Ты здесь!

Начало этой беседы читай тут.

• Когда говорят, что на спутнике есть часы, то понимать это следует в переносном смысле.
• Когда говорят, что у приёмника есть часы, то это надо понимать в переносном смысле.
• Когда говорят, что у системы есть часы, то это надо понимать в переносном смысле.

А что там у них действительно есть? У них есть генераторы частоты. Эти самые генераторы частоты задают временнУю шкалу. Что это такое? Это что-ли как у градусника? Ну почти. Для наших с вами бесед лучше, чтобы Вы представляли себе генератор частоты (в смысле времени), как некое устройство на выходе которого периодически случаются какие-то события, причём одни и те же. Например, это ящик, из которого каждую тысячную долю секунды падает 1 песчинка. Таким образом, этот ящик представляет из себя генератор частоты (часы) с разрешающей способностью (если можно так сказать) 1 миллисекунда (1 мс) или 1 кГц (кило Герц) и задаёт миллисекундную шкалу времени. В его основе лежит периодически повторяющийся процесс падения песчинок. Как Вы видите это все не противоречит тому, что я писал в первой части.

Так вот, в центре управления системой стоит генератор на основе водородного стандарта. Нестабильность его очень маленькая и в системе он условно считается эталоном и задаёт шкалу времени системы. На спутниках стоят генераторы частоты на основе цезиевого и рубидиевого стандартов, причём их нестабильность выше чем у системных. Эти генераторы задают шкалы времени спутников. Нестабильность их такова, что если её не учитывать, то она сильно влияет на качество позиции. По этой причине в центре управления системой постоянно сверяют шкалы времени спутников со шкалой системы и при необходимости производят корректировку этих шкал. Уход шкалы спутника аппроксимируется полиномом первой или второй степени. Коэффициенты этого полинома входят в состав навигационный информации, передаваемой спутником на землю (читать тут). В приёмнике, к стати, тоже стоит генератор частоты, который задаёт шкалу времени приёмника. Но нестабильность его очень большая, потому что обычно используют дешёвые кварцевые генераторы.Но как Вы скоро узнаете – это не проблема. Нестабильность приводит к тому, что шкала времени (спутника, приёмника) начинает отставать или спешить по отношению к эталону, скажем к шкале системы. Чем выше нестабильность, тем больше будет уход и наоборот.

В итоге, Вы узнали:

1. что часы в системе, на спутнике и в приёмнике называются генератором частоты;
2. что генератор частоты задаёт шкалу времени;
3. что у любого генератора частоты есть нестабильность, которая приводит к смещению шкалы времени.

А почему о времени? Причём тут время, блог о спутниковой навигации. – спросите Вы. Да, Вы, правы, но, есть одно НО (или не одно). Время вот причём: приёмник измеряет задержку прохождения сигнала от спутника до антенны приёмника. Вот и ответ: раз задержка, значит – время.

В житейской практике текущее время часто отождествляют (одно и тоже) с показанием некоторых часов, например наручных. Назовём эти наручные часы «часами Н». Часы Н обычно показывают суточное время. Важно различать понятия истинного времени и показаний часов Н. Ведь часы могут как спешить, так и отставать от истинного времени. За истинное время принято время UTC – Всемирное Координатное Время. UTC — это наследие времени по Гринвичу (GMT), и иногда также ошибочно именуемое GMT. Новое имя было введено, чтобы избавиться от названия определённого места на Земле в международном стандарте. UTC базируется на атомном отсчёте времени, а не на времени в Гринвиче. Следует обратить внимание что время по UTC не переводится зимой и летом. Поэтому для тех мест, где есть перевод на летнее время, смещение относительно UTC меняется.(взято из wiki)

В качестве меры времени, обычно берётся некий периодический (повторяющийся) процесс, например вращения Земли вокруг Солнца (1 год) или вращение Земли вокруг своей оси (1 сутки). Таким образом, в основу любых часов положен периодически повторяющийся процесс. Чем лучше повторяемость каждого периода этого процесса, тем точнее часы можно построить на его основе. Есть ещё важный, на мой взгляд, момент: назовём его масштабом времени. Что если вещь, которую Вы пытаетесь измерить гораздо короче, чем разрешение Вашего инструмента? В этом случае надо взять инструмент с другой (более мелкой) шкалой. Например, возраст маленьких детей мерят в месяцах, а когда подрастает, то в годах и месяцах, и лишь когда они становятся совсем взрослые, то просто говорят, что ему, скажем, 9 лет. Так же и со временем: если нужно измерять очень короткие интервалы, то нужен периодически повторяющийся процесс с очень маленьким периодом, по крайней мере, с периодом меньше чем то, что Вы измеряете.

