Основы построения спутниковых радионавигационных систем (дисциплина) — различия между версиями
Korogodin (обсуждение | вклад) |
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Календарный план) |
||
| (не показаны 38 промежуточных версий 1 участника) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| − | + | 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 == | ||
| + | |||
| + | |||
| + | {| class="wikitable" | ||
| + | |+ Календарный план ОП СРНС | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | ! № || Дата || Лекции || Расчетные задания || Лабораторные работы | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 1 || 06.09 || [[Введение в СРНС (ОП СРНС, лекция)|История развития СРНС. Структура современных СРНС.]] || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 2 || 13.09 || [[Методы навигационных определений (ОП СРНС, лекция)|Методы навигационных определений.]] (с завершением предыдущей) || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 3 || 20.09 || [[Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)|Пространственные системы координат]] || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 4 || 27.09 || (продолжение) || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 5 || 04.10 || [[Шкалы времени (ОП СРНС, лекция)|Шкалы времени]] || || Продемонстрировать расхождение шкал времени двух приборов | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 6 || 11.10 || [[Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)|Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза]] || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 7 || 18.10 || || Решение навигационной задачи || [[Псевдодальномерный метод позиционирования (лабораторная работа)|Псевдодальномерный метод позиционирования]] | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 8 || 25.10 || [[Требования, предъявляемые к навигационным сигналам (ОП СРНС, лекция)|Требования, предъявляемые к навигационным сигналам]] || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 9 || 01.11 || Собрание по теме бакалаврских работ || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 10 || 08.11 || [[Математическое описание сигналов СРНС (ОП СРНС, лекция)|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 | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 11 || 15.11 || || || [[Формирование дальномерного кода сигнала GPS C/A (лабораторная работа)|Формирование дальномерного кода сигнала GPS C/A]] | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 12 || 22.11 || || || [[Формирование_и_исследование_существующих_и_перспективных_навигационных_радиосигналов_(лабораторная_работа)|Формирование навигационного сигнала]] | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 13 || 29.11 || [[Навигационное сообщение (ОП СРНС, лекция)|Навигационное сообщение]] (на примере сообщения GPS C/A) || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 14 || 06.12 || || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 15 || 13.12 || || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 16 || 20.12 || || || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | | 17 || 27.12 || [[Основы построения аппаратуры потребителей СРНС (ОП СРНС, лекция)|Основы построения аппаратуры потребителей СРНС]] <br> [[Подсистема контроля и управления СРНС (ОП СРНС, лекция)|Подсистема контроля и управления СРНС]] <br> [[Подсистема космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Подсистема космических аппаратов]] [[Орбитальное движение космических аппаратов (ОП СРНС, лекция)|Орбитальное движение космических аппаратов]] || Расчет орбиты НКА по выделенным эфемеридам || | ||
| + | |- align="center" | ||
| + | |} | ||
| + | |||
| + | == Идеи == | ||
| + | |||
| + | * Добавить лекцию/практику/лабу по стандартам протоколов приемников - NMEA, RINEX, пример бинарного протокола. | ||
| + | |||
| + | == 2013 год == | ||
| + | |||
| + | === Занятие 1 (06.09) === | ||
| + | |||
| + | Проводилось в соответствии с [[Введение_в_СРНС_(ОП_СРНС,_лекция)|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 [[Методы_навигационных_определений_(ОП_СРНС,_лекция)|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) === | ||
| + | |||
| + | [[Blog:Boldenkov/01.11.2013_Завершён_набор_в_бакалавры_2014_года|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: | ||
| + | # Запишите обобщенную математическую модель спутникового радионавигационного сигнала. Какой диапазон значений принимают параметры модели для сигналов ГЛОНАСС СТ L1, GPS C/A L1. | ||
| + | # Какими характеристиками обладают дальномерные коды? Чем отличаются дальномерные коды приведенных сигналов? Какие характеристики системы определяют свойства дальномерных кодов? | ||
| + | # Для чего в навигационных системах используется модуляция сигналов дальномерным кодом? | ||
| + | # 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. | ||
| + | |||
| + | Формирование навигационного сигнала: | ||
| + | 1) Спектральная плотность мощности сигналов GPS L1 C/A | ||
| + | 2) Спектральная плотность мощности сигналов ГЛОНАСС L1 СТ | ||
| + | 3) Устройство векторного генератора и принцип формирования навигационного сигнала с его помощью (суметь сформировать сигнал с заданной модуляцией в лаборатории) | ||
| + | 4) Принцип работы анализатора спектра (суметь получить спектральную плотность мощности сигнала) | ||
| + | |||
| + | === 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. | ||
| + | |||
| + | Контрольные вопросы: | ||
| + | 1) Структура навигационного сообщения сигнала GPS C/A (структура суперкадра, кадра, подкадра и т.д. на основе ИКД, их длительности и содержание) | ||
| + | 2) Содержание слова TLM | ||
| + | 3) Содержание слова HOW | ||
| + | |||
| + | [[Категория:ОП СРНС (дисциплина)]] | ||
Текущая версия на 13:35, 27 декабря 2013
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.
[править] 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 сигнала GPS C/A | ||
| 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 |
[править] Идеи
- Добавить лекцию/практику/лабу по стандартам протоколов приемников - NMEA, RINEX, пример бинарного протокола.
[править] 2013 год
[править] 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.
[править] Занятие 2 (13.09)
Первая треть пары - окончание предыдущей лекции. Далее по теме.
[править] Занятие 3 (20.09)
Комментарии тут: Пространственные системы координат (ОП СРНС, лекция)#Замечания на будущий год
[править] Занятие 4 (27.09)
Комментарии всё там же.
[править] Занятие 5 (04.10)
Комментарии: Шкалы времени (ОП_СРНС, лекция)#Практика первого года
[править] Занятие 6 (11.10)
Комментарии: Псевдодальность, псевдоскорость, псевдофаза (ОП СРНС, лекция)#Опыт первого года
[править] Занятие 7 (18.10)
Комментарии: Псевдодальномерный метод позиционирования (лабораторная работа)#Опыт первого занятия
[править] Занятие 8 (25.10)
Комментарии: Требования, предъявляемые к навигационным сигналам (ОП СРНС, лекция)#Опыт
[править] Занятие 9 (01.11)
Собрание по темам бакалаврских работ.
[править] Занятие 10 (08.11)
Продолжил тему восьмого занятия с учетом сформированных замечаний.
[править] 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:
- Запишите обобщенную математическую модель спутникового радионавигационного сигнала. Какой диапазон значений принимают параметры модели для сигналов ГЛОНАСС СТ L1, GPS C/A L1.
- Какими характеристиками обладают дальномерные коды? Чем отличаются дальномерные коды приведенных сигналов? Какие характеристики системы определяют свойства дальномерных кодов?
- Для чего в навигационных системах используется модуляция сигналов дальномерным кодом?
- Как формируются дальномерные коды перечисленных сигналов?
[править] 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.
Формирование навигационного сигнала: 1) Спектральная плотность мощности сигналов GPS L1 C/A 2) Спектральная плотность мощности сигналов ГЛОНАСС L1 СТ 3) Устройство векторного генератора и принцип формирования навигационного сигнала с его помощью (суметь сформировать сигнал с заданной модуляцией в лаборатории) 4) Принцип работы анализатора спектра (суметь получить спектральную плотность мощности сигнала)
[править] 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.
[править] 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.
Контрольные вопросы: 1) Структура навигационного сообщения сигнала GPS C/A (структура суперкадра, кадра, подкадра и т.д. на основе ИКД, их длительности и содержание) 2) Содержание слова TLM 3) Содержание слова HOW
