वैश्विक उपग्रह नेविगेशन तकनीक: सिस्टम, पैरामीटर और कार्य क्या हैं

इस लेख में हम संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, यूरोपीय संघ और चीन में विकसित वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम के बारे में बात करेंगे; हम बताएंगे कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में वैश्विक उपग्रह नेविगेशन प्रौद्योगिकियों के लिए समर्थन कैसे लागू किया जाता है, और आधुनिक नेविगेशन रिसीवर के प्रमुख और अतिरिक्त कार्यों का भी वर्णन करता है।

जीपीएस

जीपीएस (ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) सैन्य उपयोग के लिए बनाया गया था। यह 80 के दशक के अंत में शुरू हुआ - 90 के दशक की शुरुआत में, लेकिन 2000 तक, स्थान पर कृत्रिम प्रतिबंधों ने नागरिक उद्देश्यों के लिए उपयोग करने की अपनी क्षमता को काफी हद तक निर्धारित किया।

निर्देशांक निर्धारित करने की सटीकता पर प्रतिबंधों को रद्द करने के बाद, त्रुटि 100 से घटकर 20 मीटर हो गई (आदर्श परिस्थितियों में जीपीएस रिसीवरों की हाल की पीढ़ियों में, त्रुटि 2 मीटर से अधिक नहीं होती है)। इस तरह की परिस्थितियों ने सामान्य और विशेष कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सिस्टम का उपयोग करना संभव बना दिया:

• सटीक स्थान का निर्धारण
  
• वास्तविक स्थान के आधार पर नेविगेशन, मानचित्र-आधारित आंदोलन
  
• समय सिंक्रनाइज़ेशन
  

जीपीएस उपग्रह कक्षाओं। पृथ्वी की सतह पर एक बिंदु से उपग्रहों की दृश्यता का एक उदाहरण। दृश्यमान शनि आदर्श स्थितियों (स्पष्ट क्षेत्र) के तहत पर्यवेक्षक के क्षितिज के ऊपर दिखाई देने वाले उपग्रहों की संख्या है।

ग्लोनास

जीपीएस के एक रूसी एनालॉग, ग्लोनास (वैश्विक नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम) को 1995 में तैनात किया गया था, लेकिन अपर्याप्त धन और एक लघु उपग्रह जीवन के कारण, इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था। सिस्टम के दूसरे जन्म को वर्ष 2001 माना जा सकता है, जब इसके विकास के लिए लक्ष्य कार्यक्रम को अपनाया गया था, जिसकी बदौलत ग्लोनास ने 2010 में पूर्ण कार्य फिर से शुरू किया।

आज, 24 ग्लोनास उपग्रह कक्षा में चल रहे हैं, वे पूरे विश्व को एक नेविगेशन सिग्नल के साथ कवर करते हैं।
नवीनतम उपभोक्ता उपकरण जीपीएस और ग्लोनास का उपयोग पूरक प्रणालियों के रूप में करते हैं, जो निकटतम उपग्रहों से जुड़ते हैं, इससे उनके काम की गति और सटीकता में काफी वृद्धि होती है।

उदाहरण: एंड्रॉइड ओएस पर आधारित एक कार जीपीएस / ग्लोनास नेविगेशन और संचार उपकरण , रूसी रूसी ब्यूरो के आदेश द्वारा प्रोमवाड टीम द्वारा विकसित किया गया है। GSM / GPRS / 3G के लिए समर्थित समर्थन। डिवाइस स्वचालित रूप से वास्तविक समय में ट्रैफ़िक स्थिति के बारे में जानकारी अपडेट करता है और ट्रैफ़िक भीड़ को ध्यान में रखते हुए ड्राइवर को सबसे अच्छा मार्ग प्रदान करता है।

वर्तमान में दो और उपग्रह प्रणालियां विकसित हो रही हैं: यूरोपीय गैलीलियो और चीनी कम्पास।

गैलीलियो

गैलीलियो 2002 में घोषित यूरोपीय संघ और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की एक संयुक्त परियोजना है। प्रारंभ में, यह आशा की गई थी कि 2010 की शुरुआत में, 30 उपग्रह इस प्रणाली के हिस्से के रूप में मध्य पृथ्वी की कक्षा में काम करेंगे। लेकिन इस योजना को लागू नहीं किया गया है। अब, गैलीलियो के संचालन की शुरुआत की अनुमानित तारीख 2014 है। हालांकि, यह उम्मीद है कि सिस्टम का पूर्ण उपयोग 2020 से पहले शुरू नहीं होगा।

