GPS - הכל כל כך פשוט ואמין? תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

GPS - הכל כל כך פשוט ואמין? אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / תקשורת רדיו אזרחית

GPS מתורגם מאנגלית היא מערכת מיקום גלובלית. מערכת ניווט הרדיו הלווינית האמריקאית GPS מיועדת לתמיכה בניווט בקנה מידה עולמי ברמת דיוק גבוהה עבור כל הזרועות של הכוחות המזוינים של ארה"ב ומשתמשים אזרחיים. ממשלת ארה"ב הוציאה יותר מ-10 מיליארד דולר על יצירת מערכת זו וממשיכה להוציא כסף על המשך הפיתוח והתמיכה שלה.

פיתוח המערכת החל בשנות ה-70. ב-1978 שוגרו הלוויינים הראשונים. ב-1983 נפתחה המערכת לשימוש אזרחי, וב-1991 הוסרו ההגבלות על מכירת ציוד קליטה ברוסיה. ספינות וכלי שיט רוסיות החלו להיות מצוידים באופן פעיל במקלטי GPS.

בעשור הראשון של המילניום החדש, מערכות ניווט לווייניות יהפכו לאמצעי המיקום העיקרי של עצמים יבשתיים, אוויריים וים. עם טכנולוגיית מעגלים משולבים מודרניים, מקלטי GPS ו-GLONASS הם קטנים, אמינים וזולים, כך שעם הזמן הם יוכלו להירכש על ידי תיירים, חובבי רכב ואפילו קוטפי פטריות. המקלט המחובר לביפר יכול לומר לך היכן ילדך הולך כעת או היכן, למשל, נמצאת המכונית שלך. יתר על כן, זה ייעשה בדיוק רב. בעזרת המקלט נקבע לא רק מיקומו של עצם נע, אלא גם מהירות תנועתו, המרחק שעבר, המרחק והכיוון לנקודה המיועדת, זמן ההגעה והסטיות מהמסלול הנתון. מְחוֹשָׁב.

ככל הנראה, כדאי להיזכר בעקרונות הפעולה של מערכת ניווט לוויינית. כדי לקבוע במדויק את מיקומם על הקרקע, הם משתמשים באופן מסורתי בסימנים גיאודטים או ציוני דרך גיאודטיים או עצמים אסטרונומיים (השמש, כוכבים). במערכות ניווט רדיו, שלטים גיאודטים כאלה הם משואות רדיו, מיקומן ידוע.

מערכת ניווט לוויינית פועלת באופן דומה, כאשר במקום שלטים גיאודטים ומשואות רדיו, משתמשים בלוויינים הפולטים אותות מיוחדים. מיקומם הנוכחי של לוויינים במסלול ידוע היטב. בניגוד לסימנים גיאודטים, הם ניידים; תקופת המהפכה שלהם סביב כדור הארץ היא 12 שעות. לוויינים עצמם משדרים מידע על מיקומם. המרחק שלהם נקבע על ידי מדידת משך הזמן שלוקח לאות רדיו לעבור מהלוויין למקלט הרדיו והכפלתו במהירות ההתפשטות של הגל האלקטרומגנטי. סנכרון השעונים של הלוויינים (המשתמשים במתנדים של ייחוס תדר אטומי) והמקלטים מספק מדידות מדויקות של מרחקים ללוויינים.

כדי לחשב את הקואורדינטות של מקום על פני כדור הארץ, עליך לדעת את המרחקים ללוויינים ואת מיקומו של כל אחד מהם בחלל החיצון. לווייני GPS נמצאים במסלולים גבוהים (20 ק"מ), והקואורדינטות שלהם הן . ניתן לחזות בדיוק רב. תחנות מעקב של משרד ההגנה האמריקאי מזהות באופן קבוע אפילו את השינויים הקטנים ביותר במסלולים, ונתונים אלו מועברים ללוויינים. המרחקים הנמדדים ללוויינים נקראים פסאודו-טווחים, מכיוון שקיימת אי ודאות מסוימת בקביעתם. העניין הוא. שהיונוספירה והטרופוספירה של כדור הארץ גורמות לעיכובים באותות הלוויין, ומכניסות שגיאות לחישובי מרחק. ישנם מקורות נוספים לטעויות - בפרט, שגיאות חישוביות במחשבים על הלוח, רעש חשמלי במקלטים והתפשטות רב-נתיב של גלי רדיו. מיקום יחסי לא מוצלח של לוויינים בשמיים יכול גם להוביל לעלייה מקבילה בטעות המיקום הכוללת.

