global pointing system

44
Sistemul de poziționare globală (GPS) este un sistem de navigație prin satelit sistem care oferă informații despre locație și timp în toate condițiile meteorologice, oriunde pe sau în apropierea Pământului unde există o linie liberă de vedere la patru sau mai mulți sateliți GPS. [1] Sistemul oferă capabilități critice pentru utilizatorii militari, civile și comerciale din întreaga lume. Acesta este menținută de către guvernul Statelor Unite și este accesibil pentru oricine cu un receptor GPS . Proiectul a fost dezvoltat în 1973 pentru a depăși limitele sistemelor de navigație anterioare, [2], integrarea idei de la mai multi predecesorii, inclusiv un număr de studii de proiectare tehnică clasificate din anii 1960. GPS-ul a fost creat si realizat deDepartamentul Apararii al SUA (DoD) și a fost condusă inițial cu 24 de sateliți. A devenit deplin operațional în 1995. Bradford Parkinson , Roger L. Easton , și Ivan A. Noțiuni sunt creditate cu inventarea ea. Progresele tehnologice și noile cerințe privind sistemul existent au dus acum la eforturile de modernizare a sistemului GPS și punerea în aplicare următoarea generație de GPS-III sateliți și sistemul de control operațional Next Generation (OCX). [3] Anunturi de vicepreședinte Al Gore și Casa Albă în 1998 a inițiat aceste schimbări. În anul 2000, Congresul SUA a autorizat efortul de modernizare, GPS III. În plus față de GPS, alte sisteme sunt în uz sau în curs de dezvoltare. Global System radionavigație prin satelit rusesc (GLONASS ) a fost dezvoltat în același timp cu GPS, dar a suferit de acoperire incompletă a globului până la mijlocul anilor 2000. [4] Există, de asemenea, planificate Uniunii Europene sistemul de poziționare Galileo , India indian regional de navigație prin satelit , și chineză de navigație prin satelit Beidou . Istorie Designul de GPS se bazează parțial pe sisteme similare terestre de radio- navigație, cum ar fi LORAN și Decca Navigator , dezvoltat la începutul anilor 1940 și utilizate de către British Royal Navy în timpul al doilea război mondial .

description

Gps

Transcript of global pointing system

Page 1: global pointing system

Sistemul de poziționare globală (GPS) este un sistem de navigație prin satelit sistem care oferă informații despre locație și timp în toate condițiile meteorologice, oriunde pe sau în apropierea Pământului unde există o linie liberă de vedere la patru sau mai mulți sateliți GPS. [1] Sistemul oferă capabilități critice pentru utilizatorii militari, civile și comerciale din întreaga lume. Acesta este menținută de către guvernul Statelor Unite și este accesibil pentru oricine cu un receptor GPS .

Proiectul a fost dezvoltat în 1973 pentru a depăși limitele sistemelor de navigație anterioare, [2], integrarea idei de la mai multi predecesorii, inclusiv un număr de studii de proiectare tehnică clasificate din anii 1960. GPS-ul a fost creat si realizat deDepartamentul Apararii al SUA (DoD) și a fost condusă inițial cu 24 de sateliți. A devenit deplin operațional în 1995. Bradford Parkinson , Roger L. Easton , și Ivan A. Noțiuni sunt creditate cu inventarea ea.

Progresele tehnologice și noile cerințe privind sistemul existent au dus acum la eforturile de modernizare a sistemului GPS și punerea în aplicare următoarea generație de GPS-III sateliți și sistemul de control operațional Next Generation (OCX). [3]Anunturi de vicepreședinte Al Gore și Casa Albă în 1998 a inițiat aceste schimbări. În anul 2000, Congresul SUA a autorizat efortul de modernizare, GPS III.

În plus față de GPS, alte sisteme sunt în uz sau în curs de dezvoltare. Global System radionavigație prin satelit rusesc (GLONASS ) a fost dezvoltat în același timp cu GPS, dar a suferit de acoperire incompletă a globului până la mijlocul anilor 2000.[4] Există, de asemenea, planificate Uniunii Europene sistemul de poziționare Galileo , India indian regional de navigație prin satelit , și chineză de navigație prin satelit Beidou .

IstorieDesignul de GPS se bazează parțial pe sisteme similare terestre de radio-navigație, cum ar fi LORAN și Decca Navigator , dezvoltat la începutul anilor 1940 și utilizate de către British Royal Navy în timpul al doilea război mondial .

Predecesorii

În 1956, fizicianul german-american Friedwardt Winterberg [5] a propus un test de relativității generale - detectarea timp încetinirea într-un puternic gravitațional câmp, folosind precise ceasuri atomice plasate pe orbita in interiorul sateliți artificiali. Calcule folosind relativitatea generală stabilit că ceasurile de pe sateliții GPS ar fi vazut de observatori Pamantului pentru a rula 38 de microsecunde mai rapid pe zi (decât cele de pe Pământ), iar acest lucru a fost corectat în proiectarea de GPS. [6]

Uniunea Sovietică a lansat primul satelit artificial, Sputnik , în 1957. Doi fizicieni americani, William Guier și George Weiffenbach, de la Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(APL), a decis să monitorizeze transmisiile radio Sputnik lui. [7] În câteva ore au dat seama că, din cauza efectului Doppler , acestea ar putea identifica în cazul în care a fost satelitul de-a lungul orbitei

Page 2: global pointing system

sale. Directorul APL le-a dat acces la lor UNIVAC a face calculele necesare grele. Primăvara anului viitor, Frank McClure, director adjunct al APL, a cerut Guier și Weiffenbach pentru a investiga invers a problemelor pentru identificarea locației utilizatorului, dat fiind că a satelitului. (La acea vreme, Marina a fost in curs de dezvoltare lansat-submarin Polaris rachete, ceea ce le este necesar să cunoască locația submarin a.) Aceasta ia și APL au condus la dezvoltarea de tranzit sistemul. [8] În 1959, ARPA (redenumit DARPA în 1972) De asemenea, a jucat un rol în tranzit. [9] [10] [11]

Primul sistem de navigație prin satelit, Transit, folosit de Statele Unite Marinei , a fost testat cu succes primul în 1960. [12] Este folosit unconstelație de cinci sateliți și ar putea oferi o soluție de navigație aproximativ o dată pe oră. În 1967, Marina SUA a dezvoltat Timationsatelitul care s-au dovedit capacitatea de a plasa ceasuri precise în spațiu, o tehnologie cerute de GPS. În anii 1970, pe bază de solsistem de navigare Omega , bazat pe compararea fază de transmitere a semnalului de la perechi de stații, [13], a devenit primul sistem de radio-navigație la nivel mondial. Limitările acestor sisteme condus la necesitatea unei soluții de navigație mai universal cu o mai mare precizie.

Deși s-au nevoi largi de navigație precisă în sectoarele militare și civile, aproape nici unul dintre cei a fost văzută ca o justificare pentru miliarde de dolari ar costa în cercetare, dezvoltare, implementare, precum și operarea de o constelație de sateliți de navigație. În timpulRăzboiului Rece cursei înarmărilor , amenințarea nucleară la existența Statelor Unite a fost una necesitatea ca a justificat acest cost în punctul de vedere al Congresului Statelor Unite. Acest efect descurajator este motivul pentru care a fost finantat de GPS. Acesta este și motivul pentru secretului ultra la acel moment. Triada nucleară a constat în Statele Unite ale Americii Marinei lansat-submarine rachete balistice (SLBMs), împreună cu Statele Unite ale Americii Air Force (USAF) bombardiere strategice și rachete balistice intercontinentale (ICBM). Considerat vitale pentru postura nucleare de descurajare, determinarea exactă a poziției de lansare SLBM a fost un multiplicator forță .

Navigare precisă ar permite Statelor Unite submarine pentru a obține o corecție exactă a pozițiilor lor înainte de lansarea SLBMs lor. [14] USAF, cu două treimi din triada nucleara, a avut, de asemenea, cerințele pentru un sistem mai precis și de încredere de navigare. Marina și Forțele Aeriene au dezvoltat propriile tehnologii în paralel pentru a rezolva ceea ce a fost, în esență, aceeași problemă. Pentru a crește supraviețuire a ICBMs, a existat o propunere de a folosi platforme mobile de lansare (cum ar fi rus SS-24 și SS-25 ) și astfel necesitatea de a stabili poziția de lansare a avut similitudine cu situația SLBM.

În 1960, Air Force a propus un sistem de radio-navigație numit MOZAIC (sistem mobil pentru precizie de control ICBM), care a fost în esență un 3-D LORAN . Un follow-on studiu, proiect de 57, a fost elaborat în 1963 și a fost "în acest studiu că noțiunea GPS sa născut". In acelasi an, conceptul a fost urmărit ca Project 621B, care a avut "multe din atributele pe care le vedeți acum în GPS" [15] și a promis precizie sporită pentru bombardierele Forțelor Aeriene, precum și ICBMs. Actualizări de la sistemul de tranzit Marinei au fost prea lente pentru vitezele mari de funcționare Air Force. Naval

Page 3: global pointing system

Research Laboratory a continuat progresele cu Timation lor (Timpul de navigație) sateliți, primul lansat în 1967, și cu al treilea din 1974 poartă primul ceas atomic pe orbită. [16]

Un alt predecesor important să se GPS a venit de la o ramură diferită a armatei Statelor Unite. În 1964, armata SUA a orbitat in jurul primei colaționare secventiala de Range (SECOR ) prin satelit folosi in topografie geodezic. [17] Sistemul de SECOR inclus trei emițătoare terestre din locații cunoscute, care ar trimite semnale de la transponderul satelit pe orbită. Un al patrulea stație de sol, într-o poziție nedeterminată, ar putea folosi apoi aceste semnale pentru a stabili cu precizie locația sa. Ultima satelit SECOR a fost lansat în 1969. [18] Zeci de ani mai târziu, în primii ani de GPS, topografie civil a devenit unul dintre primele domenii pentru a face uz de noua tehnologie, deoarece inspectorii ar putea avea beneficii de semnale de la mai puțin decât -Complet ani constelație GPS înainte de a fi fost declarat operațional. GPS-ul poate fi considerat ca o evoluție a sistemului SECOR în care emițătoarele de sol au fost migrat pe orbită.

Dezvoltare [ edit ]

Cu aceste evoluții paralele în anii 1960, a fost realizat că un sistem superior de ar putea fi dezvoltat prin sintetizarea celor mai bune tehnologii de la 621B, Transit, Timation, iar SECOR într-un program multi-service.

