Исследование методов калибровки приемников

Реферат

Выпускная квалификационная работа по теме «Исследование методов калибровки приемников навигационных сигналов» содержит 53 страниц текстового документа, 23 использованных источников, 25 рисунка, 3 таблицы, 10 формул.

Объект исследования – погрешности навигационных приемников.

Цели исследования:

1) рассмотреть области  применения и приемники некоторых  компаний;

2) изучить принцип работы  приемника навигационных сигналов;

3) выявить погрешности  возникающие при определении  координат;

4) исследовать методы  устранения выявленных погрешностей;

5) сделать вывод какие  методы наиболее выгодно использовать.

Обзорно рассмотрены приемники ведущих компаний. Приведена обобщённая структурная схема. В результате исследования приемников навигационных сигналов в них были выявлены основные погрешности. Рассмотрены причины их возникновения, какие элеме6нты приемника подвержены им больше всего.

В итоге были предложены методы по устранению погрешностей. Рассмотрены их достоинства и недостатки, предложено какой способ калибровки целесообразно применять учитывая факторы использования приемника

 

 

 

Оглавление

1 Введение……………………………………………………………………………4

2 Общие сведения о приемниках………………………………………………...…7

2.1 Применение навигационных  спутниковых систем……………………………7

2.2 Примеры приемников  ведущих компаний…………………………………..…8

2.3 Структурная схема приемника………………………………………………...17

3 Методы устранения погрешностей……………………………………………...19

3.1 Температурная погрешность…………………………………………………..19

3.2 Межканальная погрешность………………………………………………...…27

3.3 Частотная погрешность……………………………………………………...…31

3.4 Стабилизация частоты…………………………………………………………36

3.5 Синхронизация приемника………………………………………………….....44

4 Заключение…………………………………………………………..……………47

5 Список сокращений………………………………………………………………50

6 Список литературы…………………………………………………………….…51

 

 

 

 

 

 

1 Введение

Сколько существует человечество, столько и решается вопрос о том, как определить свое местоположение на суше и на море, в лесу или в городе. На сегодняшний день отпала необходимость ориентироваться, как древние путешественники и мореплаватели по звездам или компасу. Эпоха открытия радиоволн существенно упростило задачу навигации и открыло новые перспективы перед человечеством во многих сферах жизни и деятельности, а с открытием возможности покорения космического пространства совершился огромный прорыв в области определения координат местоположения объекта на Земле.

Искусственные спутники Земли стали опорными точками для радионавигации и на сегодняшний день системы спутниковой навигации стали доступны не только военным или морякам, но и простым людям, частным лицам и компаниям, для которых навигация необходима.

Прародителем современных систем спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS была доплеровская радионавигационная спутниковая система "Transit", изобретенная в США в середине 60х годов прошлого века, которая в дальнейшем претерпела множество изменений и технологических усовершенствований.

Система спутниковой навигации ГЛОНАСС была изобретена в Советском союзе еще в начале 80х годов прошлого века и первые испытания прошли в 1982 г. Она разрабатывалась по заказу Министерства Обороны и была специализирована для оперативной глобальной навигации наземных передвигающихся объектов. По своей структуре системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS являются системами двойного действия и предназначены для использования, как в военных целях, так и в гражданских.

Американская система навигации GPS по своей структуре, назначению и функциональности аналогична ГЛОНАСС и также разработана по заказу Министерства Обороны Соединенных Штатов. Она имеет возможность с высокой точностью определять как координаты наземного объекта, так и осуществлять временную и скоростную привязку.

