StarFire (навигационная система)
 | Эта статья включает список литературы , связанную литературу или внешние ссылки , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . ( январь 2016 г. ) |
StarFire большой площади, — это дифференциальный GPS-навигатор разработанный John Deere NavCom компании и группами точного земледелия . StarFire передает дополнительную «корректирующую информацию» на спутниковых частотах L-диапазона по всему миру, позволяя приемнику, оснащенному StarFire, производить измерения местоположения с точностью до одного метра, при этом типичная точность в течение 24-часового периода составляет менее 4,5 см. StarFire похож на (WAAS) ФАУ дифференциальную систему GPS Wide Area Augmentation System , но значительно более точен благодаря ряду методов, улучшающих обработку данных на стороне приемника.
Фон
[ редактировать ]
StarFire возникла после встречи в 1994 году инженеров John Deere , которые пытались наметить курс будущих разработок. В то время ряд небольших компаний пытались внедрить системы картирования урожайности, сочетающие GPS-приемник со счетчиком зерна, которые создавали карты поля, показывающие его урожайность. Инженеры посчитали, что это одна из самых интересных разработок в отрасли, но точность GPS, которая тогда еще использовала выборочную доступность , была просто слишком низкой для создания полезной карты. В течение следующих нескольких лет различные провайдеры обанкротились.
В 1997 году была сформирована группа для решения проблемы обеспечения более точного определения координат GPS. Вместе с членами инженерной команды John Deere в небольшом проекте Стэнфордского университета также принимали участие НАСА инженеры из Лаборатории реактивного движения . [1] Они решили создать систему dGPS , которая довольно сильно отличалась бы от подобных систем, таких как WAAS .
Решение проблемы неточности GPS
[ редактировать ]Теоретически сигнал GPS с отключенной функцией выборочного доступа обеспечивает точность порядка 3 м. На практике типичная точность составляет около 15 м.
Из этих 12 м около 5 м обусловлены искажениями от «волн» в ионосфере , которые вносят задержки распространения, из-за которых спутник кажется дальше, чем он есть на самом деле. Еще 3–4 м объясняются ошибками в данных спутниковых эфемерид , которые используются для расчета положения спутников GPS, и дрейфом спутника внутренних атомных часов .
dGPS корректирует эти ошибки, сравнивая положение, измеренное с помощью GPS, с известной высокоточной привязкой к земле, а затем вычисляя разницу и передавая ее пользователям. Некоторые из этих поправок применимы к любому местоположению – например, поправки к часам и данным эфемерид. Напротив, волны покрывают только определенную часть неба, поэтому поправка, измеренная на любой наземной станции, действительно полезна только для приемников, расположенных поблизости. Чтобы сделать поправки точными на большой территории, потребуется развернуть множество наземных опорных станций и передать значительный объем данных для четко разделенных мест. Например, WAAS использует двадцать пять станций в континентальной части США, создавая сетку с шагом 5x5 градусов.
Вместо этого StarFire использует усовершенствованный приемник для внутренней коррекции ионосферных эффектов. Для этого он захватывает сигнал P(Y), который транслируется на двух частотах, L1 и L2, и сравнивает влияние ионосферы на время распространения этих двух частот. Используя эту информацию, ионосферные эффекты можно рассчитать с очень высокой степенью точности, а это означает, что StarFire dGPS может компенсировать изменения задержки распространения. Второй сигнал P(Y) зашифрован и не может использоваться гражданскими приемниками напрямую, но StarFire не использует данные, содержащиеся в сигнале; вместо этого он только сравнивает фазу двух сигналов. Это дорого с точки зрения электроники, для использования требуется второй тюнер и отличная стабильность сигнала, поэтому решение типа StarFire не получило более широкого распространения (по крайней мере, на момент его создания).
Благодаря внутренней обработке ионосферной коррекции сигнал StarFire dGPS значительно сокращает объем информации, которую он должен нести, и состоит из набора сигналов коррекции только для спутниковых данных. Поскольку эти поправки действительны во всем мире, а в любой момент времени работают только 24 спутника, общий объем информации весьма ограничен. StarFire передает эти данные со скоростью 300 бит в секунду, повторяя их один раз в секунду. Коррекции обычно действительны в течение примерно 20 минут. Помимо эфемерид и поправок часов, сигнал также содержит информацию о состоянии каждого спутника, предоставляя данные о качестве обслуживания почти в реальном времени с задержкой примерно в 3 секунды при обновлении сигналов с наземной станции.
Версии
[ редактировать ]
StarFire разработал две версии. Первый, задним числом известный как SF1 , обеспечивал точность 1 сигма около 1 метра. Его погрешность составляла от 15 до 30 см, а это означает, что, хотя отображаемое положение (абсолютная точность) могло отклоняться примерно на 1 м, оно могло вернуть вас с точностью до нескольких сантиметров от ранее измеренного места (относительная точность). Этого было достаточно для предполагаемой роли — полевых изысканий. Впервые эта система была предложена в 1998 году, и после ее замены сигнал SF1, по-видимому, теперь предлагается бесплатно.
Более новая система, SF2 , была представлена в 2004 году. Она значительно повышает точность: абсолютная точность 1 сигма составляет около 4,5 см. Другими словами, StarFire оставит вас в пределах 4,5 см от определенной географической точки в 65% случаев и будет иметь точность менее 10 см примерно в 95% случаев (2-сигма). Относительная точность также повышается примерно до 2,5 см. Примечательно, что сигнал SF2 обеспечивает поправки как для американской группировки GPS, так и для российской системы ГЛОНАСС.
John Deere представила сигнал SF3 в 2016 году, немного повысив точность и сократив время срабатывания на 67 % по сравнению с SF2. Компания развернула в общей сложности 60 наземных опорных станций для генерации сигнала SF3. Как и SF2, SF3 предоставляет поправки для спутников GPS и ГЛОНАСС.
Даже если корректирующий сигнал StarFire потерян более чем на 20 минут, только внутренние ионосферные поправки обеспечивают точность около 3 м. Приемники StarFire также принимают сигналы WAAS, игнорируя их ионосферные данные и используя свои (менее подробные) эфемериды и данные настройки часов для обеспечения точности около 50 см. Для сравнения, «обычные» GPS-приемники обычно обеспечивают точность около 15 м, а те, которые используют WAAS, повышают ее примерно до 3 м.
Опорные станции
[ редактировать ]При первоначальном развертывании StarFire использовала семь опорных станций в континентальной части США. Поправки, генерируемые на этих станциях, отправляются на две резервные станции обработки (одна из них расположена рядом с опорной/мониторной станцией), а затем результирующий сигнал передается по восходящей линии связи со станции на восточном побережье США. Все станции подключены через Интернет с использованием выделенных линий ISDN и каналов VSAT в качестве резервных. Полученные сигналы транслировались по каналу Inmarsat III .
Дополнительные сети StarFire были позже созданы в Южной Америке, Австралии и Европе, каждая из которых работала со своих собственных опорных станций и отправляла данные на свои спутники. По мере роста использования системы было принято решение объединить различные «локальные» сети в единую глобальную. Сегодня сеть StarFire использует двадцать пять станций по всему миру, как и раньше, вычисляя и передавая данные со станций в США. Данные, собираемые на этих станциях, не зависят от местоположения, в отличие от большинства dGPS, а большое количество сайтов используется в первую очередь для резервирования.
Варианты
[ редактировать ]John Deere также продает реального времени кинематический dGPS StarFire RTK . RTK состоит из небольшого GPS-приемника, установленного на штативе, который использует сигналы StarFire для выполнения собственных расчетов dGPS относительно точки, обычно угла поля. Затем устройство передает эти поправки по радиоканалу на приемники, установленные на оборудовании. RTK обеспечивает абсолютную точность около 2 см и относительную точность в миллиметрах. Такая точность используется для полностью автоматизированного оборудования с системами автопривода.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Технология GPS-коррекции позволяет тракторам двигаться самостоятельно» . НАСА . Проверено 5 декабря 2016 г.
