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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 GPS - 모든 것이 그렇게 간단하고 신뢰할 수 있습니까?. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
영어로 번역된 GPS는 글로벌 포지셔닝 시스템입니다. 미국의 위성 무선 항법 시스템 GPS는 미국 군대의 모든 부서와 민간 사용자를 위한 전 세계적 규모의 고정밀 항법 지원을 위한 것입니다. 미국 정부는 이 시스템을 만드는 데 10억 달러 이상을 지출했으며 추가 개발 및 지원에 계속해서 돈을 쓰고 있습니다. 시스템 개발은 70년대에 시작되었습니다. 1978년에 최초의 인공위성이 발사되었습니다. 1983년에 이 시스템은 민간용으로 개방되었고 1991년에는 러시아에서 수신 장비 판매에 대한 제한이 해제되었습니다. 러시아 선박과 선박에는 GPS 수신기가 적극적으로 장착되기 시작했습니다. 새 천년의 첫 XNUMX년 동안 위성 항법 시스템은 육지, 하늘, 바다 물체의 위치를 찾는 주요 수단이 될 것입니다. 최신 집적 회로 기술을 사용하는 GPS 및 GLONASS 수신기는 작고 신뢰할 수 있으며 저렴하기 때문에 시간이 지나면 관광객, 자동차 애호가 및 버섯 채집가도 구매할 수 있습니다. 호출기에 연결된 수신기는 자녀가 현재 걷고 있는 곳이나 자동차가 있는 곳 등을 알려줄 수 있습니다. 그리고 그것은 높은 정밀도로 이루어질 것입니다. 수신기의 도움으로 움직이는 물체의 위치뿐만 아니라 이동 속도, 이동 거리, 의도한 지점까지의 거리 및 방향, 도착 시간 및 설정된 코스와의 편차가 결정됩니다. 계획된. 분명히 위성 항법 시스템의 작동 원리를 기억하는 것이 유용합니다. 지상에서의 위치를 정확하게 결정하기 위해 그들은 전통적으로 측지 기호나 측지 표식 또는 천체(태양, 별)를 사용합니다. 무선 내비게이션 시스템에서 이러한 측지 마커는 위치가 잘 알려진 무선 표지입니다. 위성 내비게이션 시스템도 유사하게 작동하며, 측지선 표지판과 무선 비콘 대신 특수 신호를 방출하는 위성이 사용됩니다. 궤도에 있는 위성의 현재 위치는 잘 알려져 있습니다. 측지 표지판과 달리 이동성이 있으며 지구 주위를 공전하는 기간은 12시간이며 위성 자체가 위치 정보를 전송합니다. 그들의 거리는 라디오 신호가 위성에서 라디오 수신기까지 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하고 여기에 전자기파의 속도를 곱하여 결정됩니다. 위성(원자 기준 주파수 생성기를 사용하는)과 수신기의 시계를 동기화하면 위성까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있습니다. 지구상의 한 장소의 좌표를 계산하려면 위성까지의 거리와 우주 공간에서 각 위성의 위치를 알아야 합니다. GPS 위성은 높은 궤도(20km)에 있으며 좌표는 . 매우 정확하게 예측할 수 있습니다. 미 국방부 추적 스테이션은 궤도의 가장 작은 변화도 정기적으로 감지하고 이 데이터를 위성으로 전송합니다. 위성까지의 측정된 거리는 결정에 약간의 불확실성이 있기 때문에 의사 거리라고 합니다. 문제는. 지구의 전리층과 대류권은 위성 신호를 지연시켜 거리 계산에 오류를 일으킵니다. 오류의 다른 원인이 있습니다. 특히 온보드 컴퓨터의 계산 오류, 수신기의 전기적 잡음 및 전파의 다중 경로 전파가 있습니다. 하늘에서 위성의 불행한 상대 위치는 총 위치 오류의 증가로 이어질 수도 있습니다. 거리를 결정하기 위해 위성과 수신기는 의사 난수 코드라고 하는 복잡한 이진 코드 시퀀스를 생성합니다. 신호 전파 시간의 결정은 수신기의 동일한 코드에 대한 위성의 의사 난수 코드의 지연을 비교하여 수행됩니다. 각 위성에는 두 개의 의사 난수 코드가 있습니다. 범위 측정 코드와 다른 위성의 정보 메시지를 구별하기 위해 수신기는 해당 코드를 선택합니다. 유사 무작위 레인징 코드와 위성 정보 메시지를 사용하면 상호 간섭 없이 동일한 주파수에서 모든 위성에서 동시에 메시지를 전송할 수 있습니다. 위성의 복사 전력은 낮고 위성 신호의 상호 영향은 무시할 수 있습니다. 차동 측정을 사용하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 측지 좌표를 정확히 알고 있는 지상 기준국은 수신기 위치와 실제 위치 간의 차이를 계산합니다. 수정 형태의 차이는 무선 채널을 통해 소비자에게 전송되어 수신기의 판독 값을 수정합니다. 이러한 수정은 거리 및 위치 측정 오류의 상당 부분을 제거합니다. 수신기의 좌표 계산은 자동으로 수행되며 편리한 지도 제작 형식으로 사용자에게 제공됩니다. 글로벌 GPS 시스템에는 24개의 세그먼트가 포함됩니다. 첫 번째 공간에는 3개의 IC20가 포함됩니다. 고도 200km에서 각각 XNUMX개의 위성으로 구성된 XNUMX개의 궤도를 돌고 있습니다. 두 번째 지상 기반은 위성 항법 정보를 수정하기 위한 지상 기반 제어 스테이션, 제어 및 데이터 입력의 복합체로 구성됩니다. 주둔지는 콜로라도 스프링스의 합동 군사 우주 시스템 통제 센터에 있습니다. 모니터링 스테이션은 위성 천체력의 매개변수를 지속적으로 측정하고 수정 정보를 전송 스테이션을 통해 위성으로 전송하여 소비자에게 전송합니다. 세 번째 세그먼트에는 필요한 모든 내비게이션 데이터를 결정하고 제공하는 사용자 장비인 위성 신호 수신기가 포함됩니다. GPS 정보의 주요 소비자는 미국 국방부입니다. GPS 수신기는 고정밀 순항 미사일의 유도 시스템과 새로운 미국 유도 폭탄의 유도 시스템뿐만 아니라 모든 전투 및 수송 항공기와 선박에 도입되었습니다. 이는 미군이 1000km 거리에서 건물과 구조물에 대해서뿐만 아니라 특정 창을 명중시키는 정확도로도 정밀 유도 미사일 타격을 계획할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 이러한 공격은 잠수함과 공중에서 수행될 수 있습니다. GPS 수신기의 주요 장점. 위에 나열된. - 신뢰성, 유지보수 용이성, XNUMX시간 위치 파악 기능 및 국제 표준 준수. 그러나 언뜻보기에 모든 것이 간단하고 접근하기 쉬운 것은 아닙니다. 내비게이션 시스템을 특징짓는 주요 매개변수는 위치 정확도입니다. 이미 언급한 바와 같이 1983년부터 GPS 시스템은 민간용으로 개방되었지만 완전히는 아니지만 명확히 하겠습니다. 일반적으로 $5000 미만인 전문 민간 GPS 수신기의 경우 C/A 모드만 사용할 수 있으며, 이는 1575,42MHz(L1)의 주파수에서 위성에서 방출되는 소위 자유 액세스 신호로 100m 이내의 위치 정확도를 제공합니다. 오류의 크기는 300m에 달할 수 있습니다.미국 정부는 소위 선택적 액세스 모드를 켜서 언제든지 사용 가능한 C/A 신호의 정확도를 줄일 수 있는 권리를 보유합니다. 즉, 위성 시계의 상당한 오프셋이 의도적으로 생성되고 의사 난수 C/A 코드의 매개 변수가 변경되어 위성의 현재 위치에 대한 정보에 의도적으로 왜곡이 도입됩니다. 이 모든 것이 포지셔닝에 중대한 오류를 초래하고 실제로 GPS 시스템을 사용한 정확한 내비게이션이 불가능하여 사고 및 재난에 대한 전제 조건을 생성합니다. 문제는 이러한 의도적인 데이터 왜곡이 민간 GPS 신호의 모든 소비자와 관련이 있다는 것입니다. 동시에 선택적 접근의 도입은 군사 사용자에게 정상적인 작동과 필요한 높은 정확도를 위한 GPS 수신기 표시기를 제공합니다. 이를 위해 두 번째 주파수인 1227,6MHz(L2)의 위성은 높은 정확도를 제공하는 군용 PY 코드를 방출하지만 민간 수신기에서는 사용할 수 없습니다. 밀리터리 코드에 접근할 수 있는 리시버 인디케이터의 가격은 평균 50만 달러인데, 여기서도 미군은 PY 밀리터리 코드에 접근할 수 있는 리시버 인디케이터가 미국에 적대적인 사용자에게 접근할 수 있는 경우를 예견했다. 이를 방지하기 위해 권한이 없는 사용자가 탐색할 수 없도록 하는 RY 코드 암호화 모드가 도입되었습니다. 주파수 L1과 L2에서 신호 도착 시간을 비교하여 군용 코드 접근 시 위치 정확도도 향상됩니다. 하나의 주파수에서만 코드 C / A로 신호를 수신하면 그러한 기회가 제공되지 않습니다. 위성 내비게이션 시스템의 특징은 바로 그것입니다. 개별 위성이 고장 나면 모든 특성이 점차 저하됩니다. 그런 다음 주기적으로 측정 정확도가 허용 가능한 것보다 낮아지는 영역과 넓은 영역이 있어 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. GPS 시스템의 많은 오작동은 스테이션의 지상 복합 단지에서만 감지됩니다. 15분에서 4시간 정도 지연되어 사용자에게 알림이 전송되며 이러한 이벤트는 약 84개월에 한 번 발생합니다. 일반적으로 러시아 GPS 사용자는 그러한 실패에 대한 정보를 적시에 받을 기회가 없습니다. GPS 시스템의 기능에 대한 보다 자세한 연구 결과 계산에 사용되는 WGS-XNUMX 지구 중심 좌표계는 주로 서양 소비자를 대상으로 한다는 것이 밝혀졌습니다. 러시아에서는 정확한 매핑을 위해 자체 좌표계 PZ-90을 만들었습니다. 이는 WGS-84와 동일하지 않습니다. 그들은 지구 타원체의 다른 모델을 기반으로 하기 때문입니다. 결과적으로 지상의 한 지점에 대해 동일한 측지 위도와 경도가 다를 수 있습니다. 즉, GPS 수신기를 이용하여 러시아 지도에서 장소를 결정할 때 좌표계의 차이로 인해 추가적인 오차가 불가피하다. 불행하게도 현대 사회에서 경제와 정보의 대결은 일상적인 현상이 되었습니다. 동시에 새로운 경제 상황에서 많은 미국 상품과 서비스가 시장에 쏟아져 나왔을 때 우리 소비자도 GPS 시스템의 서비스를 사용할 기회를 가졌습니다. 미국인들은 당신이 좋든 싫든 가능한 모든 사용 사례에서 제품을 "측설"하기 위해 서둘렀지만 북미 해역과 미국 동맹국 지역에서 항해 할 때는 GPS 시스템을 사용하십시오. 이 시스템의 선박 리시버 소유자는 언제 어디서나 미군의 인질이 될 수 있습니다. 또한 GPS의 도움을 받아 러시아 연안 해상을 항해할 때도 지구 중심 좌표계의 불일치로 인해 좌초될 수 있다. 