Основной принцип работыGPS-навигационная системазаключается в измерении расстояния между спутником с известным положением и приемником пользователя, а затем объединении данных нескольких спутников, чтобы узнать конкретное положение приемника. Для этого положение спутника можно найти в эфемеридах спутника по времени, зафиксированному бортовыми часами. Расстояние от пользователя до спутника получается путем записи времени, в течение которого спутниковый сигнал проходит до пользователя, а затем умножения его на скорость света (из-за интерференции ионосферы в атмосфере это расстояние не является реальным расстояние между пользователем и спутником, но псевдодальность (PR): когда спутники GPS работают нормально, они будут продолжать передавать навигационные сообщения с псевдослучайными кодами (называемыми псевдокодами), состоящими из двоичных символов 1 и 0. Это два типа псевдокодов, используемых системами GPS, а именно: гражданский код C/A и военный код P(Y). Частота кода C/A составляет 1,023 МГц, период повторения – одна миллисекунда, а интервал кода – 1 микросекунда. , что эквивалентно 300 м; частота кода P составляет 10,23 МГц, а период повторения составляет 266,4 дня. Интервал составляет 0,1 микросекунды, что эквивалентно 30 м. Код Y формируется на основе кода P, и показатели безопасности лучше. Навигационное сообщение включает спутниковые эфемериды, условия работы, коррекцию часов, коррекцию ионосферной задержки, коррекцию атмосферной рефракции и т. д. Информация. Он демодулируется из спутникового сигнала и передается на несущей частоте с модуляцией 50 бит/с. Каждый основной кадр навигационного сообщения содержит 5 подкадров длительностью кадра 6 с. Первые три кадра содержат по 10 слов; каждый Повторяется каждые 30 секунд и обновляется каждый час. Последние два кадра имеют в общей сложности 15000b. Содержимое навигационного сообщения в основном включает в себя коды телеметрии, коды преобразования, а также первый, второй и третий блоки данных, наиболее важными из которых являются эфемеридные данные. Когда пользователь получает навигационное сообщение, извлеките спутниковое время и сравните его со своими собственными часами, чтобы узнать расстояние между спутником и пользователем, а затем используйте данные спутниковых эфемерид в навигационном сообщении для расчета положения спутника при передаче. сообщение. Могут быть известны положение и скорость пользователя в геодезической системе координат WGS-84.
Видно, что роль спутниковой частиGPS-навигационная системазаключается в непрерывной передаче навигационных сообщений. Однако, поскольку часы, используемые приемником пользователя, и бортовые часы спутника не всегда могут быть синхронизированы, помимо трехмерных координат пользователя x, y и z, a Δt, разница во времени между спутником и приемником , также представлено как неизвестное число. Затем используйте 4 уравнения, чтобы решить эти 4 неизвестных. Поэтому, если вы хотите знать, где находится приемник, вы должны иметь возможность принимать как минимум 4 спутниковых сигнала.
The GPS-приемникможет получать информацию о времени с точностью до наносекунды, которую можно использовать для определения времени; прогнозные эфемериды для прогнозирования приблизительного положения спутника на ближайшие несколько месяцев; трансляция эфемерид для расчета спутниковых координат, необходимых для позиционирования, с точностью от нескольких метров до десятков метров (отличных от спутниковых, изменяющихся в любой момент); иGPS-системаинформацию, такую как статус спутника.
The GPS-приемникможет измерить код, чтобы получить расстояние от спутника до приемника. Поскольку он содержит погрешность спутниковых часов приемника и ошибку распространения в атмосфере, его называют псевдодальностью. Псевдодальность, измеренная для кода 0А, называется псевдодальностью кода UA, а точность составляет около 20 метров. Псевдодальность, измеренная для P-кода, называется псевдодальностью P-кода, а точность составляет около 2 метров.
The GPS-приемникдекодирует принятый спутниковый сигнал или использует другие методы для удаления информации, модулированной на несущей, после чего несущую можно восстановить. Строго говоря, фазу несущей следует называть фазой частоты биения несущей, которая представляет собой разницу между фазой несущей принимаемого спутникового сигнала, на которую влияет доплеровский сдвиг, и фазой сигнала, генерируемой локальными колебаниями приемника. Обычно измеренное в эпоху, определенное часами приемника и отслеживающее спутниковый сигнал, значение изменения фазы может быть записано, но начальное значение фазы приемника и спутникового генератора в начале наблюдения неизвестно. Целое число фазы начальной эпохи также неизвестно, то есть неоднозначность всей недели может быть решена только как параметр при обработке данных. Точность измерения фазы достигает миллиметров, но целью является устранение неоднозначности всей окружности. Таким образом, значение фазового наблюдения можно использовать только при наличии относительного наблюдения и значения непрерывного наблюдения, а точность позиционирования, которая лучше, чем уровень измерителя, может быть использована только для фазовых наблюдений.
По методу позиционирования GPS-позиционирование делится на позиционирование по одной точке и относительное позиционирование (дифференциальное позиционирование). Одноточечное позиционирование — это способ определения положения приемника на основе данных наблюдения приемника. Он может использовать только наблюдения псевдодальности и может использоваться для грубой навигации и позиционирования транспортных средств и кораблей. Относительное позиционирование (дифференциальное позиционирование) — метод определения относительного положения между точками наблюдения на основе данных наблюдений более чем двух приёмников. Он может использовать либо наблюдения псевдодальностей, либо фазовые наблюдения. Следует использовать геодезические или инженерные измерения. Используйте фазовые наблюдения для относительного позиционирования.
GPS-наблюдениявключают разницу часов спутников и приемников, задержку распространения в атмосфере, эффекты многолучевости и другие ошибки. На них также влияют ошибки эфемерид спутникового вещания во время вычислений позиционирования. Наиболее распространенные ошибки вызваны относительным расположением. Отмена или ослабление, поэтому точность позиционирования будет значительно улучшена. Двухчастотный приемник может компенсировать основную часть ионосферной ошибки в атмосфере на основе наблюдений на двух частотах. ), следует использовать двухчастотные приемники.
