Daniel Józef Bem - Nawigacja ...

Daniel Józef Bem - Nawigacja satelitarna - skrypt, Żeglarstwo
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Daniel Józef Bem
NAWIGACJA SATELITARNA
Wrocaw 2001
Sorc®
Daniel Józef Bem,
Nawigacja satelitarna
Strona - 2 -
Spis tre%ci
1. WPROWADZENIE
3
2. PODSTAWOWE POJCIA STOSOWANE W NAWIGACJI
4
3. CHARAKTERYSTYKA SATELITARNYCH SYSTEMÓW NAWIGACYJNYCH
6
4. UKADY WSPÓRZDNYCH
7
4.1. G
EOCENTRYCZNY INERCYJNY UKAD WSPÓRZDNYCH
4.2. G
EOCENTRYCZNY OBRACAJ"CY SI WRAZ Z
Z
IEMI" UKAD WSPÓRZDNYCH
4.3. $
WIATOWY SYSTEM GEODEZYJNY
(WGS-84)
5. ORBITY SZTUCZNYCH SATELITÓW ZIEMI
11
6. SYSTEM NAWIGACJI SATELITARNEJ NAVSTAR GPS
18
6.1. K
RÓTKA CHARAKTERYSTYKA
6.2. K
ONSTELACJA
GPS
6.3. I
NFORMACJA NAWIGACYJNA
6.4. O
KRE$LENIE POZYCJI U,YTKOWNIKA
6.5. B
"D OKRE$LENIA POZYCJI U,YTKOWNIKA
6.6. E
FEKTY RELATYWISTYCZNE
6.7. R
Ó,NICOWE SYSTEMY
GPS
BIBLIOGRAFIA
32
Daniel Józef Bem,
Nawigacja satelitarna
Strona - 3 -
1. Wprowadzenie
Nawigacja zajmuje si procesem kierowania ruchami pojazdów (l#dowych, morskich,
powietrznych, kosmicznych) z jednego punktu do drugiego. W pierwszych podró(ach cz)owiek
u(ywa) swoich zmys)ów do okre*lania kierunku, odleg)o*ci, prdko*ci i pozycji obiektu, w którym
podró(owa). Nie by)o to zbyt trudne na l#dzie bogatym w ró(norodne punkty orientacyjne. Kiedy
jednak cz)owiek sta) si na tyle *mia)y, aby wyp)yn#- na morze, wówczas musia) sign#- do
pomocy przyrz#dów u)atwiaj#cych obserwacj zjawisk przyrody (wiatru, fal wody, cia) niebieskich).
Przez wiele wieków jednak nawigacja by)a raczej sztuk# ni( nauk#. Pod koniec dwudziestego
stulecia nawigacja rozwin)a si w wiedz, umo(liwiaj#c# cz)owiekowi podró(owanie zarówno na
Ziemi, jak i w przestrzeni kosmicznej, wykorzystuj#c w wysokim stopniu najnowsze osi#gnicia
matematyki, elektroniki, mechaniki, ekonomii i filozofii. Przekszta)cenie nawigacji ze sztuki w
wiedz odby)o si stosunkowo niedawno i jest *ci*le zwi#zane z rozwojem teorii systemów,
matematyki, informatyki i technologii elektronowej.
Podstawowym zadaniem nawigacji jest doprowadzenie poruszaj#cego si pojazdu (l#dowego,
morskiego, powietrznego, kosmicznego) do okre*lonego punktu z za)o(on# dok)adno*ci# i we
w)a*ciwym czasie. W celu dok)adnego wykonania tego zadania stosuje si ró(ne urz#dzenia i
systemy nawigacyjne, w*ród których mo(na wyró(ni-:
- mechaniczne i elektromechaniczne (logi, (yrokompasy, inercyjne systemy nawigacyjne),
- magnetyczne (kompasy magnetyczne, magnetometry),
- optyczne i kwantowo-optyczne (sekstanty, pelengatory podczerwieni, dalmierze, lokatory
optyczne),
- akustyczne i hydroakustyczne (pelengatory akustyczne, echosondy, hydrolokatory),
- radiolokacyjne (dalmierze),
- radiowe.
Wszystkie wymienione *rodki nawigacyjne mog# by- stosowane w rozmaitych warunkach, a w
celu zwikszenia dok)adno*ci okre*lenia pozycji statku informacje z nich otrzymane musz# by-
wzajemnie uzupe)niane. Zastosowanie ka(dego z tych *rodków oddzielnie nie zawsze jest
mo(liwe, ze wzgldu na z)e warunki meteorologiczne, ograniczon# widoczno*- ziemskich i
niebieskich punktów orientacyjnych, dzia)anie anomalii magnetycznych na wskazania kompasu,
zak)ócenia wystpuj#ce na S)o1cu oraz burze magnetyczne powoduj#ce pogorszenie si
warunków rozchodzenia si fal radiowych itd.
Z tego wzgldu w celu wykonania zada1 nawigacyjnych na pojazdach instaluje si ró(ne przyrz#dy
i urz#dzenia nawigacyjne, które umo(liwiaj# okre*lenie pozycji pojazdu w zale(no*ci od ró(nych
warunków, w jakich pojazd si znajduje. Szczególnie jest to istotne w warunkach d)ugotrwa)ego
poruszania si pojazdu w rejonach nie zbadanych i pozbawionych znaków orientacyjnych (np.
okrty podwodne p)ywaj#ce w zanurzeniu).
Szczególnie atrakcyjne s# systemy radionawigacyjne. Ju( pierwsi u(ytkownicy radia stwierdzili, (e
mo(e ono zapewni- zarówno )#czno*-, jak i informacj nawigacyjn#. Pocz#tkowo zastosowanie
radia w nawigacji by)o ograniczone do wykonywania namiarów na istniej#ce radiostacje
komunikacyjne, a pó2niej tak(e radiofoniczne. Z biegiem czasu rozwin)y si wyspecjalizowane
systemy radionawigacyjne. Urz#dzenia i systemy radionawigacyjne umo(liwiaj# otrzymanie
okre*lonych informacji o parametrach nawigacyjnych i mog# by- stosowane samodzielnie lub te(
kompleksowo. W zale(no*ci od rodzaju wyposa(enia mog# one by- autonomiczne lub zale(ne.
Aparatura autonomicznych *rodków nawigacyjnych jest zainstalowana na pok)adzie pojazdu, a
okre*lenie parametrów nawigacyjnych odbywa si bez otrzymywania informacji powsta)ych z
wykorzystaniem innych urz#dze1 radionawigacyjnych.
Zale(ne *rodki tworz# systemy radionawigacyjne sk)adaj#ce si z pok)adowego (ruchomego) i
naziemnego (zasadniczo stacjonarnego) wyposa(enia.
Urz#dzenia i systemy radionawigacyjne, w zale(no*ci od zestawu wykonywanych zada1 i ich
wykorzystania, mo(na scharakteryzowa- przez:
- zasig dzia)ania, czyli najwiksz# odleg)o*- pomidzy pojazdem i punktem
radionawigacyjnym, w której uzyskuje si jeszcze wymagan# dok)adno*- (wed)ug zasigu
 Daniel Józef Bem,
Nawigacja satelitarna
Strona - 4 -
dzia)ania systemy radionawigacyjne dzieli si na systemy bliskiego (do 800 km), *redniego (do
3000 km) i dalekiego (powy(ej 3000 km) zasigu);
- dok)adno*- pomiaru parametrów nawigacyjnych, które okre*la przeznaczenie urz#dze1 i
systemów radionawigacyjnych;
- szybko*- uzyskiwania danych (co jest szczególnie wa(ne w lotnictwie i technice
rakietowej);
- przepustowo*-, czyli zdolno*- systemu do jednoczesnego obs)ugiwania okre*lonej liczby
obiektów;
- odporno*- na zak)ócenia;
- niezawodno*-;
- ekonomiczno*-;
- rozmiary i masa, które maj# szczególne znaczenie przy umieszczaniu urz#dze1 na
samolotach i rakietach;
- zdolno*- do pracy w okre*lonych warunkach *rodowiskowych.
2. Podstawowe poj*cia stosowane w nawigacji
Podczas prowadzenia pojazdu i okre*lania jego pozycji stosuje si nastpuj#ce podstawowe
pojcia:
-
prdko pojazdu
, która charakteryzuje si przesuniciem jego *rodka ci(ko*ci w
jednostce czasu,
-
tor ruchu pojazdu
, którym jest linia, jak# zakre*la w przestrzeni *rodek ci(ko*ci pojazdu,
-
trasa
, czyli rzut toru na powierzchni Ziemi,
-
kurs
, którym jest k#t mierzony w p)aszczy2nie poziomej midzy kierunkiem pó)nocnym
po)udnika przechodz#cego przez *rodek ci(ko*ci pojazdu i jego pod)u(n# osi#,
-
namiar
, który jest k#tem mierzonym w p)aszczy2nie poziomej midzy pó)nocnym
kierunkiem po)udnika przechodz#cego przez *rodek ci(ko*ci pojazdu i kierunkiem na dany punkt
orientacyjny,
-
pozycja w dowolnym czasie
, która okre*la rzut *rodka ci(ko*ci pojazdu na powierzchni
Ziemi,
-
pozycja obserwowana
, czyli otrzymana na podstawie obserwacji przedmiotów sta)ych,
których po)o(enie jest *ci*le okre*lone na mapie lub na podstawie obserwacji cia) niebieskich,
-
pozycja zliczona
, któr# jest miejsce pojazdu liczone od ostatniej pozycji obserwowanej, a
otrzymane na podstawie znajomo*ci kursu rzeczywistego i przebytej odleg)o*ci stwierdzonej
wed)ug przyrz#dów, z uwzgldnieniem oddzia)ywania si) zewntrznych (pr#dów morskich,
wiatrów).
Zasadniczo pozycj pojazdu okre*la si w stosunku do powierzchni Ziemi wed)ug przyjtego
uk)adu wspó)rzdnych. Podczas lotu w przestrzeni kosmicznej wspó)rzdne pojazdu kosmicznego
okre*la si w stosunku do planet i gwiazd, których po)o(enie w przestrzeni jest znane. W celu
okre*lenia pozycji pojazdu za pomoc# *rodków technicznych, wyznacza si okre*lone parametry
nawigacyjne, jak np. odleg)o*- od oznaczonych punktów na Ziemi lub k#ty, pod jakimi te punkty s#
widoczne ze pojazdu; parametry te nie s# wspó)rzdnymi geograficznymi.
Mierzone parametry nawigacyjne i wspó)rzdne geograficzne s# ze sob# zwi#zane okre*lonymi
równaniami, których graficzne rozwi#zania stanowi# tzw.
linie pozycyjne
. Lini# pozycyjn# nazywa
si miejsce geometryczne punktów na powierzchni Ziemi, odpowiadaj#cej sta)ej warto*ci mierzonej
wielko*ci, a wic k#ta, odleg)o*ci, ró(nicy lub sumy odleg)o*ci.
Na przyk)ad lini# pozycyjn#, czyli miejscem geometrycznym punktów na powierzchni Ziemi, z
których pomierzona zosta)a w okre*lonym momencie wysoko*- obserwowanej gwiazdy jest okr#g,
którego *rodkiem jest rzut gwiazdy (punkt podgwiezdny), a promieniem sferycznym odmierzona
odleg)o*- zenitalna, czyli dope)nienie wysoko*ci.
Jedna obserwacja daje tylko jedn# lini pozycyjn#, dwie ró(ne obserwacje dokonane w jednym
momencie daj# dwie linie pozycyjne, w których przeciciu znajduje si miejsce obserwacji. Ka(dy
system nawigacyjny charakteryzuje si *ci*le okre*lon# lini# pozycyjn#.
Rozpatrzmy g)ówne linie pozycyjne spotykane w systemach nawigacyjnych.
 Daniel Józef Bem,
Nawigacja satelitarna
Strona - 5 -
Ortodroma
jest lini# najkrótszej odleg)o*ci midzy dwoma punktami na powierzchni kuli. Jak
wynika z podstawowych poj- geometrii, najkrótsz# odleg)o*ci# na powierzchni kuli pomidzy
dwoma punktami jest )uk ko)a wielkiego.
Rys 2.1. Ortodroma
Jak wida- na rysunku 2.1, )uk ko)a wielkiego przechodz#cego przez dwa dane punkty jest nie tylko
najkrótszym, ale równie( jedynym. Wynika st#d wniosek, (e przez dwa punkty na powierzchni
Ziemi nie le(#ce na przeciwleg)ych ko1cach *rednicy kuli ziemskiej mo(na przeprowadzi- tylko
jedn# ortodrom. Ortodroma jest wic lini# pozycyjn# wszystkich punktów, których suma odleg)o*ci
od dwóch punktów danych znajduj#cych si na niej jest sta)a i najmniejsza.
Linia równych namiarów
(lub
linia równych azymutów
) jest to linia pozycyjna na sferze, maj#ca t
w)a*ciwo*-, (e z ka(dego punktu tej linii namiar (azymut) na pewien punkt sta)y jest zawsze taki
sam (rys. 2.2).
Rys. 2.2. Linie równych namiarów
Linia równych odlegoci
jest to linia pozycyjna, której wszystkie punkty znajduj# si w
jednakowej odleg)o*ci od danego punktu T (rys. 2.3). Linia ta jest zwi#zana z systemami
radionawigacyjnymi opartymi na pomiarach odleg)o*ci.
Rys. 2.3. Linie równych odleg)o*ci
Linia równych sum odlegoci
jest to linia pozycyjna, której wszystkie punkty s# w takich
odleg)o*ciach od dwóch danych punktów T
1
i T
2
(rys. 2.4), (e sumy tych odleg)o*ci s# wielko*ci#
sta)a. Wykres tej linii na p)aszczy2nie przedstawia elips, na powierzchni kuli za* elips sferyczn#.
Rys. 2.4. Linie równych sum odleg)o*ci
Linia równych rónic odlegoci
jest to linia pozycyjna, bd#ca miejscem geometrycznych
punktów, których ró(nica odleg)o*ci od dwóch punktów o znanych pozycjach jest sta)a. Dla
obserwatora znajduj#cego si w dowolnym punkcie R linii pozycyjnej (rys. 2.5) ró(nica odleg)o*ci
(
d
1
-
d
2
) od tego punktu do dwóch punktów T
1
i T
2
(których po)o(enie jest okre*lone) jest sta)a i
równa 2
a
. W przypadku rozpatrywania zagadnienia na p)aszczy2nie omawiana linia pozycyjna jest
hiperbol#, a na powierzchni kuli - hiperbol# sferyczn#.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • psdtutoriale.xlx.pl
  • Podstrony
    Powered by wordpress | Theme: simpletex | © Tylko ci którym ufasz, mogą cię zdradzić.