|   Scheme electronice   |   Anunturi   |   Circuite audio   |   Diverse   |   Linkuri   |   Catalog   |   Manuale   |   Important   |      

SISTEMUL DE RADIONAVIGATIE PRIN SATELIT  GPS

    Se prezinta principiile generale de functionare ale sistemului GPS (Global Positioning System), principalele domenii de utilizare precum si noile directii de dezvoltare. Tendintele actuale mondiale de dezvoltare si diversificare ale sistemului GPS, tehnologiile moderne de realizare, micsorarea pretului de cost sunt indicatori de baza carora se poate anticipa patrunderea rapida a acestui sistem pe piata comerciala.

    Prin prezentarea tendintelor actuale mondiale de dezvoltare si diversificare ale sistemului GPS se ofera o deschidere catre viitoarele sisteme complexe de navigatie militare, comerciale si personale, care invita la o analiza pertinenta a modalitatilor de utilizare a acestui sistem in activitatea specifica.

1.Introducere

    Sistemul GPS este un sistem american de radionavigatie prin satelit care permite indentificarea oricarei pozitii pe glob, prin receptionarea semnalelor de pozitionare prin satelit. Sistemul GPS conceput initial, cu aplicabilitate in domeniul militar, se baza pe utilizarea a patru sateliti, pe cunoasterea timpului de propagare dintre acestia si pe folosirea unui receptor GPS cu ajutorul carora se poate determina longitudinea, latitudinea, altitudinea si ora precisa in orice moment de timp. Precizia masurarii cu un astfel de sistem variaza intre 30m (militar) si 150m (comercial).

2.Prezentarea si caracteristicile sistemului

    La inceputul anilor 1960, in SUA a fost conceput un sistem destinat fortelor armate aeriene si navale, cu ajutorul caruia se putea determina cu o precizie de 200-500m pozitia unui punct pe glob. Acest sistem putea oferi utilizatorului doua dimensiuni: longitudinea si latitudinea.

    Odata cu perfectionarea sistemului, prin marirea numarului de sateliti lansati si prin utilizarea unor noi tehnologii de realizare a echipamentelor, s-a ajuns ca sistemul de navigatie sa ofere si o a treia dimensiune: altitudinea.

    Datorita performantelor obtinute, sistemul GPS s-a dezvoltat rapid la scara mondiala, astfel incat a cuprins atat domeniul militar (caruia ii era destinat) cat si pe cel comercial si chiar, mai nou, personal.

    Functionarea unui sistem GPS este asigurata de un grup de sateliti care se rotesc in jurul pamantului si emit semnale codate ce contin datele oribitale ale tuturor satelitilor, ceasul lor propriu, conditiile de "sanatate" ale satelitilor.

    Pentru a acoperi intreaga suprafata a globului, numarul necesar de sateliti lansati ar trebui sa fie de 24. In prezent, acestia nu sunt inca toti lansati, desi sistemul este operant in SUA, Japonia si unele tari europene, avand perspective certe de dezvoltare a retelei de conectare la sistem si de marire a suprafetei de acoperire.

    Semnalele emise de sateliti sunt recunoscute de un receptor specializat GPS, care se sincronizeaza pe frecventele purtatoare, calculeaza pozitia sa in raport cu satelitii respectivi si ofera utilizatorului date despre propria pozitie pe glob. Daca receptorul poate capta simultan semnale de la patru sateliti, atunci el va putea oferi si un alt parametru al pozitiei: altitudinea.

    Sistemul GPS NAVSTAR ofera date referitoare la pozitie, viteza si timp in orice moment de timp. El este constituit din trei elemente denumite segmente: segmentul spatial, segmentul de comanda si segmentul utilizator.

    Segmentul spatial: se compune din cei 24 sateliti. Acesti sateliti, aflati pe orbite circulare, sunt plasati pe sase plane orbitale inclinate la 55 de grade, la o altitudine de 20200Km. Ei au o perioada de revolutie de aproximativ 12 ore si o viteza de circa 3.9Km/s. Amplasarea lor orbitala va permite ca de pe orice pozitie de pe glob sa existe in vizibilitate directa intre 6 si 10 sateliti.

    Satelitii au o durata de viata de 7,5 ani si sunt echipati cu ceasuri atomice si doua emitatoare in banda D. Cele doua frecvente purtatoare sunt f1=1575,42MHz si f2=1227,6MHz. Semnalele sunt emise in tehnica spectrului imprastiat si utilizeaza doua coduri pseudoaleatoare: un cod C/A (Clear Acquisition) pe frecventa f1 si un cod P (Precise) pe frecventele f1 si f2.
 

    Segmentul de control si comanda transmite parametrii de amplasare, controleaza traiectoriile si datele emise si modifica orbitele satelitilor. Cele mai numeroase statii de control sunt amplasate in Japonia si SUA, tari in care sistemul GPS are cea mai larga raspandire si dezvoltare.

    Segmentul utilizator este constituit de receptorii GPS care capteaza simultan semnale provenite de la sateliti, decodifica datele si calculeaza solutia ecuatiei de navigatie, denumit PVT (Pozitie, Viteza, Timp). Pentru a obtine aceasta solutie, este necesara utilizarea a numai patru sateliti care trimit parametrii de navigatie astfel incat se permite calculul distantelor Ri (vezi figura) dintre satelitul i si receptorul GPS. Ca urmare:Ri=C*Dti, unde C este viteza luminii, iar Dti sunt timpii de propagare dintre satelitul i si receptor. Solutia ecuatiei de navigatie este obtinuta prin rezolvarea sistemului de ecuatii cu X,Y,Z:
(Xi-x)2+(Yi-y)2=(Ri-C*b)2, unde (Xi,Yi,Zi) este pozitia satelitului i, iar b este eroarea sistematica a ceasului utilizatorului.

3.Modalitati de utilizare a sistemului GPS

    Accesul la sistemul GPS actual este caracterizat de norme si reguli foarte precise. Din punct de vedere al calitatii utilizatorului, in sistemul GPS sunt definite doua categorii: utilizatorii autorizati (legaturi militare sau oficiale) si utilizatori comuni (legaturi comerciale sau individuale). Aceasta deosebire este evidentiata de clasa de precizie in care sunt incadrate cele doua categorii de utilizatori. Din acest motiv sunt definite doua tipuri de servicii oferite prin sistemul GPS: PPS (Precise Positioning Service) si SPS (Standard Positioning Sevice).

    De asemenea, pentru diferentierea si protejarea utilizatorilor, se utilizeaza modalitatea de accesare cu acces selectiv, SA (Selective Availability) si cu acces restrictiv, AS (Anti Spoofing).

    Accesul selectiv este modalitatea si diferentierea a tipului de serviciu oferit de sistemul GPS (PPS sau SPS). Aceasta este exprimata printr-o programare preferentiala a preciziei datelor oferite prin satelit, in functie de tipul utilizatorului si prin preformantele receptorului GPS oferit.

    Un receptor GPS ce lucreaza in serviciul PPS este echipat cu un procesor de gestiune a cheilor si cu module specializate care coreleaza datele obtinute de la sateliti, eliminand eroarea obtinuta printr-un serviciu de tip SPS.

    Pentru protejarea serviciului oferit prin sistemul GPS, datele provenite de la sateliti prin codul P sunt codificate devenind un alt cod Y. Receptorii GPS, capabili sa decodifice codul Y, sunt echipati cu un procesor de gestiune a cheilor si cu moduri de functionare:


4. Noi directii de promovare a sistemului GPS

    Datorita dezvoltarii tehnologice actuale, ceea ce a dus la micsorarea pretului de cost al receptorului si la posibilitatea interconectarii cu sistemele de procesare si analiza computerizate, sistemul GPS a patruns rapid in domeniul comercial si individual.

