Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Űrkutatás 2014 8. hét. Navigáció, térképezés a Föld térségében.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Űrkutatás 2014 8. hét. Navigáció, térképezés a Föld térségében."— Előadás másolata:

1 Űrkutatás hét

2 Navigáció, térképezés a Föld térségében

3 Helymeghatározás, távolságmérés A helymeghatározás, navigáció és térképezés távolság, ill. szögmérésre vezethető vissza. Szükséges egy koordináta-rendszert definiálni. Ebből (is) persze sok van...

4 Hagyományos földmérés Ismert koordinátájú pontból és egy ismert irányból (pl. észak) kiindulva szög- és távolságméréssel meghatározzuk újabb pontok helyét. Mérőeszköz: teodolit Távolságmérés: egy ismert szakasz látószögének mérésére vezetjük vissza (ált. a függőleges mérőléc)

5 Teodolit Fent: régebbi teodolit Lent: újabb teodolit. Újabban lézeres távmérővel, műholdas helymeghatározással és számítógépes felülettel is rendelkeznek.

6 Hagyományos navigáció Tengeri navigáció  szextáns: szélesség meghatározása szögmérés: horizont és delelő Nap között, vagy csillagok alapjánszögmérés: horizont és delelő Nap között, vagy csillagok alapján  kronométer (óra): hosszúság meghatározása helyi idő és otthoni idő különbsége alapján

7  Kronométer: pontos óra  1óra:15 fok  1perc: 4 fok  1 fok az egyenlítőn kb. 110km  Szextáns

8 Szextáns

9 Közvetlen távolságmérési módszerek:  Radar, lidar, szonár (oda-vissza), jeladó (egyirányú) Terjedési idő mérésTerjedési idő mérés Fázistolás mérésFázistolás mérés Doppler-eltolódás mérésDoppler-eltolódás mérés Újítások

10 Terjedési idő  Radar, lidar: EM impulzus reflexiója d=ct/2 (d távolság, t oda-vissza terjedési idő) d=ct/2 (d távolság, t oda-vissza terjedési idő) c≈ km/s vákuumban, függ a közegtőlc≈ km/s vákuumban, függ a közegtől  szonár (ultrahang): ugyanez, csak c a hang terjedési sebessége (függ a közegtől, annak sebességétől, hőmérséklettől stb)ugyanez, csak c a hang terjedési sebessége (függ a közegtől, annak sebességétől, hőmérséklettől stb)

11 Terjedési idő  Egyirányú mérés (GPS): adó és vevő is pontos órával rendelkezikadó és vevő is pontos órával rendelkezik küldött jelbe kódolják a küldési időtküldött jelbe kódolják a küldési időt d=ctd=ct időmérés pontatlansága a vevő oldaláról: több méréssel korrigáljuk (rádiónavigációs rendszerek)időmérés pontatlansága a vevő oldaláról: több méréssel korrigáljuk (rádiónavigációs rendszerek)

12 Időmérés  Kvarc-oszcillátor Frekvencia pontosság:Frekvencia pontosság: Δf/f0= ppm (ppm: 1:10 6 ) hőfüggéshőfüggés  Atomóra Frekvencia pontosság:Frekvencia pontosság: 1:

13 Fáziskülönbség  Úthoz tartozó fázistolás  csak 2π-n belül egyértelmű! (hullámhossznyi táv)  egyértelműségi hatótáv növelése: másik frekvencián is mérünk

14 Fáziskülönbség  Légkörben terjedő jel frekvenciafüggő csillapítást és fázistolást szenvedhet  Légkör pontos aktuális állapota nem ismert (főleg ionoszféra)  Több frekvencián mérés itt is segíthet (GPS)

15 FM  Lineáris FM-et küldünk ki  Az időkülönbség arányos a frekvencia- különbséggel (piros: küldött, zöld: vett jel

16 Doppler-eltolódás  Ha az adó és vevő egymáshoz képest radiális sebességkomponenssel rendelkezik  A fény sebessége változatlan, a frekvencia változik  Közeledik: kékeltolódás  Távolodik: vöröseltolódás

17 Doppler-eltolódás  Nem relativisztikus sebességeknél  Radarnál (oda-vissza):

18 Rádiónavigáció  : Loran, Gee, Decca, РСДН- 20 (Alfa), Чайка (földi)  1964: Transit (műholdas)  1971 Omega (földi)  1972: Циклон (műholdas)  1995: Navstar GPS (műholdas)  1995: ГЛОНАСС (műholdas)  Galileo (műholdas)  2020: BeiDou (műholdas)

