Wat is globale posisioneringstelsel? Verstaan ​​GPS

Global Positioning System of GPS is 'n Global Navigation Satellite System (GNSS) wat posisionering, navigasie en tydsberekeningstelsel (PNT) bied. Dit is ontwikkel deur die Amerikaanse ministerie van verdediging (VS DoD) in die vroeë 1970's. Daar is ander satelliet-gebaseerde navigasiestelsels soos Rusland se GLONASS, Europa se Galileo en China se BeiDou, maar die Verenigde State se Global Positioning System (GPS) en Russiese Global Navigation Satellite System (GLONASS) is die enigste ten volle funksionele satelliet-gebaseerde Navigasiestelsel met onderskeidelik 32 satellietkonstellasies en 27 satellietkonstellasies. Voor die ontwikkeling van GPS -tegnologie is kaarte en kompas die belangrikste hulpmiddel vir navigasie (in see, land of water). Met die bekendstelling van GPS het die navigasie en ligging baie maklik geword met 'n posisie -akkuraatheid van twee meter of minder Oorsig van die geskiedenis van GPSGPS -struktuur Oorsig GPS -segmente Ruimtesegment Beheersegment Gebruikersegment Werkingsbeginsel van GPS Bepaling van die ligging van die satelliete Bepaling van afstand tussen satelliete en GPS -ontvanger Posisie van Ontvanger in 2-D-vliegtuig Posisie van die ontvanger in 3D-ruimte Tipes GPS-ontvangers Toepassings van Global Positioning System (GPS) Geskiedenis van GPS Voor die ontwikkeling van GPS, grondgebaseerde navigasiestelsels soos LORAN (langafstandnavigasie) deur die VSA en Decca Navigator System deur die Verenigde Koninkryk is die belangrikste tegnologieë vir navigasie. Beide hierdie tegnieke is gebaseer op Radio Waves en die reikafstand was beperk tot enkele honderde kilometers. In die vroeë 1960's was drie van die Amerikaanse regeringsorganisasies, naamlik National Aeronautics and Space Administration (NASA), Department of Defense (DoD) en Department of Transportation (DoT) het saam met verskeie ander organisasies begin om 'n satellietgebaseerde navigasiestelsel te ontwikkel met die doel om hoë akkuraatheid, weeronafhanklike werking en globale dekking te verskaf. Hierdie program het ontwikkel in na Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR Global Positioning System). Hierdie stelsel is eers ontwikkel as 'n militêre stelsel om aan die behoeftes van die Amerikaanse weermag te voldoen. Die VSA Militêr het NAVSTAR gebruik vir navigasie sowel as wapenstelsel-teiken en missielgeleidingstelsels. Die moontlikheid dat vyande hierdie navigasiestelsel teen die Verenigde State gebruik, is die hoofrede waarom burgerlikes nie toegang daartoe gegee is nie. Die eerste NAVSTAR-satelliet is in 1978 gelanseer en teen 1994 is 'n volle konstellasie van 24 satelliete in die wentelbaan geplaas en sodoende dit heeltemal in werking.In 1996 het die VSA Die regering het die belangrikheid van GPS vir burgerlikes erken en 'n dubbelgebruikstelsel verklaar, wat toegang tot beide militêre en burgerlikes toelaat.GPS-struktuuroorsigDie fundamentele tegniek van die satellietgebaseerde navigasiestelsel Global Positioning System (GPS) is om die afstande tussen die ontvanger en 'n min satelliete wat gelyktydig waargeneem word. Die posisies van hierdie satelliete is reeds bekend en dus deur die afstand tussen vier van hierdie satelliete en die ontvanger te meet, word die drie koördinate van die GPS-ontvanger se posisie nl. breedtegraad, lengtegraad en hoogte kan vasgestel word. Aangesien die verandering in posisie van die ontvanger baie akkuraat bepaal kan word, kan die snelheid van die ontvanger ook bepaal word.GPS-segmenteDie struktuur van hierdie komplekse globale posisioneringstelsel word in drie hoofsegmente verdeel: Die Ruimtesegment, Die Beheersegment en Die Gebruiker Segmenteer. Hierin word die beheersegment en die ruimtesegment ontwikkel, bedryf en onderhou deur die Amerikaanse lugmag. Die volgende beeld toon die drie segmente van die GPS-stelsel.RuimtesegmentDie Ruimtesegment (SS) van die GPS bestaan ​​uit 'n konstellasie van 24 satelliete wat in ongeveer sirkelvormige wentelbane om die Aarde wentel. Die satelliete word in ses wentelvlakke geplaas met elke wentelvlak wat uit vier satelliete bestaan. Die helling van die orbitale vliegtuie en die posisionering van die satelliete is op 'n spesifieke manier gereël sodat ten minste ses satelliete altyd vanaf enige plek op die aarde in sig kan kom. Satelliete word in die Medium Earth Orbit (MEO) geplaas op 'n hoogte van ongeveer 20,000 KM. Om die oortolligheid te verhoog en akkuraatheid te verbeter, is die totale aantal GPS-satelliete in die konstellasie verhoog tot 32, waarvan 31 satelliete in werking is.BeheersegmentDie beheersegment (CS) van die GPS bestaan ​​uit 'n netwerk van wêreldwye monitering en beheer en opsporingstasies. Die primêre taak van die beheersegment is om die posisie van die GPS-satelliete op te spoor en hulle in behoorlike wentelbane te handhaaf met die hulpmaneuvreeropdragte. Boonop bepaal en onderhou die beheerstelsel ook die aan boord stelselintegriteit, atmosferiese toestande, data van atoomhorlosies Die GPS -beheersegment is weer verdeel in vier subsisteme: 'n nuwe hoofbeheerstasie (NMCS), 'n alternatiewe hoofbeheerstasie (AMCS), vier grondantennas (GA's) en 'n wêreldwye netwerk van monitorstasies (MS's). Die sentrale beheernodus vir die GPS-satellietkonstellasie is die Meesterbeheerstasie (MSC). Dit is geleë by Schriever Air Force Base, Colorado en werk 24×7. Die hoofverantwoordelikhede van die Meesterbeheerstasie is: Satellietonderhoud, loonvragmonitering, sinchronisering van atoomhorlosies, Satellietmaneuvering, bestuur van GPS-seinwerkverrigting, oplaai van navigasieboodskapdata, opsporing GPS -seinfoute en reaksie op die mislukkings. Daar is verskeie monitorstasies (MS), maar ses daarvan is belangrik. Hulle is geleë in Hawaii, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein en Cape Canaveral. Hierdie monitorstasies volg die posisie van die satelliete deurlopend en die data word na die hoofbeheerstasie gestuur vir verdere ontleding. Om data na satelliete te stuur, is daar vier grondantennas (GA) geleë op Ascension Island, Cape Canaveral, Diego Garcia en Kwajalein. Hierdie antennas word gebruik om data na satelliete op te koppel, en die data kan enigiets wees soos klokkorreksie, telemetrieopdragte en navigasieboodskappe. posisionering en tydsberekening. Om toegang tot die GPS -dienste te verkry, moet die gebruiker oor die algemeen toegerus wees met GPS -ontvangers, soos selfstandige GPS -modules, selfone met GPS en spesiale GPS -konsoles. tyd en spoed terwyl die weermag dit gebruik vir presiese posisionering, missielgeleiding, navigasie, ens.Werksbeginsel van GPSMet die hulp van GPS-ontvangers kan ons die posisie van 'n voorwerp op enige plek op Aarde in tweedimensionele of driedimensionele ruimte bereken . Hiervoor gebruik GPS-ontvangers 'n Wiskundige metode genaamd Trilateration, 'n metode waarmee die posisie van 'n voorwerp bepaal kan word deur die afstand tussen die voorwerp en min ander voorwerpe met reeds bekende posisies te meet. Dus, in die geval van GPS-ontvangers, ten einde om die ligging van die ontvanger uit te vind, moet die ontvangermodule die volgende twee dinge weet:• Ligging van die satelliete in die ruimte en• Afstand tussen die satelliete en die GPS-ontvanger Bepaling van die ligging van die satellieteOm die ligging van die satelliete te bepaal. satelliete, maak die GPS-ontvangers gebruik van twee tipes data wat deur die GPS-satelliete versend word: die Almanak-data en die Ephemeris-data. Die GPS-satelliete stuur voortdurend sy benaderde posisie uit. Hierdie data word die Almanak -data genoem, wat gereeld opgedateer word namate die satelliet in die wentelbaan beweeg. Hierdie data word deur die GPS -ontvanger ontvang en in die geheue daarvan gestoor. Met behulp van Almanak -data kan die GPS -ontvanger die wentelbane van die satelliete bepaal en ook waar die satelliete veronderstel is om te wees. Die toestande in die ruimte kan nie voorspel word nie en daar is 'n groot kans dat die satelliete kan afwyk hul werklike pad. Die Master Control Station (MCS) en die spesiale monitorstasies (MS) volg die pad van die satelliete saam met ander inligting, soos hoogte, spoed, wentelbaan en ligging. na die satelliete gestuur sodat hulle in presiese posisie bly. Hierdie baandata wat deur die MCS na die satelliet gestuur word, word Ephemeris Data genoem. Die satelliet, by ontvangs van hierdie data, korrigeer sy posisie en stuur ook hierdie data na die GPS-ontvanger.Met die hulp van beide die data dws Almanak en Ephemeris, die GPS-ontvanger kan heeltyd die presiese posisie van die satelliete weet. Bepaling van afstand tussen die satelliete en GPS-ontvangerOm die afstand tussen die GPS-ontvanger en die satelliete te meet, speel tyd 'n groot rol. Die formule vir die berekening van die afstand van die satelliet van die GPS -ontvanger word hieronder gegee: Afstand = snelheid van lig x transittyd van die satellietsignaal Hier is die transittyd die tyd wat die satellietsignaal neem (sein in die vorm van radiogolwe, deur die Satelliet na GPS-ontvanger gestuur) om die Ontvanger te bereik. Die snelheid van die lig is 'n konstante waarde en is gelyk aan C = 3 x 108 m/s. Om die tyd te bereken, moet ons eers die sein verstaan ​​wat deur die satelliet gestuur word. Die getranscodeerde sein wat deur die satelliet oorgedra word, word Pseudo Random Noise (PRN) genoem. Terwyl die satelliet hierdie kode genereer en begin stuur, begin die GPS -ontvanger ook dieselfde kode genereer en probeer om dit te sinchroniseer. Sodra die ligging van die satelliete en hul afstand van die GPS-ontvanger bekend is, kan die posisie van die GPS-ontvanger in 2D-ruimte of 3D-ruimte uitgevoer word met behulp van die volgende metode. om die posisie van die voorwerp of GPS -ontvanger te vind in 2 - dimensionele ruimte, dws 'n XY-vliegtuig, al wat ons moet vind is die afstand tussen die GPS-ontvanger en twee van die satelliete. Laat D1 en D2 die afstand van die Ontvanger vanaf Satelliet 1 en Satelliet 2 onderskeidelik wees. Nou, met die satelliete in die middel en 'n radius van D1 en D2, teken twee sirkels om hulle op 'n XY-vlak. Die prentjie-voorstelling van hierdie geval word in die volgende prent getoon. Uit die bostaande prent is dit duidelik dat die GPS-ontvanger by enige van die twee punte waar die twee sirkels sny, geleë kan wees. As die area bokant die satelliete uitgesluit is, kan ons die posisie van die GPS-ontvanger vaspen by die snypunt van die sirkels onder die satelliete. Die afstandinligting vanaf twee satelliete is voldoende om die posisie van die GPS-ontvanger te bepaal in 'n 2-D of XY-vlak. Maar die werklike wêreld is 'n driedimensionele ruimte, en ons moet die driedimensionele posisie van die GPS -ontvanger bepaal. sy lengte-, breedtegraad en hoogte. Ons sal 'n stap-vir-stap prosedure sien om die 3-dimensionele ligging van die GPS-ontvanger te bepaal. Posisie van die Ontvanger in 3D-ruimteKom ons neem aan dat die liggings van die satelliete ten opsigte van die GPS-ontvanger reeds bekend is. As Satelliet 1 op 'n afstand van D1 vanaf die Ontvanger is, dan is dit duidelik dat die posisie van die ontvanger enige plek van die oppervlak van die sfeer kan wees wat gevorm word met satelliet 1 as middelpunt en D1 as sy radius. 'n tweede satelliet (satelliet 2) vanaf die ontvanger is D2, dan kan die posisie van die ontvanger beperk word tot die sirkel wat gevorm word deur die kruising van twee sfere met radius D1 en D2 met satelliete 1 en 2 by die middelpunte onderskeidelik. , kan die posisie van die GPS-ontvanger vernou word tot 'n punt op die kruisingsirkel. As ons 'n derde satelliet (Satelliet 3) met 'n afstand D3 vanaf die GPS-ontvanger by die bestaande twee satelliete voeg, dan is die ligging van die ontvanger beperk tot die kruising van die drie sfere, dws enige van die twee punte. In reële tyd situasies is dit nie lewensvatbaar om die dubbelsinnigheid van GPS-ontvanger by een van die twee posisies te hê nie. Dit kan opgelos word deur die bekendstelling van 'n vierde satelliet (Satelliet 4) met 'n afstand D4 van die ontvanger. Die vierde satelliet sal die ligging van die GPS -ontvanger kan vasstel vanaf die moontlike twee plekke wat vroeër met slegs drie satelliete bepaal is. Daarom is daar in reële tyd 'n minimum van 4 satelliete nodig om die presiese ligging van die voorwerp te bepaal. Prakties werk die GPS -stelsel so dat ten minste 6 satelliete altyd sigbaar is vir 'n voorwerp (GPS -ontvanger) wat oral op die aarde geleë is. van GPS-ontvangersDie GPS word deur beide burgerlikes en weermag gebruik. Daarom kan die tipes GPS-ontvangers geklassifiseer word in Siviele GPS-ontvangers en Militêre GPS-ontvangers. Die standaard klassifikasie is egter gebaseer op die tipe kode wat die ontvanger kan opspoor, basies is daar twee tipes kodes wat 'n GPS -satelliet stuur: Grof verkrygingskode (C/A -kode) en P - kode. Die verbruikers -GPS -ontvanger -eenhede kan slegs C/A -kode opspoor. Hierdie kode is nie akkuraat nie en daarom word die burgerlike posisioneringstelsel Standard Positioning Service (SPS) genoem. Die P - kode, aan die ander kant, word deur die weermag gebruik en is 'n baie akkurate kode. Die posisioneringstelsel wat deur die weermag gebruik word, word Precise Positioning Service (PPS) genoem. Die GPS-ontvangers kan geklassifiseer word op grond van die vermoë om hierdie seine te dekodeer. 'n Ander manier om kommersieel beskikbare GPS-ontvangers te klassifiseer is gebaseer op die vermoë om seine te ontvang. Deur hierdie metode te gebruik, kan GPS -ontvangers verdeel word in: Enkel - Frekwensie Kode Ontvangers Enkel - Frekwensie Draer - Vlotte Kode Ontvangers Enkel - Frekwensie Kode & Draer Ontvangers Dual - Frekwensie Ontvangers Toepassings van Global Positioning System (GPS) GPS het 'n noodsaaklike deel van die globale infrastruktuur geword, soortgelyk aan die internet. GPS was die sleutelelement in die ontwikkeling van 'n wye reeks toepassings wat oor verskillende aspekte van die moderne lewe versprei is. Toename in grootskaalse vervaardiging en miniaturisering van komponente het die prys van GPS-ontvangers verlaag. 'N Klein lysie toepassings waar GPS 'n belangrike rol speel, word hieronder genoem. Die moderne landbou het 'n hupstoot in produksie ondervind met behulp van GPS. Boere gebruik GPS-tegnologie tesame met moderne elektroniese toestelle om presiese inligting te kry oor veldarea, gemiddelde opbrengs, brandstofverbruik, afstand afgelê, ens. In die veld van motors word outomatiese geleide voertuie die meeste in industriële of verbruikerstoepassings gebruik. GPS maak hierdie voertuie in navigasie en posisionering moontlik. Burgerlikes gebruik GPS -ontvangers vir navigasie. Die GPS-ontvanger kan 'n toegewyde module of 'n ingeboude module in selfone en polshorlosies wees. Hulle is baie nuttig in trek, paduitstappies, ry, ens. Bykomende kenmerke sluit in akkurate tyd en spoed van die voertuig. Nooddienste soos brandweer en ambulans trek voordeel uit die akkurate posisionering van die rampligging deur GPS en kan betyds reageer. Militêr gebruik hoë-presisie GPS-ontvangers vir navigasie, teikenopsporing, missiel leidingstelsels, ens. Daar is talle ander toepassings waar GPS gebruik word of 'n groot omvang van gebruik in die toekoms.Verwante plasings:Draadlose Kommunikasie: Inleiding, Tipes en ToepassingsMultiplekser en DemultiplekserWaarom jou internet aanhou ontkoppel?Basiese van Embedded C-programWat is MEMS-sensors?

Los 'n boodskap 

boodskap Lys