Будова та призначення GPS – приймачів

Мета роботи - ознайомитись з GPS – приймачем Pro Mark-2, його призначенням та технічними характеристиками. Засвоїти методику установки приймача в робоче положення і підготовку системи Pro Mark-2 до роботи.

Завдання - засвоїти будову, призначення та основні технічні характеристики GPS – приймача; знати технологію підготовки та установки комплексу приладів для спостережень.

Тривалість виконання роботи - одне заняття.

Основні теоретичні положення

1 Будова GPS – приймачів та їх технічні характеристики (рис. 12).

Рисунок 12 - Комплект приладів GPS - приймача

Розглянемо будову приймача Pro Mark-2 фірми Ashtech (США), який придатний як для побудови геодезичних мереж, так і для топографічного знімання, і будова якого є ідентичною до будови інших приймачів. Головними складовими приладу є власне приймач і його антена. При виконанні геодезичних робіт використовується тільки зовнішня антена. Призначенням антени є збір напрацьованих даних з GPS – супутників для заданої точки знімання. Дані зі супутників поступають на точку антени, яка називається фазовим центром, і яка повинна бути розміщена на одній вертикалі з центром геодезичного знака.

Оскільки фазовий центр є фізичною точкою антени і його геометричне положення на антені не зазначене, то цей фактор привносить у виміри додаткову інструментальну похибку, яка при високоточних геодезичних вимірах повинна враховуватись. Над точкою спостереження антена встановлюється на штативі. До головки штатива прикріплюють трегер з адаптером і подовжувач, до якого і прикріплюється сама антена. Трегер має оптичний центри для центрування над точкою спостереження. При спостереженнях до штатива прикріплюють приймач. Приймачі Pro Mark-2 можуть бути одно-і двохчастотні. Всі сучасні приймачі є багатоканальними, що дозволяє одночасно приймати сигнали з інформацією від декількох супутників. Для керування роботою приймача використовують панель, на якій розміщені функціональні клавіші (рис. 13).

Рисунок 13 - Функціональні клавіші приймача

Функції клавіш панелі приймача приведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - Функції клавіш управління приймачем

Приймач Pro Mark-2 має об’єм пам’яті 8 МБ. Інші технічні характеристики приймачів цієї марки приведено в таблиці 4. Для роботи приймачів в польових умовах використовують елементи живлення, які можуть бути лужними (alkaline) чи літієвими (lithium). Лужні акумулятори забезпечують безперервну роботу GPS – приймача протягом 8 годин, а літієві – 13 годин.

2 Підготовка GPS – приймача до спостережень.

Щоб виконати спостереження з GPS – приймачем необхідно виконати такі дії:

- встановити приймач і підготовити його до роботи;

- виконати ініціалізацію приймача;

- налаштувати приймач для проведення спостережень.

Таблиця 4 - Технічні характеристики приймача Pro Mark-2

Встановлення приймача в робоче положення над точкою спостереження і підготовка його до роботи складається з таких дій:

1 Установки штатива над точкою спостережень, закріплення на штативі трегера, адаптера, подовжувача антени і самої антени.

2 Центрування антени над пунктом спостереження з допомогою оптичного центриру або виска.

3 Орієнтування антени на штативі так, щоб її мітка «N» була спрямована на північ.

4 Закріплення на штативі утримувача приймача і самого приймача, та з’єднання приймача відповідним кабелем з антеною.

5 Вимірювання рулеткою з точністю до міліметрів висоти антени і висоти приймача над центром пункту.

Ініціалізація приймача складається з таких дій:

1 Включення приймача клавішею ON/OFF дисплею.

2 У «вікні» OPENING SCREEN з допомогою клавіші ENTER знайти підказку «Ввести у приймач дані про місцеположення, час і дату». Ввести відповідну інформацію.

3 Вибрати команду DONE і вимкнути приймач.

Щоб підготувати приймач до спостережень виконують такі дії:

1 Включають приймач шляхом натискання червоної клавіші ON/OFF.

2 У «вікні», що появляється на екрані приймача, виділяють команду «Знімання» (Survey) і натискають клавішу ENTER.

3 Появляється «вікно» Survey Menu, яке дозволяє провести налаштування приймача на збір даних спостережень (рис. 14).

Рисунок 14 - «Вікно» Survey Menu

Функції, які висвітлюються в цьому «вікні» забезпечують налаштування приймача:

3.1 Перша функція Survey Mode (режим знімання) дозволяє встановити вид знімання:

STATIC - статичний;

STOP - and - GO - стій і іди;

KINEMATIC - кінематичний.

3.2 Наступна функція пакету Survey Menu - Point Attribute - опис точки спостереження, шляхом її виділення. Натискають клавішу
ENTER, що дозволяє отримати зображення на екрані «вікна» цієї функції (рис. 15).

Рисунок 15 - «Вікно» функції Point Attribute

В цьому вікні необхідно заповнити дані на такі команди:

- Site ID - вказують чотиризначний ідентифікаційний номер пункту спостереження, який встановлює спостерігач, і який повинен бути незмінним для даної точки спостереження;

- Site Description - двадцяти значний опис додаткових характеристик точки спостереження (не є обов’язковим).

Для збереження занесеної інформації натискають клавішу SAVE (зберегти). Натискання цієї клавіші забезпечує також повернення до «вікна» Survey Menu.

3.3 В Survey Menu вибирають функцію Antenna (антена) і встановлюють висотні параметри антени на даному пункті. Тут можна ввести нахилене значення висоти (Slant), для визначення якої вимірюється віддаль від центра знака до краю корпуса антени, або прямовисне значення висоти (Vertical), що вимірюється від нижньої частини антени до центра знаку.

Всі висоти записуються у функції Units «вікна» Survey Menu.

3.4 Переходять до функції File Menager (файловий менеджер) «вікна» Survey Menu. Щоб відкрити «вікно» цієї функції натискають клавішу ENTER. У верхній частині «вікна» висвітлюються назви файлів, а у нижній – подається інформація про розмір файлу (Size), та обсяг доступної пам’яті.

Кожний файл починається з символу, значення якого таке:

> - поточний файл для запису даних;

+ - файл, що ще не був вивантажений з приймача;

- - файл,що був вивантажений з приймача.

Для вибору файлу користуються стрілками «вверх», «вниз». Щоб видалити файл використовують клавішу DELETE і стрілки «вправо», «вліво».

Повернення у «вікно» вихідної функції Survey Menu здійснюють клавішею ESC.

3.5 У «вікні» функції Units (одиниці) встановлюють одиниці вимірів (метри). Для доступу до цієї функції виділяємо її в Survey Menu, натискаємо клавішу ENTER, вибираємо потрібні одиниці і вводимо їх клавішею ENTER. Натискаючи на клавішу Save, зберігають ці одиниці у пам’яті приймача і повертаються у вихідне Survey Menu.

3.6 Використовують функцію Receiver ID (ідентифікатор приймача) для формування файлів даних. Для цього виділяють цю функцію у Survey Menu і натискають клавішу ENTER, відкривши, таким чином, «вікно» цієї функції. Записують у цьому «вікні» той же номер приймача, що і в пункті 3.2 і зберігають його натисканням на клавішу Save.

3.7 В Survey Menu вибирають функцію Contrast, яка дозволяє або зменшити контрастність екрана з допомогою клавіш «вліво» чи «вправо». Встановивши прийнятне значення контрастності, клавішею ENTER повертаються до Survey Menu.

4 Натискають на клавішу ESC і повертаються до вихідного «вікна» Survey , в якому вибирають наступну функцію Collect Data (збір даних). Натискають на клавішу ENTER, що дозволяє відкрити «вікно» функції Satellite Status (статус супутника).

а б

Рисунок 16 - Вікна функцій Satellite Status і Survey Status

Функція приймача Collect Data дозволяє налаштувати приймач на збір і запис даних спостереження супутників, а її команди Satellite Status і Survey Status забезпечують поточний контроль процесу спостережень.

4.1 Вікно Satellite Status (статус супутника) призначене для контролю процесу спостереження супутників (рис. 16а). У верхній частині вікна подана схематична карта небесної сфери, на якій показано розміщення супутників, що доступні для спостережень, і висвітлені їх ідентифікаційні номери. Номери супутників, сигнал від яких захопила система приймача, відображаються на карті у чорних віконцях білими цифрами, а потужність сигналів від цих супутників подається під картою у вигляді стовпчастої діаграми.

У нижній частині вікна Satellite Status знаходяться ідентифікатори, що дають характеристику джерела струму і об’єм вільної пам’яті у приймачі. Величина заряду батареї відображається в індикаторі приймача графічно, а характеристика обсягу вільної пам’яті подається у відсотках.

4.2 Щоб відкрити «вікно» Survey Status натискають клавішу Nav/Surv (рис. 16б). З допомогою цього «вікна» контролюють процес збору даних спостережень. «Вікно» Survey Status складається з таких полів:

- поле Observation Time (таймер спостережень)- показує кількість отриманих даних спостережень для визначення з заданою точністю відповідного вектора бази: 0 км - коли зібраних даних недостатньо;
5 км - коли зібраних даних достатньо для визначення вектора, довжиною до 5 км; 10 км - коли зібраних даних достатньо для визначення вектора, довжиною до 10 км; 15 км - коли зібраних даних достатньо для визначення вектора, довжиною до 20 км;

- поле Elapsed Time (затрачений час) – фіксує час, що пройшов з моменту запису даних в поточному спостереженні 4;

- поле # Sate (кількість супутників) – показує поточну кількість супутників, розташованих в полі обзору приймача вище 10° над горизонтом;

- поле PDOP (характеристика геометрії супутників) – оцінює коефіцієнтом якість спостережень (для якісних спостережень цей коефіцієнт повинен біти менше 6).

У цьому ж «вікні» внизу подається характеристика джерела струму (зображення електричної вилки свідчить про зовнішнє джерело струму) і обсяг у відсотках зайнятої даними спостережень пам’яті.

Методика підготовки приймача до спостережень за методикою Stop - and - Go (стій і іди), в основному, є такою ж, як і за розглянутою методикою.

Виконання роботи

Робота виконується у такій послідовності:

1 Описують складові приймача та їх призначення.

2 Викреслюють панель управління і описують призначення функціональних клавіш.

3 Описують технологію установки приймача для спостережень.

4 Приводять основні технічні характеристики визначення місцезнаходження точки спостереження GPS – методом.

Контрольні запитання

1 Яке призначення антени приймача?

2 Що називають фазовим центром антени?

3 Що центрують над точкою спостереження – приймач чи антену?

4 На яких частотах працюють сучасні GPS – приймачі?

5 Яка функція GPS – приймача надає дані про пункт спостереження?

6 Яку функцію управління приймачем необхідно задіяти, щоб почати збір даних спостережень зі супутників?

7 Як проконтролювати на пункті якість спостережень?

8 Якою повинна бути максимально допустима величина коефіцієнта PDOP?

9 Чи можна контролювати при спостереженнях роботу елементів живлення?

10 Яка точність визначення місцеположення точки спостереження GPS – методом?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10.

Обробка навігаційних повідомлень GPS – спостережень
для визначення геоцентричних координат супутника

Мета роботи - засвоїти структуру ефемеридного альманаху з навігаційного GPS - повідомлення і засвоїти методику обробки цього повідомлення з метою визначення геоцентричних просторових прямокутних координат супутника.

Завдання: на основі вихідних даних з ефемеридного повідомлення розрахувати геоцентричні координати супутника.

Тривалість виконання завдання - два заняття.