Utc (Universal Coordinated Time ) – координированное всемирное время

V

VECTOR TIME - установка длины векторов целей , время вектора

VECTOR TIMEOUT -блокировка вектора

VECTOR TRUE/REL -установка типа векторов целей

VRM - подвижное кольцо дальности (ПКД)

VRM/DATA - перемещение ПКД и ввод некоторых данных

при нажатии других клавиш

W

WATCH ALARM - сторожевой сигнал

WPT -номер следующей путевой точки на текущем маршруте

Литература [Л-1] ,раздел 2,гл.1.

3.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3

Изучение функциональной схемы GPS приемника и технических

требований к морским GPS навигаторам. Практическая работа с навигатором FURUNO GP- NAVIGATOR.

3.3.1. УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ

Изучить принцип взаимодействия функциональных элементов схемы прием-

ного устройства сегмента потребителя СНС.

Освоить алгоритм преобразования принятого радиосигнала и выделение

из него навигационной информации.

Изучить технические требования к морским навигаторам и определить их

специфику по сравнению с другими навигаторами.

3.3.2.СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ

Функциональная схема GPS приемника и принцип её действия:

- радиочастотная часть приемного устройства;

- узел корреляционной обработки;

- решающее устройство.

Навигационные задачи, решаемые морскими GPS навигаторами.

Специфика этих задач.

Конструктивные особенности морских GPS навигаторов.

Технические и функциональные требования, предъявляемые к морским

GPS навигаторам.

Практическая работа с навигатором FURUNO GP- NAVNGATOR

Контрольные вопросы.

1. Функциональная схема GPS приемника и принцип её действия.

Как правило, типовой GPS приемник состоит из 4-х частей:

- антенной системы;

- радиочастотной части;

- цифрового узла корреляционной обработки;

- навигационного процессора – решающего устройства.

Функциональная схема типового GPS приемника может быть представлена в следующем виде (см. рис.3.1):

.

.

Функциональная схема типового GPS приемника может быть представлена в следующем виде

1.Функциональная схема приемника.

Рис.3.1. Функциональная схема одночастотного GPS приемника

Антенная часть приемного устройства состоит из собственно антенны и встроенного предварительного усилителя сигнальной частоты. Как правило, в приемных устройствах, работающих в сантиметровом диапазоне волн (диапазон частот 1ГГц…10 ГГц) нашли широкое применение антенны микрополоскового типа. Такая антенна (см. рис.5.2) состоит из двух параллельных проводящих слоев, разделенных диэлектриком. Нижний слой является заземленной плоскостью, а верхний приемоизлучателем. Приемоизлучатель имеет конфигурацию антенны рамочного типа, длина стороны рамки соизмерима с четвертью длины волны принимаемого сигнала.

Типовые характеристики антенны:

-минимальное значение коэффициента усиления 5…8 дБ;

- коэффициент стоячей волны (КСВ) не более 2;

- антенна должна нагружаться на фидер с волновым сопротивлением 50 0м. В качестве фидера на тех частотах, которые выделены спутниковой радионавигации, используется коаксиальный кабель.

Встроенный конструктивно с антенной предварительный усилитель сигнальной частоты необходим для усиления принятого антенной сигнала до величины, обеспечивающей компенсацию потерь в коаксиальном кабеле и выделение его при воздействии помех на приемный тракт. Коэффициент усиления, чтобы обеспечить нормальную работу функциональных элементов приемного устройства, при длине фидера порядка 20…40 м должен быть не менее 30…40 дБ.

Конструктивно антенный блок заключен в корпус водонепроницаемого исполнения из радиопрозрачного материала.

В радиочастотную часть (см. рис.5.1) входят: полосовой фильтр сигнальной частоты (ПФСЧ), усилитель сигнальной частоты (УСЧ), смеситель (СМ), опорный генератор (ОГ), синтезатор частоты (СЧ), полосовой фильтр промежуточной частоты (ПФПЧ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и, как правило, схема автоматической регулировки усиления (АРУ).

ПФСЧ настроен на частоту принятого и усиленного и антенным усилителем радиосигнала с полосой пропускания 20,46 МГц. Такая полоса пропускания обеспечивается фильтром на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

. Фильтры ПАВ характеризуются высокой избирательностью и формой характеристики близкой к прямоугольной. Как правило, эти фильтры выполняются по микрополосковой технологии на подложках из материалов, обладающих пьезоэффектом (см. рисунок).

Принцип действия радиочастотной части состоит в следующем:

Выделенный фильтром радиосигнал поступает на усилитель сигнальной частоты УСЧ, поскольку ПФСЧ значительно ослабил уровень этого сигнала, а его значение должно быть таким, чтобы обеспечить нормальную работу смесителя СМ, который тоже вносит ослабление.

При подаче на входы СМ сигналов на частоте fsi и частоте гетеродина fг смеситель выделяет спектр частот, среди которых есть разностная частота, называемая промежуточной, т.е.

fпр=fsi – fг. Выход смесителя нагружен на полосовой фильтр ПФРЧ, выделяющий из спектра частот промежуточную частоту fпр с требуемой полосой пропускания 20,46 МГц. Далее сигнал усиливается в УПЧ до величины обеспечивающей нормальную работу схемы аналого-цифрового преобразователя АЦП. В зависимости от схемы АЦП каскады УПЧ могут быть охвачены автоматической регулировкой усиления АРУ.

Опорный генератор ОГ и синтезатор частот СЧ выполняют роль гетеродина. ОГ вырабатывает когерентную частоту 10,23 МГц, привязанную к источнику бортовой опорной частоты на борту НКА. Синтезатор частоты формирует частоты, необходимые для гетеродинирования. Дело в том, что схемы GPS приемников могут иметь 2 или 3 смесителя для последовательного выделения промежуточных частот fпр1= 1400 МГц, fпр2= 140 МГц, fпр3=31 МГц. Соответственно, и каскадов усилителя промежуточной частоты УПЧ может быть 2, 3 и более.

В узел корреляционной обработки входят аналого-цифровой преобразователь АЦП и собственно коррелятор. АЦП преобразует аналоговый сигнал промежуточной частоты, т.е. дискретизирует его, и в цифровом виде сигнал поступает в коррелятор. В GPS приемниках для коррелятора разработана специальная интегральная схема ASIC (Application Specific Integrated Circuit). В корреляторе из цифрового кода выделяются и формируются отсчеты синфазных I (к) и квадратурных Q(к) компонент сигнала (по сути, коррелятор кодовую последовательность навигационного сигнала разделяет на составляющие), которые являются основой для работы алгоритмов поиска сигнала по частоте и задержке, слежения за фазой сигнала и выделения навигационного сообщения. Отсчеты I(к) и Q(к) поступают в решающее устройство (навигационный процессор). По сути, коррелятор обеспечивает поиск, захват и слежение за сигналами, поступающими от НКА, т.е. передает цифровые отсчеты с выходов петель слежения за сигналами в навигационный процессор и определяет совместно с ним идентификационный код спутника, взятого на слежение.

Процессор выполняет следующие задачи:

- расчет управляющего сигнала для петель слежения и закладку данных расчета в коррелятор (ASIC);

- обработку битовой синхронизации;

- выделение навигационной информации;

- вычисление навигационных параметров вектора потребителя;

- корректировку неточности времени GPS приемника.

GPS приемник является для потребителей датчиком следующей информации:

E – угол возвышения между плоскостью потребителя и направлением на НКА;

А – угол азимута между потребителем и НКА, отмеренной по часовой стрелке от на направления на истинный ( географический) Север;

λ – геодезическая долгота потребителя (WGS-84);

ф – геодезическая широта потребителя (WGS);

tgps – системное время, вычисляемое приемником.

Вся другие навигационные данные, необходимые для целей навигации, вырабатываются другими устройствами по информации GPS приемника. К другим устройствам относятся также GPS навигаторы и картплоттеры со встроенными GPS приемниками.

2. Навигационные задачи, решаемые морскими GPS навигаторами.

Специфика этих задач.

В зависимости от области применения можно выделить четыре больших группы GPS навигаторов:

- персональные (карманные, встраиваемые в компьютеры, ноутбуки и т.п.);

- автомобильные;

- авиационные;

- морские.

Принципиальное отличие современных морских GPS навигаторов – это возможность решения традиционных задач планирования маршрута с составлением графика и расписания плавания, с указанием для каждого участка маршрута курса, длины, время плавания, время прибытия и т.д. Как правило, применяемые в судовождении навигаторы имеют встроенное картографическое обеспечение, т.е. по своему назначению их можно назвать картплоттерами. Применяемые в картплоттерах специализированные морские навигационные карты имеют присущие только морской навигации специальные объекты и условные знаки, например:

- навигационные опасности в виде подводных скал, рифов, затонувших судов, участков малых глубин и т.д.;

- средства навигационного обеспечения (маяки, буи, вехи, огни, знаки и т.д.);

- фарватеры, точечные отметки глубин, изобаты, данные о приливах, границы разрешенных и запрещенных районов плавания и т.д.;

- характер морского дна и т.д. и т.п.

Морские GPS навигаторы со встроенными картами обладают важной функцией определения сектора безопасных курсов и возможностью непрерывного анализа данных электронной карты

по курсу своего судна. По сути, морские GPS навигаторы решают все главные задачи навигации:

- определение координат текущего места судна;

- планирование маршрута и его предварительная прокладка;

- автоматическое вычисление безопасных курсов;

- предупреждение судоводителя о навигационных опасностях;

- отображение электронных морских карт;

- отображение на карте текущего места судна и его линии курса и др.

3. Конструктивные требования к морским GPS навигаторам.

3.1. Конструкция исполнения – только стационарная, обеспечивающая его надежное крепление на судне.

3.2. Герметичность конструкции.

3.3. Повышенные требования к надежности (к вибрациям, ударным нагрузкам и т.д.).

3.4. Обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС), в частности, защиты GPS навигатора от влияния на его работу другого судового радиооборудования.

3.5. Наличие выносной антенны герметичного исполнения и соблюдение требований по её установке.

3.6. Требования к экрану:

- обязательно цветной, т.к. отображение электронных карт на монохромном экране теряет всякий смысл,

- размер экрана не менее 5,6” по диагонали,

- как минимум, 2-х оконный интерфейс экрана, чтобы иметь возможность отображения на нём двух экранных страниц: например, карту и цифровую информацию, карту и профиль глубин, текущий маршрут и страницу путевой точки и т. д.

- наличие блока питания от борт/ сети с выходом 11…35 в постоянного тока,

- габариты и вес судовых навигаторов принципиального значения не имеют.