Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Кодовый способ измерения времени

Прежде всего определим, какие отрезки времени приходится определять и с какой точностью.

Расстояние 20 000 км от спутника до приемника радиоволна проходит примерно за 0,07 с. Составим таблицу временных интервалов и соответствующих им расстояний:

1с ® 300 000 км 10^–3 с ® 300 км 10^–6 с ® 300 м

10^–9 с ® 0,3 м 10^–12 с® 0,3 мм

Наземная служба времени обеспечивает точность 10^–14– 10^–15, стандарт частоты спутников 10^–13 – 10^–14, а кварцевый стандарт приемника 10^–6 – 10^–8.

Цифровая информация, передаваемая со спутника, позволяет установить момент излучения метки времени по шкале времени спутника (метки аналогичны сигналам точного времени, передаваемым по радио). Метки времени следуют через 6 с для GPS и через 2 с для ГЛОНАСС, т.е. образуют шкалы времени с ценой деления 6 и 2 секунды. В пределах одного деления шкалы укладывается соответственно 6000 и 2000 периодов дальномерного кода, т.е. длительность периода дальномерного кода равна 1 миллисекунде. Каждый период кода разделён на чипсы (это элементы, принимающие значения +1 и –1, или, что всё равно, +1 и 0). Число чипсов для GPS 1023 и 511 для ГЛОНАСС. Тогда длина чипса составит 300 м для GPS и 600 м для ГЛОНАСС. Таким образом, при счёте по целым единицам кода (чипсам) точность измерения расстояний крайне низка. Для более точного измерения нужна фаза дальномерного кода. Любой цифровой фазометр работает с точностью примерно 1%. Тогда точность измерения расстояний по кодам будет соответственно 3 и 6 метров. Покажем всё сказанное таблицей:

GPS Глонасс

Цена деления шкалы времени, с 6 2

Число периодов кода в одном делении 6000 2000

Длительность одного периода кода, с 0,001 0,001

Длина одного периода, км 300 300

Число чипсов в одном периоде кода 1023 511

Длина чипса, м 300 600

Точность фазометра 0,01 чипса, м 3 6

Задача определения времени сводится к измерению задержки сигнала спутника в приемнике. Для этого приемник вырабатывает точно такой же опорный сигнал с дальномерными кодами, как и спутник, точно в одно и то же время. Решение задачи выполняется в три этапа:

· захват сигнала спутника соответствующим каналом приемника;

· выбор одноименных периодов кода и установление соответствия их в сигнале спутника и опорном сигнале приемника;

· измерение временной задержки t (рис. 6.5).

1 2 3 4

периоды кодов спутника ^ ^ ^ ^

1 2 3

периоды кодов приемника ^ ^ ^

t t

Рис. 6.5

Момент приёма кода определяется по шкале времени приёмника. Для измерения временной задержки t с достаточной точностью необходимо иметь в приемнике атомный стандарт частоты (часы) такого же уровня, как на спутнике. Однако это экономически нерентабельно, т. к. атомные часы очень дороги. Используя кварцевый стандарт с нестабильностью 10^–7...10^–8 , нельзя прямо измерить расстояние с точностью лучше 30...3 м, а добиться абсолютной синхронизации часов с разным ходом принципиально невозможно. Поэтому измеряемый отрезок времени t будет состоять из двух элементов:

t = t ^ист + D t, (6.3)

где t ^ист – истинная величина отрезка времени, за который радиосигнал проходит расстояние от спутника до приемника;

D t – поправка часов приемника относительно часов спутника.

Т. к. сама величина t незначительна, то поправку D t для всех n одновременно измеряемых расстояний до n спутников можно считать одинаковой.

Подставив (6.3) в (6.1), получим расстояние до i- го спутника:

D_i = D_i ^ист + D D. (6.4)

Измеряемые расстояния D_i в спутниковых определениях принято называть псевдодальностями, а сам рассматриваемый метод решения задачи иногда называют псевдодальномерным (термины связистов, а не геодезистов).

В пространственной системе координат расстояние D_i определяется по формуле

, (6.5)

где X _i, Y_i, Z_i – координаты спутника,

X, Y, Z – координаты приемника.

При определении положения точки линейной засечкой по трем спутникам получим три измеренных линии и четыре неизвестных: X, Y, Z, D t.

Для нахождения четвертого неизвестного необходимо четвертое измерение, т.е. одновременно нужно наблюдать не менее четырех спутников.

Для оценки точности и получения надежного решения в геодезии принято выполнять избыточные измерения, т.е. необходимо одновременно наблюдать пять и более спутников.

По условиям прохождения радиосигнала в нижних слоях атмосферы обычно не используют спутники, находящиеся на высотах ниже 10° над горизонтом. Таких спутников может быть до пяти. С учетом сказанного необходимое число спутников в созвездии – 18. Увеличение числа спутников в созвездии до 24-х дает возможность наблюдать одновременно 5...8 спутников и выбирать из измерений те, которые обеспечивают наибольшую точность определения местоположения.