На сегодняшний день применение систем спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS очень широко – на судоходных реках, в морях и океанах, в крупных городах и на магистралях. Использование системы ГЛОНАСС и GPS для гражданских нужд возможно в различных сферах – в сотовой связи, грузоперевозках, страховой деятельности, в службах такси, путешествиях, просто поездках по мегаполису, в картографии и энергетике, поисково-спасательных работах и строительстве, для слежения за миграцией животных. Радиус действия между базовыми станциями составляет до 2 тыс. км, а между базовой станцией и локальным приемником – до 220 км. [4]

Спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС постоянно модернизируются, улучшается надежность и срок службы, точность определения координат объекта и сервис. Экономический эффект от внедрения спутниковых навигационных систем, который по оценкам экспертов в скором времени достигнет 20 млрд долларов, путем снижения аварийности на дорогах, экономии топлива, сокращения времени, затрачиваемого на дорогу. Дальнейшее развитие экономики не возможно представить без развития навигационных систем. Системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS состоят из трех основных сегментов: космического (ИСЗ), наземного управления и навигационного оборудования конечных пользователей системы. Число пользователей навигационной системы GPS и ГЛОНАСС постоянно растет и на сегодняшний день очень многочисленно.

На сегодняшний день разрабатывается технологическая возможность установки навигационного модуля ГЛОНАСС в мобильные телефоны. Телефоны, имеющие GPS-навигаторы, уже существуют и широко используются во всем мире, в том числе и в России. На рынке навигационной аппаратуры уже существует целый ряд приемников GPS/ГЛОНАСС - навигации, они производятся специально для России и имеют самое различное назначение. [2]

Основным критерием предъявляемым к системе навигации – это точность определения координат. Производители НАП, которых в нынешнее время достаточно велико, стремятся сконструировать приемники с высокими показателями точности определения координат. Так как область применения приемной аппаратуры достаточно велика, то она подвержена влиянию всех различных условий окружающей среды, а также характеристики частотных элементов не всегда идеальны. Разработчики, сталкиваясь с этими проблемами находят методики их устранения (влияния внешних и внутренних погрешностей). На сегодняшний день каждая компания производитель приемников совершенствует свое оборудование, на ровне с этим совершенствуется и методики устранения погрешностей  НАП.

Целью дипломной работы является исследование методов устранения  погрешностей вносимых условиями окружающей среды и влияние на точность измерений непосредственно самих радиоэлементов приемника. Основные задачи:

1) рассмотреть области применения и приемники некоторых компаний;

2) изучить принцип работы приемника навигационных сигналов;

3) выявить погрешности возникающие при определении координат;

4) исследовать методы устранения выявленных погрешностей;

5) сделать вывод какие методы наиболее выгодно использовать.

 

 

 

2. Общие сведения о приемниках

2.1 Применение навигационных спутниковых систем

GPS-приёмники продают во  многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные  телефоны, смартфоны и КПК. 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.

Основное применение навигационных спутниковых систем:

1) геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков;

2) картография: GPS и ГЛОНАСС используется в гражданской и военной картографии;

3) навигация: с применением GPS и ГЛОНАСС осуществляется как морская, так и дорожная навигация;

4) спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS и ГЛОНАСС ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением;

5) 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; [15]

6) тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит;

7) Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др;

8) геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам. [4]

2.2 Примеры приемников ведущих компаний

2.2.1 Приемник NV08C-CSM от ЗАО «КБ НАВИС»

ЗАО «КБ НАВИС» образовано в 1996 году и является ведущим российским предприятием, специализирующимся в области создания новых технологий и производства разной навигационной аппаратуры, использующей сигналы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и их функциональных дополнений. В коллективе ЗАО «КБ НАВИС» трудятся высококвалифицированные сотрудники с более чем 20-летним опытом работы в области спутниковой навигации, обладающие высоким творческим и научным потенциалом.

 ЗАО «КБ НАВИС» оснащено  современными аппаратно-программными  средствами технологической поддержки  процесса разработки, испытаний  и производства навигационной  аппаратуры, его производственные  мощности обеспечивают оперативное  и качественное ее изготовление  и проведение испытаний опытных  и серийных образцов.

Современное микроэлектронное оборудование позволяет предоставлять услуги по сборке и испытаниям микросхем и микросборок по документации и материалам Заказчиков. Основным показателем политики компании является обеспечение качества и надежности выпускаемой продукции. Одним из последних разработанных приемников является NV08C рисунок 1.

Рисунок 1 - Приемник NV08C-CSM

Приемник NV08C-CSM GPS/GLONASS/GALILEO это малогабаритный (20х26 мм) встраиваемый модуль для применения в составе навигационной аппаратуры различных видов транспорта. Обеспечивает высокую чувствительность и малое время решения навигационной задачи в сочетании с низким энергопотреблением и малыми размерами. В модуле поддерживается режим Assisted GNSS (GPS/ГЛОНАСС/GALILEO) и несколько режимов экономии энергии. Возможность работы со всеми видимыми спутниками из всех созвездий ГНСС позволяет получать лучшие навигационные сигналы в «городских каньонах» по сравнению с любым решением только по одному из ГНСС. Раздельные каналы для GPS и ГЛОНАСС обеспечивают высокую помехозащищенность в городских и промышленных условиях, железнодорожных станциях и других местах с высоким уровнем помех. Основные характеристики:

1) принимаемые сигналы:

- GPS/GALILEO/COMPASS/SBAS: L1 1575.42 МГц;  
- ГЛОНАСС: L1 1597.5…1609.5 МГц; 
2) каналов слежения 32; 
3) точность получения навигационных параметров (RMS) в плоскости:  
- в автономном режиме 2.5 м;  
- в дифференциальном режиме 1 м;  
- высоты 3 м;  
- скорости 0.05 м/с;  
- времени ±25 нс. [12]

2.2.2 Приемник Trimble R10 компания Trimble Navigation Ltd

Компания Trimble Navigation Ltd. является крупнейшим в мире изготовителем GPS аппаратуры. На рынке представлен широкий диапазон геодезического оборудования, среди которого есть и GPS-приемники. Компания была основана в 1978 г. Чарли Тримблом, которому приписывают выпуск на рынок первого гражданского одночастотного приемника Trimble 4000A, работавшего по кодам GPS. Компания Trimble выпускает спутниковую аппаратуру для самых разнообразных целей, включая топографические съемки, высокоточные геодезические сети, морская, воздушная и наземная навигация, контроль механизмов и управление машинами, передача и хранение точного времени и т.д. Эта аппаратура применяется и для научных исследований, и в сельском хозяйстве, на транспорте и в строительстве, для создания ГИС и т.д.

Последним выпущенныи компанией Trimble приемником является  Trimble R10 изображён на рисунке 2.  Новый приемник Trimble R10 разработан для увеличения производительности геодезических работ. Объединив в едином компактном корпусе целый ряд новейших технологий, таких как Trimble HD-GNSS, Trimble SurePoint™ и Trimble xFill™,  приемник Trimble R10 принимает все спутниковые сигналы GNSS, позволяя геодезистам быстрее и проще выполнять измерения в самых сложных окружающих условиях.

Рисунок 2 - Приемник Trimble R10

Технология Trimble R-Track с функцией Signal  Prediction™ позволяет компенсировать прерывистые  или слабые сигналы с RTK-поправками, обеспечивая  возможность работы с приемлемой точностью даже при   потерях RTK-сигнала.

Приемник Trimble R10 одновременно отслеживает сигналы спутников:

1) GPS: L1C/A, L1C, L2C, L2E, L5;

2) ГЛОНАСС: L1C/A, L1P, L2C/A, L2P, L3;

3) SBAS: L1C/A, L5;

4) Galileo: GIOVE-A и GIOVE-B, E1, E5a, E5B;

5) COMPASS: B1, B2, B3.

Приемник Trimble R8 GNSS объединяет самый широкий  набор возможностей внутри интегрированной и  универсальной системы, предназначенной для решения самых сложных геодезических задач. Приемник Trimble R8 GNSS оснащен встроенным приемопередающим  УКВ радиомодемом, что обеспечивает исключительную  гибкость при его использовании в качестве подвижного  или базового приемника. При работе приемника в качестве базовой станции встроенная функция  NTRIP Caster обеспечивает настраиваемый доступ к поправкам от базовой станции через Интернет.