Реферат
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЯ И СЛЕЖЕНИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
· КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫКОНТРОЛЯ И СЛЕЖЕНИЯ
· Неоспоримые преимущества GPS навигации
· Принцип работы
· ЭТО ИНТЕРЕСНО
· КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ
· НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ
· СНИЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ
· ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ СЕГМЕНТ Точность и ошибки системы НАВИГАЦИИ
· Региональные и локальные системы
· Дифференциальный режим
· Создание карт для навигационных систем
· Алгоритмы приема и измерения параметров спутниковых радионавигационных сигналов
· Дальность при радиотехнических измерениях
· Определение координат потребителя
· СИСТЕМЫКООРДИНАТ. СИСТЕМЫВРЕМЕНИ
· НАВИГАЦИОННЫЕ РАДИОСИГНАЛЫ
· Система Глонасс
· Состав и структура навигационных сообщений
· НАВИГАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ спутников системы Глонасс и системы GPS
· Спектр задач
· Современное состояние
· ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
ВВЕДЕНИЕ
Компьютерные системы контроля и слежения. Компьютерная система контроля доступа. Эффективные системы контроля.Установка, наладка компьютерного контрольного комплекса поможет решить администрации такие задачи как …Состав программного обеспечения АРМ “ОРИОН”. Оперативная задача. Учет рабочего времени Администратор базы данных Сервисные модули. Состав программного обеспечения АРМ “УДАЛЕННЫЙ АДМИНИСТРАТОР БАЗЫДАННЫХ”ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОРИОН 1.0 КД. Работа с пультом С2000, резервирование АРМ Орион. Запись ключей и программирование приборов Контроль доступа и управление с помощью ключей или карточек. Управление исполнительными механизмами с помощью реле Возможность замены АРМ Орион предыдущих версий Особенности функционирования навигационных
• Существует множество компьютерных систем контроля и слежения, но выполняемые функции и строение у них схожие.
• Работу таких систем рассмотрим на примере АРМ "Орион".
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫКОНТРОЛЯ И СЛЕЖЕНИЯ
Компьютерная система контроля доступа
• Производители продукции, фирмы по оказанию платных услуг, заинтересованы в том, чтобы от работы своих коллективов стабильно получать максимальную экономическую выгоду.
• Этого можно добиться при помощи тотального контроля ежеминутной ситуации на производственном дворе, в цеху, в офисе. Информацию контролирующая служба предприятия получает при помощи установки компьютерной системы контроля доступа на подведомственную территорию.
Эффективные системы контроля
• эффективные современные программно-аппаратные технические средства, обеспечивают на производстве, в других местах только санкционированный вход и выход на объекты автомобильного и железнодорожного транспорта, людей по обозначенным коридорам.
• То есть, используя КПП, двери, ворота. Рекомендуемое компьютерное оборудование будет точно и качественно адаптировано под цели и задачи клиента.
Установка, наладка компьютерного контрольного комплекса поможет решить администрации такие задачи как:
• идентификацию личности, которая имеет специальное разрешение посещать территорию;
• учет проработанного времени каждым членом коллектива;
• безупречный учет посетителей;
• успешную интеграцию с другими системами безопасности и наблюдения. Ими могут быть охранная сигнализация, система пожарного оповещения и другими.
• При установке и наладке компьютерного оборудования осуществляется тестирование каждой позиции контроля и наблюдения.
• Установка и наладка специальных компьютерных программ осуществляется только хорошо подготовленными специалистами.
Состав программного обеспечения АРМ “ОРИОН”.
Оперативная задача
•Протоколирование всех событий, происходящих в системе
•Отображение состояний зон, разделов, точек доступа, приемно-контрольных приборов системы, считывающих устройств, видеокамер на планах помещений
•Управление взятием и снятием разделов и зон, как из программы, так и удаленно - со считывателей приборов ("С2000-2", "С2000-4", "Сигнал-20П", "С2000-КДЛ") и с клавиатур ("С2000-К", "С2000-КС"), а так же выдача специализированных команд точкам доступа, считывающим устройствам, видеокамерам
•Поддержка нескольких зон доступа
•Механизм разграничения полномочий по доступу и управлению объектами для персонала и посетителей
•Гибкое разграничение полномочий операторов за счет многоуровневой системы паролей. Мощная поддержка макроязыка сценариев управления, позволяющих выдавать одну или комплекс команд приемно-контрольным приборам, исполнительным устройствам, а также программному обеспечению системы, как по событию в системе или временному расписанию, так и по команде оператора. Речевое оповещение по тревогам, возможность записи и воспроизведения пользовательских сообщений. Многоступенчатая обработка тревог. Графическое отображение статистики АЦП и сопротивления шлейфов сигнализации, задымленности адресно-аналоговых дымовых и температуры адресно-аналоговых тепловых датчиков. Поддержка технологических ШС для контроля инженерного оборудования. Встроенная поддержка сетевых камер и USB-камер, совместимых с DirectShow. Вывод информационных карточек по каждому элементу системы, а также по персоналу или посетителям объекта. Защита системы от запуска несанкционированных программ.
Учет рабочего времени
• Рассчитывать различные отчеты по сотрудникам предприятия: общий отчет об отработанном времени, список нарушителей трудовой дисциплины, отчет о сотруднике с детализацией по дням, подробный отчет о сотруднике, стандартную форму табеля за месяц
• Возможность регулирования уровня доступа к данным
• Поддержка мягких прогулов
• Поддержка свободного графика работы
• Поддержка запрета перехода через сутки
• Расчет отработанного времени по сложным графикам
• Подробно комментирует свои расчеты в протоколе работы
• Учитывает причины отсутствия сотрудников на работе
• Экспорт требуемых результатов работы в формат простого текста,
HTML и Excel
• Многооконный интерфейс
• Возможность работы как на локальном компьютере, так и по сети
Администратор базы данных
• Гибкое разграничение полномочий администраторов за счет многоуровневой системы паролей
• Занесение в базу данных сведений о подключенных приборах, задание сетевых адресов, считывание и редактирование конфигурации приборов
• Размещение на планах помещений охраняемого объекта извещателей, точек доступа, приборов, считывателей, камер наблюдения, задание областей разделов
• Ввод сценариев управления, настройка расписания запуска сценариев, привязка сценариев к событиям системы
• Ввод временных зон, рабочих графиков и праздничных дней
• Ввод информации о персонале и посетителях, ввод фотографий с видео или цифровой камеры, из файла, печать пропусков персонала и посетителей
• Задание паролей, занесение кодов Proxy-карт и брелоков Touch Memory, присвоение полномочий по уровню доступа данному паролю или коду
• Динамический ввод отредактированных данных непосредственно в
Оперативную задачу
Сервисные модули
• Мастер системы
– архивирование БД на внешние носители
– удаление устаревших данных
– проверка целостности и исправление БД
• Генератор отчетов выдает отчеты по прошедшим событиям, тревогам, событиям контроля доступа и настройке системы как на локальном компьютере, так и в сети
• Редактор планов помещений позволяет быстро нарисовать планы помещений, используя такие элементы как стены, окна и дверные проемы
• Демонстратор работы приборов
– эмулирует работу приборов для настройки системы до установки на объект
– формирует тревожные и служебные события для проверки системы
• Персональная карточка
– обеспечивает верификацию сотрудников для контроля соответствия сотрудника его личным данным
– возможность работы как на локальном компьютере, так и по сети
• Подробная справочная система ответит на все вопросы по настройке, обслуживанию и работе АРМ "Орион"
Состав прграммного обеспечения АРМ "УДАЛЕННЫЙ АДМИНИСТРАТОР БАЗЫДАННЫХ"Удаленный Администратор БД
• Возможность удаленного администрирования АРМ "Орион" при сохранении всех возможностей, заложенных в "Администраторе базы данных" АРМ "Орион":
• подключение к АРМ "Орион" по сети по протоколу TCP/IP
• заполнение БД и отправка ее по сети рабочему месту АРМ "Орион",
• запись новой информации в базу данных, перезагрузка новой базы данных без перезапуска "Оперативной задачи"
• индикация выполнения процесса передачи и перезагрузки
• вывод полной информации по ошибкам и исключительным ситуациям, в случае их возникновения Дополнительные утилиты
• Программа Диспетчер сообщений - сервер и клиент, осуществляющий передачу данных по сети
• Мастер системы - программа обслуживания БД:
• архивирование БД на внешние носители
• проверка целостности БД
• ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОРИОН ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОРИОН 1.0 КД. Работа с пуль том С2000, резервиров ание АРМ Орион. Запись ключей и программирование приборов
1.0 КД Подробно о возможностях, особенностях и настройках каждой версии системы можно прочитать в документации, поставляемой с каждым дистрибутивом (каталог..\DOC) и в файле readme_kd.htm в основном каталоге. Здесь даны описания возможностей, которые по статистике наиболее часто интересуют пользователей. Работа с пультом С2000, резервирование АРМ Орион. На текущий момент АРМ "Орион" поддерживает параллельную работу с пультом С2000/С2000М (работа в протоколе "Орион ПРО"). Принцип заключается в том, что приборы ИСО Орион опрашиваются пультом, а пульт, в свою очередь, "Оперативной задачей". То есть, пульт всегда находится в боевом режиме, а "Оперативной задачей" вычитываются все события (произошедшие, в том числе, и за время отключения
•
В общем случае для реализации описанной логики работы обязательно, чтобы пульт был подключен к компьютеру по RS-232 интерфейсу. Для этого используется либо специальный шнур, либо преобразователи интерфейса "С2000-ПИ". Подробнее о схеме подключения приборов, а также все необходимые настройки приведены в приложении к руководству по настройке и эксплуатации АРМ "Орион" ("Протокол ОП").Запись ключей и программирование приборов. Хотя программа UPROG не теряет своей значимости, в АРМ Орион КД последовательно осуществляется процесс включения функций программы UPROG - записи ключей и программирования конфигурации приборов из Администратора базы данных. В выпуске 4 данного программного обеспечения появилась возможность записи
Контроль доступа и управление с помощью ключей или карточек. Управление исполнительными механизмами с помощью реле
Контроль доступа и управление с помощью ключей или карточекТрадиционно в АРМ Орион все состояния объектов системы отображаются на планах помещений, соответственно в АРМ Орион КД отображаются состояния элементов контроля доступа - дверей, считывателей и так далее. При идентификации сотрудника выводится окно с фотографией данного сотрудника. Данное окно можно настраивать (выводить несколько фотографий сотрудников, настраивать размер фотографии и так далее). Оператор может сам заблокировать или разблокировать считыватель с плана помещения, открыть дверь или запустить соответствующий сценарий управления. В системе существует геометрическая привязка таких элементов, как двери, шлагбаумы и так далее, к конкретной карточке/ключу пользователя, что не позволяет ни при каких условиях входить в данную дверь другому сотруднику, а также временная привязка элементов контроля доступа, что позволяет задавать
• В АРМ Орион КД возможно с помощью proxy- карточек осуществлять постановку/снятие с охраны шлейфов сигнализации приборов, входящих в систему Орион, а также управлять разделами.
• В выпуске 4 АРМ возможно также вводить новые пользовательские события для контроля доступа, так например возможно ввести событие для идентификации въезда и выезда автомобиля со стоянки. Все события могут анализироваться программой учета рабочего времени, которая на их основе выдает результат в виде таблиц или документов, пригодных для вставки в программное обеспечение других производителей.
• Управление исполнительными механизмами с помощью реле
• В АРМ Орион КД получила дальнейшее развитие система управления различными исполнительными механизмами с помощью реле приборов, входящих в систему Орион. Для управления реле существуют команды, сценарии управления и тактики управления реле - все это настраивается в
Администраторе базы данных АРМ Орион.
Возможность замены АРМ Орион предыдущих версий
б) Если ключ локальный (то есть содержится в приборе), тогда:не должны быть все шлейфы С2000-4 под охраной не должен быть под охраной шлейф, у которого стоит признак групповое взятие. Возможность подключения новых приборов к уже закупленным и расширения возможностей установленного АРМ Орион Для расширения возможностей установленного АРМ Орион и подключения новых приборов к линии интерфейса необходимо доплатить разницу между количеством подключаемых приборов и перепрограммировать ключ для АРМ Орион.
Возможность замены АРМ Орион предыдущих версийАРМ Орион 1.0 или Системы 2000 можно заменить на АРМ Орион 1.0 КД. Для этого необходимо провести модернизацию БД предыдущих версий на текущую версию АРМ Орион 1.0 КД. Последовательность модернизации БД описана в документации. Вместе с тем, необходимо помнить, что в АРМ Орион 1.0 КД появилось много новых настроек и установок, поэтому после модернизации необходимо изучить документацию на текущую версию и тщательно проверить настройки, запустив Администратор базы данных. Если в системе уже использовался С2000-4 и его необходимо включить в контроль доступа сотрудников, то, что задействовать считыватель прибора необходимо удовлетворение условий:а) Если ключ у сотрудника глобальный (то есть содержится только в БД, а не в приборе), необходимо проверить геометрическую доступность двери с данного считывателя, уровень доступа сотрудника - у сотрудника должны быть права на вход/выход в данную дверь.
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ.
• авиационная инерциальная навигационная система — инерциальная навигационная система Навигационная система, предназначенная как для определения координат местоположения самолета, так и для выработки сигналов управления, его движением по заданному маршруту.
• автоматизированная навигационная система для автомобильного и городского электрического транспорта —автоматизированная навигационная система для автомобильного и городского электрического транспорта: Автоматизированная информационно телекоммуникационная система, предназначенная для обеспечения надежного централизованного диспетчерского… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Авиационная инерциальная навигационная система —Инерциальная навигационная система, предназначенная как для определения координат местоположения самолета, так и для выработки сигналов управления его движением по заданному … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Прицельно-навигационная система — система, предназначенная для комплексного решения задач навигации и применения оружия. Решение двух задач в одной системе вызвано общностью математического аппарата, сложным взаимодействием алгоритмов ииспользованием одних и тех же датчиков.
• Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скороти и направлення движения и т.д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Навигационная система — это совокупность приборов,алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих произвести ориентирование объекта впространстве (осуществить навигацию). Навигационные системы обеспечивают ориентацию с помощью карт, имеющих видео, графический или текстовый форматы;определения местоположения посредством датчиков или других внешних источников;автономных средств, таких как спутниковая связь и т. п.;информации от других объектов.навигационная система большого радиуса действия — (одна из государственных радионавигационных систем США)навигационная система, использующая измерение времени и дальности — Предшественница GPSНавигационная система Navitron — Navitron международная система диспетчеризации и мониторинга транспортных средств, использующая ресурсы сетей сотовой связи (GSM) и глобальных навигационных спутниковых систем (GPS). Судовая навигационная система —Судовая навигационная система Е. Ship navigation system Судовые навигационные устройства, взаимоувязанные в единую упорядоченную структуру.
Неоспоримые преимущества GPS навигации. Сегодня технология GPS все больше завоёвывает популярность среди широкого круга людей разных профессий, рода деятельности и увлечений от “профессиональных” путешественников и людей, ведущих активный образ жизни до любителей рыбалки или просто автолюбителей. Этому существует простое объяснение:
• Стоимость оборудования сегодня все более доступна и для людей разного уровня достатка.
• Эксплуатация GPS навигации абсолютно бесплатна!
• GPS навигация покрывает всю территорию Земли
Таким образом, сейчас любой человек, которому нужно знать, где он находится, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он движется и понять когда он доберется до цели, может все это легко узнать, воспользовавшись преимуществами которые предоставляет GPS.
Принцип работы
• Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа безопросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.
• Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
• Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственные координаты.
• Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г. США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом Глобальная система позиционирования или сокращённо GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле. Также с помощью системы вмонтированной в спутники стало реально определять мощные ядерные заряды, находящиеся на поверхности планеты.
• Первоначально GPS – глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 г. был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Но точность была уменьшена специальным алгоритмом.Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки, и в 2000 г. С помощью специального режима избирательного доступа (SA – Selective Availability) в передаваемый сигнал вносились искажения, снижающие точность позиционирования до 70–100 метров. С 1 мая 2000 года, этот режим был отключен и точность повысилась до 3–10 метров.Фактически, это событие дало мощный импульс для развития бытовой навигационной GPS аппаратуры, снижению ее стоимости, и активной ее популяризации среди обычных пользователей. На текущий момент, GPS приемники разных типов активно применяются во всех областях человеческой деятельности, начиная от обычной навигации, заканчивая персональным контролем и увлекательными играми, типа «Geocaching ». По результатам многих исследований, использование навигационных GPS систем дает большой экономический эффект для мировой экономики и экологии – повышается безопасность движения, улучшается дорожная ситуация, уменьшается расход топлива, снижается количество вредных выбросов в атмосферу.
КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ
Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.
• Космический сегмент системы GPS состоит из орбитальной группировки спутников, излучающих навигационные сигналы. Спутники расположены на 6-и орбитах на высоте около 20000 км. Период обращения спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c. Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два полных оборота вокруг Земли.
• Первый спутник был запущен в феврале 1978 года. Его размер с раскрытыми солнечными батареями равнялся 5 метрам, а вес – более 900 кг. Это был спутник первой модификации GPS-I. За последние 30 лет, на орбите сменилось несколько модификаций GPS спутников: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. В процессе модернизации снижался вес спутников, улучшалось стабильность бортовых часов, повышалась надежность.
• Идентификация навигационных сигналов осуществляется по номеру, соответствующему «псевдошумовому коду», уникального для каждого спутника. В технической спецификации GPS системы изначально было заложено 32 кода. На этапе разработки системы и начальном периоде ее эксплуатации, планировалось, что количество рабочих спутников не будет превышать 24-х. Свободные коды выделялись для новых GPS спутников, находящихся на этапе ввода в эксплуатацию. И этого количества было достаточно для нормального функционирования системы. Но в настоящее время, на орбите находится уже 32 спутника, из которых 31 функционирует в рабочем режиме, передавая навигационный сигнал на Землю.
• «Избыточность» спутников позволяет обеспечить пользователю вычисление позиции в условиях, где «видимость» неба ограничена высотными зданиями, деревьями или горами.
НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ
• «Загрузка» навигационных данных, состоящих из прогнозируемых орбит и поправок часов для каждого из спутников, осуществляется каждые 24 часа, в момент, когда он находится в зоне доступа станции управления.
• Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами.
• Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.
Наземный сегмент обеспечивает эфемеридное обеспечение спутников. Это означает, что на земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определённый промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения НКА производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости.Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична отечественной системе Глонасс. Её основное назначение – высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости, и привязка к системной шкале времени. Аналогично отечественной, система GPS разработана для Министерства Обороны США и находится под его управлением.
Сегмент наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС выполняет следующие функции:· эфемеридное и частотно-временное обеспечение; мониторинг радионавигационного поля; радиотелеметрический мониторинг НКА; командное и программное радиоуправление
ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ СЕГМЕНТ
Аппаратура пользователей
• В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.
• Пользовательскую аппаратуру можно разделить на «бытовую» и «профессиональную». Во многом этом разделение условное, так как иногда достаточно трудно определить, к какой категории следует отнести GPS приемник и какие критерии при этом использовать. Есть целых класс GPS навигаторов, использующихся в пеших походах, автомобильных путешествиях, на рыбалке и т.п. Есть авиационные и морские навигационные системы, которые зачастую входят в состав сложных навигационных комплексов. В последнее время широкое распространение получили GPS чипы, которые интегрируются в КПК, телефоны и другие мобильные устройства.
Поэтому в навигации большее распространение получило деление GPS приемников на «кодовые» и «фазовые». В первом случае, для вычисления позиции используется информация, передаваемая в навигационных сообщениях. К этой категории относится большинство недорогих GPS навигаторов, стоимостью 100–2000 долларов. Вторая категория навигационных GPS приемников использует не только данные, содержащиеся в навигационных сообщениях, но и фазу несущего сигнала. В большинстве случаев это дорогостоящие одно- и двухчастотные (L1 и L2) геодезические приемники, способные вычислять позицию с относительной точностью в несколько сантиметров и даже миллиметров. Такая точность достигается в RTK режиме, при совместной обработке измерений GPS приемника и данных базовой станции. Стоимость таких устройств может составлять десятки тысяч долларов.
Точность и ошибки системы
•Необходимо получить сигналы минимум от 3-х спутников. К счастью, сегодня количество GPS-спутников достаточно велико даже для того, чтобы в любой точке земного шара определить не только двумерные, но и трехмерные координаты – широту, долготу и высоту над уровнем моря. Для этого нужно получать сигналы минимум от 4-х спутников. При этом, чем больше спутников «видит» Ваш GPS – приемник, тем точнее он может определить координаты местоположения – вплоть до максимального предела, определяемого точностью системы. Из этого, в частности, следует, что точность работы GPS-навигатора снижается, если сигналы от некоторых спутников экранируются местными предметами (рельефом местности, деревьями с плотной кроной, высокими зданиями и т.п.). Как известно, спутниковая GPS-система оплачивается и находится под контролем. Департамента обороны США, который зарезервировал предельную точность исключительно для своих военных целей. Для этого передаваемый спутниками сигнал кодируется с помощью специального Р-кода, который может быть декодирован только военными GPS-приемниками. В дополнение к этому, в сигналы времени от спутниковых атомных часов добавляется случайная ошибка, которая искажает полученные значения координат. В результате точность гражданских GPS-премников ухудшается более чем в 10 раз по сравнению с военными и составляет около 50–150 м.
Ошибки системы связаны точностью атомных часов спутников и соответствием реальной траектории спутников заданной орбите. Несмотря на то, что в каждом GPS спутнике используются высокоточные атомные часы, они тоже могут содержать ошибки и отклоняться от истинного значения системного эталона времени. Отклонение в 30 нс ведет к ошибке определения расстояния в 10 метров. Поэтому, все отклонения бортовых часов отслеживаются и их значения передаются в составе навигационных сообщений и учитываются GPS приемником в вычислениях позиции. Второй тип системных ошибок связан с неточностью передаваемых эфемерид. В математической модели учитываются множество факторов, влияющих на изменение траектории орбит GPS спутников, но небольшие ошибки все равно присутствуют. Наиболее существенный вклад в навигационные измерения вносят ошибки, связанные с распространением сигнала атмосфере Земли, а именно в ионосферных и тропосферных ее слоях. Ионосфера Земли представляет собой слой заряженных частиц на высоте от 120 до 200 км. Эти частицы снижают скорость распространения сигнала, и, следовательно, увеличивают его время. Соответственно вносится ошибка в оценку расстояния от GPS приемника до спутника. Эти задержки могут быть смоделированы для разного времени суток, усреднены и внесены в измерения, но, к сожалению, эти модели не могут точно отобразить реальную ситуацию. После прохождения ионосферного слоя, навигационный сигнал попадает в тропосферный слой, в котором происходят все погодные явления и присутствуют водяные пары, также влияющее на скорость распространения сигнала. Для борьбы с ионосферными задержками используют дифференциальные метод определения позиции. Корректирующие поправки передаются с помощью геостационарных спутников WAAS/EGNOSи позволяют повысить точность позиционирования до 1 метра. Ошибки многолучевости можно одновременно отнести и к категории ошибок, связанных с распространением навигационного GPS сигнала, и к ошибкам GPS приемника. Ошибка многолучевости связана с переотражением навигационного сигнала от близкорасположенных объектов – зданий, металлических конструкций, деревьев и т.п. (рисунок 6). В результате этого эффекта время распространения отраженного сигнала превышает время «прямого» сигнала. Если уровень переотраженного сигнала выше уровня «прямого» сигнала, то
СНИЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИИ
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИИ
Существующие в настоящее время глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Но существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации. К этим задачам относятся: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и другие. Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений.
• ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СНИЖЕНИЕ ТОЧНОСТИ
• На точность определения потребителем своих координат, скорости движения и времени влияет множество факторов, которые можно разделить на категории:
• Системные погрешности, вносимые аппаратурой космического комплекса
• Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры спутника и наземного комплекса управления ГНСС обусловлены в основном несовершенством частотно-временного и эфемеридного обеспечения.
• Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала от космического аппарата до потребителя
• Погрешности обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере Земли от скорости их распространения в вакууме, а также зависимостью скорости от физических свойств различных слоёв атмосферы.
• Погрешности, возникающие в аппаратуре потребителя
• Аппаратурные погрешности подразделяются на систематическую погрешность аппаратурной задержки радиосигнала в АП и флуктуационные погрешности, обусловленные шумами и динамикой потребителя.
• Кроме того, на точность навигационно-временного определения существенно влияет взаимное расположение навигационных спутников и потребителя. Количественной характеристикой погрешности определения местоположения и поправки показаний часов, связанной с особенностями пространственного положения спутника и потребителя, служит так называемый геометрический фактор ΓΣ или коэффициент геометрии. В англоязычной литературе используется обозначение GDOP - Geometrical delusion of precision.
Дифференциальный режим. Аппаратура потребителя принимает от опорной станции дифференциальные поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя. Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной станцией. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приёмнику) причинами. По экспериментальным данным, опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.
•Спутниковые навигационные системы
позволяют потребителю получить координаты с точностью порядка 10–15 м. Однако для
многих задач, особенно для навигации в городах, требуется большая точность. Один из основных методов повышения точности определения местонахождения объекта основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений. Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м – в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате.
Региональные и локальные системы
• Региональные системы предназначены для навигационного обеспечения отдельных участков земной поверхности. Обычно региональные системы используют в крупных городах, на транспортных магистралях и судоходных реках, в портах и по берегу морей и океанов. Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь в своём составе одну или несколько опорных станций.
• Локальные системы имеют максимальный радиус действия о