    Sistemul GPS individual, cel care potrivit estimarilor efectuate va deveni in scurt timp de neinlocuit in asigurarea navigatiei terestre, aeriene sau navale, constituie la aceasta ora preocuparea principala a cercetatorilor din domeniul sistemelor de telecomunicatii si radionavigatie.

    Practic, cu ajutorul noilor receptoare GPS, montate pe orice tip de vehicul, nava sau aparat de zbor, se poate calcula distanta de la pozitia de destinatie, se pot memora ruta ce urmeaza a fi parcursa si informatiile legate de punctul de destinatie, se poate afisa ruta deja parcursa etc.

    Prin realizarea unor receptoare cu 3,4,5 sau 6 canale s-a permis obtinerea tuturor parametrilor necesari navigatiei, putand fi astfel urmariti toti satelitii ce se gasesc in zona de vizibilitate directa.

    Prin racordarea receptorului la un microcomputer a fost creat un sistem de achizitii de date pentru exploatarea resurselor de titei si gaz metan.

    Sistemele GPS montate in autoturisme au o mare dezvoltare in Japonia, unde pana in prezent sunt in functiune aproape 500.000 de receptoare GPS, care ofera lista cu obiectivele turistice importante care se gasesc pe ruta ce urmeaza a fi parcursa pana la destinatie, iar mai recent au fost montate sisteme de televiziune care permit descrierea rutei, gasirea cu precizie a pozitiei vehicului pe harta, precum si informatii cu privire la traseele ce pot fi urmate pana la destinatie.

    Prin arhivarea si inregistrarea datelor intr-un sistem centralizat, computerizat se pot realiza harti ale teritoriului care pot fi folosite in gasirea rutei optime, a distantei pana la destinatie, a pozitiei curente, a distantei parcurse etc.

    Un alt domeniu de utilizare a sistemului GPS il reprezinta navigatia maritima si aeriana. Pentru marirea preciziei in determinarea pozitiei curente, specialistii au pus la punct un sistem GPS mai performant denumit DGPS. Prin acest sistem informatiile provenite de la doua sau mai multe receptoare sunt comparate in permanenta cu date precise stabilite intr-o statie teritoriala, astfel incat erorile de calcul provenite de la un receptor uzual GPS sa fie micsorate.

    In sistemul DGPS (GPS diferential), un receptor GPS conectat la un sistem de calcul si programare adecvat, care poate oferi informatii de pozitie foarte precise, va transmite in permanenta date catre celelalte receptoare GPS cu care se afla in legatura. Dupa ce sunt prelucrate si analizate, aceste date sunt utilizate in calculul corectiilor ce se impun pentru stabilirea pozitiei precise. Precizia masuratorii poate ajunge la doar 3m.



5.Concluzii.

    Datorita sferei tot mai largi de cuprindere, sistemul GPS a devenit un domeniu de interes mondial. Identificarea cu precizie a oricarei pozitii pe glob, in orice moment de timp, cu un receptor portabil la un pret din ce in ce mai scazut, reprezinta performante greu de atins in alte sisteme de radionavigatie.

    Posibilitatea de diferentiere a utilizatorilor si protejarea informatiilor vehiculate confera sistemului GPS siguranta si fiabilitate.

    Dezvoltarea unui sistem informational computerizat auxiliar sistemului GPS a permis marirea domeniului de aplicabilitate si imbunatatirea performantelor.

    Datorita sistemului GPS se poate dezvolta sistemul de cartografiere numerica, ce va aduce o revolutie in ceea ce priveste radionavigatia terestra, aeriana sau navala.

Bibliografie:
1.B.Panafieu; Les essais de recepteurs GPS; L'onde Electrique, ian,-febr.1994, pag.3-8;
2.XXXXXX; Recepteurs GPS; Le Haut-Parleur; aug.1993; pag 28-31;
3. R.Scheidermann; GPS becomes a High-Flying Market; Microwaves & RF

ing.Gheorghe Costea




Copyright © 2013 www.electronica.ro Toate drepturile rezervate.
Aveti intrebari, sugestii, observatii referitoare la acest site? Contactati-ne!