فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:28
فهرست مطالب:
عنوان ............................................................................................................... صفحه
مقدمه ..................................................................................................................... 5
سیستم تعیین موقعیت جهانی ......................................................................................... 8
مشخصههای سیستم GPS ............................................................................................ 8
اساس تعیین موقعیت در GPS ....................................................................................... 8
بخشهای مختلف سیستم GPS ....................................................................................... 9
انواع تعیین موقعیت ................................................................................................. 12
Real time positioning & Post processing ................................................................... 13
مفهوم تعیین موقعیت مطلق ماهوارهای .......................................................................... 14
خطای AS ............................................................................................................. 12
Anti Jamming ....................................................................................................... 12
ابهام فاز ................................................................................................................ 15
ساختار سیگنالها .................................................................................................... 15
پیغام ناوبری .......................................................................................................... 16
خطاهای ساعتی ...................................................................................................... 17
خطای Multi Path ................................................................................................... 17
اختشاش یا Perturbation ........................................................................................... 17
اطلاعات مداری دقیق ............................................................................................... 18
آنتن گیرنده ............................................................................................................ 18
روشهای ابهام فاز .................................................................................................. 19
خطاهای موجود در GPS و نحوه برخورد با آنها .............................................................. 19
خطاها و بایاسهای موجود در GPS ............................................................................. 19
میزان تاثیر بایاسها در اندازهگیری .............................................................................. 19
ضریب تعدیل دقت DOP ........................................................................................... 23
معادله فاز موج حامل ............................................................................................... 25
فرمت RINEX ....................................................................................................... 25
تعیین موقعیت استاتیک و کینماتیک .............................................................................. 26
تعیین موقعیت نقطهای استاتیک ................................................................................... 26
تعیین موقعیت نقطهای کینماتیک .................................................................................. 26
تعیین موقعیت نسبی کینماتیک ..................................................................................... 26
تعیین موقعیت به روش Stop & Go .............................................................................. 27
روش شبه کینماتیک ................................................................................................. 27
مقدمه
سیستم مکانیاب جهانی (Global Positioning System) یا GPS یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهوارهای است که از شبکهای با 24 ماهواره ساخته شده است . این ماهوارهها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده است . این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهییه شد ، ولی از سال 1980 استفاده همگانی از آن آزاد و آغاز شد . خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعات شبانهروز در دسترس است .
پپدید آورندگان این سیستم هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفتهاند و استفاده از آن کاملا رایگان است .
ماهوارههای این سیستم ، در مداراتی دقیق هر روز 2 بار بدور زمین میگردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره میکنند . گیرندههای GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی ، محل دقیق گیرنده را بروی زمین محاسبه میکنند .
در واقع گیرنده زمان فرستاده سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن به وسیله ساعتهای اتمی بسیار دقیق ، مقایسه میکند . از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین میگردد . حال این عمل را با دادههای دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار میکنیم و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلاف ناچیز در میابیم .
گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل سه ماهواره برای محاسبه دو بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی ، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل چهار ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیاز است . با ادامه دریافت اطلاعات از ماهوارهها ، گیرنده اقدام به محاسبه سرعت ، جهت ، مسیر پیموده شده ، فواصل طی شده ، فاصله باقی مانده تا مقصد ، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیار اطلاعات مفید دیگر مینماید .
ماهوارههای سیستم GPS
24 ماهواره GPS در مدارهایی به فاصله 36600 کیلومتری از سطح دریا در گردش هستند . هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت با سرعت 11هزار کیلومتر بر ساعت یک دور کامل بدور زمین میگردد . این ماهوارهها نیروی خود را از خورشید تامین میکنند ولی باتریهایی نیز برای زمانهایی که خورشید گرفتگی و یا زمانی که در سایه زمین حرکت میکند به همراه دارند . راکتهای کوچکی نیز ماهوارهها را در مسیر درست نگاه میدارد .
به این ماهوارهها (Navigation Satellite Timing And Ranging) NAVSTAR نیز گفته میشود .
در اینجا به برخی مشخصههای جالب این سیستم اشاره میکنیم :
اولین ماهواره GPS در سال 1978 در مدار زمین قرار گرفت .
در سال 1994 شبکه 24 ماهوارهای NAVSTAR تکمیل شد.
عمر هر ماهواره 10 سال است که پس از آن باید جایگزین شود .
هر ماهواره حدود 907 کیلو گرم (2000 pond) وزن دارد .
زمانی که صفحات خورشیدی آن باز میشود در حدود 8.18 متر (17 foot) عرض دارد .
درازای باطریهای خورشیدی آن 5.5 متر است .
انرژی مصرفی هر ماهواره کمتر از 50 وات است .
دارای پوشش جهانی است .
دارای دو سیگنال 1575.42 MHz و 1225.6 MHz میباشد .
قابل اجرا و تعیین موقعیت در هر شرایط آب و هوایی میباشد .
دارای پیامهای ناوبری مدوله شده بروی هر سیگنال میباشد .
تاریخچه GPS:
GPS دارای تاریخچه بسیار مهیج و سیر تکاملی جالبی میباشد و اخیرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهی شده است. اما قبل از این که بیشتر راجع به GPS بدانیم، لازم است مطالب بیشتری در مورد ناوبری(Navigation) بدانیم.
ناوبری(Navigation) چیست؟
از زمان ماقبل تاریخ مردم سعی می کردند یک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگوید کجا هستند و حتی آنها را به جاییکه می روند راهنمایی کرده و سپس به خانه بازگرداند.
مردمان غارنشین وقتی که برای تهیه غذا به شکار می رفتند، احتمالا از سنگها و شاخه های کوچک برای علامتگذاری مسیر خود استفاده می کردند. ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال می کردند تا از گم شدنشان جلوگیری کنند.
وقتی دریا نوردان اولیه در دریاهای باز(اقیانوس ها) کشتیرانی کردند، دریافتند که میتوانند مسیر خود را با دنبال کردن ستارهها ترسیم کنند. فنیقیهای باستان از ستاره شمالی برای سفر به مصر و جزیره کرت استفاده میکردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اودیسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزیره کالیپسو "دب اکبر را سمت راست خود قرار بده".
متأسفانه برای اودیسه و دیگر دریانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شبهای صاف قابل رؤیت هستند.
پیشرفت مهم بعدی در امر ناوبری کشف قطب نمای مغناطیسی و دستگاه زاویه یاب(sextant) بود.
عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالی را نمایش می دهد، بنابراین همیشه دانستن جهت مسیری که در آن حرکت میکنیم را ممکن می سازد.
فهرست مطالب
فضا، کاربر، کنترل( Space , User , Control ) 4
مدارات ماهوارهها( Satellite orbits ) 5
سیگنالهای ماهواره( Satellite Signals ) 5
ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB. 10
ایستگاه پیگیری و کنترل زمینی، هاوایی. 10
ایستگاههای کنترل زمینی و گیرندهها: 13
دلایل خطای سیگنالهای GPS.. 17
کاربرد GPS و مزایا و معایب آن در فضانوردی.. 18
شامل 21 صفحه فایل word
تاریخچه GPS:
GPS دارای تاریخچه بسیار مهیج و سیر تکاملی جالبی میباشد و اخیرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهی شده است. اما قبل از این که بیشتر راجع به GPS بدانیم، لازم است مطالب بیشتری در مورد ناوبری(Navigation) بدانیم.
ناوبری(Navigation) چیست؟
از زمان ماقبل تاریخ مردم سعی می کردند یک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگوید کجا هستند و حتی آنها را به جاییکه می روند راهنمایی کرده و سپس به خانه بازگرداند.
مردمان غارنشین وقتی که برای تهیه غذا به شکار می رفتند، احتمالا از سنگها و شاخه های کوچک برای علامتگذاری مسیر خود استفاده می کردند. ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال می کردند تا از گم شدنشان جلوگیری کنند.
وقتی دریا نوردان اولیه در دریاهای باز(اقیانوس ها) کشتیرانی کردند، دریافتند که میتوانند مسیر خود را با دنبال کردن ستارهها ترسیم کنند. فنیقیهای باستان از ستاره شمالی برای سفر به مصر و جزیره کرت استفاده میکردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اودیسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزیره کالیپسو "دب اکبر را سمت راست خود قرار بده".
متأسفانه برای اودیسه و دیگر دریانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شبهای صاف قابل رؤیت هستند.
پیشرفت مهم بعدی در امر ناوبری کشف قطب نمای مغناطیسی و دستگاه زاویه یاب(sextant) بود.
عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالی را نمایش می دهد، بنابراین همیشه دانستن جهت مسیری که در آن حرکت میکنیم را ممکن می سازد.
