GPS přijímač a jeho charakteristiky P r e z e n t a c e 1 1 KONSTRUKCE GPS PŘIJÍMAČŮ A JEJICH CHARAKTERISTIKY

09.03.2016

GPS přijímač a jeho charakteristiky P r e z e n t a c e

1 1

GLOBÁLNÍ NAVIGAČNÍ A POLOHOVÉ SYSTÉMY David Vojtek

29.1.2010

Institut geoinformatiky Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

29.1.2010

 Konstrukce GPS přijímačů a jejich vlastnosti  GPS přijímače pro cvičení  Time to First Fix

Obecné schéma přijímače a popis v čem se jednotlivé typů přijímačů mohou od sebe lišit.

KONSTRUKCE GPS PŘIJÍMAČŮ A JEJICH CHARAKTERISTIKY

1

09.03.2016

     

Signály družic

Získání/sledování kódu Získání/sledování nosné frekvence Synchronizace datových bitů Kódové/fázové pseudovzdálenosti Demodulace navigační zprávy Zpracování signálu

Anténa

efemeridy, almanach, GPS čas, poloha

Měřící přijímač Vstupní jednotka

Měřící přijímač

oscilátor

Poloha, rychlost, čas, zrychlení

navigační počítač

Měřící přijímač

Předzpracování signálů:  Před zesílení  Filtrování  Digitalizace

Zpracovává data získána měřícími přijímači:  Poloha, čas, rychlost a zrychlení.  Aplikace real-time korekcí  Přepočet h -> H  Paměť s daty z posledních měření

     Externí 

Frekvenční syntetizér

vstup

INS DGPS, RTK korekce 1-PPS Timing Signal Výškoměr A-GPS data …

 Externí časová základna

Převzato a upraveno z HRD96 a MOH01

29.1.2010

Měřící přijímač je často označován jako kanál.

Helix (Volume)

 Nejběžnější typ  Nižší třída GPS přístrojů

 Šroubovice  Konstrukčně náročnější

Dome

Blade

 --

 Aerodynamický tvar (letectví)

Choke – ring anténa

Phased-array

 Pro přesné měření  Odstranění signálů odražených od země (multipath reduction)

 Umožňuje dynamicky nulovat signál z vybraných směrů  Vojenské aplikace

29.1.2010

Patch

 Pro přesná měření se antény kalibrují typicky antény referenčních stanic

 Zjištění fázového středu antény Interní anténa Externí anténa  Nižší třída GPS s patch anténou  Integrovaná v elektronice přístroje

 Střední a vyšší třída GPS  Umožňuje lépe směřovat anténu  Aktivní anténa s předzesilovačem

2

29.1.2010

09.03.2016

Jednokanálové a hybridní  Sledované družice se na kanálů přepínají interval 3-5 ms All in View (vícekanálové)  12 a více kanálů  Každý kanál je určeny pro sledování jedné družice

29.1.2010

NTR8305.02

      

Kódové přijímače Fázové přijímače Jedno frekvenční Dvou frekvenční C/A-kód C/A-kód a P-kód Bezkódové

 Bez korekcí  DGPS RTCM v.2, RTCM v.2.1, RTCM v.2.2

 RTK RTCM v.2, RTCM v.2.1, RTCM v.2.2, RTCM v.2.3, RTCM v.3, CMR/CMR+

 SBAS EGNOS/WAAS/MSAS

 OmniStar …

29.1.2010

NTR8305.02

Možnost práce s GNSS:  GPS  GPS/GLONASS  GPS/GLONAS/GALILEO

        

Externí časová základna 1-PPS Timing Signal Geoid Magnetická variace RAIM INS Výškoměr A-GPS Proprietární technologie

3

FÁZOVÉ

6

2

5

3

4

4

4 5 6

2 1

3

4

10-ky cm

1

1m

PCMCIA, BT a OEM moduly Navigace turistická/auto Lodní navigace Letecká navigace 4 Mapovací přijímače Přijímače pro kosmickou navigaci  Měřičské přijímače  Referenční stanice  Přijímače pro časová měření

10 m

     

mm

09.03.2016

4

KÓDOVÉ

29.1.2010

-

Popis technických parametrů přijímačů použitých ve cvičení.

GPS PŘIJÍMAČE PRO CVIČENÍ

Juno 3D        

L1 C/A-kód SBAS (WAAS/EGNOS) SiRF Star III Vestavěná anténa Bluetooth rozhraní NMEA-0183, SiRF Frekvence zasílání dat 1Hz 12 kanálový Zdroj: http://www.trimble.com/mappingGIS/juno3.aspx?dtID=technical_specs

4

09.03.2016

GMS-2 (GMS-2 PRO) GPS/GLONASS L1 C/A kódová a fázová  WAAS/EGNOS/MSAS  DGPS (Postprocessing/Real-time) 

RTCM v2., RTCM v2.1, RTCM v2.2  

50 kanálový All-in-View Zabudovaná zařízení:    

Digitální fotoaparát (SXGA) Kompas Akcelerometr Laserový dálkoměr (ve variantě GMS-2 PRO) Zdroj: http://www.topconpositioning.com/products/field-controllers/gms-2.html

HiPer-GD        

GPS/GLONAS1) L1 (C/A a P) a L2 kódová a fázová měření EGNOS/WAAS/MSAS RAIM DGPS (Postprocessing/Real-time) RTK (1Hz) 40 kanálový Co-Op tracking Multipath reduction Zdroj: http://www.topconpositioning.com 1) Funkce není u školních GPS aktivována

Net-G3 

 

GPS, GLONAS, GALILEO1) L1 (C/A, P), L2 (L2C1), P) , L51) kódová a fázová měření EGNOS/WAAS RTK (10Hz) TSP, RTCM v2.x, RTCM v3, CMR/CMR+

  

72 kanálový Co-Op tracking Multipath reduction Zdroj: http://www.topconpositioning.com/products/field-controllers/gms-2.html 1) Funkce není zatím dostupná

5

29.1.2010

09.03.2016

Aneb co dělá váš přijímač po startu.

29.1.2010

TIME TO FIRST FIX

29.1.2010

Poloha vychází ze:  Znalosti GPS času  Znalosti polohy družic  Vypočtených pseudovzdáleností

TPVT Twarm-up

nalezení družic čas na ustálení sledování kódů a fází čas pro získání GPS času čas pro získání korekcí hodin a efemerid čas pro navigační výpočet spuštění přijímače (cca 2s )

+

+

+ TPVT + Twarm-up

+

+

+ TPVT + Twarm-up

+

+

+ TPVT + Twarm-up

Převzato z InsideGNSS March/April 2010

6

29.1.2010

09.03.2016

 Aktuální efemeridy1) a opravy hodin družic z posledního měření případně almanach  Přibližná poloha uživatele (10-ky km)  GPS čas  Rychlost výběru družic  Rychlost nalezení družic 1) Efemeridy ne starší než 3 hodiny, jinak je nutné získat nové. Požadované informace mohou být uloženy v paměti navigačního počítače. Převzato z KAP05

Optimistický  Známá poloha družic efemeridy nebo almanach  Známá poloha s přesnosti na 10-ky km  Malý časový odstup od posledního měření Všechna potřebná data jsou v paměti navigačního počítače

Přibližná poloha uživatele

Výběr družic z nejvhodnější konstelace např. nejnižší PDOP

Almanach Efemeridy družic

Aktuálně dostupné družice

Přibližný GPS čas

Dopplerovský posun frekvence každé družice

Jeden nebo více z předpokladu porušen! Velká časová nebo prostorová odlehlost měření nebo vymazáni paměti navigačního počítače.

12.5 minut na družici 18 s efemeridy a opravy hodin

Získání aktualizovaných navigačních dat

Nalezení družic (frekvenčně i kódově)

Změření pseudovzdálenosti

Teplý start s polohou určenou na základě efemerid 20.52 s (95%) – přístroji chybí GPS čas Výborná viditelnost družic a použití masivního paralelního vyhledávání signálů družic zdroj: InsideGNSS March/April 2010

7

minimálně 18 s (12.5 minut pro almanach) Navigačních zpráva = efemeridy PRN02 + almanach GPS + … Signál družice PRN02

minimálně 6 sekund (pseudovzdálenost) Signál družice PRN03

minimálně 18 s (12.5 minut pro almanach)

GPS přijímač

Navigačních zpráva = efemeridy PRN04 + almanach GPS + … Signál družice PRN04

Hledání družice:  C/A-kód po ½ bitu  Pro L1 ±4KHz po 500 Hz  Celkem kontrola

PRN02 PRN04 PRN05 PRN08 - efemeridy

Signál družice PRN01

PRN02 - efemeridy PRN04 PRN05 PRN08 - almanach

09.03.2016

… 2046 16 32736

A) Nalezena kombinace kódu i frekvence, družice je nad horizontem B) Kombinace kódu a frekvence nenalezena, družice není nad horizontem

Signál družice Vyhledávání Vyhledávání PRN05 signálů Vyhledávání signálů družice PRN… signálů družice PRN… družice PRN…

Navigačních zpráva = efemeridy PRN05 + almanach GPS + … Navigačních zpráva = efemeridy PRN05 + almanach GPS + …

29.1.2010

Studený start s polohou určenou na základě efemerid 44.34 s (95%). Výborná viditelnost družic a použití masivního paralelního vyhledávání signálů družic. zdroj: InsideGNSS March/April 2010

 Vyhledat první čtyři družice 4 efemeridy + GPS čas  Postupně doplňovat navigační zprávy družic efemerid  Maximum viditelných družic výběr konstelace podle DOP

29.1.2010

Zrychlení studeného startu A-GPS (mobilní telefony).

DĚKUJI ZA POZORNOST

8

29.1.2010

09.03.2016

 Základní konstrukční bloky GNSS přijímače  Uveďte základní parametry pro:  Navigační GPS přijímač  GPS přijímač pro GIS mapování  Geodetický GPS přijímač

29.1.2010

 Co je to TTFF a co ovlivňuje délku TTFF

KAP05

RAP02

Kaplan, Elliott, D.: Understanding GPS: Principles and Applications, Second Edition, Artech House Publishers; 2 edition, 2005, pages 726, ISBN-10: 1580538940 Rapant, P: Družicové polohové systémy – první vydání, VŠB – Technická univerzita Ostrava, stran 200, ISBN 80–248–0124–8 Publikace je dostupná ke stažení na adrese: http://gis.vsb.cz/publikace/dns-gps

MOH01

Mohinder S. G., Lawrence R. W., Angus P. A.: Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration., John Wiley & Sons, Inc. 2001, pages 382, Printed ISBN: 9780471350323

29.1.2010

Publikace je dostupná v rámci Knihovny VŠB-TUO na adrese: http://knihovna.vsb.cz/sluzby/e-knihy-wiley.htm

IS-GPS-200D TR8350.2

http://www.navcen.uscg.gov/gps/geninfo/IS-GPS-200D.pdf http://earth-info.nga.mil/GandG/publications/tr8350.2/wgs84fin.pdf

9

09.03.2016

Studijní opora k předmětu: GLOBÁLNÍ NAVIGAČNÍ A POLOHOVÉ SYSTÉMY

GPS přijímač a jeho charakteristiky Prezentace 11 Verze 1.1

David Vojtek Institut geoinformatiky Vysoká škola Báňská-Technická univerzita Ostrava 2010 Prezentace by měla být používaná ve spojení se zdroji, které jsou v ní citované.

10