Introducción al sistema de posicionamiento global por satélite GPRS

Categoría: Computadora/Red>> Sistema Operativo/Fallo del Sistema

Análisis:

Parece ser GPS... GPRS está bajo el control del móvil teléfonos, ¿verdad? años a un costo de 20 mil millones de dólares en 1994. Su despliegue general se completó en marzo para lograr sus capacidades de cobertura global, de alta precisión y para todo clima. Ahora, la combinación de GPS y tecnología de comunicación moderna ha permitido el método de medición de tres niveles. Las coordenadas dimensionales en la superficie de la Tierra evolucionan de estáticas a dinámicas y el posprocesamiento de datos al posicionamiento y navegación en tiempo real. La Tierra ha ampliado la amplitud y profundidad de su aplicación. La tecnología GPS del método de diferencia de fase de la portadora puede mejorar en gran medida la precisión del posicionamiento relativo. La precisión a nivel de centímetros se puede lograr dentro de un rango pequeño. Además, debido a que la tecnología de medición GPS requiere más flexibilidad y conveniencia que los métodos de medición convencionales en términos de visibilidad y geometría entre puntos de medición, se puede utilizar para medir varios niveles de redes de control. La expansión inversa de la estación total GPS se ha utilizado ampliamente en topografía y agrimensura, así como en diversos monitoreos de ingeniería, deformación y hundimiento de superficies, mostrando grandes ventajas en términos de precisión, eficiencia y costo.

(1) Composición del sistema GPS

El sistema GPS consta de tres partes: la parte espacial: la constelación de satélites GPS; la parte de control terrestre y el sistema de monitoreo terrestre; Máquina de recepción de señal parcialmente GPS.

Constelación de satélites GPS:

La constelación de satélites GPS está compuesta por 21 satélites en funcionamiento y 3 satélites de respaldo en órbita y se registra como constelación GPS (21+3). Los 24 satélites están distribuidos uniformemente en 6 planos orbitales. El ángulo de inclinación orbital es de 55 grados. La distancia entre cada plano orbital es de 60 grados, es decir, la ascensión recta del nodo ascendente de la órbita es de 60 grados diferentes. La separación angular ascendente entre los satélites en cada plano orbital difiere en 90 grados: los satélites en el plano orbital están 30 grados por delante de los satélites correspondientes en el plano orbital adyacente al oeste.

Los satélites GPS a 20.000 kilómetros de altitud orbitan la tierra dos veces cuando la tierra gira una vez respecto a las estrellas, es decir, el tiempo que tardan en dar una vuelta a la tierra una vez es de 12 horas sidéreas. De esta forma, los observadores terrestres verán el mismo satélite GPS 4 minutos antes cada día. El número de satélites sobre el horizonte varía según el tiempo y la ubicación, con un mínimo de 4 y un máximo de 11 visibles. Cuando se utilizan señales GPS para navegación y posicionamiento, se deben observar 4 satélites GPS para calcular las coordenadas tridimensionales de la estación, lo que se denomina constelación de posicionamiento. La distribución geométrica de la posición de estos cuatro satélites durante el proceso de observación tiene un cierto impacto en la precisión del posicionamiento. El período de tiempo en el que ni siquiera se pueden medir coordenadas puntuales precisas en un lugar y tiempo determinados se denomina "período de brecha". Sin embargo, este lapso de tiempo es muy corto y no afecta las mediciones de posicionamiento y navegación continuas en tiempo real, de alta precisión y en todo clima en la mayoría de los lugares del mundo. El número de satélites GPS en funcionamiento es básicamente el mismo que el de los satélites de prueba.