상황에 대한 자세한 연구에 따르면 특히 북미 지역의 GPS 시스템 정확도는 미국의 다양한 도시와 위치에 대한 수많은 수정을 기반으로 합니다. 일반적으로 GPS 수신기의 전자 메모리에 이전에 입력됩니다. 러시아 영토의 경우 이러한 수신기에는 그러한 수정 사항이 없습니다. 전술한 바와 같이 러시아에서 GPS 시스템만을 사용하는 것은 국가 안보의 이익을 침해하는 결과를 낳는다. 1982 년부터 우리나라에서는 GPS와 거의 동일한 원리로 작동하고 민간 사용 가능성을 제공하는 국내 글로벌 항법 위성 시스템 인 GLONASS를 만드는 작업이 시작되었습니다. 이미 1993년 1995월에 이 시스템이 공식적으로 가동되었으며 84년에는 전체 위성과 함께 배치되었습니다. 러시아 GLONASS 시스템의 주요 특징은 민간 응용 모드에서 위치 정확도를 달성한다는 것입니다. 군용 PY 코드를 사용하는 GPS 수신기가 제공하는 정확도에 가깝습니다.또한 GLONASS 수신기는 GPS WGS-90 좌표계와 러시아 PZ-1996 좌표계 모두에서 작동합니다. XNUMX년 러시아 연방 정부는 GLONASS 시스템을 세계 내비게이션 시스템의 구성 요소 중 하나로 제공했습니다. 러시아 공장은 "Breeze", "Reper"와 같은 여러 GLONASS 내비게이션 장치를 생산했습니다. "선장", "그놈-M", "리더", "골리앗". 또한 이러한 수신기 표시기는 GLOHACC / GPS의 결합 버전입니다. 러시아의 이러한 장비 시장은 이제 막 형성되기 시작했습니다. GPS 시스템의 주목할만한 기능을 고려하면 국내 장비는 러시아 시장에 광범위한 GPS 수신기 표시기를 공급하는 거의 1996개의 외국 회사와 심각하게 경쟁할 수 있습니다. 또한 같은 XNUMX년에 국제해사기구(IMO)는 GLONASS와 GPS를 전 세계 무선 항법 시스템의 구성 요소로만 승인하고 결합 모드에서 사용할 것을 권장했습니다. 국내 리시버. 원칙적으로 이들은 이 두 시스템에 결합되고 차동 모드를 가지므로 정렬되지 않은 외국산 GPS 수신기와 비교할 때 이점이 있습니다. 러시아 사용자는 수입 장비를 구입하기 전에 장단점을 심각하게 따져봐야 합니다. 예를 들어, 모스크바 설계국 "Korund"의 GLOHACC/GPS 결합 내비게이션 수신기의 일반적인 특성을 제시합니다. 수신기 표시기는 14개의 위성에서 GLONASS 및 GPS 시스템(C/A 코드)의 신호를 동시에 수신하도록 설계되었습니다. 위치의 평균 제곱근 오차는 10m, 높이 - 15m이며 GLONASS 위성의 유리한 위치(GPS 수신기의 경우 - 각각 30m 및 60m)입니다. 차동 모드에서 좌표를 결정하는 정확도는 1 ~ 3m, 높이는 1,5 ~ 4m, 속도 측정 오류는 0,1m/s입니다. 좌표계 PZ-90, SK-95, SK-42, WGS-84가 사용됩니다. 제어 시스템 및 정보 처리와의 통신을 위한 RS-232 인터페이스가 있습니다. 치수 - 180x195x70mm, 무게 - XNUMX~XNUMXkg. 글로벌 위성 시스템의 결합 수신기 표시기의 러시아 제조업체는 유사한 목적의 장비를 생산하는 외국 회사와 어려운 시장 투쟁에 뛰어 들었습니다. 국내 전문가가 만든 제품이 외국 수신기 지표와 상당히 경쟁력이 있기를 바라는 모든 이유가 있습니다. 저자: V. Kuryshev, Severomorsk, Murmansk 지역.
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