Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow GPS

Задержки сигнала в ионосфере и атмосфере

Для того чтобы каждый элемент системы работал с максимальной точностью разработчики GPS проявили массу изобретательности: атомные часы на спутниках, компенсация погрешностей часов приемника вводом дополнительных величин дальности, ретрансляция спутниками поправок собственного положения на орбитах с точностью до минуты. Однако, существуют источники ошибок, воздействие которых на систему установить чрезвычайно трудно, до какого 6ы совершенства мы систему не до вели.

По-видимому, наиболее значительным источником таких ошибок является ионосфера Земли - слои электрически заряженных частиц на высоте 80 - 120 миль над земной поверхностью. Эти заряженные частицы оказывают существенное влияние на скорость распространения света, а значит на скорость прохождения GPS сигнала. Вы можете возразить: - Скорость света, это - одна из самых стабильных констант во вселенной, поэтому давайте не будем делать из этого проблему.

На самом деле, скорость света, постоянна только для вакуума, который существует лишь в глубоком космосе. Но при распространении света, также как и радиосигналов, в более плотных средах, к которым можно отнести и слои заряженных частиц, толщиной во много миль, его скорость несколько замедляется. Это замедление вводит на нее все наши расчеты расстояний, поскольку при этих расчетах предполагалось постоянство скорости света.

Вспомним машину из школьной задачки: «Как далеко уедет машина, если она в течение 2-х часов движется со скоростью 60 миль на час?» Только представьте, как трудно будет найти ответ, если парню, который сидит за рулем, взбредет в голову, не предупредив нас остановиться по дороге и купить себе содовой. Вот примерно так и обстоят дела со счетом. Только его скорость замедляется или возрастает, в зависимости от характеристик той среды, через которую он проходит.

Существуют методы минимизации ошибок, вызванные вариацией значения скорости света. Мы можем, например, заранее определить усредненное значение вариации скорости света в зависимости от типичной суточной ионосферной обстановки и вводить соответствующую поправку во все навигационные расчеты. Это поможет, но, к сожалению, не каждые сутки ионосферную обстановку можно назвать «типичной».

Другой путь заключается в определении и вменения скорости прохождения сигнала измерением относительных скоростей двух других сигналов. Конечно, это уже - вторжение в святая святых физики, но основная идея довольно проста - при прохождении света сквозь ионосферу его скорость уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты излучений. Чем ниже частота сигнала, тем значительнее снижается его скорость.

Таким образом, если сравниваются времена прохождения двух составляющих GPS сигнала с различными частотами, можно определить величину снижения скорости прохождения всего сигнала. Такой метод коррекции весьма сложен и нашел применение только в наиболее совершенных двух частотных GPS приемниках. Он получил название - устранение ионосферных воздействий и действительно позволяет устранить большинство ошибок, связанных с воздействиями такого рода.

После того, как GPS сигнал благополучно миновал ионосферу, он попадает в атмосферу Земли, где происходит все, что, связано с погодой. Здесь он подвергается воздействию других факторов, таких как, например, испарения воды. Хотя ошибки, вызванные влиянием атмосферы, и сходны по величине с ионосферными ошибками, их, как это ни печально, скорректировать практически невозможно. К счастью, их суммарное воздействие на результаты GPS позиционирования не вызывает значительного снижения его точности.

Задержки сигнала в ионосфере и атмосфере определяют только один из видов ошибок, сказывающихся на результатах наших измерений. Однако поскольку речь зашла о снижении точности, давайте, перечислим все факторы, оказывающие влияние на конечную точность GPS измерений.

Несмотря на все свои потрясающие качества, атомные часы на 6opтy спутников остаются источником небольших погрешностей. Министерство Обороны США осуществляет постоянный контроль за ходом 6ортовых часов и «подводит» их при появлении даже самых незначительных отклонений. Однако они все равно продолжают время от времени вносить ошибки в результаты измерений.

Наземные GPS приемники, как и атомные бортовые часы спутников, тоже время от времени делают ошибки. Приемник может, например, весьма приблизительно выполнить какой-либо расчет или, под влиянием помех, ошибочно идентифицировать псевдослучайные коды. Такие ошибки обычно бывают либо очень незначительными, либо - весьма существенными. Существенные ошибки обнаружить достаточно просто, поскольку они в большинстве случаев очевидны, а вот уследить за малыми погрешностями вычислений бывает, под час, чрезвычайно трудно. В каждое измерение приемник может вносить погрешность величиной в несколько футов.

