Технические
характеристики
|
Garmin 18 LVC
|
Garmin 128
|
Источник
питания
|
60 мА - 5.0 В.
|
10-40 В.
|
Число каналов
приемника
|
12
|
12
|
Точность
определения координат
|
15 м.
|
15 м.
|
Точность
определения скорости
|
0.05 м/с.
|
0.05 м/с.
|
Частота
обновления
|
1 раз/с.
|
1 раз/с.
|
Горячий старт
|
2 с.
|
2 с.
|
Теплый старт
|
15 с.
|
15 с.
|
Холодный старт
|
45 с.
|
45 с.
|
Тип антенны
|
внутренняя
|
дистанционная
антенна с кабелем длиной 9 м.
|
Интерфейсы
|
RS-232, NMEA
0183.
|
NMEA 0183 и
RTCM 104
|
Размеры (ДхВ),
(ВхШхТ)
|
61x19,5 мм.
|
12,45x16,36х6,1
см.
|
Вес
|
161.6 г.
|
454 г.
|
2.3 Первичные
данные GPS - приёмника
NMEA ("National Marine Electronics Association") -
полное название "NMEA 0183" - текстовой протокол связи морского (как
правило, навигационного) оборудования между собой. Стал особенно популярен в
связи с распространением GPS приёмников, использующих этот стандарт. Данный
протокол в настоящее время используют большинство программного обеспечения,
предназначенного для синхронизации GPS приёмника с персональным компьютером.-
приёмник имеющий интерфейс NMEA 0183 поддерживает обмен следующими строками:
. NMEA 0183 версия 3.0:
2. GPGGA - данные о последнем определении местоположения
. GPGLL - координаты, широта/долгота
. GPGSA - DOP (GPS) и активные спутники
. GPGSV - наблюдаемые спутники
. GPWPL - параметры заданной точки
. GPBOD - азимут одной точки относительно другой
. GPRMB - рекомендуемый минимум навигационных данных
для достижения заданной точки
. GPRMC - рекомендуемый минимум навигационных данных
. GPRTE - маршруты
. HCHDG - данные от компаса
Собственные строки фирмы Garmin:
. PGRME - оценка ошибки измерений
2. PGRMM - картографические данные
. PGRMZ - высота
. PSLIB - контроль приёма маяков
Для проведения анализа данных, полученных в результате
экспериментов нам потребовалось выделить из всего набора данных (см. выше),
только лишь 2 строки за каждый момент времени GPRMC и GPGSA.
Пример строки GPRMC:
$GPRMC,
191015,A,6734.1577,N,03324.9848,E,000.0,299.3,090409,013.2,E*77
Составляющие данной строки, необходимые для последующих
вычислений:
. 191015 - 19 часов, 10 минут, 15 секунд.
2. А - данные достоверны.
. Широта 6734,1577, северная (формат GGMM. MM - 2
цифры градусов ("GG"), 2 цифры целых минут, точка и дробная часть
минут переменной длины.)
. Долгота 03324.9848, восточная (формат GGMM. MM).
Пример строки GPGSA:
$GPGSA,A,2,,,,,10,,,21,24,,,,3.6,3.5,1.0*35
Составляющие данной строки, необходимые для последующих
вычислений:
. 3,6 - ошибка определения местоположения (Position
dilution of precision, 0.5 to 99.9 - PDOP)
2.4
Использованные программы из математического обеспечения GPS
Описание программы VisualGPSXP.
Программа VisualGPSXP предназначена для сбора данных,
передаваемых в NMEA сообщениях, и отображения их в графическом виде, а также
выводит различную информацию, измеряемую приемником GPS. Дополнительно,
подсчитывает позицию и выдает оценку ее точности.
Возможности программы "VisualGPSXP":
. Возможность подключения GPS приемника через
последовательный RS-232 порт, либо анализ данных из готового текстового файла
данных с различными скоростями воспроизведения.
2. Отображения в "аналоговом" виде показателей
высоты, горизонтальной и вертикальной скоростей, направления движения.
. Графическое представления уровня спутниковых
сигналов и значений угла возвышения и азимута.
. Усреднение позиции и подсчет статистики.
Системные требования:95/98/ME/NT4/2000/XPприемник:
Любой GPS приемник с поддержкой протокола NMEA 0183
Рис. 5. Информация о качестве принимаемых сигналов с ИСЗ в
Дб.
Рис.6а. Положения видимых на небосводе спутников, рис.6б.
Среднее значение определяемой позиции и среднеквадратичное отклонение от этого
значения за определённый интервал времени.
На рис. 5 представлена информация о качестве сигналов,
принимаемых с ИСЗ, выраженная в виде соотношения сигнал/шум измеряемая в Дб, а
также порядковый номер каждого из спутников, наблюдаемых в данный момент
времени.
На рис. 6а в графическом виде представлена картина
расположения спутников на небосводе в определённый момент времени, на которой
чётко наблюдаются траектории пролёта каждого из спутников (отмечены зелёной
линией), а также номера каждого из них. На рис. 6б в географических координатах
представлено среднее значение позиций приемника, среднеквадратичное отклонение,
а также реальные отклонения в каждый момент времени.
В результате обработки данных, записанных с GPS-приёмника, с
помощью программы VisualGPSXP получаем тестовый файл для дальнейшей обработки.
Описание программы GPSAnalyzer (приложение 1)
Программа GPSAnalyzer предназначена для обработки готовых
текстовых файлов, получаемых при помощи VisualGPSXP.
Возможности программы "GPSAnalyzer”:
. Обработка готовых текстовых файлов с различных видов
GPS - приёмников.
2. Построение графиков отклонения по широте и долготе в
заданный период времени.
. Построение зависимости параметра PDOP от времени.
. Создание файлов формата CSV для дальнейшей обработки
исходных данных отклонений по широте и долготе, а также параметра PDOP в других
программах.
Рис. 7. Графическое отображение ошибки позиционирования по
широте и долготе.
Рис. 8. Картина зависимости параметра PDOP от времени.
На рис. 7 графически представлена зависимость отклонения по
широте и долготе от времени, выраженная в метрах, с возможностью выбора
определённой даты.
На рис. 8 изображена графическая зависимость параметра PDOP
от времени.
Описание программы GPSPicking (приложение 1)
Предназначена для выборки из файлов формата CSV (перед обработкой
необходимо поменять расширение на. txt) строк с данными через заданный
интервал, а также создание нового текстового файла с меньшим количеством
первичных данных.
2.5
Использование данных сети станций Баренцрегиона - IMAGE
Система IMAGE, разработанная в Финском метеорологическом
институте использует данные 30 магнитометрических станций (рис.9),
геофизических организаций различных стран Баренцрегиона: Эстонии, Финляндии,
Германии, Норвегии, Польши, России и Швеции. Сеть IMAGE предназначена для изучения
процессов в ионосфере, связанных с ионосферными токами, полярными сияниями и
распространением радиоволн. Используя эти данные можно получить: магнитограммы
станций на цепочке IMAGE, индексы электроджетов, а также их местоположение в
динамике. Магнитометры находятся в высоких широтах от 58 до 79 градусов, что
особенно благоприятно для исследования ионосферных токов. Вместе с другими
комплексами по наблюдениям (радары, риометры и камеры всего неба), а также
спутниковыми наблюдениями - IMAGE является важной частью исследований в высоких
широтах в магнитосферной - ионосферной физике. IMAGE также обеспечивает высокое
качество данных, полезных для исследования вариаций геомагнитного поля и
геомагнитной активности в авроральной зоне.
Рис. 9. Сеть магнитометров Баренцрегиона IMAGE.
Магнитограмма.
Графическая запись изменения магнитного поля Земли,
получаемая при помощи магнитографа в трёх компонентах. В данной дипломной
работе автор делает попытку нахождения зависимости изменения ошибки
позиционирования GPS - приёмника от состояния магнитного поля Земли в
возмущённый промежуток времени (7).
Индексы электроджетов.
По магнитограммам высокоширотной сети станций можно построить
картину эквивалентных токов, текущих в ионосфере, ответственных за то или иное
возмущение магнитного поля. Такие токовые системы называют эквивалентными,
потому что реальные токовые системы трехмерны. Также в дипломной работе
предполагается, что возможно влияние на ошибку позиционирования GPS - приёмника
также оказывают и процессы, связанные с токами, текущими в ионосфере. При
повышении электронной концентрации и появлении неоднородностей авроральной
ионосфере изменяются, как характеристики GPS - сигнала, так и параметры токов в
ионосфере и поэтому токи могут служить индикатором изменения GPS - сигнала (1).
Пространственно - временные распределения эквивалентных
токов.
Из данных наземных магнетометров могут быть рассчитаны
ионосферные эквивалентные токи. Это токи которые проходят только в ионосферной
плоскости (взятые на высоте 100 км.). Для наглядности представления зависимости
ошибки позиционирования от ионосферных токов, для каждого отдельно взятого
случая были использованы графические изображения пространственно временных
распределений (в направлении север - юг) эквивалентных токов (7).
2.6
Использование данных наземных наблюдений полярных сияний
Сеть камер Баренцрегиона.
Использование данных оптических наблюдений полярных сияний с
помощью камер полного обзора неба (рис.11б) является важным методом определения
воздействия ионосферы на сигналы GPS, так как пространственно-временное
распределение интенсивности свечения сияний отражает возмущенность полярной
ионосферы (4).
Камеры всего неба регистрируют изображение небосвода в поле
зрения 180є, приемником изображения могут служить телевизионные камеры или
устройства на приборах зарядовой связи - ПЗС матрицах.
Кеограммы используются в анализе авроральных явлений. Они
создаются путём выделения вертикальных колонок пикселей из отдельных
изображений всего неба (и совмещения колонок друг с другом в заданной временной
последовательности.
Глава 3.
Результаты экспериментов
3.1 Дата
эксперимента 14 и 15 декабря 2006года
Приём GPS - сигнала, проводился в Мурманске с диаграммой
направленности приёмника, обеспечивающей обзор 180° таким образом, что все
12 спутников попадали в поле зрения GPS - приёмника. Эксперимент проводился на
протяжении 2-х дней, данные дни были выбраны, потому что прогнозировалась
геомагнитная активность в ионосфере. В результате были построены временные
вариации параметра PDOP, а также вариации отклонений GPS - приёмника от
реального местоположения. Сперва планировалось проводить сравнительный анализ
вариаций отклонений в обоих компонентах: север - юг, запад - восток с
вариациями геомагнитной активности в ионосфере. Но при дальнейшем анализе
графиков параметра PDOP и отклонений GPS - приёмника, были выявлены следующие
артефакты, которые не позволили непосредственно сравнивать авроральные
возмущения с ошибками приёмника GPS: уход спутников за горизонт, влияние
стационарных объектов.
На рис. 14 а, б представлено изменение параметра PDOP с
течением времени за одинаковые промежутки времени 14 и 15 декабря 2006 года. На
рис. 15 а, изображены отклонения в показаниях GPS - приёмника за 14 и 15
декабря 2006 г. Анализируя данные графики наблюдаем явное сходство экстремумов
за оба дня, примерно в одни и те же моменты времени, как между параметрами
PDOP, так и в отклонениях. Физически данное явление можно объяснить наличием
постоянных стационарных препятствий на трассе сигналов ИСЗ, а также прохождение
сигналов ИСЗ по примерно одинаковым траекториям ежедневно из-за периода
обращения спутников вокруг Земли в 12 часов (см. рис. 12 а, б - положение
спутников на небосводе). Вследствие выше сказанного экстремумы проявляются в
оба дня в одинаковые моменты времени, как в вариациях параметра PDOP, так и в
вариациях отклонений приёмника. Также был проанализирован параметр сигнал/шум
для двух спутников №22 и №28 и построена временная зависимость данного
параметра для каждого из них (рис. 13 а, б). Как 14, так и 15 декабря
наблюдается аналогичная картина соотношения сигнал/шум для спутников №22 и №28,
что показывает наличие стационарной помехи на их трассах в оба из дней. Также
было замечено, что падение мощности сигналов на спутниках №22 и №28 совпадает
во времени с максимумом вариации PDOP в момент времени - 15: 30. Предполагаем,
что это было связано с тем, что какой - либо из спутников - 22 или 28 входили в
состав созвездия ИСЗ, выбранных GPS - приёмником.
В результате проведения эксперимента 14-15 декабря 2006 г.
был использован метод анализа вариаций в предыдущие и последующие дни. Если в
предыдущий день вариации PDOP и отклонений были подобны, то считалось, что они
вызваны либо стационарными источниками, либо орбитальными изменениями ИСЗ (уход
спутников). Таким образом были внесены некоторые корректировки при анализе
последующих дней экспериментов. Это позволило отсеять данные, когда сигналы с
ИСЗ подвергались влиянию артефактов, не рассматриваемых при постановке задачи.
Также было предложено искусственно преграждать обзор GPS - приёмника, а именно
южную часть небосвода, для того, чтобы уменьшить число используемых спутников
при определении местоположения приёмником. Для того, чтобы нагляднее
анализировать зависимость отклонений GPS - приёмника от возмущений в
геомагнитном поле и выявить физический механизм воздействия возмущений в
ионосфере на GPS - сигнал - искусственным путём была увеличена ошибка
определения координат приёмником, способом, описанным выше, а также таким
образом увеличивая чувствительность системы к внешним воздействиям.
Таким образом на основании выше сказанного при проверке и
анализе данных необходимо:
. В каждом рассматриваемом случае проверять параметр
сигнал/шум и PDOP - не связаны ли они со статическими препятствиями для сигнала
при движении по орбите.
2. Проверять вариаций отклонений на сходство в одни и
теже промежутки времени в близлежащие сутки.
. Наблюдать за орбитальными изменениями положения ИСЗ.
Рис. 12а. Положение спутников на небосводе в момент времени
15: 30 - 14 декабря 2006 г., и 15 декабря 2006 г. - рис. 12б.
Рис. 13а. Отношение сигнал/шум спутника №22 - 15 декабря 2006 г.,
и №28 - рис. 13б.
Рис.14а. Вариации параметра PDOP - 14 декабря 2006 г., и 15
декабря 2006 г. - рис.14б.
Рис.15а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 14 декабря 2006 г., и 15 декабря 2006 г. - рис.15б.
3.2 Дата
эксперимента 25 и 26 марта 2007 года
Эксперимент проводился в Мурманске на протяжении 2-х дней 25
и 26 марта 2007 года.
. Ограниченный обзор спутников (южная часть небосвода
перекрыта).
2. Использование ограниченного числа ИСЗ при определении
координат приёмником.
На рис. 16 а, б представлен представлены результаты
эксперимента в сравнении вариаций отклонений GPS - приёмника (по компоненте
север - юг) и кеограммы со станции Соданкюла. На рис. 17 а, б, в результаты
эксперимента в виде сравнительного анализа вариаций отклонений GPS - приёмника,
вариаций геомагнитных возмущений и индекса IL в одинаковые временные промежутки
в каждый из дней эксперимента. Эксперимент полностью соответствует требованиям,
сформулированным по данным эксперимента, проведённого 15 декабря 2006 г.
Сравнение графиков отклонений GPS - приёмника 25 и 26 марта позволило исключить
ситуации, когда, что в оба из дней, в одинаковые промежутки времени наблюдались
отклонения. Решено было выделить для рассмотрения промежуток времени с 21: 30
до 23: 00, так как 25 и 26 марта в этот промежуток времени наблюдаются
различные картины в отклонениях. 25 марта в это время очевидно, что система
выходит из строя, но в то же время 26 марта в этот же промежуток времени
система стабильно работает, это говорит о том, что 25 марта никакой из
созвездия спутников не уходил за горизонт и сигнал с них не подвержен влиянию
неких стационарных факторов.
Решено было сравнить вариации отклонений за 25 марта с
вариациями геомагнитных возмущений взятых с сети станций IMAGE и с вариациями
индекса IL (индекс западного электроджета). В результате анализа данных
графиков очевидно что 25 марта во время выхода системы из строя наблюдается
подъём индекса IL, а также развитие возмущений на всём промежутке времени с 21:
30 до 23: 00. Однако 26 марта 2007 г. при аналогичном сравнении мы видим
совершенно иную картину, в промежуток времени с 21: 30 до 23: 00 индекс IL не
показывает сильных изменений в своих вариациях. Аналогичную картину наблюдаем
при сравнении графика отклонения за 26 марта с вариациями геомагнитной
активности сети станций IMAGE, на протяжении интересующего промежутка времени
возмущения в отклонениях и геомагнитных вариациях не совпадают по времени
(рис.18 а, б, в).
Сбой в системе в момент времени 22: 48 в оба дня объясняется
уходом ИСЗ из созвездия спутников, выбранных GPS - приёмником, за горизонт, так
как он происходит как 25 так и 26 марта практически в одинаковые промежутки
времени. Наибольшее отклонение в 21: 00 можно объяснить наличием стационарных
помех на пути сигнала одного из активных спутников при определении координат,
так как максимум отклонения в этот момент времени в оба из дней достигает
отметки в 50 метров.
Рис.16а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 25 марта 2007г., рис.16б. Кеограмма камеры всего неба в Соданкюла.
Рис. 17а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 25 марта 2007г., рис.17б. IL - индекс западного электроджета,
рис.17в. Данные с магнетометров сети станций IMAGE.
Рис.18а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 26 марта 2007г., рис.18б. IL - индекс западного электроджета,
рис.18в. Данные с магнетометров сети станций IMAGE.
3.3 Дата
эксперимента 21 и 23 декабря 2008года
Эксперимент с ограниченным обзором небосвода (юго-восточная
часть перекрыта) проводился в Апатитах на протяжении 3-х дней с 21 по 23
декабря 2008г. При исследовании были выбраны 21 и 23 декабря для того чтобы
сравнить одинаковые промежутки времени вариаций отклонений в день без
геомагнитных возмущений в ионосфере и в день с геомагнитной активностью.
Эксперимент исполненный в эти дни также соответствует правилам, выведенным из
эксперимента 15 декабря 2006г., для того чтобы исключить влияние на вариации
отклонений GPS - приёмника артефактов, не рассматриваемых в дипломе.
Рассмотрим день 21 декабря. Был выбран промежуток времени с
20: 00 до 21: 00, так как на всём выбранном интервале при определении координат
GPS - приёмника постоянно участвует 3 спутника. Вариации отклонений GPS -
приёмника в заданном интервале находятся в пределах допустимой нормы по обоим
компонентам - не превышают 15 метров, только по компоненте запад - восток
имеются незначительные отклонения, превышающие норму - до 20-ти метров. При
рассмотрении вариаций геомагнитной активности в промежуток времени 20: 00 - 21:
00 не наблюдается каких - либо сильных изменений. Совершенно спокойный день
(рис. 19 а, б, в).
Анализируя 23 декабря промежуток времени с 20: 00 до 21: 00
мы видим совершенно иную картину. Вариации отклонений начиная с 20: 30 начинают
превышать норму в 15 метров по обоим компонентам, по компоненте запад - восток
максимумы достигают до 40 и более метров. Сравнив график отклонений за 23
декабря с графиком вариаций возмущений геомагнитного поля и индекса западного
электроджета видим очевидное совпадение распространения возмущений примерно с
20: 20 одновременно с увеличением отклонений GPS - приёмника (рис.20 а, б, в,
г).
Рис. 19а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 21 декабря 2008г., рис. 19б. Компоненте запад - восток, рис. 19в.
Данные с магнетометра станции Соданкюля.
Рис. 20а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 23 декабря 2008г., рис. 20б. Компоненте запад-восток, рис.18в.
Данные с магнетометра станции Соданкюля, рис. 20г. Индекс западного
электроджета.
3.4 Дата
эксперимента 28 и 29 марта 2009 года
Эксперимент был поставлен по уже заранее разработанной
методике, в городе Апатиты с частично закрытым обзором видимости GPS-приёмника,
а именно юго-восточной части небосвода. Выбраны 2 близлежащих дня с различными
вариациями геомагнитной активности: спокойный день и день с возмущениями. Были
построены вариации отклонений определяемых координат GPS-приёмником в один и
тот же промежуток времени с 20: 30 до 21: 00 в оба из исследуемых дней.
При сравнении графиков отклонений в оба из дней можно
наблюдать следующую картину: отклонения по компоненте север - юг в оба из дней
составляют не более 10 метров, что удовлетворяет техническим характеристикам
используемого приёмника. Чего не скажешь о поведении отклонений по компоненте
запад - восток. 29-го марта отклонения на всём промежутке времени с 20: 30 до
21: 00 достигают чуть более 20 метров, с одним максимумом в 30 метров (рис.21
а, б, в, г).28-го марта в этот же промежуток времени наблюдается совершенно
иная картина максимумы отклонений варьируются от 20 до 40 и более метров
(рис.22 а, б, в, г).
При сравнении графика отклонений GPS - приёмника за 28-ое
марта с графиком вариаций геомагнитной активности и индекса западного
электроджета мы можем наблюдать непосредственное сходство между экстремумами в
моменты времени с 20: 40 до 20: 45 (рис.22 а, б, в, г), когда в это же время 29
марта ошибка составляла 20 метров, 28 марта в сравниваемый промежуток времени
она составляет свыше 40 метров (рис.21 а, б, в, г). Что может свидетельствовать
о неком влиянии зафиксированного возмущения на сигналы какого - либо из
спутников, находящихся в созвездии определяемом координаты приёмника GPS.
Интерес данного случая в том, что вариации отклонений GPS - приёмника в с
геомагнитной активностью возросли только по компоненте запад - восток, по
компоненте север - юг на всём промежутке времени удовлетворяли техническим
характеристикам GPS - приёмника.
Рис.21а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 29 марта 2009г., рис.21б. Компоненте запад - восток, рис.21в.
Данные с магнетометра станции Соданкюля.
Рис.22а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте
север - юг - 28 марта 2009г., рис.22б. Компоненте запад - восток, рис.22в.
Данные с магнетометра станции Соданкюля, рис.22г. Индекс западного
электроджета.
Обсуждение результатов
Представленные выше данные проведённых экспериментов наглядно
показывают, что существует связь между погрешностями позиционирования GPS -
приёмника с физическими явлениями происходящими в ионосфере.
Ошибка при таком влиянии может проявляться следующими
способами:
. Увеличение погрешности позиционирования GPS -
приёмника.
2. Дезинтеграция системы, что может быть связано с нарушением
целостности сигнала одного или нескольких спутников, входящих в созвездие.
. Увеличение отклонений не только совместно по
меридиональной и широтной компонентам, но также и по каждой компонентам в
отдельности.
Сопоставление графиков отклонений GPS - приёмника с
вариациями геомагнитного поля на цепочке станций IMAGE указывает на хорошее
временное совпадение роста погрешностей с отрицательными бухтами в вариациях Х
- компоненты поля. Для наглядности данного сопоставления - искусственным путём
была преграждена южная часть небосвода. Намеренно увеличив отклонения в
показаниях GPS - приёмника и уменьшив число используемых спутников до
минимального количества. Даже по приведённым в дипломной работе данным,
вариации геомагнитных возмущений, можно считать неким индикатором ошибок
позиционирования GPS - приёмника. Показательным в этом плане является
промежуток времени с 20: 00 до 21: 00 в день 23 декабря 2008г. когда ошибка
позиционирования начинает возрастать одновременно с увеличением отрицательной
бухты в вариациях Х - компоненты поля. Также по результатам эксперимента 15
декабря 2006 года, был выявлен ряд факторов (уход спутников за горизонт,
влияние стационарных объектов, погодные условия) обеспечивающих правильную
постановку последующих экспериментов. В результате чего мы смогли отсеять
большое количество ложных данных, так как имели возможность исключить влияние
внешних стационарных источников. Даже когда вариации отклонений совпадали с
вариациями геомагнитных возмущений. А происходило это из-за совпадения влияния
на сигналы с ИСЗ стационарных помех ежедневно с бухтами в вариациях возмущений.
Также на коротком промежутке времени рассматривалось отношение сигнал/шум для
двух спутников, который в 5-ти минутный интервал времени падал до 30-ти Дб в
оба дня эксперимента, причём в этот же момент времени в геомагнитном поле не
зафиксировано никаких изменений. Очевидно что на сигнал в этот промежуток
времени оказал влияние некий стационарный фактор, повторяющийся в предыдущий и
последующий дни эксперимента.
При рассмотрении эксперимента 25 марта 2007г. очевидно, что
влияние геомагнитной активности может проявляться не только на увеличение
ошибки позиционирования, путём воздействия на сигналы с ИСЗ, а также возможно
их практически полное поглощение или рассеяние, либо нарушение спектра сигнала,
вследствие невозможность обработки GPS - приёмником. Эксперимент 28 марта
2009г. показывает, что возможно изменение величины погрешности позиционирования
не по обоим компонентам (меридиональной и широтной), но и по каждой из компонент
в отдельности, что также совпадает с отрицательными бухтами в магнитном поле
Земли. Практическое применение полученных выводов заключается в корректировке
методики постановки последующих экспериментов, позволяющих более точно выявить
влияние ионосферных факторов на сигналы с ИСЗ, а также отсеять часть ложных
данных.
Автор выражает благодарность за руководство работой и
проведение практики, связанной с освоением приемной аппаратуры и
специализированного программного обеспечения доценту ПетрГУ Черноусу С. А и
зав. кафедрой МГТУ Калитенкову Н.В., а также за предоставленное оборудование
для проведения эксперимента доценту Федоренко Ю. В.
Заключение
1. Проведены эксперименты по непрерывной регистрации
вариаций GPS - сигнала в городе Апатиты в течение декабря 2008 - апреля 2009г.
2. Разработано программное обеспечение для
автоматической обработки информации, получаемой в GPS - приёмнике.
. Определены факторы (уход спутников за горизонт,
влияние стационарных объектов), позволяющие выделить влияние внешних возмущений
и стационарных локальных условий на сигнал GPS.
. На основе сравнения записей вариаций сигнала GPS и
вариаций геомагнитного поля на сети станций установлено, что существует
зависимость амплитуды отклонений GPS - сигнала от этих вариаций.
. Выявлены случаи дезинтеграции системы
предположительно связанные с развитием геомагнитных возмущений.
. На основе выборочных оценок вариаций отклонений и
параметра сигнал/шум высказывается предположение о возможной реализации
физического механизма, влияющего на GPS - сигнал, отличного от влияния вариаций
полного электронного содержания на трассе сигнала.
Практические
рекомендации
При анализе данных полученных в результате проведения
аналогичных экспериментов, описанных в данной дипломной работе необходимо:
. В каждом исследуемом случае проверять параметр
сигнал/шум и PDOP не связаны ли они со стационарными препятствиями для сигнала
при движении ИСЗ по орбите.
2. Наблюдать за орбитальными изменениями положения ИСЗ
(уход спутников за горизонт).
. Проверять вариаций отклонений на сходство в одни и
теже промежутки времени в близлежащие сутки.
. Сравнивать изменение параметров сигнал/шум и PDOP, а
также орбитальные положения ИСЗ в одни и теже промежутки времени в близлежащие
дни эксперимента.
. Выбирать позицию наблюдений, таким образом, чтобы
максимально исключить влияние стационарных объектов на сигналы ИСЗ.
Список
используемой литературы
1. Aarons
B. Lin, M. Mendillo, K. Liou, M. Codrescu: "GPS phase fluctuations and
ultraviolet images from the Polar satellite”, J. Geothys. Res., 105, A3,
5201-5213, 2000.
2. Andrew
M. Smith, Cathryn N. Mitchell, Robert J. Watson, Robert W. Meggs, Paul M.
Kintner, Kirsti Kauristie, Farideh Honary: "GPS scintillation in the high
arctic associated with an auroral arc”, Space weather, 6, 2008.
. C.
R. Coker, I. Husucker, and G. Lott Detection of auroral activity using GPS
satellites Geoph. Res. Lett,22, р.3259, 1995.
. Irk
Shagimuratov, Ivan Ruzhin, Nadezhda Tepenitsyna; "Phisics of Auroral
Phenomena" - Storm-time occurrence of TEC fluctuations associated with
polar patches using GPS measurements, рр.61-64, 2006.
. В.Н.
Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. М "Глобальная спутниковая
радионавигационная система ГЛОНАСС", ИПРЖР, 1998.
. Д.А.
Сидоров, Дипломная работа "Ошибки позиционирования с помощью GPS сигнала в
полярных областях и авроральная активность", рукопись, 38, 2008.
. Э.Л.
Афраймович, Н.П. Перевалова "GPS мониторинг верхней атмосферы Земли",
Иркутск, 2006.
8. http://www.geo. fmi.
fi/image/ <http://www.geo.fmi.fi/image/>
. http://www.sgo. fi/
<http://www.sgo.fi/>
. http://pgia.ru/PGI_Data/Default.
htm <http://pgia.ru/PGI_Data/Default.htm>
Работа с программой GPSAnalyser
. Загрузить текстовый файл с первичными данными,
полученными с помощью программы VisualGPSXP.
2. Провести анализ данных и построить вариации
отклонений в выбранный день.
. В папке с первичными данными появятся 2 файла с
названием даты построенных вариаций отклонений, имеющих расширение. CSV и.
CSV_AVR.
. Файл с расширением. CSV - системный, его можно
удалить, а вот расширение файла. CSV_AVR необходимо изменить в. TXT.
. С помощью программы GPSPicking если требуется
сократить количество данных (например 1 строка данных в минуту, вместо каждой
секунды), обработать получившийся файл с расширением. TXT, заранее выбрав в
программе требуемый промежуток времени между строками в новом файле.
. Получившийся файл необходимо запустить в блокноте и
произвести замену: сперва все", " поменять на ";", а затем
все"." заменить на",". Теперь файл пригоден для обработки в
программе Exсel, чтобы возможно было построить графики вариаций отклонений в
нужный промежуток времени.