परकार

यह Beidou चीनी क्षेत्रीय नेविगेशन प्रणाली के विकास में अगला कदम है, जिसे 2011 के अंत में 10 उपग्रहों के प्रक्षेपण के बाद परिचालन में लाया गया था। अब यह एशिया और प्रशांत की सीमाओं के भीतर कवरेज प्रदान करता है, लेकिन उम्मीद है कि 2020 तक यह प्रणाली वैश्विक हो जाएगी।




जीपीएस, ग्लोनास, गैलीलियो और कम्पास उपग्रह नेविगेशन सिस्टम (एमईओ) की कक्षाओं की तुलना अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस), हबल टेलीस्कोप और कम कक्षा में उपग्रहों की इरिडियम श्रृंखला के साथ-साथ भूस्थैतिक कक्षा और पृथ्वी के नाममात्र आकार से की जाती है।

GNSS समर्थन

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में वैश्विक नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम (GNSS) की तकनीक का समर्थन नेविगेशन रिसीवर पर आधारित है, जिसे विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है:

• स्मार्ट एंटीना - एक मॉड्यूल जिसमें एक सिरेमिक एंटीना और एक नेविगेशन रिसीवर होता है। लाभ: कॉम्पैक्टनेस, समन्वय की आवश्यकता नहीं होती है, समयरेखा को कम करके विकास की लागत को कम करता है।
• एमसीएम (मल्टी चिप मॉड्यूल) - एक चिप जिसमें नेविगेशन रिसीवर के सभी घटक शामिल हैं।
• OEM एक परिरक्षित बोर्ड है जिसमें एक RF इंटरफ़ेस प्रोसेसर और एक बेसबैंड फ़्रीक्वेंसी प्रोसेसर (RF-frontend + baseband), SAW फ़िल्टर और स्ट्रैपिंग शामिल हैं। यह इस समय सबसे लोकप्रिय समाधान है।

नेविगेशन मॉड्यूल UART / RS-232 या USB इंटरफ़ेस के माध्यम से चिप पर माइक्रोकंट्रोलर या सिस्टम से जुड़ा है।

नेविगेशन रिसीवर के प्रमुख पैरामीटर

इससे पहले कि नेविगेशन रिसीवर लोकेशन की जानकारी दे सके, उसके तीन डेटा सेट होने चाहिए:

1. उपग्रहों से संकेत
2. पंचांग - सभी उपग्रहों की कक्षाओं के अनुमानित मापदंडों और साथ ही घड़ी और आयनमंडल की विशेषताओं के बारे में जानकारी
3. पंचांग - प्रत्येक उपग्रह की कक्षाओं और घड़ियों के सटीक पैरामीटर

TTFF विशेषता दर्शाती है कि उपग्रहों से संकेतों की खोज करने और स्थान का निर्धारण करने में रिसीवर को कितना समय लगता है। यदि रिसीवर नया है, या लंबी अवधि के लिए बंद कर दिया गया है, या इसे पिछली बार चालू होने के बाद से लंबी दूरी तक पहुँचाया गया है, तो यह आवश्यक डेटा का एक सेट प्राप्त करने और स्थान के निर्धारण को निर्धारित करने तक का समय।

टीटीएफएफ को कम करने के लिए रिसीवर निर्माता विभिन्न तरीकों का उपयोग करते हैं, जिसमें वायरलेस डेटा नेटवर्क (तथाकथित असिस्टेड जीपीएस या ए-जीपीएस विधि) पर पंचांग और पंचांग को डाउनलोड करना और सहेजना शामिल है, जो कि जीएनएसएस संकेतों से इस डेटा को निकालने से तेज है।

एक ठंड शुरू एक ऐसी स्थिति का वर्णन करती है जहां रिसीवर को स्थान निर्धारित करने के लिए सभी जानकारी प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। इसमें 12 मिनट लग सकते हैं।

एक गर्म शुरुआत एक ऐसी स्थिति का वर्णन करती है जहां रिसीवर के पास स्मृति में लगभग सभी आवश्यक जानकारी होती है, और यह एक मिनट के भीतर स्थान का निर्धारण करेगा।

मोबाइल उपकरणों में नेविगेशन मॉड्यूल के प्रमुख मापदंडों में से एक बिजली की खपत है। ऑपरेटिंग मोड के आधार पर, मॉड्यूल एक अलग मात्रा में ऊर्जा की खपत करता है। उपग्रह खोज चरण (TTFF) की विशेषता बड़ी और ट्रैकिंग, कम बिजली की खपत है। निर्माता ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए विभिन्न योजनाओं को भी लागू करते हैं, उदाहरण के लिए, समय-समय पर मॉड्यूल को स्लीप मोड में डालकर।

एक नियम के रूप में, सभी मॉड्यूल आउटपुट डेटा NMEA-0183 पाठ प्रोटोकॉल का उपयोग करते हैं, लेकिन निर्दिष्ट पाठ प्रोटोकॉल के अलावा, प्रत्येक निर्माता का अपना बाइनरी प्रोटोकॉल (बाइनरी) है, जो आपको एक विशिष्ट उपयोग के लिए मॉड्यूल कॉन्फ़िगरेशन को बदलने या अतिरिक्त कार्यक्षमता तक पहुंच प्राप्त करने की अनुमति देता है, साथ ही साथ कच्चे तक पहुंच भी। माप। बाइनरी प्रोटोकॉल माइक्रोकंट्रोलर पर उपयोग के लिए सुविधाजनक है, जैसा कि पाठ से बाइनरी डेटा में परिवर्तित करने की आवश्यकता नहीं है, जिससे स्ट्रिंग लाइब्रेरी और रूपांतरण समय को समाप्त करके प्रोग्राम मेमोरी को बचाया जा सकता है।

NMEA-2000 मानक NMEA-0183 प्रोटोकॉल का एक विकास है। NMEA-2000 भौतिक रूप में एक CAN बस का उपयोग करता है, जिसे RS-232 की तुलना में इसकी अधिक सुरक्षा के कारण चुना गया था। डेटा ट्रांसफर प्रोटोकॉल के संदर्भ में, NMEA-2000 अपने पूर्ववर्ती से काफी अलग है, जैसा कि SAE J1939 मानक के आधार पर एक बाइनरी प्रोटोकॉल का उपयोग करता है।

सभी मॉड्यूल के स्थान और गति पर डेटा को अपडेट करने की आवृत्ति 1 हर्ट्ज है, लेकिन यदि आवश्यक हो, तो इसे 5 या 10 हर्ट्ज तक बढ़ाया जा सकता है।

एप्लिकेशन के आधार पर, मॉड्यूल को विशिष्ट गतिशील विशेषताओं के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है जिसे इसे ट्रैक करना होगा (उदाहरण के लिए, ऑब्जेक्ट का अधिकतम त्वरण)। यह आपको इष्टतम एल्गोरिथ्म का उपयोग करने और माप की गुणवत्ता में सुधार करने की अनुमति देता है।

नेविगेशन कार्य करने के लिए, मॉड्यूल को एक साथ कई उपग्रहों से संकेत प्राप्त करना चाहिए, अर्थात। कई चैनल प्राप्त करते हैं । आज, यह संख्या 12 से 88 तक है।

जीपीएस स्थान की सटीकता औसतन 15 मीटर है, इसका उपयोग गलत सिग्नल के कारण, रेडियो सिग्नल के प्रसार पर वायुमंडल का प्रभाव, रिसीवरों में क्रिस्टल ऑसिलेटर्स की गुणवत्ता, आदि। लेकिन सुधारात्मक तरीकों का उपयोग करके, स्थान निर्धारण की सटीकता में सुधार करना संभव है। इस तकनीक को डिफरेंशियल जीपीएस कहा जाता है। दो सुधार विधियाँ हैं: स्थलीय और उपग्रह DGPS।

भूमि सुधार के तरीकों में, अंतर सुधार के ग्राउंड स्टेशन लगातार नेविगेशन उपग्रहों से अपने ज्ञात स्थान और संकेतों की जांच करते हैं। इस जानकारी के आधार पर, सुधार मानों की गणना की जाती है जो RTCM प्रारूप में मोबाइल DGPS रिसीवरों को VHF या DV ट्रांसमीटर का उपयोग करके प्रसारित किया जा सकता है। प्राप्त जानकारी के आधार पर, उपभोक्ता अपने स्वयं के स्थान का निर्धारण करने की प्रक्रिया को समायोजित कर सकता है। इस पद्धति की सटीकता 1-3 मीटर है और सुधारात्मक जानकारी और सिग्नल गुणवत्ता के ट्रांसमीटर की दूरी पर निर्भर करती है।

उत्तरी अमेरिका में उपलब्ध WAAS (वाइड एरिया ऑग्मेंटेशन सिस्टम), और यूरोप में उपलब्ध EGNOS (यूरोपियन जियोस्टेशनरी नेविगेशन ओवरले सिस्टम) जैसे उपग्रह तरीके, भूस्थैतिक उपग्रहों से सुधारात्मक डेटा भेजते हैं, इस प्रकार एक बड़ा क्षेत्र क्षेत्र प्राप्त करते हैं। जमीन आधारित विधियों की तुलना में।



उपग्रह आधारित अंतर सुधार प्रणाली (SBAS - स्पेस बेस्ड ऑग्मेंटेशन सिस्टम) गणना प्रक्रिया में बाहरी डेटा को एकीकृत करके नेविगेशन सिस्टम की सटीकता, विश्वसनीयता और पहुंच में सुधार कर सकती है।




संयुक्त राज्य अमेरिका में WAAS (वाइड एरिया ऑग्मेंटेशन सिस्टम) के सिद्धांत का प्रदर्शन

मुख्य मापदंडों में से एक जो स्थान सटीकता और रिसेप्शन स्थिरता को प्रभावित करता है वह संवेदनशीलता है । यह आमतौर पर रिसीवर के इनपुट पर कम-शोर एम्पलीफायर की गुणवत्ता और कार्यान्वित डिजिटल प्रसंस्करण एल्गोरिदम की जटिलता से निर्धारित होता है। आधुनिक रिसीवर के लिए विशिष्ट मूल्य खोज के लिए 143 डीबीएम और ट्रैकिंग के लिए 160 डीबीएम की सीमा में हैं।

स्थिति निर्धारण के अलावा, GNSS सटीक समय की जानकारी प्रदान करता है। एक नियम के रूप में, सभी रिसीवर्स के पास एक पीपीएस (पल्स प्रति सेकंड, पल्स प्रति सेकंड) आउटपुट है - एक दूसरा मार्क (1 हर्ट्ज), जो यूटीसी टाइमलाइन के साथ ठीक से सिंक किया गया है।

नेविगेशन उपकरणों के अतिरिक्त कार्य

डेड रेककन । यात्रा की दिशा और यात्रा की दूरी (अतिरिक्त सेंसर द्वारा प्रदान की गई) के बारे में जानकारी के आधार पर, रिसीवर उपग्रहों से संकेतों की अनुपस्थिति में अपने निर्देशांक की गणना कर सकता है (उदाहरण के लिए, सुरंगों में, भूमिगत पार्किंग स्थल और घने शहरी क्षेत्रों में)।

कुछ मॉड्यूल आवश्यक आवृत्ति के साथ ट्रैक रिकॉर्ड करने के लिए मॉड्यूल (उदाहरण के लिए, एसपीआई के माध्यम से) को सीधे फ्लैश मेमोरी से कनेक्ट करने की क्षमता रखते हैं। यह फ़ंक्शन आपको एक अलग माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करने से इनकार करने की अनुमति देता है, या यह बिजली की खपत को कम करने के लिए उपयोगी हो सकता है (यानी चिप पर सिस्टम नींद की स्थिति में हो सकता है)।

यह वैश्विक उपग्रह नेविगेशन प्रौद्योगिकियों की सतह समीक्षा का निष्कर्ष निकालता है। आपका ध्यान देने के लिए धन्यवाद। इन ग्लोनास और जीपीएस पर आधारित पूर्ण परियोजनाओं के उदाहरण प्रोमवाड के विकास पृष्ठ पर देखे जा सकते हैं।