установка навигационных систем и датчиков gps и ГЛОНАСС на автомобиль – реальный и эффективный способ слежения за транспортным средством в режиме реального времени. Для подключения блока ГЛОНАСС не нужно много времени. Достаточно заказать соответствующее оборудование в проверенном магазине и совершить установку по инструкции. Наша компания по продаже автомобильных аксессуаров предлагает большой ассортимент такой техники для вашего авто.

Преимущества ГЛОНАСС навигаторов для автотранспорта

Спутниковые навигаторы ГЛОНАСС – это высокотехнологичные средства контроля  за местонахождением транспортных средств  или же любых других объектов. Подключив ГЛОНАСС, вы сможете принимать и передавать различную информацию, которые получите с помощью приложения в мобильном телефоне или смартфоне. Вы увидите в смартфоне:

  • Координаты местонахождения автомобиля.
  • Количество потраченного топлива, время и место заправок/сливов.
  • Скорость передвижения.
  • Определение правильного маршрута.

Данное оборудование очень удобно в использовании, и легко устанавливается в автомобиль, без помощи специальных приспособлений или специалистов. С его помощью вы сможете в режиме реального времени узнавать всю информацию, которая вас интересует. Его можно присоединить куда угодно.

Подключение спутниковой системы ГЛОНАСС для слежения за автомобилями позволит повысить эффективность транспортных предприятий, исключить нецелесообразное использование машины и расхода бензина или дизтоплива, сделать поездки более безопасными. К тому же ГЛОНАСС мониторинг  - одно их самых эффективных противоугонных средств. Даже если машину угнали злоумышленники, благодаря спутниковой системе, транспорт будет очень легко обнаружить. Расходы на подключение навигационного маячка или трекера очень быстро окупаются, что делает их чрезвычайно популярными у частных автолюбителей и крупных транспортных компаний.

Заказать подключение системы навигации ГЛОНАСС в Волгограде

Наша фирма, которая расположена в городе Волгоград уже длительный период времени занимается продажей различной автомобильной техники и соответствующими услугами в этой сфере. За годы работы у нас появилось большое количество клиентов, которые всегда остаются довольны нашей продукцией и советуют нас своим знакомым и друзьям.

У нас самая низкая стоимость на всю продукцию, поскольку мы сотрудничаем с прямыми поставщиками, а также с фирмами производителями gps и ГЛОНАСС систем. Если вы хотите подключить систему навигации в машине, но не знаете, какой именно прибор вам подойдет, позвоните по телефону, указанному на нашем официальном сайте.  Наш специалист обязательно подскажет вам лучший ГЛОНАСС навигатор, который обезопасит ваши поездки и будет служить вам долгие годы. Основными преимуществами нашего интернет-магазина являются:

  • Низкие цены.
  • Вся продукция сертифицирована и имеет длительный период гарантии.
  • Персональный подход к каждому покупателю.
  • Доставка по всей Российской Федерации различными транспортными компаниями.

Заказать подключение спутниковой навигации на автомобиль можно по телефону +7(937)733-03-34 или через форму заказа обратного звонка слева.

Если вы хотите всегда знать координаты местоположения вашего транспортного средства и все процессы, которые с ним происходят, закажите подключение к системе ГЛОНАСС в нашей фирме в городе Волгоград, и вы всегда будете спокойны за свою машину.

В данной категории нет товаров.

Система ГЛОНАСС для контроля транспорта и ее отличие от GPS. 4 типичных проблемы когда этих данных недостаточно

Все виды автотранспорта должны оснащаться системами, которые определяют его местоположение и скорость передвижения. Это стало обязательно с тех пор, как приняли закон о Государственной автоматизированной информационной системе «ЭРА-ГЛОНАСС» от 28.12.2013 N 395-ФЗ.

Для мониторинга автотранспорта предприятия используют систему ГЛОНАСС. Иногда ее интегрируют с датчиками, которые помогают: контролировать расход топлива и заправку авто, заглушить двигатель на расстоянии, проследить время в пути.

Разбираемся, что из себя на самом деле представляет система ГЛОНАСС для транспорта, что она учитывает, а что нет, и есть ли у этой системы альтернатива.


Принцип работы системы ГЛОНАСС

Мониторинг автотранспорта ГЛОНАСС: как это работает 

ГЛОНАСС — это глобальная национальная спутниковая система российского производства. Она работает при помощи космического и наземного оборудования:  

  • спутников, расположенных на околоземной орбите,
  • управляющих станций и наземных антенн,
  • устройств со встроенными датчиками ГЛОНАСС.

Раньше систему использовали только для военных целей, но сейчас она широко применяется в работе обычных гражданских компаний.



Процент обработки сигналов, поступающих от спутников на территории России


Система мониторинга автотранспорта ГЛОНАСС работает следующим образом:
  1. Спутники поддерживают связь между собой и с наземной станцией: они отправляют на землю радиосигналы — информацию о координатах и времени передачи сигнала.
  2. ГЛОНАСС-приемник, который внедрен в автотранспорт, определяет расстояние до нескольких видимых спутников. Результат вычисляется по времени прохождения сигнала от спутника до приемника.
  3. Датчик отслеживает и записывает во встроенную память меняющиеся координаты спутников, выходит в интернет через сим-карту и отправляет информацию на сервер.
  4. Сервер принимает полученные данные и сохраняет их в базе данных.
  5. Система обрабатывает сохраненную на сервере информацию, формирует маршруты на карте, составляет различные отчеты о работе транспортных средств и водителей — время в пути, скорость езды, места остановок для заправки и другие. 

На орбите находится 24 спутника ГЛОНАСС, они распределены поровну на каждое полушарие. В любой точке земли над горизонтом видны как минимум четыре космических аппарата, не считая резервных.

Резервные спутники нужны, чтобы быстро заменить штатный спутник, если он выйдет из строя. Но даже в резервном режиме они работают и помогают точнее определить координаты датчиков ГЛОНАСС. Чем больше спутников, тем точнее координаты.

В зависимости от потребностей бизнеса система мониторинга транспорта ГЛОНАСС может интегрироваться с дополнительными трекерами: датчиками контроля топлива, датчиками работы механизмов и другими.

Мониторинг транспорта ГЛОНАСС или GPS: в чем отличие

GPS (Global Positioning System) — та же спутниковая система, но американского производства. Основное отличие системы GPS от спутников ГЛОНАСС в том, что они синхронизированы с вращением Земли. Аппараты американской системы располагаются ближе к экватору, в то время как российская система более полярная. Благодаря такому расположению орбит спутниковый мониторинг транспорта ГЛОНАСС превосходит GPS по качеству сигнала на севере.

Многие компании используют обе системы одновременно, что значительно увеличивает точность координат. Таким образом, наземное оборудование принимает и сопоставляет информацию из двух источников и исправляет неточности.


     ГЛОНАСС   

           GPS    

Количество спутников на орбите

24

24

Количество спутников в одной плоскости

8

6

Точность измерения

2-6 м

2-4 м

Площадь покрытия

70 % (включая всю территорию России)

100 %

Распределение спутников по орбитальным плоскостям



Примечание

Более устойчивый сигнал в северных широтах

Более устойчивый сигнал в южной части средних широт, ближе к экватору 

Что учитывает система мониторинга транспорта ГЛОНАСС

ГЛОНАСС или GPS-оборудование предоставляет следующие данные:

  • пройденное расстояние и маршрут поездки;

  • данные о местоположении транспорта;

  • включение/выключение зажигания;

  • места остановок и заправок;

  • уровень и расход топлива;

  • время работы двигателя;

  • скорость движения.

Система хранит данные на сервере. Руководитель может ознакомиться с отчетом в любой момент.

Однако система выдает много лишних данных, которые в большинстве случаев не нужны: какой расход топлива был при глушении двигателя. координаты места, литры. Это затрудняет анализ и не дает необходимой информации, чтобы действительно оценить эффективность использования автотранспорта на предприятии.


4 типичные проблемы когда данных ГЛОНАСС и GPS недостаточно для эффективного контроля за автотранспортом

Мониторинг автотранспорта системами ГЛОНАСС и GPS не решит типичные проблемы автопарка.

  1. Холостые пробеги. Спутниковые системы ГЛОНАСС и GPS не составляют маршрут поездки. Водитель сам выбирает, каким образом он поедет из пункта А в пункт Б. Он может выбрать не самый оптимальный маршрут или составить его согласно своим личным планам. Авто используется не для рабочих целей, при этом руководитель оплачивает рабочие часы водителя и расход топлива. 
  2. Долгий поиск и ожидание машины. ГЛОНАСС и GPS не показывают, в каком режиме сейчас находится служебный автомобиль: выполняет или ожидает заказ, на обеде или техобслуживании. Поэтому сотруднику приходится звонить и уточнять у водителя. Поиск машины затягивается.
  3. Низкая продуктивность водителей. Системы мониторинга ГЛОНАСС и GPS не отслеживают количество заказов, которые выполнил водитель. Поэтому у него нет мотивации выполнять больше заказов. Он получает одинаковую зарплату как за 3 поездки в день, так и за 10. 
  4. Неравномерное использование автотранспорта. ГЛОНАСС и GPS не следят за равномерным использованием автотранспорта. Часто машина выбирается исходя из человеческого фактора: из-за дружбы, личной симпатии или того, кто ближе. Например, заведующий гаражом может не учесть, сколько поездок совершил водитель. Он отправит на заказ того, кто находится ближе. Вероятно, им окажется водитель, который совершил больше всех поездок. 

Однако датчики ГЛОНАСС и GPS все же могут быть полезными в контроле автопарка. Некоторые из них показывают низкий или нулевой пробег автотранспорта — это явный признак того, что работу автопарка можно оптимизировать.

Например, проанализировать, действительно ли вашему автопарку нужно столько машин, и как грамотно задействовать их в работе. Но для этого нужно обращаться к другим системам. 

ГЛОНАСС контроль транспорта и программный комплекс «ТМ: Корпоративные поездки» 

Программный комплекс «ТМ: Корпоративные поездки» помогает узнать местоположение автомобилей в реальном времени, формирует оптимальные маршруты, показывает детальный разбор поездок, упрощает заказ авто сотрудниками.

«ТМ: Корпоративные поездки» включает в себя программный комплекс, кабинет организации, мобильное приложение для сотрудников и водителей.

  • Программный комплекс. Настроен под особенности вашей компании. Учитывает закрепленные и общие авто, количество машин и сотрудников. 

  • Кабинет организации. Помогает вести учет в автохозяйстве, управлять заявками, изменять количество водителей и автомобилей.

  • Мобильное приложение для сотрудников. Позволяет за несколько секунд заказать поездку и увидеть, где автомобиль находится в данный момент.

  • Мобильное приложение для водителей. Позволяет видеть заказы в режиме реального времени, брать заказ в работу без участия диспетчера. 

В результате использования «TM: Корпоративные поездки» вы не только увидите местоположение, пройденное расстояние и уровень топлива. Вы сможете проанализировать эффективность вашего автопарка, увеличить продуктивность водителей и снизить расходы на его содержание.

В чем отличие «ТМ: Корпоративные поездки» от системы ГЛОНАСС для транспорта.


Возможности

ГЛОНАСС

«ТМ: Корпоративные поездки» 

Местоположение автотранспорта

+

+

Статус водителя

-

Не передает данные об актуальном статусе водителя

+

Видно статус водителя — «Выполняет заказ», «Ожидает заказ», «На обеде», «На ремонте».

Пройденный маршрут

+

Передает данные о пройденном пути

+

Подбирает оптимальный маршрут

Скорость движения

+

+

Остановки

+

Определяет места заправок и остановок

+

Детальный разбор поездок со всеми остановками и стоянками (сколько заказов выполнил, где останавливался)

Получение данных

+

Необходимо наличие дополнительных датчиков для измерения уровня топлива.

+

Показывает расходы топлива и ГСМ, формирует отчеты о расходах на обслуживание и содержание автотранспорта.

Управление автопарком

-

Можно увидеть только то, что автотранспорт простаивает.

+

Задействует в работе весь пул автотранспорта, поэтому машины не простаивают. 

Возможно, вы увидите, что на самом деле вам нужно меньше транспорта. 


Результаты наших клиентов ООО «Газпромнефть-Ямал»

ООО «Газпромнефть-Ямал» — дочернее общество ПАО «Газпром нефть», занимается разработкой Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения.

Компания обратилась к нам, когда датчики ГЛОНАСС показали, что большинство времени машины простаивают. Перед руководителями стояла задача — оптимизировать работу автопарка, увеличить его продуктивность. 

Результаты за время нашей работы оказались следующими.

  • Водители совершают более 5000 поездок в месяц. Заявки в корпоративный парк поступают через приложение.

  • В день выполняется около 200 заявок на поездки, около 300 сотрудников пользуются новым сервисом.

  • Более 90 % заказов идут через мобильное приложение, время подачи автомобиля сократилось до 5 минут.

  • Сократились холостой пробег и время работы на одном заказе.


Glonass - система спутникового мониторинга

Установка ГЛОНАСС на автомобили: что предлагает сегодня компания «Ви-Тел»

Компания «Ви-Тел» предлагает вам установить современную многофункциональную систему ГЛОНАСС для авто – WEB-GLONASS. Для чего это нужно? Чтобы исключить необоснованные расходы ГСМ и повысить эффективность работы вашего предприятия/организации в целом. С нашей помощью вы забудете вопросы типа: «Ты где?», «Когда будешь на конечной точке?» и «Что с ГСМ?», потому что лично будете осуществлять контроль различных уровней за своим транспортом (грузовым/легковым).

  • Мониторинг состояния транспорта в реальном времени. После запуска нашего программного обеспечения вам будет доступна информация о текущем местоположении транспортных средств на карте России (отдельного ее региона). Вы сразу будете видеть, кто и где находится, двигается ли сейчас автомобиль или нет, и если двигается, то в каком направлении. Можно получить и более подробную информацию об объекте слежения – скорость его движения, остаток топлива в баке, адрес текущего местоположения и так далее. ГЛОНАСС также поможет сделать фото различных видов ваших автомобилей на определенном месте маршрута.
  • Контроль истории движения. Если вам необходимо постфактум узнать, откуда и когда приехал определенный автомобиль, система WEB-GLONASS предоставит такие данные и составит полноценный трек. Вы увидите пункт, откуда было начато движение, узнаете, где и в какое время автомобиль останавливался и куда в конечном итоге приехал.
  • Табличные и графические отчеты. Установка «Веб-ГЛОНАСС» на машину даст вам возможность запрашивать в любое удобное время отчеты, содержащие информацию о сливах и заправках топлива по каждому конкретному авто. Также для более подробного анализа расхода ГСМ вам могут быть предоставлены графические отчеты, показывающие динамику расхода топлива.
  • Контроль соблюдения установленных правил. С помощью нашей системы ГЛОНАСС и соответствующего оборудования для авто мы сможем задать ряд условий, которые неукоснительно нужно соблюдать в процессе движения. Либо это, напротив, могут быть нежелательные события (например, превышение скоростного режима, превышение допустимой температуры двигателя, нарушение маршрута движения). Программа будет сигнализировать о том, что какое-либо из назначенных вами условий нарушается. В этом случае вы, если это необходимо, оперативно скорректируете ситуацию. В форс-мажорных случаях вы сможете даже удаленно остановить работу двигателя и прекратить движение авто.

Оборудование ГЛОНАСС для автомобилей: преимущества работы с «Ви-Тел»

Наша компания с каждым годом совершенствует свой сервис, расширяет перечень услуг. Сегодня мы можем предложить клиентам лучшие условия сотрудничества, которые заключаются в следующем:

  • Доступная цена за установку ГЛОНАСС на машину для каждого клиента. За разумную цену мы готовы предложить не только качественное программное обеспечение и приборы для установки ГЛОНАСС на всех ваших автомобилях. Мы также предлагаем услуги по разработке карт интересующих вас регионов России (бесплатно), гарантийное и постгарантийное обслуживание наших устройств, а также другие услуги и выгодные предложения, узнать о которых вы сможете, связавшись с нашими менеджерами.
  • Удобная система оплаты. Внести платеж за наши услуги и продукты вы сможете заранее либо после осуществления доставки.
  • Всегда оперативная доставка заказов.
  • Полное документальное оформление сотрудничества. Мы предоставим все необходимые документы, в том числе финансовые, для дальнейшего составления вашим бухгалтером отчетности.
  • Полная ответственность перед клиентом в рамках ФЗ «О защите прав потребителей».

Как работает ЭРА-ГЛОНАСС?

В Российской Федерации продолжается постепенное внедрение системы Эра Глонасс во всю транспортную сеть. Многие коммерческие организации уже не могут участвовать в крупных тендерах, не оснастив свои авто и технику данными модулями. Для понимания возможностей спутникового блока стоит разобрать основные функции и способы работы. Уже сегодня государственная сеть спутникового мониторинга транспорта спасает жизни и сокращает время прибытия оперативных служб на место аварий.

Схема работы спутникового модуля Эра Глонасс

Блок, установленный в автомобиле, постоянно связан со спутниками системы ГЛОНАСС. Обмен сигналами позволяет поддерживать актуальную информацию. В случае аварии блок срабатывает автоматически и посылает сигнал о бедствии в ближайший диспетчерский центр. Оттуда происходит быстрый вызов необходимых оперативных служб. 

Принцип работы простой:

  • система активируется автоматически, возможен также вызов служб с помощью специальной кнопки;
  • каждый блок имеет собственный уникальный номер, поэтому оператор знает, кто посылает сигналы;
  • при отправке запроса на вызов экстренных служб фиксируются точные координаты, которые быстро передаются диспетчеру;
  • время прибытия спасателей, полиции и других служб сокращается в среднем до 40%.

Обязательными функциями сертифицированных блоков является двухсторонняя громкая связь, фиксация данных о времени ДТП, а также тяжести произошедшей аварии. Такие функции помогут повысить справедливость наказания виновных в совершении аварий. А главной задачей остается спасение жизни попавшего в беду человека. Это лишь краткий обзор того, как работает Эра Глонасс.

Дополнительные возможности спутникового блока

Есть и необязательные функции у системы ГЛОНАСС, которые владельцы автомобилей могут использовать. Речь идет о всех преимуществах спутниковой связи и мощной национальной системы диспетчерских центров. 

К примеру, индивидуальный номер блока в вашем авто позволяет производить следующие полезные и нужные действия:

  • настройка мощной и точной навигации с помощью простых и недорогих устройств в авто;
  • поиск автомобиля после его угона или в иных ситуациях с указанием точного положения;
  • коммерческий мониторинг транспорта, фиксация маршрута, расстояния и других факторов;
  • охрана авто, сигнализация о передвижении, удаленное наблюдение за расположением транспорта.

Все это становится возможным, благодаря уже созданной и настроенной системе. Блок Эра Глонасс не такой дорогой, как некоторые GPS-метки и датчики, предлагаемые в автомобильных магазинах. Поэтому стоит рассмотреть возможность установки такого оборудования. Тем более, в скором времени такая комплектация станет обязательной для каждого авто в РФ.

Установка и настройка систем спутниковой связи в авто

Воспользуйтесь услугами компании «Сервис Форт-Телеком». Мы предлагаем установку блоков Эра Глонасс, настройку и обслуживание для частного и коммерческого транспорта. Все работы проходят в соответствии с государственными требованиями. Устанавливаем только официально разрешенное оборудование с нужными функциями и выдаем сертификаты. По вопросам монтажа и настройки спутниковых модулей на ваш транспорт позвоните нам.
 

Спутниковый мониторинг транспорта: особенности установки

Определение местоположения подвижного объекта с контролем скорости движения – задача спутникового мониторинга транспорта.  Цель внедрения – учет точного времени поставок и диагностика квалификации водителей. Дополнительно у перевозчиков появилась возможность консультировать клиентов о точном местоположении груза. Это влияет на уровень обслуживания и лояльность заказчиков.

Сходство и различие ГЛОНАСС и GPS

Основные системы схожи по принципу работы и техническим характеристикам. Главное различие – государственная принадлежность. ГЛОНАСС – отечественная разработка. GPS – американская. В программах из США нет 100% гарантии качества сигнала.

