توفر تقنيات الملاحة عبر الأقمار الصناعية الحديثة تحديد الموقع بدقة تبلغ حوالي 10-15 مترًا. في معظم الحالات، يكون هذا كافيًا، ولكن في بعض الحالات يلزم المزيد: على سبيل المثال، ستشعر طائرة بدون طيار مستقلة تتحرك بسرعة كبيرة فوق سطح الأرض بعدم الارتياح في سحابة من الإحداثيات مع وجود أخطاء في العدادات.

لتوضيح بيانات الأقمار الصناعية، يتم استخدام الأنظمة التفاضلية وتقنيات RTK (الحركية في الوقت الحقيقي)، ولكن حتى وقت قريب، كانت هذه الأجهزة باهظة الثمن ومرهقة. ساعدت أحدث التطورات في التكنولوجيا الرقمية في شكل كمبيوتر Intel Edison الصغير في حل هذه المشكلة. لذا، تعرف على: Reach - أول جهاز استقبال GPS عالي الدقة ومدمج، وبأسعار معقولة جدًا، علاوة على ذلك، تم تطويره في روسيا.

أولاً، دعونا نتحدث قليلاً عن التقنيات التفاضلية التي تسمح لـ Reach بتحقيق مثل هذه النتائج العالية. وهي معروفة جيداً ويتم تنفيذها على نطاق واسع. تعمل أنظمة الملاحة التفاضلية (DNSS) على تحسين الموقع ودقة السرعة لمستخدمي الأجهزة المحمولة من خلال توفير بيانات القياس أو معلومات التصحيح من محطة قاعدة واحدة أو أكثر.

إن إحداثيات كل محطة قاعدة معروفة بدقة عالية، لذا فإن قياسات المحطة تعمل على معايرة البيانات الواردة من أجهزة الاستقبال القريبة. يستطيع جهاز الاستقبال حساب المسافة النظرية وزمن انتشار الإشارة بينه وبين كل قمر صناعي. وعندما تتم مقارنة هذه القيم النظرية مع بيانات الرصد، فإن الاختلافات تمثل أخطاء في الإشارات المستقبلة. يتم الحصول على معلومات التصحيح (بيانات RTCM) من هذه الاختلافات.

دقة تحديد الإحداثيات باستخدام Reach. انتبه إلى المقياس.

يمكن الحصول على المعلومات التصحيحية بواسطة جهاز Reach من مصدرين. أولاً، من شبكة عامة من المحطات الأساسية عبر الإنترنت باستخدام بروتوكول NTRIP (النقل الشبكي لـ RTCM عبر بروتوكول الإنترنت)، والذي ينفذ الفكرة الموضحة أعلاه فيما يتعلق بشبكة كمبيوتر عالمية. ثانيا، بمساعدة الوصول الثاني، الذي يحتل موقعا ثابتا بالقرب من الأول، وبالتالي المحطة الأساسيةمن حيث DNSS. الخيار الثاني هو الأفضل (تنخفض دقة DNS بشكل كبير مع زيادة المسافة بين جهاز الاستقبال وBS) - وليس من قبيل الصدفة أنه كجزء من حملة التمويل الجماعي على موقع Indiegogo، يقدم منشئو Reach المركز الأول لشراء مجموعة من جهازين.

مواصفات الجهاز موضحة في الجدول أدناه. كما ترون، يتكون الجهاز من 3 أجزاء: كمبيوتر Intel Edison يعمل بنظام Linux OS وبرنامج RTK RTKLIB؛ جهاز استقبال U-blox NEO-M8T GPS وهوائي Tallysman TW4721. يرجى ملاحظة أن جهاز الاستقبال يدعم كل ما هو موجود أنظمة الأقمار الصناعية: نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وجلوناس، وبيدو، وQZSS. توفر هذه المجموعة الكاملة من مكونات البرامج والأجهزة دقة مذهلة في تحديد الإحداثيات: حتى 2 سم!
من يستطيع استخدام مثل هذا الجهاز؟ كما ذكر أعلاه، فإن المبدعين من الروبوتات المتنقلة المختلفة، مستقلة وغير ذلك؛ ونظرًا لتكلفتها المنخفضة (اطلب مسبقًا 545 دولارًا للمجموعة المزدوجة و285 دولارًا للمجموعة الواحدة)، فإنها لن تجذب المحترفين فحسب، بل أيضًا المتحمسين. علاوة على ذلك، جامعي أنواع مختلفة من الخرائط، مرة أخرى، بما في ذلك الهواة. حسنًا، فقط المهووسين الذين يريدون معرفة موقعهم حتى السنتيمتر.

قام منشئو Reach، شركة Emlid، بأداء ناجح على موقع indiegogo: في أقل من شهر، تم جمع ما يقرب من ضعف المبلغ المطلوب. وهذا يعني أن المشروع سيتم تنفيذه بالتأكيد. لا يزال لديك الوقت للطلب المسبق وتكون من بين أول من يحصل على جهاز ملاحة جديد تمامًا. ومن المقرر توزيع البضائع لشهر يوليو.

GLONASS/GPS للجميع: اختبارات الدقة وإمكانية الوصول إلى تحديد موقع جهاز استقبال أحادي الشريحة في ظروف التشغيل الصعبة

فيليب ماتوس (فيليب ماتوس)
ترجمة: أندريه روساك
support@site
فيكتوريا بولانوفا
[البريد الإلكتروني محمي]
تم اختبار جهاز استقبال GNSS أحادي الشريحة، والذي دخل الآن الإنتاج الضخم، في بيئات حضرية كثيفة لإظهار فوائد تشغيل الأنظمة المتعددة (GLONASS وGPS) كجهاز استقبال للمستهلك. بدأ استخدام نظام GLONASS/GPS المدمج بعدة عشرات الآلاف من أجهزة الاستقبال للمسوحات الجيوديسية، في اللحظةهناك الملايين من هذه الأجهزة الاستهلاكية قيد التشغيل. بفضل النمو في عدد أجهزة الملاحة الشخصية عبر الأقمار الصناعية، وظهور أنظمة تصنيع المعدات الأصلية للسيارات والهواتف المحمولة، كان من الممكن تحقيق أحجام كبيرة في السوق في عام 2011. إن الثقة في آفاق تطوير سوق أجهزة مستخدم الملاحة تدفع الشركات المصنعة للمكونات المحددة عالية التردد، مثل الهوائيات ومرشحات SAW، إلى زيادة حجم الإنتاج وتحسين تكلفة البضائع. كانت NAVIA واحدة من أولى الشركات الروسية التي قامت بتسويق الوحدات المعتمدة على جهاز الاستقبال STM. لقد أثبتت وحدات NAVIA GLONASS بالفعل أنها وحدات موثوقة ومريحة لإنتاج محطات الملاحة الجاهزة والتحكم في الأجسام المتحركة. أظهرت اختبارات الوحدات المختلفة أن ML8088s وGL 8088s تلبي جميع الخصائص المعلنة من قبل الشركة المصنعة ويمكن استخدامها بنجاح في أجهزة المراقبة.

تم إجراء اختبارات لجهاز استقبال GLONASS/GPS أحادي الشريحة في لندن وطوكيو وتكساس لإظهار أن الاستخدام المشترك لجميع أقمار GLONASS المرئية إلى جانب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يوفر إمكانية أفضل لتحديد المواقع في المناطق الحضرية الكثيفة، وفي حالة ضعف توفر تحديد المواقع - دقة أفضل لتحديد المواقع.

من الواضح أن أجهزة الاستقبال متعددة الأنظمة مطلوبة بشدة في السوق الاستهلاكية. يمكنها ضمان التشغيل على عدد أكبر من الأقمار الصناعية في ظروف "الأودية الحضرية"، حيث يكون جزء فقط من نصف الكرة السماوية مرئيًا في منطقة الرؤية ويتطلب الأمر موثوقية عالية في تصفية الإشارات غير الضرورية، عندما تكون جودة الإشارات المفيدة منخفضة جدًا تتدهور بسبب الانعكاسات والتوهينات المتعددة. فيما يلي وصف موجز لصعوبات دمج نظام GLONASS (ولاحقًا GALILEO)، والتي على أساسها يتم إنتاج أجهزة فعالة من حيث التكلفة للمستهلك الشامل. بالنسبة لمثل هذا السوق، من ناحية، تأتي التكلفة أولاً، ومن ناحية أخرى، هناك متطلبات أداء عالية مرتبطة بمستويات إشارة منخفضة، واستهلاك محدود للطاقة، وأوقات بدء باردة قصيرة، واستقرار تحديد المواقع.

كان الهدف هو استخدام جميع الأقمار الصناعية المتاحة لتحسين أداء أجهزة الملاحة الاستهلاكية في البيئات الداخلية والحضرية. لقد مر عام 2011 تحت رعاية دعم GLONASS؛ وكان تطوير نظام الأقمار الصناعية هذا متقدمًا بحوالي ثلاث سنوات على نظام GALILEO. عند تصميم أجهزة الاستقبال، كان من المهم التغلب على مشاكل عدم توافق دعم الأجهزة لـ GLONASS وGPS. أي أن إشارة GLONASS المعدلة بالتردد تتطلب نطاق تردد أوسع من إشارات تعديل كود النبض التي يستخدمها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ومرشحات تمرير النطاق ذات مراكز تردد مختلفة و بسرعات مختلفةنقل عناصر الإشارة. وكل هذا دون زيادة كبيرة في تكلفة جهاز الاستقبال.

في ظل ظروف التشغيل المثالية، ستكون الأقمار الصناعية القادمة من الأبراج الإضافية غير فعالة توافر المواقعأقترب من 100 بالمائة باستخدام نظام تحديد المواقع (GPS) فقط. إن وجود سبعة أو ثمانية أو تسعة أقمار صناعية في الغلاف الأيوني تستخدم لتحديد المواقع في وضع التثبيت يقلل من الخطأ الإجمالي ويعطي الإحداثيات الصحيحة.

في ظروف التشغيل القاسية، يسمح استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فقط بتحديد الموقع، ولكن استخدام ثلاثة أو أربعة أو خمسة أقمار صناعية فقط مركزة في جزء ضيق من نصف الكرة السماوية يؤدي إلى ضعف قيم DOP. تؤدي زيادة عدد الأقمار الصناعية إلى تحسين الدقة بشكل كبير، وبالتالي تحسين DOP ومتوسط ​​أخطاء المسارات المتعددة. يؤدي تحديد عدد الأقمار الصناعية الموضوعة إلى فرض أخطاء متعددة المسارات عند تحديد إحداثيات DOPs المضخمة. إن إضافة كوكبة أقمار صناعية ثانية أو ثالثة ينطوي على زيادة عدد الأقمار الصناعية المرئية، وبالتالي يشارك المزيد من الأقمار الصناعية في عملية تحديد الإحداثيات، مما يؤدي إلى تقليل الأخطاء.

ولذلك، في الظروف القاسية، حيث لا يكون استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وحده كافيًا، فإن الاستخدام الإضافي للأقمار الصناعية GLONASS (ومن ثم GALILEO) يزيد من توفر تحديد المواقع إلى 100% (باستثناء الأنفاق تحت الأرض).

في الواقع، سهولة الوصول هي حلقة من الإيجابية ذاتية التحسين تعليق: بما أن الأقمار الصناعية يتم تتبعها بشكل مستمر، حتى لو تم رفضها من المشاركة في الحل الحالي لمشكلة تحديد المواقع باستخدام خوارزميات RAIM/fault وFDE، فلا داعي للبحث عنها مرة أخرى - فقد أصبحت بالفعل متاحة للاستخدام سابقًا . إذا لم تتم مقاطعة عملية تحديد الموقع، فمن الممكن الاستمرار في التنبؤ بدقة بمراحل الأقمار الصناعية ذات العوائق المغلقة، مما يسمح بالاستخدام الفوري عند مغادرة الظل، حيث لا توجد حاجة للاستقبال معلومات إضافيةللعثور عليهم وتسجيلهم.

تعتبر الأقمار الصناعية المرئية الإضافية مهمة جدًا بالنسبة للمستهلك، على وجه الخصوص - على سبيل المثال، مع "المساعدة الذاتية"، عندما يتم تمثيل المجموعة الدنيا بخمسة أقمار صناعية، بدلاً من ثلاثة أو أربعة، من أجل إثبات أن جميع الأقمار الصناعية " صحيح"، وذلك باستخدام تقنيات مراقبة سلامة جهاز الاستقبال (RAIM). تتمتع "الخدمة الذاتية" بمزايا أكثر أهمية بالنسبة لـ GLONASS: ليست هناك حاجة لأي بنية تحتية مثل الخوادم المساعدة، والتي تؤدي دائمًا إلى تأخير الخدمة. تعد طريقة GLONASS لإرسال معلمات مدار القمر الصناعي بتنسيق Keplerian مناسبة جدًا أيضًا لخوارزمية "الخدمة الذاتية".

قيمة الاختبار

وقد تعثرت المحاولات السابقة لتوصيف فوائد الأجهزة متعددة الأنظمة في البيئات الحضرية بسبب الحاجة إلى استخدام أجهزة استقبال احترافية غير مصممة لمستويات الإشارة هذه، وسيتعين عليها الحصول على نتائج منفصلة لكل مجموعة أو التضحية بأحد قياسات الأقمار الصناعية لقياسها. وقت. لم تسمح لنا هذه الظروف بمواصلة اختبار الأجهزة التي كان من المقرر طرحها في السوق الشامل.

يعد إصدار حل جديد متعدد الأنظمة ذا أهمية كبيرة، نظرًا لأن جهاز الاستقبال قيد الاختبار هو جهاز يتم إنتاجه بكميات كبيرة حقًا إذا كان يتمتع بحساسية متزايدة وجاهز تمامًا لكل من القياس والحساب. وهكذا، فإن مؤلف هذه المقالة يقدم لأول مرة نتائج اختبار موثوقة تمامًا.

خلفية

تم إجراء الاختبارات على جهاز استقبال GNSS أحادي الشريحة Teseo-II (STA-8088). تاريخ موجز: هذا منتج تم تصنيعه عام 2009 بواسطة STM، استنادًا إلى Cartesio+ المزود بنظام GPS/GALILEO ومعالج الإشارة الرقمية (DSP) المتضمن بالفعل، وكان جاهزًا للزرع مع وظيفة GLONASS، مما أدى إلى إنشاء شريحة Teseo-II (منتج 2010) ). تم الحصول على نتائج الاختبار بإشارات الأقمار الصناعية الحقيقية على شريحة النطاق الأساسي في تنفيذ FPGA في نهاية عام 2009، وفي عام 2010 باستخدام شريحة جاهزة.

يتطلب التصميم الحالي إدخال تعديلات طفيفة إضافية على الدائرة. كانت تغييرات أجهزة وبرامج DSP المطلوبة طفيفة وتم تضمينها في تحديث دائرة TeseoII المقرر التالي. يتطلب تنفيذ دائرة جزء التردد اللاسلكي اهتمامًا أكبر بكثير من الدائرة ذات القناتين مع مرحلة التردد المتوسط ​​(IF) ومحول تناظري إلى رقمي (ADC)، مع تحويل تردد إضافي ومرشح IF ذو عرض نطاق أوسع. ولكن نظرًا لأن مساحة البلورة التي يوجد عليها جزء RF صغيرة جدًا في الحجم الإجمالي، فإن زيادة الدائرة بنسبة 30٪ تعتبر غير مهمة بالنسبة للدائرة بأكملها. وفقًا لحقيقة أن تصميم الرقاقة مخصص لنظام شريحة واحدة مشترك (RF وBB، من الهوائي إلى تحديد المواقع والسرعة والتوقيت (PVT))، وبالتالي فإن إجمالي مساحة القالب لعملية 65 نانومتر صغيرة جدًا.

ومن الناحية التجارية، فإن إدراج جميع مجموعات الأقمار الصناعية الثلاثة (نظام تحديد المواقع/غلوناس وجاليليو) في شريحة واحدة جديدة بالنسبة للمستهلك. استقرت العديد من الشركات الموجودة في السوق الروسية على نهج النظامين، فقط لتلبية متطلبات الحكومة الروسية بشأن الحاجة إلى العمل في نظام GLONASS. لم يفكروا في المستقبل العالمي، عندما يكون هناك العديد من مجموعات تحديد المواقع في العالم وربما ستطرح كل دولة من الدول المشاركة في هذه العملية متطلبات الاستخدام السائد لنظامها الخاص.

وفي هذا الصدد الحلتيسيو— ثانياهو ثوري لأنه تم إعداده مسبقًا لمثل هذا السيناريو ويمكنه بالفعل استقبال أنظمة GLONASS/ نظام تحديد المواقع/ جاليليو/ QZSSوSBAS.

ومن الناحية الفنية، يعد إدراج قنوات مستقلة لاستقبال ومعالجة نظام GLONASS في مجموعة أمرًا جديدًا أيضًا، في حين أن الجمع بين GPS/GALILEO هو بالفعل ممارسة قياسية. يتطلب تحقيق هذه المرونة أيضًا حلولًا تقنية جديدة تأخذ في الاعتبار اختلاف تأخيرات أجهزة التردد اللاسلكي والاختلافات في سرعات نقل الإشارة. بالإضافة إلى ذلك، هناك تصحيح التوقيت العالمي المنسق (UTC) المعروف ومشكلة تصحيح مجسم الأرض.

يعد الانتقال المباشر إلى حل الشريحة الواحدة (RF + Baseband + CPU) أمرًا نادرًا: وهذا يعد إنجازًا تكنولوجيًا مهمًا. ترجع الثقة في هذه الخطوة إلى تجربة استخدام جزء التردد اللاسلكي ودائرة النطاق الأساسي المثبتة للمعالج. كان الأساس هو واجهة التردد اللاسلكي الخارجية STA5630 وGPS/GALILEO DSP المعدل، والتي كانت تستخدم سابقًا في Cartesio+.

تم إثبات موثوقية STA5630/Cartesio+ في الإنتاج الضخم في شكل دوائر منفصلة حتى قبل إصدار حلول SoC 3 في 1.

على عكس حلول الشريحة المزدوجةنظام تحديد المواقعوحدات /GLONASS موجودة في السوق الروسية، وهي عبارة عن حل أحادي الشريحة منإس تي مايكروإلكترونيكس (تيسيو— ثانيا) S.T.8088 FGيتمتع بموثوقية أكبر بكثير ومناعة ضد الضوضاء واستهلاك أقل للطاقة وبالطبع أبعاد أصغر (الوحدة النمطية م.8088 قبأبعاد 13 × 15 ملم).

يعد دعم GLONASS وGALILEO خطوة للأمام مقارنة بالجيل السابق من أجهزة التردد اللاسلكي. إن نظام GALILEO متوافق مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وبالتالي يمكن استخدام النظام الحالي، لكن نظام GLONASS يتطلب تغييرات إضافية. انظر الشكلين 1 و 2.

الشكل 1.

الشكل 2.التغييراتالنطاق الأساسي أجزاء لدعم GLONASS

في الجزء RF، تم دمج LNA ومضخم الترددات اللاسلكية والخلاط الأول في قناة واحدة. سمح لنا ذلك بتوفير عدد دبابيس الشريحة وتقليل استهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، سمح ذلك بالحفاظ على التكاليف الخارجية لمصنعي المعدات. تدخل إشارة GLONASS، التي تم تخفيضها في الخلاط الأول إلى 30 ميجاهرتز، إلى قناة المعالجة الثانوية (كما هو موضح باللون البني)، ويتم تغذيتها، بعد خلطها إلى 8 ميجاهرتز، إلى ADC منفصل ثم إلى جزء النطاق الأساسي.

يوفر جزء النطاق الأساسي مرحلة معالجة أولية إضافية (مشار إليها باللون البني)، والتي تحول الإشارة إلى 8 ميجاهرتز، وهو أمر ضروري للتغذية في النطاق الأساسي وتمرير الإشارة الناتجة من خلال مرشح مضاد للتداخل، كما يقلل أيضًا من تردد أخذ العينات إلى القيمة القياسية 16، مناسبة للمعالجة في أجهزة DSP.

يمكن لأجهزة الاقتناء وقنوات التتبع الحالية اختيار مكان وزمان استقبال إشارات GPS/GALILEO أو GLONASS، مما يجعل توزيع القنوات فيما يتعلق بكوكبات الأقمار الصناعية مرنًا للغاية.

أقل وضوحًا، ولكنه مهم جدًا لأداء النظام، هو البرنامج الذي يتحكم في موارد الأجهزة هذه، أولاً لإغلاق حلقات تتبع PLL وأخذ القياسات، وثانيًا، مرشح Kalman، الذي يحول البيانات المقاسة إلى بيانات PVT ضرورية للمستخدم .

وقد خضع كل هذا لتعديل هيكلي لتوفير الدعم للعمل مع العديد من مجموعات الأقمار الصناعية، وليس فقط GLONASS.

في هذه الحالة، سيصبح توسيع البرنامج لاستقبال أنظمة الملاحة العالمية المستقبلية مرحلة من التطور التطوري، ولن يتطلب تعديلات كبيرة على البلورة نفسها.

كان البرنامج يعمل على شريحة حقيقية منذ عام 2010، ولكن باستخدام إشارات من أي جهاز محاكاة أو هوائيات ثابتة مثبتة على السقف، لم تتوفر سوى بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهو أمر جيد جدًا لدرجة أنه لم يسمح بأي مناورات للبحث لتحسين النظام. في أوائل عام 2011، أصبحت عينات شرائح ما قبل الإنتاج ولوحات التطوير المزودة بهوائيات متاحة، مما جعل الاختبار الميداني المحمول ممكنًا في جميع أنحاء العالم.

قبل ولادة البلورة ذات الاستقبال متعدد الأنظمة، كانت النتائج مرئية بالفعل من خلال الاختبارات الأولية التي تم إجراؤها باستخدام أجهزة استقبال احترافية مع قياسات منفصلة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وGLONASS. ومع ذلك، فإن هذه الاختبارات لم تقدم بيانات جيدة للمستهلك لأنها أظهرت حساسية منخفضة. تطلبت أجهزة الاستقبال إشارة نظيفة بما فيه الكفاية لتشغيل PLL، ولكن لا يمكن القيام بذلك في بيئة حضرية، والأهم من ذلك، قامت أجهزة الاستقبال بإنشاء حلين منفصلين مع قمر صناعي إضافي ثابت للتعامل مع اختلافات التوقيت بين الأنظمة. لم تسمح الحلول غير ذات الصلة بالتنبؤ بموقع الأقمار الصناعية في كوكبة واحدة عن طريق حساب موقعها بناءً على إحداثيات محسوبة باستخدام أخرى، وهي إحدى المزايا الرئيسية لمستقبلات GNSS متعددة الأنظمة.

تم إجراء محاكاة الأقمار الصناعية المرئية في عام 2010 في ظروف حضرية كثيفة في إيطاليا، وسط مدينة ميلانو. يتم عرض النتائج، بمتوسط ​​كل دقيقة لمدة 24 ساعة كاملة، في الجدول 1. وقد زاد متوسط ​​عدد الأقمار الصناعية المرئية من 4.4 مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فقط، إلى 7.8 لنظام GPS+GLONASS، حيث يساوي عدد نقاط عدم الإصلاح الصفر. علاوة على ذلك، في وضع "GPS فقط"، تم استقبال 380 نقطة كاذبة، أي ما يعادل حوالي 26% من إجمالي وقت الاستقبال.

الجدول 1.الدقة والتوافرنظام تحديد المواقعونظام تحديد المواقع+GLONASS، في المتوسط ​​على مدار 24 ساعة

ومع ذلك، فإن توفر الأقمار الصناعية ليس غاية في حد ذاته. قد لا يكون وجود المزيد من الأقمار الصناعية في نفس المنطقة الصغيرة من نصف الكرة السماوية فوق المناطق الحضرية كافيًا بسبب الانخفاض الهندسي في الدقة. لفحص هذه البيانات، تم قياس الدقة الهندسية التي يمثلها HDOP. عند استخدام GLONASS وGPS معًا، كانت النتيجة أفضل بمقدار 2.5 مرة.

وقد أظهرت الدراسات السابقة أنه في مدن الاختبار الفردية، كان هناك اثنين أو ثلاثة سواتل إضافية متاحة، ولكن تم استخدام واحد منهم للتوقيت. عند استخدام جهاز استقبال حساس للغاية مدمج على شريحة واحدة، افترضنا أنه سيتم استخدام أربعة أو خمسة أقمار صناعية إضافية.

النتائج الفعلية تجاوزت توقعاتنا بكثير. أولاً، ظهرت إشارات من العديد من الأقمار الصناعية الأخرى، حيث أن جميع الاختبارات وعمليات المحاكاة السابقة استبعدت الإشارات المنعكسة. بوجود إشارات إضافية، قام جهاز الاستقبال بتحسين أداء DOP بشكل ملحوظ. تم تقليل تأثير الانعكاسات على الدقة بشكل كبير، أولاً بسبب تحسين هندسة تحديد المواقع، وثانياً بسبب قدرة خوارزميات FDE/RAIM على الحفاظ على استقرار التتبع عبر الأقمار الصناعية. بالإضافة إلى ذلك، انخفض عدد الإشارات الخاطئة التي يمكن أن تشوه البيانات الإحداثية.

تم الحصول على النتائج المعروضة هنا من جهاز استقبال عالي الحساسية متكامل تمامًا مثل جهاز الاستقبال NAVIA ML8088s، استنادًا إلى شريحة STA8088s. وقد تم تحسينه لاكتشاف حتى الإشارات ذات المستوى المنخفض للغاية والحصول على النتائج مباشرة من جميع الأقمار الصناعية الموجودة في الأفق، بغض النظر عن الكوكبة. وهذا يضمن توافر القمر الصناعي بنسبة 100% ويحسن الدقة بشكل كبير في البيئات الحضرية الصعبة.

التوفر

إن استخدام أجهزة الاستقبال الحساسة للغاية والمستقلة عن حلقات قفل الطور (PLLs) يضمن إمكانية الوصول الكامل في المدن الحديثة، حتى عندما تنعكس من الأسطح الزجاجية في المباني الحديثة. ولذلك، هناك حاجة الآن إلى بعض التعريفات الأخرى للتيسير غير عبارة "أربعة سواتل متاحة". على سبيل المثال، تتبع الأقمار الصناعية عند مستوى معين من جودة الإشارة، والتي تعتمد نتيجتها على DOP. حتى DOP قد يكون من الصعب تقديره بسبب تعيين مرشح كالمان أوزان مختلفةكل قمر صناعي، والتي لا تؤخذ بعين الاعتبار عند حساب DOP. وأيضًا، بالإضافة إلى القياسات الفورية، يستخدم هذا الفلتر الموقع التاريخي والسرعة الحالية، مما يترك دقة تحديد الموقع دون تغيير.

ويبين الشكل 3 مدى توفر القمر الصناعي في وضع التتبع. تم إجراء الاختبار في الحي المالي بلندن في مايو 2011.

الأقمار الصناعية المتعقبة –نظام تحديد المواقعجلوناس,نظام تحديد المواقع+غلوناس

الشكل 3.نظام تحديد المواقع(باللون الأزرق) مقابل GLONASS (باللون الأحمر) وجميع الأقمار الصناعية المتعقبةالنظم العالمية لسواتل الملاحة(باللون الأخضر).

كما يمكن أن يرى في الشكل. 3، في المجموع هناك 7-8 أقمار صناعية لـ GLONASS و8-9 أقمار صناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، أي أنظمة GNSS المتعددة - حوالي 16 قمرًا صناعيًا. كانت هناك فترة لم يتم فيها التقاط إشارات الأقمار الصناعية: أثناء مرور نفق Blackfriars Underpass، كان الطابع الزمني حوالي 156400 ثانية. وفي مناطق أخرى من المدينة، عند حوالي 158.500 و161.300 ثانية، انخفضت الرؤية إلى أربعة أقمار صناعية، لكن عددها الإجمالي لم يقل أبداً عن ثمانية. تجدر الإشارة إلى أن الاختبار تم إجراؤه في المدينة القديمة، حيث توجد المباني الحجرية بشكل رئيسي، وبالتالي فإن الإشارات الانعكاسية أضعف من المباني الزجاجية والمعدنية.

على الرغم من أن توفر القمر الصناعي يكون 100% خارج الأنفاق، إلا أنه قد يكون محدودًا بسبب DOP أو دقة تحديد الموقع. كما هو موضح في الشكل 4، من الاختبارات الأخرى في لندن، يظل DOP متعدد GNSS أقل من 1، كما ينبغي أن يكون مع 10-16 قمرًا صناعيًا مرئيًا، في حين أن DOP لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فقط غالبًا ما يكون أعلى من 4، بدون أي تشويه بسبب الانعكاسات و إشارات ضعيفة، يتم زيادة DOP بشكل ملحوظ إلى 10 في الذروة.

نظام تحديد المواقعمقارنة بالنظم العالمية لسواتل الملاحة

الشكل 4.فقطنظام تحديد المواقعضد مجتمعةنظام تحديد المواقع/مؤشرات تقليل دقة GLONASS

نظرًا لأن الاختبارات التي أجريت في مايو 2011 كانت خفيفة بما يكفي لخلق ظروف مرهقة يحتاج فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى دعم أنظمة GNSS المتعددة، فقد تم إجراء اختبار جديد في أغسطس 2011. وكما هو موضح في الصورة الجوية (الشكل 5)، تم إجراء الاختبارات في الجزء الحديث الشاهق من المدينة، كناري وارف. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطرق في المدينة ضيقة للغاية، مما زاد من صعوبة تحديات المدينة. تميل المباني الزجاجية والمعدنية في الجزء الحديث من المدينة إلى إعطاء انعكاس أفضل من المباني الحجرية، مما يتسبب في خروج خوارزميات RAIM وFDE عن المخططات.

الشكل 5. GPS مقابل GNSS، لندن، كناري وارف

كان الحصول على نتائج GPS فقط أمرًا صعبًا (كما هو موضح باللون الأخضر)، خاصة في الجزء المغلق من محطة دوكلاندز، يسار الوسط، المسار السفلي.

ويبين الشكل 6 نفس نتائج الاختبار الحقيقية المعروضة على خريطة الطريق التخطيطية.

الشكل 6. نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مقابل نظام الملاحة العالمي لسواتل الملاحة (GNSS)، لندن، كناري وارف، خريطة تخطيطية

أظهر اختبار أنظمة GNSS المتعددة (الأزرق) نتائج جيدة جدًا، خاصة في الجزء الشمالي (المتجه شرقًا) من الحلقة (القيادة في المملكة المتحدة على اليسار، لذا فإن اتجاه عقارب الساعة يخلق حلقة ذات اتجاه واحد).

الشكل 7. أ) الاختبارات في طوكيو: Teseo-I (GPS) مقابل Teseo-II (GNSS)؛ ب) DOP عند اختباره في طوكيو

تم إجراء المزيد من الاختبارات في مكاتب شركة STMicroelectronics حول العالم. ويبين الشكل 7 أ الاختبارات التي أجريت في طوكيو، حيث يشير اللون الأصفر إلى نتائج اختبار الجيل السابق من الرقائق بدون GLONASS، ويشير اللون الأحمر إلى Teseo-II المزود بنظام GPS+GLONASS.

يقدم الشكل 7 ب بعض التوضيحات لتعريف الدقة من خلال إظهار DOP على مدار الاختبار. يمكن ملاحظة أن DOPs لـ Teseo-II نادرًا ما كانت أعلى من 2، لكن DOPs لنظام تحديد المواقع العالمي فقط (Teseo-I) كانت بين 6 و12 في المجمع الشمالي المُحاط بدائرة.

نكرر أن خوارزمية الاختبار بسيطة بالنسبة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، لكن دقة التحديد صعبة.

تم إجراء المزيد من الاختبارات في طوكيو في شوارع أضيق بالمدينة في ظل نفس ظروف الاختبار، الموضحة في الشكل 9. الأزرق - GPS فقط، الأحمر - GPS+GLONASS، وقد لوحظ تحسن كبير في النتائج.

وفي الشكل 9 نفس الشيء نظام الألوانلعرض نتائج الاختبار في دالاس، هذه المرة باستخدام جهاز استقبال GPS الخاص بمنافس مقابل Teseo-II بتكوين GPS+GLONASS، نرى مرة أخرى نتائج جيدة جدًا.

الشكل 8. فقطنظام تحديد المواقع(الأزرق) مقابل متعددالنظم العالمية لسواتل الملاحة(الأحمر)، طوكيو.

الشكل 9. فقطنظام تحديد المواقع(الأزرق، جهاز استقبال الشركة المصنعة المنافس) مقارنة بـالنظم العالمية لسواتل الملاحة(الأحمر)، دالاس.

كوكبة الأقمار الصناعية الأخرى

على الرغم من الأجهزةتيسيو— ثانيايدعم وجاليليو، لا توجد أقمار صناعية متاحة حتى الآنجاليليو(اعتبارًا من سبتمبر 2011)، لذا فإن الأجهزة المعتمدة على هذه الشريحة المستخدمة حول العالم لا تزال غير مزودة بالبرنامج المحمل لخدمة كوكبة الأقمار الصناعية هذه. ومع ذلك، إذا حان الوقت للاستخدام جاليليو، هناك دائمًا فرصة لتحديث البرنامج.

يحتوي نظام QZSS الياباني على قمر صناعي واحد متاح، ينقل الإشارات التقليدية المتوافقة مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وإشارات SBAS وإشارات L1C BOC. يمكن لـ Teseo-II، بمساعدة وظائف البرنامج المحمل حاليًا، التعامل مع أول وظيفتين منها، وبينما يكون استخدام SBAS عديم الفائدة في البيئات الحضرية، نظرًا لأن انعكاسات الإشارة والتداخلات محلية وغير قابلة للاكتشاف، فإن الغرض من SBAS يهدف نظام QZSS إلى توفير قمر صناعي بزاوية عالية جدًا بحيث يكون هذا القمر الصناعي متاحًا دائمًا في المناطق الحضرية.

ويبين الشكل 10 اختباراً أُجري في تايبيه (تايوان) باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (الأصفر) مقابل نظام الملاحة العالمي لسواتل الملاحة المتعدد (نظام تحديد المواقع العالمي بالإضافة إلى قمر صناعي QZSS واحد (أحمر)) والحقيقة الأرضية (بنفسجي).

الشكل 10. فقطنظام تحديد المواقع(أصفر) مقابل متعددالنظم العالمية لسواتل الملاحة (نظام تحديد المواقع+ QZSS (قمر صناعي واحد، أحمر)))، القيمة الحقيقية -أرجواني، تايبيه
مزيد من العمل

وسيستمر الاختبار للحصول على نتائج كمية أكثر دقة. سيتم إجراء الاختبار في المملكة المتحدة، حيث توجد خرائط طريق تحتوي على بيانات متجهة لعرض اتجاهات السفر الحقيقية. ومن المخطط تعديل الأجهزة لدعم نظام البوصلة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS-III (L1-C، بالإضافة إلى نظام GALILEO الحالي. لقد تم بالفعل إثبات العثور على هذه الإشارات وتتبعها باستخدام عينات نصية للبث مسجلة مسبقًا على محاكيات إشارات GNSS.

البوصلة لم تكن متوفرة في عام 2011. في هذا الصدد، ركز العمل على تنفيذ السيليكون لـ Teseo-II بشكل أساسي على أقصى قدر من المرونة في ظروف أطوال الكود المختلفة، على سبيل المثال، BOC أو BPSK، مما جعل من الممكن، مع برنامج أو آخر محمل لتكوين أجهزة DSP وظائف، والحصول على التوافق بين مجموعات الأقمار الصناعية المختلفة.

كان عمل التوافق على الإصدار الحالي من شريحة GNSS المتعددة ضعيفًا: نظرًا لأنه لا يمكن الحفاظ على التردد المركزي لنظام البوصلة البالغ 1561 ميجاهرتز إلا باستخدام مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد وPLL، لا يمكن لنظام البوصلة العمل في وقت واحد مع مجموعات الأقمار الصناعية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يبلغ معدل نقل الكود في نظام Compass 2 مليون بت في الثانية، وهو أيضًا غير مدعوم بواسطة Teseo-II ويمكن الوصول به إلى المستوى القياسي من خلال استخدام دوائر بديلة خارجية، مما يعني فقدانًا خطيرًا للإشارة.

لذا فإن أعمال دعم Compass تكون ذات صلة فقط بالبحث وتطوير البرامج، أو لحل نظام واحد، أو باستخدام شريحة RF منفصلة.

ستكون إشارة البوصلة العالمية، والتي تكون بتنسيق إشارة GPS/GALILEO بتردد الموجة الحاملة وطول الكود ومعدله، متوافقة تمامًا داخل دائرة واحدة متعددة الأنظمة العالمية لسواتل الملاحة، ولكن على الأرجح ليس قبل عام 2020.

سيتم تكرار الاختبارات في الظروف الحضرية مع تطور المجموعةجاليليو. إذا كان هناك 32 قناة، يمكنك استخدام التقسيم 11/11/10 (نظام تحديد المواقع/ جاليليو/GLONASS)، في ظل وجود مجموعة كاملة من المجموعات الثلاث، ولكن في إطار المتطلبات الحديثة لخدمات الملاحة، فإن الجمع 14/8/10 أكثر من كاف.

خاتمة

يمكن أن يشتمل جهاز الاستقبال متعدد الأنظمة على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وGLONASS وGALILEO بأقل تكلفة ممكنة. بفضل 32 قناة تتبع وما يصل إلى 22 قمرًا صناعيًا مرئيًا، حتى في أقسى البيئات الحضرية، يمكن ضمان التوفر بنسبة 100% والدقة المقبولة لتحديد المواقع. أثناء الاختبار، عادة ما يكون من 10 إلى 16 قمرًا صناعيًا مرئيًا. تجعل القياسات المتعددة خوارزميات RAIM وFDE أكثر فعالية في القضاء على الإشارات المنعكسة بشكل سيئ، مع تقليل التأثيرات الهندسية لتشويه الإشارة المتبقية.

في الآونة الأخيرة، ومع تطور نظام GLONASS الروسي، تتزايد احتياجات سوق الملاحة لأجهزة الاستقبال متعددة الأنظمة. يستخدم عدد من الشركات المحلية رقائق أحادية الشريحة اس تي املتطوير وحدات GLONASS الخاصة بك والأجهزة المعبأة الجاهزة. على وجه الخصوص، في عام 2011، أصدرت شركة NAVIA نظامين مدمجين GLONASS/ نظام تحديد المواقع/ جاليليوالوحدات التي أظهرت اختباراتها نتائج جيدة جدًا.

توافر فوري أو متكامل(إنجليزي) التوفر - يمثل النسبة المئوية من الوقت التي يتم خلالها استيفاء شرط PDOP<=6 при углах места КА >= 5 درجات. مثال بسيط: في الماضي، قبل عام 2010، لم يكن توفر GLONASS في بعض مناطق العالم أعلى من 70-80%، ولكنه الآن يصل إلى 100% في كل مكان!)

دقة منخفضةأو تقليل الدقة الهندسية(إنجليزي) تخفيف الدقة، DOP، إنجليزي التخفيف الهندسي للدقة (GDOP)

رايم(إنجليزي) مراقبة نزاهة المتلقيمراقبة سلامة جهاز الاستقبال المستقل (ARIC)، وهي تقنية مصممة لتقييم والحفاظ على سلامة نظام GPS وجهاز استقبال GPS. وهذا مهم بشكل خاص في الحالات التي يكون فيها التشغيل الصحيح لأنظمة GPS ضروريًا لضمان مستوى مناسب من السلامة، على سبيل المثال في الطيران أو الملاحة البحرية.

محاضرة عن تشريح الأجهزة المحمولةV. الملاحة (GPS، GLONASS، وما إلى ذلك) في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. مصادر الأخطاء. طرق الاختبار.

حتى وقت قريب، كان من الممكن شراء أجهزة تسمى "Navigators" في سلاسل البيع بالتجزئة. الوظيفة الرئيسيةيتوافق أداء هذه الأجهزة تمامًا مع اسمها، وعادةً ما يكون أداؤها جيدًا.

في ذلك الوقت، كان نظام الملاحة الوحيد الذي يعمل بشكل طبيعي في العالم هو نظام تحديد المواقع الأمريكي (GPS)، وكان كافيًا لجميع الاحتياجات. في الواقع، كانت كلمتا "الملاحة" (الملاح) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مترادفتين في ذلك الوقت.

تغير كل شيء عندما بدأت الشركات المصنعة لأجهزة المساعد الرقمي الشخصي (أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، ثم الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، في بناء دعم التنقل في أجهزتهم. ماديا، تم تنفيذه في شكل أجهزة استقبال مدمجة لإشارات الملاحة. في بعض الأحيان يمكن العثور على دعم الملاحة حتى في الهواتف التي تعمل بالضغط على الزر.

ومنذ تلك اللحظة تغير كل شيء. الملاحون، كأجهزة منفصلة، ​​اختفوا تقريبًا من الإنتاج والبيع. لقد تحول المستهلكون بشكل جماعي إلى استخدام الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية كملاحين.
وفي غضون ذلك، تم تشغيل نظامين ملاحيين آخرين بنجاح - نظام GLONASS الروسي ونظام Beidou الصيني (Beidou, BDS).

ولكن هذا لا يعني أن جودة الملاحة قد تحسنت. لم تعد وظيفة التنقل في هذه الأجهزة (الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية) هي الوظيفة الرئيسية، بل أصبحت واحدة من بين العديد من الأجهزة.

ونتيجة لذلك، بدأ العديد من المستخدمين يلاحظون أن الهواتف الذكية ليست جميعها "مفيدة بنفس القدر" لأغراض التنقل.

ومن هنا نأتي إلى مشكلة تحديد مصادر الأخطاء في الملاحة، بما في ذلك مسألة دور خيانة الأمانة من الشركات المصنعة للأجهزة في هذا الأمر. حزين ولكن صحيح.

ولكن قبل إلقاء اللوم على الشركات المصنعة لكل خطاياها، دعونا نلقي نظرة أولاً على مصادر الأخطاء في الملاحة. فالمنتجون، كما سنكتشف لاحقاً، ليسوا مسؤولين عن كل الذنوب، بل عن النصف فقط. :)

أخطاء الملاحةيمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: ناجمة عن أسباب خارجية عن جهاز الملاحة، وداخلية.

لنبدأ بالأسباب الخارجية. تنشأ بشكل رئيسي بسبب تفاوت الغلاف الجوي والخطأ الفني الطبيعي لأجهزة القياس.

مساهماتهم التقريبية هي:

انكسار الإشارة في طبقة الأيونوسفير ± 5 أمتار؛
- تقلبات مدار القمر الصناعي ± 2.5 متر؛
- خطأ في ساعة القمر الصناعي ± 2 متر؛
- تفاوت التروبوسفير ± 0.5 متر؛
- تأثير الانعكاسات من الأشياء± 1 متر؛
- أخطاء القياس في جهاز الاستقبال ± 1 متر.

هذه الأخطاء لها إشارة واتجاه عشوائي، لذلك يتم حساب الخطأ النهائي وفقا لنظرية الاحتمالات كجذر مجموع المربعات وهو 6.12 متر. وهذا لا يعني أن الخطأ سيكون دائمًا على هذا النحو. ويعتمد ذلك على عدد الأقمار الصناعية المرئية وموقعها النسبي، والأهم من ذلك كله، على مستوى الانعكاسات من الأجسام المحيطة وتأثير العوائق على ضعف إشارات الأقمار الصناعية. ونتيجة لذلك، قد يكون الخطأ أعلى أو أقل من القيمة "المتوسطة" المحددة.

يمكن أن يحدث توهين الإشارات الصادرة عن الأقمار الصناعية، على سبيل المثال، في الحالات التالية:
- عندما تكون في الداخل؛
- عندما تقع بين أجسام عالية متقاربة (بين المباني الشاهقة، في مضيق جبلي ضيق، وما إلى ذلك)؛
- أثناء وجوده في الغابة. تظهر التجربة أن الغابات الكثيفة الطويلة يمكن أن تجعل التنقل أكثر صعوبة بشكل ملحوظ.

ترجع هذه المشاكل إلى حقيقة أن إشارات الراديو عالية التردد تنتقل مثل الضوء، أي ضمن خط الرؤية فقط.

في بعض الأحيان، يمكن أن يعمل التنقل، على الرغم من وجود أخطاء، على الإشارات المنعكسة من العوائق؛ ولكن عندما تنعكس بشكل متكرر، تصبح ضعيفة جدًا بحيث يتوقف التنقل عن العمل معها.

الآن دعنا ننتقل إلى الأسباب "الداخلية" للأخطاءفي الملاحة؛ أولئك. والتي يتم إنشاؤها بواسطة الهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي نفسه.

في الواقع، هناك مشكلتان فقط هنا. أولا، ضعف حساسية جهاز استقبال الملاحة (أو مشاكل في الهوائي)؛ ثانيًا، البرنامج "الملتوي" للهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي.

قبل النظر إلى أمثلة محددة، دعونا نتحدث عن طرق التحقق من جودة التنقل.

طرق اختبار الملاحة.

1. اختبار التنقل في الوضع "الثابت" (مع وجود الهاتف الذكي/الجهاز اللوحي في وضع ثابت).

يتيح لك هذا الفحص تحديد المعلمات التالية:
- سرعة التحديد الأولي للإحداثيات أثناء "البداية الباردة" (تقاس بالساعة)؛
- قائمة بأنظمة الملاحة التي يعمل معها هذا الهاتف الذكي/الجهاز اللوحي (GPS، GLONASS، وما إلى ذلك)؛
- الدقة المقدرة لتحديد الإحداثيات؛
- سرعة تحديد الإحداثيات أثناء "البداية الساخنة".

يمكن تحديد هذه المعلمات باستخدام كل من برامج التنقل العادية وبرامج الاختبار الخاصة (وهو أكثر ملاءمة).

قواعد الاختبار الثابت بسيطة جدًا: يجب إجراء الاختبار في الفضاء المفتوح(شارع واسع، مربع، ميدان، إلخ) و عندما يتم إيقاف تشغيل الإنترنت. إذا تم انتهاك الشرط الأخير، فيمكن تسريع وقت "البدء البارد" بشكل كبير بسبب التنزيل المباشر لمدارات الأقمار الصناعية من الإنترنت (A-GPS، GPS المساعد) بدلاً من تحديدها من الإشارات الواردة من الأقمار الصناعية نفسها؛ لكنها لن تكون "عادلة" بعد الآن، لأن هذا لن يكون العمل الخالص لنظام الملاحة نفسه.

دعونا نلقي نظرة على مثال لكيفية عمل برنامج اختبار الملاحة AndroiTS (هناك نظائرها):

(انقر للتكبير)

تظهر الصورة المعروضة للتو أن الهاتف الذكي يعمل مع ثلاثة أنظمة ملاحة: نظام تحديد المواقع الأمريكي (GPS) الأمريكي ونظام غلوناس الروسي (GLONASS) ونظام بيدو الصيني (BDS).

في الجزء السفلي من لقطة الشاشة، يمكنك رؤية الإحداثيات المحددة بنجاح للموقع الحالي. وتبلغ قيمة الدرجة الواحدة في خط العرض حوالي 100 كم، وبناء على ذلك يكون سعر الوحدة من أدنى رتبة 10 سم.

تختلف قيمة درجة واحدة في خط الطول باختلاف المواقع الجغرافية. عند خط الاستواء يكون أيضًا حوالي 100 كيلومتر، وبالقرب من القطبين ينخفض ​​إلى 0 (عند القطبين تقترب خطوط الطول من بعضها البعض).

على يمين العمود الذي يشير إلى جنسية الأقمار الصناعية يوجد عمود بأرقام الأقمار الصناعية. هذه الأرقام مرتبطة بها بشكل صارم ولا تتغير.

بعد ذلك تأتي الأعمدة ذات الأشرطة الملونة. يشير حجم الأشرطة إلى مستوى الإشارة، ويشير اللون إلى ما إذا كان يتم استخدامها بواسطة نظام الملاحة أم لا. تتم الإشارة إلى الأقمار الصناعية غير المستخدمة بأشرطة رمادية. يعتمد لون تلك المستخدمة على مستوى الإشارة الخاصة بهم.

العمود التالي هو أيضًا مستوى الإشارة من أقمار الملاحة الصناعية، ولكن بالأرقام ("الوحدات التقليدية").

ثم يوجد عمود به علامات اختيار خضراء وشرطات حمراء - وهذا تكرار للمعلومات حول ما إذا كان القمر الصناعي قيد الاستخدام أم لا.

في السطر العلوي، تشير كلمة "ON" إلى حالة حالة التنقل؛ في هذه الحالة، هذا يعني أن تحديد الإحداثيات مسموح به في إعدادات الهاتف الذكي ويتم تحديدها. إذا كانت الحالة "انتظار"، فيُسمح بتحديد الإحداثيات، ولكن لم يتم العثور على العدد المطلوب من الأقمار الصناعية بعد. تعني حالة "OFF" أن تحديد التنسيق محظور في إعدادات الهاتف الذكي.

ثم تشير دائرة ذات دوائر متحدة المركز والرقم 5 إلى الدقة المقدرة لتحديد الإحداثيات في الوقت الحالي - 5 م. يتم حساب هذه القيمة بناءً على عدد و"جودة" الأقمار الصناعية المستخدمة وتفترض أن معالجة البيانات من الأقمار الصناعية في الهاتف الذكي تتم دون أخطاء؛ ولكن، كما سنرى لاحقًا، ليس هذا هو الحال دائمًا.

مع تحرك الأقمار الصناعية، يجب أن تتغير كل هذه البيانات، لكن الإحداثيات (في المحصلة النهائية) يجب أن تتغير قليلاً.

لسوء الحظ، لا يُظهر هذا التطبيق الوقت المستغرق في التحديد الأولي للإحداثيات ("البداية الباردة")، ولا تفعل ذلك التطبيقات الأخرى المشابهة. يجب "توقيت" هذه المرة يدويًا. إذا كان وقت "البداية الباردة" أقل من دقيقة، فهذه نتيجة ممتازة؛ ما يصل إلى 5 دقائق - جيد؛ ما يصل إلى 15 دقيقة - متوسط؛ أكثر من 15 دقيقة – سيئة.

لتحديد سرعة "البدء السريع"، ما عليك سوى الخروج من برنامج الاختبار وتسجيل الدخول مرة أخرى بعد بضع دقائق. كقاعدة عامة، أثناء إطلاق برنامج الاختبار، يتمكن من تحديد الإحداثيات ويقدمها على الفور للمستخدم. إذا تجاوز التأخير في تقديم الإحداثيات خلال "البداية الساخنة" 10 ثوانٍ، فهذا يعني أن هذا طويل بالفعل بشكل مثير للريبة.

يعود تأثير تحديد الإحداثيات بسرعة خلال "البداية الساخنة" إلى أن نظام الملاحة يتذكر آخر مدارات الأقمار الصناعية المحسوبة ولا يحتاج إلى تحديدها مرة أخرى.

لذلك، قمنا بفرز اختبار التنقل في الوضع "الثابت".

دعونا نمضي قدما إلى النقطة الثانية من اختبار الملاحة - أثناء الحركة.

الغرض الأساسي من الملاحة هو إرشادنا إلى المكان الصحيح أثناء التحرك، وبدون الاختبار أثناء التحرك سيكون الاختبار ناقصًا.

في عملية الحركة، من وجهة نظر الملاحة، هناك ثلاثة أنواع من التضاريس: التضاريس المفتوحة والمناطق الحضرية والغابات.

المناطق المفتوحة هي ظروف الملاحة المثالية هنا، ولا توجد مشاكل (باستثناء الأجهزة "المبتذلة" للغاية).

يتميز التطور الحضري في معظم الحالات بوجود مستوى عال من الانعكاسات وانخفاض طفيف في مستوى الإشارة.

الغابة "تعمل" في الاتجاه المعاكس - وهو ضعف كبير في الإشارة ومستوى منخفض من الانعكاسات.

أولاً، دعونا نلقي نظرة على عينة من المسار "المثالي" تقريبًا:

تُظهر الصورة مسارين: هناك/خلف (سيظل هذا هو الحال في جميع الصور تقريبًا). تتيح لنا هذه الصور التوصل إلى نتيجة موثوقة حول جودة الملاحة، حيث يمكننا مقارنة مسارين متطابقين تقريبًا مع بعضهما البعض ومع الطريق. كل شيء على ما يرام في هذه الصورة - اهتزازات المسار ضمن حدود الخطأ الطبيعي. في الجزء العلوي، تم رسم الممر على جوانب مختلفة من الدوار بشكل مناسب. وفي بعض الأماكن، هناك تباين ملحوظ بين المسارات، ربما يكون سببه انعكاسات الإشارة من سطح الماء ومن الهياكل المعدنية للجسر فوق النهر. وفي البعض - صدفة مثالية تقريبا.

الآن دعونا نلقي نظرة على العديد من الحالات النموذجية لمسارات "المشكلة".

دعونا نلقي نظرة على مسار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للهاتف الذكي، والذي تأثر بانخفاض مستوى الإشارة في غابة عالية:

إن تباعد المسارات عن بعضها البعض وعن الطريق ملحوظ، لكنه ليس كارثيا. وفي هذه الحالة، انخفضت دقة الملاحة عبر الهاتف الذكي ضمن حدود «الانحدار الطبيعي» لمثل هذه الظروف. يجب اعتبار مثل هذا الهاتف الذكي مناسبًا لأغراض الملاحة.

على الجانب الأيمن من لقطة الشاشة، تظهر الاختلافات بين المسارات والطريق بوضوح. مثل هذه التناقضات في ظروف مثل هذا التطوير "جيد الشكل" تكاد تكون حتمية، وفي هذه الحالة لا تشير بأي شكل من الأشكال إلى عدم اختبار الهاتف الذكي.

من الناحية النظرية، كلما زاد عدد أنظمة الملاحة التي يدعمها الهاتف الذكي (الجهاز اللوحي)، زاد عدد الأقمار الصناعية التي يستخدمها للملاحة وقل الخطأ.
في الممارسة العملية، هذا ليس هو الحال دائما. في كثير من الأحيان، بسبب البرامج المنحنية، لا يستطيع الهاتف الذكي توصيل البيانات بشكل صحيح من أنظمة مختلفة، ونتيجة لذلك، تحدث أخطاء غير طبيعية. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.

خذ على سبيل المثال هذا المسار:

تُظهر لقطة الشاشة المعروضة للتو قذفًا على شكل إبرة، والذي لا يمكن أن يكون نتيجة لأي تداخل: مر المسار عبر مبنى منخفض الارتفاع بدون غابات كثيفة. هذا الإصدار يقع بالكامل على عاتق البرنامج "الملتوي".

ولكن هذه كانت لا تزال "الزهور". هناك هواتف ذكية حيث لم تعد أخطاء التنقل غير الطبيعية عبارة عن زهور، بل توت:

عند تسجيل هذا المسار، تم دمج الأخطاء الشاذة في البرنامج "الملتوي" مع ضعف الإشارات في الغابة العالية. والنتيجة هي مسار من المستحيل ببساطة تخمين أن المسار ذهابًا وإيابًا قد سلكه شخص رصين على نفس المسار. :)
ومجموعة الخطوط السميكة في الأعلى هي "مسار" الهاتف الذكي الثابت أثناء التوقف. :)

هناك نوع آخر من الأخطاء الشاذة المرتبطة بالتوقف المؤقت في تدفق البيانات القادمة من جهاز استقبال الملاحة إلى جزء الحوسبة في الهاتف الذكي:

وتظهر هذه الصورة أن جزءا من المسار (حوالي 300 متر) مر في خط مستقيم، وجزئيا عبر الماء مباشرة. :)

في هذه الحالة، قام الهاتف الذكي ببساطة بتوصيل النقاط التي اختفى فيها تدفق الإحداثيات وظهر بخط مستقيم. ويمكن أن ترتبط خسارتها إما بانخفاض عدد الأقمار الصناعية المرئية إلى ما دون العدد الحرج، أو ببرامج "ملتوية" وحتى مشاكل في الأجهزة (على الرغم من أن المشكلة الأخيرة غير مرجحة).

في حالة الفقدان الكامل للإشارات من الأقمار الصناعية، فإن برامج الملاحة عادة لا تربط نقاط الفقد والمظهر بخطوط مستقيمة، بل تترك ببساطة "مساحة فارغة" (ينتج عن ذلك فجوة في المسار):

هذه الصورة توضح انقطاع المسار في المكان الذي مر فيه جزء من المسار عبر ممر تحت الأرض مع فقدان كامل للرؤية لجميع الأقمار الصناعية.

بعد دراسة الأسباب وأخطاء التنقل النموذجية، حان الوقت انتقل إلى الاستنتاجات.

أفضل التنقل، كما هو متوقع، موجود في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ذات العلامات التجارية "العالية". لم يتم اكتشاف مشاكل في شكل أخطاء شاذة معهم بعد. وبطبيعة الحال، كلما زاد عدد أنظمة الملاحة التي يدعمها الجهاز، كلما كان ذلك أفضل. صحيح أن دعم جهاز Beidou الصيني لا يزال منطقيًا عند استخدام الجهاز في المناطق والبلدان الواقعة بالقرب من المملكة الوسطى. ونظام الملاحة الصيني ليس عالميًا، بل «محليًا» (في الوقت الحالي). لذا فإن دعم نظامي تحديد المواقع العالمي (GPS) وGLONASS سيكون كافيًا.

إذا لم يكن الهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي من أصل "مشهور"، فقد تكون هناك أو لا تكون هناك مشاكل في التنقل. قبل استخدامه في القتال، يوصى باختباره بشكل ثابت ومتحرك في بيئات مختلفة، بحيث لا يقدم لاحقًا أي مفاجأة غير سارة. في معظم الحالات، تتسبب الأجهزة المحمولة التي تدعم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فقط في حدوث مشكلات أقل، على الرغم من أنها أقل دقة من الأجهزة متعددة الأنظمة.

لسوء الحظ، عند اختيار هاتف ذكي (جهاز لوحي) مزود بميزة التنقل الجيد، يكون من الصعب جدًا التنقل عبر مراجعات الأجهزة على الإنترنت. يتجاهل العدد الهائل من بوابات تكنولوجيا المعلومات التحقق من التنقل أثناء التنقل وفي الظروف الصعبة. يتم إجراء هذا الفحص فقط على هذه البوابة () وعلى بوابتين أخريين حرفيًا.

ختاماًيجب أن أقول أنه ليس فقط الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، ولكن أيضًا العديد من الأجهزة الأخرى مجهزة الآن بمساعدات الملاحة. يتم تركيبها، على سبيل المثال، في الكاميرات وكاميرات الفيديو وأجهزة تعقب GPS ومسجلات فيديو السيارات والساعات الذكية وبعض أنواع الأجهزة المتخصصة، وحتى في النظام الإلكترونيفرض الضرائب على سائقي الشاحنات الثقيلة الروسية "بلاتون".

طبيبك.
20.01.2017

GPS هو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية يقيس المسافة والوقت ويحدد الموقع. يتيح لك تحديد موقع وسرعة الأجسام في أي مكان على الأرض (باستثناء المناطق القطبية)، وفي أي طقس تقريبًا، وكذلك في الفضاء الخارجي بالقرب من الكوكب. تم تطوير النظام وتنفيذه وتشغيله من قبل وزارة الدفاع الأمريكية.

خصائص موجزة لنظام تحديد المواقع

نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية التابع لوزارة الدفاع الأمريكية هو GPS، ويُسمى أيضًا NAVSTAR. يتكون النظام من 24 الملاحة عبر الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية (NES)ومجمع قياس القيادة الأرضية والمعدات الاستهلاكية. وهو نظام ملاحي عالمي صالح لجميع الأحوال الجوية، ويوفر تحديد إحداثيات الأجسام بدقة عالية في الفضاء القريب من الأرض ثلاثي الأبعاد. يتم وضع أقمار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في ستة مدارات متوسطة عالية (ارتفاع 20,183 كم) ولها فترة مدارية مدتها 12 ساعة، وتتباعد المستويات المدارية بفواصل زمنية تبلغ 60 درجة وتميل إلى خط الاستواء بزاوية 55 درجة. هناك 4 أقمار صناعية في كل مدار. 18 قمرًا صناعيًا هو الحد الأدنى لضمان رؤية 4 أقمار صناعية على الأقل في كل نقطة على الأرض.

المبدأ الأساسي لاستخدام النظام هو تحديد الموقع عن طريق قياس المسافات إلى جسم ما من نقاط ذات إحداثيات معروفة - الأقمار الصناعية. يتم حساب المسافة من خلال زمن تأخير انتشار الإشارة من إرسالها عبر القمر الصناعي إلى استقبالها بواسطة هوائي جهاز استقبال GPS. أي أنه لتحديد إحداثيات ثلاثية الأبعاد، يحتاج جهاز استقبال GPS إلى معرفة المسافة إلى ثلاثة أقمار صناعية ووقت نظام GPS. وبالتالي، يتم استخدام إشارات من أربعة أقمار صناعية على الأقل لتحديد إحداثيات وارتفاع جهاز الاستقبال.

النظام مصمم لتوفير الملاحة للطائرات والسفن وتحديد الوقت بدقة عالية. يمكن استخدامه في وضع الملاحة ثنائي الأبعاد - تحديد ثنائي الأبعاد لمعلمات الملاحة للأجسام الموجودة على سطح الأرض) وفي الوضع ثلاثي الأبعاد - ثلاثي الأبعاد (قياس معلمات الملاحة للأجسام الموجودة فوق سطح الأرض). للعثور على موضع ثلاثي الأبعاد لجسم ما، من الضروري قياس معلمات التنقل بما لا يقل عن 4 شيكل، وللملاحة ثنائية الأبعاد - على الأقل 3 شيكل. يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) طريقة محدد المدى الزائف لتحديد الموقع وطريقة السرعة الشعاعية الزائفة للعثور على سرعة الجسم.

لتحسين الدقةيتم تحسين نتائج التحديد باستخدام مرشح كالمان. ترسل الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إشارات الملاحة على ترددين: F1 = 1575.42 وF2 = 1227.60 ميجاهرتز. وضع الإشعاع: مستمر مع تعديل الضوضاء الزائفة. إشارات الملاحة هي رمز C/A عام (المسار والاكتساب)، يتم إرساله فقط على التردد F1، ورمز P محمي (رمز الدقة)، ينبعث على الترددات F1 وF2.

في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يكون لكل NIS رمز C/A فريد خاص به ورمز P فريد. يسمى هذا النوع من فصل إشارة القمر الصناعي بفصل الكود. فهو يسمح للمعدات الموجودة على متن الطائرة بالتعرف على القمر الصناعي الذي تنتمي إليه الإشارة عندما يتم إرسالها جميعًا على نفس التردد، ويوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مستويين من الخدمة للمستهلكين تعريفات دقيقة(خدمة تحديد المواقع الدقيقة PPS) والبيانات القياسية (خدمة تحديد المواقع القياسية SPS) تعتمد PPS على الكود الدقيق، بينما تعتمد SPS على الكود المتاح للعامة. يتم توفير مستوى خدمة PPS للجيش الأمريكي والخدمات الفيدرالية، ويتم توفير SPS للمستهلك المدني الشامل. بالإضافة إلى إشارات الملاحة، يرسل القمر الصناعي بانتظام رسائل تحتوي على معلومات حول حالة القمر الصناعي والتقويم الفلكي والنظام. الوقت والتنبؤ بالتأخير الأيوني ومؤشرات الأداء. تتكون معدات GPS الموجودة على متن الطائرة من هوائي ومؤشر جهاز الاستقبال. يتضمن PI جهاز استقبال وجهاز كمبيوتر ووحدات الذاكرة وأجهزة التحكم والعرض. تقوم كتل الذاكرة بتخزين البيانات والبرامج اللازمة لحل المشكلات والتحكم في تشغيل مؤشر جهاز الاستقبال. اعتمادا على الغرض، يتم استخدام نوعين من المعدات الموجودة على متن الطائرة: خاصة وللمستهلك الشامل. تم تصميم معدات خاصة لتحديد المعلمات الحركية للصواريخ والطائرات العسكرية والسفن والسفن الخاصة. عند البحث عن معلمات الكائن، فإنه يستخدم رموز P وC/A. يوفر هذا الجهاز تحديدات مستمرة تقريبًا مع الدقة: موقع الكائن— 5+7 م، السرعة — 0.05+0.15 م/ث، الوقت — 5+15 نانو ثانية

التطبيقات الرئيسية لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية GPS:

• الجيوديسيا: باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يتم تحديد الإحداثيات الدقيقة للنقاط وحدود قطع الأراضي
• رسم الخرائط: يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في رسم الخرائط المدنية والعسكرية
• الملاحة: يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للملاحة البحرية والبرية
• مراقبة وسائل النقل عبر الأقمار الصناعية: باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، تتم مراقبة موقع المركبات وسرعتها والتحكم في حركتها
• الهاتف الخلوي: ظهرت أولى الهواتف المحمولة المزودة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في التسعينيات. في بعض البلدان، مثل الولايات المتحدة الأمريكية، يُستخدم هذا لتحديد موقع الشخص الذي يتصل برقم 911 بسرعة.
• تكتونيات الصفائح وتكتونياتها: استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لرصد حركات الصفائح واهتزازاتها
• الترفيه النشط: هناك العديد من الألعاب التي تستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، على سبيل المثال، لعبة غيوكاشينغ، وغيرها.
• تحديد الموقع الجغرافي: يتم "ربط" المعلومات، مثل الصور الفوتوغرافية، بالإحداثيات بفضل أجهزة استقبال GPS المدمجة أو الخارجية.

تحديد إحداثيات المستهلك

تحديد المواقع عن طريق المسافات إلى الأقمار الصناعية

يتم حساب إحداثيات الموقع بناءً على المسافات المقاسة إلى الأقمار الصناعية. هناك حاجة إلى أربعة قياسات لتحديد الموقع. ثلاثة أبعاد كافية إذا كان بإمكانك استبعاد الحلول غير المعقولة من قبل البعض الآخر طرق يمكن الوصول إليها. مطلوب قياس آخر لأسباب فنية.

قياس المسافة إلى القمر الصناعي

يتم تحديد المسافة إلى القمر الصناعي عن طريق قياس مقدار الوقت الذي تستغرقه إشارة الراديو للانتقال من القمر الصناعي إلينا. يقوم كل من القمر الصناعي وجهاز الاستقبال بإنشاء نفس الكود العشوائي الزائف بشكل صارم في وقت واحد وعلى مقياس زمني مشترك. دعونا نحدد المدة التي استغرقتها الإشارة من القمر الصناعي للوصول إلينا من خلال مقارنة تأخير الكود العشوائي الزائف الخاص به بالنسبة لرمز المستقبل.

ضمان التوقيت المثالي

التوقيت الدقيق هو المفتاح لقياس المسافات إلى الأقمار الصناعية. الأقمار الصناعية دقيقة في الوقت المناسب لأنها تحتوي على ساعات ذرية على متنها. قد لا تكون ساعة المستقبل مثالية، إذ يمكن التخلص من انحرافها باستخدام الحسابات المثلثية. للحصول على هذه الفرصة، من الضروري قياس المسافة إلى القمر الصناعي الرابع. يتم تحديد الحاجة إلى أربعة قياسات من خلال تصميم جهاز الاستقبال.

تحديد موقع القمر الصناعي في الفضاء الخارجي.

لحساب إحداثياتنا، نحتاج إلى معرفة المسافات إلى الأقمار الصناعية وموقع كل منها في الفضاء الخارجي. تسافر الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على ارتفاعات عالية جدًا بحيث تكون مداراتها مستقرة جدًا ويمكن التنبؤ بها بدقة كبيرة. تقوم محطات التتبع باستمرار بقياس التغيرات الصغيرة في المدارات، ويتم نقل البيانات حول هذه التغييرات من الأقمار الصناعية.

تأخيرات الإشارة الأيونوسفيرية والغلاف الجوي.

هناك طريقتان يمكن استخدامهما لتقليل الخطأ إلى الحد الأدنى. أولاً، يمكننا التنبؤ بالتغير النموذجي للسرعة في يوم نموذجي، في ظل الظروف الأيونوسفيرية المتوسطة، ثم إجراء تصحيح على جميع قياساتنا. ولكن، لسوء الحظ، ليس كل يوم عادي. هناك طريقة أخرى تتمثل في مقارنة سرعات انتشار إشارتين لهما ترددات حاملة مختلفة. إذا قارنا وقت الانتشار لمكونين مختلفين التردد لإشارة GPS، فيمكننا معرفة نوع التباطؤ الذي حدث. تعد طريقة التصحيح هذه معقدة للغاية ولا تُستخدم إلا في أجهزة استقبال GPS الأكثر تقدمًا والتي تسمى "ثنائية التردد".

متعدد المسارات.

نوع آخر من الأخطاء هو أخطاء "المسارات المتعددة". وتحدث عندما تنعكس الإشارات المرسلة من القمر الصناعي بشكل متكرر من الأجسام والأسطح المحيطة قبل الوصول إلى جهاز الاستقبال.

عامل هندسي يقلل من الدقة.

يتم تجهيز أجهزة الاستقبال الجيدة بإجراءات حسابية تعمل على تحليل المواقع النسبية لجميع الأقمار الصناعية القابلة للرصد واختيار أربعة مرشحين منها، أي. أفضل وضع أربعة أقمار صناعية.

دقة GPS الناتجة.

يتم تحديد خطأ GPS الناتج من خلال مجموع الأخطاء من مصادر مختلفة. تختلف مساهمة كل منها حسب الظروف الجوية ونوعية المعدات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لوزارة الدفاع الأمريكية تقليل الدقة عن عمد نتيجة لتثبيت ما يسمى بوضع S/A ("التوفر الانتقائي") على أقمار GPS الصناعية. وصول محدود). تم تصميم هذا الوضع لمنع العدو المحتمل من الحصول على ميزة تكتيكية في تحديد المواقع عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). عندما يتم تعيين هذا الوضع، وإذا تم تعيينه، فإنه ينشئ العنصر الأكثر أهمية في إجمالي خطأ GPS.

خاتمة:

دقة القياسيعتمد استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على تصميم جهاز الاستقبال وفئته، وعدد الأقمار الصناعية وموقعها (في الوقت الفعلي)، وحالة الغلاف الأيوني والغلاف الجوي للأرض (السحب الكثيفة، وما إلى ذلك)، ووجود التداخل وعوامل أخرى. أجهزة GPS "المنزلية"، المخصصة للمستخدمين "المدنيين"، بها خطأ في القياس يتراوح من ±3-5 م إلى ±50 م وأكثر (في المتوسط، الدقة الحقيقية، مع الحد الأدنى من التداخل، إذا كانت الطرز الجديدة، هي ±5-15 مترًا في الخطة). تصل أقصى دقة ممكنة إلى +/- 2-3 أمتار أفقيًا. الارتفاع – من ±10-50م إلى ±100-150م. سيكون مقياس الارتفاع أكثر دقة إذا قمت بمعايرة البارومتر الرقمي بواسطة أقرب نقطة ذات ارتفاع محدد معروف (من الأطلس العادي، على سبيل المثال) على أرض مستوية أو بالضغط الجوي المعروف (إذا لم يتغير بسرعة كبيرة عندما يكون الطقس التغييرات). عدادات عالية الدقة من "الفئة الجيوديسية" - أكثر دقة بمعدلين إلى ثلاثة أوامر من حيث الحجم (حتى سنتيمتر واحد في المخطط والارتفاع). يتم تحديد الدقة الفعلية للقياسات من خلال عوامل مختلفة، على سبيل المثال، المسافة من أقرب محطة قاعدة (تصحيح) في منطقة خدمة النظام، والتعدد (عدد القياسات / التراكمات المتكررة عند نقطة ما)، ومراقبة جودة العمل المناسبة، ومستوى التدريب والخبرة العملية للمتخصص. لا يمكن استخدام هذه المعدات عالية الدقة إلا من قبل المنظمات المتخصصة والخدمات الخاصة والجيش.

لتحسين دقة الملاحةيوصى باستخدام جهاز استقبال GPS - في مكان مفتوح (لا توجد مباني أو أشجار متدلية قريبة) ذات تضاريس مسطحة إلى حد ما، وتوصيل جهاز إضافي هوائي خارجي. ولأغراض تسويقية، يُنسب إلى هذه الأجهزة "موثوقية ودقة مزدوجة" (في إشارة إلى نظامي الأقمار الصناعية المستخدمين في وقت واحد، Glonass وGypies)، ولكن التحسين الفعلي الفعلي في المعلمات (زيادة الدقة في تحديد الإحداثيات) يمكن أن يصل إلى ما يصل فقط إلى عدة عشرات من المئة. لا يمكن تحقيق سوى انخفاض ملحوظ في وقت البدء الدافئ ومدة القياس

تتدهور جودة قياسات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إذا كانت الأقمار الصناعية موجودة في السماء في شعاع كثيف أو على خط واحد و"بعيد" - بالقرب من الأفق (كل هذا يسمى "هندسة سيئة") ويوجد تداخل في الإشارة (المباني الشاهقة حجب الإشارة، الأشجار، الجبال شديدة الانحدار القريبة، مما يعكس الإشارة). على الجانب النهاري من الأرض (المضاء حاليًا بالشمس) - بعد المرور عبر بلازما الأيونوسفير، تضعف إشارات الراديو وتتشوه بدرجة أكبر من تلك الموجودة على الجانب الليلي. أثناء العاصفة المغنطيسية الأرضية، بعد التوهجات الشمسية القوية، من الممكن حدوث انقطاعات وانقطاعات طويلة في تشغيل معدات الملاحة عبر الأقمار الصناعية.

تعتمد الدقة الفعلية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على نوع جهاز استقبال GPS وميزات جمع البيانات ومعالجتها. كلما زاد عدد القنوات (يجب أن يكون هناك 8 قنوات على الأقل) في المستكشف، تم تحديد المعلمات الصحيحة بشكل أكثر دقة وسرعة. عند استقبال "بيانات خادم موقع A-GPS المساعدة" عبر الإنترنت (عبر نقل حزم البيانات، في الهواتف والهواتف الذكية)، تزداد سرعة تحديد الإحداثيات والموقع على الخريطة

WAAS (نظام تعزيز المنطقة الواسعة، في القارة الأمريكية) وEGNOS (خدمات تراكب الملاحة الأوروبية الثابتة بالنسبة إلى الأرض، في أوروبا) - أنظمة فرعية تفاضلية تنتقل عبر الأرض المستقرة بالنسبة إلى الأرض (على ارتفاعات تتراوح من 36 ألف كيلومتر في خطوط العرض المنخفضة إلى 40 ألف كيلومتر فوق خطوط العرض المتوسطة والعالية ) تقوم الأقمار الصناعية بتصحيح المعلومات إلى أجهزة استقبال GPS (يتم إدخال التصحيحات). يمكنهم تحسين جودة تحديد موضع العربة الجوالة (الميدان، جهاز الاستقبال المتنقل) إذا كانت محطات التصحيح الأساسية الأرضية (أجهزة استقبال الإشارة المرجعية الثابتة التي لديها بالفعل مرجع إحداثي عالي الدقة) موجودة وتعمل في مكان قريب. وفي هذه الحالة، يجب على أجهزة الاستقبال الميدانية والقاعدة أن تتتبع الأقمار الصناعية التي تحمل نفس الاسم في نفس الوقت.

لزيادة سرعة القياسيوصى باستخدام جهاز استقبال متعدد القنوات (8 قنوات أو أكثر) مع هوائي خارجي. يجب أن تكون ثلاثة على الأقل مرئية القمر الصناعي لتحديد المواقع. كلما زاد عددها، كانت النتيجة أفضل. الرؤية الجيدة للسماء (الأفق المفتوح) ضرورية أيضًا. يمكن إجراء سريع أو "ساخن" (يستمر في الثواني الأولى) أو "بداية دافئة" (نصف دقيقة أو دقيقة في الوقت المناسب) لجهاز الاستقبال إذا كان يحتوي على تقويم حديث ومحدث. في حالة عدم استخدام الملاح لفترة طويلة، يضطر جهاز الاستقبال إلى تلقي التقويم الكامل، وعند تشغيله، سيتم إجراء بداية باردة (إذا كان الجهاز يدعم AGPS، ثم بشكل أسرع - حتى بضع ثوان). لتحديد الإحداثيات الأفقية فقط (خط العرض / خط الطول)، قد تكون الإشارات الصادرة من ثلاثة أقمار صناعية كافية. للحصول على إحداثيات ثلاثية الأبعاد (مع الارتفاع)، تحتاج إلى أربعة إحداثيات على الأقل. ترجع الحاجة إلى إنشاء نظام الملاحة المحلي الخاص بنا إلى حقيقة أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو نظام أمريكي، وهو خصوم محتملون يمكنهم في أي وقت، لتحقيق مصالحهم العسكرية والجيوسياسية، تعطيله بشكل انتقائي أو "تشويشه" أو تعديله في أي منطقة أو زيادة اصطناعه. ، خطأ منهجي في الإحداثيات (للمستهلكين الأجانب لهذه الخدمة)، وهو موجود دائمًا في وقت السلم.

يهتم مستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) دائمًا بالدقة الحقيقية للملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ودرجة الثقة في قراءاته. ما مدى قربك من أي خطر ملاحي يعتمد فقط على جهاز استقبال GPS الخاص بك؟ لسوء الحظ، لا توجد إجابة واضحة على هذا السؤال. ويرجع ذلك إلى الطبيعة الإحصائية لأخطاء الملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم.

تتأثر سرعة انتشار الموجات الراديوية بالغلاف الأيوني والتروبوسفير، والانكسار الأيوني والتروبوسفير. هذا هو المصدر الرئيسي للأخطاء بعد إيقاف تشغيل SA. سرعة موجات الراديو في الفراغ ثابتة، ولكنها تتغير عندما تدخل الإشارة إلى الغلاف الجوي. يختلف التأخير الزمني بالنسبة للإشارات الواردة من الأقمار الصناعية المختلفة. يعتمد تأخير انتشار الموجات الراديوية على حالة الغلاف الجوي وارتفاع القمر الصناعي فوق الأفق. كلما انخفض المسار الذي تنتقل به الإشارة عبر الغلاف الجوي، زاد التشويه. تستبعد معظم أجهزة الاستقبال الإشارات الواردة من الأقمار الصناعية التي يقل ارتفاعها عن 7.5 درجة فوق الأفق.

بالإضافة إلى ذلك، يعتمد التداخل الجوي على الوقت من اليوم. بعد غروب الشمس، تنخفض كثافة الغلاف الأيوني وتأثيره على الإشارات الراديوية، وهي ظاهرة معروفة لدى مشغلي الراديو على الموجات القصيرة. يمكن لأجهزة استقبال GPS العسكرية والمدنية تحديد تأخير الإشارة الجوية بشكل مستقل عن طريق مقارنة التأخيرات عند ترددات مختلفة. تقوم أجهزة الاستقبال الاستهلاكية أحادية التردد بإجراء تصحيح تقريبي بناءً على التنبؤات المرسلة كجزء من رسالة الملاحة. لقد زادت جودة هذه المعلومات مؤخرًا، مما أدى إلى زيادة دقة الملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

وضع SA.

للحفاظ على ميزة الدقة العالية لملاحي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) العسكريين، تم تقديم وضع تقييد الوصول (التوافر الانتقائي) SA في مارس 1990، مما أدى إلى تقليل دقة ملاحي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المدني بشكل مصطنع. عند تمكين وضع SA، تتم إضافة خطأ يبلغ عدة عشرات من الأمتار في وقت السلم. وفي حالات خاصة، قد يتم إدخال أخطاء تصل إلى مئات الأمتار. إن حكومة الولايات المتحدة مسؤولة عن أداء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لملايين المستخدمين، ويمكن الافتراض أن إعادة تمكين ضمان البرنامج (SA)، ناهيك عن التخفيض الكبير في الدقة، لن يتم تقديمه بدون أسباب جدية بما فيه الكفاية.

يتم تحقيق خشونة الدقة عن طريق التحويل الفوضوي لوقت إرسال الكود العشوائي الزائف. الأخطاء الناشئة عن SA تكون عشوائية ومحتملة بشكل متساوٍ في كل اتجاه. يؤثر SA أيضًا على عنوان GPS ودقة السرعة. لهذا السبب، غالبًا ما يُظهر جهاز الاستقبال الثابت سرعة واتجاهًا متفاوتين قليلاً. لذلك يمكن تقييم درجة تأثير SA من خلال التغييرات الدورية في المسار والسرعة وفقًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

أخطاء في بيانات التقويم الفلكي أثناء التنقل عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

بادئ ذي بدء، هذه هي الأخطاء المرتبطة بانحراف القمر الصناعي عن المدار المحسوب، وعدم دقة الساعة، وتأخير الإشارة في الدوائر الإلكترونية. ويتم تصحيح هذه البيانات من الأرض بشكل دوري، وتتراكم الأخطاء في الفترات الفاصلة بين جلسات الاتصال. نظرًا لصغر حجمها، فإن مجموعة الأخطاء هذه ليست مهمة للمستخدمين المدنيين.

في حالات نادرة للغاية، قد تحدث أخطاء أكبر نتيجة لفشل مفاجئ للمعلومات في أجهزة ذاكرة القمر الصناعي. إذا لم يتم اكتشاف مثل هذا الفشل عن طريق التشخيص الذاتي، فإلى أن تكتشف الخدمة الأرضية الخطأ وتنقل أمرًا حول الفشل، فقد يرسل القمر الصناعي معلومات غير صحيحة لبعض الوقت. هناك ما يسمى بانتهاك الاستمرارية، أو كما يُترجم مصطلح النزاهة في كثير من الأحيان، سلامة الملاحة.

تأثير الإشارة المنعكسة على دقة الملاحة GPS.

بالإضافة إلى الإشارة المباشرة من القمر الصناعي، يمكن لجهاز استقبال GPS أيضًا استقبال الإشارات المنعكسة من الصخور والمباني والسفن المارة - وهو ما يسمى بانتشار المسارات المتعددة. إذا تم حجب الإشارة المباشرة من جهاز الاستقبال بسبب البنية الفوقية للسفينة أو معداتها، فقد تكون الإشارة المنعكسة أقوى. تنتقل هذه الإشارة إلى مسار أطول، و"يعتقد" المستقبل أنها أبعد عن القمر الصناعي مما هي عليه في الواقع. كقاعدة عامة، تكون هذه الأخطاء أقل بكثير من 100 متر، حيث أن الأجسام القريبة فقط هي التي يمكنها إنتاج صدى قوي بدرجة كافية.

هندسة الأقمار الصناعية للملاحة GPS.

يعتمد على موقع جهاز الاستقبال بالنسبة للأقمار الصناعية التي يتم من خلالها تحديد الموقع. إذا التقط جهاز الاستقبال أربعة أقمار صناعية وكلها في الشمال، فإن هندسة القمر الصناعي سيئة. والنتيجة خطأ يصل إلى 50-100 متر أو حتى عدم القدرة على تحديد الإحداثيات.

جميع الأبعاد الأربعة من نفس الاتجاه، والمنطقة التي تتقاطع فيها خطوط الموضع كبيرة جدًا. ولكن إذا كانت هناك 4 أقمار صناعية بالتساوي على جانبي الأفق، فستزيد الدقة بشكل كبير. يتم قياس هندسة القمر الصناعي بواسطة العامل الهندسي PDOP (تخفيف الدقة). يتوافق الموقع المثالي للقمر الصناعي مع PDOP = 1. وتشير القيم الكبيرة إلى ضعف هندسة القمر الصناعي.

تعتبر قيم PDOP الأقل من 6.0 مناسبة للملاحة. في التنقل ثنائي الأبعاد، يتم استخدام HDOP (التخفيف الأفقي للدقة)، أقل من 4.0. ويستخدم أيضًا عامل هندسي رأسي VDOP أقل من 4.5 وTDOP زمني أقل من 2.0. يعمل PDOP كمضاعف لحساب الأخطاء من المصادر الأخرى. كل نطاق زائف يقاسه المستقبل له خطأه الخاص، اعتمادًا على التداخل الجوي، والأخطاء في التقويم الفلكي، ووضع SA، والإشارة المنعكسة، وما إلى ذلك.

لذا، إذا كانت القيم المتوقعة لإجمالي تأخير الإشارة لهذه الأسباب، URE - خطأ في نطاق المستخدم أو UERE - خطأ في النطاق المكافئ للمستخدم، باللغة الروسية EDP - خطأ محدد المدى المكافئ، إجمالي 20 مترًا وHDOP = 1.5، فإن التحديد المتوقع مساحة الخطأ تساوي 20 × 1.5 = 30 مترًا. تقدم أجهزة استقبال GPS المعلومات بشكل مختلف لتقييم الدقة باستخدام PDOP.

بالإضافة إلى PDOP أو HDOP، يتم استخدام GQ (الجودة الهندسية) - القيمة العكسية لـ HDOP، أو التقييم النوعي بالنقاط. تعرض العديد من أجهزة الاستقبال الحديثة EPE (خطأ الموضع المقدر) مباشرةً بوحدات المسافة. يأخذ EPE في الاعتبار موقع الأقمار الصناعية والتنبؤ بأخطاء الإشارة لكل قمر صناعي اعتمادًا على SA وحالة الغلاف الجوي وأخطاء ساعة القمر الصناعي المرسلة كجزء من معلومات التقويم الفلكي.

تصبح هندسة الأقمار الصناعية أيضًا مشكلة عند استخدام جهاز استقبال GPS داخل المركبات أو في الغابات الكثيفة أو الجبال أو بالقرب من المباني الشاهقة. عندما يتم حجب الإشارات من الأقمار الصناعية الفردية، فإن موقع الأقمار الصناعية المتبقية سيحدد مدى دقة موقع GPS، وسيشير عددها إلى ما إذا كان من الممكن تحديد الموقع على الإطلاق. سيُظهر لك جهاز استقبال GPS الجيد ليس فقط الأقمار الصناعية المستخدمة، ولكن أيضًا موقعها وسمتها وارتفاعها، حتى تتمكن من تحديد ما إذا كان هناك صعوبة في استقبال قمر صناعي معين.

بناءً على مواد من كتاب "كل شيء عن ملاحي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)".
نيمان في إس، سامويلوف إيه إي، إيلين إن آر، شينيس إيه آي.