În timpul Muncii weekend Ziua în 1973, o reuniune de aproximativ doisprezece ofițeri militari de la Pentagon au discutat despre crearea unui defensiva de navigație prin satelit (DNSS). Acesta a fost la această întâlnire că "sinteza reala care a devenit GPS a fost creat." Mai târziu în acel an, programul DNSS a fost numit NAVSTAR, sau sistem de navigație Utilizarea Timing și Variind. [19] Cu sateliții individuale fiind asociat cu numele NAVSTAR (ca și în cazul predecesorii de tranzit și Timation), un nume mai complet cuprinde fost folosit pentru a identifica constelația de sateliți NAVSTAR, NAVSTAR GPS, care ulterior a fost scurtat pur și simplu la GPS. [20] Zece " aspect I "sateliți prototip au fost lansate între 1978 și 1985 (cu un prototip să fie distrus într-un eșec de lansare). [21]

După Korean Air Lines de zbor 007 , un Boeing 747 care transportă 269 de persoane, a fost împușcat în 1983, după cădem în URSS spațiului aerian interzis , [22], în imediata apropiere a Sakhalin și Moneron Insulele , presedintele Ronald Reagan a emis o directivă a face GPS disponibil gratuit pentru uzul civil, după ce a fost suficient dezvoltat, ca un bun comun. [23] Primul satelit a fost lansat în 1989, iar satelitul 24 a fost lansat în 1994. Costul programului GPS la acest moment, nu inclusiv costul echipamentului utilizator , dar inclusiv costurile lansărilor de sateliți, a fost estimat la aproximativ 5 miliarde dolari USD (dolari apoi ani). [24] Roger L. Easton este larg creditat ca inventator primar de GPS.

Inițial, cea mai mare semnalul de calitate a fost rezervat pentru uz militar, iar semnalul disponibil pentru uz civil a fost degradat în mod intenționat ( Disponibilitatea selectiva ).Acest lucru sa schimbat cu președintele Bill Clinton a comanda Disponibilitatea selectiva a fi oprit la miezul nopții o

Page 4: global pointing system

mai 2000, îmbunătățind precizia GPS civil 1-200 metri (328-66 ft) [ necesită citare ]. Ordinea executiv semnat în 1996 pentru a opri Disponibilitatea selectiva în anul 2000 a fost propusă de secretarul american al Apărării, William Perry , din cauza creșterii pe scară largă a GPS diferențiale servicii pentru a îmbunătăți precizia civil și elimina avantajul militar american. Mai mult decât atât, armata SUA a fost în curs de dezvoltare în mod activ tehnologii pentru a nega serviciu GPS potențialilor adversari la nivel regional. [25]

În ultimul deceniu, SUA a implementat mai multe îmbunătățiri la serviciul GPS, inclusiv noi semnale pentru uz civil și acuratețea și integritatea crescut pentru toți utilizatorii, menținând în același timp compatibilitatea cu toate echipamente GPS existente.

Modernizare GPS [26] a devenit acum o inițiativă în curs de desfășurare pentru a face upgrade Global Positioning System cu noi capabilități pentru a satisface militare în creștere, civil, precum și necesitățile comerciale. Programul este implementat printr-o serie de achizitii prin satelit, inclusiv sistemul de control operațional Next Generation (OCX) GPS Block III și. Guvernul SUA continuă să îmbunătățească spațiul GPS și segmentele sol pentru a crește performanțele și precizia.

GPS-ul este deținut și operat de către Guvernul Statelor Unite ca o resursa nationala. Departamentul Apararii (DoD) este administrator al GPS. Interdepartamental Consiliul Executiv GPS (IGEB) a supervizat aspectele de politică GPS de la 1996 la 2004. După aceea Space-Based Poziționarea Național, navigație și sincronizare Comitetul Executiv a fost stabilită prin Directiva prezidențial în 2004 la sfătui și coordona departamentele federale și agenții cu privire la chestiuni legate sistemele legate de GPS și. [27] Comitetul executiv este prezidat în comun de către secretarii adjuncți ai apărării și transport. Apartenenta sa include oficiali de rang echivalent din departamentele de stat, comerț, și de securitate patrie, a Joint Chiefs of Staff, si NASA. Componentele biroului executiv al președintelui participa ca observatori la comitetul executiv, și președintele FCC participă ca o legătură.

DoD este obligat prin lege să "mențină un serviciu de poziționare standard (astfel cum sunt definite în planul de radio-navigație federale și caietul de sarcini semnal de serviciu de poziționare standard), care va fi disponibil în mod continuu, la nivel mondial," și "elaboreze măsuri pentru a preveni utilizarea ostilă GPS și augmentations sale, fără a perturba în mod nejustificat sau utilizări civile degradante. "

Cronologie și modernizare

În 1972, Facilitatea de USAF pe centru de testare inerțiale de orientare (Holloman AFB), efectuat teste de zbor de dezvoltare a două receptoare GPS prototip peste White Sands Missile Range , folosind pseudo-sateliți pe sol. [ necesită citare ]

În 1978, a fost lansat primul satelit experimental Block-I GPS. [21]

Page 5: global pointing system

În 1983, după ce sovietic avioane de interceptare doborât avionul civilKAL 007 care abătut în spațiul aerian interzis din cauza unor erori de navigație, omorând toți cei 269 de oameni la bord, US președinteleRonald Reagan a anunțat că GPS-ul va fi disponibil pentru utilizări civile după ce a fost finalizat, [30] [31] , deși ar fi fost publicate anterior [în revista de navigare], care codul CA (grosieră cod de achizitie) va fi disponibil pentru utilizatorii civili.

Prin 1985, zece sateliți mai experimentale aspect-I a fost lansat pentru a valida conceptul.

Început în 1988, Command & Control al acestor sateliți a fost trecut de la Onizuka AFS, California, pentru a 2-a Satellite control Escadrila (2SCS) situat la Falcon stația Air Force în Colorado Springs, Colorado.[32] [33]

La 14 februarie 1989, a fost lansat primul satelit modern Block-II.

Războiul din Golf 1990-1991 a fost primul conflict în care GPS-ul a fost utilizat pe scară largă. [34]

În 1991, un proiect pentru a crea un receptor GPS în miniatură cu succes sa încheiat, în locul receptoarele militare 50 lire anterioare cu un receptor portabil 2,75 lire. [10]

În 1992, a 2-a Space Wing, care a reușit inițial sistemul, a fost inactivat și înlocuit cu a 50-Space Wing .

Până în decembrie 1993, GPS-ul realizat capacitate operațională inițială (IOC), indicând o constelație complet (24 de sateliți) a fost disponibil și furnizarea Serviciului Pozitionare Standard (SPS). [35]

Capacitatea operațională deplină (FOC) a fost declarat de către Air Force Space Command (AFSPC) în luna aprilie 1995, ceea ce înseamnă disponibilitatea plin de sigure serviciul de poziționare precisă armatei (PPS). [35]

În 1996, recunoscând importanța GPS pentru utilizatorii civili, precum și utilizatorii militare, președintele american Bill Clinton a emis o directivă politică [36] declarând GPS pentru a fi un cu dublă utilizare sistem și de instituire a unei Comitet Interdepartamental GPS Executiv să-l gestioneze ca un cetățean activ.

În 1998, Statele Unite ale Americii vicepreședinte Al Gore a anunțat planurile de a face upgrade GPS cu două noi semnale civile pentru precizie de utilizare îmbunătățită și fiabilitate, în special în ceea ce privește siguranța aviației și în 2000, Congresul Statelor Unite a autorizat efortul, referindu-se la ea ca GPS-ul III .

La 02 mai 2000 "Disponibilitatea selectiva" a fost întreruptă ca urmare a ordinului executiv 1996, permițând utilizatorilor să primească un semnal non-degradate la nivel global.

În 2004, Statele Unite ale Americii Guvernul a semnat un acord cu stabilirii unei cooperări Comunității Europene referitoare la planificat GPS și a Europei sistemului Galileo .

În 2004, Președintele Statelor Unite , George W. Bush, actualizat politica națională și a înlocuit comitetul executiv cu Comitetul Național Executiv pentru Space-Based Positioning, de navigație, precum și Timing. [37]

Page 6: global pointing system

Noiembrie 2004, Qualcomm a anuntat teste cu succes de GPS asistate pentru telefoane mobile . [38]

În 2005, primul satelit GPS modernizat a fost lansat și a început să transmită un al doilea semnal civil (L2C) pentru o performanță îmbunătățită utilizator. [39]

La 14 septembrie 2007, Ground sistemul de control Segment îmbătrânire pe bază de mainframe a fost transferat la Planul Evolution noua arhitectură. [40]

La 19 mai 2009, Statele Unite ale Americii Government Accountability Office a emis un raport de avertizare ca unele sateliți GPS ar putea eșua la fel de repede ca și în 2010. [41]

În data de 21 mai 2009, Air Force Space Command înlăturate temerile legate de eșec GPS spune "Exista doar un risc redus, nu vom continua să depășească standardul nostru de performanță." [42]

La 11 ianuarie 2010, o actualizare a sistemelor de control de la sol a provocat o incompatibilitate software cu 8,000 la 10,000 receptoare militare fabricate de o divizie de Trimble Navigation Limited din Sunnyvale, California. [43]

La 25 februarie 2010, [44] US Air Force a atribuit contractul pentru dezvoltarea sistemului de control operațional GPS Next Generation (OCX) pentru a imbunatati precizia și disponibilitatea de semnale de navigație GPS, și va servi drept o parte critică de modernizare GPS.

Rezumatul sateliți [28]

BlocLansa 

Perioadă

Lansari de satelitÎn prezent, în

orbită și sănătos

Ces proce

s

Defecțiunile ceasuri

În gătirea preparați

e

Planificare Ned

Eu 1978-1985 10 1 0 0 0

II 1989-1990 9 0 0 0 0

IIA 1990-1997 19 0 0 0 6

IIR 1997-2004 12 1 0 0 12

IIR-M

2005-2009 8 0 0 0 7

IIF Începând cu anul 7 0 5 0 7

Page 7: global pointing system

2010

IIIA De la 2016 0 0 0 12 0

IIIB - 0 0 0 8 0

IIIC - 0 0 0 16 0

Total 65 2 5 36 32

(Ultima modificare: 13 iunie 2014) 

Statele Unite ale Americii-85 de la Block IIA este nesanatoasa 

Statele Unite ale Americii-203 de la Block IIR-M este nesanatoasa 

[29] Pentru o listă mai completă, a se vedea lista de lansărilor de sateliți GPS

Premii

La 10 februarie 1993, Asociația Națională Aeronautică selectat echipa GPS câștigători ai 1992 de Robert J. Collier Trofeul , premiu aviație cel mai prestigios națiunii. Aceasta echipa combina cercetatori de la Laboratorul de Cercetări Navale , USAF, Aerospace Corporation , Rockwell International Corporation , și IBM Federal Systems Company.Referirea le onorează "pentru dezvoltarea cea mai importantă pentru navigație și supraveghere a aerului și nave spațiale sigură și eficientă de la introducerea de radio denavigație în urmă cu 50 de ani. "

Două dezvoltatorii GPS primit Academiei Nationale de Inginerie Charles Stark Draper Premiul pentru 2003:

Ivan Noțiuni de bază , presedinte emerit al Aerospace Corporation și un inginer de la Massachusetts Institute of Technology , a stabilit baza pentru GPS, îmbunătățind în al doilea război mondial sistemul de radio terestre numit LORAN (Lo ng gama R adio un ID de N Navigarea ).

