Перейти к контенту

GPS-навигатор - средство измерений или нет?


kushnir

1 101 сообщение в этой теме

Рекомендуемые сообщения

10 часов назад, Геометр сказал:

Мне тут недавно попался Гарминчик, который врал. Сильно врал. Больше чем на 150 метров врал. И я пока не понял - почему?

maxresdefault.jpg

В основе измерения расстояния до спутника лежит простая формула S=vt.
Радиоволны распространяются со скоростью света — 300 000 км в секунду. Если известно положение спутника, известен момент времени посыла радиосигнала, и момент его получения, расстояние до спутника легко вычисляется. При этом важна точность час. Когда спутник находился над приёмником, для прохождения радиосигнала нужно около 0,06 секунды.

GPS строится на измерении времени, основанном на атомном стандарте частоты. Точность 0,000000001 секунды. Все спутники и приёмники GPS синхронно генерируют один и тот же кодированный сигнал в одно и то же время. Приняв код от спутника, программа приёмника определяет, как давно наш приемник сгенерировал тот же код. Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Если спутник и приемник имеют расхождение шкал времени (выходят из синхронизации) даже на 0,01 секунды, измерение расстояния будет произведено с ошибкой в 2993 км.

На борту спутников установлены атомные часы. Они очень дорогие, цена одного экземпляра около 100000 долларов, а каждый спутник имеет четыре экземпляра.
Вот тут спрятана одна из тайн GPS. Такая точность совсем не нужна. За пятнадцатью лет до «эры GPS» американцы запустили два спутника навигационной системы TIMATION. На бортах этих спутников работали кварцевые стандарты частоты. Работали они не хуже спутников GPS, но у них были две проблемы: не обнаружились релятивистские эффекты, и были эти спутники уж очень дёшевы. Программу TIMATION прикрыли. Может быть, кто-то решил, что «мировая наука» пойдет «не туда, куда надо» если известность получит навигационная система, попирающая релятивизм…

А может быть, кому-то нужно было побольше заработать. Интересно, что точность часов спутников просто обнуляется приблизительностью точности часов приёмников GPS, а ведь точность определения расстояния до спутника определяется именно часами приёмника. Но проблемы с определением места положения приемника нет. Такая проблема была бы, если бы пришлось определяться по единственному спутнику.
Реальность проще теории. Если три точных измерения определяют положение точки в трехмерном пространстве, то четыре и более неточных позволят исключить относительное смещение шкалы времени приемника.

Реальные кварцевые часы приемника не так совершенны, как атомные. Предположим, что мы определяем только свою долготу с помощью двух спутников.
Предположим, что мы находимся в четырех секундах от спутника А, и в шести секундах от спутника В. На плоскости этих двух измерений было бы достаточно для привязки нашего местоположения к какой-либо одной точке фактического местоположения. Если использовать приемник с отстающими часами, он определил бы некоторый сдвиг нашего положения. Но если есть третий спутник будут определены расстояния до трех точек возможного положения приёмника, образующие некоторый треугольник, и вероятное местоположение окажется где-то внутри него.

При обработке ошибочных сигналов компьютер приемника начинает вычитание (или прибавление) некоторого (одного и того же для всех измерений) интервала времени, к измеренным им расстояниям. Он продолжает корректировать время во всех измерениях до тех пор, пока не найдет некую одну точку. То есть не точность часов гарантирует определение положения приёмника, а программа работы над сигналами.
Реально, точность работы GPS компонента может быть выражена только довольно условно. Надо четко понимать, что эта величина — вероятностная. То есть, если мы возьмем круг радиусом 100 метров, GPS приемник и встанем в центр круга, то одно из тысячи измерений, сделанных приемником, даст координаты вне этого круга. Как распределятся остальные точки? Большинство их попадет в 40-метровый круг. Шанс получить координаты, которые не впишутся в зону с диаметром 300 метров в нормальных условиях, пренебрежимо мал.

Спутники GPS находятся на высоте 18000 километров, поэтому совершают предсказуемое орбитальное движение вокруг Земли. Орбиты известны заранее, а приемники имеют «альманах», размещаемый в памяти их компьютеров, из которого известно, где будет находиться каждый спутник в любой момент времени.

Движение спутников GPS находится под постоянным контролем специальных наземных станций слежения. Обращаясь вокруг планеты один раз за 12 часов, спутники GPS проходят над контрольными станциями дважды в сутки. Это дает возможность точно измерять их высоту, положение и скорость.

После того, как станции определили параметры движения спутника, они передают эту информацию обратно на спутник, заменяя ею в памяти бортового компьютера прежнюю.

Далее эти небольшие поправки вместе с дальномерными кодовыми сигналами будут непрерывно передаваться спутником на Землю. Все виды приемников GPS используют эту информацию вместе с информацией, заключенной в альманахе. http://round-the-world.org/?p=2824

 

 

Изменено пользователем KIP IPP
Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Ответы 1,1k
  • Создана
  • Последний ответ

Лучшие авторы в этой теме

Российские спутники связи будут передавать специальные сигналы, на порядок повышающие точность системы ГЛОНАСС.

Как заявил «Известиям» заместитель генерального конструктора компании «Российские космические системы» Григорий Ступак, подобная информация критически важна для безопасности гражданской авиации.

«Возможность установки аппаратуры ретрансляции информации на спутники связи прорабатывается в ходе переговоров между госкорпорацией «Роскосмос» и государственным предприятием «Космическая связь», — раскрыл детали эксперт.

Как считают специалисты, с добавлением повышающих точность сигналов российская система сможет конкурировать с GPS. Кроме того ГЛОНАСС получит серьезные конкурентные преимущества по сравнению с системами Galileo и BeiDou

Добавим, что реализацией проекта займется государственная корпорация «Роскосмос» и государственный оператор «Космическая связь». https://riafan.ru/999195-rossiiskie-sputniki-svyazi-pomogut-glonass

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

29 минут назад, KIP IPP сказал:

В основе измерения расстояния до спутника лежит простая формула S=vt.

Да не рассказывайте мне про это. Вообще-то у меня специальность по диплому "Инженер-исследователь по космической геодезии". Все это мне известно. И я бы не удивлялся вранью гарминчика, если бы рядом с ним не лежали бы еще три таких же приемника, которые не врали...

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
Только что, KIP IPP сказал:

Приняв код от спутника, программа приёмника определяет, как давно наш приемник сгенерировал тот же код.

В основном это код Баркера ( или еще какой) для обеспечения высокой помехоустойчивости... его надо выделить и определить автокорреляционную функцию... и только потом определять время... псевдовремя... так как длину кода нельзя сделать бесконечной.... и только после этого программка приемника начнет считать координаты...

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

2 часа назад, Геометр сказал:

И я бы не удивлялся вранью гарминчика, если бы рядом с ним не лежали бы еще три таких же приемника, которые не врали...

Сегодня перепроверил этот приемник. Врет точно так же! Примерно на 2,5" по широте и на 4'' по долготе. Этакий квадрат получается.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
55 минут назад, Геометр сказал:

Врет точно так же!

А это первичная поверка или периодическая? Он такой и был, или стал в какой-то момент?

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
1 час назад, Геометр сказал:

Врет точно так же!

Не ради советов дилетанта, а просто любопытный случай.

Получается систематическая погрешность?

Мой карманный Гармин показывает мне на дисплее спутники и цифирки рядом (какая-то своя нумерация). Показывает что-то типа уровней сигналов. Выделяет сигналы достойные внимания и отсекает лишние.

Профессиональный приемник должен больше информации показывать. Если сравнить его информацию с информацией нормального приемника есть разница? Он видит те же спутники? Они по его данным там же расположены?

У профессиональных приемников предусмотрен какой-нибудь режим калибровки - установки на "0"?:)

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

8 часов назад, scbist сказал:

Мой карманный Гармин показывает мне на дисплее спутники и цифирки рядом (какая-то своя нумерация). Показывает что-то типа уровней сигналов. Выделяет сигналы достойные внимания и отсекает лишние.

Профессиональный приемник должен больше информации показывать. Если сравнить его информацию с информацией нормального приемника есть разница? Он видит те же спутники? Они по его данным там же расположены?

У профессиональных приемников предусмотрен какой-нибудь режим калибровки - установки на "0"?

Ну, тот Гармин, который смотрел я, профессиональным назвать нельзя. Он точно такой же карманный наладонник.

Но работал он с таким же уровнем сигналов и с абсолютно теми же спутниками, с какими работали остальные гармины, которые не врали. И при этом на экране высвечивал свою внутреннюю оценку точности определения координат 5-6 метров.

Так что сдается мне, что у него произошел программный сбой...

И режима установки на ноль нет ни у одного типа GPS-приемников, будь это простенький навигатор или навороченная геодезическая система. Я ж говорю: все они по-сути являются "радивом со встроенным компьютером"...

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

9 часов назад, scbist сказал:

А это первичная поверка или периодическая? Он такой и был, или стал в какой-то момент?

Вот этого сказать не могу. Мне его привезли впервые на калибровку. Но точно такие же приемники не врут и никогда на моей памяти не врали...

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
5 часов назад, Геометр сказал:

Вот этого сказать не могу. Мне его привезли впервые на калибровку. Но точно такие же приемники не врут и никогда на моей памяти не врали...

Вот так, техническое устройство , которое вроде бы ничего не измеряет... а только, по мнению многих,  вычисляет... позиционирует...в системе...

начинает "врать"...  

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

46 минут назад, Дмитрий Борисович сказал:

Вот так, техническое устройство , которое вроде бы ничего не измеряет... а только, по мнению многих,  вычисляет... позиционирует...в системе...

начинает "врать"...

Программный сбой никто не отменял.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
8 часов назад, Геометр сказал:

режима установки на ноль нет ни у одного типа GPS-приемников,

Сложно представить, что у какой-то микросхемы отвалилась ножка и появилась систематическая погрешность, но приемник этого не заметил.

Ни разу не пользовался, но у моего приемника вроде есть режим "возврат к заводским настройкам". Не знаю, на сколько он защищен от воздействий и останется ли он прежним при возникновении сбоя ПО. Вообще как возник сбой приведший к систематической погрешности? Там же на многих этапах обработки присутствуют контрольные суммы. Это не может быть так, что в каком-то одном разряде "стерлась единичка". Такие фокусы в современных компах не проходят. Кто-то должен был заменить всю программу, или ввести поправку равную этой погрешности.

Как вариант, это заливка программы от другой модели приемника, что на мой взгляд тоже маловероятно. Приемник не должен был принять такую программу.

Остается антенна. Т.е. на обработку в процессор приходит искаженный сигнал. Цифровую часть приемник считывает, а с аналоговой проблема. Может где-то возникла какая-то паразитная емкость которая чуть меняет фазу сигнала и процессор это воспринимает как смещение по горизонтали. Типа отслоения дорожки, например.

Я бы попробовал заморозить приемник и посмотрел, что он тогда станет показывать.

P.S. Это просто мои рассуждения по поводу любопытного случая, а не советы.

Будет интересно узнать, чем же закончится эпопея с Гармином.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
9 минут назад, Геометр сказал:

Программный сбой никто не отменял.

Так это же СБОЙ.... в следующий момент при перезапуске приемника - должно быть ( просто обязано!) быть все хорошо.... на то оно и ПО. 

А вот если будет уход опорного генератора.... 

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

7 минут назад, scbist сказал:

Будет интересно узнать, чем же закончится эпопея с Гармином.

Да ничем не закончится. Выпишу сертификат о калибровке с полученными значениями и неопределенностью измерений и отдам заказчику. Некогда мне с этим Гармином возиться. Тут работы поднавалили - только успевай разгребать (десяток тахеометров, штук двадцать нивелиров, теодолиты, рейки нивелирные, квадранты и пр.). Плюс еще надо методики писать... А перед новым годом вообще алес капут будет!

 

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

6 минут назад, Дмитрий Борисович сказал:

А вот если будет уход опорного генератора...

ПО должно этот уход скомпенсировать по четырем спутникам. Если этого не произошло, то я больше склоняюсь к версии Аркадия Григорьевича:

15 минут назад, scbist сказал:

Остается антенна. Т.е. на обработку в процессор приходит искаженный сигнал. Цифровую часть приемник считывает, а с аналоговой проблема. Может где-то возникла какая-то паразитная емкость которая чуть меняет фазу сигнала и процессор это воспринимает как смещение по горизонтали. Типа отслоения дорожки, например.

 

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
Только что, Геометр сказал:

ПО должно этот уход скомпенсировать по четырем спутникам.

Вы немного путаете....     этот же опорный генератор определяет и частоты гетеродинирования в аналоговой части...

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
11 минут назад, Дмитрий Борисович сказал:

опорный генератор определяет и частоты

Так он синхронизируется по сигналам со спутников.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

49 минут назад, scbist сказал:

Сложно представить, что у какой-то микросхемы отвалилась ножка и появилась систематическая погрешность, но приемник этого не заметил.

Ни разу не пользовался, но у моего приемника вроде есть режим "возврат к заводским настройкам". Не знаю, на сколько он защищен от воздействий и останется ли он прежним при возникновении сбоя ПО. Вообще как возник сбой приведший к систематической погрешности? Там же на многих этапах обработки присутствуют контрольные суммы. Это не может быть так, что в каком-то одном разряде "стерлась единичка". Такие фокусы в современных компах не проходят. Кто-то должен был заменить всю программу, или ввести поправку равную этой погрешности.

Как вариант, это заливка программы от другой модели приемника, что на мой взгляд тоже маловероятно. Приемник не должен был принять такую программу.

Остается антенна. Т.е. на обработку в процессор приходит искаженный сигнал. Цифровую часть приемник считывает, а с аналоговой проблема. Может где-то возникла какая-то паразитная емкость которая чуть меняет фазу сигнала и процессор это воспринимает как смещение по горизонтали. Типа отслоения дорожки, например.

Я бы попробовал заморозить приемник и посмотрел, что он тогда станет показывать.

P.S. Это просто мои рассуждения по поводу любопытного случая, а не советы.

Будет интересно узнать, чем же закончится эпопея с Гармином.

Насколько я знаю, то чип глонасс или GPS уже выдает координаты, а ПО только отрисовывает на карте. Могут быть карты косячные. координата будет правильная, но показывать будет что не там находится объект

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

27 минут назад, Дмитрий Борисович сказал:

Вы немного путаете....     этот же опорный генератор определяет и частоты гетеродинирования в аналоговой части...

Если бы ушла частота генератора, то случайная погрешность была бы запредельной. А вот случайная погрешность как раз в пределах 1-2 метров...

Изменено пользователем Геометр
Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

3 минуты назад, Логинов Владимир сказал:

Насколько я знаю, то чип глонасс или GPS уже выдает координаты, а ПО только отрисовывает на карте. Могут быть карты косячные. координата будет правильная, но показывать будет что не там находится объект

Мне карта не нужна. Я сравниваю числовое значение координат полученных навигатором с эталонным значением координат наземного пункта.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

Для истории )

http://www.vlms.ru/2017/11/22/гражданам-россии-ученым-военным-студ/

Цитата

23 ноября 1967 года под руководством Председателя государственной комиссии, начальником Государственного научно-исследовательского штурманско-гидрографического института (ныне АО «Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт») контр-адмирала Максюты Юрия Ивановича был запущен навигационный спутник первого поколения  «Космос 192». 

Началось реальное применение спутниковой навигации в стране –  в ВМФ, РВСН, Министерстве морского флота. В этом же году Ю.И.Максюта, в числе других, подписал первый аванпроект на разработку спутниковой навигации второго поколения, ныне известную как ГЛОНАСС.

50 лет назад

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
Только что, scbist сказал:

Так он синхронизируется по сигналам со спутников.

Не все так просто.... Для приема сигналов спутника нужен еще гетеродин.... который находится в 

 

Только что, Логинов Владимир сказал:

Насколько я знаю, то чип глонасс или GPS уже выдает координаты.....

Т.е все делается в самом ЧИПе.. который потом отдает всю информацию "  старшему брату" который 

Только что, Логинов Владимир сказал:

только отрисовывает на карте.

Пы.Сы.

 

Только что, Геометр сказал:

Если бы ушла частота генератора, то случайная погрешность была бы запредельной.

Уход частоты - стабильный и в одну сторону - дает систематическую составляющую....

Нестабильность генератора или влияние помех по цепям питания -  влияет на  случайную составляющую...

Но надо еще помнить что слишком большой уход частоты опорного сигнала будет также сказываться и на случайной составляющей... на то он и супергетеродинный приемник... проверить это можно  от имитаторов... 

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

9 минут назад, Дмитрий Борисович сказал:

Уход частоты - стабильный и в одну сторону - дает систематическую составляющую...

Это если бы ваши спутники двигались упорядоченно или же стояли бы на месте. Но движутся они на небесной сфере достаточно хаотично, хаотично до них меняются и расстояния, а значит уход частоты генератора дал бы нам хаотичную, то есть случайную погрешность полученных координат.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

Так что думаю я, что получает он сигнал нормальный, а вот на этапе преобразования в цифру где-то добавляет систематику. Получается систематический сдвиг и случайная погрешность, сопоставимая со случайной погрешностью неврущих приемников.

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

  • Специалисты
Только что, Геометр сказал:

Так что думаю я, что получает он сигнал нормальный, а вот на этапе преобразования в цифру где-то добавляет систематику.

Это " сложный и кропотливый процесс"... В одно теме уже делал подарок - книга лучший подарок!

Начинайте со стр.88... и обратите внимание на раздел в таблицах по составляющим - "Аппаратура потребителя"...

Все что Вы говорили ранее про эфемериды ... оно конечно правильно... но!

Но ведь у Вас рядом Два Гармина... один врет другой нет...

Пы.Сы. Помните - Гармин считается одним из лучших производителей GPS приемников...

 

 

aviacionnaja_radionavigacija.pdf

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

Присоединиться к обсуждению

Вы можете ответить сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас уже есть аккаунт, войдите, чтобы ответить от своего имени.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вы вставили отформатированный текст.   Удалить форматирование

  Допустимо не более 75 смайлов.

×   Ваша ссылка была автоматически заменена на медиа-контент.   Отображать как ссылку

×   Ваши публикации восстановлены.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

Загрузка...

Информация

  • Недавно просматривали   0 пользователей

    • Ни один зарегистрированный пользователь не просматривает эту страницу.

×
×
  • Создать...