Основы построения спутниковых радионавигационных систем (дисциплина)
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
| № | 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 сигналов C/A GPS | ||
| 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 |
Идеи
- Добавить лекцию/практику/лабу по стандартам протоколов приемников - NMEA, RINEX, пример бинарного протокола.
2013 год
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.
Занятие 2 (13.09)
Первая треть пары - окончание предыдущей лекции. Далее по 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)
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: 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?
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.
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.