В классической физике, время — непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени, то есть периодична. Именно на этом принципе и основаны часы. Такая же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В обоих случаях «скорость течения времени» не может ни от чего зависеть, а потому тавтологически равна константе. (взято из wiki)

Среди множества известных природных процессов, на каждой стадии своего развития, человечество выбирает некоторый процесс, который используется как эталон времени. В настоящее время, в соответствии с международными соглашениями, в качестве эталонного используется цезиевый атомно-лучевой стандарт. Дальше Ваш мозг вскипит, если не готовы, то пропустите жирное предложение. Одна секунда – это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Так описывается цезиевый стандарт частоты. Именно этот стандарт используется в часах, котрые устанавливаются на спутники. Но стандарт не запрещает использовать более точные часы. В центре управления системой (GPS или ГЛОНАСС) стоят часы, основанные на водородном стандарте. Они ещё точнее цезиевых, примерно на пару порядков.

В итоге, Вы узнали:

1. что время и показания часов не есть одно и тоже;
2. что в основе измерения времени положен периодический процесс;
3. что у времени есть масштаб.

P.S. Ждите продолжения, это не всё!

Меня все больше и больше радует, что народ из блоговара считает, что сайт интересный, ну или, по крайней мере, хочется так думать. Надеюсь, что положение не изменится. Самую хорошую невоенную статью с упоминанием обо мне я читал с удовольствием, так как беглым взглядом так и не нашёл, где ссылка стоит. Зачёт! Есть, конечно, и другие упоминания, но они скучны. Этот парень просто ведёт описание боевых действий. Побольше хороших статей.

Зовут меня Дима, как видно из подписей к постам. У Вас, наверное, есть вопрос: «А откуда он столько знает про GPS и про ГЛОНАСС, а наверно ещё и про SBAS?» Матерным словам не удивляйтесь. Просто ещё не успел рассказать, что они значат. Знаю я про это вот как. Довелось мне закончить МАИ (Московский Алкогольный Институт, если что), факультет №4 – ФРЕЛА (Факультет Радиоэлектроники Летательных Аппаратов) с отличием (пиарюсь). А откуда в алкогольном институте факультет по радиоэлектроники, да ещё и летательных аппаратов? – спросите Вы. Если не знаете ответ, то спросите у знакомых, Вам помогут. Не суть. Потом некоторое время довелось мне послужить в Щелково-7 под Москвой, в Космических Войсках. Насмотрелся я там и наслушался про ГЛОНАСС все, что только можно. С навигацией знаком ещё по институту, а потом пошел работать в одну из крупнейших и самых старых фирм, которая делает GPS\GLONASS приёмники. Она с 1989 года находится в Москве, как ни странно. Называть её не буду, дабы спать хорошо. Вот тут я и понабрался опыта разработки и инжиниринга в этой сфере. Пишу я всё, что знаю и стараюсь это делать понятным языком. Есть вещи, конечно, которые можно просто передать от автора. Тогда я напишу ссылку на литературу. По сути, блог – откровения разработчика.

Читая ссылки на свой блог, с удивлением обнаружил, что есть некоторые индивидуумы, которые не верят, что я все пишу сам. Ну в пределах разумного, конечно, как я заметил выше. Никак не могу понять, почему люди иногда выкидывают посты ради ссылок? Может кто подскажет. Игра – это конечно хорошо, но зачем же так херово играть?! Начал периодически почитывать статьи этого мастера, дабы понять как правильнее писать. Нашёл интересный пост, полностью с ним согласен, более того, сам так думал. Вот ещё местечко, которое мне очень понравилось. Добавил его даже в РСС. Играйте на здоровье, только честно.

Пришло, кажется, время поговорить о точности приёмников. Например, в такой последовательности:

1. Что это такое – точность?
2. На что она влияет?
3. Откуда приёмник её знает?
4. А имеет ли смысл сравнивать приёмники по точности?
5. Если имеет, то как и зачем?

