Вимір псевдовіддалі

Псевдовіддаль є однієї з головних вимірювальних інформацій, необхідних для визначення координат споживача. Для оцінки координат у тривимірному просторі потрібно виміряти псевдовіддалі мінімум до чотирьох навігаційних супутників на даний момент часу. Виміряна псевдовіддаль до i-го супутника виражається співвідношенням:

(2.18)

де c - швидкість світла; t_пр - час у приймачі, на який проводяться виміри; t_i,Sv - час випромінювання фрагмента сигналу i-го супутника, що приймається приймачем. Розрізняють кодову й фазову псевдовіддалі. Кодова псевдовіддаль оцінюється через відліки псевдовипадкових кодів супутників, фазова - через цілі й дробові складові довжини хвилі несучої частоти.

Вимір псевдовіддалі в GPS. При вимірах псевдовіддалі враховуються розбіжності між шкалою системного часу GPS і часом кожного навігаційного супутника, які компенсуються із застосуванням коефіцієнтів кубічного полінома, переданих у словах 7...10 підкадру 1. Помилка шкали часу приймача визначається при рішенні навігаційної задачі.

Процедури виміру псевдовіддалі багато в чому залежать від принципу побудови приймача й елементної бази. Розглянемо основні принципи, вживані в приймачах для оцінки псевдовіддалі.

Використання інформації, переданої з навігаційних супутників. Передача інформації з навігаційних супутників здійснюється безперервно. Відлік початку передачі даних установлюється щотижня в ніч (0 годин UTC) із суботи на неділю. Дані слідують в послідовності 1.5 підкадрів і повторюються через кожних 30 з (мал. 4. 16). Протягом тижня передається 100800 підкадрів або 20160 кадрів.

Рисунок 2.1 - Дані супутника протягом тижня

Кожний підкадр містить преамбулу з 8 двійкових символів 10001011 (на рис.2.1- суцільна чорна лінія); z-рахунок зі слова 2 підкадра з 17 двійкових символів; порядковий номер підкадру із трьох двійкових символів 001 (1), 010 (2), 011 (3), 100 (4), 101 (5) і іншу інформацію, розглянуту раніше. Преамбулаоднакова для всіх супутників і всіх підкадрів і повторюється кожні 6 с. Значення будь-якого z-рахунку поточного підкадру помножене на чотири, вказує час початку відліку від початку поточного тижня, з якого почнеться відлік наступного підкадру. Інформація про номер тижня міститься в перших 10 розрядах слова 3 підкадру 1.Крім викладеного синхронно з початком кожного біта інформації з навігаційного супутника передається псевдовипадковий C/A-код, що має період повторення 1 мс і містить 1023 символа. В одному інформаційному символі втримується 20 періодів C/A-коду. Таким чином, інформація, закладена в дані кожного супутника, може застосовуватися для визначення часу випромінювання якого-небудь фрагмента даних.

Нехай навігаційний приймач виявив сигнал супутника, перейшов у режим спостереження за сигналом по допплерівській частоті й C/A-коду, демодулював дані підкадру 1 і перевірив прийняту інформацію по бітам парності. Тоді зі слова 2 по z-рахунку може бути визначений час початку передачі підкадру 2. По номеру поточного тижня зі слова 3 підкадру 1 визначаються рік, місяць і день початку тижня. По відліку часу від початку передачі підкадра 2 моменти відліку будь-якого фрагмента сигналу, оскільки на осі часу відомі положення символів переданої інформації, кратні 20 мс (тривалість інформаційних символів), а всерединосимвольні відліки кратні періоду повторення C/A-коду (1 мс). Якби годинники приймача були ідентичні по точності годинникам супутника, то вимір часу поширення сигналу від супутника до споживача не представляло б складності. На

Рисунок 2.2 - Перші від початку підкадру фазові переходи

зображено фрагмент сигналу супутника, що характеризується першим від початку підкадру фазовим переходом, обумовленим фазовою маніпуляцією несучої частоти інформаційними символами. Цей же фазовий перехід у нижній частині рис.2.2 зареєстрований у момент прийому сигналу. Оскільки відлік ведеться по одній й тій же шкалі часу, сполученої з початком підкадру, то псевдовіддаль визначається по формулі (2.18). У реальних приймачах, як правило, не встановлюються атомні синхронізатори часу. Шкала часу приймача має точність, на кілька порядків меншу шкали часу супутника.

