Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Переносная опорная станция DGPS Baseline HD от CLAAS для использования в спутниковых системах рулевого управления в современном сельском хозяйстве

Система глобального позиционирования Дифференциальной ( DGPS ) представляет собой усовершенствование в систему глобального позиционирования (GPS) , которая обеспечивает повышенную точность определения местоположения, в диапазоне операций каждой системы, от 15 метров (49  футов ) номинальной точности GPS до около 1- 3 сантиметра (0,39–1,18 дюйма) [1] в случае наилучшей реализации.

Каждый DGPS использует сеть фиксированных наземных опорных станций для передачи разницы между позициями, указанными спутниковой системой GPS, и известными фиксированными позициями. Эти станции транслируют разницу между измеренными псевдодальностями спутника и фактическими (вычисленными внутри) псевдодальностями, а станции-приемники могут корректировать свои псевдодальности на ту же величину. Сигнал цифровой коррекции обычно транслируется локально по наземным передатчикам меньшей дальности.

Береговой охраны США United (USCG) и канадской береговой охраны (CCG) при каждом запуске DGPSes в Соединенных Штатах и Канаде на длинноволновых радиочастот между 285 кГц и 325 кГц вблизи основных водных путей и портов. DGPS USCG получила название NDGPS (Nationwide DGPS) и находилась в совместном ведении Береговой охраны и Инженерного корпуса армии США (USACE) Министерства обороны США. Он состоял из станций вещания, расположенных во внутренних и прибрежных частях Соединенных Штатов, включая Аляску, Гавайи и Пуэрто-Рико. [2] В других странах есть свои собственные DGPS.

Подобная система, которая передает поправки с орбитальных спутников вместо наземных передатчиков, называется Wide-Area DGPS (WADGPS) [3] Augmentation System]].

История [ править ]

Когда GPS впервые была введена в эксплуатацию, американские военные были обеспокоены возможностью использования вражескими силами глобально доступных сигналов GPS для управления своими собственными системами вооружения. Первоначально правительство считало, что сигнал «грубого обнаружения» (C / A) даст только около 100 метров (330  футов ), но с улучшенными конструкциями приемников фактическая точность составила от 20 до 30 метров (от 66 до 98  футов ). [4] Начиная с марта 1990 г., [5] ( стр. 11 ), чтобы избежать такой неожиданной точности, сигнал C / A передается на частоте L1 ( 1575,42 МГц).) был намеренно ухудшен из-за смещения его тактового сигнала на случайную величину, эквивалентную примерно 100 метрам (330  футов ) расстояния. Этот метод, известный как выборочная доступность , или сокращенно SA, серьезно снизил полезность сигнала GPS для невоенных пользователей. Более точное руководство было возможно для пользователей двухчастотных GPS-приемников, которые также получили частоту L2 ( 1227,6 МГц ), но передача L2, предназначенная для использования в военных целях, была зашифрована и была доступна только авторизованным пользователям с ключами дешифрования.

Это представляло проблему для гражданских пользователей, которые полагались на наземные радионавигационные системы, такие как системы LORAN , VOR и NDB , обслуживание которых обходилось в миллионы долларов каждый год. Появление глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) могло бы значительно повысить точность и производительность за небольшую часть стоимости. Однако точность сигнала S / A была слишком низкой, чтобы сделать это реалистичным. Военные получили многочисленные запросы от Федерального авиационного управления (FAA) , береговой охраны США (USCG) и Министерства транспорта США (DOT). отложить S / A для обеспечения возможности использования GNSS в гражданских целях, но остался непоколебимым в своем возражении по соображениям безопасности.

С начала до середины 1980-х годов ряд агентств разработали решение «проблемы» SA. [ сомнительно - обсудить ] Поскольку сигнал SA изменялся медленно, влияние его смещения на позиционирование было относительно фиксированным - то есть, если смещение было «100 метров на восток», это смещение было бы истинным для относительно широкой области. Это предполагает, что передача этого смещения на местные приемники GPS может устранить влияние SA, в результате чего измерения будут ближе к теоретическим характеристикам GPS, примерно на 15 метров (49 футов). Кроме того, еще один важный источник ошибок в определении местоположения GPS связан с задержками передачи в ионосфере., который также можно было измерить и исправить в трансляции. Это позволило повысить точность до 5 метров (16 футов) 5, что более чем достаточно для большинства гражданских нужд. [1]

Береговая охрана США была одним из наиболее агрессивных сторонников DGPS, экспериментируя с системой на все более широкой основе в конце 1980-х - начале 1990-х годов. Эти сигналы передаются на морских длинноволновых частотах, которые могут приниматься существующими радиотелефонами [ требуется дополнительное объяснение ] и подаваться в соответствующим образом оборудованные приемники GPS. Почти все основные поставщики GPS предлагали устройства с входами DGPS не только для сигналов USCG, но также и авиационные устройства для работы в диапазонах VHF или коммерческих AM .

Они начали рассылать сигналы DGPS «производственного качества» на ограниченной основе в 1996 году и быстро расширили сеть, чтобы покрыть большинство портов захода в США, а также морской путь Святого Лаврентия в партнерстве с канадской береговой охраной.. Были разработаны планы по расширению системы по США, но это было нелегко. Качество поправок DGPS обычно падает с расстоянием, и большие передатчики, способные покрывать большие площади, как правило, группируются вблизи городов. Это означало, что районы с меньшим населением, особенно на Среднем Западе и на Аляске, будут мало охвачены наземной системой GPS. По состоянию на ноябрь 2013 года национальный DGPS USCG состоял из 85 станций вещания, которые обеспечивали двойное покрытие почти всей береговой линии США и внутренних водных путей, включая Аляску, Гавайи и Пуэрто-Рико. Кроме того, система обеспечивала одинарное или двойное покрытие для большей части внутренней части Соединенных Штатов. [6]Вместо этого FAA (и другие организации) начали изучать передачу сигналов через все полушарие со спутников связи на геостационарной орбите. Это привело к появлению глобальной системы расширения (WAAS) и аналогичных систем, хотя они, как правило, не называются DGPS или, альтернативно, «глобальной DGPS». WAAS предлагает точность, аналогичную наземным сетям DGPS USCG, и были некоторые аргументы в пользу того, что последние будут отключены, когда WAAS станет полностью работоспособным.

К середине 1990-х годов стало ясно, что система SA больше не пригодна для той роли, которую она выполняет. DGPS сделает его неэффективным в США, где он считается наиболее необходимым. Кроме того, во время войны в Персидском заливе 1990-1991 годов SA была временно отключена, потому что войска союзников использовали коммерческие приемники GPS. [7] Это показало, что отключение SA может быть полезно для США. [8] В 2000 году исполнительный приказ от президента Билла Клинтона выключил его навсегда. [9]

Тем не менее, к этому моменту DGPS превратился в систему, обеспечивающую большую точность, чем даже сигнал GPS без SA мог обеспечить сам по себе. Есть несколько других источников ошибок, которые имеют те же характеристики, что и SA, в том, что они одинаковы на больших площадях и в течение «разумного» промежутка времени. К ним относятся ионосферные эффекты, упомянутые ранее, а также ошибки в данных эфемерид местоположения спутников и дрейф часов на спутниках. В зависимости от объема данных, отправляемых в сигнале коррекции DGPS, коррекция этих эффектов может значительно уменьшить ошибку, лучшие реализации предлагают точность менее 10 сантиметров (3,9 дюйма).

В дополнение к продолжающемуся развертыванию систем, спонсируемых USCG и FAA, ряд поставщиков создали коммерческие сервисы DGPS, продавая свой сигнал (или приемники для него) пользователям, которым требуется лучшая точность, чем у номинальных 15-метровых GPS. Почти все коммерческие устройства GPS, даже портативные устройства, теперь предлагают ввод данных DGPS, а многие также напрямую поддерживают WAAS. До некоторой степени форма DGPS теперь является естественной частью большинства операций GPS.

Операция [ править ]

Базовая станция DGPS ( дроссельная антенна )

Базовая станция рассчитывает дифференциальные поправки для своего местоположения и времени. Однако пользователи могут находиться на расстоянии до 200 морских миль (370 км) от станции, и некоторые из компенсированных ошибок меняются в зависимости от пространства: в частности, ошибки спутниковых эфемерид и ошибки, вызванные ионосферными и тропосферными искажениями. По этой причине, точность DGPS уменьшается с увеличением расстояния от опорной станции. Проблема может усугубиться, если пользователю и станции не хватает «внутренней видимости» - когда они не могут видеть одни и те же спутники.

Точность [ править ]

В Федеральном радионавигационном плане США и Рекомендации МАМС по работе и мониторингу служб DGNSS в полосе 283,5–325 кГц указывается, что в 1993 г. министерство транспорта США увеличило погрешность в 0,67 метра на 100 километров (3,5  футов / 100 миль). ) с места вещания [10], но измерения точности через Атлантику, в Португалии, показывают ухудшение всего на 0,22  м / 100 км (1,2  фута / 100 миль ). [11]

Варианты [ править ]

DGPS может относиться к любому типу наземной системы дополнения (GBAS). По данным береговой охраны США, во всем мире используется множество операционных систем, в 47 странах действуют системы, аналогичные американской NDGPS (общенациональная дифференциальная глобальная система позиционирования).

Список можно найти в базе данных World DGPS для Dxers.

Европейская сеть DGPS [ править ]

Европейская сеть DGPS была разработана в основном морскими администрациями Финляндии и Швеции с целью повышения безопасности на архипелаге между двумя странами. [ необходима цитата ]

В Великобритании и Ирландии система была внедрена в качестве средства морской навигации, чтобы заполнить пробел, образовавшийся в результате упадка системы Decca Navigator в 2000 году. Сеть из 12 передатчиков, расположенных вокруг береговой линии, и трех станций управления была создана. в 1998 году соответствующими Генеральными маяками (GLA) стран - Trinity House, охватывающим Англию , Уэльс и Нормандские острова , Советом Северного маяка, охватывающим Шотландию и остров Мэн, и Комиссарами Irish Lights , охватывающими всю Ирландию. Передача в диапазоне 300 кГц, система прошла испытания, и два дополнительных передатчика были добавлены до того, как система была объявлена ​​работоспособной в 2002 году. [12] [13]

Trinity House - Станции DGNSS: Великобритания и Ирландия

Эффективные решения (информационные продукты) - Европейские дифференциальные радиомаяки - Подробная информация и карта

NDGPS США [ править ]

США Департамент транспорта совместно с Федеральной дорожной администрацией , то Федеральная администрация железнодорожного транспорта и Национальная геодезическая назначен береговой охраны в качестве удерживающего агентства по сети США Nationwide DGPS (NDGPS). Эта система является расширением предыдущей морской дифференциальной GPS (MDGPS), которую береговая охрана начала в конце 1980-х и завершила в марте 1999 года. MDGPS охватывала только прибрежные воды, Великие озера и внутренние водные пути реки Миссисипи, тогда как NDGPS расширяется. это включает полное покрытие континентальной части США. [14]Централизованным подразделением командования и управления является Навигационный центр USCG, расположенный в Александрии, штат Вирджиния. [15] В настоящее время в сети США имеется 85 сайтов NDGPS, находящихся в ведении Навигационного центра Министерства внутренней безопасности США.

В 2015 году USCG и USACE [ развернуть аббревиатуру ] попросили прокомментировать планируемый отказ от DGPS в США. [16] В ответ на полученные комментарии в последующем уведомлении Федерального реестра от 2016 г. было объявлено, что 46 станций останутся в эксплуатации и «доступны для пользователей в морских и прибрежных регионах». [17] Несмотря на это решение, USACE вывел из эксплуатации оставшиеся 7 объектов, а в марте 2018 года USCG объявила, что к 2020 году выведет из эксплуатации оставшиеся станции [18].

Канадский DGPS [ править ]

Канадская система похожа на систему США и предназначена в первую очередь для использования на море, охватывая Атлантическое и Тихоокеанское побережье, а также Великие озера и морской путь Святого Лаврентия .

Австралия [ править ]

Австралия использует три DGPS: одна предназначена в основном для морской навигации, транслируя свой сигнал в длинноволновом диапазоне; [19] другой используется для топографической съемки и наземной навигации, и имеет исправления, транслируемые в коммерческом FM-диапазоне. Третий самолет в аэропорту Сиднея в настоящее время проходит испытания на точность приземления самолетов (2011 г.) в качестве резервной системы посадки по приборам, по крайней мере, до 2015 г. Он называется наземной системой дополнения . Поправки к местоположению самолета передаются через авиационный УКВ-диапазон.

Морская служба DGPS 16 наземных станций, покрывающих австралийское побережье, была прекращена с 1 июля 2020 года. [20] Было указано, что улучшенные возможности многоканальной GPS и источники сигналов от нескольких поставщиков (GPS, ГЛОНАСС , Galileo и BeiDou ) обеспечивают лучшую точность навигации, чем можно получить из GPS + DGPS. Проект австралийской спутниковой системы дополнения (SBAS), возглавляемый Geoscience Australia (GA), предложит пользователям GNSS более точное позиционирование в течение следующих 2-3 лет.

Постобработка [ править ]

Постобработка используется в дифференциальной системе GPS для получения точных положений неизвестных точек, связывая их с известными точками, такими как маркеры съемки .

В GPS измерений обычно хранятся в памяти компьютера в GPS приемников, а затем передаются на компьютер под управлением программного обеспечения GPS - пост-обработки. Программное обеспечение вычисляет базовые линии, используя данные одновременных измерений от двух или более приемников GPS.

Базовые линии представляют собой трехмерную линию, проведенную между двумя точками, занятыми каждой парой антенн GPS. Постобработанные измерения позволяют более точно определять местоположение, потому что большинство ошибок GPS почти одинаково влияют на каждый приемник и, следовательно, могут быть исключены в расчетах.

Дифференциальные измерения GPS также могут вычисляться в реальном времени некоторыми приемниками GPS, если они получают сигнал коррекции с помощью отдельного радиоприемника, например, при съемке или навигации в режиме кинематики в реальном времени (RTK) .

Улучшение GPS-позиционирования ни в коем случае не требует одновременных измерений двух или более приемников, но также может быть выполнено с помощью специального использования одного устройства. В 1990-х годах, когда даже портативные приемники были довольно дорогими, были разработаны некоторые методы квазидифференциальной GPS, в которых приемник использовался путем быстрых поворотов позиций или петель из 3-10 точек съемки .

См. Также [ править ]

  • Assisted GPS (A-GPS) - система, используемая в основном в сотовых устройствах, оснащенных GPS, для повышения производительности при запуске
  • Дополнение GNSS
  • Улучшение GNSS

Ссылки [ править ]

  1. ^ "SAPOS-Dienste im Überblick" (на немецком языке) . Проверено 16 апреля 2019 года .
  2. ^ "GPS.gov - Системы увеличения" . gps.gov . ВВС США . 14 марта 2012. Архивировано 24 января 2021 года . Проверено 7 июля 2013 года .
  3. ^ Ки, Чангдон; Паркинсон, Брэдфорд ; Аксельрад, Пенина (1 июня 1991 г.). «Глобальный дифференциальный GPS». Навигация . 38 (2): 123–145. DOI : 10.1002 / j.2161-4296.1991.tb01720.x . eISSN 2161-4296 . 
  4. ^ Макнамара, Джоэл (2008). GPS для чайников (2-е изд.). ISBN 978-0-470-15623-0.
  5. ^ Хо, Анджела; Моздзановский, Алекс; Нг, Кристин (2005). «Кейс GPS» (PDF) . Открытые учебные программы. Массачусетский технологический институт.
  6. ^ "График покрытия USCG DGPS через Центр навигации USCG" . Проверено 7 июля 2013 .
  7. ^ «Определение выборочной доступности» . PCMAG . Проверено 18 апреля 2020 .
  8. ^ GPS для чайников, в котором говорилось, что военных GPS-приемников не хватало, поэтому "Выборочная доступность была временно отключена в 1990 году во время войны в Персидском заливе", чтобы войска Коалиции могли использовать гражданские GPS-приемники.
  9. ^ «Заявление президента относительно решения Соединенных Штатов Америки прекратить ухудшать точность глобальной системы позиционирования» . Управление научно-технической политики . 1 мая 2000 . Проверено 17 декабря 2007 .
  10. ^ "2001 Федеральные радионавигационные системы" (PDF) . Министерство транспорта и Министерство обороны . 1 декабря 2001. Архивировано 23 октября 2020 года . Проверено 31 января 2021 года .
  11. ^ Монтейро, Луис Сардинья; Мур, Терри; Хилл, Крис (1 мая 2005 г.). «Какова точность DGPS?». Журнал навигации . 58 (2): 207–225. DOI : 10.1017 / S037346330500322X . ISSN 0373-4633 . OCLC 299747772 .  
  12. ^ "Морской дифференциальный GPS" . Спутниковая навигация . Троицкий дом . Архивировано из оригинала на 2008-01-20.
  13. ^ «Генеральное управление маяков Великобритании и Ирландии обращается к Trimble GPS для будущей навигации» . Trimble Navigation Limited (пресс-релиз). PRNewsire . 22 января 1998 г.
  14. ^ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЙ ПЛАН 2005" (PDF) . Проверено 7 июля 2013 года .
  15. ^ Центр навигации береговой охраны США, Александрия, Вирджиния; Стандартные операционные процедуры (2002)
  16. ^ «Общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования (NDGPS)» . Федеральный регистр . 18 августа 2015 . Проверено 25 сентября 2018 года .
  17. ^ «Общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования (NDGPS)» . Федеральный регистр . 5 июля 2016 . Проверено 25 сентября 2018 года .
  18. ^ «Прекращение действия общенациональной системы дифференциального глобального позиционирования (NDGPS)» . Федеральный регистр . 21 марта 2018 . Проверено 25 сентября 2018 года .
  19. ^ «Служба DGPS AMSA - Статус» . Австралийское управление по безопасности на море . Проверено 29 марта 2017 .
  20. ^ "Дифференциальная система глобального позиционирования Австралии" . Австралийское управление по безопасности на море . Проверено 20 сентября 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Информационная страница SiReNT
  • Информационный бюллетень NDGPS США
  • Национальная система DGPS Навигационного центра USCG
  • Карты покрытия USCG
  • Информация о канадской береговой охране DGPS (на английском языке)
  • Информация DGPS канадской береговой охраны (на французском языке)
  • Обзор продукции приемников RTK DGPS для (в основном) гидрографического использования
  • Программное обеспечение для декодирования DGPS
  • Полезные ссылки, базы данных и ресурсы DGPS
  • Всемирная база данных опорных станций МАМС DGPS на интерактивной карте