19 Alapelv:  terjedési időt mérek  terjedési időkülönbségeket mérek („hiperbolikus navigáció”)

20 Rádiónavigáció Egyirányú adatforgalom (broadcast) (csak a műhold ad)  Vevőket nem lehet bemérni  Korlátlan számú vevő lehet  Műholdas adónál ha a vevő antennája irányított, nehezebb a földről zavarni

21 Transit  Teszt 1960, üzemel  5+5 tartalék műhold, 1100km poláris pályán  2 frekvencia (ionoszféra hatás korrekciója): 150MHz, 400MHz  Műhold küldi: idő, pályaelem  Doppler: max 10kHz, görbéből számol  400m.. 20m felbontás (katonai)

22 Transit Hely számítása: Elhaladáskor felveszi a Doppler- eltolódás görbéjét, ez a földrajzi helyre jellemző (műholdpálya ismeretében). Pár óránként van elhaladás. Műhold: 32k ferritmagos memória. Tengeralattjáró szg.: 8k*15b memória...

23 Loran, Gee, Decca  Hajózási, repülési navigáció  Földi állomásokkal  II.VH alatt fejlesztették ki őket  Decca: kHz, 740km, n100m  Loran: 1,95MHz, 2400km, n10km  Gee: MHz, repülési, 560km, n100m

24 Hiperbolikus navigáció  Ha nem tudom a jel indulási idejét  De tudok időkülönbséget mérni  A és B adó különbsége alapján egy hiperbolát tudok felrajzolni  A és C adó különbsége egy másik hiperbola  Két görbe metszéspontjában vagyok

25 Hiperbolikus navigáció

26 Omega   8 földi adóra épülő rendszer  VLF kHz  ±2km felbontás  kiegészítette Transit-ot

27 Műholdas navigáció  GNSS: Global Navigation Satellite System: átfogó név az egész Földön használható műholdas helymeghatározási rendszerekre

28 GNSS felhasználás  Közlekedés koord., térkép, ill. autopilotkoord., térkép, ill. autopilot kerékpár, gépkocsi, munkagépek, hajó, repülőgép, űrhajó, műholdkerékpár, gépkocsi, munkagépek, hajó, repülőgép, űrhajó, műhold gyalogtúra; látáskorlátozottaknakgyalogtúra; látáskorlátozottaknak  nyomkövetés (jeladóval) logisztika; lopáslogisztika; lopás tömegközlekedés, teherszállítás, de akár gk., kerékpár is tömegközlekedés, teherszállítás, de akár gk., kerékpár is útdíjfizetéshezútdíjfizetéshez

29 GNSS felhasználás  Térképezés földmérés,földmérés, térkép készítéstérkép készítés  építkezés, régészet, környezetvédelem stb. munkagépek -> munkavégzés dokumentálása (csatorna, földalatti kábel, mg.,stb)munkagépek -> munkavégzés dokumentálása (csatorna, földalatti kábel, mg.,stb) kőzetlemezek mozgásának követésekőzetlemezek mozgásának követése

30 GNSS felhasználás  Pontos idő szolgálat  Antenna tájolás műholdas vételhez  Vészhelyzeti kommunikációhoz helymeghatározás  Szórakozás, sport, kultúra (geocaching, városismeret, geocoding/tagging, mobiltelefonos exhibicionizmus)

31 GPS (USA)  Global Positioning System  USA kormány tulajdona, védelmi minisztérium üzemelteti  Katonai célokra fejlesztették  1973: fejlesztés indul  1990: Öböl-háborúban használják  1995: teljes felszereltség, nyilvánosan elérhető

32 GPS  3D helyet (koordinátákat) adja meg  Ismert pályájú műholdaktól való távolságot mérünk (egyirányú időméréssel)  Elméletileg n dimenzióban n műholdat kell megfigyelnünk  A vevő órája pontatlan, ezért eggyel több műhold megfigyelésével pontosítjuk (50ns)

33 GPS  Navstar műholdak  h=20.200km (T=12h)  i=55°, 6 pálya 60°-onként  Min. 24 db, jelenleg 32 (folyamatosan pótolják, több generáció)  Egyszerre min.4db látható ?99% valószínűséggel

34 GPS Érdekesség:  Relativisztikus korrekció  Gravitációs térben a grav.potenciáltól függően máshogy telik az idő  10,23MHz helyett 10, MHz kell

35 GPS civil 2000-ig SA (Selective Availability), „rontottak” a pontosságon A Pentagon fenntartja a jogot, hogy korlátozza a hozzáférést (háború esetén) -> EU Galileo fejlesztésA Pentagon fenntartja a jogot, hogy korlátozza a hozzáférést (háború esetén) -> EU Galileo fejlesztés Pontosság: kb.5-10m (erősen változó)Pontosság: kb.5-10m (erősen változó) L1 frekvencia, C/A kód (coarse acquisition), szabad felhasználásúL1 frekvencia, C/A kód (coarse acquisition), szabad felhasználású Pontosság javítható (ld.később)Pontosság javítható (ld.később)

36 GPS katonai  Két frekvencia, L1, L2  P(Y) (Precision) kód mindkét frekin, titkosított  Pontosság: 2-9m (javítható)

37 GPS űrbeli  Alacsony Föld körüli pályán is használható  Főleg emberes repülésnél  Civil készülék korlátozva lehet magasságra és sebességre

38 Pontosság javítás  Két frekvencia (katonai, de megnyitják civilbe is az új sorozaton)  Differenciális GPS (kiegészítő adók)  Átlagolás (ezzel a kőzetlemezek mozgása is mérhető)  Vízszintes pontosság jobb, mint függőleges

39 Differenciális GPS Ismert koordinátájú hely veszi a GPS koordinátáit, az ismerttel összehasonlítva megállapítja a hibát, ezt elküldi nekem Korrigálni tudom vele a saját jelemet, ha kb. azonos a hibánk (légköri hatások, zavarás)

40 Differenciális GPS  Diff. jeladó lehet földi vagy műhold  Földi: rálátás szüksége miatt gyakori elhelyezés kell  Műholdas: ált. geostacionárius EGNOS (EU)EGNOS (EU) WAAS (USA)WAAS (USA) Ezeknél is földi állomás veszi a GPS jelet és számol korrekciót, a műhold közvetítEzeknél is földi állomás veszi a GPS jelet és számol korrekciót, a műhold közvetít

41 Differenciális GPS  Pontosság akár 1m  Geostac műholdra korlátozott a rálátás a földfelszínen (főleg városban) -> földi adóval, internettel rásegít  Csak adott területen érhető el  Fizetős lehet

42 Koordinátarendszerek  GPS jellemzően a WGS84 (World Geodetic Survey 1984) elliptikus koordinátarendszerben adja meg az eredményt (szélesség, hosszúság, magasság)  Térképen nem feltétlen ez a rendszer van! (Mo. pl. lehet EOV)

43 Assisted GPS  Ismeretlen helyen való mérésnél sokáig tart a „feléledés” (nem tudja, mely műholdak láthatóak éppen)  Egyenként keresi a műholdakat, ill. letölti a pályaelemeket (5-10perc akár) (50bps)  Városi környezetben rossz lehet az égboltra való rálátás, ellenben jó a mobil hálózat (sűrű cellaosztás)

44 AGPS  Adatkapcsolat (wifi, mobilnet stb) segítségével gyorsabban betöltheti a pályelemeket  Gyors, de pontatlan helymeghatározást végezhet, bázisállomások segítségével  bázisállomás segíthet a GPS jel feldolgozásában; korrekciós információt és időzítést nyújthat

45 Glonassz (SZU/Oroszország)  1976 fejlesztés kezdődik  1995: 24 műholddal teljes  2007: második frekvencia megnyitása civileknek  2011: újra teljes műholdrendszer  kb. 5-10m vízszintes felbontás

46 Glonassz  h=19100km, i=64,8°  min. 3x8 műhold  Vevők többnyire kombinált GPS/Glonassz vevők – nagyobb lefedettség, jobb felbontás

47 Galileo (EU)  Független legyen USA-tól és Ororországtól  2011: első műholdak  2019: 27+3 műhold pályán várható  Vészhelyzeti jelzést is továbbítanak (kétirányú komm.)  Nagyobb felbontás fizetős  1m pontosságot várnak

48 GPS (és hasonlók) elve  Ismert helyű pontoktól való távolságot mérek  3D-ben így három gömb metszéspontjai adják a megoldást  Az egyik metszéspontot ki kell zárnom  Szerencsére jellemzően messze van

49 2D példa

50 Műholdak elrendezése  „Konstelláció”  Ha túl közel vannak egymáshoz, pontatlanabb a mérés

51 Időmérés pontosítása

52 Műhold követés  Földi állomások folyamatosan követik a műholdakat, és rendszeresen feltöltik rájuk a pályaelemeket  radarral (Norad, stb.)  műhold saját jele alapján

53 Mélyűri navigáció


Letölteni ppt "Űrkutatás 2014 8. hét. Navigáció, térképezés a Föld térségében."

Hasonló előadás


Google Hirdetések