כדי לקבוע מרחקים, לוויינים ומקלטים יוצרים רצפי קוד בינאריים מורכבים הנקראים קודים פסאודורנדומליים. זמן התפשטות האות נקבע על ידי השוואת ההשהיה של הקוד הפסאודו-אקראי של הלוויין ביחס לאותו קוד של המקלט. לכל לוויין שני קודים פסאודו אקראיים משלו. כדי להבחין בין קודי טווח והודעות מידע מלוויינים שונים, נבחרים הקודים המתאימים במקלט. קודי טווח פסאודו אקראיים והודעות מידע לווייני מאפשרים העברת הודעות מכל הלוויינים בו זמנית, באותו תדר, ללא הפרעות הדדיות. עוצמת הקרינה של הלוויינים נמוכה, וההפרעה של האותות מהלוויינים אינה משמעותית.

ניתן לשפר את דיוק המדידה באמצעות מדידות דיפרנציאליות תחנת ייחוס קרקעית עם קואורדינטות גאודטיות ידועות במדויק מחשבת את ההפרש בין קואורדינטות המקלט שלה לקואורדינטות בפועל. ההבדל בצורת התיקון מועבר לצרכנים באמצעות ערוצי רדיו כדי לתקן את קריאות המקלט. תיקונים אלו מבטלים חלק ניכר מהטעויות במדידות מרחק ומיקום. חישוב הקואורדינטות במחווני המקלט מתבצע באופן אוטומטי ומסופק למשתמש בצורה קרטוגרפית נוחה.

מערכת ה-GPS העולמית כוללת שלושה מקטעים. הראשון, חלל, כולל 24 IS3. מסתובב בשישה מסלולים, כל אחד עם ארבעה לוויינים, בגובה של 20 ק"מ. השני, מבוסס קרקע, מורכב ממכלול של תחנות בקרה קרקעיות, בקרה וקלט נתונים לתיקון מידע ניווט לווייני. התחנה המובילה ממוקמת במרכז הבקרה המשותף של מערכות החלל הצבאיות בקולורדו ספרינגס. תחנות ניטור מודדות כל העת פרמטרים של אפאמריה לוויינית ובאמצעות תחנות שידור מעבירות מידע מתקן ללוויינים לצורך שידור לצרכנים. הקטע השלישי כולל ציוד למשתמש: מקלטי אותות לווייניים, המשמשים לקביעת והצגת כל נתוני הניווט הנדרשים.

הצרכן העיקרי של מידע GPS הוא משרד ההגנה האמריקאי. מקלטי מערכות GPS מותקנים בכל מטוסי הקרב והתובלה והספינות, וכן במערכות הנחייה של טילי שיוט בעלי דיוק גבוה ובמערכות הנחייה של פצצות מונחות חדשות של ארה"ב. המשמעות היא שצבא ארה"ב יכול לתכנן לשגר תקיפות טילים מדויקות ממרחק של 1000 ק"מ לא רק נגד מבנים ומבנים, אלא אפילו בדיוק בתוך חלון מסוים. יתרה מכך, התקפות אלו יכולות להיות מועברות מצוללות ומהאוויר.

היתרונות העיקריים של מחווני מקלט GPS. המפורטים למעלה. - אמינות, קלות תחזוקה, יכולת מיקום XNUMX שעות ביממה ועמידה בתקנים בינלאומיים. עם זאת, לא הכל פשוט ונגיש כפי שזה נראה במבט ראשון.