1. Процедури відліку часу в приймачі. Обробці супутникового сигналу в приймачі передує перетворення сигналу в цифрову форму за допомогою дискретизації. Частота дискретизації у два й більше рази більше частоти проходження імпульсів C/A-коду. Цифровий сигнал піддається кореляційній обробці. По максимумах кореляційний функції виробляються тимчасові відліки фрагментів сигналу супутника. Сучасні мікросхеми кореляторів характеризуються багатоканальністю й високими частотами дискретизації. Це дозволяє робити одночасну обробку сигналів супутників, що перебувають у зоні видимості споживача. Одним з методів визначення часу затримки сигналів при поширенні від супутника до споживача складається в оцінці відносної затримки прийому сигналів супутників. Метод заснований на тім, що при рішенні навігаційної задачі визначення координат ітераційним алгоритмом із застосуванням методу найменших квадратів досить знати відносні затримки часу поширення сигналів від супутника до споживача. Другим важливим чинником є те, що відносна затримка сигналу супутника в зеніті й супутника на лінії обрію менше 20 мс. На рис.2.3 зображено розраховану залежність (вісь ординат у мс) затримки сигналу в просторі від кута видимості супутника (вісь абсцис у градусах).

Рисунок 2.3- Залежність часу поширення сигналу супутника від кута видимості

Як випливає з рис.2.3, максимальна різниця між низьким і високим супутниками трохи менше 19 мс. Це дає підставу організувати наступну схему виміру відносної затримки часу. Розглянемо символи преамбули з високочастотним заповненням рис.2.4.Фазові переходи мають місце між 1 і 2; 4 і 5; 5 і 6; 6 і 7.

Рисунок 2.4 - Зображення фазоманіпульованого сигналу преамбули

символами. Оскільки супутники практично в той самий момент часу випромінюють однакові фрагменти сигналу, те фазові переходи, що відповідають тим самим фрагментам сигналу в приймачі, займуть діапазон у межах, трохи менших 20 мс по шкалі часу приймача. Ці фазові переходи можуть служити початками відліку однакових фрагментів випроменених сигналів супутників у відповідних каналах приймача. Маючи опорні моменти відліку фрагментів випроменених супутниками сигналів на шкалі часу приймача, можуть бути визначені відносні затримки сигналів супутників на даний момент проведення вимірів. При цьому темп вимірів, погрішності відліків часу, дозвіл, маркування шкали часу приймача визначаються мікропроцесорною елементною базою, застосовуваної в приймачі. Припустимо, що після виконання всіх описаних процедур отримані відносні затримки часу поширення фрагментів сигналів на даний момент часу t по шкалі часу приймача. Позначимо їх через Dt_i (i=1…k- умовні номери k супутників у зоні видимості приймача). Всі Dt_i лежать у межах 19 мс. Затримка сигналу лежить у межах 67...86…86 мс. При одержанні Dt_i ми фактично з кожного значення затримки фрагмента сигнали віднімали постійну величину. Якщо цю величину позначити через DЗ, то вираження (2.18) прийме вид:

(2.19)

де DІз при рішенні навігаційної задачі вибирається досить довільно. При цьому варто мати на увазі, що розмірність вираження, що стоїть в дужках у формулі (2.19) у мс, а отже - швидкість світла з повинна бути перелічена в м/мс для одержання псевдовіддалі в метрах. При використанні формули (2.19) виходять дуже грубі значення псевдовіддалей. Проте вони застосовуються при рішенні навігаційної задачі. Після визначення координат споживача по формулах (2.31) або (2.33) розраховуються дальності до супутників, а потім, якщо в цьому є необхідність, розраховуються й абсолютні затримки часу поширення фрагментів сигналу від супутника до споживача шляхом розподілу розрахованих дальностей на швидкість світла.

На закінчення відзначимо, що при визначенні відносних затримок фрагментів сигналів супутників на даний момент часу потрібно врахувати всі тимчасові виправлення: розбіжність шкал часу супутників і системної шкали GPS, іоносферні й тропосферні виправлення, а також інші корекції, для яких є алгоритми.

Поиск по сайту: