PŘEDNÁŠKA 12 MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

Radionavigační systémy strana 2 MRAR: PŘEDNÁŠKA 12.  Aplikace GNSS  Diferenční měření  GNSS přijímače TÉMA: DRUZICOVÉ NAVIGAČNÍ SYSTÉMY III.

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

Radionavigační systémy strana 4 MRAR-P12: Aplikace GNSS (2/2)  Precision farming (agriculture)  Námořní GNSS přijímač  Geodetický GPS přijímač

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).

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).

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).

Radionavigační systémy strana 8 MRAR-P12: Diferenční měření (4/4)  Distribuční funkce pravděpodobnosti s SA, bez SA, difer. bez SA)

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.

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.

Radionavigační systémy strana 11 MRAR-P12: GNSS přijímače (3/9)  Obecné blokové schéma GNSS přijímače

Radionavigační systémy strana 12 MRAR-P12: GNSS přijímače (4/9)  GPS/GALILEO pásma

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

Radionavigační systémy strana 14 MRAR-P12: GNSS přijímače (6/9)  Příklad řešení softwarového GNSS přijímače

Radionavigační systémy strana 15 MRAR-P12: GNSS přijímače (7/9)  GNSS antény

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 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

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, ,N, ,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 vlevo 003 počáteční trasový bod (waypoint) 004 cílový trasový bod ,N zem. šířka cílového bodu, 49 deg. 17,24 min. N ,W zem. délka cílového bodu 123 deg. 09,57 min. W vzdálenost k cíli (v mílích max) směr k cíli (azimutální ve stupních) rychlost vůči cíli (radiální v uzlech) A status příjmu (A = OK) *20 kontrolní součet

Radionavigační systémy strana 18 Děkuji za vaši pozornost GIOVE-A kompletace