הפרמטר העיקרי המאפיין את מערכת הניווט הוא דיוק המיקום. מאז 1983, כאמור, מערכת ה-GPS פתוחה לשימוש אזרחי, אבל נבהיר, לא לגמרי. עבור מקלטי GPS אזרחיים מקצועיים, בדרך כלל בעלות של עד $5000, רק מצב C/A זמין, מה שנקרא אות גישה חופשית הנפלט על ידי לוויינים בתדר של 1575,42 מגה-הרץ (L1), המספק דיוק מיקום בטווח של 100 מ'. למעשה, גודל השגיאות יכול להגיע ל-300 מ'. הנהלת ארה"ב שומרת לעצמה את הזכות להפחית את הדיוק של אותות C/A זמינים בכל עת על ידי הפעלת מה שנקרא מצב גישה סלקטיבי. במילים אחרות, נוצרת בכוונה סחיפה משמעותית של שעון הלוויין והפרמטרים של קוד ה-C/A הפסאודו-אקראי משתנים, ובכך מכניסים בכוונה עיוותים למידע על מיקומו הנוכחי של הלוויין. כל זה מוביל לטעויות משמעותיות בקביעת המיקום, ובעצם לחוסר אפשרות של ניווט מדויק באמצעות מערכת ה-GPS, מה שיוצר את התנאים המוקדמים לתאונות ואף לקטסטרופות.

העניין הוא שעיוות מכוון כזה של נתונים נוגע לכל הצרכנים של אות ה-GPS האזרחי. במקביל, הכנסת גישה סלקטיבית מספקת למשתמשים צבאיים מחווני מקלט GPS עם פעולה רגילה ודיוק גבוה הנדרש. כדי להשיג זאת, לוויינים בתדר שני - 1227,6 מגה-הרץ (L2) - פולטים קוד PY צבאי המספק דיוק גבוה, אך הוא אינו זמין למקלטים אזרחיים. העלות של מקלטים עם גישה לקוד הצבאי עומדת על 50 דולר בממוצע. אבל גם כאן, צבא ארה"ב חזה מקרה שבו מקלטים עם גישה לקוד הצבאי של PY עלולים להגיע לידי משתמשים עוינים לארה"ב. כדי למנוע זאת, מוצג מצב הצפנת קוד RY, שיהפוך את הניווט לבלתי אפשרי עבור משתמשים לא מורשים.

דיוק המיקום בעת גישה לקוד צבאי גדל גם על ידי השוואת זמני ההגעה של אותות בתדרים L1 ו-L2. קבלת אותות עם קוד C/A בתדר אחד בלבד אינה מספקת הזדמנות זו. המוזרות של מערכות ניווט לווייניות היא ש... שכאשר לוויינים בודדים נכשלים, כל המאפיינים שלו מתדרדרים בהדרגה. לאחר מכן, מופיעים מעת לעת אזורים ואזורים גדולים שבהם דיוק המדידה הופך מתחת למקובל, מה שעלול להוביל לאירועים חמורים. תקלות רבות במערכת ה-GPS מתגלות רק על ידי מתחם תחנות הקרקע. המשתמשים מקבלים הודעה על כך באיחור של 15 דקות עד 4 שעות. אירוע אחד כזה מתרחש בערך אחת לארבעה חודשים. משתמשי GPS רוסיים, ככלל, אינם מסוגלים לקבל מידע בזמן על כשלים כאלה. מחקר מפורט יותר של תכונות מערכת ה-GPS התברר שמערכת הקואורדינטות הגיאוצנטרית WGS-84 שהיא משתמשת בה לחישובים מכוונת בעיקר לצרכנים מערביים.

רוסיה יצרה מערכת קואורדינטות משלה PZ-90 למיפוי מדויק. שאינו זהה ל-WGS-84. מכיוון שהם מבוססים על מודלים שונים של אליפסואיד כדור הארץ. כתוצאה מכך, אותם קווי רוחב וקווי אורך גיאודטיים של נקודה אחת על הקרקע עשויים להיות שונים. במילים אחרות, בעת קביעת מיקום במפה רוסית באמצעות מקלטי GPS, שגיאות נוספות הן בלתי נמנעות עקב הבדלים במערכות הקואורדינטות.

