Systemy satelitarne GPS, Galileo i inne / Janusz Januszewski.

Systemy satelitarne GPS, Galileo i inne / Janusz Januszewski. - wyd. 2.
– Warszawa, 2010
Spis treści
Wstęp
Wykaz najwaŜniejszych skrótów
PODSTAWY RUCHU SZTUCZNEGO SATELITY ZIEMI
PO ORBICIE OKOŁOZIEMSKIEJ
1.1. Sztuczny satelita Ziemi
1.1.1. Satelita nawigacyjny
1.1.2. Teoria ruchu satelity
1.1.3. Pierwsza prędkość kosmiczna
1.2. Ruch sztucznego satelity po orbicie okołoziemskiej
1.2.1. Prawa Keplera
1.2.2. Orbita satelity i jej elementy
1.2.3. Widzialność satelity
1.2.4. Trasa satelity na powierzchni Ziemi
1.3. Parametry połoŜenia satelity i obserwatora w przestrzennym układzie
współrzędnych prostokątnych
1.3.1. Ogólna charakterystyka przestrzennych układów współrzędnych
prostokątnych
1.3.2. Określanie parametrów połoŜenia i ruchu satelity na podstawie znajomości
elementów jego orbity
1.3.3. Współrzędne prostokątne pozycji obserwatora w geocentrycznym układzie
ziemskim
XI
XIII
1.
TEORETYCZNE PODSTAWY DZIAŁANIA NAWIGACYJNYCH
SYSTEMÓW SATELITARNYCH
2.1. Określanie róŜnic odległości między pozycją obserwatora a kolejnymi
pozycjami satelity
2.1.1. Wykorzystanie zjawiska Dopplera
2.1.2. Zasada scałkowanych pomiarów dopplerowskich
2.1.3. Wpływ refrakcji jonosferycznej
2.2. Określanie odległości dzielącej satelitę od uŜytkownika
2.2.1. Pomiar pseudo odległości dzielącej satelitę od uŜytkownika
2.2.2. Wpływ refrakcji jonosferycznej
2.2.3. Wpływ refrakcji troposferycznej
2.3. Budowanie nawigacyjnych systemów satelitarnych i ich załoŜenia
2.4. Organizacja nawigacyjnych systemów satelitarnych
2.4.1. Segment kosmiczny
2.4.2. Segment naziemny
2.4.3. Segment uŜytkownika
2.4.4. Częstotliwość fali nośnej
2.4.5. Sposoby modulacji i kodowania sygnałów
2.4.6. Interfejsy i formaty transmisji danych
2.5. Parametry eksploatacyjne nawigacyjnych systemów satelitarnych
2.5.1. Zasięg i niezawodność systemu
2.5.2. Dokładność określanej pozycji uŜytkownika
2.5.3. Dostępność i nasycenie systemu
2.5.4. Zdolność systemu do ostrzegania o niewłaściwym funkcjonowaniu
2.5.5. Opłaty za korzystanie z systemu
1
1
2
2
3
4
4
7
11
16
16
16
17
20
2.
24
24
26
30
31
32
32
33
38
40
42
43
48
50
51
53
55
58
58
59
60
61
62
3.
OKREŚLANIE POZYCJI ZA POMOCĄ NAWIGACYJNYCH SYSTEMÓW
SATELITARNYCH I JEJ DOKŁADNOŚCI
3.1. Matematyczne podstawy określania współrzędnych pozycji i oceny jej
dokładności
3.1.1. Obliczanie współrzędnych pozycji
3.1.2. Ocena dokładności określania pozycji
3.1.3. Czynniki wpływające na dokładność pozycji uŜytkownika
3.2. Geoida, elipsoida i układy odniesienia
3.2.1. Geoida i elipsoida
3.2.2. Układy odniesienia
3.3. Pojęcie czasu, jego wzorce i skale
3.3.1. Wzorce czasu i częstotliwości
3.3.2. Definicja jednostki czasu
3.3.3. Skale czasu
63
63
64
66
73
75
75
78
81
83
85
86
4.
SYSTEM GPS - SEGMENT KOSMICZNY I NAZIEMNY
4.1. Budowanie systemu i jego załoŜenia
4.2. Segment kosmiczny - satelity systemu
4.2.1. Parametry orbit, liczba i rozmieszczenie satelitów
4.2.2. Budowa satelity
4.2.3. Konstelacja satelitów i jej parametry
4.3. Charakterystyka sygnałów emitowanych przez satelitę
4.3.1. Częstotliwość nośna
4.3.2. Modulacja sygnału
4.3.3. Kodowanie sygnałów
4.3.4. Depesza nawigacyjna
4.3.5. Zniekształcenia i zakłócenia
4.4. Segment naziemny
4.4.1. Stacje śledzące
4.4.2. Stacja główna
4.4.3. Stacje korygujące
93
93
98
98
104
110
112
113
117
121
124
133
136
138
140
141
5.
SYSTEM GPS - SEGMENT UśYTKOWNIKA
5.1. Określanie pozycji uŜytkownika i jej dokładność
5.1.1. Pomiar pseudoodległości
5.1.2. Błędy pomiaru pseudoodległości, budŜet błędów
5.1.3. Obliczanie współrzędnych satelity i uŜytkownika
5.1.4. Dokładność pozycji uŜytkownika
5.2. Charakterystyka ogólna odbiorników nawigacyjnych
5.2.1. Odbiorniki XX wieku
5.2.2. Zasada działania współczesnego odbiornika
5.2.3. Antena odbiorcza
5.2.4. Odbiorniki GPS w odbiornikach wielosystemowych
5.2.5. Podział odbiorników systemu GPS
5.3. Parametry techniczno-eksploatacyjne odbiorników
5.3.1. Parametry odbiorników stacjonarnych
5.3.2. Parametry odbiorników przenośnych
5.4. Kryteria i wymogi odnoszące się do odbiorników systemu GPS
5.4.1. Wymogi Międzynarodowej Organizacji Morskiej IMO
5.4.2. Wymogi Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej IEC
143
143
143
145
151
155
157
158
159
161
164
165
166
166
186
190
191
193
6.
SYSTEM GPS - EKSPLOATACJA I PERSPEKTYWY ROZWOJU
6.1. Eksploatacja systemu
6.1.1. Wybrane parametry eksploatacyjne systemu
6.1.2. Zastosowanie systemu w róŜnych dziedzinach gospodarki i nauki
6.1.3. Ograniczenia eksploatacyjne systemu
6.1.4. Problemy eksploatacyjne odbiornika stacjonarnego
6.1.5. Problemy eksploatacyjne odbiornika przenośnego
6.1.6. Czas w systemie GPS i jego zliczanie
6.2. Perspektywy rozwoju systemu
6.2.1. Rozbudowa i modernizacja segmentu kosmicznego
6.2.2. Segment naziemny
6.2.3. Segment uŜytkownika, przewidywana dokładność pozycji
6.2.4. System GPS trzeciej generacji
6.2.5. Plany radionawigacji administracji amerykańskiej
195
195
195
196
198
200
200
204
207
207
209
210
212
214
7.
7.1.
7.2.
216
216
218
218
222
224
227
231
233
234
7.3.
7.4.
7.5.
SYSTEM GLONASS
Budowanie systemu
Segment kosmiczny
Parametry orbit, liczba i rozmieszczenie satelitów
Budowa satelity
Częstotliwość nośna
Depesza nawigacyjna
Segment naziemny
Określanie pozycji
Stan obecny systemu i perspektywy na przyszłość
8.
ODMIANY RÓśNICOWE NAWIGACYJNYCH SYSTEMÓW
SATELITARNYCH
8.1. Ogólna koncepcja odmiany róŜnicowej
8.1.1. Funkcjonowanie systemu satelitarnego w odmianie róŜnicowej
8.1.2. Metody określania poprawek róŜnicowych i ich przesyłania
uŜytkownikom
8.1.3. Określanie pozycji uŜytkownika i jej błąd
8.2. Odmiana róŜnicowa systemu GPS - DGPS
8.2.1. Zasada odmiany róŜnicowej
8.2.2. Budowanie odmiany róŜnicowej dla uŜytkownika morskiego
8.2.3. Wykorzystanie odmiany róŜnicowej w nawigacji morskiej
8.2.4. Format transmisji danych RTCM SC-104
8.2.5. Odbiorniki nawigacyjne
8.2.6. Wymagania ITU i IMO
8.2.7. Sieciowe wersje odmiany róŜnicowej
8.2.8. Komercyjne wersje odmiany róŜnicowej
8.2.9. Współpraca odbiornika DGPS z innymi urządzeniami
8.2.10.Zalety i wady systemu odmiany róŜnicowej
8.3. Odmiana róŜnicowa systemu GLONASS - DGLONASS
8.4. Satelitarne systemy wspomagające
8.4.1. System WAAS
8.4.2. System EGNOS
8.4.3. System MSAS
8.4.4. System QZSS
8.4.5. System GAGAN
8.4.6. Odbiorniki systemów wspomagających
8.4.7. Porównanie systemów wspomagających
237
237
237
238
240
241
242
244
247
250
255
261
262
268
270
270
272
273
277
278
283
283
285
286
286
9.
SYSTEM GALILEO
9.1. Budowanie systemu
9.2. ZałoŜenia systemu
9.2.1. Korzyści z wprowadzenia systemu na rynek
9.2.2. Przewidywana liczba uŜytkowników
9.3. Segment kosmiczny
9.3.1. Konstelacja satelitów i jej parametry
9.3.2. Budowa satelity
9.3.3. Budowanie segmentu kosmicznego
9.4. Charakterystyka sygnałów emitowanych przez satelity
9.4.1. Częstotliwość nośna i parametry sygnału
9.4.2. Depesza nawigacyjna
9.4.3. Skala czasu systemu Galileo
9.5. Segment naziemny
9.5.1. Działanie segmentu naziemnego
9.5.2. Liczba i rozmieszczenie stacji śledzących
9.6. Serwisy oferowane przez system Galileo
9.6.1. Serwis otwarty
9.6.2. Serwis komercyjny
9.6.3. Serwis bezpieczeństwa Ŝycia
9.6.4. Serwis kontrolowany publicznie
9.6.5. Serwis poszukiwania i ratownictwa
9.7. Perspektywy wykorzystania systemu w róŜnych dziedzinach gospodarki
9.7.1. Transport
9.7.2. Telekomunikacja
9.7.3. Finanse, bankowość i ubezpieczenia
9.7.4. Inne dziedziny gospodarki
9.8. Odbiorniki systemu Galileo
289
289
294
294
296
297
297
298
299
300
300
302
305
305
305
307
308
309
310
310
311
312
313
313
317
317
318
320
10.
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
10.5.
321
321
322
325
328
NAWIGACYJNE SYSTEMY SATELITARNE PRZYSZŁOŚCI
System Compass
System globalny GNSS
Analiza porównawcza systemów GPS, GLONASS, Galileo i Compass
Prognoza na lata dwudzieste trzeciego tysiąclecia
Perspektywy wykorzystania nawigacyjnych systemów satelitarnych w
transporcie na świecie i w Polsce
328
Literatura
332
Skorowidz
336
oprac. BPK