Стабильность русской программе обеспечивает синхронизация спутников с вращением Земли. Погрешность по геолокации от 2 до 6 метров. Причем покрытие по России 100% и 70% в мировом масштабе. За счет таких параметров все больше отечественных перевозчиков думают, как установить ГЛОНАСС на автомобиль.

Принцип работы

Обслуживание автомобилей осуществляется следующим образом:

  1. В транспортное средство устанавливается трекер, который принимает сигнал от спутника и нескольких систем навигации. Это устройство оборудовано модулями ГЛОНАСС/GPS/LBS. Они автоматически вычисляют координаты машины и ее расположение относительно ближайших вышек связи.
  2. Телеметрические сведения записываются в память трекера. После, в установленные промежутки времени, информация передается через Интернет на сервер со специальным ПО. Оттуда поступает на ПК или мобильное устройство собственника машины или предпринимателя.

Благодаря сохранению телеметрических данных можно восстановить точное перемещение автомобиля после доставки. Современные трекеры, установленные в кабине, оборудованы голосовой связью, аудиоконтролем обстановки, датчиками уровня топлива, устройствами оповещения об отклонении от маршрута.

Этапы установки

Вначале выбирается трекер. На рынке представлено много моделей, различных по диапазону рабочих частот, интерфейсам, объему памяти и длительности автономной работы.

В комплекте к оборудованию поставляются необходимые для монтажа провода, крепежные элементы. В ряде вариантов придется отдельно приобретать предохранители, кронштейны.

Сама установка мониторинга транспорта системы ГЛОНАСС проходит так:

  1. Подготовка места для подключения. Чаще всего за центральной консолью. Для этого снимают панели из пластика и в открывшийся паз устанавливают прибор.
  2. Монтаж антенны, если она предусмотрена для внешней установки. Важно поставить ее так, чтобы металлические части не мешали приему сигнала. Вид крепления – горизонтальный, параллельный земле, но так, чтобы приемный элемент был направлен вверх.
  3. Подключение проводов после обесточивания автотранспорта. Присоединение идет либо к предохранительному блоку, либо к источнику питания магнитолы. Стандартная схема: черный – масса, желтый – зажигание, красный – постоянный плюс.
  4. Включение прибора и проверка его работоспособности. Важно правильно провести тестовое определение местности и сравнить его с фактическим.

Важно! При самостоятельном подключении гарантий нет, поэтому исправление ошибок проходит за счет водителя.

Куда можно обратиться за подключением

Наша компания «ОМНИКОММ СИСТЕМС» предлагает комплексное решение по мониторингу транспорта и контроля корпоративного автопарка с пожизненными гарантиями на оборудование. Дополнительно в комплект входит видеомониторинг, система контроля манеры вождения, перегрузок ТС.

  

Принцип работы спутниковой системы глонасс. Система спутниковой навигации ГЛОНАСС. Глонасс, gps-навигация

ГЛОНАСС - навигационная система, помогающая автомобилистам и предпринимателям решать многие задачи. Изначально он разрабатывался для военных нужд, но в последнее время стал применяться и в гражданском секторе. В этой статье мы поговорим о том, как работает система ГЛОНАСС, а также поговорим о задачах, которые можно решить с ее помощью.

Глонасс, gps-навигация - как работает?

Рисунок 1 Сигналы определения местоположения, передаваемые с трех спутников Глобальная система определения местоположения, полученная на Земле.Система глобального позиционирования использует трилатерацию для вычисления координат местоположения на поверхности Земли или вблизи нее. Трилатерация относится к тригонометрическому закону, согласно которому внутренние углы треугольника можно определить, если известны длины всех трех сторон треугольника.

Если четыре или более спутника находятся в горизонте приемника, приемник также может рассчитать свою высоту и даже скорость. Министерство обороны создало Глобальную систему позиционирования в качестве средства навигации.Страны-члены Европейского Союза находятся в процессе развертывания собственной сопоставимой системы под названием Galileo.

Принцип работы

Как работает ГЛОНАСС и что это такое? Это глобальная система, позволяющая определять координаты местоположения объекта. Высокая точность достигается за счет взаимодействия космических спутников, специального наземного оборудования, а также устройства приема и передачи сигналов, установленного на автомобиле или любом другом транспортном средстве. Кроме того, точность определения местоположения может быть повышена за счет использования информации от станций GSM.Особенно это касается езды по городу.

Насколько надежен прибор и нужно ли его обслуживать?

В этом разделе вы узнаете. Объясните, как радиосигналы, передаваемые спутниками глобальной системы позиционирования, используются для расчета местоположения на поверхности Земли; и описать функции пространственного, административного и пользовательского сегментов Глобальной системы позиционирования. Поскольку спутниковые сигналы могут искажаться из-за погодных условий и не обеспечивают требуемой точности, их необходимо исправить.Только корректирующие данные могут гарантировать точную навигацию. В навигационную систему, установленную на тракторе, поступают рассчитанные нами поправочные данные, которые передаются по мобильной связи на автомобиль.

Как работает навигация ГЛОНАСС:

  • Навигационное оборудование отправляет запрос на подключение к специальным спутникам, вращающимся вокруг Земли.
  • Чем больше спутников реагирует на приемник, тем выше точность позиционирования (для нормального позиционирования требуется как минимум четыре).
  • После подключения они начинают получать информацию о собственном местонахождении, а также времени ответа.
  • Микропроцессор, встроенный в приемник, анализирует полученную информацию и производит сравнение.
  • На основе разницы между ответами спутников и их местоположением вычисляются приблизительные координаты приемника и, следовательно, транспортного средства.
  • Эти действия постоянно повторяются, что позволяет в реальном времени отслеживать координаты транспортного средства, его направление движения, а также скорость.Однако следует учитывать, что с его увеличением точность ствольной коробки несколько снижается.

На сегодняшний день работают 24 спутника, что позволяет точно определять координаты по всей России и в доброй половине всего земного шара.

Это путь к максимальной точности.

Благодаря сети также можно контролировать качество сигнала в более крупных регионах. Весь процесс занимает всего несколько секунд. . Для спутниковой системы навигационного сигнала в документе управления пространственным интерфейсом.Все торговые марки и товарные знаки, упомянутые в наших статьях и, возможно, защищенные третьими сторонами, не подлежат никаким ограничениям в соответствии с положениями применимого закона о товарных знаках и правами собственности соответствующих зарегистрированных владельцев.

В отличие от популярных американских систем GPS, которые, кстати, покрывают всю планету, ГЛОНАСС имеет большую надежность за счет более удачно выбранных орбит. В ближайшее время планируется запустить еще несколько космических аппаратов, что значительно повысит устойчивость системы.

Важно! В некоторых случаях точность определения координат может сильно различаться. Это связано с топографией местности (например, если водитель едет через туннель, в который сигнал не может проникнуть в принципе), текущими погодными условиями, а также с конкретными спутниками, которые среагировали на приемник. Например, если четыре ответили на космический аппарат устройства на восточной стороне и ни один на западной стороне, это может исказить алгоритм расчета.

Если, несмотря на наше намерение, права третьих лиц будут нарушены, мы запросим уведомление без указания стоимости. Кроме того, без собственной системы требуемая точность невозможна для более важных приложений, чем конкретные, такие как навигация самолета.

На каждом сателлите часы являются избыточными, что обеспечивает отказоустойчивость, и это то, что до сих пор поддерживает его работу. Каждый спутник несет четыре цикла, два рубидиевых и два водородных мазера, когда их достаточно.Пять из этих часов вышли из строя за последние два года на первых запущенных спутниках и только на последней модели. Таким образом, аномалии затронули три из четырех исходных спутников и два из 14 самых современных спутников, но, как подчеркнул Вернер, 18 все еще функционируют.

Какие задачи решает система?

Контроль местоположения автомобиля - уникальная возможность, которая помогает как простому автолюбителю, так и предпринимателю. Вот лишь несколько возможных вариантов использования:

  • Навигация по незнакомой местности.Сегодня никого не удивит наличие навигатора ни в машине, ни в смартфоне. С его помощью автолюбитель может построить желаемый маршрут с пошаговой инструкцией. Кроме того, современные устройства могут загружать карты через мобильную сеть, а также определять загруженность трафика и предлагать оптимальные маршруты со своей учетной записью. Производители таких устройств постоянно обновляют свои навигационные карты, поддерживая актуальность информации в системе.
  • Предприятие автомобильного мониторинга.Раньше бизнесменам приходилось тратить большие деньги на потери топлива из-за использования водителями личных автомобилей. Использование системы ГЛОНАСС исключает эту опцию, потому что диспетчер будет видеть полный маршрут машины. Таким образом, можно рассчитать примерный расход топлива, время простоя (а, следовательно, и отдыха водителя), а также отклонения от маршрута, доказав использование автомобиля в своих целях. Если нарушения подтвердятся, то на такого водителя может выписать штраф, потому что доказательства, как говорится, очевидны.
  • Применение в автосигнализации и противоугонных системах. С помощью ГЛОНАСС-приемника, установленного в трекере, владелец может получить информацию о местонахождении угнанного автомобиля, что позволит быстро его найти. Обмануть такую ​​систему очень сложно, так как она находится в труднодоступном месте и работает сразу на нескольких частотах.
  • Использование в беспилотных автомобилях. ГЛОНАСС, как и любая другая навигационная система, является незаменимым компонентом дрона. Подобные технологии пока проходят испытания, но практически все эксперты прогнозируют постепенную замену обычных автомобилей беспилотными.

Устройство ЭРА ГЛОНАСС также используется для вызова спасателей. Поговорим об этом подробнее.

Сбои крайне неприятны для европейской промышленности, особенно если вспомнить, что стоимость системы превысит миллиард евро. Это был десятый спутник, отправленный на околоземную орбиту. В декабре, отправив больше космического материала в космос, китайское правительство начинает операции над тем, что они называют Бэйдоу. Но это главный конкурент системы глобального позиционирования, которая у нас до сих пор есть.Один на наших сотовых телефонах и на ошейниках наших собак? Вся инфраструктура находится под контролем Министерства обороны США.

Что такое ЭРА ГЛОНАСС?

Система мобильного телефона с SIM-картой, настроена для работы с любым оператором мобильной связи и предназначена для вызова экстренных служб.

Второй его компонент - модем, передающий необходимые данные спасателям.

Третий компонент - это усиленная антенна, которая принимает сигнал даже на сложных участках дороги.И, наконец, четвертый компонент - навигационный приемник ГЛОНАСС. Кроме того, современные модули системы также оснащены специальными датчиками, которые устанавливаются на транспортном средстве. Они реагируют на сильные удары или на автомобильный переворот.

Конечно, китайцам такая идея не нравится. Никакой помощи от дружественных стран. С приходом десятого спутника вы можете пользоваться функциями определения местоположения, времени и навигации. Сначала эти ресурсы доступны только китайцам, так как спутниковое покрытие ограничено их территорией.

Какие задачи может решать система?

Спутники будущего должны выйти на орбиту с функцией расширения зоны покрытия Beida. Первоначально добавление покрытых регионов в Азии и распространение по мере необходимости. Это должно происходить там. Благодаря Beidou Китай меньше зависит от иностранных технологий, в основном для принятия военных решений. Создавая свою систему, они знают, что работает, а что нет. Они также знают, что у них нет правительства, которое манипулирует информацией - по крайней мере, этого не должно быть.

В кабине водителя есть микрофон с динамиком для разговора с диспетчером, а также тревожная кнопка.

Как работает система ЭРА ГЛОНАСС:

  • При нажатии на тревожную кнопку или после срабатывания датчиков устройство получает сигнал диспетчеру.
  • Оператор дозванивается до водителя и пытается с ним связаться (для разговора используются микрофон и динамик, установленные в автомобиле).
  • Если выйти на связь не удалось или авария подтверждается самими водителями, диспетчер отправляет информацию в службу спасения.
  • Спасатели сразу идут на вызов без подтверждения, так как им сообщают точные координаты места происшествия.

Преимущества такой системы очевидны. Давно известно, что большинство смертей происходит не во время дорожно-транспортных происшествий, а гораздо позже из-за несвоевременного появления спасателей. Система ЭРА ГЛОНАСС решает эту проблему.

Китай - не единственная страна в мире, которая построила собственную систему позиционирования. Европейцы любой ценой пытаются собрать «Галилео».Некоторые спутники находятся на орбите, но европейцы еще далеки от завершения проекта. Этот сим имеет глобальное покрытие.

Он также состоит из сегмента управления космическим сегментом и сегмента пользователя, который затем уменьшается со временем из-за отсутствия адекватных экономических распределений. Спутники расположены на трех наклонных орбитальных плоскостях 64, 8 ° относительно экватора, на высоте орбиты 100 км, орбитальные плоскости, расположенные на расстоянии 120 °, содержат по 8 эквивалентных спутников. Период обращения каждого спутника составляет около 11 часов 15 минут.

Кроме того, устройство полностью совместимо с аналогичными европейскими решениями, что позволяет получать помощь не только в России, но и за рубежом.

Какие данные собирает ЭРА ГЛОНАСС?

Многие водители беспокоятся о сохранности своих личных данных, так как устройство вызова службы экстренной помощи должно быть установлено на всех новых автомобилях в обязательном порядке. Часто можно услышать опасения по поводу передачи информации о маршрутах третьим лицам, а также прослушивания всех разговоров в салоне через установленный микрофон и динамик.Однако производители устройств все эти данные опровергают. Согласно их заявлениям, устройства собирают только такую ​​информацию, как:

  • Показания датчиков скорости и удара, необходимые для срабатывания устройства.
  • Информация об использовании кнопок, расположенных в салоне.
  • Данные, полученные от водителя во время разговора с диспетчером, если он имел место.
  • Номер и марка автомобиля.
  • Скорость, с которой произошло столкновение.
  • Тип двигателя и использованное топливо.
  • Информация о количестве пассажиров (рассчитывается по количеству пристегнутых ремней безопасности).
  • Данные о местонахождении машины, полученные от навигатора.

Насколько надежен прибор и нужно ли его обслуживать?

Все компоненты системы изготовлены из прочных материалов, поэтому они не могут быть повреждены в случае аварии. Кроме того, система оснащена усиленной антенной для лучшего приема сигнала.Последнее особенно актуально при путешествиях по региону, поскольку покрытие сотовой связью в таких районах оставляет желать лучшего.

Отдельно стоит отметить, что ГЛОНАСС ЭРА имеет на борту собственные аккумуляторы, которых обычно хватает на несколько часов работы устройства, если в результате аварии он отключился от бортовой сети автомобиля. Элементы также включаются, когда аккумулятор находится в разряженном состоянии или генератор не обеспечивает достаточного напряжения для работы устройства.

Модули системы могут работать сразу на нескольких частотах, что исключает возможность использования глушилок или других устройств, снижающих эффективность механизма.

Все компоненты ЭРА ГЛОНАСС перед установкой обязательно пломбируются. Это сделано для того, чтобы исключить возможность открытия и прошивки ПО.

Заключение

Навигационная система ГЛОНАСС позволяет автомобилистам и предпринимателям решать множество задач. Мониторинг, навигация, вызов службы спасения, контроль времени водителя - далеко не исчерпывающий перечень преимуществ данной технологии.Производители постоянно работают как над самой системой, так и над разработкой решений на ее основе, позволяющих сделать использование автомобиля еще более удобным и комфортным. Отдельно следует сказать о точности определения координат, которая постоянно увеличивается при запуске новых спутников на орбиту.

Из этого материала вы узнали, как работает КАРТА ГЛОНАСС, что это такое и в чем его преимущества. Кроме того, мы постоянно работаем над его улучшением, хотя уже можем сказать, что ГЛОНАСС как система навигации полностью оправдывает свое использование.

Если вы обнаружите ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl + Enter .

В контакте с

Принцип работы Спутниковая GPS-навигация gLONASS основана на определении расстояния от текущего местоположения до группы спутников. Точное местоположение спутников GPS известно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, вы можете определить свое текущее местоположение как точку пересечения трех кругов.

Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = t * c, где t - время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а c - постоянное значение, равное скорости света. Соответственно, зная время, которое потребовалось для прохождения сигнала от спутника до приемника GPS, и умножив его на скорость света, вы можете определить расстояние.

Принцип работы ГЛОНАСС, GPS следующий. На околоземную орбиту (около 20 тысяч километров) выведены 24 космических спутника большой дальности, покрывающие своими сигналами всю поверхность Земли (кроме полюсов).Наземная часть комплекса состоит из специальных мощных передатчиков, сигналы которых улавливаются спутниковыми приемниками и ретранслируются на поверхность планеты. Помимо репитеров на спутниках установлены точные атомные часы.

Для определения координат переносного (или установленного на борту самолета, корабля, автомобиля) приемника достаточно улавливать радиосигналы от трех орбитальных спутников одновременно (минимальное количество, обычно больше каналов). Посредством расчета временных задержек особым образом закодированных спутниковых сигналов (время излучения сигнала проверяется внутренними эталонными часами приемника), приемник ГЛОНАСС, GPS может определять свои собственные географические координаты с точностью до 10-100 метров.У военных приемников точность определения координат намного выше, но эти технологии закрыты для широкого использования. По доплеровскому сдвигу несущей частоты приемник может определять направление и скорость своего движения (в кармане или в руке владельца).

ГЛОНАСС, GPS-навигация - Как это работает?

Расположение

Теперь расскажем о том, как это работает. ГЛОНАСС, GPS-навигатор должен знать две вещи, чтобы выполнять свою работу.Он должен знать ГДЕ спутники (местоположение) и как ДАЛЬШЕ они расположены (расстояние). Давайте сначала посмотрим, как ГЛОНАСС, GPS-навигатор знает, где находятся спутники в космосе. ГЛОНАСС, GPS-навигатор получает два типа кодированной информации со спутников. Один тип информации, называемый «альманах», содержит данные о местоположении спутников. Эти данные постоянно передаются и хранятся в памяти ГЛОНАСС, GPS-навигатора, поэтому он знает орбиты спутников и предполагаемое местонахождение каждого спутника.

Данные альманаха периодически обновляются по мере движения спутников. Любой спутник может незначительно отклоняться от орбиты, а наземные станции постоянно отслеживают орбиту, высоту, местоположение и скорость спутников. Наземные станции отправляют данные об орбите на главную станцию ​​управления, которая, в свою очередь, отправляет исправленные данные обратно на спутники. Эти скорректированные данные о точном местоположении спутника называются «эфемеридными» данными, которые действительны в течение примерно четырех или шести часов и передаются в ГЛОНАСС, GPS-навигатор в виде кодированной информации.

Таким образом, получив данные альманаха и эфемерид ГЛОНАСС, GPS-навигатор всегда знает местоположение спутников.

Время

Даже если ГЛОНАСС, GPS-навигатор знает точное положение спутников в космосе, ему все равно необходимо знать, как далеко они находятся (расстояние), чтобы определить свое положение на Земле. Существует простая формула, которая сообщает приемнику, как далеко он находится от каждого спутника: расстояние от спутника равно скорости передаваемого сигнала, умноженной на время, необходимое для прохождения сигнала от спутника до ГЛОНАСС, GPS-навигатора ( Скорость x Время прохождения сигнала = Расстояние).

Вспомните, как вы определяли, как далеко от вас была гроза, когда вы были ребенком. Когда вы видели молнию, вы считали, сколько секунд потребуется, чтобы гром был услышан. Чем больше считали, тем дальше была гроза. ГЛОНАСС, GPS-навигация работает по тому же принципу, который называется «Время прибытия».

Используя базовую формулу для определения расстояния, приемник уже знает скорость. Это скорость радиоволны - 186 000 миль в секунду (скорость света) с учетом задержки сигнала при его прохождении через атмосферу Земли.

Теперь ГЛОНАСС, GPS-навигатору нужно определить временную составляющую формулы. Ответ кроется в кодированных сигналах, которые передают спутники. Переданный код называется «псевдослучайным кодом», потому что он похож на шумовой сигнал. Когда спутник генерирует псевдослучайный код, ГЛОНАСС, GPS-навигатор генерирует тот же код и пытается согласовать его с кодом спутника. ГЛОНАСС, GPS-навигатор сравнивает два кода, чтобы определить, на сколько необходимо задержать (или сдвинуть) свой код, чтобы он совпадал с кодом спутника.Чтобы получить расстояние, время задержки (смещение) умножается на скорость света.

Часы ГЛОНАСС, GPS-навигаторы не отслеживают время так точно, как спутниковые часы. Включение GPS-навигатора атомных часов в ГЛОНАСС сделало бы его намного больше и намного дороже! Поэтому каждое измерение расстояния требует корректировки на величину погрешности внутренних часов ГЛОНАСС, GPS-навигатора. По этой причине измерение расстояния называется «псевдодальностью». Чтобы определить положение с использованием данных псевдодальности, необходимо отслеживать и пересчитывать записанные данные как минимум с четырех спутников, чтобы ошибка исчезла.

Полный круг

Теперь, когда у нас есть положение спутника и расстояние до него, приемник может определить его местоположение. Допустим, мы находимся на расстоянии 11 000 миль от спутника. Тогда наше местоположение будет где-то в обычной сфере со спутником в центре с радиусом 11 000 миль. Далее, предположим, что мы находимся на расстоянии 12 000 миль от другого спутника. Вторая сфера пересечется с первой, образуя общий круг.Если вы добавите третий спутник на расстоянии 13 000 миль, будут две общие точки, где пересекаются три сферы.

Хотя есть два возможных положения, они сильно различаются по широте, долготе и высоте. Чтобы определить, какая из двух точек соответствует вашему фактическому местоположению, ГЛОНАСС, GPS, навигатор также должен указать примерную высоту над уровнем моря. Это позволит приемнику вычислить 2-координатное положение (широта, долгота).Если есть четвертый спутник ГЛОНАСС, GPS-навигатор сможет определить 3-ю координату (широту, долготу, высоту). Итак, допустим, расстояние до четвертого спутника составляет 10 000 миль. Теперь у нас есть четвертая сфера, пересекающая первые три в одной общей точке.

Как работает система слежения GPS?

// php echo do_shortcode ('[responseivevoice_button voice = "Американский английский мужчина" buttontext = "Listen to Post"]')?>

Global Positioning System (GPS) - это всемирная радионавигационная система, состоящая из созвездия 24 спутников и их наземных станций.Система глобального позиционирования в основном финансируется и контролируется Министерством обороны США (DOD). Изначально система была разработана для эксплуатации вооруженных сил США. Но сегодня во всем мире также есть много гражданских пользователей GPS. Гражданским пользователям разрешено использовать стандартную службу определения местоположения без какой-либо платы или ограничений.

Отслеживание глобальной системы позиционирования

- это метод определения того, где именно что-то находится. Система слежения GPS, например, может быть размещена в транспортном средстве, на сотовом телефоне или на специальных устройствах GPS, которые могут быть стационарными или портативными.GPS работает, предоставляя информацию о точном местоположении. Он также может отслеживать движение автомобиля или человека. Так, например, система отслеживания GPS может использоваться компанией для отслеживания маршрута и движения грузовика для доставки, а также родителями для проверки местонахождения своего ребенка или даже для отслеживания дорогостоящих активов в пути.

Система слежения GPS использует сеть глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). Эта сеть включает в себя ряд спутников, которые используют микроволновые сигналы, которые передаются на устройства GPS, чтобы предоставить информацию о местоположении, скорости транспортного средства, времени и направлении.Таким образом, система слежения GPS потенциально может предоставлять навигационные данные как в реальном времени, так и за прошлые периоды во время любого путешествия.

GPS выдает специальные спутниковые сигналы, которые обрабатываются приемником. Эти GPS-приемники не только отслеживают точное местоположение, но также могут вычислять скорость и время. Позиции можно даже вычислить в трехмерном изображении с помощью четырех спутниковых сигналов GPS. Космический сегмент глобальной системы позиционирования состоит из 27 спутников GPS на околоземной орбите.Есть 24 действующих и 3 дополнительных (на случай отказа одного) спутника, которые каждые 12 часов перемещаются вокруг Земли и посылают радиосигналы из космоса, которые принимает GPS-приемник.

Управление системой позиционирования состоит из различных станций слежения, расположенных по всему миру. Эти станции мониторинга помогают отслеживать сигналы спутников GPS, которые постоянно вращаются вокруг Земли. Космические аппараты передают несущие микроволновые сигналы. Пользователи систем глобального позиционирования имеют GPS-приемники, которые преобразуют эти спутниковые сигналы, чтобы можно было оценить фактическое положение, скорость и время.

Работа системы основана на простом математическом принципе, называемом трилатерацией. Трилатерация делится на две категории: 2-мерная трилатерация и 3-мерная трилатерация. Чтобы произвести простой математический расчет, приемник GPS должен знать две вещи. Сначала он должен знать, что местоположение места должно быть отслежено как минимум тремя спутниками над этим местом. Во-вторых, он должен знать расстояние между этим местом и каждым из этих космических аппаратов. Устройства, у которых есть несколько приемников, которые принимают сигналы от нескольких спутников GPS одновременно.Эти радиоволны представляют собой электромагнитную энергию, которая движется со скоростью света.

Система слежения GPS может работать по-разному. С коммерческой точки зрения, устройства GPS обычно используются для записи местоположения транспортных средств во время их движения. Некоторые системы будут хранить данные в самой системе слежения GPS (известное как пассивное слежение), а некоторые отправляют информацию в централизованную базу данных или систему через модем в системном блоке GPS на регулярной основе (известное как активное слежение) или 2- Путь GPS.

Пассивная система слежения GPS будет отслеживать местоположение и сохранять данные о поездках на основе определенных типов событий. Так, например, такая система GPS может регистрировать данные, например, о том, где устройство путешествовало за последние 12 часов. Данные, хранящиеся в такой системе отслеживания GPS, обычно хранятся во внутренней памяти или на карте памяти, которые затем могут быть загружены в компьютер для анализа. В некоторых случаях данные могут быть отправлены автоматически для беспроводной загрузки в заранее определенные моменты / время или могут быть запрошены в определенных точках во время путешествия.

Активная система слежения GPS также известна как система реального времени, поскольку этот метод автоматически отправляет информацию о системе GPS на центральный портал слежения или систему в реальном времени по мере ее поступления. Такая система обычно является лучшим вариантом для коммерческих целей, таких как отслеживание автопарков или наблюдение за людьми, такими как дети или пожилые люди, поскольку она позволяет опекуну точно знать, где находятся близкие, вовремя ли они и где. они должны быть во время путешествия.Это также полезный способ мониторинга поведения сотрудников при выполнении ими своей работы и оптимизации внутренних процессов и процедур для парков доставки.

Отслеживание в реальном времени также особенно полезно с точки зрения безопасности, поскольку оно позволяет владельцам транспортных средств определять точное местоположение транспортного средства в любой момент времени. Кроме того, система GPS-слежения в транспортном средстве может помочь полиции определить, куда был доставлен автомобиль, если он был украден.

Отслеживание мобильного телефона

Развитие коммуникационных технологий давно превзошло единственную возможность доступа к другим, когда они мобильны.Сегодня устройства мобильной связи становятся все более совершенными и предлагают больше, чем просто возможность вести разговор. GPS-слежение за сотовым телефоном - одно из таких достижений.

Все сотовые телефоны постоянно передают радиосигнал, даже когда не разговаривают по телефону. Компании сотовой связи могли определять местоположение сотового телефона в течение многих лет, используя информацию триангуляции от вышек, принимающих сигнал. Однако внедрение технологии GPS в сотовые телефоны означало, что слежение за сотовым телефоном теперь делает эту информацию намного более точной.

Поскольку технология GPS стала более распространенной во многих новых смартфонах, это означает, что местоположение любого, у кого есть смартфон с поддержкой GPS, можно точно отследить в любое время. Таким образом, GPS-отслеживание сотового телефона может быть полезной функцией для владельцев бизнеса, родителей, друзей и коллег, которые хотят общаться друг с другом. Приложения для отслеживания GPS (www.gpstrackingapps.com) предоставляют набор приложений для iPhone, iPad, Android, Blackberry и последней версии операционной системы Samsung bada, все из которых можно использовать для отслеживания друг друга на портале социальных сетей на основе местоположения или из телефон к телефону.

Технология определения местоположения основана на измерении уровней мощности и диаграмм направленности антенн и использует концепцию, согласно которой мобильный телефон всегда обменивается данными по беспроводной сети с одной из ближайших базовых станций, поэтому, если вы знаете, с какой базовой станцией взаимодействует телефон, вы знаете, что телефон находится близко к соответствующей базовой станции.

Системы

Advanced определяют сектор, в котором находится мобильный телефон, а также приблизительно оценивают расстояние до базовой станции. Дальнейшее приближение может быть достигнуто путем интерполяции сигналов между соседними антенными мачтами.Квалифицированные услуги могут достигать точности до 50 метров в городских районах, где мобильный трафик и плотность антенных вышек (базовых станций) достаточно высоки. В сельской местности и в пустынных районах расстояние между базовыми станциями может наблюдаться за мили, и поэтому определение местоположения может быть менее точным.

Локализация GSM - это использование мультилатерации для определения местоположения мобильных телефонов GSM, обычно с целью определения местонахождения пользователя.

Системы на основе локализации можно условно разделить на:

  • На базе сети
  • На базе телефона
  • Гибрид

На базе сети

Сетевые методы используют сетевую инфраструктуру поставщика услуг для определения местоположения телефона.Преимущество сетевых технологий (с точки зрения оператора мобильной связи) состоит в том, что они могут быть реализованы ненавязчиво, не затрагивая телефоны.

Точность сетевых методов варьируется, при этом идентификация соты является наименее точной, а триангуляция - наиболее точной. Точность сетевых методов во многом зависит от концентрации ячеек базовых станций, при этом в городских условиях достигается максимально возможная точность.

На телефонной трубке

Технология на основе телефонной трубки требует установки клиентского программного обеспечения на телефоне для определения его местоположения для целей E-911.Этот метод определяет местоположение телефона путем вычисления его местоположения по идентификатору соты, уровням сигнала домашней и соседней соты, который непрерывно отправляется оператору связи. Кроме того, если телефон также оснащен GPS, тогда значительно более точная информация о местоположении будет отправлена ​​с телефона оператору связи.

Эта технология требует установки клиентского программного обеспечения на мобильный телефон, что является ее самым большим недостатком, поскольку сложно установить программное обеспечение на мобильный телефон без согласия пользователя.Что еще более важно, программное обеспечение должно быть совместимо с различными операционными системами. Это требует активного сотрудничества со стороны мобильного абонента, а также программного обеспечения, которое должно быть способно работать с различными операционными системами мобильных телефонов. Обычно такое программное обеспечение можно запускать на смартфонах, например на смартфонах на базе Symbain, Windows Mobile, iPhone / iPhoneOS или Android.

Гибрид

В гибридных системах позиционирования

для определения местоположения используется комбинация сетевых и мобильных технологий.Одним из примеров может быть Assisted GPS, которая использует как GPS, так и сетевую информацию для вычисления местоположения. Гибридные методы обеспечивают лучшую точность из трех, но наследуют ограничения и проблемы сетевых и мобильных технологий.

Примеры технологий LBS (услуг на основе местоположения) включают:

  • Идентификация соты - Точность этого метода может достигать нескольких сотен метров в городских районах, но невысокая - 35 км в пригородных и сельских районах.Точность зависит от известного диапазона конкретной сетевой базовой станции, обслуживающей телефон во время позиционирования.
  • Расширенная идентификация соты - с помощью этого метода можно получить точность, аналогичную идентификации соты, но для сельской местности с круговыми секторами длиной 550 метров.
  • U-TDOA -Uplink- Разница во времени прибытия - Сеть определяет разницу во времени и, следовательно, расстояние от каждой базовой станции до мобильного телефона.
  • TOA - Время прибытия - эта технология использует абсолютное время прибытия на определенную базовую станцию, а не разницу между двумя станциями.
  • AOA - угол прибытия - механизм AOA определяет местонахождение мобильного телефона в точке, где пересекаются линии, идущие вдоль углов от каждой базовой станции.
  • E-OTD - Расширенная наблюдаемая разница во времени похожа на U-TDOA, но местоположение оценивается с использованием измерений, сделанных мобильным телефоном, а не базовой станцией.
  • Assisted GPS - технология, в значительной степени основанная на GPS, которая использует обслуживаемую оператором наземную станцию ​​для исправления ошибок GPS, вызванных атмосферой / топографией.Технология определения местоположения с помощью GPS обычно возвращается к методам определения местоположения на основе сотовой связи в помещении или в городской среде каньона.
  • Hybrid - Как упоминалось выше, гибридные системы позиционирования используют разные методы в зависимости от того, какие сигналы доступны локально.

Важность систем GPS

GPS важен, поскольку помогает понять, где вы находитесь и куда собираетесь, когда путешествуете из одного места в другое. Навигация и определение местоположения - важные, но обременительные действия, которые облегчаются с помощью GPS.Как только GPS определяет ваше местоположение, он начинает отслеживать другие факторы, такие как скорость, азимут, треки, расстояние поездки, время восхода / захода солнца, расстояние до пункта назначения и некоторые другие детали. GPS использует «искусственные» звезды в качестве опорных точек для расчета местоположения с точностью до нескольких метров. Однако с последними формами GPS вы можете делать измерения намного лучше, чем показания сантиметров. Таким образом, с помощью GPS вы можете дать уникальный и конкретный адрес каждому квадратному метру на планете.Итак, в наши дни GPS находит свое применение в автомобилях, самолетах, лодках, строительном оборудовании, смартфонах, портативных компьютерах, обуви (www.gpsshoe.com) и ремнях. Кроме того, система слежения GPS, установленная в телефоне, может значительно помочь человеку в автоматическом получении информации GPS через свои сотовые телефоны.

Об авторе

Патрик Бертанья - председатель, президент, генеральный директор и основатель GTX Corp. и соавтор запатентованной технологии обуви GPS (патент США №6,788,200). Его карьера насчитывает более 27 лет в строительных компаниях как в сфере технологий, так и в сфере потребительских товаров.

В 1993 году г-н Бертанья перешел в мир программных технологий и основал Barcode World, Inc., компанию по управлению цепочкой поставок, которая позволяет точно отслеживать потребительские товары от дизайна до розничной продажи. За четыре года у компании было более 450 фирменных аккаунтов с более чем 40 сотрудниками в США, Восточной Европе и Индии. После продажи своей компании Mr.Затем Бертанья объединил свои две прошлые карьеры (потребительские товары и технологии отслеживания) и в 2002 году основал GTX Corp.

Г-н Бертанья заключил союзы с такими компаниями из списка Fortune 500, как IBM, AT&T, Sports Authority, Federated Stores, Netscape и GE; и был основным докладчиком на многочисленных отраслевых выставках и конференциях.

Преимущества комбинированного GPS / ГЛОНАСС с недорогими MEMS IMU для автомобильной городской навигации

Датчики

(Базель).2012; 12 (4): 5134–5158.

Антонио Ангрисано

1 Департамент прикладных наук, Неаполитанский университет Партенопа, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Napoli, Italy

Mark Petovello

2 Департамент инженерной геоматики, Школа инженерии геоматики Schulich Университет Калгари, 2500 University Drive NW, Калгари, AB T2N 1N4, Канада; Электронная почта: [email protected]

Джованни Пульяно

3 Технологический факультет Неаполитанского университета Партенопа, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Napoli, Италия; Электронная почта: [email protected]

1 Департамент прикладных наук, Неаполитанский университет Партенопа, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Napoli, Italy

2 Департамент геоматической инженерии, Школа инженерии Шулиха, Университет Калгари, 2500 University Drive NW, Калгари, AB T2N 1N4, Канада; Электронная почта: [email protected]

Получено 13 февраля 2012 г .; Пересмотрено 21 марта 2012 г .; Принято 16 апреля 2012 г.

Авторские права © 2012, авторы; лицензиат MDPI, Базель, Швейцария.Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

Интеграция глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) с инерциальными навигационными системами (INS) очень активно исследуется в течение многих лет из-за взаимодополняемости этих двух систем. В частности, в течение последних нескольких лет исследуется интеграция с инерциальными измерительными блоками (IMU) микроэлектромеханических систем (MEMS). Фактически, последние достижения в технологии MEMS сделали возможным разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков, характеризующихся небольшими размерами и легким весом, которые представляют собой привлекательный вариант для приложений массового рынка, таких как автомобильная и пешеходная навигация.Однако, несмотря на большой интерес к интеграции GPS с INS на основе MEMS, было проведено мало исследований по расширению этого приложения до обновленной системы ГЛОНАСС. В этом документе рассматриваются преимущества добавления ГЛОНАСС к существующим системам GPS / INS (MEMS) с использованием стратегий свободной и тесной интеграции. Также оцениваются относительные преимущества различных ограничений. Результаты показывают, что при плохой видимости спутников (доступность решения приблизительно 50%) преимущества ГЛОНАСС видны только при жестких алгоритмах интеграции.В более благоприятных условиях слабосвязанная система GPS / ГЛОНАСС / INS предлагает производительность, сравнимую с производительностью тесно связанной системы GPS / INS, но с меньшими сложностями и меньшими затратами времени на разработку.

Ключевые слова: GPS, ГЛОНАСС, фильтр Калмана, слабосвязанная, сильносвязанная, псевдонаблюдения

1. Введение

Как хорошо известно, городская среда является критически важным местом для глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS). В таких условиях здания блокируют многие сигналы, тем самым снижая доступность спутников и ухудшая геометрию наблюдения, причем крайним случаем является недоступность решения.Здания также могут отражать сигналы, вызывая явления многолучевого распространения, которые вносят наибольшие ошибки измерения в этих областях. Прошлые исследования по этой проблеме можно в общих чертах классифицировать как сосредоточенные на: (а) увеличении количества спутников, обычно путем включения дополнительных GNSS в существующую систему, или (b) интеграции GNSS с внешними датчиками, чаще всего инерциальной навигационной системой (INS). ).

За некоторыми исключениями, Глобальная система позиционирования США (GPS) была основной GNSS с момента ее создания много лет назад.Российская система ГЛОНАСС нашла применение в середине и конце 1990-х годов, прежде чем она потерпела неудачи, которые преследовали систему до последних нескольких лет. Тем не менее, преимущества интеграции ГЛОНАСС с GPS были достаточно хорошо задокументированы, и были продемонстрированы улучшения в отношении доступности измерений и решений, точности и надежности позиционирования и разрешения неоднозначности [1–3]. С недавним возрождением системы ГЛОНАСС ее снова рассматривают для использования во многих системах (там же).

Интеграция GNSS с INS очень активно исследуется в течение многих лет из-за взаимодополняемости этих двух систем. В сложных условиях GNSS, таких как городские каньоны и под листвой, цель INS - предоставить навигационное решение во время сбоев GPS. Более того, интеграция GNSS с инерциальной навигационной системой может предоставить более устойчивые и надежные системы, чем любая из отдельных систем по отдельности [4]. Однако производительность INS во многом зависит от качества (и, следовательно, стоимости) используемых инерциальных датчиков, причем датчики более высокого качества дают наилучшие результаты.

С этой целью использование высокопроизводительных INS обычно ограничивается только приложениями высокой точности из-за их цены и размера [5,6]. Тем не менее, недавние достижения в технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС) сделали возможным разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков, характеризующихся небольшими размерами и малым весом, которые представляют собой привлекательный вариант для коммерческих приложений, таких как пешеходные и автомобильные. навигация. ИНС на основе МЭМС также характеризуются низкими характеристиками, особенно при отсутствии данных ГНСС, поэтому их использование в составе интегрированной навигационной системы в настоящее время исследуется.В последние несколько лет несколько исследователей исследовали интеграцию систем GNSS с INS на основе MEMS [5–12]. Однако стоит отметить, что все эти исследования были сосредоточены только на GPS для обновления ИНС.

Интеграция комбинированного GPS / ГЛОНАСС с ИНС уже была протестирована несколько лет назад (например, Лехнером и др. . [13]) или совсем недавно, например, Риннаном и др. . [14], но с высокопроизводительными устройствами IMU), следует идея протестировать в этой работе работу GPS / ГЛОНАСС с помощью недорогих инерциальных датчиков.

Для автомобильной навигации, в частности, ограничения на скорость транспортного средства - известные как неголономные ограничения - могут применяться для дальнейшего улучшения работы INS [6,15–19]. Кроме того, для повышения производительности можно использовать значение рыскания (азимута), полученное с помощью GNSS [11]. Наконец, если предположить, что транспортное средство движется по приблизительно ровной дороге, ограничение по высоте также может быть применено.

Основная цель этого документа - расширить предыдущую работу, чтобы изучить преимущества, если таковые имеются, от добавления ГЛОНАСС к системам GPS / INS (MEMS), особенно для приложений автомобильной навигации.В рамках этого документа оценивается производительность алгоритмов свободной и тесной интеграции (, т.е. , интеграция на уровне позиции и на уровне измерения, соответственно). В частности, поскольку слабая связь не может обеспечивать обновления в периоды недостаточной видимости спутников [5], что приводит к снижению производительности по сравнению со случаем тесной интеграции, рассматривается роль добавления данных ГЛОНАСС к различным архитектурам (интересное применение GNSS / INS интеграция со слабосвязанной стратегией выполнена в [20]).Аналогичным образом, роль неголономных ограничений, а также вспомогательная информация, получаемая из полученного от GNSS курса и ограничений по высоте, также должна быть переоценена с учетом повышения доступности измерений GNSS.

Имея это в виду, основные вклады статьи заключаются в следующем: во-первых, путем добавления ГЛОНАСС к существующим системам GPS / INS, роль улучшенной доступности спутников для точности системы оценивается в городских условиях. Во-вторых, оценивается относительная производительность алгоритмов свободной и тесной интеграции с использованием и без использования ГЛОНАСС.При этом показано, что в некоторых случаях подход слабой интеграции с ГЛОНАСС может дать производительность, аналогичную случаю только GPS, при тесной интеграции. Эта информация полезна для разработчиков систем, поскольку алгоритмы свободной интеграции, как правило, легче реализовать, чем их аналоги с жесткой интеграцией. В-третьих, в присутствии ГЛОНАСС также оцениваются преимущества неголономных ограничений, помощи по рысканию на основе GNSS и ограничений по высоте, чтобы оценить их преимущества по сравнению со случаем использования только GPS.Наконец, стоит отметить, что, хотя основное внимание уделяется роли ГЛОНАСС по эксплуатационным причинам, представленные результаты также должны применяться к другим будущим GNSS, таким как Galileo и / или Compass.

Остальная часть документа организована следующим образом: во-первых, соответствующие теории в контексте данной статьи кратко рассматриваются с акцентом на различные алгоритмы интеграции (слабая по сравнению с сильной связью) и доступная вспомогательная информация (GNSS- производный заголовок и неголономные ограничения).Во-вторых, описаны тесты, используемые для оценки эффективности различных стратегий интеграции. Затем результаты представляются и анализируются, после чего излагаются основные выводы.

2. Обзор систем

В этом разделе дается краткий обзор GPS и ГЛОНАСС, а также инерциальных датчиков, используемых в окончательной интегрированной системе.

2.1. GPS / ГЛОНАСС

GPS и ГЛОНАСС - основные используемые сегодня системы GNSS, они во многом схожи, но с некоторыми существенными различиями.Обе системы способны обеспечить различное количество воздушных, морских и любых других пользователей трехмерным позиционированием, скоростью и синхронизацией в любую погоду в любой точке мира или в околоземном пространстве. Обе навигационные системы основаны на концепции «одностороннего определения дальности», при которой неизвестное местоположение пользователя получается путем измерения времени пролета сигналов, передаваемых спутниками в известные положения и эпохи [21].

Основное различие между двумя системами состоит в том, что GPS и ГЛОНАСС работают с разными привязками времени и с разными кадрами координат [22,23].В частности, время GPS связано с UTC (USNO), всемирным координированным временем (UTC), которое поддерживается военно-морской обсерваторией США. Напротив, время ГЛОНАСС связано с UTC (SU), UTC, поддерживаемым Россией. Смещение между двумя привязками времени можно откалибровать, но эта информация еще не включена в навигационные сообщения, передаваемые спутниками. Это приводит к увеличению количества оцениваемых неизвестных с 4 до 5; три координаты положения пользователя и смещения часов приемника относительно двух шкал системного времени (одно смещение может быть заменено смещением времени между системами).Эта проблема в конечном итоге будет преодолена с помощью нового поколения спутников ГЛОНАСС (, т.е. , ГЛОНАСС-М), которые планируется транслировать смещение между двумя временными шкалами. Кроме того, разница в датах GPS и ГЛОНАСС не требует дополнительного состояния, потому что WGS84 и PZ90 известны и фиксированы, и они связаны четко определенным математическим преобразованием (более подробная информация приведена в [24]). Другие различия связаны с природой сигнала, а именно с различной шириной полосы сигнала и схемами множественного доступа, которые не имеют отношения к этому документу.

2.2. Недорогие инерционные датчики

Большой прогресс в области МЭМС сделал возможным разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков. Инерциальные измерительные блоки MEMS (IMU), то есть фактическая сборка датчика, характеризуются небольшими размерами, легким весом, низкой стоимостью и низким энергопотреблением по сравнению с инерционными датчиками более высокого уровня. Эти особенности делают датчики MEMS привлекательным вариантом для таких приложений, как автомобильная навигация. Однако датчики MEMS также характеризуются более низкой производительностью, поэтому их нельзя использовать в автономном режиме в течение продолжительных периодов времени, хотя они хорошо подходят для интегрированных навигационных систем (обычно в сочетании с системами GPS), где внешние измерения могут ограничить рост их ошибок.IMU обычно состоит из триады акселерометров и гироскопов, уравнение измерения которых может быть выражено как:

f = f∼ + ba + f⋅Sa + ηaω = ω∼ + bg + ω⋅Sg + ηg

(1)

, где f и являются фактической и измеренной удельной силой,

  • ω и ω̃ фактическая и измеренная угловая скорость,

  • b a и b g смещения датчиков акселерометра и гироскопа соответственно,

  • 05 90 a и S g коэффициенты масштабирования датчика акселерометра и гироскопа соответственно,

  • η a и η g Шумы датчиков акселерометра и гироскопа соответственно.

Более подробные уравнения измерения можно найти в [25], включая дополнительные термины, такие как нелинейные масштабные коэффициенты и коэффициенты связи между осями. Они не рассматриваются здесь, поскольку их невозможно оценить с учетом количества и качества данных GNSS, используемых в этом исследовании.

Смещение датчика определяется как среднее значение выходного сигнала, полученного в течение определенного периода с фиксированными рабочими условиями, когда входной сигнал равен нулю. Смещение обычно состоит из двух частей: детерминированной части, называемой смещением смещения или смещения включения, и стохастической части, называемой смещением смещения или смещением во время работы.Смещение при включении - это, по сути, смещение измерения и оно постоянно в течение одной миссии; он имеет детерминированный характер и поэтому может быть определен с помощью процедуры калибровки (или его также можно моделировать статистически как случайный постоянный процесс). Дрейф смещения - это изменение датчика со временем; дрейф смещения носит случайный характер и поэтому должен моделироваться как случайный процесс. Ошибка масштабного коэффициента - это отношение изменения выходного сигнала датчика к изменению измеряемой физической величины.В идеальных условиях масштабный коэффициент должен быть равен единице. Эта ошибка имеет детерминированный характер, но обычно моделируется как случайный процесс. Ошибки инерционного датчика могут быть выражены в терминах случайного углового блуждания (ARW) и случайного блуждания по скорости (VRW). Параметр ARW описывает среднее отклонение или ошибку, возникающую при интегрировании шума в выходной сигнал гироскопа. Точно так же определение параметра VRW основано на той же концепции для акселерометров.

Типичные характеристики датчика MEMS приведены в таблице, где для сравнения приведены также характеристики IMU навигационного и тактического уровня.Поскольку смещения гироскопов ухудшают положение в зависимости от куба времени [26], из таблицы очевидно, что датчики на основе MEMS будут давать очень плохие результаты навигации за короткое время, если они не будут интегрированы с другими системами (обычно GNSS) для ограничения ошибок. Как мы видим, смещение при включении гироскопа MEMS составляет около 5400 град / ч, в то время как в навигационных и тактических датчиках оно значительно меньше. Кроме того, смещение на ходу может составлять 1040 град / ч в датчиках MEMS, а в гироскопе тактического уровня - около 1 град / ч.Эти параметры обеспечивают хорошую оценку производительности МЭМС по сравнению с датчиками более высокого класса.

Таблица 1.

Сводка характеристик IMU для различных классов датчиков (из [6,27]).

9049 (г / √Гц)
Параметр Класс IMU

Навигация Tactical MEMS
Акселерометры
Мг.025 1 2,5
Смещение при включении (мг) - - 30
Масштабный коэффициент (PPM) 100 300 10000- 2,16e − 06 370e − 06

Гироскопы
Смещение во время работы (° / ч) 0,0022 1 <1,040
Смещение включения - - 5,400
Масштабный коэффициент (PPM) 5150 10,000
ARW (° / ч / √Гц) 6.92 7,5 226,8
Прибл. Стоимость> 90,000 долларов> 20,000 долларов <2,000 долларов

3. Интегрированная навигация

Прежде чем рассматривать алгоритмы интеграции GNSS / INS, кратко рассмотрим обработку только GNSS. С этой целью в данной работе измерения GNSS обрабатываются в одноточечном режиме, поэтому дифференциальные поправки не применяются и развертывание опорной станции не требуется.Используются только псевдодальности и доплеровские (фазовая скорость) наблюдаемые.

Чтобы учесть тот факт, что спутниковые измерения при малых углах возвышения обычно более шумны [28], измерения взвешиваются по синусу угла возвышения спутника, как предложено в [19,27]. Чтобы также учитывать различную точность, связанную с псевдодальностью и доплеровскими наблюдаемыми, вес (обратная дисперсии), связанный с общим измерением, выражается следующим образом:

где σm2 - это либо дисперсия псевдодальности σPR2 или дисперсия скорости псевдодальности σPRdot2.

Решение GNSS получается с использованием метода WLS (взвешенных наименьших квадратов), уравнение которого имеет следующий вид:

Δx _ = (HTWH) −1HTWΔρ_

(3)

, где Δ ρ - вектор ошибки измерения,

  • H - матрица геометрии (дизайна),

  • Δ x - неизвестный вектор поправок к оценкам текущего состояния, а

  • W - диагональная матрица весов, элементы которой w ii получены из уравнения (2).

Состояниями являются ошибки положения, скорости и часов. Если рассматривается одна система GNSS (например, только GPS или ГЛОНАСС), ошибка часов моделируется двумя состояниями: смещением и смещением. Если две GNSS объединены (например, случай GPS / ГЛОНАСС), необходимо включить дополнительное состояние, представляющее межсистемный временной сдвиг.

3.1. Интеграция GNSS / INS

Интеграция GNSS / INS очень распространена, поскольку системы дополняют друг друга во многих аспектах. В частности, ИНС более точна в краткосрочной перспективе, она может предоставлять данные с очень высокой скоростью, а также может предоставлять информацию об отношении.С другой стороны, GNSS более точна в долгосрочной перспективе, и ошибка фактически не зависит от времени. В следующих разделах описываются два наиболее распространенных подхода к интеграции GNSS и инерциальных данных, а именно слабая и жесткая связь.

3.1.1. Слабосвязанный подход

Стратегия слабой связи (LC) также называется «децентрализованной» и включает фильтр Калмана (KF) для объединения параметров INS и GNSS. Другой KF или LS-оценщик используется для расчета навигационного решения GNSS.Схема ЖК представлена ​​на рис. Хотя подход LC относительно прост в реализации, основным недостатком подхода LC является то, что при недостаточном количестве спутников для вычисления автономного решения GNSS инерциальная система не обновляется. Это в конечном итоге приводит к более высоким ошибкам позиционирования [27] по сравнению с подходом с сильной связью (подробности ниже).

Для вычисления местоположения GNSS в данном документе предпочтительнее использовать оценщик LS, чтобы упростить прямое сравнение LC / TC. В частности, при использовании метода наименьших квадратов для LC результаты будут такими же, как и в случае TC, пока доступно достаточно спутников для вычисления решения.

Инерционное решение получается путем применения уравнений механизации для бесплатформенной конфигурации к ускорениям и угловым скоростям от IMU. Для этой работы механизация ИНС реализована в локальном фрейме Восток-Север-Вверх (ENU). Детали уравнений механизации широко доступны в литературе (например, [26]) и поэтому здесь не рассматриваются.

Разница между INS и взвешенным методом наименьших квадратов (WLS) Положение и скорость GNSS используются в качестве входных измерений для KF.Ковариационная матрица WLS используется как ковариационная матрица измерений R для KF:

R = cov (Δx _) = (HTWH) −1

(4)

Вышесказанное подразумевает, что из ковариационной матрицы WLS извлекаются только подматрицы, соответствующие состояниям, используемым в обновлении (подробности следовать в ближайшее время).

Вектор состояния комбинированного GNSS / INS KF в архитектуре LC:

δx _ = [δP_nδv_nɛ_nδb_aδb_gδS_aδS_g] T

(5)

с δP n вектор ошибки положения, δv n вектор ошибки скорости

вектор ошибки 903 вектор ошибки смещения акселерометра, δb g вектор ошибки смещения гироскопа, δS a вектор масштабного коэффициента акселерометра и δS g масштабный коэффициент гироскопа.Ошибки часов приемника GNSS не включаются, потому что они легко отделяются от других состояний после решения WLS.

Модель ошибки INS (для положения, скорости и ориентации) типична из того, что широко доступно в литературе (например, [26]). Векторы ошибок смещения δb a , δb g моделируются как процессы Гаусса-Маркова 1-го порядка и включают в себя сумму смещений при запуске и включении [19]. Векторы масштабного коэффициента δS a , δS g также моделируются как процессы Гаусса-Маркова 1-го порядка (там же.). IMU на основе MEMS, используемый в этой работе, представляет собой Crista IMU, спектральная плотность случайного шума и параметры Гаусса-Маркова (GM) которого показаны на рис.

Таблица 2.

Спектральная плотность случайного шума Crista IMU и параметры Гаусса-Маркова.

(град / с) / Гц
Акселерометры Гироскопы

Параметры GM смещения Параметры GM масштабного коэффициента Шум Параметры GM смещения Масштабный коэффициент 903 901 907 901 9048 Параметры GM 907 σ ( м / с 2 ) τ ( с ) σ ( PPM ) τ ( s ) г / Гц σ (град / с ) τ ( с ) σ ( PPM ) τ ( s )
0.0077 270 10,000 18,000 300e − 6 192 350 10,000 18,000 220
3.1.2. Подход с сильной связью

Стратегию сильной связи (TC) также называют «централизованной», потому что есть только один центральный KF, обрабатывающий как наблюдения GNSS, так и данные INS. Схема ТК представлена ​​на рис. Хотя этот подход более сложен, он обычно показывает лучшую производительность, поскольку обновления могут выполняться независимо от того, сколько спутников отслеживается.

В отличие от случая LC, разница между псевдодальностью, измеренной и предсказанной INS, и наблюдаемыми Доплеровскими значениями используется в качестве входных измерений для KF. Соответствующая ковариационная матрица измерений определяется с учетом присущей точности измерений GNSS и точности, зависящей от высоты, как в случае LC (см. Уравнение (2)).

Вектор состояния TC KF имеет те же 21 состояние, что и для случая LC (см. Уравнение (5)), но также дополняется смещением и дрейфом тактовой частоты приемника GPS.Если измерения ГЛОНАСС включены, необходимо также учитывать межсистемное временное смещение GPS-ГЛОНАСС, и в этой работе оно моделируется как случайная константа.

Здесь реализованы как свободные, так и жесткие стратегии в конфигурации с замкнутым контуром, что означает, что для коррекции входных данных INS используются состояния ошибок навигации, смещения и масштабного коэффициента, выводимые из KF. Конфигурация с замкнутым контуром необходима, когда INS с низкими характеристиками используется для уменьшения роста инерционной ошибки [6], что, в свою очередь, удовлетворяет предположениям о малом угле, используемым для вывода уравнений ошибки INS. bn (1,2)] 2≈1

В уравнении (7) измерение выглядит следующим образом:

δψ = [ψINS − ψGNSS] = [ψINS − arctan (VEVN)]

(8)

с ψ INS , азимут, оцененный в фильтре GNSS / INS, ψ GNSS 9040 азимут, полученный с помощью GNSS, зависящий от восточной и северной составляющих скорости, точность которого выражается как:

, где V HGNSS - горизонтальная скорость (оцененная GNSS) и σVHGNSS2 - связанная дисперсия.

Уравнение внешнего курса может быть встроено в модель измерения GNSS / INS KF и используется, когда горизонтальная скорость транспортного средства достаточно высока. Для этой работы это измерение используется только тогда, когда скорость транспортного средства превышает 5 м / с, поскольку это дало разумные результаты. Другие пороговые значения не исследовались, и это оставлено как работа в будущем.

3.2.2. Неголономные ограничения и псевдоизмерения высоты

В автомобильной навигации одним из возможных подходов к уменьшению накопления ошибок INS является применение ограничений, основанных на движении транспортного средства.Другими словами, можно сгенерировать уравнения ограничений, отражающие поведение транспортного средства во время навигации [15–17].

В контексте этого документа предполагается, что транспортное средство не скользит в сторону или не подпрыгивает / не подпрыгивает, так что движение происходит в основном в продольном направлении транспортного средства. Вышеупомянутые предположения составляют так называемые неголономные ограничения и математически описываются как:

где vxb и vzb - составляющие скорости в поперечном и восходящем направлениях тела (транспортного средства) соответственно, а η x и η z - (фиктивные) измерительные шумы, обозначающие возможные расхождения в вышеизложенных предположениях.Последние необходимы, поскольку могут быть небольшие движения в боковом и вертикальном направлениях.

Уравнение (10) может использоваться во время сбоев GNSS для помощи в навигации INS, используя следующее уравнение:

δV_b = RnbδV_n + RnbV_n × ɛ_n

(11)

, который выражает, как скорость, помогающая в корпусе тела, δv b , может улучшить оценку скорости и ориентации.

Второе уравнение ограничения может быть сгенерировано с учетом того факта, что высота существенно не изменяется при наземной навигации в течение коротких периодов времени.Следовательно, во время отключения GNSS высоту можно считать постоянной и равной опорному значению h ref , вычисленному непосредственно перед отключением в условиях хорошей видимости [19]. Математически это записывается как:

Хотя это может показаться эквивалентным второму уравнению в уравнении (10), есть небольшое различие. В частности, уравнение (10) относится к кадру тела, тогда как псевдонаблюдение высоты применяется к кадру локального уровня. Поскольку не исключено, что рама кузова наклонена относительно истинной вертикали (т.е.g., если автомобиль наклоняется из-за неравномерного распределения веса), эти два ограничения, строго говоря, не эквивалентны.

Как неголономные ограничения, так и псевдоизмерения высоты могут использоваться в качестве моделей измерения дополнительного фильтра Калмана во время сбоев GNSS, как показано на. По существу, неголономные ограничения и ограничения по высоте здесь соответственно называются псевдоизмерениями скорости и высоты. Наконец, хотя они и не показаны, они также могут применяться при наличии обновлений GNSS.

Схема помощи ограничения скорости / высоты.

4. Описание теста и оборудование

Эксперимент по сбору данных проводился в автомобиле в центре города Калгари, Канада, 22 июля 2010 г. во второй половине дня около 14:00 по местному времени. Центр города Калгари - это типичный городской сценарий, характеризующийся небоскребами, поэтому он представляет собой сложную среду для спутниковой навигации из-за проблем с блокировкой и многолучевым распространением. Общая продолжительность теста около 23 мин; скорость автомобиля варьировалась от 0 до 50 км / ч с частыми остановками из-за светофора, а общее пройденное расстояние составляет около 10 км.

Испытательное оборудование состоит из спутникового приемника и MEMS IMU (спецификации которого указаны) для проведения эксперимента и более точных устройств в качестве эталона. В частности, NovAtel Receiver ProPak V3, способный принимать спутниковые сигналы GPS и ГЛОНАСС, и Crista IMU от Cloud Cap Technology используются для тестирования различных конфигураций. Признано, что использование высококачественного приемника несовместимо с темой недорогой системы. Однако доступного для тестирования недорогого приемника GPS / ГЛОНАСС не было.Тем не менее, ожидается, что различия, полученные при совместном использовании только GPS и GPS и ГЛОНАСС, будут в значительной степени независимыми от приемника.

Эталонное решение получено с использованием NovAtel SPAN (синхронизированная навигация по положению), интегрированной системы, состоящей из приемника OEM4 NovAtel и IMU тактического уровня HG1700. Данные SPAN обрабатываются программным обеспечением NovAtel Inertial Explorer с использованием фазовых и доплеровских измерений в режиме двойной разности. Базовое разделение (относительно базовой станции, расположенной в кампусе Университета Калгари) варьировалось в пределах 6–7 км.Точность эталонного решения в этих условиях резюмируется в. Все оборудование было размещено на крыше автомобиля, как показано на рисунке, а полное испытание траектории показано на рисунке.

Тестовая траектория (из Google Earth).

Таблица 3.

Точность эталонного раствора.

9048 9048 9048 9048 9048 9048 Для облегчения анализа данных три сегмента траектории, представляющие различные сценарии эксплуатации, рассматриваются и исследуются отдельно.Видимость и поведение GDOP показаны в, где также выделены сегменты. Параметр GDOP представляет собой геометрический фактор, отражающий увеличение стандартного отклонения ошибок измерения на решение [21].

Видимость и GDOP во время теста.

Кратко описаны основные характеристики покрытия GNSS во всех сегментах с точки зрения доступности решения и максимальной продолжительности простоя. Это ясно показывает преимущества включения наблюдений ГЛОНАСС в этот сценарий.

Таблица 4.

Доступность GNSS и продолжительность простоя.

Информация Точность
Положение dm уровень
Скорость см / с
906 9048% GPS / ГЛОНАСС 3
Сегмент GNSS Constellation Доступность решения Отказ самого длительного решения
61 1 81% 30 с
2 GPS 53% 60 с
GPS / ГЛОНАСС 55% 60 с
81% 10 с
GPS / ГЛОНАСС 86% 8 с

Сегмент 1 начался на стоянке, где видимость спутника была хорошей, а условия эксплуатации можно считать полу- открытое небо (4–10 видимых спутников GPS).Вторая часть сегмента 1 проходила в сложном городском каньоне с плохим спутниковым покрытием (0–6 доступных спутников GPS). Видимость спутника в случаях только GPS и GPS / ГЛОНАСС показана в. В случае использования только GPS очевидны частые частичные и полные отключения, особенно в направлении восточного конца длинной восточной / западной части траектории и вдоль северной / южной части траектории (расположенной недалеко от центра центра города Калгари). Самый продолжительный период GPS, в течение которого автономное решение GPS недоступно (в данном случае называется «отключение»), составляет около 60 секунд и выделен пунктирным кружком в верхней части.В случае GPS / ГЛОНАСС этот период все еще присутствует, но он сокращается за счет комбинированной привязки GPS / ГЛОНАСС, как показано в нижней части.

Видимость по ГНСС на траектории 1-го сегмента.

Сегмент 2 представляет собой очень сложный сценарий. Количество видимых спутников GPS на траектории представлено в (вверху), показывая два длительных частичного / полного отключения GPS (около 60 с) на двух отрезках восток / запад. Эти две части траектории соединены поворотом в самой западной части центра города с достаточной видимостью для непрерывного определения местоположения по GPS.Включение ГЛОНАСС (внизу) существенно не улучшает спутниковое покрытие в этом сегменте, как также показано на.

Видимость по GNSS на траектории сегмента 2.

Сегмент 3 представляет более благоприятный сценарий, в котором количество видимых спутников GPS во время траектории представлено в (вверху). После некоторых коротких частичных отключений GPS (продолжительность несколько секунд) в начале сегмента видимость спутника позволяет практически непрерывно определять местоположение по GPS.На траектории было обнаружено только два коротких отключения. Включение ГЛОНАСС (внизу) дополнительно увеличивает количество доступных спутников, сокращая продолжительность отключений и повышая доступность решения ().

Видимость по GNSS на траектории сегмента 3.

5. Результаты и анализ

Как упоминалось ранее, основной целью этой работы было сравнение характеристик GPS и GPS / ГЛОНАСС, интегрированных с недорогой ИНС, с особым акцентом на оценке преимуществ включения ГЛОНАСС.Стратегии свободной и тесной интеграции тестируются, чтобы определить, играет ли тип интеграции значительную роль. Псевдоизмерения, основанные на предположениях о типичном поведении транспортного средства, включены в обе архитектуры интеграции для оценки эффективности в этом контексте, как и наблюдения за рысканием на основе GNSS.

С этой целью рассматривается несколько конфигураций обработки. Базовая конфигурация в случаях слабой и тесной интеграции основана только на GPS и соответственно обозначается как «LC GPS / INS» и «TC GPS / INS».Точно так же включение ГЛОНАСС обозначается как «LC GG / INS» и «TC GG / INS». Использование ограничений обозначается добавлением Y (рыскание, полученное с помощью GNSS), V (псевдоизмерение скорости) и H (псевдоизмерение высоты). Например, LC GG / INS YVH представляет собой слабосвязанное решение GPS / ГЛОНАСС со всеми тремя ограничениями.

5.1. Решения с ослабленным сцеплением

5.1.1. Сегмент 1

На показаны траектории, полученные с помощью различных подходов LC. Решение GPS / INS показывает большие ошибки во время вышеупомянутого самого длительного сбоя GPS, при этом максимальные ошибки достигают около 400 м.Добавление ГЛОНАСС к этому решению показывает очевидные улучшения по сравнению с базовым вариантом. Фактически, изолированная привязка GPS / ГЛОНАСС (обведена в правой части) позволяет траектории оставаться относительно близкой к опорной точке между вторым и третьим поворотами, тогда как без ГЛОНАСС возникают гораздо большие ошибки. Кроме того, конфигурация LC GG / INS обеспечивает лучшую производительность, чем решение только с GPS на участке восток-запад (около значений восточного направления 705 000), где ошибка LC GPS / INS имеет тенденцию расти из-за кратковременного отключения только GPS (15– Длительность 20 с).Наконец, траектория, полученная с помощью GPS / ГЛОНАСС / ИНС, дополненная полученными от GNSS средствами помощи по рысканию, а также псевдоизмерениями скорости и высоты, демонстрирует заметные улучшения по сравнению с другой конфигурацией с небольшими расхождениями с опорной траекторией.

Траектории, полученные методом слабой связи (сегмент 1).

Вклад различных комбинаций ограничений в решение положения суммируется в. Как можно видеть, рыскание (курс, полученный из GNSS) дает небольшое общее преимущество.Напротив, скорость дает большое преимущество. Ограничение по высоте не улучшает среднеквадратичную точность, но снижает максимальную ошибку положения примерно на 28%.

Таблица 5.

Ошибка положения, полученная с конфигурациями LC.

Y0
Конфигурация Погрешность положения (м)

RMS Максимум

Восток Север Вверх Восток Восток 9035 903 903 9045
      9018
LC GPS / INS 48.4 48,7 16,3 347,0 341,2 48,0
LC GG / INS 20,2 15,0 8,0 109,6 109,6 15,0 12,9 7,6 80,1 48,2 33,1
LC GG / INS YV 8,1 6,6 3,8 41,9 8,8
LC GG / INS YVH 7,9 5,6 3,9 33,9 20,5 6,3
5.1.2. Сегмент 2

показывает траектории, полученные с помощью различных подходов LC. Решение GPS / INS дает большие ошибки во время сбоев GPS. Включение ГЛОНАСС не улучшает видимость в критических областях, как ожидалось на основе и. Соответственно, решение LC GG / INS показывает ошибки, аналогичные случаю только GPS.Кроме того, включение ограничений также показывает большие расхождения с эталоном во время длительных отключений GNSS.

Траектории, полученные методом слабой связи (сегмент 2).

5.1.3. Сегмент 3

На показаны траектории, полученные с помощью различных подходов LC. В начале сегмента GPS / INS показывает некоторые несоответствия с эталоном из-за частичных сбоев GPS. Однако на оставшейся части участка при хорошей видимости спутника полученная траектория очень близка к эталонной.Включение измерений ГЛОНАСС, как и ожидалось, снижает первоначальные разногласия. С добавлением основанной на GNSS помощи по рысканию и ограничений движения по скорости и высоте, полученная траектория будет близка к эталонной на протяжении всего сегмента.

Траектории, полученные методом слабой связи (сегмент 3).

5.2. Решения для герметичного соединения

5.2.1. Сегмент 1

На показаны траектории, полученные с помощью различных подходов к ТЦ.По сравнению с результатами ЖХ, все решения показывают значительное улучшение. Это согласуется с предыдущими исследованиями и объясняется использованием данных GNSS, когда видно несколько спутников как один. В частности, базовая конфигурация (TC GPS / INS) не содержит большого дрейфа во время длительного отключения GPS на северной / южной части траектории. В этом случае, хотя включение наблюдений ГЛОНАСС по-прежнему дает лучшее общее решение, относительное улучшение меньше, чем в случае слабой интеграции.Это снова объясняется повышенной наблюдаемостью в результате тесной интеграции. Наконец, траектория, полученная путем интегрирования системы помощи при рыскании и псевдонаблюдений за скоростью и высотой, демонстрирует заметные улучшения по сравнению с другой конфигурацией TC, особенно во время указанной выше критической зоны.

Траектории, полученные методом сильной связи (сегмент 1).

Характеристики различных конфигураций TC с точки зрения среднеквадратичных и максимальных ошибок положения приведены в.

Таблица 6.

Ошибка положения, полученная с конфигурациями TC.

9048G YVH
Конфигурация Погрешность положения (м)

RMS Максимум

Восток Север Вверх Восток Восток 9035 902 902
    1 903 903 903 903 903 903 903 903 903 903 905 903
TC GPS / INS 14.1 20,4 13,3 61,4 70,1 55,7
TC GG / INS 8,2 12,9 13,0 61,1 4,8 9,5 4,0 18,4 30,5 6,4
5.2.2. Сегмент 2

Траектории, полученные с помощью различных подходов к TC для этого сценария, показаны на.Решение GPS / INS не дает больших ошибок во время сбоев GPS, как в соответствующем случае LC, благодаря способности вычислять интегрированное положение в случае частичных сбоев GNSS. Немного лучшая траектория получается при включении измерений ГЛОНАСС и учтенных ограничений.

Траектории, полученные методом сильной связи (сегмент 2).

5.2.3. Сегмент 3

Траектории, полученные с помощью различных подходов ТЦ для этого сценария, представлены в.Как и ожидалось, результаты очень близки к эталонным из-за хорошего покрытия GNSS. Решение GPS / INS показывает некоторые разногласия во время сбоев GPS в начале сегмента. Опять же, включение измерений ГЛОНАСС позволяет уменьшить вышеупомянутые разногласия. С учетом полученных с помощью GNSS поправок на рыскание и ограничений движения по скорости и высоте полученная траектория будет близка к эталонной на протяжении всего сегмента.

Траектории, полученные методом сильной связи (сегмент 3).

5.3. Сравнение свободных и узких решений

В этом разделе сравниваются свободные и узкие решения для различных сегментов теста.

5.3.1. Сегмент 1

Для лучшего сравнения проанализированных конфигураций с архитектурами LC и TC среднеквадратичные ошибки положения, скорости и ориентации представлены в. Основными замечаниями, вытекающими из этого рисунка, являются:

  • -

    в базовой интеграции GPS / INS архитектура TC обеспечивает значительно лучшее горизонтальное решение и аналогичный результат по высоте, чем LC, как ожидалось и как показано в предыдущей работе;

  • -

    , включая наблюдения ГЛОНАСС, обеспечивает существенное улучшение характеристик для архитектур LC и TC с точки зрения оценки положения, скорости и азимута;

  • -

    в случае использования GPS / ГЛОНАСС без других вспомогательных средств архитектура TC обеспечивает лишь немного лучшее решение по сравнению со случаем LC;

  • -

    конфигурации со слабой связью GPS / ГЛОНАСС и с сильной связью только с GPS (без других вспомогательных средств) обеспечивают очень схожие характеристики;

  • -

    , включая определение азимута с помощью GNSS и ограничения скорости / высоты, дает значительные улучшения как для случаев LC, так и для TC с точки зрения положения, скорости и азимута;

  • -

    результаты, полученные при использовании свободной и тесной интеграции для конфигураций GG / INS YVH, очень похожи.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения ошибок RMS положения, скорости и ориентации (сегмент 1).

Практические последствия приведенных выше соображений двояки. Во-первых, в этом типе среды слабосвязанная конфигурация GPS / ГЛОНАСС может заменить сильно связанную конфигурацию только GPS без снижения производительности. Такой подход проще реализовать, что снижает затраты на разработку. Кроме того, решение только для GNSS ( i.е. , без инерции) также доступен в этом случае. Во-вторых, добавление ограничений транспортного средства одинаково полезно для случаев LC и TC, еще больше размывая преимущества подхода TC.

5.3.2. Сегмент 2

RMS-ошибки архитектур LC и TC для сегмента 2 представлены в. Основными замечаниями, вытекающими из этого рисунка, являются:

  • -

    Архитектура LC не обеспечивает удовлетворительной производительности для каждой протестированной конфигурации (с GPS и ГЛОНАСС или с ограничениями движения), показывая большие ошибки во время сбоев GNSS;

  • -

    Архитектура TC показывает лучшую производительность по сравнению с архитектурой LC для каждой протестированной конфигурации;

  • -

    Включение наблюдений ГЛОНАСС обеспечивает небольшие улучшения производительности архитектуры TC с точки зрения оценки положения, скорости и азимута;

  • -

    Включение основанных на GNSS ограничений по рысканию, скорости и высоты в конфигурацию TC GG / INS улучшает оценку положения, скорости и азимута.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения ошибок RMS положения, скорости и ориентации (сегмент 2).

Из этих результатов, в отличие от сегмента 1, ясно, что тесная интеграция по-прежнему предпочтительна, поскольку она обеспечивает значительно лучшую производительность в целом.

5.3.3. Сегмент 3

RMS-ошибки архитектур LC и TC для этого сегмента показаны в. Основными замечаниями, вытекающими из этого рисунка, являются:

  • -

    В этом относительно благоприятном сценарии характеристики положения всех рассмотренных конфигураций очень похожи;

  • -

    Включение наблюдений ГЛОНАСС для архитектур LC и TC обеспечивает небольшие улучшения с точки зрения положения и скорости;

  • -

    Включение поправки на рыскание и ограничений скорости / высоты на основе GNSS дает уменьшение ошибок скорости и азимута, но не дает никаких преимуществ в отношении ошибок RMS местоположения.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения ошибок RMS положения, скорости и ориентации (сегмент 3).

Как и в случае с сегментом 1, эти результаты показывают, что использование приемника GPS / ГЛОНАСС в системе LC должно давать результаты, аналогичные случаю TC, но с более простой системой и меньшим временем разработки.

Для оценки общей производительности рассматриваемых конфигураций среднеквадратичные ошибки для трех сегментов показаны в.

Таблица 7.

Сравнение производительности конфигураций LC и TC для трех сегментов.

0,63 90.1
Конфигурация RMS

Погрешность положения (м) Ошибка скорости (м / с) Ошибка ориентации (градусы)

Восток Север Вверх Восток Восток 9035 9035 9035 902 Север 9018 910 902 Шаг Рыскание
LC GPS / INS 37.8 72,2 20,8 3,30 4,06 0,68 1,9 2,5 41,2
LC GG / INS 36,6
1,8 2,5 33,8
LC GG / INS YVH 37,1 42,5 3,2 2,14 2,41 0,10 1 1,1 16,0
TC GPS / INS 11,8 18,4 15,8 1,08 1,44 0,57 2,2 1,57 2,2 9048G 9048 GG 8,6 13,8 14,1 0,84 1,03 0,47 1,6 1,8 27,8
TC GG / INS YVH 13.5 4,1 0,41 0,87 0,11 1,0 1,0 8,4

4. Выводы

В этой работе рассматривается преимущество включения ГЛОНАСС в интегрированные системы GPS / INS среды городских каньонов. Также был рассмотрен эффект от использования различных ограничений движения транспортного средства. Данные собирались в центре Калгари и обрабатывались с использованием различных конфигураций. По анализируемым данным можно сделать следующие основные выводы:

  • -

    В средах, где видимость спутников недостаточна для автономного позиционирования GNSS примерно в 50% времени, преимущества ГЛОНАСС минимальны при слабосвязанной реализации.Однако в тесно связанной реализации ГЛОНАСС обеспечивает значительные улучшения. В этом отношении эти результаты аналогичны предыдущим результатам, полученным с системами GPS / INS.

  • -

    В условиях, когда автономное позиционирование GNSS возможно 70% или более, включение ГЛОНАСС в свободную интеграцию обеспечивает аналогичные характеристики системы сильной связи только с GPS. Это говорит о том, что можно создать более простую систему без ущерба для навигационных характеристик, просто добавив измерения ГЛОНАСС.В свою очередь, это напрямую влияет на время и стоимость разработки системы.

  • -

    В благоприятных условиях, где решения GNSS доступны большую часть времени, включение ГЛОНАСС дает мало преимуществ, поскольку в системе уже преобладают ошибки GNSS, поскольку свободная инерциальная навигация не требуется.

  • -

    Включение помощи по азимуту на основе GNSS и псевдонаблюдений за скоростью / высотой дает значительные улучшения производительности независимо от стратегии интеграции.Более того, в этом случае результаты довольно схожи для слабой и тесной интеграции, что еще больше размывает преимущества подхода тесной интеграции.

Основываясь на этих результатах, включение наблюдений ГЛОНАСС действительно дает некоторые существенные преимущества по сравнению с интегрированными системами только с GPS. Хотя здесь нет количественной оценки, аналогичные результаты также можно ожидать, включая данные из других GNSS (например, Galileo).

Ссылки

1. Cai C., Gao Y. Комбинированный алгоритм навигации GPS / ГЛОНАСС для использования с ограниченной видимостью спутников.J. Navig. 2009. 62: 671–685. [Google Scholar] 2. Онг Р., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Надежность разрешения неоднозначности с использованием GPS и ГЛОНАСС. Труды международного технического совещания Института навигации; Сан-Диего, Калифорния, США. Январь 2010 г .; С. 591–606. [Google Scholar] 3. Райан С., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Расширение GPS для навигации судов в условиях ограниченного водного пути. В: Uijt de Haag M., Gebre-Egziabher D., Petovello M.G., редакторы. ION GPS Redbook Vol. VII Интегрированные системы.Институт навигации; Манассас, Вирджиния, США: 2010. С. 206–214. [Google Scholar] 4. Хьюитсон С., Ван Дж. Расширенный автономный мониторинг целостности приемника (eRAIM) для интеграции GNSS / INS. J. Surv. Англ. 2010; 136: 13–22. [Google Scholar] 5. Годха С. М. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2006. Оценка производительности недорогого IMU на основе DGPS, основанного на MEMS, интегрированного с DGPS для приложения наземной навигации. [Google Scholar] 6. Годха С., Кэннон М.Е. Интегрированная система GPS / MEMS INS для навигации в городских районах.GPS Solut. 2007; 11: 193–203. [Google Scholar] 7. Наяк Р.А. РС. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2000. Надежная и непрерывная городская навигация с использованием нескольких антенн GPS и недорогого IMU. [Google Scholar] 8. Шин Э. к.т.н. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2005. Методы оценки недорогой инерциальной навигации. [Google Scholar] 9. Мезенцев О.А., канд. Экон. Тезис. Университет Калгари; Калгари, штат АБ, Канада: 2005. Сенсор для пешеходной навигации HSGPS.[Google Scholar] 10. Абдель-Хамид В. Ph.D. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2005. Повышение точности интегрированных систем MEMS-IMU / GPS для приложений наземной навигации. [Google Scholar] 11. Сайед З., Аггарвал П., Янг Ю., Эль-Шейми Н. Улучшенная навигация транспортных средств с использованием помощи с тесной интеграцией. Материалы конференции по автомобильным технологиям IEEE, Марина-Бэй; Сингапур. Май 2008 г .; С. 3077–3081. [Google Scholar] 12. Хан С., Ван Дж. Навигация на наземных транспортных средствах с интеграцией GPS и сниженным улучшением характеристик ИНС с поддержкой скорости.J. Navig. 2010. 63: 153–166. [Google Scholar] 13. Лехнер В., Йеске Р., Вьюег С., Клюшников С. Интеграция GPS, ГЛОНАСС и ИНС на основе исходных данных - первые результаты экспериментального исследования. Материалы 48-го ежегодного собрания Института навигации; Дейтон, Огайо, США. Июнь 1992 г .; С. 351–358. [Google Scholar] 14. Риннан А., Сигмонд М.Э., Робертсен А., Гундерсен Н. Квалификация гибридного решения GNSS и IMU. Материалы конференции по динамическому позиционированию; Хьюстон, Техас, США. Октябрь 2009 г.[Google Scholar] 15. Суккари С. к.т.н. Тезис. Сиднейский университет; Сидней, Австралия: 2000. Недорогие, надежные, управляемые инерциальные навигационные системы для автономных наземных транспортных средств. [Google Scholar] 16. Шин Э. М.С. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2001. Повышение точности недорогих INS / GPS для наземных приложений. [Google Scholar] 17. Кляйн И., Филин С., Толедо Т. Псевдоизмерения как помощь ИНС во время сбоев GPS. Навигация. 2010; 57: 25–34. [Google Scholar] 18. Ангрисано А., Петовелло М.Г., Пульяно Г. Интеграция GNSS / INS в автомобильную городскую навигацию. Труды 23-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации; Портленд, штат Орегон, США. Сентябрь 2010 г .; С. 1505–1512. [Google Scholar] 19. Ангрисано А. Ph.D. Тезис. Неаполитанский университет Партенопы; Неаполь, Италия: 2010. Методы интеграции GNSS / INS. [Google Scholar] 20. Вандер Кайлен Л., Лейссенс Дж., Ван Меерберген Г. Использование приемника IMU AsteRxi GNSS / MEMS в системе позиционирования контейнера.Труды симпозиума по определению местоположения и навигации; Индиан-Уэллс, Калифорния, США. Май 2010 г. [Google Scholar] 21. Каплан Е.Д., Лева Ю.Л. Основы спутниковой навигации. В: Каплан Э.Д., Хегарти С.Дж., редакторы. Понимание GPS: принципы и приложения. 2-е изд. Artech House; Норвуд, Массачусетс, США: 2007. [Google Scholar] 22. Мисра П., Пратт М., Берк Б. Расширение GPS / LAAS с помощью ГЛОНАСС: оценка производительности. Материалы 11-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации; Нашвилл, Теннесси, США.Сентябрь 1998 г .; С. 495–502. [Google Scholar] 23. Гаглионе С., Ангрисано А., Пульяно Г., Робустелли У., Сантамария Р., Вултаджо М. Стохастическая сигма-модель для псевдодальности спутника ГЛОНАСС. Прил. Геомат. 2011; 3: 49–57. [Google Scholar] 24. Митрикас В.В., Ревнивых С.Г., Быханов Е.В. WGS84 / PZ90 Определение параметров трансформации на основе обработки многолетних лазерных и эфемеридных орбитальных данных ГЛОНАСС. Материалы 11-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации; Нашвилл, Теннесси, США.Сентябрь 1998 г .; С. 1625–1636. [Google Scholar] 25. Чатфилд А. Основы высокоточной инерциальной навигации. AIAA Inc .; Вашингтон, округ Колумбия, США: 1997. [Google Scholar] 26. Джекели К. Инерциальные навигационные системы с геодезическими приложениями. Вальтер де Грюйтер; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: 2000. [Google Scholar] 27. Петовелло М.Г., Кэннон М.Э., Лашапель Г. Преимущества использования IMU тактического уровня для высокоточного позиционирования. Навигация. 2004; 51: 1–12. [Google Scholar] 28. Спилкер Дж. Дж. Младший. Созвездие спутников и геометрическое снижение точности.В: Паркинсон Б., Спилкер Дж. Дж. Младший, редакторы. Система глобального позиционирования: теория и приложения. Vol. 1 AIAA Inc .; Вашингтон, округ Колумбия, США: 1996. [Google Scholar]

Как работает GPS? - Блог Mercedes-Benz из Литтлтона

изображение заголовка спутника

Предоставлено NASA

Давайте поговорим о системах глобального позиционирования или GPS. Вы, вероятно, используете их каждый день, но магия знания, где вы находитесь, может быть совершенно загадочной. Здесь, в Mercedes-Benz of Littleton, мы продолжим нашу тенденцию знакомить вас с самыми крутыми технологиями, связанными с автомобилем.Мы объяснили науку, лежащую в основе Bluetooth, историю дорожных знаков и причину, по которой в некоторых странах едут по другой стороне дороги. А теперь давайте продолжим нашу серию блогов, призванных сделать вас самым образованным водителем.

GPS и спутники

Предоставлено Space.com

Большинство людей знают, что GPS имеет какое-то отношение к спутникам. Но знаете ли вы, что в любое время над вами жужжат как минимум четыре спутника, которые видны, за исключением облаков и солнца? В настоящее время есть 27 спутников, обеспечивающих работу GPS.24 из них находятся в рабочем состоянии, а 3 - резервные. Каждый спутник весит до 4000 фунтов и запускает ракеты вокруг Земли дважды в день. Что касается причудливого снаряжения, то спутники оснащены солнечной энергией и собственными атомными часами. Продолжайте читать, чтобы узнать, почему знание времени очень важно для того, чтобы знать, где вы находитесь.

Основы GPS, объяснение.

Предоставлено GISGeography.com

Так как же работает GPS? Оказывается, чтобы узнать, где вы находитесь, нужно знать, что вас окружает.Таким образом, основной механизм GPS - это определение местоположения и расстояния до нескольких спутников. Система GPS состоит как минимум из двух компонентов: приемника (часть, которая находится в вашей машине) и спутника. Обе части общаются посредством радиоволн. (Чтобы освежиться, ознакомьтесь с недавним сообщением в блоге Mercedes-Benz о Bluetooth!). Когда приемник собирает информацию со спутников, он начинает рисовать круги в пространстве, где бы он ни находился. Место пересечения всех кругов должно быть местом расположения сервера.В 2D этот математический процесс называется триангуляцией и требует трех точек отсчета. Для спутников в 3D необходимо 4 эталона, но для повышения точности помогает большее количество спутников.

Теоретически все это имеет смысл, но с практической точки зрения измерить расстояние от вашего автомобиля до четырех спутников немного сложнее. Все зависит от точного знания того, который час. Лучшие часы - атомные, но они очень дорогие. Таким образом, на спутниках есть атомные часы, а в приемниках - кварцевые часы, которые могут быть сброшены на основе обратной связи со спутников.По сути, приемник знает, что все три спутника должны сообщать ему расстояние, на котором все линии доходят до одной и той же точки - места в космосе, где находится приемник. Приемник может определить этот момент, а затем выполнить вычисления в обратном порядке, чтобы выяснить, сколько времени на атомных часах на борту спутников!

Определить , где спутники, немного проще. Ученые рассчитывают свои орбитальные пути в большом количестве и снабжают все приемники альманахом.

История GPS

Знаете ли вы, что U.С. Минобороны впервые создало GPS для использования в военных целях? Первоначальная версия называлась NAVSTAR GPS, но современная концепция была впервые выпущена в 1978 году. Однако полный набор существующих спутников не работал до 1993 года. Хотя GPS изначально предназначался для военных, правительство выпустило эту технологию для гражданского населения по всему миру. земной шар в 1980-х годах. Это было еще до того, как вся система была завершена!

Однако в истории открытого доступа не обошлось без пятен.Фактически, США оставляют за собой право полностью отключить доступ для любой страны в любое время. В прошлом использование этой мощности побудило некоторые страны создавать собственные спутниковые системы GPS. Текущие дополнительные сети включают Российскую глобальную навигационную спутниковую систему (ГЛОНАСС) и независимые системы для Европейского Союза и Индии. Спутники Китая находятся в разработке и, как ожидается, будут введены в эксплуатацию к 2020 году. Тем временем Япония дополняет систему США дополнительными спутниками, предназначенными для повышения точности измерений в Азии и Австралии.

Интересные факты

  • GPS не требует сигнала телефона или интернета
  • Многие системы используют GPS для определения точного времени, а не для определения местоположения!
  • GPS учитывает скорость света, используя общую теорию относительности.
  • Пользователю не нужно передавать свои собственные данные для использования GPS.
  • Горы и здания могут блокировать сигнал.

Go Drive Somewhere New

Теперь, когда вы знакомы с наукой, лежащей в основе GPS, отправляйтесь комфортно за рулем в новом месте.Прокатитесь на своем Mercedes-Benz и обращайтесь к нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы! Если вам нужны идеи, ознакомьтесь с несколькими другими нашими статьями, чтобы спланировать идеальную экскурсию. А если вам нужно больше оборудования Mercedes-Benz или услуг для вашего автомобиля, посетите наш веб-сайт или поговорите с представителем! Компания Mercedes-Benz из Литтлтона всегда рядом с вами, будь то научная работа или поддержка!

Теги: Денвер, Денвер Мерседес, Денвер Мерседес-Бенц, Необычные автомобили, веселье
Опубликовано в Веселье | Нет комментариев »

Москва угрожает запретом на использование устройств, чтобы стимулировать развитие российских технологий

МОСКВА (Рейтер) - Россия в пятницу пригрозила заблокировать импорт мобильных телефонов и других устройств, недоступных для ее собственного конкурента, в широко используемый U.С. Навигационная техника.

Россия разрабатывает ГЛОНАСС, свой ответ Глобальной системе позиционирования (GPS) США, с 1976 года, но пока не может производить достаточно чипов для массового производства ГЛОНАСС-совместимых устройств.

Россия, а также другие развивающиеся страны, такие как Индия, заинтересованы в развитии ГЛОНАСС, чтобы уменьшить зависимость от GPS, которую Вашингтон может отключить для гражданских абонентов, как это было во время военных операций в Ираке.

Генеральный директор холдинга "Система", занимающегося вопросами нефтегазовой связи и телекоммуникаций, который разрабатывает ГЛОНАСС, сказал, что компания вела переговоры о технологии с такими производителями, как Nokia, Siemens и Motorola.

«Они понимают, что мы все равно закроем рынок оборудования без чипа ГЛОНАСС», - сказал Владимир Евтушенков, согласно стенограмме встречи с премьер-министром России Владимиром Путиным, размещенной на сайте правительства.

«Это хорошо, что наши партнеры понимают, что мы будем защищать наши интересы и продвигать собственный продукт», - сказал Путин, сославшись на опыт России с мировыми автопроизводителями, которые открыли заводы после того, как Россия отменила импортные пошлины на автомобильные детали.

Евтушенков сказал Путину, что иностранные фирмы приняли предупреждение: «Они переживут это, потому что американцы в то время, когда они переходили на GPS, также защищали свой рынок».

Согласно предложению АФК «Система», потребительские навигационные устройства, предназначенные для использования в России, должны будут иметь приемник ГЛОНАСС наряду с приемником GPS. Такая мера может вынудить производителей гаджетов перенести часть производства в Россию.

Евтушенков сообщил, что в 2010 году АФК «Система» представит образцы устройств с поддержкой ГЛОНАСС, а массовое производство устройств с поддержкой ГЛОНАСС может начаться в 2011 году.

Дочерняя компания АФК «Система», Ситроникс, разрабатывает микросхемы для навигационных приемников ГЛОНАСС после лицензирования технологии 90-нанометровых интегральных схем у ведущего европейского производителя компьютерных микросхем STMicroelectronics.

Россия также ведет переговоры с Германией об интересе АФК "Система" к приобретению доли в немецком производителе микросхем Infineon, сделке, которая обсуждалась с конца 2009 года, хотя неясно, связана ли покупка с чипами ГЛОНАСС.

(Редакция Дэвида Коуэлла)

Мерцания сигналов GPS, ГЛОНАСС и Галилео на экваториальной широте

Дж.Космическая погода Космический подъем. 4 (2014) A22

Обычная статья

Мерцания сигналов GPS, ГЛОНАСС и Galileo на экваториальной широте

Николай Глубек 1 * , Йенс Бердерманн 1 , Фолькер Вилкен 1 , Стефан Гевис 1 , Норберт Яковски 1 , Могезе Вассай 2 9305 и Бейли 2

1 Немецкий аэрокосмический центр (DLR), Институт связи и навигации (IKN), Kalkhorstweg 53, 17235 Нойштрелиц, Германия
2 Лаборатория геокосмических и радиолокационных исследований Washera, Университет Бахир-Дар, Эфиопия

* Автор, ответственный за переписку: николай[email protected]

Поступило: 19 Март 2014 г.
Принято: 4 июль 2014 г.

Аннотация

Мелкомасштабные ионосферные возмущения могут привести к флуктуациям принимаемого спутникового сигнала, так называемым мерцаниям сигнала. Для глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) это снижает точность позиционирования. Особо сильные события могут даже привести к потере связи между спутником и приемником. Это явление влияет на все сигналы GNSS.Ожидается, что влияние короткомасштабных помех на разные сигналы GNSS будет различным для каждого сигнала, поскольку сигналы передаются на разных несущих частотах и ​​строятся по-разному. В этой статье мы сравниваем частоту появления мерцаний сигналов между различными глобальными навигационными спутниковыми системами и их разными частотами сигналов. В частности, мы рассматриваем GPS L1, L2 и L5, ГЛОНАСС L1 и L2, а также Galileo E1 и E5a. В этом анализе используются данные высокоскоростной GNSS-станции Немецкого аэрокосмического центра (DLR), расположенной в Бахир-Дар, Эфиопия, в точке 11 ° 36 ′ с.ш., 37 ° 23 ′ восточной долготы.Станция собирает необработанные данные с частотой 50 Гц, на основании которых рассчитывается индекс амплитудных мерцаний S 4 . Данные собирались за весь 2013 год. Поскольку количество сильных сцинтилляционных событий с S 4 > 0,5 было меньше ожидаемого, дополнительно учитываются события слабых сцинтилляций с S 4 ≥ 0,25. Используется алгоритм, обеспечивающий мягкий барьер для S 4 ≥ 0,25. Результирующие события показаны в виде средних значений за день и за сезон.Наконец, оценивается общее влияние мелкомасштабных ионосферных возмущений в виде мерцаний сигнала на сигналы GNSS.

Ключевые слова: Ионосфера (экваториальная) / Система позиционирования / Возмущения / Неправильности / Мониторинг

© Н. Хлубек и др., Опубликовано EDP Sciences 2014

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

1. Введение

С момента создания данные глобальных навигационных спутниковых систем использовались для научных исследований. Долгое время для исследований были доступны только американский GPS и частично работающий российский ГЛОНАСС. Теперь ГЛОНАСС достиг полного покрытия, и две новые системы, европейская Galileo и китайская BeiDou, приближаются к полностью работоспособному состоянию.Кроме того, GPS проходит модернизацию, которая обеспечит новую гражданскую частоту.

С точки зрения ионосферных исследований эти новые и усовершенствованные системы имеют двоякое преимущество. Во-первых, увеличение количества спутников означает большее количество каналов связи с наземным приемником и, следовательно, дополнительные точки проникновения через ионосферу. Это, в свою очередь, соответствует большему количеству точек измерения для томографических методов, которые определяют полное электронное содержание ионосферы. Во-вторых, новые частоты позволяют более детально анализировать дисперсионную природу ионосферы.Хотя долгое время многочастотное позиционирование было ограничено военными, теперь оно становится возможным и для гражданских пользователей.

Однако преимущества этих новых или усовершенствованных систем все еще могут быть сильно ограничены, когда электромагнитный сигнал дифрагирует на мелкомасштабных структурах в нерегулярной ионосфере и начинает колебаться. Эти так называемые мерцания сигнала обычно снижают качество позиционирования, но в худшем случае могут привести к потере синхронизации со спутниками на уровне приемника. Aarons (1997), Kintner et al.(2007), Кинтнер (2009). Они могут встречаться где угодно, но очень часты в экваториальных и полярных регионах. Далее мы сосредоточимся на экваториальных областях, где сильно нерегулярная ионосферная плазма в вечерние часы производит в основном мерцания амплитуды сигнала.

Поскольку сцинтилляции могут снизить точность позиционирования и могут привести к потере блокировки, что может задержать или полностью сделать недействительным решение позиционирования, это затрагивает практически каждого пользователя GNSS. Особенно это касается пользователей, которые предъявляют высокие требования к точности, целостности, доступности и непрерывности.Короче говоря, все клиенты дополнительных услуг, таких как European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) или American Wide Area Augmentation System (WAAS). Это включает, например, изыскательские работы, геодезические работы и особенно работы в аэропортах. В аэропортах GNSS обеспечивает возможность захода на посадку самолетов с вертикальным наведением, которая может использоваться вместо традиционной системы посадки по приборам (ILS). В этом сценарии полезны системы GNSS, поскольку система ILS не соответствует требованиям современных аэропортов с интенсивным движением.Поскольку WAAS и EGNOS были сертифицированы для использования в приложениях для обеспечения безопасности жизни в 2007 и 2011 годах, соответственно, несколько прототипов аэропортов начали развертывать системы для посадки и взлета GNSS. Эти прототипы аэропортов находятся в районах, где возникновение сцинтилляций незначительно. Mayer et al. (2009), Circiu et al. (Январь 2014). Однако дальнейшее совершенствование этой технологии приведет к ее установке в регионах со средним и высоким уровнем сцинтилляций. Поэтому понимание частоты возникновения и силы сцинтилляций необходимо для надлежащей сертификации этих систем.

В этой статье мы проанализируем мерцания сигнала GNSS. До сих пор почти все исследования сцинтилляций GNSS были сосредоточены исключительно на частоте L1 GPS Béniguel et al. (2009), Ионосферная рабочая группа SBAS (2010), Sreeja et al. (2011), Адевале и др. (2012), Пазнухов и др. (2012) с несколькими авторами, рассматривающими GPS L2 и L5 Conker et al. (2003), Каррано и др. (2012), Шанмугам и др. (2012) и ГЛОНАСС L1, L2 Sreeja et al. (2012). Чтобы расширить этот диапазон, мы представляем результаты, которые сравнивают влияние мерцаний на новые сигналы с GPS L1.Обзор сигналов, рассмотренных в этом исследовании, представлен в таблице 1. Все частоты находятся в L-диапазоне, что является хорошим компромиссом между ослаблением сигнала на слишком высоких частотах и ​​ионосферной ошибкой на слишком низких частотах. Поскольку новые сигналы будут использоваться для улучшения определения местоположения, необходимо знать, как на них влияют сцинтилляции и какой сигнал заслуживает большего доверия. Поскольку ионосфера является диспергирующей средой и, следовательно, рассеяние зависит от частоты, полученные результаты сигнала GPS L1 не могут быть напрямую перенесены в новые сигналы, использующие другие частоты.То же самое можно сказать и о техническом оформлении сигналов. В разных сигналах используются разные скорости передачи микрочипов, модуляции и методы мультиплексирования. Все эти факторы могут способствовать разной устойчивости к мерцаниям сигнала и требуют исследования.

Таблица 1.

В таблице перечислены частоты в МГц GNSS и конкретных каналов, изученных в этой статье. GPS и Galileo используют множественный доступ с кодовым разделением каналов и поэтому используют одну частоту для всех спутников на канал.ГЛОНАСС использует множественный доступ с частотным разделением каналов и, следовательно, имеет отдельные частоты на канал для каждого спутника, заданные базовой частотой, сдвинутой на номер частотного канала (FCN).

Остальная часть статьи выложена следующим образом. После краткого объяснения того, как рассчитываются статистические показатели, мы опишем настройку измерительной станции. Затем следует обсуждение одного сцинтилляционного события, которое испытывает один спутник GPS для различных сигналов.Далее мы представим алгоритм, который позволяет нам выбрать все события сцинтилляции в 2013 году из нашего набора данных. Это позволяет нам отображать сезонные и среднесуточные данные сцинтилляций. Наконец, мы получим статистические значения для каждого сигнала, чтобы оценить влияние мерцаний на различные системы и частоты.

2. Статистические показатели

Поскольку ионосфера является нелинейной системой, лучший способ получить первоначальное представление - это использовать статистический подход и агрегировать большие объемы измеренных данных для классификации соответствующих порядков величины и частоты встречаемости.Статистический индекс для характеристики мерцаний амплитуды сигнала, которые преобладают в экваториальных областях, определяется индексом мерцаний S 4 . Его определение позволяет вычислить уникальный, но характерный показатель мерцаний амплитуды для каждого сигнала GNSS. Для определения этого индекса обычно используются синфазные и квадратурные компоненты приемников I и Q для получения широкополосной мощности средства оценки мощности сигнала. Затем, оценивая флуктуации широкополосной мощности, можно получить индекс S 4 путем деления дисперсии оценочного значения на его среднее значение каждые 60 с. Van Dierendonck et al.(1993), Beach & Kintner (2001), Symeonidis et al. (2011).

Теоретический верхний предел для S 4 составляет Рабочая группа SBAS по ионосфере (2010 г.). Численно можно получить большие значения, но они игнорируются, поскольку указывают на повреждение данных. Что касается силы сцинтилляций, в этой статье мы рассматриваем 0,25 < S 4 <0,5 как слабое и S 4 > 0,5 как сильное событие сцинтилляции.

3.Установка измерительной станции

В этой статье мы используем данные нашей высокоскоростной измерительной станции в Бахир-Дар, Эфиопия, подключенной к сети экспериментов и проверки (EVNet) DLR Noack et al. (2005). Станция расположена на 11 ° 36 ′ с.ш. 37 ° 23 ′ в.д. в области экваториального гребня. Станция использует антенну JAVAD RingAnt-G. Это антенна с дроссельным кольцом, которая снижает влияние многолучевого распространения. Приемник GNSS - это приемник JAVAD DELTA G3TH, который работает с частотой обновления 50 Гц и может отслеживать GPS (L1, L2, L5), ГЛОНАСС (L1, L2), Galileo (E1, E5a) и BeiDou. как системы увеличения.Он отслеживает все видимые спутники, которых обычно около 20. Приемник передает поступающие необработанные данные на подключенный компьютер, на котором работает наше программное обеспечение для сцинтилляционного анализа в реальном времени. Программа вычисляет индекс мерцаний амплитуды S 4 и индекс фазовых мерцаний σ ϕ для каждого сигнала. Затем индексы передаются в центральный центр обработки и управления DLR Neustrelitz, где готовится визуализация данных для платформы SWACI 1 .После этого результаты отображаются на веб-странице, а данные архивируются для дальнейшего анализа.

4. Результаты и обсуждение

На рисунке 1 показано типичное вечернее созвездие точек прорыва ионосферы в Бахир-Дар, Эфиопия. Глядя на L1 (C / A) / E1, на первый взгляд кажется, что для решения позиционирования доступно достаточно невозмущенных спутников. Однако следует отметить, что для GPS только три спутника остаются невозмущенными (5, 24, 29). Все остальные спутники GPS находятся под воздействием мерцаний сигнала от слабого до сильного.К северо-западу от приемника GNSS почти все точки прожига показывают мерцание сигнала. Это может быть связано с сильными колебаниями ионосферы, которые движутся от экваториального гребня. Глядя на другие частоты, интересно отметить, что сила мерцания выше для всех точек прожига по сравнению с L1 (C / A). Далее мы подробно остановимся на этом наблюдении и обсудим статистику, полученную в 2013 году. Мы покажем, что L1 (C / A) обычно меньше всего подвержен влиянию сцинтилляций.

Рисунок 1.

Созвездие точек прорыва ионосферы в Бахир-Дар, Эфиопия. Синим крестиком отмечено местоположение приемника. Цвет точек прокола соответствует силе амплитудного мерцания S 4 , как показано на цветной полосе ниже. Левый полукруг показывает L1 (C / A) / E1. Правый полукруг показывает GPS L5, ГЛОНАСС L2 и Galileo E5a, если таковые имеются. Число рядом с точкой прокола соответствует идентификатору спутника согласно нотации NMEA i.е. GPS: 1-32, ГЛОНАСС: 65-96, Galileo:> 200.

На рисунке 2 показан амплитудный индекс мерцаний S 4 для вечера 11 апреля 2013 г. в Бахр-Даре для спутника GPS G25. Мы выбрали спутник G25, так как он уже модернизирован и, таким образом, может вещать на новых частотах L5 и L2C. Различные сигналы показаны разными цветами. Наиболее очевидное наблюдение состоит в том, что индексы мерцаний для зашифрованного точного кода (p (y) -кода), показанного крестиками, обычно намного больше, чем полученные из c-кода.Развернутый приемник JAVAD не может декодировать p-код, но использует технологию z-трекинга для восстановления фазы несущей L2. Это ухудшает отношение сигнал / шум Woo (2000). Следовательно, неудивительно, что восстановленный p-сигнал более подвержен шуму и его общее качество хуже. Кроме того, этот механизм отслеживания очень подвержен потере блокировки. Поэтому для лучшего сравнения разных частот мы игнорируем зашифрованные сигналы ниже. Поскольку это больше не является двусмысленным, мы сокращаем L1 (C / A) до L1 и L2C до L2.

Фигура 2.

Сравнение индекса мерцаний S 4 для различных сигналов спутника GPS 25, 11 апреля 2013 г. в Бахир-Дар, Эфиопия. Цветные сплошные линии - это средние значения S 4 за временной интервал [18:00, 19:30] UTC.

Разница между L1, L2 и L5 невелика в наиболее спокойных условиях после 20:00 UTC.Для времени позже 21:00 UTC все три сигнала сходятся к среднему значению мерцания S 4 ≈ 0,04. Однако на пике события мерцания, в 19:00 UTC, разница между тремя сигналами становится довольно большой. Сплошные горизонтальные линии на графике представляют средние значения для события мерцания во временном интервале T , событие = [18:00, 19:30] UTC. Эти средние значения показывают, что сигнал GPS L1 является наименее нарушенным, за ним следует L2, а затем L5.Это наблюдение является общей тенденцией в данных. Причина этого - частотная зависимость мерцаний, которая объясняется в конце статьи. В таблице 2 показаны средние значения S 4 и их стандартные отклонения для временного интервала T , событие . В дополнение к уже обсужденным средним значениям заметно, что стандартное отклонение L5 намного больше, чем для L1 и L2. Это отражено на рисунке 2 гораздо более сильным разбросом отдельных точек для L5 по сравнению с L1 и L2.Можно представить, что эта более сильная флуктуация связана с 10-кратной более высокой скоростью кодирования L5 по отношению к L1 и соответствующему более длинному коду. Временная недоступность сигнала приводит к гораздо большей потере данных с более высокой скоростью передачи фрагментов, а более длинный код задерживает процесс захвата и повторного захвата, если сигнал слабый или сильно колеблется.

Таблица 2.

Средние значения и стандартное отклонение спутника GPS 25 на 11 апреля 2013 г. между [18:00, 19:30] UTC.

Все эти наблюдения дают основания полагать, что выводы следующего анализа.Обсудив наблюдения одного дня и одного спутника, теперь мы представим средние значения за 2013 год и для всех спутников соответствующей GNSS. Что усложняет анализ, ионосфера в 2013 г. над Бахир-Даром была на удивление спокойной в отношении мерцаний. Мы не нашли много событий с S 4 ≥ 0,5. Поэтому, чтобы сделать нашу статистику более надежной, мы также рассматривали события слабых мерцаний с S 4 ≥ 0,25. Поскольку это значение легко превзойти из-за эффектов многолучевого распространения при очень малых углах возвышения, мы удалили значения с высотами менее 20.Поскольку на рисунке 2 показано, что некоторые сигналы довольно сильно колеблются во время сцинтилляционного события, и мы не хотели произвольно уменьшать эти колебания, рассматривая только значения выше S 4 ≥ 0,25, мы разработали алгоритм, который улавливает эти колебания до определенной степени. и что будет объяснено ниже.

Сначала отбрасываются все данные с высотой ниже 20. Затем данные очищаются путем удаления нефизических значений с S 4 <0 или.Затем данные сортируются. Затем проверяется, не превышает ли минимальное количество значений μ за один проход спутника порог события τ (в нашем случае μ > 5, τ = 0,25). Это составляет примерно 0,1% собранных данных со спутника, который проходит близко к приемнику. Этот критерий используется для устранения неблагоприятных геометрических характеристик спутников. То есть спутники, которые видны совсем скоро и имеют небольшую возвышенность. Эти спутники могут генерировать большие значения S 4 , но весьма вероятно, что эти значения являются результатом эффектов многолучевого распространения.Если в наборе данных для спутникового прохода достаточно значений, превышающих пороговое значение, он рассматривается далее. Затем алгоритм выполняет итерацию по набору данных. Все значения S 4 , превышающие τ , сохраняются. Кроме того, также сохраняются точки данных, предшествующие и следующие за сохраненными значениями S 4 в интервале времени γ = 300 с. Эта форма мягкого отсечения позволяет улавливать флуктуации, близкие к порогу τ , и при этом надежно удалять невозмущенные данные.На рисунке 3 показаны результаты алгоритма для того же дня, что и на рисунке 2, для всех GNSS и сигнала L1 / E1. Маленькие точки - это точки данных, которые были удалены алгоритмом, в то время как большие считаются принадлежащими событию сцинтилляции. Хорошо видно, что колебания около порога τ не снимаются, а сохраняются. Мы используем этот алгоритм для выбора сцинтилляционных событий из наших данных Бахир-Дар за весь 2013 год. Алгоритм не слишком чувствителен к τ , γ в качестве следующих сезонных и дневных средних значений, а также агрегированных статистических значений , можно качественно воспроизвести при τ = [0.15, 0,5] и γ = [60, 600] с.

Рисунок 3.

Индексы мерцаний S 4 для сигналов L1 (C / A) / E1 для всех спутников, отслеживаемых 11 апреля 2013 г. Маленькие точки - это точки данных, которые были удалены алгоритмом мягкой границы и не считаются принадлежащими событие сцинтилляции.

На рисунке 4 показано количество сцинтилляционных событий в день в течение 2013 года для различных сигналов.Сплошная линия представляет собой сглаженную сезонную зависимость. Он был рассчитан с использованием фильтра скользящего среднего для данных. Серая заштрихованная область показывает доступность данных. Кривые визуализируют сильную сезонную зависимость мерцаний. Они наиболее велики в периоды равноденствия, когда терминатор Солнца совмещен с магнитным меридианом. По крайней мере, для африканского сектора это, как известно, увеличивает интенсивность дореверсивного усиления. Tsunoda (1985), Batista et al. (1986), Абду и др.(1992), Цунода (2010), Альфонси и др. (2013), который в основном контролирует экваториальное распространение-F, создавая более возмущенную ионосферу. Согласованная тенденция для всех сигналов состоит в том, что пик весеннего равноденствия больше, чем пик осеннего равноденствия. Разумно предположить, что это связано с активностью солнца. Хорошим показателем этой активности является количество солнечных пятен. 2 Если мы рассмотрим 30 дней равноденствий и вычислим среднее количество солнечных пятен, мы получим 57.1 для весеннего равноденствия и 44 для осеннего равноденствия. Это примерно на 30% больше активности весной, что, в свою очередь, может способствовать более высокому максимуму. Глядя на соответствующие геомагнетики и, таким образом, на планетарный Kp -индекс 3 и выполняя тот же анализ, мы также находим примерно на 30% более высокие значения для периода весеннего равноденствия, что также может способствовать более высокому максимуму. Более глубокое исследование корреляции между мерцаниями и солнечной и геомагнитной активностью можно найти в Liu et al.(2012).

Рисунок 4.

Количество сцинтилляций за 2013 год. Символы представляют собой суммарное время в минутах сцинтилляций в день для соответствующего сигнала. Черные линии показывают скользящую среднюю. Серая заштрихованная область обозначает доступность данных.

На рисунке 5 показана частота появления мерцаний в зависимости от времени суток, усредненная за 2013 год. Цвет соответствует общему количеству событий, произошедших в эту минуту ( x -ось), равной или меньшей соответствующей интенсивности ( y -ось).Красный и желтый цвета обозначают большое количество событий, зеленый цвет - промежуточное количество, а белый цвет означает отсутствие событий вообще. При создании этой статистики было учтено изменение времени захода солнца в течение года. Все было перенесено на время заката, соответствующее 1 января 2013 года, то есть 15:17 по всемирному координированному времени.

Рисунок 5.

Агрегированная статистика появления мерцаний в 2013 г. для различных сигналов в зависимости от времени с поправкой на закат.Пунктирные вертикальные линии указывают время заката.

Непосредственное наблюдение показывает, что большинство сцинтилляций происходит в вечерние часы. В это время наиболее сильны возмущения экваториальной ионосферы. Основным источником этого возмущения является гравитационная неустойчивость Рэлея-Тейлора, то есть неустойчивость барьера между двумя средами с разной плотностью. Литература по этому эффекту обширна. Farley et al. (1970), Ааронс (1977), Басу и Басу (1981), Ааронс (1982, 1993) с первым наблюдением, датированным 1934 годом, Беркнер и Уэллс (1934).Основная идея состоит в том, что вскоре после захода солнца ионосфера с более низкой плотностью на нижней стороне слоя F поднимается в ионосферу с более высокой плотностью выше. Это вызывает турбулентность на границе раздела. Пузырьки образуются в плазме и просачиваются вверх, что приводит к сильно нерегулярной ионосфере Келли (1985). Ночью этот механизм ослабевает, и неровности разрушаются.

Более подробный взгляд на Рисунок 5 показывает, что GPS L1 имеет события сцинтилляции в течение всего дня.Кроме того, он показывает структуру с двумя пиками с одним максимумом около 18:00, а другой - около 20:00. Аналогичное поведение наблюдается для GPS L2 и с меньшей интенсивностью для ГЛОНАСС L1 и Galileo E1. Это может указывать на общую тенденцию. GPS L5 показывает гораздо меньше событий и почти не показывает их в дневные часы. Поскольку до сих пор только несколько спутников GPS могут транслировать L5, это неудивительно. ГЛОНАСС L1 показывает аналогичную картину для GPS L1. ГЛОНАСС L2 показывает большое количество событий в течение дня и широкий максимум вечером.Это доказывает, что L2 ГЛОНАСС очень чувствителен к экваториальным мерцаниям. Galileo E1 показывает аналогичную картину, что и GPS L1, но имеет больше выбросов и менее плавный. Поскольку Galileo E5a показывает гораздо более плавное распределение, эту резкость нельзя объяснить небольшим количеством спутников, но это может указывать на общую восприимчивость системы Galileo к экваториальным мерцаниям. Galileo E5a показывает события с большими S 4 значениями, распределенными в течение дня, и, таким образом, указывает на то, что на эту частоту сильно влияют экваториальные мерцания.

В таблице 3 показаны агрегированные статистические данные для различных сигналов GNSS. Первый столбец связывает общее среднее значение S 4 с нижним пределом для слабых мерцаний τ = 0,25 по следующей формуле: (1)

Таблица 3.

Агрегированная статистика появления мерцаний за 2013 год. В первом столбце приведены оценки общего влияния амплитудных мерцаний на сигналы. В столбце «все» указано общее количество минут с появлением мерцаний в соответствии с алгоритмом на рисунке 3.В столбце «Sat» указано среднее время, в течение которого спутник, пересекавший Бахир Дар во время мерцаний, был нарушен в течение 2013 года.

Для этого столбца учитывались только данные, собранные между 16:00 и 22:00 UTC. Большее значение соответствует более сильному влиянию на сигнал амплитудных мерцаний. Хотя в этой статистике есть большая ошибка, тенденция очевидна. Частота L1 обычно имеет наименьшие значения. Это указывает на флуктуацию ближе к барьеру τ и, следовательно, меньшее влияние мерцаний на эту частоту.Частота L5 имеет наибольшее значение для каждой системы. На него сильно влияют сцинтилляции. Эта частотная зависимость дополнительно показана на рисунке 6. На этом рисунке показана функция частоты. Согласно экспериментам, проведенным Ogawa et al. (1980) частотная зависимость S 4 ~ f −0,5 для 136 ≤ f Ожидается ≤ 1700 МГц. Соответствие данным с этой зависимостью показано сплошной красной линией. Поразительно, что нужен только один подходящий параметр.Хотя эта зависимость может объяснить данные, нужно быть осторожным с интерпретацией совпадений, которые содержат только три различных значения. Поэтому для сравнения дополнительно показана линейная аппроксимация.

Рисунок 6.

Среднее значение S 4 как функция частоты для различных сигналов. Сплошные линии соответствуют данным. На вставке показаны те же результаты с использованием двойной логарифмической оси.

В столбце 3 таблицы 3 указано количество общих событий мерцаний в минутах для каждого сигнала - i.е. количество значений с S 4 > 0,25, включая мягкий барьер, как обсуждалось выше. К этому числу следует относиться с недоверием, поскольку количество спутников, которые могут транслировать определенный сигнал, варьируется для каждого сигнала. Тем не менее, интересно отметить, что на ГЛОНАСС L2 и GPS L1 влияют сцинтилляции в течение наибольшего промежутка времени по сравнению с другими сигналами. Однако сила фактического влияния на GPS L1, как видно из первого столбца, невелика. Это имитирует общую тенденцию на Рисунке 5.Грубо говоря, первый столбец соответствует максимуму каждого из участков рисунка 5, а второй столбец соответствует общему охвату и интенсивности на каждом из участков.

В четвертом столбце таблицы 3 приведены оценки количества событий на спутник. При рассмотрении одного сигнала эта оценка выполняется путем подсчета количества спутников, которые участвовали в сцинтилляционных событиях в течение определенного дня. После этого общее количество событий этого дня делится на это число.Затем эти средние значения времени мерцаний спутника суммируются за 2013 год. Проще говоря, четвертый столбец представляет собой оценку общего времени, когда один спутник находится в состоянии возмущения. За исключением GPS, продолжительность воздействия мерцаний на отдельные спутники является наименьшей для сигнала L1 / E1. Вероятно, что другой результат для GPS соответствует небольшому количеству модернизированных спутников GPS с L2C и L5, что искажает статистику.

5. Резюме

Мы привели статистику мерцаний для экваториальной Африки для различных сигналов GNSS.В частности, мы рассмотрели GPS L1, L2C и L5, ГЛОНАСС L1, L2 и Galileo E1 и E5a. В качестве общей тенденции мы наблюдали, что величина мерцаний наименьшая для сигналов L1 / E1 и наибольшая для сигналов L5 / E5a. Мы рассчитали статистику возникновения сцинтилляций в течение года. Здесь мы наблюдали структуру с двойным пиком с максимальной величиной мерцаний во время весеннего и осеннего равноденствия. Пик более выражен в период весеннего равноденствия, который совпадает с более высокой солнечной активностью и более высоким Kp -индексом.Мы рассчитали статистику средней продолжительности сцинтилляций за день. Как правило, это дало ожидаемый результат, заключающийся в том, что наибольшая частота мерцаний наблюдается после захода солнца. Более подробное рассмотрение выявило два интересных результата. Во-первых, общая сила сцинтилляций самая большая у Галилея. Во-вторых, общее время воздействия сигнала является наибольшим для L2 ГЛОНАСС.

Благодарности

Совместное предприятие SESAR в рамках программы SESAR софинансируется ЕС и ЕВРОКОНТРОЛЬ.Выраженные здесь мнения отражают только точку зрения авторов. Совместное предприятие SESAR не несет ответственности за использование любой информации, содержащейся в данном документе. Мы благодарим Национальный центр геофизических данных, Боулдер, Колорадо, США, за предоставление данных для Международного числа солнечных пятен и индекса Kp через ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP. Редактор благодарит Марсио Муэллу и анонимного рецензента за их помощь в оценке этой статьи.


Список литературы

  • Ааронс, Дж., Экваториальные сцинтилляции: обзор, IEEE Antennas Propag. Mag., 25 (5), 729–736, DOI: 10.1109 / TAP.1977.1141649, 1977. [CrossRef] [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., Глобальная морфология ионосферных мерцаний, Тр. IEEE, 70 (4), 360–378, DOI: 10.1109 / PROC.1982.12314, 1982. [CrossRef] [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., Продольная морфология неоднородностей экваториального F-слоя, связанная с их возникновением, Космические науки. Rev., 63 (3–4), 209–243, DOI: 10.1007 / BF00750769, 1993. [CrossRef] [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., 50 лет наблюдений за радиосцинтилляциями, IEEE Antennas Propagation Magazine, 39, 7–12, DOI: 10.1109 / 74.646785, 1997. [CrossRef] [Google ученый]
  • Абду, М.А., И. Батиста и Дж. Собрал, Новый аспект управления магнитным склонением экваториального динамо F и F области распространения, J. Geophys. Res. [Space Phys.], 97 (A10), 14,897–14,904, DOI: 10.1029 / 92JA00826, 1992. [CrossRef] [Google ученый]
  • Адевале, А.О., Э. Оейеми, А. Adeloye, C.N. Митчелл, Дж. Р. Роуз и П. Дж. Силлиерс, Исследование мерцаний в L-полосе и полного электронного содержания на экваториальной станции, Лагос, Нигерия, Radio Science, 47 (2), RS2011, DOI: 10.1029 / 2011RS004846, 2012. [CrossRef] [Google ученый]
  • Альфонси, Л., L. Spogli, M. Pezzopane, V. Romano, E. Zuccheretti, G. Defranceschi, M.A. Cabrera, R.G. Эскер, Сравнительный анализ распространения F-сигнатуры и появления мерцаний GPS в Тукумане, Аргентина, J. ​​Geophys. Res. [Космическая физика], 118 (7), 4483–4502, DOI: 10.1002 / jgra.50378, 2013. [CrossRef] [Google ученый]
  • Басу, С., и С. Басу, Экваториальные сцинтилляции - обзор, J. Atmos. Terr. Phys., 43 (5–6), 473–489, Экваториальная аэрономия - I, DOI: 10.1016 / 0021-9169 (81)

    -0, 1981. [CrossRef] [Google ученый]

  • Батиста, И.С., М.А. Абду и Дж. А. Биттенкур, Вертикальный дрейф плазмы в экваториальной F-области: сезонные и продольные асимметрии в американском секторе, J. Geophys. Res. [Space Phys.], 91 (A11), 12,055–12,064, DOI: 10.1029 / JA091iA11p12055, 1986. [CrossRef] [Google ученый]
  • Бич, Т., и П. Кинтнер, Разработка и использование ионосферного сцинтилляционного монитора GPS, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39 (5), 918–928, DOI: 10.1109 / 36.9, 2001. [CrossRef] [Google ученый]
  • Бенигель, Ю., Ж.-П. Adam, N. Jakowski, T. Noack, V. Wilken, J.-J. Валетт, М. Куэто, А. Бурдиллон, П. Лассудри-Дюшен и Б. Арбессер-Растбург, Анализ сцинтилляций, зарегистрированных во время измерительной кампании PRIS, Radio Science, 44 (1), RS0A30, DOI: 10.1029 / 2008RS004090, 2009 . [Google ученый]
  • Беркнер, Л.В. и Х. Уэллс, Исследования ионосферы F-области на низких широтах, Земной магнетизм и атмосферное электричество, 39 (3), 215–230, DOI: 10.1029 / TE039i003p00215, 1934. [CrossRef] [Google ученый]
  • Каррано, К.С., К. Гровс, У.Дж. Макнил и П.Х. Доэрти, Характеристики мерцания в полосе частот GPS, в: 25-м Международном техническом совещании спутникового отдела Института навигации, Нэшвилл, Теннесси, 17–21 сентября, стр. 197–1989, https://www2.bc.edu/ ~ carranoc / carrano-ion-2465.pdf, 2012 г. [Google ученый]
  • Чирчу, М.- С., М. Фелюкс, П. Реми, Л. Йи, Б. Белаббас и С. Пуллен, Оценка характеристик двухчастотного GBAS с использованием полетных данных, в: Материалы Международного технического совещания 2014 г. Института навигации, Сан-Диего, Калифорния, 645–656, http://elib.dlr.de/88286/, 2014 г. [Google ученый]
  • Конкер, Р.С., М. Б. Эль-Арини, К.Дж. Хегарти и Т. Сяо, Моделирование влияния ионосферных мерцаний на доступность GPS / спутниковой системы дополнения, Radio Science, 38 (1), 1–1–1–23. DOI: 10.1029 / 2000RS002604, 2003. [CrossRef] [Google ученый]
  • Фарли, Д.Т., Б.Б. Бэлси, Р.Ф. Вудман, Дж. П. МакКлюр, Экваториальное распространение F: последствия наблюдений с помощью УКВ радиолокатора, J. ​​Geophys. Res., 75 (34), 7199–7216, DOI: 10.1029 / JA075i034p07199, 1970. [CrossRef] [Google ученый]
  • Келли, М., Экваториальный разброс-F: последние результаты и нерешенные проблемы, J. Atmos. Terr. Phys., 47, 745–752, DOI: 10.1016 / 0021-9169 (85)

    -0, 1985. [CrossRef] [Google ученый]

  • Кинтнер, П.М., Б.М. Ледвина, Э.Р.Депола, GPS и ионосферные мерцания, Космическая погода, 5 (9), S09003, DOI: 10.1029 / 2006SW000260, 2007. [CrossRef] [Google ученый]
  • Кинтнер, П.М.Дж., ГНСС и ионосферное мерцание - как пережить следующий солнечный максимум, в: InsideGNSS, июль / август, 22–30, http://www.insidegnss.com/auto/julyaug09-kintner.pdf, 2009. [Google ученый]
  • Лю, Ю.-Х., С.-Х. Лю, С.-Й.Su, Глобальная и сезонная морфология мерцаний в экваториальном регионе по данным ROCSAT-1 на месте, Terr. Атмос. Океан. Наук, 23, 95–106, DOI: 10.3319 / TAO.2011.06.30.01 (AA), 2012. [CrossRef] [Google ученый]
  • Майер, К., Б. Белаббас и В. Дункель, Оценка модели ионосферной угрозы, в: ICAO NSP Meeting, 2009-03-17-2009-09-20, Экспериментальный центр ЕВРОКОНТРОЛЯ, Бретиньи (Франция), http: //elib.dlr. de / 58489 /, 2009 г. [Google ученый]
  • Ноак, Т., Э.Энглер и Д. Клен, Высокоскоростная оценка, оценка исходных данных GNSS на основе сети экспериментов и проверки DLR, в: Материалы 18-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации (ION GNSS 2005), сентябрь. , Лонг-Бич, Калифорния, 573–583, http://elib.dlr.de/18935/, 2005. [Google ученый]
  • Огава, Т., К. Синно, М. Фуджита и Дж. Авака, Серьезные возмущения волн ОВЧ и ГГц от геостационарных спутников во время магнитной бури, J. Atmos. Terr. Phys., 42 (7), 637–644, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/00210
  • 7, 1980. [CrossRef] [Google ученый]
  • Пазнухов, В.V., C.S. Carrano, P.H. Доэрти, К. Гровс, Р. Катон и др. Экваториальные плазменные пузыри и сцинтилляции L-диапазона в Африке во время солнечного минимума, Ann. Геофизика, 30 (4), 675–682, http://www.ann-geophys.net/30/675/2012/, 2012. [CrossRef] [Google ученый]
  • Влияние ионосферных мерцаний на GNSS рабочей группы SBAS по ионосфере - Белая книга, http: // waas.stanford.edu/papers/IWG/sbas_iono_scintillations_white_paper.pdf, 2010 г. [Google ученый]
  • Шанмугам С., Дж. Джонс, А. Маколей, А.В. Дирендонк, Эволюция модернизированных ионосферных мерцаний GNSS и мониторинг ТЕС, в: Proceedings of IEEE / ION PLANS, Миртл-Бич, Южная Каролина, апрель 2012 г., стр.265–273, DOI: 10.1109 / PLANS.2012.6236891, 2012. [Google ученый]
  • Срейя, В., М. Акино, З.Г. Элмас и Б. Форте, Корреляционный анализ между уровнями ионосферных мерцаний и характеристиками слежения за приемником, Space Weather, 10 (6), 1-2, S06005, DOI: 10.1029/2012SW000769, 2012 г. [CrossRef] [Google ученый]
  • Срейя, В.В., М. Акино, Б. Форте, З. Эльмас, К. Хэнкок и др., Устранение угрозы ионосферных мерцаний для GNSS в Латинской Америке, J. Space Weather Space Clim., 1 (1), A05, DOI: 10.1051 / swsc / 2011005, 2011 г. [CrossRef] [EDP Sciences] [Google ученый]
  • Симеонидис, Д., Дж. Фортуни-Гуаш, К. О’Дрисколл, А.Б. Мартинес, Оценка параметров мерцания с использованием немодифицированных профессиональных приемников GNSS: технико-экономическое обоснование, в: Материалы 24-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации (ION GNSS 2011), Портленд, Орегон, сентябрь, 2580–2587, http : //azimout.dyndns.org/pdfs/scintillation_parameter_estimation.pdf, 2011 г. [Google ученый]
  • Цунода, Р.Т., Управление сезонным и долготным возникновением экваториальных мерцаний с помощью продольного градиента в интегрированной E-области проводимости Педерсена, J. ​​Geophys. Res. [Космическая физика], 90 (A1), 447–456, DOI: 10.1029 / JA090iA01p00447, 1985. [CrossRef] [Google ученый]
  • Цунода, Р.T., Об экваториальном распространении F: установление гипотезы засева, J. ​​Geophys. Res. [Космическая физика], 115 (A12), A12303, DOI: 10.1029 / 2010JA015564, 2010. [CrossRef] [Google ученый]
  • Ван Дирендонк, А., Дж. Клобучар и К. Хуа, Мониторинг ионосферных мерцаний с использованием коммерческих одночастотных приемников кода C / A, в: Труды 6-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации (ION GPS 1993), сентябрь Солт-Лейк City, UT, 1333–1342, http://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=4318, 1993. [Google ученый]
  • Ву, К., Оптимальное полубескодовое отслеживание фазы несущей L2. НАВИГАЦИЯ, Журнал Института навигации, 47, 82–99, http://www.ion.org/publications/abstract.cfm?jp=j&articleID=2272, 2000. [CrossRef] [Google ученый]

Цитируйте эту статью как : Hlubek N, Berdermann J, Wilken V, Gewies S, Jakowski N, et al.: Мерцания сигналов GPS, ГЛОНАСС и Галилео на экваториальной широте. J. Space Weather Space Clim., 2014, 4 , A22.

Все таблицы

Таблица 1.

В таблице перечислены частоты в МГц GNSS и конкретных каналов, изученных в этой статье. GPS и Galileo используют множественный доступ с кодовым разделением каналов и поэтому используют одну частоту для всех спутников на канал. ГЛОНАСС использует множественный доступ с частотным разделением каналов и, следовательно, имеет отдельные частоты на канал для каждого спутника, заданные базовой частотой, сдвинутой на номер частотного канала (FCN).

Таблица 2.

Средние значения и стандартное отклонение спутника GPS 25 на 11 апреля 2013 г. между [18:00, 19:30] UTC.

Таблица 3.

Агрегированная статистика появления мерцаний за 2013 год. В первом столбце приведены оценки общего влияния амплитудных мерцаний на сигналы. В столбце «все» указано общее количество минут с появлением мерцаний в соответствии с алгоритмом на рисунке 3. В столбце «сб.» Указано среднее время, в течение которого спутник, который пересек Бахир Дар во время мерцаний, был возмущен в 2013 году.

Все рисунки

Рисунок 1.

Созвездие точек прорыва ионосферы в Бахир-Дар, Эфиопия. Синим крестиком отмечено местоположение приемника. Цвет точек прокола соответствует силе амплитудного мерцания S 4 , как показано на цветной полосе ниже. Левый полукруг показывает L1 (C / A) / E1. Правый полукруг показывает GPS L5, ГЛОНАСС L2 и Galileo E5a, если таковые имеются. Число рядом с точкой прокола соответствует идентификатору спутника согласно нотации NMEA i.е. GPS: 1-32, ГЛОНАСС: 65-96, Galileo:> 200.

По тексту
Фигура 2.

Сравнение индекса мерцаний S 4 для различных сигналов спутника GPS 25, 11 апреля 2013 г. в Бахир-Дар, Эфиопия. Цветные сплошные линии - это средние значения S 4 за временной интервал [18:00, 19:30] UTC.

По тексту
Рисунок 3.

Индексы мерцаний S 4 для сигналов L1 (C / A) / E1 для всех спутников, отслеживаемых 11 апреля 2013 г. Маленькие точки - это точки данных, которые были удалены алгоритмом мягкой границы и не считаются принадлежащими событие сцинтилляции.

По тексту
Рисунок 4.

Количество сцинтилляций за 2013 год. Символы представляют собой суммарное время в минутах сцинтилляций в день для соответствующего сигнала.Черные линии показывают скользящую среднюю. Серая заштрихованная область обозначает доступность данных.

По тексту
Рисунок 5.

Агрегированная статистика появления мерцаний в 2013 г. для различных сигналов в зависимости от времени с поправкой на закат. Пунктирные вертикальные линии указывают время заката.

По тексту
Рисунок 6.

Среднее значение S 4 как функция частоты для различных сигналов. Сплошные линии соответствуют данным. На вставке показаны те же результаты с использованием двойной логарифмической оси.

По тексту

Как работает приемник GNSS? (глобальные системы спутниковой навигации)

Большинство приемников GNSS состоит из двух частей; антенну и процессор или приемник. Антенна - это место, где принимаются спутниковые сигналы, в то время как приемник анализирует полученную информацию и превращает ее в измерения, которые мы понимаем, такие как широта и долгота.В системах с двумя антеннами их обычно называют «первичной» и «вторичной» антеннами. Показанный блок RT3000 имеет два встроенных приемника GNSS.

Хотя всю работу выполняют приемники GNSS, фактические измерения, которые они производят, связаны с положением самих антенн. Это важно иметь в виду, поскольку длина антенных кабелей означает, что приемник иногда может находиться на значительном расстоянии от места измерения положения на выходе. Для спутниковых навигаторов и повседневных GPS-устройств это не имеет значения, поскольку они в любом случае редко могут обеспечивать точность более нескольких метров.

Важно понимать, что расчеты положения, скорости и высоты относятся к самой антенне, а не к приемнику. Чтобы понять, как работает GNSS, нам нужно разбить GNSS на части и немного разобраться в каждой из них. Поскольку GPS - это система, с которой люди больше всего знакомы, мы просто рассмотрим ее и разделим на три части:

  • Космический сегмент
  • Контрольный сегмент
  • Пользовательский сегмент

Космический сегмент

Космический сегмент связан со спутниками на орбите.В 2015 году группировка GPS состоит из 32 негеостационарных спутников на средней околоземной орбите, хотя не все спутники активны. Каждый спутник совершает оборот по орбите каждые 11 часов 58 минут и 2 секунды на средней высоте 20 200 км (это радиус орбиты 26 571 км).

Созвездие спутников GPS организовано в шесть равноотстоящих орбитальных плоскостей, по крайней мере, с четырьмя спутниками в каждой плоскости. Такое расположение гарантирует, что минимум четыре спутника могут быть видны на высоте 15 ° над горизонтом практически в любое время из любой точки планеты, хотя на самом деле их обычно больше.

Хотя спутники различаются по возрасту и конструкции, принцип их действия остается прежним. Каждый из них содержит четыре высокоточных тактовых генератора с основной частотой 10,23 МГц, и они постоянно передают две несущие волны в L-диапазоне, которые возвращаются на Землю со скоростью света. Эти несущие волны обозначаются как L1 и L2.

  • Несущая L1 имеет частоту 1575,42 МГц (10,23 МГц × 154 = 1575,42 МГц).
  • Несущая L2 имеет частоту 1227.60 МГц (10,23 МГц × 120 = 1227,60 МГц).

Несущие волны важны, потому что они доставляют информацию со спутника на Землю, и именно эта информация позволяет нашему приемнику определять, где мы находимся. Пожалуйста, смотрите нашу страницу сигнала GPS для получения более подробной информации.

Контрольный сегмент

Сегмент управления относится к ряду наземных станций, расположенных по всему земному шару (близко к экватору), которые используются для отслеживания, управления и отправки информации на каждый из спутников GPS.Это важная роль, поскольку очень важно, чтобы часы на каждом спутнике были синхронизированы, потому что вся система зависит от времени.

Информация об орбите, которая отправляется на каждый спутник, также жизненно важна, потому что она нам нужна, чтобы определить, где находился спутник, когда информация была отправлена. Вся эта информация отправляется на спутники, а затем переносится на ваш GPS-приемник в навигационном сообщении несущей волны L1.

Пользовательский сегмент

Пользовательский сегмент - это часть, которая интересует большинство людей.В этот сегмент входят все или все, у кого есть GPS-приемник; спутниковая навигатор, мобильные телефоны, БПЛА, правоохранительные органы. Итак, как это работает?

Как мы уже видели, над нашими головами вращается группа спутников, отправляющих на Землю постоянный поток информации со скоростью света. Чтобы понять, как это помогает определить наше местоположение, требуется немного времени, но он основан на процессе, называемом трилатерацией.
Прежде чем мы будем слишком вовлечены, мы должны исправить распространенное заблуждение.Приемник GNSS внутри вашей спутниковой навигатора или телефона ни в коем случае не отправляет какую-либо информацию на спутники. Приемники, которые мы используем сегодня, полностью пассивны - они принимают только информацию. Когда европейская система Galileo работает, ее приемники будут немного отличаться, потому что будет аварийная функция, которая будет отправлять информацию при активации, но это не будет применяться при нормальной работе.

Когда вы слышите, как люди говорят о том, что что-то отслеживается GPS, например, бронированный автомобиль, происходит следующее.Приемник GNSS на транспортном средстве принимает сигналы со спутников и определяет, где он находится. Как только он узнает свое местоположение, он отправляет эту информацию, используя другую систему, например, соединение для передачи данных GSM, обратно на некоторую станцию ​​мониторинга.

Итак, на данный момент приемники GNSS работают, принимая сигналы, отправленные с соответствующих спутников на орбите. Используемые сигналы зависят от типа приемника.Приемник GPS может использовать только сигналы спутников GPS, тогда как приемник ГЛОНАСС может использовать только сигналы спутников ГЛОНАСС. Однако есть еще один вид приемника, который может принимать сигналы от обоих типов спутников (GPS и ГЛОНАСС), чтобы увеличить свои измерения.

Итак, теперь мы обсудили, как работает приемник GNSS. Чтобы дать исчерпывающий ответ на вопрос « Что такое GNSS?» , следующим объектом исследования являются приемники GPS .

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *