Лекція №12. Система позиціонування GPS

NAVSTAR – NAVigation Satellites providing Time And Range. GPS (англ. Global Positioning System - глобальна система місцевизначення) — супутникова система навігації.

GPS складається з трьох сегментів:

• управління;
• космічний сегмент;
• сегмент користувачів.

Контрольні станції ведуть спостереження за супутниками та здійснюють високоточне визначення відстаней.

Головна станція за цими даними:

• визначає параметри орбіт;
• визначає похибки бортових годинників;
• визначає коефіцієнти моделі іоносфери ;
• формує повідомлення, які станціями зв'язку
• закладаються на борт супутників;
• коректує орбіти супутників.

Космічний сегмент GPS складається з 32 супутників: 24 цільових та 8 резервних супутника.

Супутники:

• розташовані в шести площинах, розвернутих через 60˚ по довготі верхобіжного кута (точка, в якій площина орбіти супутника перетинає екватор);
• ексцентриситет орбіт становить від 0,02 до 0,001 – орбіти близькі до кругових;
• приблизна висота обертання супутників H = 20150 км;
• період обертання T дорівнює близько 11 годин 58 хвилин;
• нахил орбіти (це кут між площиною орбіти супутника і площиною відліку (базовою площиною - для штучних супутників Землі за площину відліку зазвичай вибирають площину екватора Землі)) i = 55˚.

Кожні 30 секунд супутник передає навігаційні повідомлення, в яких містяться дані про положення супутника на певний час, дані про якість сигналу, похибку супутникового годинника та коефіцієнти моделі іоносфери.

Сегмент користувачів складається з GPS- приймачів різних типів. Для високоточних вимірювань в геодезії та геодинаміці використовуються спеціалізовані двохчастотні багатоканальні приймачі, здатні здійснювати як кодові, так і фазові вимірювання в усіх можливих режимах.

Для навігації, моніторингу транспортних засобів та широкого кола інших подібних задач застосовуються значно простіші та дешевші приймачі, здатні виконувати вимірювання тільки спостереженням за кодом сигналів.

В американській GPS використовується система координат World Geodetic System (WGS-84) - всесвітня геодезична система, прийнята у 1984 році. У глобальній навігаційній супутниковій системі «Глонасс» використовується ПЗ-90 - система параметрів Землі, прийнята у 1990 році. WGS-84 та ПЗ-90 відрізняються параметрами земного еліпсоїда, тому координати, використовувані в цих геодезичних системах, можуть розходитися на 100-150 м.

Основні ідеї, що використовуються у системі GPS:

• Місцевизначення за відстанню до супутників.
• Вимірювання відстаней до супутників.
• Забезпечення точної прив'язки за часом.
• Визначення положення супутника в просторі.
• Компенсація похибок.
•