למרבה הצער, בעולם המודרני, לוחמה כלכלית ומידע הפכה לתופעה נורמלית. יחד עם זאת, בתנאים הכלכליים החדשים, כאשר סחורות ושירותים אמריקאים רבים זרמו לשוק, לצרכנים שלנו הייתה הזדמנות להשתמש בשירותי מערכת ה-GPS. האמריקנים מיהרו "להדביק" את המוצר שלהם בכל המקרים האפשריים של השימוש בו. בין אם תרצו ובין אם לא, בעת הפלגה, למשל, במימי צפון אמריקה ובאזורים של בעלות ברית של ארה"ב, אנא השתמש במערכת ה-GPS. בעלים של מקלטי מערכת זו עלולים למצוא את עצמם בני ערובה של צבא ארה"ב בכל מקום בעולם ובכל זמן. בנוסף, גם כששטים בים החופים של רוסיה באמצעות GPS, אתה יכול לעלות על שרטון עקב חוסר התאמה של מערכות קואורדינטות גיאוצנטריות.

מחקר מפורט של המצב הנוכחי הראה שהדיוק של מערכת ה-GPS, בפרט בצפון אמריקה, מבוסס על מספר עצום של תיקונים עבור ערים ומיקומים שונים בארצות הברית. אשר, ככלל, מוזנים מראש לזיכרון האלקטרוני של מקלטי GPS. עבור שטחה של רוסיה אין תיקונים כאלה במקלטים אלה.

לאור כל האמור לעיל, השימוש רק במערכת ה-GPS בשטח הרוסי מוביל להפרה של האינטרסים הביטחוניים הלאומיים שלה.

מאז 1982 החלו בארצנו עבודה ליצירת מערכת לווייני ניווט עולמית מקומית - GLONASS, הפועלת על פי עקרונות דומים בערך ל-GPS ומספקת אפשרות לשימוש אזרחי. כבר בספטמבר 1993, מערכת זו התקבלה רשמית לפעולה, ובשנת 1995 היא נפרסה עם השלמה מלאה של לוויינים. המאפיין העיקרי של מערכת GLONASS הרוסית הוא שבשימוש אזרחי היא עוזרת להשיג מיקום מדויק. קרוב לדיוק שמספקים מקלטי GPS באמצעות קוד PY הצבאי. בנוסף, מקלטי GLONASS פועלים הן במערכת הקואורדינטות של ה-GPS WGS-84 והן ב-PZ-90 הרוסי. בשנת 1996, ממשלת הפדרציה הרוסית סיפקה את מערכת GLONASS כאחד המרכיבים של מערכת הניווט העולמית.

מפעלים רוסיים ייצרו מספר מכשירי ניווט של מערכת GLONASS: "בריזה", "רפר". "סקיפר", "Gnome-M", "מנהיג", "גוליית". יתר על כן, מחווני מקלט אלה הם גרסה משולבת של GLOHACC/GPS. השוק של ציוד כזה ברוסיה עדיין רק מתחיל להתגבש. בהתחשב בתכונות המצוינות של מערכת ה-GPS, ציוד ביתי יכול להתחרות ברצינות עם כמעט שישים חברות זרות המספקות מגוון רחב של מחווני מקלט GPS לשוק הרוסי. יתרה מכך, הארגון הימי הבינלאומי (IMO) אישר באותה שנת 1996 את GLONASS ו-GPS רק כרכיבים של מערכת ניווט הרדיו העולמית והמליץ על השימוש בהם במצב משולב. מחווני מקלט מקומי. ככלל, הם משולבים לפי שתי המערכות הללו ויש להם מצב דיפרנציאלי, שבגללו יש להם יתרון בהשוואה למקלטי GPS שאינם משולבים מייצור זר.

