Основы построения спутниковых радионавигационных систем (дисциплина) — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Лекции)
(→‎Календарный план)
 
(не показаны 24 промежуточные версии 1 участника)
Строка 1: Строка 1:
 +
Задача данного курса - сформировать общее представление о спутниковых радионавигационных системах (СРНС). Предполагается подача материала в последовательности: от потребности к формулировке задачи, от задачи к применяемым решениям.
 +
 +
В вводной лекции кратко излагается история развития СРНС: первый спутник, системы первого поколения (Транзит, Циклон, Цикада), нынешние системы второго поколения (NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС и т.д.). Обсуждаются требования к системам второго поколения. Приводится представление СРНС как совокупности трех систем: системы космических аппаратов, системы контроля и управления, навигационной аппаратуры потребителей. Кратко описываются особенности этих систем в СРНС NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС. Описываются общие принципы построения навигационной аппаратуры потребителей (НАП). Приводятся примеры различных сфер применения СРНС.
 +
 +
Во второй лекции приводится классификация и описание методов навигационных определений, приводятся примеры.
 +
 +
Третья лекция посвящена способам описания положения и ориентации объекта в пространстве. Вводятся различные пространственные системы координат, используемые в СРНС: локальная, связанная с объектом, ECI, ECEF, геодезические и т.д. Обсуждаются проблемы, связанные с определением систем координат. Студенты знакомятся с понятиями датума и картографческой проекции.
 +
 +
На четвертой лекции осуществляется переход от пространственных систем координат к временным - шкалам времени. Приводится классификация различных шкал: абсолютное время, астрономическое, атомное, динамическое. Рассматриваются основные шкалы времени в СРНС GPS и ГЛОНАСС: системная, бортовая, шкала приемника. Поднимаются вопросы использования СРНС как источника точного времени.
 +
 
== Календарный план ==
 
== Календарный план ==
  
Строка 5: Строка 15:
 
|+ Календарный план ОП СРНС
 
|+ Календарный план ОП СРНС
 
|- align="center"
 
|- align="center"
−
! № недели || Лекции || Расчетные задания || Лабораторные работы  
+
! № || Дата ||  Лекции || Расчетные задания || Лабораторные работы  
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 1 || [[Введение в СРНС (ОП СРНС, лекция)|История развития СРНС. Структура современных СРНС.]] [[Методы навигационных определений (ОП СРНС, лекция)|Методы навигационных определений.]] || ||
+
| 1 || 06.09 || [[Введение в СРНС (ОП СРНС, лекция)|История развития СРНС. Структура современных СРНС.]] || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 2 || [[Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)|Пространственные системы координат]] || ||
+
| 2 || 13.09 || [[Методы навигационных определений (ОП СРНС, лекция)|Методы навигационных определений.]] (с завершением предыдущей) || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 3 || [[Шкалы и единицы времени (ОП СРНС, лекция)|Шкалы и единицы времени]] || ||
+
| 3 || 20.09 || [[Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)|Пространственные системы координат]] || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 4 || || || Заданы координаты. По формулам произвести пересчет в другие СК. Проверить на имитаторе результат, последовательно переключая приемник из режима в режим. Аналогично различные шкалы времени
+
| 4 || 27.09 || (продолжение) || ||  
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 5 || [[Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)|Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза]] || Решение навигационной задачи ||
+
| 5 || 04.10 || [[Шкалы времени (ОП СРНС, лекция)|Шкалы времени]] || || Продемонстрировать расхождение шкал времени двух приборов
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 6 || [[Критерии выбора навигационного сигнала (ОП СРНС, лекция)|Требования, предъявляемые к навигационным сигналам]] || ||
+
| 6 || 11.10 || [[Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)|Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза]] || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 7 || [[Математическое описание сигналов СРНС (ОП СРНС, лекция)|Математическое описание сигналов различных СРНС]] (Включая энергетику, разброс Доплера и т.д.) || Расчет внутрисистемных помех. Расчет потенциальной точности оценок задержки. И т.д. ||
+
| 7 || 18.10 ||  || Решение навигационной задачи || [[Псевдодальномерный метод позиционирования (лабораторная работа)|Псевдодальномерный метод позиционирования]]
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 8 || ||  || Формирование сигнала ГЛОНАСС СТ в Matlab и его сравнение с сигналом имитатора
+
| 8 || 25.10 || [[Требования, предъявляемые к навигационным сигналам (ОП СРНС, лекция)|Требования, предъявляемые к навигационным сигналам]] ||  ||  
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 9 || [[Навигационное сообщение (ОП СРНС, лекция)|Навигационное сообщение]] (на примере сообщения GPS C/A) ||  ||
+
| 9 || 01.11 || Собрание по теме бакалаврских работ ||  ||  
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 10 || || || Выделение навигационного сообщения из сигнала GPS C/A
+
| 10 || 08.11 || [[Математическое описание сигналов СРНС (ОП СРНС, лекция)|Математическое описание сигналов различных СРНС]] (Включая энергетику, разброс Доплера и т.д.) || Расчет внутрисистемных помех. Расчет потенциальной точности оценок задержки. И т.д. || Формирование сигнала ГЛОНАСС СТ в Matlab и его сравнение с сигналом имитатора
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 11 || [[Подсистема космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Подсистема космических аппаратов]] || ||
+
| 11 || 15.11 ||  || || [[Формирование дальномерного кода сигнала GPS C/A (лабораторная работа)|Формирование дальномерного кода сигнала GPS C/A]]
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 12 || [[Орбитальное движение космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Орбитальное движение космических аппаратов]] || ||
+
| 12 || 22.11 ||  ||  || [[Формирование_и_исследование_существующих_и_перспективных_навигационных_радиосигналов_(лабораторная_работа)|Формирование навигационного сигнала]]
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 13 || || Расчет орбиты НКА по выделенным эфемеридам ||
+
| 13 || 29.11 || [[Навигационное сообщение (ОП СРНС, лекция)|Навигационное сообщение]] (на примере сообщения GPS C/A) || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 14 || [[Основы построения аппаратуры потребителей СРНС (ОП СРНС, лекция)|Основы построения аппаратуры потребителей СРНС]] || ||
+
| 14 || 06.12 ||  || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 15 || [[Подсистема контроля и управления СРНС (ОП СРНС, лекция)|Подсистема контроля и управления СРНС]] || ||
+
| 15 || 13.12 ||  || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 16 || [[Погрешности определения навигационных параметров (ОП СРНС, лекция)|Погрешности определения навигационных параметров]] || ||
+
| 16 || 20.12 || || ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 17 || [[Направления развития технологий спутниковой навигации (ОП СРНС, лекция)|Направления развития технологий спутниковой навигации]] || ||
+
| 17 || 27.12 || [[Основы построения аппаратуры потребителей СРНС (ОП СРНС, лекция)|Основы построения аппаратуры потребителей СРНС]] <br> [[Подсистема контроля и управления СРНС (ОП СРНС, лекция)|Подсистема контроля и управления СРНС]] <br> [[Подсистема космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Подсистема космических аппаратов]] [[Орбитальное движение космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Орбитальное движение космических аппаратов]] || Расчет орбиты НКА по выделенным эфемеридам ||
 
|- align="center"  
 
|- align="center"  
−
| 18 || Итоговое занятие || || Формирование перспективных навигационных сигналов
 
 
|}
 
|}
 +
 +
== Идеи ==
 +
 +
* Добавить лекцию/практику/лабу по стандартам протоколов приемников - NMEA, RINEX, пример бинарного протокола.
 +
 +
== 2013 год ==
 +
 +
=== Занятие 1  (06.09) ===
 +
 +
Проводилось в соответствии с [[Введение_в_СРНС_(ОП_СРНС,_лекция)|задумкой]]. Пожелания на будущее - дополнить материал. Обзор приложений сделать не успел за лекцию, перенес на второе занятие.
 +
 +
=== Занятие 2 (13.09) ===
 +
 +
Первая треть пары - окончание предыдущей лекции. Далее по [[Методы_навигационных_определений_(ОП_СРНС,_лекция)|теме]].
 +
 +
=== Занятие 3 (20.09) ===
 +
 +
Комментарии тут: [[Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)#Замечания на будущий год]]
 +
 +
=== Занятие 4 (27.09) ===
 +
 +
Комментарии всё там же.
 +
 +
=== Занятие 5 (04.10) ===
 +
 +
Комментарии: [[Шкалы времени (ОП_СРНС, лекция)#Практика первого года]]
 +
 +
=== Занятие 6 (11.10) ===
 +
 +
Комментарии: [[Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)#Опыт первого года]]
 +
 +
=== Занятие 7 (18.10) ===
 +
 +
Комментарии: [[Псевдодальномерный метод позиционирования (лабораторная работа)#Опыт первого занятия]]
 +
 +
=== Занятие 8 (25.10) ===
 +
 +
Комментарии: [[Требования, предъявляемые к навигационным сигналам (ОП СРНС, лекция)#Опыт]]
 +
 +
=== Занятие 9 (01.11) ===
 +
 +
[[Blog:Boldenkov/01.11.2013_Завершён_набор_в_бакалавры_2014_года|Собрание по темам бакалаврских работ]].
 +
 +
=== Занятие 10 (08.11) ===
 +
 +
Продолжил тему восьмого занятия с учетом сформированных замечаний.
 +
 +
=== Занятие 11 (15.11) ===
 +
 +
На основании ИКД GPS и краткого рассказа студенты формировали дальномерные коды. Каждый для своего спутника. Использовали Matlab (много времени ушло на вводный курс в него). Код - 10-15 строчек, но ушла вся пара. Результаты сохранили для следующей лабораторной работы.
 +
 +
Контрольные вопросы:
 +
# Запишите обобщенную математическую модель спутникового радионавигационного сигнала. Какой диапазон значений принимают параметры модели для сигналов ГЛОНАСС СТ L1, GPS C/A L1.
 +
# Какими характеристиками обладают дальномерные коды? Чем отличаются дальномерные коды приведенных сигналов? Какие характеристики системы определяют свойства дальномерных кодов?
 +
# Для чего в навигационных системах используется модуляция сигналов дальномерным кодом?
 +
# Как формируются дальномерные коды перечисленных сигналов?
 +
 +
=== Занятие 12 (22.11) ===
 +
 +
Сформированные последовательности дальномерного кода применили в деле. С их помощью на векторном генераторе формировали навигационный сигнал (без учета навигационного сообщения) и обрабатывали его приемником. Всё на основании лабника, за исключением последнего пункта с осциллографом. Большой упор на освоение инструментов - векторного генератора и спектроанализатора. Объяснение принципа их работы.
 +
 +
Формирование навигационного сигнала:
 +
1) Спектральная плотность мощности сигналов GPS L1 C/A
 +
2) Спектральная плотность мощности сигналов ГЛОНАСС L1 СТ
 +
3) Устройство векторного генератора и принцип формирования навигационного сигнала с его помощью (суметь сформировать сигнал с заданной модуляцией в лаборатории)
 +
4) Принцип работы анализатора спектра (суметь получить спектральную плотность мощности сигнала)
 +
 +
=== Занятие 13 (29.11) ===
 +
 +
Можно было бы проверить отчеты по лабораторке, но до этого руки не дошли.
 +
Ребята час разбирались с осциллографом. Я рассказывал как он устроен, о синхронизации.
 +
 +
По навигационной теме:
 +
* Нарисовали то, что ожидаем увидеть
 +
* Сверили I с осциллограммой
 +
* Посмотрели как модулируется несущая
 +
 +
Далее на доске ещё раз напомнил обобщенную модель навигационных сигналов. Составил сводную табличку по сигналам стандартной точности L1: коды, частоты, спектры.
 +
 +
Пошли наблюдать спектры совокупности сигналов ГЛОНАСС и GPS.
 +
 +
=== Занятие 14 (06.12.13) ===
 +
 +
Разбирали структуру навигационного сообщения GPS C/A. SuperFrame->Frame->Subframe->Word->bit. TLM и HOW. Посмотрели модулирующий сигнал на осциллографе. Посчитали битовую скорость. Сравнили с чиповой скоростью. Впечатлились.
 +
 +
Далее выдал запись битового потока (7500 бит) с приемника. Поставил задачу установить subframe'овую синхронизацию, проверить четность, выделить GPS Time. Они освоились в разделах ИКД, взяли задачу на дом.
 +
 +
Контрольные вопросы:
 +
1) Структура навигационного сообщения сигнала GPS C/A (структура суперкадра, кадра, подкадра и т.д. на основе ИКД, их длительности и содержание)
 +
2) Содержание слова TLM
 +
3) Содержание слова HOW
  
 
[[Категория:ОП СРНС (дисциплина)]]
 
[[Категория:ОП СРНС (дисциплина)]]

Текущая версия на 13:35, 27 декабря 2013

Задача данного курса - сформировать общее представление о спутниковых радионавигационных системах (СРНС). Предполагается подача материала в последовательности: от потребности к формулировке задачи, от задачи к применяемым решениям.

В вводной лекции кратко излагается история развития СРНС: первый спутник, системы первого поколения (Транзит, Циклон, Цикада), нынешние системы второго поколения (NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС и т.д.). Обсуждаются требования к системам второго поколения. Приводится представление СРНС как совокупности трех систем: системы космических аппаратов, системы контроля и управления, навигационной аппаратуры потребителей. Кратко описываются особенности этих систем в СРНС NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС. Описываются общие принципы построения навигационной аппаратуры потребителей (НАП). Приводятся примеры различных сфер применения СРНС.

Во второй лекции приводится классификация и описание методов навигационных определений, приводятся примеры.

Третья лекция посвящена способам описания положения и ориентации объекта в пространстве. Вводятся различные пространственные системы координат, используемые в СРНС: локальная, связанная с объектом, ECI, ECEF, геодезические и т.д. Обсуждаются проблемы, связанные с определением систем координат. Студенты знакомятся с понятиями датума и картографческой проекции.

На четвертой лекции осуществляется переход от пространственных систем координат к временным - шкалам времени. Приводится классификация различных шкал: абсолютное время, астрономическое, атомное, динамическое. Рассматриваются основные шкалы времени в СРНС GPS и ГЛОНАСС: системная, бортовая, шкала приемника. Поднимаются вопросы использования СРНС как источника точного времени.

Содержание

[править] Календарный план

Календарный план ОП СРНС
№ Дата Лекции Расчетные задания Лабораторные работы
1 06.09 История развития СРНС. Структура современных СРНС.
2 13.09 Методы навигационных определений. (с завершением предыдущей)
3 20.09 Пространственные системы координат
4 27.09 (продолжение)
5 04.10 Шкалы времени Продемонстрировать расхождение шкал времени двух приборов
6 11.10 Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза
7 18.10 Решение навигационной задачи Псевдодальномерный метод позиционирования
8 25.10 Требования, предъявляемые к навигационным сигналам
9 01.11 Собрание по теме бакалаврских работ
10 08.11 Математическое описание сигналов различных СРНС (Включая энергетику, разброс Доплера и т.д.) Расчет внутрисистемных помех. Расчет потенциальной точности оценок задержки. И т.д. Формирование сигнала ГЛОНАСС СТ в Matlab и его сравнение с сигналом имитатора
11 15.11 Формирование дальномерного кода сигнала GPS C/A
12 22.11 Формирование навигационного сигнала
13 29.11 Навигационное сообщение (на примере сообщения GPS C/A)
14 06.12
15 13.12
16 20.12
17 27.12 Основы построения аппаратуры потребителей СРНС
Подсистема контроля и управления СРНС
Подсистема космических аппаратов Орбитальное движение космических аппаратов 		Расчет орбиты НКА по выделенным эфемеридам

[править] Идеи

  • Добавить лекцию/практику/лабу по стандартам протоколов приемников - NMEA, RINEX, пример бинарного протокола.

[править] 2013 год

[править] Занятие 1 (06.09)

Проводилось в соответствии с задумкой. Пожелания на будущее - дополнить материал. Обзор приложений сделать не успел за лекцию, перенес на второе занятие.

[править] Занятие 2 (13.09)

Первая треть пары - окончание предыдущей лекции. Далее по теме.

[править] Занятие 3 (20.09)

Комментарии тут: Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)#Замечания на будущий год

[править] Занятие 4 (27.09)

Комментарии всё там же.

[править] Занятие 5 (04.10)

Комментарии: Шкалы времени (ОП_СРНС, лекция)#Практика первого года

[править] Занятие 6 (11.10)

Комментарии: Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)#Опыт первого года

[править] Занятие 7 (18.10)

Комментарии: Псевдодальномерный метод позиционирования (лабораторная работа)#Опыт первого занятия

[править] Занятие 8 (25.10)

Комментарии: Требования, предъявляемые к навигационным сигналам (ОП СРНС, лекция)#Опыт

[править] Занятие 9 (01.11)

Собрание по темам бакалаврских работ.

[править] Занятие 10 (08.11)

Продолжил тему восьмого занятия с учетом сформированных замечаний.

[править] Занятие 11 (15.11)

На основании ИКД GPS и краткого рассказа студенты формировали дальномерные коды. Каждый для своего спутника. Использовали Matlab (много времени ушло на вводный курс в него). Код - 10-15 строчек, но ушла вся пара. Результаты сохранили для следующей лабораторной работы.

Контрольные вопросы:

  1. Запишите обобщенную математическую модель спутникового радионавигационного сигнала. Какой диапазон значений принимают параметры модели для сигналов ГЛОНАСС СТ L1, GPS C/A L1.
  2. Какими характеристиками обладают дальномерные коды? Чем отличаются дальномерные коды приведенных сигналов? Какие характеристики системы определяют свойства дальномерных кодов?
  3. Для чего в навигационных системах используется модуляция сигналов дальномерным кодом?
  4. Как формируются дальномерные коды перечисленных сигналов?

[править] Занятие 12 (22.11)

Сформированные последовательности дальномерного кода применили в деле. С их помощью на векторном генераторе формировали навигационный сигнал (без учета навигационного сообщения) и обрабатывали его приемником. Всё на основании лабника, за исключением последнего пункта с осциллографом. Большой упор на освоение инструментов - векторного генератора и спектроанализатора. Объяснение принципа их работы.

Формирование навигационного сигнала: 1) Спектральная плотность мощности сигналов GPS L1 C/A 2) Спектральная плотность мощности сигналов ГЛОНАСС L1 СТ 3) Устройство векторного генератора и принцип формирования навигационного сигнала с его помощью (суметь сформировать сигнал с заданной модуляцией в лаборатории) 4) Принцип работы анализатора спектра (суметь получить спектральную плотность мощности сигнала)

[править] Занятие 13 (29.11)

Можно было бы проверить отчеты по лабораторке, но до этого руки не дошли. Ребята час разбирались с осциллографом. Я рассказывал как он устроен, о синхронизации.

По навигационной теме:

  • Нарисовали то, что ожидаем увидеть
  • Сверили I с осциллограммой
  • Посмотрели как модулируется несущая

Далее на доске ещё раз напомнил обобщенную модель навигационных сигналов. Составил сводную табличку по сигналам стандартной точности L1: коды, частоты, спектры.

Пошли наблюдать спектры совокупности сигналов ГЛОНАСС и GPS.

[править] Занятие 14 (06.12.13)

Разбирали структуру навигационного сообщения GPS C/A. SuperFrame->Frame->Subframe->Word->bit. TLM и HOW. Посмотрели модулирующий сигнал на осциллографе. Посчитали битовую скорость. Сравнили с чиповой скоростью. Впечатлились.

Далее выдал запись битового потока (7500 бит) с приемника. Поставил задачу установить subframe'овую синхронизацию, проверить четность, выделить GPS Time. Они освоились в разделах ИКД, взяли задачу на дом.

Контрольные вопросы: 1) Структура навигационного сообщения сигнала GPS C/A (структура суперкадра, кадра, подкадра и т.д. на основе ИКД, их длительности и содержание) 2) Содержание слова TLM 3) Содержание слова HOW

Источник — «https://2fwww.srns.ru/index.php?title=Основы_построения_спутниковых_радионавигационных_систем_(дисциплина)&oldid=10371»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты