1 / 35

SYSTEMY GPS

G lobal P ositioning S ystem. GLOBE 2003. – PODSTAWY. SYSTEMY GPS. Konrad Bajer Uniwersytet Warszawski kbajer@fuw.edu.pl Instytut Geofizyki www.igf.fuw.edu.pl Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym odiee.geo.uw.edu.pl

fifi
Download Presentation

SYSTEMY GPS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Global Positioning System GLOBE 2003 – PODSTAWY SYSTEMY GPS Konrad Bajer Uniwersytet Warszawski kbajer@fuw.edu.pl Instytut Geofizykiwww.igf.fuw.edu.pl Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczymodiee.geo.uw.edu.pl Center for Small-Scale Atmospheric Researchcessar.fuw.edu.pl

  2. Czym jest GPS ? NAVSTAR GPS Navigation Satellite Timing And Ranging System • 24 satelity na orbitach wokółziemskich • Wyznaczanie pozycji, nawigacja i precyzyjny pomiar czasu • Działają 24 godziny na dobę przy każdej pogodzie • Używane wszędzie tam, gdzie potrzebna jest dokładna znajomość położenia Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  3. Z czego składa się GPS ? www.montana.edu/places/gps • Satelity na orbicie • Kontrola naziemna • Użytkownicy • 1978 Pierwszy satelita Block 1 umieszczony na orbicie w roku. • 1986 Katastrofa Challengera opóźnia budowę systemu. • 1989 Pierwszy satelita Delta 2. System GPS jest pod kontrolą Departamentu Obrony USA Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  4. Lockheed Martin SV11 Satelity GPS 28 na orbicie (maj 2003) minimum: 24 electronics.howstuffworks.com/gps1.htm Satelita NAVSTAR 1400 - 1900 kg 5m szer. trwałość 7,5 roku • Panele słoneczne • Baterie Ni-Cd • 4 zegary atomowe Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  5. Orbity satelitów GPS physics.syr.edu/courses/PHY312.03Spring/GPS/GPS.html • Okres obiegu ok. 12 h • Codziennie wyłaniają się znad horyzontu o 4 min. wcześniej • 24 satelity w sześciu płaszczyznach orbitalnych nachylonych pod kątem 55 do płaszczyzny równika. Wysokie orbity są stabilne • Odległość od Ziemi ok. 20 000 km. • Dla porównania satelity TV (geostacjonarne) 42,245 km Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  6. Sygnały GPS • Satelity nadają sygnały radiowe (mikrofalowe) na dwóch częstotliwościach nośnych (moc 300-350 W): L1: 1575.42 MHz kod C/A – cywilny kod P/Y – wojskowy L2: 1227.60 MHz kod P/Y – wojskowy • Dostępne są dwie usługi:Standard Positioning System (SPS)Dokładność przed wyłączeniem zakłócania (Selective Availability) ok. 100 m. Obecnie (po 1 maja 2000) < 13m(22m pion) Precise Positioning System (PPS) Dokładność nominalna poniżej 1 m • Sygnał nie przenika przez przeszkody. Odbiornik musi „widzieć” satelity. Problemy pojawiają się w dżungli i w miejskich „kanionach”. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  7. Almanach satelitów • Almanach satelitów jest to kompletna informacja o wszystkich przewidywanych orbitach satelitów. • Almanach nadawany jest przez satelity razem z sygnałem czasu • Odbiornik GPS automatycznie wczytuje almanach za każdym razem, kiedy włączony jest przez czas dłuższy niż 15 min. • Dane almanachu są aktualne ok. 30 dni. Odbiornik nieużywany przez dłuższy czas pozostawić przez ok. 30 min. w miejscu gdzie widoczna jest większość nieba. • Dane almanachu są odbiornikowi potrzebne do oceny dostępności satelitów i wyświetlania ich położenia. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  8. Kontrola naziemna • Stacje monitoringu śledzą wszystkie satelity precyzyjnie mierząc w jakiej odległości się znajdują. • Stacja Centralna (Master Control Station - MCS) przetwarza dane obliczając trajektorie satelitów • MCS poprzez anteny naziemne przesyła dane o położeniu i trajektorii do satelitów. • Satelity nadają informacje: 1) Położenie i czas 2) Almanach - obliczone (przewidywane) trajektorie 3) Poprawki do orbit otrzymane z MCS Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  9. Wyznaczanie odległości od satelity • Zegary satelitów i odbiornika są dokładnie zsynchronizowane • Satelity i odbiorniki generują ten sam pseudolosowy kod (patrz rysunek) • Z przesunięcia kodu własnego i kodu otrzymanego z satelity odbiornik może obliczyć odległość do satelity • Dodatkowe komplikacje są spowodowane tym, że prędkość rozchodzenia się sygnału zależy od stanu atmosfery (zawartość wody) i wysokości satelity (teoria względności) Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  10. Wyznaczanie pozycji (2D) Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  11. Wyznaczanie pozycji (3D) electronics.howstuffworks.com/gps2.htm Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  12. Sygnał czasu tycho.usno.navy.mil