משתמשים רוסים צריכים לשקול ברצינות את היתרונות והחסרונות לפני רכישת ציוד מיובא. כדוגמה, אנו מציגים את המאפיינים האופייניים של מקלטי ניווט משולבים GLOHACC/GPS ממשרד העיצוב של מוסקבה "Korund".

מחווני המקלט מיועדים לקליטת אותות ממערכות GLONASS ו-GPS (קוד C/A) בו זמנית מ-14 לוויינים. השגיאה הריבועית הממוצעת של המיקום היא 10 מ', גובה - 15 מ' עם מיקום נוח של לווייני GLONASS (עבור מחווני מקלט GPS - 30 מ' ו-60 מ', בהתאמה). הדיוק של קביעת הקואורדינטות במצב דיפרנציאלי הוא 1...3 מ', גבהים הם 1,5...4 מ' השגיאה במדידת מהירות היא 0,1 מ'/שניה.

מערכות הקואורדינטות בהן נעשה שימוש הן PZ-90, SK-95, SK-42, WGS-84. קיים ממשק RS-232 לתקשורת עם מערכות בקרה ועיבוד מידע. מידות - 180x195x70 מ"מ, משקל - מאחד עד שני קילוגרם.

יצרנים רוסים של מקלט-אינדיקטורים משולבים עבור מערכות לוויין גלובליות נכנסו למאבק שוק קשה עם חברות זרות המייצרות ציוד דומה במטרה. יש כל סיבה לקוות שהמוצרים שנוצרו על ידי מומחים מקומיים יהיו תחרותיים למדי עם מחווני מקלט זרים.

מחבר: V. Kuryshev, Severomorsk, אזור מורמנסק.

ראה מאמרים אחרים סעיף תקשורת רדיו אזרחית.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

אוזניות SteelSeries Arctis 3 Bluetooth אוניברסליות 07.11.2017

SteelSeries חשפה את האוזניות האוניברסליות של Arctis 3 Bluetooth. המכשיר תומך בטכנולוגיית Bluetooth אלחוטית (תקן 4.1). הטווח המוצהר מגיע ל-10 מ' בנוסף, מתאפשר חיבור קווי באמצעות מחבר 3,5 מ"מ סטנדרטי.

האוזניות יכולות לקבל אות משני מקורות בו זמנית - נניח ממחשב אישי או קונסולת משחקים דרך חיבור קווי ומסמארטפון או טאבלט דרך ערוץ בלוטות'. כך ניתן לעבור בקלות בין תקשורת דרך האינטרנט לרשת הסלולרית.

החידוש ניחן באוזניות על אוזן עם דרייבר 40 מ"מ עם מגנטים ניאודימיום. הטווח המוצהר של תדרים הניתנים לשחזור הוא מ-20 הרץ עד 22 קילו-הרץ. יש מיקרופון על רגל ניידת.

המפתח מדבר על תאימות למחשבי Windows ו-macOS, קונסולות משחק PlayStation 4, Xbox One ו-Nintendo Switch, מכשירי VR וגאדג'טים ניידים. תובע חיי סוללה בטעינת סוללה אחת במצב Bluetooth עד 28 שעות.

מחיר החידוש הוא 130 דולר.

עוד חדשות מעניינות:

▪ פלטפורמת InterCentrino 2

▪ מונית חינם מונעת על ידי מודעות

▪ פאנלים סולאריים מעל תעלות מים

▪ מכונית מירוצים חשמלית מעופפת Alauda Airspeeder Mk3

▪ הטאבלט הזול ביותר

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר מעבדה מדעית לילדים. בחירת מאמרים

▪ מאמר לחם וקרקסים. ביטוי פופולרי

▪ מאמר איך אגוזי קוקוס גדלים? תשובה מפורטת

▪ מאמר כללי בטיחות (PB, RD, WFD). מַדרִיך

▪ כתבה מגבר בתדר נמוך בשבב KA2206. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר עמילן מתפרק על ידי חומצה. ניסיון כימי

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר