Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow GPS

Измерение расстояния до спутника

Поскольку в GPS основными данными для авиационных расчетов являются расстояния от объекта до космических спутников, нам следует вооружиться каким-либо методом, позволяющим определять насколько далеко мы находимся от того или иного спутника.

Возможно, это вас удивит, что самая фундаментальная идея, лежит в основе метода измерения расстояния до GPS спутников, является ни чем иным, как известной формулой, которой нас всех научили еще в школе - «расстояние - есть скорость, умноженная на время в пути». Помните условия задачи: «Какой путь проехал автомобиль, если он в течение двух часов двигался со скоростью 60 миль в час?». Конечно же путь (120 миль) мы получим, если умножим скорость автомобиля (60 миль в час) на время в пути (2 часа).

Система GPS измеряет время прохождения радиосигналов расстояния от спутника до антенны приемника и по измеренному времени рассчитывает пройденный сигналом путь.

Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света, равной 186 000 миль (300 000 километров) в секунду. Если мы сможем точно зафиксировать момент времени, в который спутник начал передавать сигнал, и момент, в который мы этот сигнал приняли, то можно будет рассчитать величину промежутка времени за который сигнал спутника дошел до приемника. Затем, умножив полученную величину на скорость 186 000 миль (300 000 километров) в секунду, мы получим значение дальности спутника. (Напомним, что для определения местоположения объекта нужно знать значения дальности трех различных спутников).

Так как скорость света чрезвычайно высока, мы должны использовать часы. которые могут вести отсчет весьма малых промежутков времени. Так если, например, спутник находится прямо над нами, то для прохождения его сигналом всего расстояния до приемника требуется только 0,06 секунды.

По самой своей сути GPS - порождение революции в электронике, ведь столь высокая точность измерения времени стала возможной лишь с появлением сверхточных и в тоже время недорогих электронных часов. Всем, конечно, хорошо знакомы кварцевые наручные часы стоимостью всего 20 долларов, и имевшие потрясающе точный ход. Так вот в GPS используются, еще более совершенные часы. Большинство приемников могут измерять время с наносекундной точностью, а ведь это значит - с точностью до 0,000000001 секунд. О том, как это делается мы сейчас расскажем.

Как зафиксировать момент излучения сигнала спутником?

При измерении времени прохождения спутникового сигнала, весь фокус в том, чтобы точно зафиксировать момент, в который сигнал ушел со спутника. Чтобы это стало возможным, разработчики системы GPS пришли к весьма мудрому решению: так синхронизировать аппаратуру спутника и приемник, чтобы они одновременно генерировали одинаковый код. После того как код переданный спутником, принят, остается только оглянуться назад и выяснить, когда точно такой же код был сформирован нашим приемником. Разница между этими моментами времени как раз и определит время прохождения сигнала от спутника до приемника.

Простой пример из жизни

Для того, чтобы наглядно представить себе, как все это происходит, вообразите себя и своего приятеля, стоящими на противоположных краях футбольного поля. Теперь давайте предположим, что есть способ проконтролировать, что вы оба в один и тот же момент времени начинаете считать до десяти. Вы оба считаете и громко выкрикиваете числа.

Первое, что вы слышите, стоя на своем краю поля, это то, как вы сами кричите: «Раз... два... три....», а чуть позже вы слышите голос вашего приятеля: «Раз - два...» и так далее. Вы уже, возможно, начинаете кричать: «три» - как раз тогда, когда слышите, что он выкрикнул «раз». Это объясняется тем, что для того, чтобы звук его голоса долетел до вас через все поле, потребуется какое-то время.

Поскольку кричать вы начали одновременно, то можно измерить промежуток времени между тем моментом, в который вы сами крикнули: «раз» и тем моментом, когда вы услышали, что «раз» выкрикнут ваш приятель. Величина этого промежутка определяет время прохождения звуком расстояния, равного длине футбольного поля. Именно так и работает система GPS.

Преимущество использования кодовых последовательностей или в случае нашей аналогии последовательности чисел заключается в том, что с их помощью вы можете производить измерения в любое время. Нет никакой необходимости измерять промежуток времени между теми именно моментами, когда вы прокричали «раз» и услышали. как ваш приятель тоже выкрикнул «раз». Вы прекрасно можете определить эту же самую величину, измерив, промежуток между моментом, когда вы выкрикнули, например, «восемь», и моментом, когда услышали что «восемь» выкрикнул ваш приятель.

Псевдослучайные коды

Однако в системе GPS используются совсем не числа: и аппаратура спутников, и приемники генерируют последовательности весьма сложных цифровых кодов. Сложность самих кодов позволяет упростить процедуру сравнения, устранить возникающие в процесс сравнения неоднозначности и кое-что еще, о чем мы сейчас и расскажем. Эти коды настолько сложны, что внешне выглядят как длинные цепочки случайных импульсов.

Ничего случайного, конечно, в этих кодах нет. Они представляют собой тщательно подобранные псевдослучайные последовательности, повторяющиеся каждую миллисекунду. Такие коды обычно называют псевдослучайными кодами.

Краткие тезисы:

  • * Расстояние до спутника определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до антенны GPS приемника.
  • * Предполагается, что аппаратура спутников и приемники генерируют одинаковые псевдослучайные коды в одни и те же моменты времени.
  • * Время прохождения сигнала спутника определяется по задержке принятого кода, относительно такого же кода, сформированного приемником
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
GPS - Глобальная Навигационная Система