Specializovaný kurs U3V Současný stav a výhledy digitálních komunikací 14. Elektronická navigace od lodní přes leteckou po GPS principy, vlastnosti, technické prostředky 5.5.2016 Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně 541146553, sebestaj@feec.vutbr.cz
U3V - T14: NAVIGACE IV. Téma: Aplikace GNSS Diferenční GNSS GNSS přijímače 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 2
U3V - T14: Aplikace GNSS (1/2) Vojenské letecký přijímač vojenské aplikace námořní doprava Dvoupásmová vf. jednotka civilní letectví pozemní doprava ADS, CNS geodézie (aplikace geolitů) geofyzika zemědělství ochrana přírody Digitální jednotka turistika měření úhlů frekvenční normály, měření času 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 3
U3V - T14: Aplikace GNSS (2/2) Precision farming (agriculture) Námořní GNSS přijímač Geodetický GPS přijímač 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 4
U3V - T14: Diferenční GNSS (1/3) 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). 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 5
U3V - T14: Diferenční GNSS (2/3) 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. Není-li nutné určování polohy v reálném čase (tj. např. v geodézii), hodnoty naměřené referenční stanicí a uživatelským přijímačem se vhodně uloží a později (off line) zpracují. Rozsáhlé sítě referenčních stanic geodetická síť WAAS v USA, geostac. družice (EGNOS) a nové družice doplněny kanálem s AGPS (celoplošné vysílání korekcí). 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 6
U3V - T14: Diferenční GNSS (3/3) Distribuční funkce pravděpodobnosti s SA, bez SA, difer. bez SA) SA (select availability) = výběrová dostupnost neboli zavedení záměrného znepřesňování 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 7
U3V - T14: GNSS přijímače (1/8) 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. 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 8
U3V - T14: GNSS přijímače (2/8) 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 navigační zprávy, kterou družice vysílá. Získání zdánlivých vzdáleností alespoň od čtyř družic spolu s potřebnými daty zajistíme použitím některé ze tří možných konfigurací navigačního přijímače. 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 9
U3V - T14: GNSS přijímače (3/8) Obecné blokové schéma GNSS přijímače 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 10
U3V - T14: GNSS přijímače (4/8) GPS/GALILEO pásma 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 11
U3V - T14: GNSS přijímače (5/8) Architektura přijímačů sekvenční (do cca 1998) multikanálové (geodézie, vysoká přesnost, vyšší cena) multiplexní (turistika, autonavigace, nízká cena, menší přesnost, nižší spotřeba) GNSS přijímače 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 12
U3V - T14: GNSS přijímače (6/8) GNSS antény 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 13
U3V - T14: GNSS přijímače (7/8) NMEA-0183 Protokol pro komunikaci s GNSS přijímačem prostřednictvím sériového rozhraní (např. RS232, USB) NMEA = National Marine Electronics Association Konfigurace sériového rozhraní: 4800 bps, 8 datových bitů, bez parity, 1 stop bit, bez handshakingu, varianta NMEA-0183HS 38400 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 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 14
U3V - T14: GNSS přijímače (8/8) Příklad RMB zpráva GP = GPS ( GL = GLONASS) RMB = Recommended Minimum Navigation Information $GPRMB,A,0.66,L,003,004,4917.24,N,12309.57,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 4917.24,N zem. šířka cílového bodu, 49 deg. 17,24 min. N 12309.57,W zem. délka cílového bodu 123 deg. 09,57 min. W 001.3 vzdálenost k cíli (v mílích 999.9 max) 052.5 směr k cíli (azimutální ve stupních) 000.5 rychlost vůči cíli (radiální v uzlech) A status příjmu (A = OK) *20 kontrolní součet 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 15
Děkuji za vaši pozornost Obojek s GPS přijímačem a komunikací přes satelit Jak, kdy a kde pozorovat družice a další info: http://www.heavens-above.com/ 5.5.2016 U3V - T13: Navigace IV. strana 16