فهرست مطالب
تاریخچه GPS: 1
ناوبری(Navigation) چیست؟ 1
GPS چیست؟ 2
دسته بندی دستگاههای GPS: 2
GPS چگونه کار میکند؟ 3
GPS ) در پنج مرحله ساده 3
فضا، کاربر، کنترل( Space , User , Control ) 4
بخش فضایی( Space Segment ) 4
مدارات ماهوارهها( Satellite orbits ) 5
سیگنالهای ماهواره( Satellite Signals ) 5
مسیریابی استاندارد. 6
بخش کنترل Control Segment 6
بخش کاربری User Segment 7
طریقه کار GPS چگونه است؟ 7
خطاهای GPS.. 8
ارکان GPS: 9
بخش کنترل(نظارت): 10
ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB. 10
ایستگاه پیگیری و کنترل زمینی، هاوایی. 10
بخش کاربر: 11
ماهوارهها در فضا: 12
ایستگاههای کنترل زمینی و گیرندهها: 13
ایستگاههای کنترل زمینی: 13
گیرنده ها: 13
کاربرد. 14
سیستم ماهواره ای GPS: 16
سیگنالها 16
دلایل خطای سیگنالهای GPS.. 17
کاربرد GPS و مزایا و معایب آن در فضانوردی.. 18
فعالیتهای دیگر. 19
دقت موقعیت یابی GPS: 20
خطاهای GPS: 21
شامل 21 صفحه فایل word
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:64
فهرست مطالب:
عنوان صغحه
1- مقدمه
2- سیسمتهای ناوبری
3- معرفی پهپاد (UAV) به عنوان کاربر سیستم GPS
4- مروری بر تئوری GPS و مبحث خطاها
5- سخت افزار سیستم ناوبری توسط GPS
6- نرم افزار سیستم ناوبری توسط GPS
فصل اول
مقدمه
بشر از گذشته های دور برای گم نکردن مسیر خود در سفرها به دنبال علامت و نشانههایی از قبیل خورشید و ستاره ها و غیره بوده است.
که با رشد تکنولوژی، با اختراع هواپیماها و کشتی های اقیانوس پیما و موشکهای برد کوتاه و برد بلند و سایر ادوات دیگر وسایل قدیمی حتی قطب نما نیز دیگر برای این کار مناسب نبود. از این رو یکی از راههای تعیین مسیر و موقعیت مکانی استفاده از داده های ماهواره های GPS می باشد. این سیستم در تمام طول شبانه روز و تحت تمام شرایط آب وهوایی در خدمت کاربران واقع در تمام نقاط سطح کره زمین می باشد. از آنجا که گیرنده های GPS به صورت پسیو کار می کنند هیچ محدودیتی از نظر تعداد کاربران ندارند. GPS در هر نقطه جهان و در هر زمان به سه پرسش زمان- مکان و سرعت پاسخ دقیق و ارزان می دهد. برای انجام این عمل ماهواره ها همواره مشغول ارسال سیگنالهایی شامل کدهای فاصله سنجی و نیز پیام ناوبری برای کاربران هستند. کدهای فاصله سنجی گیرندههای GPS را قادر می سازد تا زمان انتشار سیگنال را اندازه بگیرد و بدین وسیله با توجه به معلوم بودن سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی فاصله بین کاربر تا ماهواره ها معلوم می شود. پیام داده های ناوبری گیرنده را قادر می سازد تا مکان هر کدام از ماهوارهها را در لحظه ارسال سیگنال محاسبه کند. سپس گیرنده با استفاده از این اطلاعات موقعیت خود را بدست می آورد.
فصل دوم
سیستمهای ناوبری
2-1- تعریف ناوبری (Navigation)
به طور خلاصه می توان گفت هدف از ناوبری یک هواپیمای بدون سرنشین هدایت هواپیما از یک نقطه مبدا به یک نقطه مقصد است به منظور هدایت هواپیما، خلبان در ایستگاه زمینی نیاز به اطلاعات مختلفی دارد، از جمله جهت هواپیما نسبت به شمال جغرافیایی، فاصله تا مقصد، طول و عرض جغرافیایی و زمان رسیدن به مقصد.
به منظور دستیابی به این اطلاعات با کمترین خطا چاره ای جز طراحی یک Link رادیویی وجود ندارد. در قسمت بعد انواع سیستمهای رادیویی از حدوداً جنگ جهانی دوم تا این اواخر که بشر آنها را طراحی کرده آورده شده است.
2-2- انواع سیستم های ناوبری رادیویی
2-2-1- OMEGA
این سیستم ناوبری با برد بلند می باشد که از تکنیکی موسوم به هیپربولیک (Hyperbolic) جهت تعیین مختصات هواپیما استفاده می شود. این سیستم براساس اندازه گیری تغییرات فاز روی فرکانس کار می کند فرکانس کار این سیستم
10-14KHZ می باشد و بعد از جنگ جهانی دوم هم پدید آمده است. به خاطر این که روی فرکانس پایین کار می کند تمام نقاط کور یا چاله های زمینی را پوشش می دهد. و دارای هشت ایستگاه فرستنده بر روی زمین می باشد ابتدا مصرف نظامی داشته و سپس مصارف تجاری آن نیز شروع شده است.
آخرین اطلاعات حاکی از آن است که امروزه نیز این سیستم ناوبری بصورت تمام وقت کار خود را ادامه می دهد.
اطلاعاتی که این سیستم برای خلبان فراهم می آورد عبارتند از:
1- تعیین موقعیت هواپیما به صورت مختصات طول و عرض جغرافیایی.
2- زاویه و مسافت هواپیما تا ده مقصد مختلف (Way Point)
3- مسیر واقعی پرواز (Cross Track)
4- زمان رسیدن به مقصد و سرعت هواپیما نسبت به زمین
5- اطلاعات مربوط به سمت و سرعت باد در پرواز.
2-2-2- DECGA
این سیستم نیز از تکنیک هیپربولیک (Hyperbolic) جهت تعیین مختصات هواپیما یا کشتی استفاده می کند.
ایستگاههای DECGA روی فرکانس 12-70 KHZ به صورت دائم کار می کنند ایستگاههای فرستنده زنجیروار آراسته شده اند که مرز زنجیر از یک ایستگاه اصلی (Master) با قابلیت عملکرد کنترلی و سه ایستگاه Slave که سیگنالهایشان با ایستگاه اصلی قفل فاز شده اند تشکیل شده است. این سیستم انگلیسی است و طی جنگ جهانی دوم به وجود آمده است. ابتدا جهت استفاده در کشتی ها و ناوهای جنگی طراحی و ساخته شده بود و بعدها مصارف هوایی نیز پیدا کرد.
اطلاعاتی که این سیستم در اختیار خلبان قرار می دهد عبارتند از:
1- تعیین موقعیت هواپیما به صورت مختصات طول و عرض جغرافیایی.
2- زاویه و مسافت هواپیما تا مقصد.
3- زمان رسیدن به مقصد و سرعت هواپیما نسبت به زمین.
2-2-3- LORAN : ( Lony ranye Navigation )
این سیستم دارای ایستگاههای اصلی ( Mastr ) و ثانویه ( Secondary )
است که پالسهایی با دوره تکرار 25 یا 30 در ثانیه ارسال می کنند که طول این پالسها 40 میکر ثانیه است گیرنده با دریافت این پالسها از دو ایستگاه ، موقعیت مکانی خود را به دست می آورد.
این سیستم روی فرکانس 10-14 KHZ کار می کند و تقریبا پوشش جهانی دارد.
2-2-4- ANF ( Automatic Diretion Finder )
در این روش ایستگاههای رادیویی وجود دارند که فرکانس امواج آنها 200 تا 2000 کیلو هرتز می باشد. گیرنده با گرفتن این امواج جهت آن را ؟ می دهد و انسان را به سمت آن ایستگاه هدایت می کند.
2-2-5- VOR ( VHF Omni Ranye Beo Con )
فرستنده این سیستم روی فرکانس 112 تا 9/117 مگاهرتز کار می کند. و دقت این سیستم از ADF بیشتر است. گیرنده VOR جهت خود را تا فرستنده نسبت به شمال مغناطیسی پیدا می کند.
2-2-6-GPS ( Positioniog System Global )
سیستم GPS یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ایی است که اطلاعات دقیق پیوسته و جهانی و سه بعدی از موقعیت و سرعت را در اختیار کاربرانی که گیرنده GPS مناسبی در اختیار داشته باشند قرار می دهد. بخش فضایی GPS شامل 24 ماهواره است که در 6 صفحه موازی با 4 ماهواره در هر مدار قرار گرفته اند.
در فصل چهارم این سمینار راجع به سیستم GPS و مبحث خطاها مفصل پرداخته خواهد شد.
2-3- محاسن ناوبری GPS به سیستمهای دیگر.
سیستم GPS به دلیل داشتن محاسن فوق العاده ای از قبیل دقت زیاد در مکان یابی و پوشش جهانی و قابلیت تعیین سرعت در سه محور و داشتن مینیمم خطای ممکن و غیره ، باعث گشته تا انتخاب اول برای هواپیماهای با سرنشین و بدون سرنشین و یا موشکهای دور برد باشد و حتی با گسترش امکانات این سیستم برای کاربران بسیاری از سیستم های ناوبری رادیویی که توضیح داده شد عملا از رده خارج شوند.
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:17
فهرست مطالب:
مقدمه
معرفی سیستم
بخش فضا
بخش کنترل
بخش کاربر
سرویس دقیق (PPS)
سرویس استاندارد(SPS)
تئوری عمل GPS
کدC/A
کد P(Y)
پیغام هدایت (Navigation Message)
دستگاه های مختصات
دستگاه مختصات جغرافیایی
دستگاه مختصاتECEF 9
دستگاه مختصات Intertial
دستگاه مختصات محلی
مدل کردن زمین
مدل کردن مدارها و حرکت ماهواره های GPS
حرکت مداری ماهواره
انتخاب ماهواره های GPS
انتخاب ماهواره های قابل رؤیت
انواع مشاهدات GPS
شبه فاصله (Pseudorange)
منابع:
شبیه سازی سیستم موقعیت یابی جهانی GPS
سیستم موقعیت یابی جهانی ( Global positioning system)یک سیستم ناوبری مبتنی بر ماهواره است که موقعیت وسرعت(هر دو به صورت سه بعدی )و زمان را تعیین می کند.اکنونGPS صدها هزار کاربر در سرتاسر جهان دارد و کاربرهایی نظیر ناوبری در فضا ،هوا،خشکی ودریا،نقشه برداری،زمین شناسی وزمان سنجی دقیق ،شایع ترین موارد استفاده آن است.GPS به سه بخش تقسیم می شود. بخش فضا،کنترل و بخش کاربر. بخش فضا شامل 24 ماهواره است که در 6 مدار قرار گرفته اند. ارتفاع هر ماهواره، حدود 20000 کیلو متر و زمان گردش آن حدود 12 ساعت می باشد. ماهواره ها دارای ساعت اتمی می باشند ودائماً زمان واطلاعات موقعیتی( Ephemeris) خود را اعلام می کنند. بخش کنترل شامل چهار ایستگاه رصد( Monitoring) ویک ایستگاه کنترل مرکزی در رودخانة کلرادو می باشد. این ایستگاه ها دائماً ماهواره ها را دنبال می کنند. ایستگاه کنترل مرکزی اطلاعات موقعیتی (Ephemeris) وبا یاس کلاک ماهواره ها را پیش بینی وبه آنها ارسال می کند.بخش کاربر شامل تمامی گیرنده های GPS یک سیستم Passive می باشد ، یعنی گیرنده فقط به امواج ماهواره ها گوش می دهد، تعداد کاربران نا محدود بوده و مرتباً نیز افزایش می یابد.
سیستم موقعیت یابی جهانی GPS 1برای بدست آوردن اطلاعات دقیق موقعیت، سرعت و زمان (PVT) 2طراحی شده و کاربردهای فراوانی در مسائل نظامی،حمل و نقل و نقشه برداری دارد. این سیستم شامل سه بخش کلی فضا، کنترل و کاربر می باشد که مختصراً به تشریح آن می پردازیم.
شامل 24 ماهوارة GPS است که در 6 مدار با زاویة انحراف ْ55 نسبت به صفحة استوا و ارتفاع متوسط 20200 کیلومتر از سطح زمین قرار گرفته اند. زمان گردش هر ماهواره به دور زمین 11 ساعت و 58 دقیقه است که حدوداً نصف زمان گردش زمین به دور خودش(یک شبانه روز)است. ماهواره ها طوری در مدار هایشان قرار گرفته اند که در هر نقطه ای از زمین حداقل 4 ماهواره با روابط جغرافیایی خوب قابل رؤیت باشند. ماهواره ها سیگنال هایی را در دو باند فرکانسی I 1 = 1575.42 MHz و I 2 = 1227.6 MHz منتشر می کنند. دو نوع کد P (دقیق) و(Coarse/Acquisition) C/A روی این حامل ها سوار می شوند. از هر دو کد C/A و P می توان برای اندازه گیری فاصلة بین ماهواره و دریافت کننده استفاده نمود. اما استفاده از کد P منوط به داشتن مجوز از تشکیلات نظامی ایا لات متحده می باشد. کد C/A با فرکانس 023/1 مگا هرتز روی حاملI1 سوار می شود و کد P با فرکانسی10 برابر آن (23/10 مگا هرتز) بر روی هر دو حامل I1 و I2 سوار می شود.کد P هنگامی که توسط گیرنده دریافت و رمز گشایی می شود بنام Y خوانده می شود. یک پیغام هدایت (Navigation Message) 50 هرتزی با هر دو کد P (Y) ، C/A ترکیب می شود که شامل اطلاعات دقیق مداری ماهواره(Ephemeris) ، با یاس ساعت ، دیتای تصحیح خطای یونیسفری و…خواهد بود.