Sistema de monitorización terrestre:

Para la navegación y posicionamiento, el satélite GPS es un punto conocido dinámico. La posición de la estrella se calcula en función de las efemérides del lanzamiento del satélite, parámetros que describen el movimiento del satélite y su órbita. Las efemérides transmitidas por cada satélite GPS las proporciona el sistema de monitorización terrestre. El equipo terrestre debe monitorear y controlar si los diversos equipos del satélite funcionan correctamente y si el satélite ha estado funcionando a lo largo de la órbita predeterminada. Otra función importante del sistema de vigilancia terrestre es mantener la misma hora estándar para cada satélite: el sistema horario GPS. Esto requiere que la estación terrestre controle la hora de cada satélite y encuentre la diferencia horaria. Luego la estación de inyección terrestre lo envía al satélite y luego se envía el mensaje de navegación al equipo del usuario. El sistema de seguimiento terrestre del satélite de trabajo GPS incluye una estación de control principal, tres estaciones de inyección y cinco estaciones de seguimiento.

Receptor de señal GPS:

La tarea del receptor de señal GPS es capturar las señales de los satélites bajo prueba seleccionados de acuerdo con un cierto ángulo de corte de altitud del satélite y rastrear el movimiento. de estos satélites Transforman, amplifican y procesan la señal GPS recibida para medir el tiempo de propagación de la señal GPS desde el satélite a la antena receptora, interpretar el mensaje de navegación enviado por el satélite GPS, y calcular la posición tridimensional e incluso las tres -Velocidad dimensional de la estación en tiempo real.

Las señales de navegación y posicionamiento enviadas por los satélites GPS son un recurso de información que pueden disfrutar innumerables usuarios.

Para la gran cantidad de usuarios en tierra, mar y espacio, siempre que el usuario tenga un dispositivo receptor que pueda recibir, rastrear, transformar y medir señales GPS, es decir, un receptor de señales GPS. Las señales GPS se pueden utilizar para mediciones de navegación y posicionamiento en cualquier momento. Diferentes usuarios tienen diferentes requisitos para los receptores de señales GPS según el propósito de uso. En la actualidad, hay decenas de fábricas en el mundo que producen cientos de productos receptores GPS. Estos productos se pueden clasificar según principios, usos, funciones, etc.

En el posicionamiento estático, el receptor GPS se fija durante el proceso de captura y seguimiento del satélite GPS. El receptor mide el tiempo de propagación de la señal GPS con alta precisión y utiliza la posición conocida del satélite GPS en. órbita para calcular la antena del receptor Las coordenadas tridimensionales de la ubicación. El posicionamiento dinámico utiliza un receptor GPS para determinar la trayectoria de un objeto en movimiento. El objeto en movimiento donde se encuentra el receptor de señal GPS se denomina transportador (como un velero, un avión en el aire, un vehículo andante, etc.). La antena del receptor GPS en el portador está en relación con la Tierra en el proceso de seguimiento del satélite GPS, y el receptor en movimiento utiliza la señal GPS para medir los parámetros de estado del portador en movimiento (posición tridimensional instantánea y velocidad tridimensional). en tiempo real.

El hardware del receptor y el software de la máquina, así como el paquete de software de posprocesamiento de datos GPS, constituyen un equipo completo de usuario de GPS. La estructura del receptor GPS se divide en dos partes: la unidad de antena y la unidad receptora. Para los receptores geodésicos, las dos unidades generalmente se dividen en dos componentes independientes. Durante la observación, la unidad de antena se coloca en la estación de medición y la unidad de recepción se coloca en un lugar apropiado cerca de la estación de medición y las dos se conectan en una unidad completa. con cables. Algunos integran la unidad de antena y la unidad receptora en un todo y las colocan en la estación de medición durante la observación.

Los receptores GPS generalmente utilizan baterías como fuente de energía. Al mismo tiempo, se utilizan dos fuentes de alimentación de CC dentro y fuera de la máquina. El propósito de configurar la batería interna es mantener una observación continua al reemplazar la batería externa. La batería interna se carga automáticamente durante el uso de la batería externa. Después del apagado, la batería interna alimenta la memoria RAM para evitar la pérdida de datos.

En los últimos años se han introducido en China muchos tipos de receptores geodésicos GPS. Cuando se utilizan varios tipos de receptores geodésicos GPS para un posicionamiento relativo preciso, la precisión del receptor de doble frecuencia puede alcanzar 5 mm + 1 ppm.d, y la precisión del receptor de frecuencia única puede alcanzar 10 mm + 2 ppm.d dentro de una cierta distancia . Para el posicionamiento diferencial, su precisión puede alcanzar niveles de submetros a centímetros.

Actualmente, varios tipos de receptores GPS son cada vez más pequeños y ligeros, lo que facilita las observaciones de campo. Ya se encuentran disponibles receptores de sistemas de navegación y posicionamiento global compatibles con GPS y GLONASS.

(2) Principio de posicionamiento GPS

El principio de posicionamiento básico del GPS es: el satélite envía continuamente sus propios parámetros de efemérides e información horaria. Después de recibir esta información, el usuario calcula el del receptor. Se obtiene información de posición tridimensional, dirección tridimensional y velocidad y tiempo de movimiento.

(3) Características del sistema GPS

El sistema GPS tiene las siguientes características principales: alta precisión, para todo clima, alta eficiencia, multifunción, fácil operación, amplia aplicación , etc.

La alta precisión de posicionamiento. La práctica de la aplicación ha demostrado que la precisión de posicionamiento relativo del GPS puede alcanzar 10-6100-500 KM y 10-71 000 KM dentro de 50 KM y 10-9 dentro de 1000 KM. En el posicionamiento de precisión de ingeniería 300-1500M, el error de posición del avión observado durante más de 1 hora es inferior a 1 mm. En comparación con la longitud lateral medida por el telémetro electromagnético ME-5000, la diferencia de longitud lateral es de hasta 0,5 mm. El error en la calibración es de 0,3 mm.

El tiempo de observación es corto Con la mejora continua del sistema GPS y la actualización continua del software, actualmente solo se necesitan entre 15 y 20 minutos para el posicionamiento estático relativo dentro de 20 km durante las mediciones de posicionamiento relativo estático rápido. , cuando cada rover está a una distancia de la estación base Cuando el rover está a 15 km, el tiempo de observación solo toma de 1 a 2 minutos, y cada estación se puede ubicar en cualquier momento y la observación solo toma unos segundos.

La medición por GPS no requiere que las estaciones de medición sean visibles entre sí; siempre que el cielo sobre la estación de medición esté abierto, puede ahorrar muchos costos de construcción estándar. Dado que no hay necesidad de visibilidad punto a punto, las ubicaciones de los puntos pueden ser escasas o densas según sea necesario, lo que hace que el trabajo de selección de puntos sea muy flexible y elimina el trabajo de medición de los puntos de cálculo y los puntos de transición en la red geodésica clásica.

Se pueden proporcionar coordenadas tridimensionales. El levantamiento geodésico clásico utiliza diferentes métodos para medir el plano y la elevación respectivamente. El GPS puede determinar con precisión las coordenadas tridimensionales del sitio de medición al mismo tiempo. El nivel actual de GPS puede alcanzar la precisión de la medición de nivel de cuarta clase.

Fácil de operar Con la mejora continua de los receptores GPS, el grado de automatización es cada vez mayor, y algunos han alcanzado el nivel de "tonto" y el tamaño del receptor es cada vez más pequeño; y más pequeño, y el peso es cada vez más ligero, lo que simplifica enormemente la medición del estrés laboral y la intensidad del trabajo de los trabajadores. Hacer que el trabajo de campo sea fácil y agradable.

Operación en todo clima Actualmente, la observación GPS se puede realizar en cualquier momento dentro de las 24 horas del día. No se ve afectada por días y noches nublados, niebla, viento, lluvia, nieve y otras condiciones climáticas. Tiene múltiples funciones y amplias aplicaciones.

De estas características se desprende que el sistema GPS se puede utilizar no sólo para medición y navegación sino también para medición de velocidad y tiempo. La precisión de la medición de la velocidad puede alcanzar 0,1 M/S y la precisión de la medición del tiempo puede alcanzar decenas de nanosegundos. Sus campos de aplicación están en constante expansión. Perspectivas de aplicación de los sistemas GPS El objetivo principal del diseño de sistemas GPS era para fines militares, como la navegación y la recopilación de inteligencia. Sin embargo, el desarrollo posterior de la aplicación demostró que el sistema GPS no sólo puede lograr los propósitos anteriores, sino que también puede utilizar las señales de navegación y posicionamiento enviadas por los satélites GPS para realizar un posicionamiento relativo estático con precisión de centímetros o incluso milímetros, y posicionamiento dinámico con Precisión de nivel de metro a nivel de submetro, precisión de nivel de submetro a centímetro. Medición de velocidad con precisión de microsegundos y medición de tiempo con precisión de nanosegundos. Por tanto, el sistema GPS presenta unas perspectivas de aplicación extremadamente amplias.

(4) Propósito del GPS

El GPS se estableció originalmente para proporcionar un posicionamiento preciso para el ejército. Todavía está controlado por el ejército de EE. UU. Los productos GPS militares se utilizan principalmente para determinar y rastrear las coordenadas de soldados y equipos que viajan en la naturaleza, para navegar buques de guerra en el mar y para proporcionar información de ubicación y navegación para aviones militares.

En la actualidad, la aplicación del sistema GPS ha sido muy amplia. Podemos utilizar señales GPS para llevar a cabo guías de misiles de navegación marítima, aérea y terrestre, estudios geodésicos y estudios de ingeniería, transmisión de tiempo de posicionamiento preciso y medición de velocidad. . En el campo de la topografía y la cartografía, la tecnología de posicionamiento por satélite GPS se ha utilizado para establecer una red de control geodésico nacional de alta precisión para medir los parámetros dinámicos globales de la Tierra y se utiliza para establecer puntos de referencia geodésicos terrestres y oceánicos para islas y océanos de alta precisión; topografía conjunta terrestre y topografía oceánica; se utiliza para monitorear el movimiento de las placas terrestres y la deformación de la corteza terrestre; se ha convertido en el principal medio para establecer redes de control urbano y de ingeniería para mediciones de ingeniería; La posición de la cámara utilizada para determinar el momento de la fotografía aeroespacial permite un mapeo rápido de reconocimientos aéreos con poco o ningún control terrestre, lo que lleva a revoluciones tecnológicas en los sistemas de información geográfica y el monitoreo ambiental global por teledetección.

Muchas empresas y agencias gubernamentales también utilizan dispositivos GPS para rastrear la ubicación de sus vehículos, lo que normalmente requiere el uso de tecnología de comunicaciones inalámbricas. Algunos receptores GPS integran radios, teléfonos inalámbricos y terminales de datos móviles para satisfacer las necesidades de gestión de flotas.

Debido a la aparición de entornos diversificados de recursos espaciales, sistemas como GPS GLONASSINMARSAT tienen funciones de navegación y posicionamiento, formando un entorno diversificado de recursos espaciales. Este entorno diversificado de recursos espaciales ha llevado a la comunidad internacional a formular una estrategia única, que consiste en hacer pleno uso de los sistemas existentes y prepararse activamente para la construcción de sistemas GNSS civiles. Para cuando el sistema GNSS puramente civil esté terminado alrededor de 2010, el sistema GNSS puramente civil estará terminado, aproximadamente, en 2010. El mundo se habrá formado La cooperación tripartita de GPS/GLONASS/GNSS puede fundamentalmente deshacerse de la dependencia de un solo sistema y formar un entorno de recursos seguro de propiedad internacional y compartido internacionalmente. Sólo entonces el mundo podrá entrar en el ámbito de aplicación más elevado del uso de la navegación por satélite como método de navegación único. Esta estrategia de la comunidad internacional a su vez ha influido y obligado a Estados Unidos a realizar ajustes más abiertos en su política de uso del GPS. En resumen, el establecimiento de un entorno diversificado de recursos espaciales ha creado un buen entorno internacional sin precedentes para el desarrollo y la aplicación del GPS