Oficjalny wzorzec czasu dla Departamentu Obrony USA, dla GPS oraz oficjalny czas dla Stanów Zjednoczonych Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  13. Synchronizacja zegara odbiornika www.eng.auburn.edu/department/an/Teaching/BSEN_6220/GPS Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  14. Synchronizacja zegara odbiornika www.eng.auburn.edu/department/an/Teaching/BSEN_6220/GPS Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  15. Zastosowania • TRANSPORT Drogowy Kolejowy Lotniczy Publiczny Morski • SIECI ENERGETYCZNE Pomiar czasu z dokładnością mikrosekundową pozwala zlkalizować miejsce awarii z dokładnością do 300 m, co jest równe odległości między słupami Prace poszukiwawcze, np. pozycjonowanie platform wiertniczych. • TELEKOMUNIKACJA Precyzyjna lokalizacja telefonów komórkowych Serwisy informacyjne zależne od lokalizacji telefonu Procedury ratunkowe zależne od położenia ratowanego. Wycena usług zależna od położenia (strefy „biznesowe” i „mieszkaniowe”) Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  16. Zastosowania • SZYFROWANIE Precyzyjny sygnał czasu może być podstawą skutecznych i powszechnych metod szyfrowania finanse, bankowość, ubezpieczenia certyfikacja dokumentów elektronicznych • ROLNICTWO Łatwa i szybka rejestracja obszarów zajmowanych pod poszczególne uprawy Precyzyjne stosowanie chemikaliów • ŚRODOWISKO Badanie stanu atmosfery Monitorowanie gatunków zwierząt • POMOC LUDZIOM NIEPEŁNOSPRAWNYM Informacja o położeniu i wskazywanie drogi niewidomym (zastępuje mapę) Planowanie trasy dla ludzi na wózkach inwalidzkich (programowalne wózki) Pomoc dla ludzi z zanikami pamięci (choroba Alzheimera) Systemy informacji w środkach transportu publicznego Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  17. Badanie atmosfery GPS Atmosphere Sounding Project (GASP) GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) www.gfz-potsdam.de/pb1/GASP Całkowita zawartość pary wodnej w atmosferzew ciągu ostatnich 24 godzin Water Vapor Estimation from Ground GPS Networks & Assimilation into Atmospheric Models Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  18. Ekstremalna precyzja – drgania budynków Patrz "The height of precision" na stronie www.gpsworld.com/gpsworld Dokładność 7.6 mm !!! Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  19. Europejski GPS Projekt europejskiego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS) GNSS I (EGNOS)European Geostationary Navigation Overlay System Ma być uruchomiony w roku 2004. Składa się z trzech satelitów geostacjonarnych, 34 stacji naziemnych i trzech centrów kontroli. Wykorzystuje zarówno sygnał amerykańskiego GPS, jak i rosyjskiego GLONASS (GLObal Navigation Satellite System) Poprawi w Europie dokładność z obecnych 20 m do 5 m. Przeznaczenie wyłącznie cywilne, głównie dla transportu. GNSS II (GALILEO) Europejski odpowiednik amerykańskiego GPS. Ma konkurować z GPS, ale oba systemy mają wspólnie tworzyć system ogólnoświatowy (GNSS). GALILEO ma kosztować $ 3,5 mld i być gotowy w roku 2008. EGNOS będzie konieczne dla integracji GPS i GALILEO. Stany Zjednoczone próbowały zahamować budowę niezależnego systemu europejskiego. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  20. EGNOS i GALILEO Dokładność pozioma obecnego GPS 27 satelitów na 6-ciu orbitach geostacjonarnych. Możliwa rozbudowa do 31-32 satelitów minimum 21 + 3 zapasowe Dokładność pozioma GPS + EGNOS 3 dodatkowe satelity +34 stacje naziemne Planowane uruchomienie 2004 Dokładność pozioma GALILEO 30 nowych satelitów europejskich na 3 orbitach 23 616 km nachylonych 56 do płaszczyzny równika Planowane uruchomienie: 2008 Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  21. WAAS – EGNOS - MSAS Regionalne systemy wspomagające GPS Poprawiają dokładność Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  22. Stacje EGNOS Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  23. EGNOS dzisiaj 3 satlity geostacjonarne transmitujące poprawki GPS System uruchomiono 28 lipca 2005 (faza wstępna) Na początek roku 2006 planowane jest oficjalne ogłoszenie dostępności sygnału W roku 2007 ma być ogłoszona dostępność sygnału dla systemów ratujących życie SISNet – transmisja sygnału EGNOS w Internecie. Dostępny, na przykład, poprzez GPRS (niezależnie od widoczności satelitów geostacjonarnych EGNOS) Odbiorniki EGNOS: http://esamultimedia.esa.int/docs/egnos/estb/SBAS_receivers.pdf Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  24. GARMIN 72 Odbiorniki GARMIN GARMIN 12 Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  25. Ekrany GARMINa 12 Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  26. „Status screen” (ekran statusu) • Searching Szuka satelitów • AutoLocate Zbiera informacje o położeniu sat. • Acquiring Zbiera wstępne dane • 2D Nav Ustalił pozycję 2D, czeka na 3D • 3D Nav Normalnie działa i sledzi pozycję • 2D diff Ustalił poz. 2D różnicowo, czeka na 3D • 3D diff W pełni sledzi pozycję różnicowo • Not usable Nie był w stanie obliczyc położenia. Wyłącz i włącz ponownie • Poor Coverage Nie może obliczyć położenia, będzie próbował nadal. • Enter Altitude Do rozpoczęcia obliczeń niezbędne wprowadzenie przybliżonej wysokości. • Simulator Praca symulacyjna (demo). Udaje ruch Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  27. „Track screen” (ekran pozycji) • TRACK Kierunek, w którym się poruszamy • SPEED Pozioma składowa prędkości • TRIP Dystans, jaki pokonalismy • ALT Wysokość • POSITION Położenie geograficzne w stopniach i minutach decymalnych • TIME Czas (Czas Uniwersalny) Jednostki można wybierać Wysokość nie będzie pokazana jeśli odbiornik namierzył tylko pozycję 2D Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  28. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  29. Czasy Czas uniwersalny UTC – czas jednakowy w każdym miejscu kuli ziemskiej Czas urzędowy (local time) – zależy od długości geograficznej oraz pory roku. W Polsce czas urzędowy jest przesunięty o 2 godziny do przodu względem UTC w okresie letnim oraz 1 godzinę w zimie. Przykład: 10:10 czasu urzędowego w letniej porze roku odpowiada 8:10 czasu UTC. Wszystkie pomiary w GLOBE powinny być raportowane w czasie uniwersalnym Południe lokalne- moment górowanie Słońca nad horyzontem. W środkowej Polsce przypada on na godzinę 10:30 UTC co oznacza że w lecie południe lokalne występuje o godzinie 12:30 zaś w zimie około 11:30. Południe lokalne przesuwa się o 1 godzinę na 15 stopni szerokości geograficznej Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  30. Czasy Przykład: Jeśli na szerokości geograficznej 23o E południe lokalne występuje o godzinie 12:15 czasu urzędowego to na szerokości geograficznej 18o E występuje o godzinie: (23-18)/15=1/3 h Zamieniamy 1/3 godziny na liczbę minut: 1/3*60=20 minut. 12:15 – 20 minut (minus bo przesuwamy się na zachód) . Przesuwając się na zachód południe lokalne wypada wcześniej zaś na wschód później. Południe lokalne wypada wiec o 11:55 Sposoby wyznaczania południa lokalnego: Na podstawie czasu wschodu i zachodu Słońca Na podstawie GPS Na podstawie pomiarów cienia przy pomocy gnomonu (umożliwia wyznaczenie deklinacji magnetycznej) Przykład Wschód Słońca 5:40 zachód Słońca 19:50 Obliczamy sumę: 5:40+19:50=23h 90 m= 24h 30m Dzielimy otrzymana godzinę na pół: 12h 15 m Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  31. Przeliczanie jednostek Zamienianie stopni /minut/ sekund na układ dziesiętny. Przykład: Mamy następującą szerokość geograficzna: 52o34’12’’N i chcemy ja zamienić na liczbę stopni w systemie dziesiętnym. Zamieniamy liczbę sekund na minuty 12’’/60=0.2’ Mamy zatem: 52o34.2’N Następnie zamieniamy minuty na stopnie 34.2/60=0.5700o zaokrąglając do 4 cyfr po przecinku. Otrzymujemy wiec 52.5700o N Odwrotnie Wychodzimy z wartości52.5700o N Z części ułamkowej 0.5700 obliczamy liczbę minut 0.5700*60=34.20’ Liczbę sekund obliczamy z części ułamkowej 0.20 0.20*60=12 Zatem mamy 52o34’12’’N Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  32. Pomiar pośredni Wyznacz lokalną deklinacje magnetyczną W Polsce wynosi 71oN 96oW (biegun północny), -72oS 155oE (biegun południowy) Zaznacz miejsce pomiaru docelowego. Spróbuj, czy da się wykonać pomiar bezpośredni Za pomocą kompasu wyznacz północ magnetyczną Uwzględniając deklinację oblicz i wyznacz kierunek północy geograficznej Idź dokładnie na północ lub dokładnie na południe od miejsca pomiaru docelowego aż trafisz na miejsce gdzie możliwy jest pomiar GPS. To będzie punkt pomiaru pośredniego. Zanotuj, czy szedłeś na północ, czy na południe. Taśmą mierniczą lub „stopkami” zmierz odległość, jaką przeszedłeś. Zmierzoną odległość podziel przez 1855 m/minutę, aby otrzymać różnicę położeń wyrażoną w decymalnych minutach kątowych. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  33. Deklinacja magnetyczna Wartość odczytana z mapy powinna być dodana do 0o i wówczas wskazuje prawdziwy kierunek północny Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  34. Arkusz pomiaru pośredniego Arkusz pomiaru pośredniego GPS Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

  35. Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki

More Related