PŘEDNÁŠKA 12

MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy

Jiří Šebesta

Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

11.12. 2015

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 2

MRAR: PŘEDNÁŠKA 12.

Aplikace GNSS Diferenční měření GNSS přijímače

TÉMA: DRUZICOVÉ NAVIGAČNÍ SYSTÉMY III.

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 3

MRAR-P12: Aplikace GNSS (1/2)

vojenské aplikace námořní doprava civilní letectví pozemní doprava ADS, CNS geodézie (aplikace geolitů) geofyzika zemědělství ochrana přírody turistika měření úhlů frekvenční normály, měření času

Vojenské letecký přijímač

Dvoupásmová vf. jednotka

Digitální jednotka

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 4

MRAR-P12: Aplikace GNSS (2/2)

Precision farming (agriculture) Námořní GNSS přijímač

Geodetický GPS přijímač

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 5

MRAR-P12: Diferenční měření (1/4)

Podstatného zlepšení přesnosti GNSS lze dosáhnout opravou naměřených vzdáleností – především eliminace ionosferického zpoždění a případného záměrného znepřesňování

Do bodu se známými přesnými souřadnicemi umístíme speciální přijímač GNSS (referenční stanici) a porovnáváme skutečnou a naměřenou polohu. Z porovnání získáváme opravy měřených zdánlivých vzdáleností. Tyto opravy přenášíme k navigačním přijímačům uživatelů vhodnou komunikační linkou. Přijímače uživatelů opravují naměřené údaje a určují polohu.

Tato metoda se nazývá diferenční GNSS (DGNSS nebo DGPS) .

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 6

MRAR-P12: Diferenční měření (2/4)

Formát oprav a doporučení pro jejich přenos byly navrženy v dokumentu RTCM.

Různé prameny uvádějí různou přesnost, která se použitím DGPS dosáhne. Oficiální materiál STANAG 4294 uvádí, že s pravděpodobností 0,95 lze pro PPS uživatele dosáhnout pomocí DGPS horizontální chyby 5 m, vertikální 8 m. Uživatelé SPS dosáhnou horizontální chyby 20 m a vertikální chyby 32 m.

Otázkou je vliv SA na diferenční GPS. Z principu je zřejmé, že DGPS bude kompensovat SA. V případě ohrožení bezpečnosti USA podle komentáře k Federálnímu radionavigačnímu plánu má dojít k úplnému vypnutí systému v C/A módu (invaze v Iráku).

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 7

MRAR-P12: Diferenční měření (3/4)

Nevýhodou DGNSS je omezené krytí. Opravy účinně zvyšují přesnost v okruhu do 400 km od referenční stanice.

Přesnost DGPS závisí rovněž na době, která uplynula od získání korekcí. Korekce jsou použitelné asi do 15 s od jejich získání.

Pokud není nutné provádět měření polohy v reálném čase (tj. např. v geodézii), není ani nezbytně nutné opravy přenášet, ale hodnoty naměřené referenční stanicí a uživatelským přijímačem se vhodně uloží a později (off line) zpracují.

Lze taktéž realizovat rozsáhlé sítě referenčních stanic pro GPS – geodetická síť WAAS v USA, geostac. družice (EGNOS) a nové GPS družice doplněny kanálem s AGPS (celoplošné vysílání korekcí).

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 8

MRAR-P12: Diferenční měření (4/4)

Distribuční funkce pravděpodobnosti s SA, bez SA, difer. bez SA)

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 9

MRAR-P12: GNSS přijímače (1/9)

Struktura přijímače GNSS

Uživatelské zařízení, přijímač GNSS zpracovává signály družic a na jeho výstupu získáváme polohové souřadnice.

GNSS přijímač tvoří anténa navigační přijímač navigační počítač

Na výstupu navigačního přijímače dostáváme zdánlivé vzdálenosti a další signály, z nichž získáváme v navigačním počítači polohu.

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 10

MRAR-P12: GNSS přijímače (2/9)

Navigační přijímač tvoří

vstupní jednotka časová základna, která navigační přijímač řídí jeden nebo několik meřících přijímačů

Měřící přijímač zpracovává signál tak, abychom získali zdánlivé vzdálenosti a data tvořící navigační zprávu, kterou družice vysílá.

Získání zdánlivých vzdáleností alespoň od čtyř družic spolu s potřebnými daty zajistíme použitím některé ze tří možných konfigurací navigačního přijímače.

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 11

MRAR-P12: GNSS přijímače (3/9)

Obecné blokové schéma GNSS přijímače

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 12

MRAR-P12: GNSS přijímače (4/9)

GPS/GALILEO pásma

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 13

MRAR-P12: GNSS přijímače (5/9)

Architektura přijímačů sekvenční (do cca 1998) multikanálové (geodézie, vysoká přesnost, vyšší cena) multiplexní (nízká cena, menší přesnost, nižší spotřeba)

GNSS přijímače

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 14

MRAR-P12: GNSS přijímače (6/9)

Příklad řešení softwarového GNSS přijímače

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 15

MRAR-P12: GNSS přijímače (7/9)

GNSS antény

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 16

MRAR-P12: GNSS přijímače (8/9)

NMEA-0183

Protokol pro komunikaci s GNSS přijímačem prostřednictvím sériového rozhraní (např. RS232)

NMEA = National Marine Electronics Association

Konfigurace sériového rozhraní: 4800 bps, 8 datových bitů, bez parity, 1 stop bit, bez handshakingu,

varianta NMEA-0183HS 38400 bps

Zpráva začíná znakem $, následuje pětiznakový identifikátor zprávy a za ním čárkou oddělené parametry, kontrolní součet, zakončení CR/LF, bez $ a CR/LF max. 80 znaků

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 17

MRAR-P12: GNSS přijímače (9/9)

příklad RMB zpráva

‘GP’ = GPS (‘GL’ = GLONASS) RMB = Recommended Minimum Navigation Information)

$GPRMB,A,0.66,L,003,004,4917.24,N,12309.57,W,001.3,052.5,000.5,V*20 A status dat (A = OK)0.66,L Cross-track error (v mílích, 9,99 max), směr vlevo003 počáteční trasový bod (waypoint)004 cílový trasový bod4917.24,N zem. šířka cílového bodu, 49 deg. 17,24 min. N 12309.57,W zem. délka cílového bodu 123 deg. 09,57 min. W 001.3 vzdálenost k cíli (v mílích 999.9 max) 052.5 směr k cíli (azimutální ve stupních) 000.5 rychlost vůči cíli (radiální v uzlech)A status příjmu (A = OK)*20 kontrolní součet

15.12.2014 Radionavigační systémy strana 18

Děkuji za vaši pozornost

GIOVE-A kompletace