Bradford Parkinson , profesor de aeronautică și astronautică de la Universitatea Stanford , a conceput sistemul prin satelit prezent la începutul anilor 1960 și a dezvoltat-o în colaborare cu US Air Force. Parkinson servit douăzeci și unu ani în Air Force, 1957-1978, și sa retras cu gradul de colonel.

Page 8: global pointing system

Dezvoltator GPS Roger L. Easton a primit Medalia Nationala pentru Tehnologie la 13 februarie, 2006. [45]

În 1998, tehnologia GPS a fost introdus în Fundația Space Space Technology Hall of Fame . [46]

Francis X. Kane (Col. USAF, r.) a fost inaugurat în rachete Pionieri Space și Primăria US Air Force of Fame la Lackland AFB, San Antonio, Texas, 02 martie 2010 pentru rolul său în dezvoltarea tehnologiei spațiale și concepția tehnică Conceptul de GPS, efectuate ca parte a proiectului 621B.

La 4 octombrie 2011, Federația Internațională Astronautical (IAF) a acordat Global Positioning System (GPS) Premiul de 60 de ani, nominalizat de membru IAF, Institutul American de Aeronautică și Astronautică (AIAA). Distincții și premii Comitetului IAF recunoscut unicitatea programului GPS și rolul exemplar pe care la jucat în construirea colaborare internațională în beneficiul umanității.

Conceptul de bază de GPS [ edita ]

Fundamentele [ edit ]

Conceptul de sistem GPS se bazează pe timp. Sateliții transporta ceasuri atomice care sunt sincronizate și foarte stabil; orice abatere de la moment adevărat menținut pe teren este corectată zilnic. De asemenea, locurile de satelit sunt monitorizate cu precizie. Receptoare de utilizare au ceasuri, de asemenea. Cu toate acestea, ele nu sunt sincronizate cu timpul adevărate, și sunt mai puțin stabile. Sateliții GPS transmite date continuu care conține ora actuală și poziția. Un receptor GPS ascultă mai mulți sateliți și rezolvă ecuații pentru a determina poziția exactă a receptorului și abaterea de la timp adevărat. La un nivel minim, patru sateliți trebuie să fie în vedere receptorului pentru a calcula patru cantități necunoscute (trei coordonate de poziție și abatere de la ceas de timp satelit).

Descriere mai detaliată [ edit ]

Fiecare satelit GPS emite continuu un semnal (frecvență purtătoare cu modulare), care include:

un cod pseudoaleatoare (secvență de unu și zero), care este cunoscut la receptor. By-time alinierea o versiune generat de receptor și versiunea măsurat-receptor a codului, ora de sosire (TOA) de un punct definit în secvența de cod, numit o epocă, pot fi găsite în scara de timp ceas receptor

un mesaj care include timpul de transmisie (TOT) din epoca de cod (în scară de timp sistemul GPS) și poziția de satelit la acel moment.

Conceptual, receptorul măsoară TOAs (în funcție de propriul ceas) de patru semnale de satelit. Din TOAs și Tots, receptorul formează patru timp de zbor valori (TOF), care sunt (date cu viteza luminii) aproximativ echivalentă cu diferențe rază receptor-satelit. Receptorul calculează apoi poziția tridimensională și abaterea ceas din cele patru TOFs.

Page 9: global pointing system

În practică, poziția de receptor (în trei coordonate carteziene tridimensionale cu origine la centrul Pământului) și diferența de ceas receptor față de timp sistem GPS sunt calculate simultan, folosind ecuațiile de navigare pentru a procesa TOFs.

Pământ centrat soluție locație receptorului este de obicei convertit la latitudinea , longitudinea și înălțimea față de un model de pământ elipsoidal. Înălțimea poate fi apoi mai departe convertit la înălțime relativ geoid (de exemplu, EGM96 ) (în esență, nivelul mediu al mării). Aceste coordonate pot fi afișate, poate pe un afișaj hartă în mișcare și / sau înregistrate și / sau utilizate de către alt sistem (de exemplu, orientare vehicul).

Geometrie de utilizare-satelit [ edit ]

Deși, de obicei, nu au format în mod explicit în prelucrarea receptor, diferențele de timp conceptuale ale sosire (TDOAs) definesc geometria de măsurare. Fiecare TDOA corespunde unei hiperboloid de rotație (vezi multilaterație ). Linia care unește doi sateliți implicate (și extensiile sale) formează cu axa hiperboloidul. Receptorul este situat în punctul în care se intersectează trei hyperboloids. [47] [48]

Uneori incorect spus că locul de folosire este la intersecția a trei sfere. În timp ce simplu a vizualiza, aceasta este doar cazul dacă receptorul are un ceas sincronizat cu ceasurile satelit (de exemplu, măsurile de receptorul intervale adevărat la sateliții mai degrabă decât diferențe gama). Există beneficii semnificative de performanță pentru utilizator care transportă un ceas sincronizat cu sateliții. Cel mai important este faptul că este nevoie de doar trei sateliti pentru a calcula o soluție poziție. Dacă ar fi parte a conceptului de sistem GPS, astfel încât toți utilizatorii necesare pentru a transporta un ceas sincronizat, apoi un număr mai mic de sateliți ar putea fi utilizate. Cu toate acestea, costul și complexitatea echipamentului de utilizator ar crește în mod semnificativ.

Receptor în funcționarea continuă [ edit ]

Descrierea de mai sus este reprezentativa pentru o situație receptor start-up. Cele mai multe receptoare au un algoritm piesa , uneori numit un tracker, care combina seturi de masuratori prin satelit colectate în momente diferite - de fapt, profitând de faptul că pozițiile receptoare succesive sunt de obicei aproape unul de celălalt. După o serie de măsurători sunt prelucrate, tracker prezice locația receptor corespunzător la următorul set de măsurători prin satelit. Când sunt colectate de noi măsurători, receptorul foloseste un sistem de ponderare a combina noile măsurători cu predicție tracker. În general, un tracker poate (a) îmbunătăți poziția receptor și precizie timp, (b) respinge masuratori rău, și (c) viteza receptor estimare și direcție.

Dezavantajul unui tracker este că schimbările de viteză și direcție poate fi calculată doar cu o întârziere, și că direcția derivat devine inexacte atunci când distanța parcursă între două măsurători de poziție scade sub sau aproape de eroarea aleatorie de măsurare poziție. Unități GPS pot folosi măsurători ale deplasarea Doppler a semnalelor primite pentru a calcula viteza cu

Page 10: global pointing system

precizie. [49] sisteme de navigație mai avansate pentru a utiliza senzori suplimentari ca un compas sau un sistem de navigație inerțial pentru a completa GPS.

Aplicații non-navigație [ edit ]

În timpul funcționării tipic GPS ca un navigator, patru sau mai mulți sateliți trebuie să fie vizibile pentru a obține un rezultat precis. Soluția a ecuațiilor de navigație dă poziția receptorului, împreună cu diferența dintre ora păstrat de ceas receptorului de la bord și adevărata zi timp de-, eliminând astfel nevoia de un ceas mai precis și, eventual, receptor practic bazat . Aplicatii pentru GPS-ul, cum ar fi transferul de timp , sincronizare semnal de trafic, precum și sincronizarea de stații de bază telefon mobil , face uz de această sincronizare ieftin și foarte precis. Unele aplicații GPS folosesc acest timp pentru afișare, sau, altele decât cele pentru calculele de poziție de bază, nu-l folosesc deloc.

Deși patru sateliți sunt necesare pentru funcționarea normală, mai aplică în cazuri speciale. În cazul în care o variabilă este deja cunoscut, un receptor poate determina poziția folosind doar trei sateliți. De exemplu, o navă sau aeronavă poate fi cunoscut altitudine. Unele receptoare GPS pot folosi indicii sau ipoteze suplimentare, cum ar fi reutilizarea ultimul cunoscut altitudinea , luarea în considerare mort , de navigație inerțial , sau inclusiv informații de la calculator a vehiculului, pentru a se obține o poziție (eventual degradat), când mai puțin de patru sateliți sunt vizibile. [50] [51] [52]

Structura [ edit ]

Actual GPS este format din trei segmente majore. Acestea sunt segmentul spațial (SS), un segment de control (CS), și un segment de utilizator (US). [53] US Air Force se dezvoltă, menține, și operează segmentele spațiu și de control. Sateliții GPS difuzat semnale din spațiu, și fiecare receptor GPS folosește aceste semnale pentru a calcula locația sa tridimensional (latitudine, longitudine, altitudine) și ora curentă. [54]

Segmentul spațial este compus din 24-32 de sateliți în orbită terestră medie și include, de asemenea, adaptoarele încărcătură utilă la boostere necesare pentru a le lansa pe orbită. Segmentul de control este compus dintr-un post de comandă master (MCS), un post de comandă maestru supleant, precum și o serie de comune dedicate și antene terestre și stații de monitorizare. Segmentul utilizator este compus din sute de mii de noi și utilizatori militari aliate ale GPS securizat Precise serviciul de poziționare, și zeci de milioane de utilizatori civile, comerciale, precum și științifice ale Serviciului Pozitionare Standard (a se vedea dispozitive de navigare prin GPS ).

Segment Space [ edit ]

Vezi de asemenea și: satelit GPS și Lista de lansărilor de sateliți GPS

Page 11: global pointing system

Bloc GPS Unlaunched II-A satelit expuse la Air & Space Museum din San Diego .

Un exemplu vizual de 24 satelit GPS constelație în mișcare cu Pământul se rotește. Observați cum numărul

de sateliți în vedere de la un anumit punct de pe suprafața Pământului, în acest exemplu, la 45 ° N, modificări cu

timpul.

Segmentul spațial (SS) este compus din orbiteaza sateliții GPS, sau vehicule spațiale (SV) în limbajul GPS. Designul GPS numit initial pentru 24 SVS, opt, fiecare în trei aproximativ circulare orbite , [55], dar acest lucru a fost modificat pentru a sase avioane orbitale cu patru sateliți fiecare.[56] Cele șase avioane orbitale au aproximativ 55 ° înclinare (tilt relativ la cea a Pamantului ecuator ) și sunt separate de 60 ° ascensiunea dreapta a nodului ascendent (unghiul de-a lungul ecuatorului la un punct de referință până la intersecția orbitei). [57] Perioada orbitală este de o jumatate de zi sideral , adică, 11 ore și 58 minute astfel încât sateliții trec peste aceleași locații [58] sau aproape aceleași locații [59] în fiecare zi.Orbitele sunt aranjate în așa fel încât cel puțin șase sateliți sunt întotdeauna în linie de vedere de la aproape peste tot pe suprafata Pamantului.[60] Rezultatul acestui obiectiv este faptul că cele patru sateliți nu sunt repartizate uniform (90 de grade) cu excepția în fiecare orbită. In termeni generali, diferența unghiulară dintre sateliți în fiecare orbită este de 30, 105, 120, și 105 de grade, care sumă la 360 de grade. [61]

Orbitează la o altitudine de aproximativ 20,200 km (12,600 km); raza orbitala de aproximativ 26,600 km (16.500 km), [62] fiecare SV a trimis două orbite complete de fiecare zi siderală , repetând același motiv urmări în fiecare zi. [63] Acest lucru a fost foarte util in timpul dezvoltarii, deoarece chiar și cu doar patru sateliți, alinierea corecta înseamnă toate patru sunt vizibile dintr-un loc pentru câteva ore în fiecare zi. Pentru operațiunile militare, repeta piesa sol pot fi folosite pentru a asigura o bună acoperire în zonele de luptă.

Page 12: global pointing system

Ca lunii decembrie 2012 , [64], există 32 de sateliți în GPS constelația . Sateliții suplimentare îmbunătăți precizia calculelor receptor GPS prin furnizarea de masuratori redundante. Cu un număr crescut de sateliți, constelația a fost schimbat la un acord neuniformă. Un astfel de aranjament a fost demonstrat de a îmbunătăți fiabilitatea și disponibilitate a sistemului, în raport cu un sistem uniform, când mai mulți sateliți nu. [65] Aproximativ nouă sateliți sunt vizibile din orice punct de pe teren la un moment dat (a se vedea animație la dreapta), asigurarea redundanței considerabil de-a lungul minime patru sateliți necesare pentru o pozitie.

Segment de control [ edit ]

Stație monitor sol utilizat 1984-2007, expus la Muzeul Space & Missile Air Force .

Segmentul de control este format din:

1. un post de comandă master (MCS),

2. o stație de control maestru supleant,

3. patru antene la sol dedicate, și

4. șase posturi monitor dedicate.

MCS poate accesa, de asemenea US Air Force prin satelit de rețea de control (AFSCN) antene terestre (pentru comandă suplimentare și capacitatea control) și NGA ( Agenția Națională Geospatial-Intelligence ) monitor stații. Căile de zbor ale sateliților sunt urmărite de către stațiile de monitorizare dedicate US Air Force din Hawaii , Kwajalein Atolul , Insula Ascension , Diego Garcia , Colorado Springs, Colorado și Cape Canaveral , împreună cu stații de monitorizare NGA partajate operate în Anglia, Argentina, Ecuador, Bahrain , Australia și Washington DC. [66]Informațiile de urmărire sunt trimise la Air Force Space Command MCS la Schriever Air Force Base 25 km (16 km) ESE de Colorado Springs, care este operat de două Space Operations Escadrila (2 SOP) de US Air Force. Apoi 2 SOP contacte fiecare satelit GPS regulat cu o modificare de navigație cu ajutorul antenelor dedicate sau partajate (AFSCN) sol (GPS dedicate antene terestre sunt situate la Kwajalein , Insula Ascension ,Diego Garcia , și Cape Canaveral ). Aceste actualizări sincroniza ceasurile atomice de la bordul satelitilor de la cateva nanosecunde unul de celălalt, și ajustați efemeridele modelului orbital intern fiecare satelit lui. Actualizările sunt create de un filtru Kalman care utilizează resursele de la stațiile de monitorizare, pentru motivul meteo spațiu informații, precum și diverse alte intrări. [67]

Page 13: global pointing system

Manevrele prin satelit nu sunt precise de standarde GPS. Deci, pentru a schimba orbita un satelit, satelitul trebuie să fie marcate nesănătoase, deci receptoare nu-l va folosi în calcularea lor. Apoi manevrei poate fi efectuată, iar orbita rezultată senile de la sol. Apoi, noul efemeridele este încărcat și satelitul marcat din nou sănătos.

Segmentul de control Funcționare (OCS), în prezent servește ca segmentul de control al înregistrare. Acesta oferă capacitatea operațională care susține utilizatorii GPS la nivel global și menține sistemul GPS operațional și efectuarea în caietul de sarcini.

OCS înlocuiește cu succes anii 1970-era calculator mainframe moștenire la Schriever Air Force Base în septembrie 2007. După instalare, sistemul a ajutat permite upgrade-uri și să ofere o bază pentru o nouă arhitectură de securitate care a sprijinit forțele armate americane. OCS va continua să fie sistemul de control de la sol de înregistrare până la noul segment, operarea sistemului Next Generation GPS de control [ 3 ] (OCX), este pe deplin dezvoltat și funcțional.

Noile capabilități furnizate de OCX va fi piatra de temelie pentru revolutioneaza capacitățile de misiune GPS lui, și care să permită [ 68 ] Air Force Space Command pentru a spori foarte mult serviciile operaționale GPS forțelor combatante americane, partenerii publici și utilizatorii interne și internaționale nenumărate.

Programul GPS OCX, de asemenea, va reduce costurile, programul și risc tehnic. Acesta este conceput pentru a oferi 50% [ 69 ] economii de costuri sustinerea prin arhitectura software eficiente și bazate pe performanță Logistics. În plus, GPS OCX va costa milioane mai puțin decât costul de a actualiza OCS oferind în același timp de patru ori capacitate.

Programul GPS OCX reprezintă o parte esențială a modernizării GPS și oferă îmbunătățiri semnificative de asigurare informații asupra programului actual GPS OCS.

OCX va avea capacitatea de a controla și de a gestiona sateliți GPS moștenite, precum și următoarea generație de sateliți GPS III, permițând în același timp gama completa de semnale militare.

Construit pe o arhitectură flexibilă care se poate adapta rapid la nevoile în schimbare ale astăzi și utilizatorilor GPS viitoare permit accesul imediat la date și constelații GPS starea prin securizat de informare, exacte și fiabile.

Împuternicește Warfighter cu informații mai sigure, de atac și predictivă pentru a spori cunoașterea situației.

Permite noi semnale modernizate (L1C, L2C, și L5) și are capacitatea de M-cod, care sistemul moștenire nu este în măsură să facă.

Ofera imbunatatiri semnificative de asigurare informații asupra programului actual, inclusiv detectarea și prevenirea atacurilor cibernetice, în timp ce izolarea, care conține și operează în timpul acestor atacuri.

Page 14: global pointing system

Suporta volum mai mare aproape în timp real de comandă și control capacități și abilități.

Pe 14 septembrie 2011, [ 70 ], US Air Force a anuntat finalizarea GPS OCX preliminar Design Review și a confirmat faptul că programul OCX este gata pentru următoarea etapă de dezvoltare.

Programul GPS OCX a atins repere majore și este pe cale de a sprijini lansarea IIIA GPS mai 2014.

Segment de utilizare [ edit ]

Informații suplimentare: GPS dispozitiv de navigare

Receptoare GPS vin într-o varietate de formate, de la dispozitive integrate în mașini, telefoane, ceasuri și, la

dispozitive dedicate, cum ar fi acestea.

Segmentul utilizator este compus din sute de mii de noi și utilizatori militari aliate ale GPS securizat Precise serviciul de poziționare, și zeci de milioane de utilizatori civile, comerciale și științifice ale Serviciului de poziționare standard. În general, receptoare GPS sunt compuse din o antenă, acordat la frecvențele transmise de sateliți, receptorul-procesoare, si un ceas foarte stabil (de multe ori un oscilator de cristal ). Acestea pot include, de asemenea, un afișaj pentru furnizarea de locație și de informații de viteză pentru utilizator. Un receptor este adesea descris prin numărul de canale: acest lucru indică numărul de sateliți se poate monitoriza simultan. Inițial limitat la patru sau cinci, acest lucru a crescut progresiv de-a lungul anilor, astfel încât, începând cu anul 2007 , receptoare au de obicei între 12 și 20 de canale. [ a ]

Un exemplu tipic OEMmodul receptor GPS de măsurare de 15 x 17 mm.

Receptoare GPS pot include o intrare pentru corecții diferențiale, folosind RTCM formatul SC-104. Aceasta este de obicei sub forma unei RS-232port de la 4.800 biți / s viteza. Datele sunt de fapt trimis la o rată mult mai scăzută, care limitează acuratețea semnalului transmis cu ajutorul RTCM. [ necesită citare ] Receivere cu receptoare DGPS interne mai performante decât cele pe baza datelor RTCM externe. [ necesită citare ] În 2006, chiar low-cost Unități includ de obicei Wide Area Mărirea Sistem (WAAS) receptoare.

Page 15: global pointing system

Un receptor GPS tipic cu antena integrata.

Multe receptoare GPS pot prelua datele de poziție la un PC sau alt dispozitiv folosind NMEA 0183 protocol. Deși acest protocol este definită în mod oficial de către Electronics Association Marine National (NMEA), [ 71 ] trimiteri la prezentul protocol au fost compilate din registrele publice, permițând instrumente open source cum ar fi DSGP pentru a citi protocolul fără a încălca proprietate intelectuală legi. [ clarificare necesară ] Alte protocoale proprietare exista la fel de bine, cum ar fi SiRF și MTK protocoalele. Receivere poate interfata cu alte dispozitive folosind metode care includ o conexiune serial, USB , sau Bluetooth .

Aplicații [ edit ]

În timp ce inițial un proiect militar, GPS este considerat un cu dublă utilizare tehnologie, ceea ce înseamnă că are aplicații civile militare semnificative și.

GPS-ul a devenit un instrument desfășurate pe scară largă și util pentru comerț, utilizări științifice, de urmărire, și de supraveghere. Precise de timp GPS facilitează activități de zi cu zi, cum ar fi serviciile bancare, operațiunile de telefon mobil, și chiar controlul rețelelor electrice, permițând bine sincronizate comutare mână-off. [ 54 ]

Civil [ edit ]

Vezi de asemenea și: aplicațiile GNSS și dispozitiv de navigare prin GPS

Această antenă este montat pe acoperișul unei colibă conține un experiment științific care au nevoie de sincronizare

precisă.

Page 16: global pointing system

Multe aplicații civile folosi una sau mai multe dintre cele trei componente de bază GPS de: Locul de amplasare absolut, mișcare relativă, și de transfer de timp.

Astronomie : atât de poziție și de sincronizare ceas de date este folosit în Astrometrie și mecanica cerească calcule. De asemenea, este utilizat în astronomie amatori , folosind telescoape mici de profesioniști observatoare, de exemplu, în timp ce găsirea planete extrasolare .

Vehicul automat : aplicarea locație și rute pentru autoturisme si camioane să funcționeze fără șofer uman.

Cartografie : cartografi atât civile și militare folosi GPS-ul extensiv.

Telefonie celulară : sincronizare ceas permite transferul de timp, care este esențială pentru sincronizarea codurilor sale de împrăștiere cu alte stații de bază pentru a facilita transfer inter-celular și să sprijine hibrid GPS / celular de detectare a poziției pentru apeluri de urgență mobile și alte aplicații. Primele telefoane cu GPS integrate lansate la sfarsitul anilor 1990. US Comisia Federală pentru Comunicații (FCC) a mandatat caracteristica fie în telefon sau în turnuri (pentru utilizare în triangulație), în 2002, astfel serviciile de urgență ar putea localiza 911 de apelanți.Dezvoltatorii de software-ul terț câștigat mai târziu acces la GPS API-uri de la Nextel la lansarea, urmată de Sprint în 2006, și Verizon în curând după aceea.

Sincronizarea Ceas : precizia semnalelor de timp GPS (± 10 ns) [ 72 ] este al doilea numai la ceasurile atomice pe care se bazează.

În caz de dezastre / servicii de urgență : depinde de GPS pentru localizare și sincronizare capabilități.

Meteorologie sus Airs : măsură și se calculează presiunea atmosferică, viteza și direcția vântului de până la 27 km de suprafața pământului

Flota de urmărire : utilizarea tehnologiei GPS pentru a identifica, localiza și să mențină rapoarte de contact cu unul sau mai multe flote de vehicule, în timp real.

Geofencing : sisteme de urmărire a vehiculului , sisteme de persoana urmărire , precum și de urmărire pentru animale de companie sisteme folosesc GPS-ul pentru a localiza un vehicul, persoană, sau animale de companie. Aceste dispozitive sunt atașate la vehicul, persoana, sau colierul pentru animale de companie. Aplicația oferă urmărire continuă și actualizări mobile sau pe Internet ar trebui să poartă lăsa o zonă desemnată. [ 73 ]

Geotagging : aplicarea locație coordonatele la obiecte digitale, cum ar fi fotografii (in Exif date), precum și alte documente pentru scopuri, cum ar fi crearea de hărți suprapuse cu dispozitive, cum ar fi Nikon GP-1

GPS Tracking Avioane

Page 17: global pointing system

GPS pentru Minerit : utilizarea GPS RTK sa îmbunătățit semnificativ mai multe operațiuni miniere, cum ar fi foraj, lopata, de urmărire a vehiculului, și topografie. GPS RTK ofera la nivel de centimetru precizie de poziționare.

Tururi GPS : Locul de amplasare determină conținutul ce a afișa; de exemplu, informații despre un punct de interes se apropie.

Navigare : valoare navigatoare de viteză și orientare masuratori precise digital.

Măsurători phasor : GPS permite timestamping extrem de precis de măsurători de sisteme de putere, ceea ce face posibil pentru a calcula fazorilor .

Recreere : de exemplu, Geocaching , geodashing , desen GPS și waymarking .

Robotica : auto-navigație, roboți autonomi folosind un senzori GPS, care calculează latitudine, longitudine, timp, viteza, și poziția.

Sport :. folosite în fotbal și rugby pentru controlul și analiza sarcinii de formare [ necesită citare ]

Topografie : inspectorii folosi locatii absolute pentru a face hărți și de a determina limitele de proprietate.

Tectonica : GPS permite măsurarea propunere vina directă a cutremurelor . Între cutremure GPS poate fi folosit pentru a măsura crustal mișcare și deformare [ 74 ] pentru a estima seismic acumularea tulpina pentru crearea de risc seismic hărți.

Sisteme de navigatie inteligente tehnologia GPS integrat cu calculatoare și tehnologia de comunicații mobile în: sisteme de navigație auto

Restricții de utilizare civil [ edit ]

Guvernul Statelor Unite controlează exportul unor receptoare civile. Toate receptoarele GPS capabile să funcționeze peste 18 km (11 km), altitudine și 515 de metri pe secundă (1,001 kN) sau destinate, modificate pentru utilizarea pe vehicule aeriene fără pilot ca de exemplu sisteme de rachete balistice sau de croazieră sunt clasificate drept muniții(arme) pentru care statul Departamentul sunt necesare licențe de export. [ 75 ]

Această regulă se aplică chiar și în caz contrar unităților pur civile care primesc doar frecvența L1 și C / A (Coarse / Achiziție) codul.

Operație Dezactivarea deasupra acestor limite scutește receptorul de clasificare ca un muniție. Interpretări furnizor diferă. Regula se referă la funcționarea la atât altitudinea țintă și viteza, dar unele receptoare nu mai functioneze chiar și atunci când staționează. Acest lucru a cauzat probleme cu unele lansari de baloane de radio amatori care ajung în mod regulat 30 km (19 km).

Aceste limite se aplică numai unităților exportate din (sau care au componente exportate din) Statele Unite ale Americii - există un comerț în creștere în diverse componente, inclusiv unități GPS, furnizate de alte țări, care sunt vândute în mod expres ca ITAR -free.

Page 18: global pointing system

Militară [ edit ]

Atașarea un kit de orientare GPS pentru o bombă prost , martie 2003.

Începând din 2009, aplicații militare de GPS includ:

Navigare: GPS permite soldați pentru a găsi obiective, chiar și în întuneric sau în teritoriu nefamiliar, și să coordoneze trupe și furnizare de circulație. În Statele Unite ale Americii forțele armate, comandanții utilizați comandanții Digital Assistant și ranguri inferioare utiliza Asistentul Soldier digital . [ 76 ]

Urmărire țintă:. Diferite sisteme de arme militare folosesc GPS-ul pentru a urmări potentiale tinte terestre și aeriene înainte de a marcarea lor ca ostil [ necesită citare ] Aceste sisteme de arme trece coordonatele țintă la munițiile ghidate de înaltă precizie pentru a le permite să se angajeze ținte precise. Avioane militare, în special în aer-sol roluri, utilizați GPS pentru a găsi obiective (de exemplu, camera arma video de pe AH-1 Cobras din Irak arată GPS coordonatele care pot fi vizualizate cu software specializat).

Rachete și proiectile de orientare: GPS permite direcționarea corectă a diferitelor arme militare, inclusiv ICBMs , rachete de croazieră , muniții ghidate cu precizie și de artilerie proiectile . Receptoare GPS integrate capabil să reziste la accelerații de 12.000 g sau aproximativ 118 km / s 2 au fost dezvoltate pentru a fi utilizate în 155 de milimetri (6,1 in) obuziere . [ 77 ]

Căutare și salvare: Downed piloții pot fi localizate mai rapid dacă poziția lor este cunoscută.

Recunoaștere: mișcare de patrulare pot fi gestionate mai atent.

Sateliții GPS transporta un set de detectoare de detonare nucleară constând dintr-un senzor optic (Y-senzor), un senzor de raze X, un dozimetru, și un puls electromagnetic (EMP) senzor (W-senzor), care formează o mare parte din Statele Unite ale Americii detonare nucleară Sistem de detectare . [ 78 ] [ 79 ] Generalul William Shelton a declarat că această caracteristică poate fi scăzut de la sateliți viitoare, pentru a economisi bani. [ 80 ]

Comunicare [ edit ]

Articol principal: semnale GPS

Semnalele de navigație transmise de sateliți GPS codifica o varietate de informații, inclusiv posturi de satelit, starea ceasurile interne, și starea de sănătate a rețelei. Aceste semnale sunt transmise pe două frecvențe purtătoare separate, care sunt comune tuturor sateliților din rețea. Se folosesc două codificari diferite: o codificare publice, care permite navigarea rezoluție mai mică, și o codare criptat folosit de armata americană.

Formatul mesajului [ edit ]Format mesaj GPS

Page 19: global pointing system

Cadru_ ramă

Descriere

1Ceas prin satelit, GPS relatie de

2-3Ephemeris (Orbita de satelit precis)

4-5Component Almanah (rețea sinopsis satelit, corectarea erorilor)

Fiecare satelit GPS emite continuu un mesaj de navigație pe frecvențele L1 C / A și L2 P / Y, la o rată de 50 de biți pe secundă (a se vedea bitrate ). Fiecare mesaj complet durează 750 secunde (12 minute) 1/2 pentru a finaliza. Structura mesajului are un format de bază a unui cadru 1500-bit-lung, format din cinci sub-cadre, fiecare sub-cadru fiind de 300 de biți (6 secunde) lungi. Subcadre 4 și 5 sunt subcommutated 25 ori fiecare, astfel încât un mesaj de completare a datelor necesită transmiterea de 25 de cadre complete.Fiecare ramă auxiliară este format din zece cuvinte, fiecare de 30 de biți lung. Astfel, cu 300 de biți dintr-un sub-cadru ori 5 subcadre într-un cadru ori 25 de cadre într-un mesaj, fiecare mesaj este 37500 biți lung. La o rată de transmisie de 50-bit / s, aceasta dă 750 secunde pentru a transmite un întreg mesaj almanah (GPS) . Fiecare cadru de 30 de secunde începe tocmai pe minut sau o jumătate de minut cum este indicat de ceasul atomic de pe fiecare satelit. [ 81 ]

Prima tocul de fiecare cadru codifică numărul săptămânii și ora în săptămâna, [ 82 ], precum și date despre starea de sănătate a satelitului. Al doilea și al treilea subcadre conține efemeridele - orbita precis pentru satelitul. Al patrulea și al cincilea subcadre conțineAlmanahul , care conține informații orbită și starea grosier de până la 32 de sateliți în constelația, precum și datele referitoare la Error Correction. Astfel, pentru a obține o locație precisă satelit din acest mesaj transmis receptorul trebuie demodularea mesajului de la fiecare satelit care include în soluția de la 18 la 30 de secunde. În scopul de a colecta toate almanahuri transmise receptorul trebuie să demodulează mesajul de 732-750 secunde sau 12 1/2 minute. [ 83 ]

Toți sateliții difuzat la aceleași frecvențe. Semnalele sunt codificate utilizând diviziune cod de acces multiplu (CDMA) care permite mesaje de la sateliți individuale să se distingă unele de altele în funcție de codificari unice pentru fiecare satelit (care receptorul trebuie să fie conștient de). Se utilizează două tipuri distincte de codificări CDMA: grosier / achiziționarea (C / A) codul, care este accesibil publicului larg, precum și precise (P (Y)) codul, care este criptat, astfel încât

Page 20: global pointing system

numai armata SUA și în alte țările NATO care s-au dat acces la codul de criptare poate fi accesat. [ 84 ]

Efemeridele este actualizat la fiecare 2 ore și este general valabil timp de 4 ore, cu provizioane pentru actualizări la fiecare 6 ore sau mai mult în condiții de non-nominale.Almanahul este actualizat în mod obișnuit la fiecare 24 de ore. În plus, datele pentru cateva saptamani următor este încărcat în caz de actualizări de transmisie care întârzie de încărcare a datelor. [ necesită citare ]

Frecvențe satelit [ edit   ]Privire de ansamblu asupra frecvență GPS

Bandă Frecvență Descriere

L11575.42 MHz

Grosier-achiziție (C / A) și precizie criptate (P (Y)) coduri, plus civil L1 ( L1C ) și militar (M) codurile cu privire la viitoarele sateliți Block III.

L21227.60 MHz

P (Y) codul, plus L2C și codurile militare de pe bloc IIR-M și sateliții noi.

L31381.05 MHz

Folosit pentru detonare nucleară (NUDET) detectare.

L41379.913 MHz

Fiind studiat pentru corectarea ionosferic suplimentar. [ necesită

citare ]

L51176.45 MHz

Propus pentru utilizarea ca (sol) semnal civil de siguranță a vieții.

Toți sateliții difuzate la aceleași două frecvențe, 1.57542 GHz (semnal L1) și 1.2276 GHz (semnal L2).Rețeaua satelit foloseste o tehnica CDMA cu spectru extins [ necesită citare ], în cazul în care datele mesaj redus bitrate este codat cu o rată mare pseudo-aleatoare (PRN) secvență care este diferită pentru fiecare satelit.Receptorul trebuie să fie conștienți de coduri PRN pentru fiecare satelit să reconstituie datele mesaje reale. C / A cod, pentru uz civil, transmite date la 1,023,000 jetoane pe secundă, în timp ce codul P, pentru uz militar american, transmite la 10230000 de jetoane pe secundă. Referința internă efectivă a sateliților este 10.22999999543 MHz, pentru a compensa efectele relativiste   [   85   ]   [   86   ]  , care fac observatorii de pe Pamant percepe o referință de timp diferite în ceea ce privește emițătoarele din orbită. Purtătorul L1 este modulat de către ambele C / A și codul P, în timp ce purtătorul L2 este modulat numai de codul P. [ 87 ] Codul P pot fi criptate ca un așa-numit P (Y), cod care este disponibil numai pentru echipament militar cu o cheie de decriptare adecvat. Atât C / P (Y) coduri A și împărtăși precis momentul-a zi pentru utilizator.

Page 21: global pointing system

Semnalul L3 la o frecvență de 1.38105 GHz este folosit pentru a transmite date de la sateliți pentru stații la sol. Aceste date sunt utilizate de către Statele Unite ale Americii nucleare detonare (de NUDET) Detection System (USNDS) pentru a detecta, localiza, și să raporteze detonări nucleare (NUDETs) în atmosfera Pământului și spațiul aproape. [ 88 ] O utilizare este aplicarea de interzicere a testelor nucleare tratate.

Banda L4 la 1.379913 GHz este de a fi studiate pentru corectarea ionosferic suplimentar. [ necesită

citare ]

Banda de frecvență L5 la 1.17645 GHz a fost adăugat în procesul de modernizare GPS . Această frecvență se încadrează într-un interval de protecție internațională pentru navigația aeronautică, puțin promițătoare sau nici o interferență în toate împrejurările. Primul satelit aspect IIF, care oferă acest semnal a fost lansat în 2010. [ 89 ] L5 este format din două componente purtătoare, care sunt în cuadratură de fază unul cu celălalt. Fiecare componentă purtător este cheie de deplasare bi-fază (BPSK), modulat de un tren pic separat. "L5, al treilea semnalul GPS civil, va sprijini în cele din urmă de siguranță ale vieții cererilor de aviație și să ofere disponibilitate și acuratețe." [ 90 ]

O renunțare condiționată a fost recent acordat LightSquared să opereze un serviciu terestru de bandă largă în apropierea benzii L1. Deși LightSquared a solicitat o licență pentru a opera în 1525-1559 trupei încă din 2003 și a fost scos de comentarii publice, FCC a cerut LightSquared să formeze un grup de studiu cu comunitatea GPS pentru a testa receptoare GPS si de a identifica problema care ar putea apărea din cauza puterii semnalului mai mare de rețeaua terestră LightSquared. Comunitatea GPS nu au obiecții cu privire la LightSquared (fosta MSV și SkyTerra) cererile până în noiembrie 2010, când LightSquared solicitat o modificare a autorizației sale auxiliar terestru Component (ATC).Acest depozit (SAT-MOD-20101118-00,239) sa ridicat la o cerere pentru a rula câteva ordine de mărime mai multă putere în aceeași bandă de frecvență de stații de bază terestre, în esență, repurposing ce trebuia sa fie un "cartier liniștit" pentru semnale din spațiu ar fi echivalentul unei rețele celulare. Testarea în prima jumătate a anului 2011 a demonstrat că impactul inferior 10 MHz de spectru este de minim de dispozitive GPS (mai puțin de 1% din totalul dispozitivelor GPS sunt afectate). Superior 10 MHz destinat utilizării de către LightSquared pot avea un anumit impact asupra dispozitive GPS. Există o oarecare îngrijorare că acest lucru va degrada serios semnalul GPS pentru utilizări mulți consumatori. [ 91 ] [ 92 ] Aviation Week revista rapoartele că cele mai recente teste (iunie 2011) confirmă "bruiaj semnificativ" de GPS de sistemul LightSquared lui. [ 93 ]

Page 22: global pointing system

Demodularea și decodare [ edita   ]

Demodulare și decodare GPS prin satelit Semnale folosind grosiere / Achizițiecodul de aur .

Deoarece toate semnalele de satelit sunt modulate pe aceeași frecvență purtătoare L1, semnalele trebuie separate după demodulare. Acest lucru se face prin atribuirea fiecărui satelit un binar unic secvență cunoscută ca un cod de aur . Semnalele sunt decodificate după demodulare folosind adăugarea codurilor de aur corespunzătoare sateliții monitorizate de către receptor. [ 94 ] [ 95 ]

Dacă informația almanah a fost dobândită anterior, receptorul alege sateliți pentru a asculta prin PRN lor, numere unice în intervalul de la 1 la 32. Dacă informațiile almanah nu este în memorie, receptorul intră într-un mod de căutare până când se obține un sistem de blocare pe unul dintre sateliții. Pentru a obține un sistem de blocare, este necesar să existe o linie liberă de vedere de la receptor la satelit. Receptorul poate dobândi apoi almanah și de a determina sateliți ar trebui să asculte de. După cum se detectează semnalul fiecare satelit, aceasta se identifică prin C distinct / A model cod. Nu poate fi o întârziere de până la 30 de secunde înainte de prima estimare a poziției din cauza necesității de a citi datele efemere.

Prelucrarea a mesajului de navigare permite determinarea timpului de transmisie și poziția satelitului în acest moment. Pentru mai multe informații consultați Demodulare și decodare, avansat .

Ecuații de navigare [ edit   ]

Această secțiune are nevoie de citate suplimentare pentru verificare . Vă rugăm să ajute să facem acest articol prinadăugarea de citate la surse de încredere . Material fără sursă credibilă poate fi contestat și eliminate. (Iunie 2014)

A se vedea de asemenea GNSS calcul de poziționare

Descrierea problemei [ edit   ]

Receptorul folosește mesajele primite de la sateliți pentru a determina pozițiile prin satelit și ora adaugat. X, y, și z componente ale poziției prin satelit și timpul expediate sunt desemnate ca [ x i , y i , z i , t i ], unde indicele i denotă satelit și are valoarea 1, 2, ..., n , în cazul în care  În cazul

Page 23: global pointing system

în care momentul primirii mesajului indicată de ceasul de la bord este  , adevăratul timpul de

recepție este  unde  este ceasul receptor de compensare de la sistemul GPS angajat de sateliți. Ceasul receptor de offset este aceeași pentru toate semnalele de satelit primite. Timp de

tranzit Mesajul este  .Presupunând că mesajul a călătorit la viteza luminii ,  , distanța

parcursă este  .

Dacă distanța parcursă între receptorul și satelit i și distanța parcursă între receptorul de satelit

și j sunt scăzute, rezultatul este  , care doar cantități implică cunoscute sau măsurate. Locul geometric al punctelor care au o diferență constantă în distanta de doua puncte (de aici, două sateliții) este un hiperboloid (a se vedeamultilaterație ). Astfel, de la patru ori de primire măsurate, receptorul poate fi plasat la intersecția dintre suprafețele a trei hyperboloids. [ 47 ] [ 48 ] Când mai mult de patru sateliți sunt utilizate, în cazul ideal de erori, receptorul este intersecția suprafețelor de-n 1 hyperboloids, unde n este numărul de sateliți.

În cazul în care sateliții au fost staționar, apoi de trei ecuații care descriu hiperbolice ar putea fi rezolvate simultan pentru a obține poziția de receptor. Acest lucru ar fi analog calculelor realizate pentru sistemele hiperbolice terestre, cum ar fi LORAN-C . Cu toate acestea, dat fiind că sateliții sunt în mișcare și difuzat locațiile lor bazate pe timp sistem GPS, ceasul receptor de compensare din timp sistem GPS trebuie, de asemenea, să fie stabilite.

Eroarea ceas sau prejudecată, b , este suma pe care ceasul receptorului este compensat din sistem GPS ( satelit ) timp. În cazul a patru sateliți, receptorul are patru necunoscute, cele trei componente ale poziției receptor GPS și prejudecată ceas [ x, y, z, b ]. Astfel, ecuațiile care trebuie rezolvate sunt:

sau în ceea ce privește pseudoranges ,  ca

 .

Aceste ecuații pot fi rezolvate prin metode algebrice sau numerice.

Cel puțin metodă soluție patrate [ edit   ]

Când patru sau mai mulți sateliți sunt disponibile, calculul se poate folosi patru cel mai bun, sau mai mult de patru (până la toti satelitii vizibili), având în vedere numărul de canale receptor, capacitate de prelucrare, precum și diluarea geometrică a precizie (GDOP). Utilizarea mai mult de patru presupune un sistem de supra-determinat de ecuații cu nici o soluție unică; un astfel de sistem poate fi rezolvată printr-o mai mici pătrate sau ponderate metoda celor mai mici pătrate (de exemplu, Gauss-Newton algoritm ). [ 96 ] Erorile pot fi estimate prin reziduurile. Cu fiecare combinație de sateliți,

Page 24: global pointing system

cantități GDOP poate fi calculată pe baza direcțiile cer relative ale sateliților utilizate. [ 97 ] localizarea receptorului este exprimată într-un anumit sistem, cum ar fi latitudinea și longitudinea folosind coordonate WGS 84   geodezic  sau o țară sistem specifice. [ 98 ]

Sistemul GPS a fost initial dezvoltat presupunând utilizarea unei metode soluție mai mici pătrate - adică înainte s-au găsit soluții formă închis.

Metode formă închisă soluție (Bancroft, etc.) [ edit   ]

Prima soluție formă închisă pentru setul de mai sus de ecuații a fost descoperit de S. Bancroft. [ 99 ] [ 100 ] Proprietățile sale sunt bine cunoscute. [ 47 ] [ 48 ] [ 101 ] Metoda Bancroft este algebric, spre deosebire de numeric, și pot fi utilizate pentru patru sau mai mulți sateliți. Atunci când se utilizează patru sateliți, etapele esențiale sunt inversare a unei matrice 4x4 și soluție de o singură variabilă ecuație pătratică. Metoda Bancroft oferă una sau două soluții pentru cantitățile necunoscute. Când există două (de obicei este cazul), numai unul va fi o soluție rațională apropierea Pământului. [ 100 ]

Atunci când mai mult de patru sateliți vor fi utilizate pentru o soluție, apoi Bancroft folosește inversă generalizată (adică, pseudoinverse) pentru a găsi o soluție. Cu toate acestea, un caz a fost făcut că metodele iterative (de exemplu, Gauss-Newton algoritm ) pentru rezolvarea supra-determinat mai mici pătrate neliniare (NLLS) probleme furniza, în general, mai multe soluții exacte. [ 102 ]

Au fost publicate Alte soluții-forma închis după Bancroft. [ 103 ] [ 104 ] Folosirea lor în practică este clar.

Surse de eroare și analiză [ edita   ]

Articol principal: Analiza Eroare de Global Positioning System

Analiza eroare GPS analizează sursele de erori în rezultate GPS și mărimea așteptată a acestor erori. GPS-ul face corecturi pentru erori de ceas recepție și alte efecte, dar există încă erori reziduale care nu sunt corectate. Surse de eroare includ măsurători semnal ora de sosire, calcule numerice, efecte atmosferice (întârzieri ionosferice / troposferice),efemere de date și de ceas, semnale pe căi multiple, și interferențe naturale și artificiale. Magnitudinea erorilor reziduale rezultate din aceste surse este dependentă de diluare geometric de precizie. Erori artificiale pot rezulta din bruiaj dispozitive și amenință nave și aeronave [ 105 ] sau la degradarea semnal intenționate prin

Page 25: global pointing system

disponibilitate selectivă, ceea ce a limitat precizie la ~ 6-12 m, dar care acum a fost oprit [ 106 ]

Accesoriu Precizie și topografie [ edita   ]

Articol principal: accesoriu GPS

Acest articol duplicate , în totalitate sau parțial, domeniul de aplicare al altor articole , în special, accesoriu GPS . Vă rugăm să discutați acest aspect pe pagina de discuție și în conformitate cu Manualul Wikipedia de stil prin înlocuirea partea cu un link și o sinteză a materialului repetate, sau prin desprinderea textul repetat într-un articol de sine stătător. (Noiembrie 2013)

Mărirea [ edit   ]

Integrarea informații externe în procesul de calcul poate îmbunătăți semnificativ precizia. Astfel de sisteme de augmentare sunt în general numite sau descrise în funcție de modul în care ajunge informația. Unele sisteme transmite informații suplimentare eroare (cum ar fi ceas de drift, efemere, sau întârziere ionosferic ), altele caracteriza erori anterioare, în timp ce un al treilea grup furnizează informații de navigație sau vehicul suplimentar.

Exemple de sisteme de augmentare includ Wide Area Mărirea Sistemul (WAAS), geostaționar mixt de navigare Serviciul european (EGNOS), GPS diferential (DGPS), sisteme de navigație inerțiale (INS) și GPS asistat . Precizia standard de aproximativ 15 metri (49 de picioare) poate fi crescut la 3-5 metri (9.8 - 16.4 ft), cu DGPS, și la aproximativ 3 metri (9,8 picioare), cu WAAS. [ 107 ]

Monitorizarea Precise [ edit   ]

Precizia poate fi îmbunătățită prin monitorizarea precisă și măsurarea semnalelor GPS existente în moduri suplimentare sau alternative.

Cea mai mare eroare rămasă este, de obicei, întârzierea imprevizibil prin ionosferă . Nava a difuzat parametrii modelului ionosferei, dar unele erori rămân. Acesta este un motiv GPS nava spatiala transmite pe cel puțin două frecvențe, L1 și L2. Întârziere ionosferice este o funcție bine definită a frecvenței și conținutul total de electroni (TCE) de-a lungul căii, astfel măsurarea diferenței de timp de sosire între frecvențele determină TCE și, astfel, întârzierea ionosferic precis la fiecare frecvență.

Page 26: global pointing system

Receptoare militare poate decoda P (Y) codul transmis pe ambele L1 și L2. Fără chei de decriptare, este încă posibil să se utilizeze un codeless tehnică pentru a compara P (Y) Codurile privind L1 și L2 pentru a obține o mare parte din aceleași informații de eroare. Cu toate acestea, aceasta tehnica este lent, astfel încât acesta este disponibil în prezent numai pe echipamente de topografie de specialitate. În viitor, se așteaptă coduri civile suplimentare care trebuie transmise pe frecventele L2 și L5 (a se vedea modernizare GPS). Apoi, toți utilizatorii vor putea efectua măsurători cu dublă frecvență și calcula direct erori de întârziere ionosferice.

O a doua formă de monitorizare precisă este numit purtator de fază Enhancement (CPGPS). Aceasta corectează eroarea care apare deoarece trecerea impulsului PRN nu este instantanee, și astfel corelația (satelit-receptor secvență potrivire) operație este imperfect. CPGPS foloseste unda purtătoare L1, care are

o perioadă de  , care este de aproximativ

o miime din C / O perioadă pic cod aur de  , de a acționa în calitate de o suplimentare de semnal de ceas și rezolva incertitudinea. Eroarea diferență de fază în GPS normală se ridică la 2-3 metri (6.6-9.8 ft) de ambiguitate. CPGPS de lucru la termen de 1% din tranziție perfectă reduce această eroare la 3 cm (1,2 in) de ambiguitate. Prin eliminarea acestei surse de eroare, CPGPS împreună cu DGPS realizează în mod normal între 20-30 cm (7.9 - 11.8 inch) de precizie absoluta.

Relativă cinematică de poziționare (RKP) este oa treia alternativă pentru un sistem precis de poziționare bazat pe GPS. În această abordare, determinarea semnal game pot fi rezolvate la o precizie de mai puțin de 10 centimetri (3,9 inch). Acest lucru se face prin rezolvarea numărul de cicluri care semnalul este transmis și primite de către receptor prin utilizarea unei combinații de GPS diferențial (DGPS) date de corectie, transmiterea de informații și de soluționare ambiguitate tehnici de fază a semnalului GPS prin intermediul statistice teste posibil cu procesarea în timp real -time ( de poziționare cinematică în timp real , RTK).

Pontaj [ edit ]

Secunde salt [ edit   ]

În timp ce majoritatea ceasuri derivă timpul lor de timp universal coordonat (UTC), ceasurile atomice pe sateliți sunt setate la ora GPS (GPST, a se vedea pagina de Statele Unite Observatorul Naval ). Diferența este că timpul GPS nu este corectată pentru a se potrivi rotația Pământului, așa că nu conține secunde salt sau alte corecții

Page 27: global pointing system

care sunt adăugate periodic de UTC. Timp GPS a fost stabilit pentru a se potrivi UTC în 1980, dar a deviat de atunci. Lipsa de corecții înseamnă că timp GPS rămâne la un constant compensate cuTimpul Atomic International (TAI) (TAI - GPS = 19 secunde). Corecții periodice sunt efectuate la ceasurile de la bord pentru a le menține sincronizate cu ceasuri de la sol. [ 108 ]

Mesajul navigare prin GPS include diferența dintre timp GPS și UTC. Ca din iulie 2012, ora GPS este de 16 secunde înainte de UTC, din cauza saltul al doilea adăugat la UTC 30 iunie 2012. [ 109 ] Receivere scade acest decalaj de la ora GPS pentru a calcula UTC și valori specifice fus orar. Noile unități GPS ar putea să nu arate ora corectă UTC până după primirea mesajului UTC offset. GPS-UTC compensa câmp poate găzdui 255 de secunde salt (opt biți).

Precizie [ edit ]

Timp GPS-ul este, teoretic, cu o precizie de aproximativ 14 nanosecunde. [ 110 ] Cu toate acestea, cele mai multe receptoare pierde precizie în interpretarea semnalelor și sunt doar corecte la 100 de nanosecunde. [ 111 ] [ 112 ]

Format [ edit ]

Spre deosebire de anul, luna, ziua și formatul de calendarul gregorian , data GPS este exprimat ca un număr săptămână și un număr de secunde-în-săptămână. Numărul săptămână este transmis ca un zece pic câmp în C / A și P (Y) mesaje de navigație, și așa devine zero, din nou la fiecare 1024 săptămâni (19.6 ani). GPS săptămână zero, a început la 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) la 06 ianuarie 1980, iar numărul săptămânii a devenit zero, din nou, pentru prima dată la 23:59:47 UTC la 21 august 1999 (00 : 00: 19 TAI la 22 august, 1999). Pentru a determina data gregorian actual, un receptor GPS trebuie să fie prevăzute cu data aproximativă (cu o precizie de 3,584 zile), pentru a traduce corect semnalul GPS data. Pentru a rezolva această problemă modernizat mesajul navigare prin GPS utilizează un câmp de 13 de biți, care repetă doar o dată la 8192 săptămâni (157 ani), de durată, astfel, până în anul 2137 (157 ani de la GPS săptămână zero).

Urmărire fază Carrier (topografie) [ edit   ]

O altă metodă care este utilizat în topografie aplicații este urmărirea de fază a purtătoarei. Perioada de frecvență purtătoare înmulțită cu viteza luminii dă lungimea de undă, ceea ce reprezintă 0,19 metri pentru transportatorul L1. Precizie în termen de 1% din lungime de undă în detectarea marginea anterioară reduce această componentă de eroare pseudorange la mai putin de 2 milimetri. In comparatie cu 3 metri de C / A și codul de 0,3 metri pentru codul P.

Page 28: global pointing system

Cu toate acestea, 2 precizie milimetru necesită măsurarea totală fază numărul de valuri, înmulțită cu lungimea de undă plus lungimea de undă fracționată, care necesită receptoare special amenajate. Această metodă are multe aplicatii de topografie. Este suficient de precisă pentru urmărirea în timp real a mișcărilor foarte lente ale plăcilor tectonice , de obicei, 0-100 mm (0-4 inch) pe an.

Diferențiere Triple urmată de constatare rădăcină numerică, și o tehnică matematică numita mai mici pătrate poate estima poziția un receptor având în vedere poziția de alta. În primul rând, calculăm diferența dintre sateliți, apoi între receptoare, și în cele din urmă între epoci. Alte ordine de a lua diferențe sunt la fel de valabile. Discuție detaliată a erorilor este omis.

Faza totală purtător satelit poate fi măsurată cu ambiguitate în ceea ce privește numărul

de cicluri. Lăsa  indica faza a transportatorului de satelit j măsurată prin receptor i la timp  .Această notație arată sensul Indicii i, j, și k. Receptorul ( r ), prin satelit ( e ), precum și timpul ( t ) vin în ordine alfabetică în calitate de argumente de  și

pentru a echilibra lizibilitatea și concizie, să  fie un abreviere

concis . De asemenea, ne definim trei funcții,:  , care revin diferențele dintre receptoare, sateliți, precum și punctele de timp, respectiv. Fiecare funcție are variabile cu trei indici ca argumentele sale. Aceste trei funcții sunt definite mai jos. Dacă  este o funcție de cele trei argumente întregi, i, j, și k atunci este un

argument valid pentru funcțiile,:  , cu valorile definite ca

 .

 , Și

 .

De asemenea, în cazul în care  sunt argumente valabile pentru cele trei funcții și A și b sunt constante,

atunci  este un argument valid cu valori definit ca

 .

 , Și

 .

Erori ceasul receptorului pot fi eliminate aproximativ de diferențiere fazele măsurate de la satelit 1 cu cea din satelit 2 la aceeași epocă. [ 113 ] Această diferență este desemnat ca

Page 29: global pointing system

Diferențiere dublă [ 114 ] calculează diferența de diferență receptor de satelit de la 1 lui că a receptor 2. Acest lucru elimină aproximativ erorile de ceas satelit. Acest dublă diferență este:

Diferențiere Triple [ 115 ] scade diferența de receptor de la 1 timp de la acea vreme de 2 Aceasta elimină ambiguitatea asociat cu numărul integral de lungimi de undă în faza purtător cu condiția ca aceasta ambiguitate nu se schimba cu timpul. Astfel, rezultatul triplu diferență elimină practic toate erorile părtinire ceas și ambiguitatea întreg. Erori de întârziere și efemere satelit atmosferice au fost reduse semnificativ. Această diferență este triplu:

Rezultatele triple diferență poate fi utilizat pentru a estima variabile necunoscute. De exemplu, dacă funcția de receptor 1 este cunoscut, dar poziția receptorului 2 necunoscută, poate fi posibil să se estimeze poziția receptorului 2 folosind constatare rădăcină numerică și mai mici pătrate. Rezultate diferență triple pentru trei perechi de timp independente destul de probabil va fi suficient pentru a rezolva trei componente pozitia receptorului 2 lui. Acest lucru poate necesita utilizarea unei proceduri numeric. [ 116 ] [ 117 ] O aproximare a poziției receptorului 2 este necesar de a utiliza o astfel de metodă numerică. Această valoare inițială poate fi, probabil, cu condiția de a mesajului de navigație și intersecția suprafețelor sfere. O astfel de estimare rezonabilă poate fi cheia pentru succes constatare rădăcină multidimensional. Iterarea de trei perechi de timp și o valoare inițială destul de bună produce o observată rezultat tripla diferenta pentru pozitia receptorului 2 lui. Prelucrarea perechi de timp suplimentare pot îmbunătăți acuratețea, supradeterminante răspunsul cu mai multe soluții. Mai mici pătrate se poate estima

Page 30: global pointing system

un sistem supra. Mai mici pătrate determină poziția de receptor 2, care se potrivește cel mai bine observate rezultatele triple diferenta pentru receptor 2 posturi sub criteriul minimizării suma pătratelor.

Probleme ale spectrului de reglementare cu privire la receptoare GPS [ edit   ]

În Statele Unite, receptoare GPS sunt reglementate în Comisia Federală de Comunicații (FCC) 's partea 15 reguli. După cum se indică în manualele de dispozitive activate pentru GPS vândute în Statele Unite, ca un dispozitiv Partea 15, acesta "trebuie să accepte orice interferență primită, inclusiv interferențe care pot cauza o funcționare nedorită." [ 118 ] În ceea ce privește dispozitive GPS, în special, FCC prevede că producătorii de receptoare GPS, "trebuie să folosească receptoare care discriminează în mod rezonabil împotriva recepția de semnale în afara spectrului lor alocate.". [ 119 ] În ultimii 30 de ani, receptoare GPS au operat alături de trupa Serviciul Mobil de satelit, și-au discriminat împotriva recepție a serviciilor mobile prin satelit, cum ar fi Inmarsat, fără nici o problemă.

Spectrul alocat pentru utilizarea GPS L1 de FCC este de 1559-1610 MHz, în timp ce spectrul alocat pentru uz satelit-sol deținută de LightSquared este trupa Mobile Satellite Service. [ 120 ] Din 1996, FCC a autorizat utilizarea a licențiate spectrul vecine banda GPS 1525-1559 MHz la Virginia companiei LightSquared . La 1 martie 2001, FCC a primit o cerere de la predecesorul LightSquared lui, Motient Servicii de utilizare a frecvențelor atribuite pentru un serviciu integrat terestru prin satelit. [ 121 ] În 2002, Consiliul a Industriei GPS din SUA a ajuns la un out-of-de bandă Emisii (OOBE) acord cu LightSquared pentru a preveni transmisii de stații terestre LightSquared de la emițătoare transmisii în banda GPS vecin 1559-1610

Page 31: global pointing system

MHz. [ 122 ] În 2004, FCC a adoptat acordul OOBE în autorizația sa de LightSquared de a desfășura un pe sol rețea auxiliare pentru sistemul lor prin satelit - cunoscut sub numele de Turnul componentelor auxiliare (ATCS) -. "Vom autoriza MSS ATC sub rezerva unor condiții care să asigure că componenta terestră adăugat rămâne auxiliare principal MSS jertfa Nu intenționăm, nici vom permite, componenta terestră a deveni un serviciu de sine stătător. " [ 123 ] Această autorizație a fost examinat și aprobat de Comitetul consultativ SUA interdepartamentală Radio, care include Departamentul Agriculturii din SUA , US Air Force , US Army , US Coast Garda , Administrația Federală a Aviației , National Aeronautics and Space Administration , Internelor , precum și Departamentul american de transport . [ 124 ]

În ianuarie 2011, FCC autorizat în mod condiționat clienți angro LightSquared, cum ar fi Best Buy , Sharp , și C Spire , pentru a putea să cumpere doar un serviciu integrat bazat pe satelit-sol de LightSquared și re-vinde, care de servicii integrate pe dispozitive care sunt echipate pentru a utiliza doar semnalul de sol cu ajutorul frecvențelor LightSquared lui alocate de 1525-1559 MHz. [ 125 ] În decembrie 2010, producătorii de receptoare GPS și-a exprimat îngrijorarea în FCC care semnalul LightSquared ar interfera cu dispozitive de receptor GPS [ 126 ] deși politica FCC considerente au dus la comanda ianuarie 2011 nu a referă la orice modificări propuse la numărul maxim de stații LightSquared terestre sau puterea maximă la care aceste stații ar putea funcționa. Ianuarie 2011 ordinul a trimis contingent autorizație definitivă pe studii de probleme de interferență GPS efectuate de un grup de lucru condus LightSquared, împreună cu industria GPS și participarea agenție federală.

GPS GPS de proiectare producătorii de receptoare de utilizare a spectrului dincolo de banda alocat-GPS. În

Page 32: global pointing system

unele cazuri, receptoare GPS sunt proiectate pentru a utiliza până la 400 MHz de spectru în orice direcție a frecvenței L1 de 1575.42 MHz, pentru că serviciile mobile prin satelit în aceste regiuni sunt de radiodifuziune din spațiu la sol, și la putere niveluri proporționale cu serviciile mobile prin satelit . [ 127 ] Cu toate acestea, astfel cum este reglementată în conformitate cu partea 15 reguli FCC, receptoare GPS nu sunt justificate de protecție de la semnale din afara spectrului alocat-GPS. [ 119 ] Acesta este motivul pentru GPS funcționează alături de trupa Serviciul Mobil de satelit, precum și, de asemenea, de ce Mobile bandă de service prin satelit funcționează alături de GPS. Relația simbiotică de alocare a spectrului asigură faptul că utilizatorii de ambele formatii sunt capabile să funcționeze în cooperare și în mod liber.

FCC a adoptat norme în februarie 2003, care a permis Mobile de servicii prin satelit (MSS), licențiați, cum ar fi LightSquared a construi un număr mic de turnuri de la sol auxiliare în spectrul lor licențiat la "promova utilizarea mai eficientă a spectrului radio terestre." [ 128 ] În aceste norme 2003, FCC a declarat: "Ca o chestiune preliminară, terestre [mobil comercial Radio Service (" CMR ")] și MSS ATC sunt de așteptat să aibă diferite prețuri, acoperire, de acceptare și de distribuție a produsului, de aceea, cele două servicii apar, la cel mai bun, pentru a fi substitute imperfecte pentru un altul, care ar fi de operare pe segmentele de piață predominant diferite ... MSS ATC este puțin probabil să concureze direct cu CMR terestre pentru același baza de clienti ... ". În 2004, FCC a clarificat faptul că turnurile de la sol ar fi auxiliar, menționând că "Vom autoriza MSS ATC sub rezerva unor condiții care să asigure că componenta terestră adăugat rămâne auxiliare principal MSS jertfa. Noi nu intenționează, nici nu vom permis, componenta terestră a deveni un serviciu de sine stătător. " [ 123 ] În iulie 2010, FCC a declarat că așteaptă LightSquared a utiliza autoritatea

Page 33: global pointing system

sa pentru a oferi un serviciu integrat terestru prin satelit a "furniza servicii de bandă largă mobilă similare celor prevăzute de furnizorii de mobile terestre și de a spori concurența în sectorul telefonie mobilă în bandă largă. " [ 129 ] Cu toate acestea, producătorii de receptoare GPS au susținut că spectru licențiat LightSquared de 1525-1559 MHz nu a fost niciodată conceput ca fiind utilizate pentru bandă largă fără fir de mare viteză bazat pe 2003 și 2004 hotărârile FCC ATC face clar faptul că Turnul Componenta auxiliar (ATC) ar fi, de fapt, auxiliare componenta primar satelit. [ 130 ] Pentru a construi sprijin public de eforturi pentru a continua autorizarea FCC 2004 de componente terestre auxiliar LightSquared lui in Raport cu o simplu serviciu LTE de sol în banda de Serviciul Mobil de satelit, producător receptor GPS Trimble Navigation Ltd. format "Coaliția pentru a salva GPS noastră." [ 131 ]

FCC și LightSquared-au făcut fiecare angajamentele publice pentru a rezolva problema de interferență GPS înainte rețeaua este autorizat să opereze. [ 132 ] [ 133 ] Cu toate acestea, în conformitate cu Chris Dancy a proprietarilor de aeronave și de asociere piloți , piloții cu tipul de sisteme care ar fi afectat "pot merge de la curs și nici măcar nu-l dau seama." [ 134 ] Problemele ar putea afecta, de asemenea, Administrația Federală a Aviației a face upgrade la control al traficului aerian sistemului, Statele Unite ale Americii Departamentul Apararii îndrumare și locale, serviciile de urgență , inclusiv 911 . [ 134 ]

La 14 februarie 2012, US Federal Communications Commission (FCC) sa mutat la bar rețeaua LightSquared planificate în bandă largă național după ce a fost informată de cătreTelecomunicații și Informații Administratia Nationala (NTIA), agenția federală care coordonează spectru utilizează pentru alte guvernul federal militare și entități, că "nu există

Page 34: global pointing system

nici o modalitate practică de a atenua o posibilă interferență în acest moment". [ 135 ] [ 136 ] LightSquared contestă acțiunea FCC a.

Alte sisteme [ edita ]

Articol principal: Sisteme Global de navigație prin satelit

Compararea GPS , GLONASS , Galileoși Compass (orbita terestră medie) de sisteme de navigație prin

satelit orbitele cuStația spațială internațională , Hubble Space Telescope și Iridium constelație orbite, orbită

geostaționară Pământ , și mărimea nominală a Pământului . [ b ] Luna " orbita este de aproximativ 9 ori mai mare (în

rază și lungime) decât orbită geostaționară. [ c ]

Alte sisteme de navigație prin satelit de utilizare sau diferite stări de dezvoltare includ:

GLONASS  - sistem global de navigație din Rusia. Deplin operațional în întreaga lume.

Galileo  - un sistem global dezvoltat de Uniunea Europeană și în alte țări partenere, planificat să fie operațional până în 2014 (și pe deplin implementate până în 2019)

Beidou  - Republica Populară sistem regional din China, limitată în prezent la Asia și Pacific de Vest [ 137 ]

COMPASS  - Republica Populară sistem globală a Chinei, planificat să fie operațional până în 2020 [ 138 ] [ 139 ]

IRNSS  - sistem de navigație regional din India, planificat să fie operațional până în 2014, acoperind India și nordul Oceanului Indian [ 140 ]

QZSS  - sistem regional japonez care acoperă Asia și Oceania