1. В данном контексте я бы так сказал о точности. Предположим, приёмник выдал Вам значения ваших координат. Вы так радостно начали их использовать, но вот хотите знать, на сколько этим координатам можно доверять. Иными словами, Вам интересно на сколько эти значения отличаются от истинных Ваших координат. В этом случае приёмник может сообщить вам некоторые числа, сказав, что это точность вашей позиции. Эти числа по сути – оценка ошибки (если проще, то сама ошибка) расчета позиции. Чем эти числа меньше, тем меньше ошибка, и тем больше можно доверять полученной позиции. Конечно, это всё справедливо, если приёмник правильно оценивает точность. Назовите это как хотите: правильно ее считает, использует правильные формулы для ее вычисления и прочее. К стати, не исключено, что приёмник может просто «тыкать пальцем в небо» и с потолка брать значения точности. Такое я встречал и не раз. Но не стоит расстраиваться, не всё так плохо. В основном, точность получается в процессе расчёта координат или высчитывается по эмпирическим формулам. Тем не менее, полученное от приёмника число нужно ещё правильно истолковать. Про это я расскажу потом.
2. Да, по большому счету, она не на что не влияет. Обычно она влияет на то, как юзер будет толковать полученные координаты: как совсем плохие или, например, как очень хорошие.
3. Приёмник вычисляет ее у себя внутри, как я уже писал. По формулам или как побочный продукт решения навигационной задачи или как нибудь ещё. В любом случае – это вещь весьма мутная. Я, как профессиональный инженер, отношусь к этим точностям весьма скептически, даже в тех приёмниках, что делаю сам. Что поделать?! настолько все «плохо»
4. Смысл имеет. Более того, иногда интересно сравнить то, что выдает приёмник с тем, что у него написано в даташите (data sheet). Иногда, чтобы получить одинаковые (до 1 цифры после запятой) значения уходит уйма времени. Иногда их можно и не получить, в этом случае можно и в суд подать, если вы уверены в своей правоте.
5. Сравнивать можно только одинаковые по смыслу величины. Пример: У приёмника Q точность CEP(это английские буквы, читается «сеп») 1 метр, а у приёмника W точность 1,5 метра в 95% случаев. Значит ли это что приёмник Q лучше по точности? Вовсе нет. Точность по CEP это вовсе не точность в 95% случаев. Эти цифры сравнивать нельзя. Как сравнивать такие приёмники и что это за точности я расскажу потом, это долго.

Ну сами посудите. Стоит в чистом поле коробочка. Принимает что то с неба (не важно пока что). Говорит вам где Вы там в поле стоите (координаты Ваши) и курите бамбук. И при этом ещё и знает!!! на сколько она сама же точно Вам говорит ваше местоположение. Ну не шаманство? Ещё какое! Шаманство с бубном! (С).

P.S. Не могу не писать про войну. Затягивает, сцуко. Вот ссылочка на место боевых действий. Радуют посты типа тиких, все четко и по теме. Респект. Читал нудника, вот этот пост. Очень позитивно и по теме. К стати, его предыдущий пост тоже в тему. Радует,что начинаю появляться посты с позитивными ссылками, вот как этот. Большое спасибо. Вот ещё бы по сути блога высказываться начали: что понятно, что не поянтно, о чем писать или не писать. Было бы супер.

Что только они нам на Землю не передают! Ужас что творится.

Для определения позиции на земле необходимы какие-то знания о спутниках, которые приёмник хочет использовать при расчёте позиции. Например нужны их координаты, нужна информация о том, на сколько сигнал задержался в ионосфере, нужны сведения о точности «часов», установленных на спутнике и др.

Каждый спутник сообщает приёмнику о себе следующие данные:

1. Свои эфемериды – это числа, по которым можно посчитать координаты спутника в приёмнике на заданный момент времени. (Убейте меня за эти слова)
2. Некие числа, которые говорят о точности «часов» спутника. По ним можно оценить на сколько «часы» спутника отстают или спешат по отношению к часам системы (GPS или ГЛОНАСС).
3. Параметра модели ионосферной задержки. Используя эти числа, можно посчитать ионосферную задержку для сигнала.
4. Альманах на себя и другие спутники. Альманах – это числа, по которым можно грубо прикинуть, где находится спутник. Наличие альманаха помогает более быстро ловить спутники, когда они выходят из-за горизонта и сужает диапазон их поиска.
5. Временные метки, с помощью которых формируется временная шкала спутника в приёмнике.Это очень важно!

P.S. Война меня сильно затянула и измотала. Хотя, должен признать, я наткнулся на некоторое количество интересных блогов. Нашел там интересный блог про фотографию. Понравилась эта фотка (Люблю Питер). Ещё больше люблю сам снимать. К стати, я по роду деятельности программист, и ради интереса посетил вот этот сайтик. К своему удивлению ничего не нашёл про C и C++, а жалко. Было бы интересно почитать мысли блогосферы по этому поводу. Но всё равно должен сказать, что игра интересная, так как даже Апач в неё режется.

Хочется рассказать, что из себя представляет космический сегмент ГЛОНАСС. Теоретически орбитальная группировка (ОГ) включает в себя 24 спутника. Они вращаются на трёх круговых орбитах по 8 спутников на каждой. Разнос орбит составляет 120 градусов. Угловое расстояние между спутниками 45 градусов. Период обращения спутника по орбите 11 часов 15 минут 44 сек. Высота орбиты над поверхностью Земли 18840 – 19940 км. (средняя 19100 км.). Наклонение орбит 64,8 гр. +-0,3гр. Эксцентриситет орбиты 0+-0,01. Максимальные уходы спутников относительно идеального положения на орбите не превышают+-5гр. за интервал в 5 лет. Расположение спутников на орбитах выбирается таким образом, чтобы в любой точке Земли было видно не менее 4х спутников. В системе используется частотное разделение каналов «спутник-приёмник». Это значит, что каждый спутник гонит волну на своей несущей частоте. Спутники излучают в 2х диапазонах (на 2х несущих) : L1 = 1602 МГц и L2 = 1246 МГц. На жаргоне разработчиков эти частоты называются «первая» и «вторая» несущие. Шаг по частоте L1 оставляет 9/16 = 0,5625 МГц, а по частоте L2 7/16 = 0,4325 МГц. Отношение второй и первой частот равно 7/9. Для расчёта несущих частот спутников используется следующие формулы:

f1_k = L1 + K*delta_f1

и

f2_k = L2 + K*delta_f2.

Прошу прощения за дурацкое написание формул, но WordPress не поддерживает другого.

f1_k и f2_k – это несущие. delta_f1 = 9/16 = 0,5625 МГц, а f2_k = 7/16 = 0,4325 МГц. Магическая Константа К называется литерой спутника. Это просто число из допустимого диапазона. Диапазон задается в ЦУСе в несколько этапов:

1-й этап 1995-1998 г.

На этом этапе спутники ГЛОНАСС полностью прекращают передачу сигналов в диапазоне с литерами 16, 17, 18, 19, 20 (полоса 1610,6-1613,8 МГц). Литеры частот 13, 14 и 21 имеют ограниченное использование. Находящиеся в эксплуатации спутники будут использовать без ограничений литеры К = 0, 1,…,12, 22, 23, 24. Новые спутники ГЛОНАСС, запускаемые на орбиту на 1-м этапе (1995-1998 г.), будут использовать литеры частот К = 0, 12. Однако на них будет предусмотрена возможность использования литеров частоты К = (-7,…,-1).

2-й этап 1998-2005 г.

На этом этапе находящиеся в эксплуатации спутники ГЛОНАСС будут использовать без ограничений литеры частот: К = 0,…,12. Литер частоты К = 13 будет использоваться ограниченно.

3-й этап с 2005 г.

На этом этапе все находящиеся в эксплуатации спутники ГЛОНАСС будут использовать литеры частот К = (-7,…,+6), причём литеры +5 и +6 будут использоваться лишь как технологические и ограниченные периоды времени (например, при восполнении орбитальной группировки).

Что Вы узнали:

1. Что представляет из себя орбитальная группировка ГЛОНАСС.
2. На каких частотах излучают спутники ГЛОНАСС.
3. Частотный план в 3 этапа

P.S. Всегда хотел побольше узнать о маркетинге, поэтому начал читать вот этот блог. А натолкнула меня на это война.

Подсадил меня тут Padlik
на войнушку блогеров. Блогер из меня, конечно, не ахти какой, как Падлик пишет, но с его помощью, надеюсь, преуспею на этом поприще. К стати, зарегиться можно тут. Всем удачи.

Прежде чем рассказывать про передачу информации со спутников, хочу немного понудить про то, как вообще происходит передача. Примерно так.

При передаче всегда есть передатчик и приёмник. На расстояние информация передаётся путём радиоволн. Радиоволна – это гармоническое колебание, например, описываемое функцией sin(x). Важным является выбор частоты в системе передачи. Её значение зависит от многих факторов. И мы обсуждать не будем (пока). Вот математическая модель гармонического колебания:

S(t) = A*sin(2pi*f*t + phi)

A – амплитуда колебания
pi = 3.14159265

f – частота колебания
t – время
phi – читается «фи», начальная фаза колебания. Путь для простоты будет phi =0.

Вот конечное уравнение колебания S(t) = A*sin(2pi*f*t). Думаю пока все понятно. Для наглядности вот график этой функции с обозначениями:

На графике А = 2. f = 10 Hz. t = 0 до 2 сек.

В радиотехнике эту частоту f принято называть несущей частотой, или просто несущей, потому что она переносит информацию. Представьте себе, что передача происходит в пустом пространстве, где нет других источников всевозможного излучения. Есть один сигнал – его и излучаем. В этом случае нет проблем. А что делать, если у нас есть много передатчиков и один приёмник? Как сделать так, чтобы приёмник знал от какого передатчика принимает сигнал? Вариантов много, но расскажу про самые используемые. Приёмник, передатчик и среда распространения сигнала называется каналом связи. В случае, когда передатчиков больше одного, то используется разделение каналов.

Для примера рассмотрим систему: приёмник, 3 передатчика.

1. Все передатчики излучают один и тот же сигнал. В этом случае приёмник будет принимать все 3 сигнала (сумму сигналов) и не сможет разобрать от какого из приёмников пришел сигнал. С точки зрения приёмника, передатчик, как бы, одни. Мы не сможем выделить информацию от каждого из передатчиков.
2. Есть вариант, когда каждый передатчик будет излучать одинаковый сигнал, но на своей частоте, скажем передатчик 1 излучает на частоте 100 МГц , передатчик 2 – 150 МГц, передатчик 3 – 200 МГц. В этом случае приёмник должен просто принимать сигналы на разных частотах и сама частота и является идентификатором того, с какого передатчика был послан сигнал. Этот метод называется частотным разделением каналов. Один из самых древних, надо сказать, и любимых в СССР. Житейский пример: есть бочка, в которую из 3х разных мест надо налить воды. В этом случае будет 3 разных желоба из этих трёх мест. И мы знаем что течёт, ориентируясь на жёлоб, то есть жёлоб является уникальным признаком, того откуда вода пришла.
3. Есть другой вариант. Все передатчики изучают на одной частоте, НО перед началом очередной посылки они посылают, скажем, уникальные код. Приёмник его принимает и знает, что это сигнал от конкретного передатчика (в действительности немного не так). Этот метод называется кодовым разделение каналов. Житейский пример: та же бочка. В этом случае жёлоб один, но по нему текут жидкости разной плотности, чтобы они не смешивались. На приёмном конце мы по плотности жидкости определим, откуда она.

Есть и другие варианты разделения каналов, но они нам в данном контексте не интересны.

Что мы узнали:

1. Вся информация передаётся на расстояние с помощью гармонических колебаний.
2. Частота этого колебания, на которой происходит передача, называется несущей частотой.
3. Для наличия в системе более одного передатчика нужно обеспечить возможность приёмнику знать от какого из передатчиков получен сигнал. То есть нужно обеспечить многоканальность.
4. Для обеспечения многоканальности служат методы разделения каналов.
5. Есть Частотное Разделение Каналов (ЧРК). В английском – FDMA (Frequency Division Multiple Access).
6. Есть Кодовое Разделение Каналов (КРК). В английском – CDMA(Code Division Multiple Access).

P.S. Для пытливых умов будет продолжение с описанием этих способов более подробно.

Структура системы GPS во многом сходна со структурой ГЛОНАСС. Нашёл на американском сайте описание структуры и перевёл с добавлением того, что знаю сам.

1. Космический сегмент – орбитальная группировка из таких вот спутников.
2. Контрольный сегмент. Состоит из станций слежения по всему миру. Центр управления системой (ЦУС, Master Control facility) находится на аэровоздушной базе Schriever (формально это Falcon AFB) в Колорадо (Colorado). Станции измеряют дальномерные сигналы со всех спутников. Эти сигналы являются частью модели орбитального движения спутника. На основе модели получаются точные орбитальные параметры движения спутника и уход его шкалы времени относительно шкалы системы. Все эти параметры потом загружаются на спутник по радио каналу в ЦУС.
3. Сегмент пользователей (или потребителей).

Собственно все! В связи с тем, что система тоже военная, то информации мало. Если у когото есть более подробные источники, то милости просим!

Читал опять «Взгляд». Стать я про антитеррористическую систему слежения за транспортом, если что. Ввести хотят, но никто ничего не знает и всё, типа, секретно. Вот пишут:

«Как поясняют специалисты, если ГИБДД применяет систему «Поток» автономно и мобильно, то для целей, поставленных НАК, придется объединять сканирующие компьютеры в единую централизованную сеть. Для этого придется более активно, чем в случае с ГИБДД, задействовать различные каналы связи: спутниковый, оптический, Интернет, GPS – в зависимости от того, какой из них наиболее доступен в данный момент в той или иной местности. «

Когда вдруг GPS (система глобального позиционирования, если что) стала каналом связи??? Опять говорят лиж бы сказать. В системе, конечно, есть спутники, но не для связи.