Другой разновидностью являются ошибки, вызываемые эффектом многолучевого распространения сигнала. Эта разновидность не относятся ни к категории аппаратных ошибок GPS спутников, ни приемников. Ошибки многолучевого распространения возникают, когда сигналы на пути от передатчика к приемнику подвергаются сильному преломлению. В результате он не идет к антенне приемника строго по прямой, а следует каким-то кружным путем. Благодаря этому эффекту в телевидении возникает «двоение» изображения. Чтобы свести к минимуму воздействие эффекта многолучевого распространения, сигнал в современных приемниках подвергается специальной предварительной обработке, кроме того, неплохой эффект дает использование антенн специальной конструкции. Однако в отдельных случаях данные перечисленные средства не избавляют полностью результаты GPS измерении от погрешностей, вызванных эффектом многолучевого распространения сигнала.

Мы говорим - ошибка, подразумеваем - снижение точности.

Результатом суммарного воздействия всех рассмотренных нами источников ошибок является некоторое снижение точности результатов GPS измерении. Потому вместо утверждения о том, что что-то находится на расстоянии десяти футов, мы вынуждены говорить, что это «что-то» находится от нас на расстоянии десяти футов плюс/минус одна десятая дюйма. Выражаясь формально, мы пользуемся линейкой с неточно обозначенным нулем.

К счастью, суммарное снижение точности не приводит к большой погрешности. На практике GPS может определить координаты: занимаемой вами позиции с точностью не хуже ста футов, и точность позиционирования оказывается тем выше, чем более совершенный приемник при этом используется.

Геометрия. Углы «хорошие» и углы «плохие».

Для достижения максимальной точности в хороших GPS приемниках для учета самых тонких моментов используется принцип, названный «Геометрическим Снижением Точности» («Geometric Deluticr. of Precision») или GDOP.

Формулировка GDOP звучит, вроде бы, как: «здесь у нас есть какая-то ошибка» - на самом деле он говорит о том, что результаты позиционирования могут оказаться лучше или хуже в зависимости от того, какие спутники вы при этом использовали.

И это вовсе не потому, что один спутник лучше, а другой - хуже сам по себе. Просто, в зависимости от их относительного расположение в небе, геометрия может усилить или ослабить воздействия всех, рассмотренных нами ранее факторов снижения точности позиционирования.

В этом можно усмотреть некоторую аналогию с тем, как игрок на бильярде готовится к удару. Он знает, что при определенных углах между шарами, может позволить себе при ударе некоторую небрежность и, тем не менее, попасть в лузу, другие же углы увеличивают любые, даже самые не значительные погрешности в исполнении удара, превращая его в промах.

Хорошие приемники располагают программами анализа относительного расположения всех, находящихся в зоне их видимости, спутников и отбора для выполнения позиционирования четырех, расположенных таким образом, чтобы размеры площади области неопределенности оказались, возможно, меньшими. Еще более совершенные приемники выполняют позиционирование по всем спутникам, находящимся в поле их зрения. Вот таким образом величина ошибки, вызванной воздействием фактора GDOP, сводится к минимуму.

Точность GPS.

Конечная точность системы GPS определяется суммарным значением всех ошибок. Влияние каждого источника во многом зависит от технического состояния оборудования и атмосферных условий.

Кроме того, точность системы может быть снижена преднамеренно, чтобы в случае необходимости помешать возможному противнику получить тактическое преимущество за счет использования GPS.

Краткие тезисы:

  • * Ионосфера и атмосфера вызывают задержку прохождения GPS сигнала, которая затем трансформируется в ошибки позиционирования.
  • * Некоторые ошибки можно устранить, используя математические модели сред прохождения сигналов.
  • * Другими источниками ошибок являются бортовые часы спутников, приемники, а также эффект многолучевого распространения сигналов.
  • * Геометрия расположения спутников на небе может усиливать воздействие различных источников ошибок
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
GPS - Глобальная Навигационная Система