Глава 1 Общие сведения о навигационных спутниковых системах

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

«Ошибки позиционирования GPS – приёмников в условиях полярных геомагнитных возмущений».

Студент-дипломник Маклаков Владимир Николаевич

Научный руководитель доцент КФ ПЕТР ГУ Черноус Сергей Александрович

«Допустить к защите»

зав.кафедры Иванов В.Е.

«_____»_________________2009г.

Содержание

Введение. 3

Глава 1 Общие сведения о навигационных спутниковых системах. 6

1.1 Состав GPS-системы ГЛОНАСС.. 6

1.2 Принцип определения координат приёмника. 8

1.3 Структура передаваемых сигналов. 10

1.4 Источники ошибки местоопределения. 11

Глава 2 Аппаратура и методика. 15

2.1 Общие сведения об экспериментах в Апатитах и Мурманске. 15

2.2 Параметры и характеристики приемников GPS сигнала. 17

2.3 Первичные данные GPS – приёмника. 17

2.4 Использованные программы из математического обеспечения GPS. 19

2.5 Использование данных сети станций Баренцрегиона – IMAGE. 22

2.6 Использование данных наземных наблюдений полярных сияний. 24

Глава 3 Результаты экспериментов. 27

3.1 Дата эксперимента 14 и 15 декабря 2006года. 27

3.2 Дата эксперимента 25 и 26 марта 2007 года. 31

3.3 Дата эксперимента 21 и 23 декабря 2008года. 35

3.4 Дата эксперимента 28 и 29 марта 2009 года. 38

Обсуждение результатов. 41

Заключение. 43

Практические рекомендации. 44

Список используемой литературы.. 45

Приложение. 46

Введение

Определение своего положения с помощью GPS навигатора, отдельного прибора, или устройства, встроенного в карманный компьютер или сотовый телефон, уже стало совершенно обычной вещью.

Постепенно столь же привычным становится определение положения объекта с помощью систем на основе GPS/GSM/GPRS, когда на мониторе компьютера или экране сотового телефона можно увидеть участок карты с отметкой, где находится другой человек или его автомобиль.

''GPS'' - это первые буквы английских слов ''Global Positioning System'' - глобальная система местоопределения. GPS состоит из 24 искусственных спутников Земли, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользовательских приемников-вычислителей. ''GPS'' предназначена для определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве.

По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определяют текущие координаты местоположения. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач НАВИГАЦИИ подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, автомобили и т.д.). Необходимо отметить, что при определении координат возникают различного рода ошибки, которые вносят свой вклад в неточности определения местоположения.

     Исследованию вариаций погрешности позиционирования в зависимости от геофизических возмущений посвящено большое количество работ, наиболее полные сведения о которых можно найти в монографии (Афраймович, Перевалова 2006) и в ссылках, приведенных в этой монографии. В ней, в частности, демонстрируется сравнение погрешностей позиционирования GPS сигнала и меняющейся геомагнитной активностью в Оттаве в период выдающейся геомагнитной бури 29-31.10 2003 г. рис.1:

(Рис. 1. Cуточные зависимости погрешности позиционирования во время двух магнитных бурь 29-31 октября 2003 года. В верхней части рисунка представлены вариации Н-компоненты магнитного поля на двух станциях. Буквами А, В, С отмечены три интервала времени, для которых характерны резкие и глубокие вариации магнитного поля амплитудой до 500-700 нТл. Интервал А связан с внезапным началом магнитной бури, а В и С соответствуют главным фазам. На северо-востоке США интервалы В и С относятся к послеполуденной (14:00-20:00 LT), а на юго-западе США – к дневной (10:00-16:00 LT) ионосфере. На северо-востоке США значительные выбросы погрешностей позиционирования σ ( t) для приёмников Ashtech и Rogue совпадают по времени с периодами В и С, когда наблюдались резкие, глубокие и продолжительные вариации напряжённости геомагнитного поля. Максимальная погрешность достигает значений 200-220 м. для приёмников Ashtech и Rogue. Наименьшая погрешность (не более 100 м.) наблюдалась для приёмников АОА и Trimble. На юго-западе США в периоды времени резких вариаций Н-компоненты магнитного поля на всех станциях GPS в зависимости от типа приёмника ошибка позиционирования возрастает до 70-180 м).

В дипломной работе делается попытка проанализировать влияние геофизических факторов на точность определения координат, а именно воздействие на сигнал искусственных спутников Земли возмущений в полярной ионосфере. Для этого автором был поставлен эксперимент по измерению параметров GPS сигнала в реальном времени в городе Апатиты с помощью приёмника GPS 18 LVC в различных условиях экранирования и при местоположениях приемника. Кроме того, автор принял участие в обработке комплексных данных по обработке временных рядов параметров GPS сигнала зарегистрированного в экспериментах 2006-2007 гг. с помощью приемника GARMIN-128 в составе коллектива сотрудников ПГИ и МГТУ.

Проведен сравнительный анализ геомагнитных возмущений на сети станций Баренцрегиона и вариаций отклонений в координатах, определяемых GPS – приёмником.

Глава 1 Общие сведения о навигационных спутниковых системах