Urządzenia Nawigacyjne – Odpowiedzi
1. Decca Navigator został wyłączony ze względu na swoje wady:
- wieloznaczność określanej linii pozycyjnej i związaną z tym konieczność znajomości podczas uruchamiania odbiornika pozycji wstępnej, z błędem nie przekraczającym co do wartości połowy szerokości strefy,
- nierównomierność pokrycia systemem poszczególnych rejonów świata
- znaczny spadek dokładności określanej pozycji w porze nocnej, szczególnie w rejonach leżących na granicy zasięgu danego łańcucha,
- małą, nawet żadną przydatność systemu w niekorzystnych warunkach meteorologicznych, np. podczas intensywnych opadów atmosferycznych, burzy,
- częste zakłócenia w funkcjonowaniu niektórych łańcuchów,
- dokładność pozycji zależna od geometrii systemu,
- błąd w określaniu pozycji dochodził nawet do kilku mil morskich,
Ponadto należy zaznaczyć, że wielu nawigatorów podczas eksploatacji całkowicie pomijała wskazania fazomierzy odbiornika Decca serii Mark sygnalizujących setne części pasa, ograniczając się jedynie do odczytu wskaźnika cyfrowego, sygnalizującego w momencie identyfikacji jego numer i części dziesiętne. Przy wykreślaniu na mapie linii pozycyjnych nie korzystali oni z linijek ani podziałek interpolacyjnych powiększając błąd określanej pozycji.
Znaczenie systemu Decca Navigator zmniejszało się coraz bardziej wraz z rozwojem odmiany różnicowej GPS oraz wciąż rozbudowywanego systemu Loran-C. Wyłączenie systemu miało miejsce na przełomie roku 1999 na 2000, kiedy to został całkowicie wycofany z eksploatacji.
2. Linia bazy(definicja)-
- długość linii bazy w Decca Navigator ma wpływ na szerokość pasa hiperbolicznego
dn= lambda/2sin gamma/2 S1 S2
dn- szerokość pasa hiperbolicznego
lambda- długość fali odpowiadająca częstotliwości na której gamma
mierzona jest różnica faz w odbiorniku
gamma- kąt widzenia linii bazy
- ma wpływ na ilość stref w Decca Navigator
- nie ma wpływu na szerokość pasa hiperbolicznego
- ma wpływ na kąt widzenia linii bazy
- decyduje o ilości pasów
- dłuższe linie bazy są bardziej korzystne ponieważ kąt gamma jest większy a tym samym mniejsze są szerokości dn
- dłuższe linie bazy są niekorzystne ze względu na to, że stacja Master nie może sygnalizować emisji stacji Slave i muszą być zainstalowane na nich atomowe wzorce czasu
- linia bazy nie ma wpływu na synchronizację czasu emisji w Loranie-C ponieważ w każdej stacji są atomowe wzorce czasu
- długość linii bazy nie ma też wpływu na tzw. One mikrosekund separation zone w L-C
5. Wzorzec czasu- jest to układ generujący zlokalizowane w przestrzeni zdarzenia, wybrany na podstawie kryterium maksymalnej równomierności występowania tych zdarzeń, sprawdzony doświadczalnie względem innych układów wzorcowych.
Wzorzec częstotliwości- jest to układ generujący ciąg zdarzeń spójnych w czasie. Stabilność wzorca o częstotliwości f najczęściej wyraża się przez iloraz maksymalnej odchyłki częstotliwości delta f i f w funkcji czasu eksploatacji tego wzorca. Stabilność jest wielkością bezwymiarową, podawaną zazwyczaj w postaci 10 do potęgi –n. Dokładność najlepszych wzorców cezowych określono gwarancją jednosekundowego przyśpieszenia lub opóźnienia w przeciągu 800 tysięcy lat. Stabilność roczna i dobowa tych wzorców wynosi odpowiednio około 10 do potęgi –12 i do potęgi –13. We wzorcach rubidowych stabilność ta jest najczęściej od jednego do dwóch rzędów wielkości mniejsza. Jednak są one lżejsze i dużo tańsze od cezowych. Najnowszej generacji wzorce to wzorce wodorowe. Ich stabilność wynosi około 10 do potęgi –14 w skali rocznej. Podstawowym wzorcem częstotliwości i czasu jest generator napięcia przemiennego, stabilizowany naturalnymi zjawiskami wewnątrz atomu cezu. Częstotliwość wzorcowa jest równa 9 192 631 770 Hz i służy do korygowania w sposób ciągły generatora kwarcowego o częstotliwości z przedziału 1-:-10 MHz.
9. Układ odniesienia – jest to określony system współrzędnych, oparty na konkretnej powierzchni odniesienia – elipsoidzie obrotowej, w znany sposób zorientowany w stosunku do powierzchni Ziemi. Układu odniesienia nie należy utożsamiać z układem współrzędnych.
Odbiorniki sygnalizują nam współrzędne pozycji fi i lambda w konkretnych układach odniesienia. Ziemia jest figurą geometryczną zwaną geoidą. Jest to bryła nieopisywalna matematycznie. Często do potrzeb obliczeniowych kulę ziemską aproksymuje się sferą lub elipsoidą (opisywalną matematycznie). Często jest to zbyt duże przybliżenie. Odbiornik musi mieć matematyczny algorytm w celu wyliczenia współrzędnych. Stąd wprowadza się elipsoidę odniesienia. Nie pokrywa się ona z geoidą ale daje podstawy i możliwości stworzenia matematycznego algorytmu wyliczeń. Elipsoida odniesienia na niektórych obszarach jest niemalże utożsamiana z geoidą i wtedy można ją przyjąć jako wiarygodny model wyliczeń, często są one także zupełnie różne. Elipsoida odniesienia wiąże się z układem odniesienia(Datum). Kilka elipsoid może być powiązanych z jednym i tym samym układem odniesienia. Wśród układów odniesienia wyróżniamy lokalne i globalne:
- globalne – takie w których powierzchnia elipsoidy odniesienia na całej powierzchni Ziemi jest maksymalnie zbliżona do powierzchni geoidy. Są to układy geocentryczne, których początek znajduje się w środku masy Ziemi. Przykłady: World Geodetic System 1972 (WGS-72) i World Geodetic System 1984 (WGS-84). Nazwa każdego z nich jest taka sama co przyjęta w nim elipsoida odniesienia.
- lokalne – takie w których powierzchnia elipsoidy odniesienia, na objętym danym układem fragmencie powierzchni Ziemi jest maksymalnie zbliżona do powierzchni geoidy. Są to układ quasigeocentryczne, których początek znajduje się w środku przyjętej elipsoidy odniesienia. Przykłady: European Datum 1950 (ED 50) oparty na elipsoidzie międzynarodowej, American Datum 1983 (NAD 83) oparty na elipsoidzie WGS-84, Tokio Datum (TD) na elipsoidzie Bessel 1841, URSS-42 oparty na elipsoidzie Krasowskiego
Jeżeli mapa jest w innym układzie odniesienia niż wskazane współrzędne fi i lambda to w odbiorniku należy ustawić układ, w którym kreślona jest mapa. Jeżeli taka operacja nie zostanie wykonana to pozycja obarczona jest błędem. Na mapach drukowane są poprawki satelitarne, które trzeba dodać do odczytów z odbiornika i dopiero nanieść na mapę. Są to poprawki rzędu setnych części minuty. Sens uwzględniania tych poprawek istnieje wówczas gdy mianownik mapy jest mniejszy od 50000. Jeżeli nie znamy poprawek i układu odniesienia na mapie to błąd określania pozycji może być od kilku kabli do nawet kilku mil morskich. Elipsoida odniesienia na niektórych obszarach jest nieważna!
10. Zasada działania systemu:
System Decca Navigator jest interferencyjnym systemem hiperbolicznym opartym na pomiarze w odbiorniku na częstotliwości porównawczej różnicy faz docierających sygnałów. Częstotliwość ta uzyskiwana jest w wyniku powielania częstotliwości ze stacji nadawczych. W systemie tym stacje emitują sygnały jednocześnie, ale na różnych częstotliwościach. Częstotliwość nośna systemu wynosi 70-130 kHz, a zależny od pory doby zasięg jednego łańcucha od około 200 do 450 mil morskich. System był przede wszystkim wykorzystywany w rejonach przybrzeżnych. Podstawą funkcjonowania systemu był łańcuch liczący 3 lub 4 stacje nadawcze z których jedna spełniała rolę stacji głównej (Master). Jeden łańcuch umożliwia określanie tylu linii pozycyjnych ile liczy podległych stacji, których liczba i rozmieszczenie uzależnione jest od warunków geograficznych.
11. Zalety:
- duża dokładność (kilkadziesiąt metrów)
- jednoznacznie określana linia pozycyjna
- bieżące, w sposób ciągły określanie pozycji
- zawsze jednoznaczna pozycja określana z trzech i więcej linii
- nienasycenie systemu (nieograniczona liczba jednoczesnych użytkowników)
- odbiorniki drugiej generacji całkowicie zautomatyzowane
- pozycja sygnalizowana bezpośrednio we współrzędnych geograficznych w wybranym układzie odniesienia
- wolne od opłat korzystanie z systemu
Wady:
- zasięg tylko wybranych rejonów świata (północny Atlantyk, północny Pacyfik)
- błąd określania pozycji zależy od geometrii systemu
- konieczność uwzględniania odpowiednich poprawek podczas określania linii pozycyjnej, gdy impulsy z jednej bądź z obu stacji docierają na fali jonosferycznej oraz gdy część trasy sygnału z jednej lub obu stacji przebiega nad lądem
- odbiornik może mylnie przyjąć i to bez poinformowania użytkownika, za punkt odniesienia drugi lub czwarty, a nie trzeci cykl fali nośnej, co prowadzi do zwiększenia o 10 mikrosekund błędu różnicy czasu mierzonej w odbiorniku a tym samym do zwiększenia błędu określanej pozycji
- niektóre odbiorniki drugiej generacji oraz pierwszej sygnalizują jedynie wartości wybranych linii pozycyjnych (zmierzona różnica czasu w mikrosekundach), co pociąga za sobą konieczność posiadania odpowiednich map systemu, bądź tablic hiperbolicznych
- mała odporność systemu na zakłócenia podczas niektórych warunków meteorologicznych, pracując bowiem na fali nośnej 100 kHz uzależniony jest od warunków propagacyjnych fal długich
12. Jeżeli nawigator dysponuje odbiornikiem pierwszej generacji sygnalizującym mu tylko wartość różnicy czasu pomiędzy sygnałami z różnych stacji, powinien przede wszystkim dysponować mapą z naniesioną siatką linii pozycyjnych danego łańcucha (wcześniej powinien wiedzieć z jakiego łańcucha określi pozycję). Powinien wiedzieć czy odbiornik odbiera sygnały na fali jonosferycznej czy przyziemnej (to sygnalizuje mu odbiornik). Jeżeli sygnały docierają na fali jonosferycznej to powinien dysponować tablicami Loran-C Tables by móc określić wartość poprawki SWC (poprawki na falę jonosferyczną). Może być tak, że poprawka ta podawana jest w niektórych miejscach mapy (np. co przecięcie równika z południkiem), powinien się wówczas upewnić dla jakiej pory doby jest podawane ( wartość poprawki jest funkcją pory doby). Powinien także wiedzieć czy sygnał z danej stacji w całości biegnie nad wodą, ponieważ podana na mapie wartość różnicy czasu zmierzonego przez odbiornik (w mikrosekundach) jest podawana dla założenia, że fala w całości biegnie nad wodą i dla określonych warunków propagacyjnych. Jeżeli sygnał w całości nie biegnie nad wodą należy określić poprawkę ASF. W tym celu ponownie nawigator powinien skorzystać z Loran-C Tables. W przypadku poprawki SWC pozycje w tych tablicach podane były co jeden stopień, w przypadku poprawki ASF co 15 minut. Poprawka SWC może sięgać nawet do kilkudziesięciu mikrosekund (jedna mikrosekunda to na linii bazy 150 metrów). Poprawka ASF może sięgać nawet trzech mikrosekund. Siatka linii pozycyjnych na mapie jest wykreślana dla określonych warunków propagacyjnych, więc powinniśmy wiedzieć czy na trasie przebiegu sygnału nie ma jakiś przeszkód itp., jednakże ze względu na zasięg sięgający nawet w sprzyjających warunkach 3400 Mm (a dla fali przyziemnej 800-1200 Mm) nie możemy praktycznie tego sprawdzić. Użytkownik powinien jeszcze sprawdzić czy mapa którą dysponuje nie uwzględnia poprawki ASF. W odbiorniku drugiej generacji sygnalizującym fi i lambda użytkownik powinien sprawdzić czy układ odniesienia odbiornika jest taki sam jak układ odniesienia mapy. Jeżeli nie, a w odbiorniku nie ma takiego układu w jakim jest mapa, to odbiornik powinien przestawić na WGS-84 i uwzględnić podane na mapie poprawki satelitarne. Jeżeli nie ma podanych poprawek, to użytkownik po prostu nie będzie wiedział jak duży popełnił błąd. Użytkownik powinien sprawdzić czy odbiornik ma włączone i dostrojone wszystkie filtry interferencyjne. W przypadku obu rodzajów odbiorników, nawigator powinien jeszcze dysponować drugim tomem Radio Signals ponieważ są tam wymienione parametry emisji poszczególnych łańcuchów Loran-C.
13. Stworzenie nowego systemu satelitarnego o nazwie GALILEO zgłosiły na konferencji w dniu 12.02.1998r. kraje Unii Europejskiej.
Chęć przystąpienia do tworzenia tego systemu wyraziły 4 potężne finansowo koncerny europejskie, które podzieliły pomiędzy siebie zakres obowiązków. Dostępność do tego systemu ma być nieograniczona, ograniczony ma być dostęp do serwisu określającego pozycję z dużą dokładnością.
W systemie mają być 3 orbity, na których będzie umieszczonych po 10 satelitów. Kąt inklinacji ma wynosić 52 stopnie. Satelity maje krążyć po orbitach na wysokości 24000km.
Przewidywany czas zakończenia prac nad tym systemem planowany jest na 2008 rok. Dokładność tego systemu w pionie ma być rzędu 10 m.
4. Zjawisko Dopplera polega na zmianie częstotliwości przez odbiornik w stosunku do częstotliwości nadawanej przez nadawcę, gdy odbiornik i nadawca pozostają względem siebie w ruchu. Przy przybliżaniu się nadajnika do odbiornika, obserwujemy wzrost częstotliwości, przy oddalaniu jej spadek.
F
fd
punkt nawią- fn
zania łączności punkt przerwania łączności z satelitą
z satelitą ( sa-
telita nad hory-
zontem) fo fd = fo – fn
t fd – częstotliwość dopplerowska
fo – częstotliwość odbierana przez użytkownika
fn – częstotliwość emitowana przez źródło
czas łączności z satelitą (16 – 17 min.)
punkt, w którym satelita znajduje się najbliżej obserwatora (ro = min)
Częstotliwość odbierana fo odzwierciedla położenie satelity (nadajnika) względem odbiornika użytkownika na powierzchni Ziemi.
Częstotliwość dopplerowska fd może przyjmować wartości:
fd < 0 , fd = 0 , fd > 0 .
Poniższy wykres przedstawia zmianę częstotliwości odbieranej w zależności od oddalenia trasy satelity na powierzchni Ziemi od obserwatora.
1
2
2 – dalsza odległość
fn
t
ZLICZENIE DOPPLEROWSKIE: (Doppler Count)
W odbiorniku użytkownika na Ziemi instaluje się generator, który emituje dodatkową częstotliwość fg (znaną i stałą) zwaną częstotliwością odniesienia generatora użytkownika.
fg
fg = 400 MHz
fd = 8 – 9 kHz (max. Wartość częstotliwości dopplerowskiej)
fo
Dt = ( t2 – t1 ) = 23 sek.
Fo = 399,968 MHz
Częstotliwości fg i fo znajdują się blisko siebie, co powoduje ich rezonans, którego częstotliwość jest równa różnicy fg – fo.
Zliczenie dopplerowskie polega na zliczeniu całkowitej liczby cykli w określonym przedziale czasu.
N1,2 – liczba cykli
N1,2 = ( fg – fo ) dt t1, t2 – przedział czasu
Zliczenie dopplerowskie stosowane było w systemie TRANSIT, gdzie wyliczało się różnice odległości pomiędzy satelitą, a odbiornikiem.
C – prędkość fali = 300 000 000 m/s
N1,2 = ( fg – fo )*( t2 – t1 ) + ( fg/c )*(Dro 1,2 )
14. Aby zacząć rozważanie należy sformułować jednostkę czasu. Jednostką czasu jest sekunda. Czas związany jest z okresowymi zjawiskami fizycznymi, gdyż nie jesteśmy w stanie określić absolutnej jednostki czasu (Einstein). Na początku jednostkę ta sformułowano jako 1/36600 doby czasu słonecznego. Następnie wiązano ją z prawami Kepplera i rokiem zwrotnikowym. Obecnie sformułowana jest na podstawie zjawisk fizycznych zachodzących w atomie Cezu Ce^137 jako czas trwania 9 192 631 770 okresów pomiędzy 2 nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego w atomie Cezu.
Aby stworzyć skalę czasu należy dysponować sprecyzowaną jednostka czasu, stworzyć urządzenie zliczające jego upływ (zegar) i ustalić początek owej skali.
I tak istnieją (lub istniały):
· średni czas słoneczny
·...
alfred1980