Контрольно -корегувальна станція

За складом параметрів корегувальної інформації в апаратурі  споживача можуть бути виділені два методи диференціальної корекції:

метод ДК координат споживача;

метод ДК вимірюваних споживачем навігаційних параметрів, наприклад, псевдодальностей.

Метод ДК коордтат передбачає, що КІ формується шляхом зіставлення еталонних координат ККС із координатами споживача, обчисленими в його АС. Отримані диференціальні поправки, як різниці еталонних і виміряних координат ККС, передаються в складі КІ споживачам, які можуть уточнити за ними свої координати. Даний метод порівняно простий, тому що не змінює основний алгоритм навігаційних визначень в апаратурі споживача, але вимагає суттєвих обмежень на склад робочого сузір’я супутників в апаратурі споживача на ККС і в апаратурі споживача об’єкта навігації. Дійсно, поправки до координат, що обчислюються у ККС на її робочому сузір’ю, можуть враховуватись тільки при умові, що АС працює по тому ж сузір’ю і використовує ідентичні алгоритми навігаційних визначень. При цьому переносити поправки, що знайдені за одним сузір ’ям НКА, на результати визначень, отримані за іншим сузір’ям, неприпустимо через те, що використання КІ призводить в даному випадку не до зменшення, а до збільшення похибки навігаційних визначень. За цією причиною у сучасній практиці ДК цей метод використовується порівняно рідко.

Метод ДК навігаційних параметрів полягає в тому, щоб передавати від ККС споживачам набір поправок до виміряних навігаційних параметрів (НП) за всіма НКА, які розташовані у зоні видимості споживачів та ККС, надавши можливість апаратурі кожного споживача вибирати оптимальне для нього робоче сузір’я та кількість НКА для вимірювання НП. Іншими словами, в даному методі обчислюються поправки до виміряних РНП (наприклад, псевдодальностей) за всіма НКА, які знаходяться в зоні радіовидимості ККС.

Для цього на ККС одночасно  з вимірюванням псевдодальностей до всіх НКА, знаходять їх розраховані значення з використанням даних ефемерід НКА і відомих координат ККС. Результати розрахунків приймають за істинні псевдодальності, тому що їх обчислення проводять за відомими (еталонними) координатами ККС. Різниці істинних і виміряних значень псевдодальностей передають у складі КІ всім споживачам. При цьому відсутні обмеження на вибір алгоритмів функціонування АС, оскільки споживач може вибрати оптимальне для нього сузір’я і кількість НКА, а виміряні в його АС псевдодальності корегуються за допомогою поправок, що віднесені до вибраних НКА.

 

2.2 Метод відносних вимірювань

У випадках, коли точна геодезична прив’язка ККС неможлива або  ускладнена, то диференціальний режим  можливо реалізувати шляхом вимірювання відносних координат двох об’єктів навігації.

Нехай на двох рухомих об’єктах, рознесених у просторі, встановлені комплекти апаратури споживача, які за одним і тим же сузір’ям НКА у співпадаючі моменти часу визначають свої геоцентричні координати та . За допомогою каналів зв’язку обох об’єктів ці координати передаються взаємно один одному. На кожному об’єкті розраховуються різниці однакових компонент векторів ті! і п2 та визначається вектор координат одного об’єкта відносно іншого:

 

де х₂₁ = х₂ – x₁, у₂₁ = у₂ – y₁, z₂₁ = z₂-z₁; т - знак транспонування вектора-стовлчика.

Розрахову ється відстань між об’єктами:

а також кути а, р, у, які  визначають напрямок вектора ц2і У просторі:

 

Отже, при застосуванні метода ВВ, в результаті операції віднімання при формуванні η₂₁ однакові систематичні похибки, зумовлені особливостями поширення радіохвиль в іоносфері і неточністю ефемерідної інформації, вилучаються.

У такому спрощеному вигляді  метод відносних вимірювань застосовують рідко, тому що виграш у точності, отриманий при використанні тільки координатної інформації, вимагає суттєвого ускладнення системи. Сучасні високоточні системи ВВ працюють за вищевказаним принципом спільної обробки координатної інформації, але поряд із дальномірними вимірюваннями використовують вимірювання фази носійної частоти сигналів НКА. Це потребує точної частотної і часової синхронізації АС обох об’єктів.

Метод відносних вимірювань ефективний при невеликих взаємних відстанях між двома об’єктами при їх роботі по одному і тому ж сузір’ю НКА.

В окремому випадку ККС  може випромінювати сигнал, аналогічний сигналу НКА і тоді ККС називають псевдосупутником або псев- долітом (від англ. Pseudolite: pseudo і satellite). Сигнали псевдолітів можуть бути надто інформативними, наприклад, у випадку розміщення ККС під глісадою, за якою заходить на посадку літак. Використання псевдосупутників дозволяє скорегувати можливо погані геометричні фактори GPS і ГЛОНАСС, якщо вони з’являються. Як критерій оптимального розміщення псевдосупутників використовується мінімум зваженого геометричного фактора WDOP (Weight DOP):

 

де Г_v I Г_Н - геометричні фактори при визначенні висоті і планових координат, відповідно VDOP і HDOP.

 При наявності одного  псевдо- супутника отримано зменшені  величини максимально можливих  Гv з 15,6 до 2,26 і Гн з 7,71 до 2,36, відповідно. У випадку двох  псевдосупутників значення Гv  досягає 1,66 . Це дало можливість забезпечити посадку літаків в автоматичному режимі за 1-ю категорією ІСАО.

Корегувальна інформація для споживача надходить від  функціональних доповнень SBAS та (або) GBAS. Принципова відмінність між цими доповненнями полягає у способах отримання і доставляння корегувальної інформації, а також у розмірах зони дії цих підсистем.

GBAS - локальна підсистема, що функціонує в зоні дії радіусом від 50 км до 2000 км, а SBAS - глобальна підсистема, зона дії якої має радіус більше 2000 км.

На сучасному етапі  розвитку найбільше поширення набули проекти широкозонних диференціальних  підсистем (ШДПС), регіональних ДПС (РДПС) і локальних ДПС (ЛДПС). Розглянемо принцип будови ШДПС.

 

 

 

                

 

 

 

 

                3 Контрольно корегувальна станція.

3.1Загальна структура контрольно-корегувальної станції (ККС) . 

ККС ДПС ГНСС повинна містити  такі пристрої:

- Основний і резервний комплекти ОС для визначення диференціальних поправок, формування коригувальної інформації та передачі її в радіомаяк;

- Основний і резервний  комплекти СІК для контролю  якості навігаційних полів і  формування корегувальної інформації (КІ);

- Контрольну станцію (КС) для забезпечення можливості  оперативного контролю стану  та управління функціонуванням  ККС;

- Апаратуру вибіркового доступу (ВД);

- Передавач радіомаяка  для передачі корегувальної інформації споживачам.

На рисунку 3.1 представлений рекомендований склад устаткування ККС і структурно - функціональна схема.

Пояснення щодо окремих елементів  структурно-функціональної схеми приведено  нижче:

1 Опорна станція(ОС)

ОС використовує еталонний  приймач супутникових сигналів і MSK модулятор для формування та передачі повідомлень RTCM. На рисунку 3.1 MSK модулятор розташований у складі апаратури  ОС.

ОС може розташовуватися  як в безпосередній близькості від  радіомаяка, так і на деякому віддаленні від нього. Рекомендується розміщення ОС і станції інтегрального контролю (СІК) в безпосередній близькості від радіомаяка, так як це спрощує взаємодію складових частин ККС і підвищує надійність.

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

              

 

 

              

          2 Станція інтегрального контролю

СІК приймає диференціальні поправки з контрольної станції і перевіряє їх достовірність. СІК постійно забезпечує зворотний зв'язок з ОС для індикації і контролю її нормального функціонування. При виході коригувальної інформації за допустимі межі формується сигнал тривоги.Найбільш важливими є сигнали тривоги при перевищенні похибки обсервованних координат від еталонних значень понад допустимих меж, встановлених в СІК, а також при відхиленні прийнятих поправок до псевдодальності від розрахованих СІК.

3 Контрольна станція

Контрольна станція приймає  інформацію про порушення нормальної роботи диференціальної підсистеми, локалізує місця відмов і формує відповідні коригуючі дії. КС управляє також установкою і зміною параметрів обладнання.

4 Радіомаяк

Радіомаяк (РМК) забезпечує передачу корегувальної інформації, що формується ОС.

5 Лінія передачі даних

ОС і СІК здійснюють обмін даними через порти. СІК  повинна мати не менше 3-х портів: для обміну з КС, реєстратором та ОС. ОС повинна мати не менше 3-х портів: для обміну з КС, реєстратором та СІК. Для зв'язку елементів ККС  використовуються різні лінії передачі даних.

6 Резервування апаратури

Для забезпечення необхідних експлуатаційних характеристик  ККС можуть застосовуватися різні  рівні резервування. ОС і радіомаяк  завжди повинні мати 100% резервування. ККС повинна мати автономні джерела  електроживлення, що забезпечують її працездатність при тимчасовому відключенні  зовнішніх джерел.

 

 

3.2 Структурна схема антенно-приймального каналу приймача сигналів GPS.

 

Якщо розглядати  структурну схему приймача сигналів GPS\Глонасс, то це є звичайна структурна схема супергетеродинного приймача. Структурна схема супергетеродинного приймача показана на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Структурна схема супергетеродинного приймача

 

До складу РПП входить:

смугового фільтру СФ,

підсилювача НВЧ,

 змішувача ЗМ,

гетеродину Г,

підсилювача проміжної частоти  ППЧ, що включає кілька каскадів та коректора групового часу затримки КГЧЗ,

демодулятор.

Для підвищення ефективності роботи приймача необхідно забезпечити  у вхідному пристрої мінімальне послаблення  корисного сигналу й максимально  знизити рівень завад. Ці функції  виконують СФ та вхідний НВЧ підсилювач, налаштований на робочу частоту.

Для підвищення ефективності роботи приймача необхідно забезпечити  у вхідному пристрої мінімальне послаблення  корисного сигналу й максимально  знизити рівень завад. Ці функції  виконують СФ та вхідний НВЧ підсилювач, налаштований на робочу частоту.

 

3.3Структурна схема антенно-передавального каналу сигналів корегувальної інформації для радіомаяку.

 

Структурна схема передавального каналу сигналів корегувальної інформації є дещо простішою ніж приймальна частина контрольно-корегувальної  станції. Вона приведена на Рисунку 3.4.

 

 

 

Рисунок 3.3 – Структурна схема передавального каналу

 

 

Дана схема включає  в себе блок синтезаторів частоти, являє собою джерело синусоїдальних сигналів з високою стабільністю частоти в потрібному діапазоні частот. Також в цій схемі присутній формувач сигналів, що в нашому випадку є персональна електронна обчислювальна машина.

Також схема містить цифро-аналоговий перетворювач, що перетворює корегувальну інформацію з персонального комп’ютера в аналоговий сигнал, пропорційний значенню цифрового коду.

Модулятор в якому коливання прийнятого сигналу змішуються з коливаннями від допоміжного генератора (гетеродина), в результаті чого формується потрібний сигнал.

Фільтр високих частот фільтрує, а саме залишає лише високі частоти вхідного сигналу, при цьому придушуючи частоти сигналу нижче частоти зрізу, а ступінь придушення залежить від конкретного типу фільтра.

Підсилювач виконує функцію підсилювання корисного сигналу до потрібного значення.

Даний передавач формує корегуюючі  сигнали з фазовою модуляцією, що призначена для антени PMK.

Несуча частота таких  сигналів складається з двох компонентів , які знаходяться за фазою у  квадраті один до одного для зручності  їх розділення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Розрахунок підсилювача проміжної частоти сигналу у супутникової радіонавігаційної системи GPS

4.1 Вибір підсилювача  проміжної частоти

Схема підсилювача проміжної частоти наведена на рисунку 4.1. Оскільки ширина спектру сигналу Δf=20,46 МГц, а проміжна частота повинна задовільняти умову:

,

то приймемо:

 

 Для побудови ППЧ  була використана сучасна елементна  база. Як активний елемент підсилювача  застосована ІМС фірми Hittite HMC476SC70.