Современная спутниковая навигационная система GPS

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Санкт-Петербургский государственный

экономический университет»

 

 

 

Кафедра логистики и организации  перевозок

 

 

Контрольная работа по дисциплине

 

«Инновационные основы логистики»

 

 

 

 

   Выполнил: _______________________________

                                                                                                                                 ^{(Фамилия И.О.)}

   студент ____  курса ________ спец. ___________

                             ^{(срок обучения)}

 

    группа________ № зачет. книжки_____________

 

     Подпись: _________________________________                                                                                                             

 

 

 

Преподаватель: ___________________________

            ^{(Фамилия И.О.)} 

Оценка:  ________________________________________

 

Дата: _____________________________________

 

Подпись: _________________________________

                                                                                  

 

Санкт-Петербург

2013

 

 

 

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………..3
2. Основная часть:

а) Реферат на тему

 «Современная спутниковая навигационная система GPS»…………………………………………………………….……4

      3)   Заключение………………………………………………………..11

      4)   Список  используемых ресурсов…………………………………12

 

 

Введение:

Говоря о спутниковых  навигационных системах, мы не можем  не обратиться изначально к определению  и значению этого термина.

 Спутниковая система  навигации —  это комплексная  электронно-техническая система,  состоящая из совокупности наземного  и космического оборудования, предназначенная  для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также  параметров движения (скорости и  направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных  объектов.

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. О ней и пойдёт речь в последующих десяти страницах.

 

 

 

 

 

 

 

 

«Современная  спутниковая навигационная система GPS ».

 

Первоначально GPS - глобальная система позиционирования, разрабатывалась  как чисто военный проект. Также другое известное название системы - «NAVSTAR». 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. 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. это уменьшение точности было отменено указом президента США.

Итак, что же означает эта аббревиатура из трёх букв?!

Ставшее уже нарицательным  название «GPS» является сокращением  от Global Positioning System, которое переводится, как Глобальная Навигационная Система. Это название полностью характеризуется предназначение системы - обеспечение навигации на всей территории Земного шара. Не только на суше, но и на море и в воздухе. Используя навигационные сигналы системы GPS, любой пользователь может определить свое текущее местоположение с высокой точностью. Такая точность, во многом, стала возможной благодаря шагам Американского правительства, которое в 2000 году сделало систему GPS доступной и открытой для гражданских пользователей. Напомним, что ранее 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. Растущая зависимость европейской экономики от системы GPS, и, как следствие, от администрации США, вынудила Европу начать разработку собственной навигационной системы - Galilleo. Новая система во многом похожа на систему GPS.

Состав  системы GPS:

А) Космический сегмент.

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.

GPS спутники передают три  навигационных сигнала на двух  частотах L1 и L2. «Гражданский» сигнал C/A, передаваемый на частоте L1 (1575.42 МГц), доступен всем пользователям,  и обеспечивает точность позиционирования 3-10 метров. Высокоточный «военный»  P-код, передается на частотах L1 и L2 (1227.60 МГц) и его точность  на порядок выше «гражданского»  сигнала. Использование сигнала,  передаваемого на двух разных  частотах, позволяет также частично  компенсировать ионосферные задержки. В последней модификации спутников «GPS IIR-М» реализован новый «гражданский» сигнал L2C, призванный повысить точность GPS измерений.

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.

 

 

 Б) Наземный сегмент

Наземный сегмент системы GPS состоит из 5-и контрольных станций  и главной станции управления, расположенных на военных базах  США - на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане и в Колорадо-Спрингс, они преведены на рисунке 1. В задачи станций мониторинга входит прием и измерение навигационных сигналов поступающих с GPS спутников, вычисление различного рода ошибок и передача этих данных на станцию управления. Совместная обработка полученных данных позволяет вычислить отклонение траекторий спутников от заданных орбит, временные сдвиги бортовых часов и ошибки в навигационных сообщениях. Мониторинг состояния GPS спутников происходит практически непрерывно. «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. В дополнение к наземным GPS станциям существует несколько частных и государственных сетей слежения, которые выполняют измерения навигационных GPS сигналов для уточнения параметров атмосферы и траекторий движения спутников.

 

Применение GPS:

Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные  цели, сегодня GPS широко используются в  гражданских целях. GPS-приёмники  продают во многих магазинах, торгующих  электроникой, их встраивают в мобильные  телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

• Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков
• Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии
• Навигация: с применением GPS осуществляется как морская, так и дорожная навигация
• Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, и их движением
• Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-глонасс.
• Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит[4]
• Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.
• Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

 

Недостатки  системы:

Любое изобретение неидеально, и имеет свои минусы. Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками). Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом. Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США. Теперь Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается[источник не указан 769 дней], что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра. Реализация данной программы займёт некоторое время. В Министерстве обороны США утверждают[источник не указан 769 дней], что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Количество спутников изменено не будет, их по-прежнему будет 30: 24 работающих и 6 резервных.

 

Современное состояние:

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию  следующие системы спутниковой  навигации:

 

· NAVSTAR (GPS)

Принадлежит министерству обороны  США, что считается другими государствами  её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.

 

· ГЛОНАСС 

Глобальная навигационная  спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская  и российская спутниковая система  навигации, разработанная по заказу Министерства обороны СССР. Принадлежит министерству обороны России. Является попыткой восстановить функционировавшую с 1982 года советскую систему. Находится на этапе повторного развёртывания спутниковой группировки (оптимальное состояние орбитальной группировки спутников, запущенных в СССР, было в 1993-1995 гг.). Современная система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR. Однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклонением 64,8° и высотой 19100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR.

 

· Бэйдоу

Развёртываемая в настоящее  время Китаем подсистема GNSS, предназначенная  для использования только в этой стране. Особенность - небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной  орбите.

 

 

 

· Galileo

Европейская система, находящаяся  на этапе создания спутниковой группировки.

 

· IRNSS

Индийская навигационная  спутниковая система, в состоянии  разработки. Предполагается для использования  только в этой стране. Запуск первого  спутника ожидается в 2009 году.

 

 

 

Заключение:

 

Подводя итог написанного, можно  с уверенностью сказать, что спутниковая  система не идеальна и имеет множество  недостатков над которыми продолжают работать. Общее направление модернизации  спутниковой системы GPS связано с повышением точности навигационных определений, улучшением сервиса, предоставляемого пользователям, повышением срока службы и надёжностью бортовой аппаратуры спутников, улучшением совместимости с другими радиотехническими системами и развитием дифференциальных подсистем. Сама система GPS совпадает с другими системами в общем направлении развития, но динамика и достигнутые результаты её сильно отличаются от других.

  

 

Список используемых ресурсов:

Литература.