Форум разработчиков любительских спутников

Спутник "Радиоскаф" => Определение координат => Topic started by: EU2AA on 18 February 2011, 15:14:19

Title: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 18 February 2011, 15:14:19
Определение собственных координат КА - актуальная задача.
Однозначного и простого решения пока нет.
Следовательно необходим поиск решений, их экспериментальное опробование и сравнение результатов.
Параллельные эксперименты в этом направлении более чем оправданны.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 18 February 2011, 15:21:50
В качестве одного из вариантов предлагается опробовать приёмник GPS на модуле Copernicus Trimble.
До сих пор он был испытан и устанавливается только на ДПЛА.

Подробнее о параметрах см. http://zaomtk.com/?pid=1137&l=Rus
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 18 February 2011, 15:30:14
Формат посылок, передаваемых контроллером этого приёмника

Идентификаторы посылок последовательности, передаваемой от бортовой ЭВМ к наземной:
[ 9EH ] [ 20H ] [ 21H ] 0EH
В квадратных скобках указаны идентификаторы тех посылок, которые могут не передаваться.
Посылка 9EH.

    Эта посылка передаётся от бортовой ЭВМ к наземной только в ответ на запрос версии программы бортовой ЭВМ.

    Длина посылки: 8 Б. Содержимое информационных байтов посылки:
        version: INTEGER (* версия программы бортовой ЭВМ *)
        reserved: INTEGER (* всегда 0 *)

    Формат посылки запроса версии (эта посылка передаётся от наземной ЭВМ к бортовой): идентификатор посылки: 9EH, длина посылки: 0 Б.

Посылка 20H.

    Длина посылки: 3 Б. Содержимое информационных байтов посылки:
        status: WORD (* состояние приёмника GPS *)
        checksum: BYTE (* контрольная сумма посылки *)
    подробнее о состоянии приёмника GPS см. в тексте наземной программы.

Посылка 21H.

    Длина посылки: 21 Б. Содержимое информационных байтов посылки:
        latitude: REAL (* широта WGS84, рад *)
        longitude: REAL (* долгота WGS84, рад *)
        altitude: REAL (* высота WGS84, м *)
        velocity: REAL (* скорость, м/с *)
        putevoyUgol: REAL (* путевой угол, рад *)
        checksum: BYTE (* контрольная сумма посылки *)

Посылка 0EH

    Длина посылки: 4 Б. Содержимое информационных байтов посылки:
        secMetkaGPS: INTEGER (* секундная метка GPS *)
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: Serg on 12 March 2011, 00:16:51
а как бороться с ограничениями по скорости и высоте?
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 12 March 2011, 23:02:29
Quote from: Serg on 12 March 2011, 00:16:51
а как бороться с ограничениями по скорости и высоте?

Ограничения не только искусственные, но есть и объективные.
Когда включаем приёмник, то видно, что процесс идёт постепенно.
Сначала приёмник ловит метку времени, пока не наберёт 4 спутника данных расчёта он не выдаёт.
В ветке •  •  Спутник "Радиоскаф" » •  Концепция » •  Техническое задание RA3WOK писал:
Quote from: ra3wok on 05 February 2011, 20:10:11
Действительно. Промышленный GPS использовать не получется. Но кто запрещает разработать собственный GPS приемник! :) Есть ведь отдельные RF модули, микросхемки корреляторов, есть открытые алгоритмы рассчета координат. Остается только написать программку для , скажем, ARM или AVR32...Более того алгоритмы можно упростить с учетом того, что нам не нужна высокая точность (+- километр нас вполне устроит)

1.Последняя мысль вполне ясная: работать должно, просто точность будет ниже, чем для неподвижных объектов.
2.Зная формат сообщений, можно использовать лишь ЧАСТЬ, нужную нам.
*Пример: на базе этой платы мы сделали датчик скорости ДПЛА. Считываем ТОЛЬКО фрагмент скорости в ОТДЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР, а затем чтение осуществляем в ПАРАЛЛЕЛЬНОМ виде: 8 разрядов.
3.Точность будет сильно страдать из-за задержки между считыванием и получением на Земле. Это как свет далёкой звезды! Информация быстро устаревает.
Зная причину неудачи, можно её преодолеть.
Как?
Сделать синхронизатор с бортовыми часами и формировать пакет телеметрии: координаты МКА + время. Информацию мы получим, конечно, с задержкой, но знать будем ЗНАЧИТЕЛЬНО ТОЧНЕЕ.
4.Перед отправкой пакета телеметрии анализировать его на достоверность по определённым критериям. явно сбойные расчёты нам не нужны, а процент брака, видимо, будет высок.

Наверно, есть ещё и другие факторы, влияющие на точность.
Ответ даст эксперимент.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 13 March 2011, 00:09:08
Так выглядит окно терминальной программы:

Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 13 March 2011, 00:13:30
Это мои координаты.
Нас интересует ТОЛЬКО посылка 21H, а именно:

   Содержимое информационных байтов посылки:
        latitude: REAL (* широта WGS84, рад *)
        longitude: REAL (* долгота WGS84, рад *)
        altitude: REAL (* высота WGS84, м *)
        velocity: REAL (* скорость, м/с *)
        putevoyUgol: REAL (* путевой угол, рад *)
        checksum: BYTE (* контрольная сумма посылки *)

Причём только первые две строчки:
        latitude: REAL (* широта WGS84, рад *)
        longitude: REAL (* долгота WGS84, рад *)

Можно ими "поиграть", читать все, поодиночке ...
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 10 February 2012, 23:35:59
Quote from: EU2AA on 18 February 2011, 15:14:19
Определение собственных координат КА - актуальная задача.
Однозначного и простого решения пока нет.
Следовательно необходим поиск решений, их экспериментальное опробование и сравнение результатов.
Параллельные эксперименты в этом направлении более чем оправданны.

Применение для целей навигации ИСЗ системы GPS и ей подобных - дело весьма затратное и неточное, поскольку доступные модули имеют весьма ограниченные характеристики для таких задач, а недоступные - весьма дороги)). Поэтому, для того, чтобы обеспечить достаточную точность определения координат и достаточное быстродействие, вполне подойдёт система позиционирования построенная на трёхосевых электронных компасах. Например: http://www.terraelectronica.ru/news_postup.php?ID=2271. Корректировку данных для расчёта координат, или координационные метки времени местоположения можно передавать с Земли.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 11 February 2012, 01:05:55
Quote from: ra3pcs on 10 February 2012, 23:35:59
Применение для целей навигации ИСЗ системы GPS и ей подобных - дело весьма затратное и неточное, поскольку доступные модули имеют весьма ограниченные характеристики для таких задач, а недоступные - весьма дороги)).

плата  на фото содержит модуль приемника GPS - 60$ с активной антенной, процессор LPC2378FBD144 - 10$, остальное еще 1$. Цены двухлетней давности. Но сегодня есть дешевле и точнее.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 11 February 2012, 01:15:22
Quote from: ra3pcs on 10 February 2012, 23:35:59
Применение для целей навигации ИСЗ системы GPS и ей подобных - дело весьма затратное и неточное, поскольку доступные модули имеют весьма ограниченные характеристики для таких задач, а недоступные - весьма дороги)). Поэтому, для того, чтобы обеспечить достаточную точность определения координат и достаточное быстродействие, вполне подойдёт система позиционирования построенная на трёхосевых электронных компасах. Например: http://www.terraelectronica.ru/news_postup.php?ID=2271. Корректировку данных для расчёта координат, или координационные метки времени местоположения можно передавать с Земли.

Это всего лишь элемент (LSM303DLHC - цифровая микросхема STMicroelectronics, сочетающая в одном корпусе трехосевой акселерометр и трехосевой магнитный датчик).
Разработка СОБСТВЕННОЙ навигационной системы Вам обойдется дорого.
*В и-нете описаны подробно затраты на GPS, ГЛОНАСС, Galileo, китайский Compass ...
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 11 February 2012, 20:01:29
Конечно только элемент, но на основе этих элементов как раз и получиться наиболее точная и дешёвая система расчёта местоположения спутника над геоидом. Если сравнивать с GPS, то одноканальный приёмник, сколько-бы коррелляторов он в себя не включал, такой точности никогда не обеспечит, для этого нужен двухканальный приёмник, а это совсем другая цена. Насколько я помню, GPS - приёмники класса указанного в теме выше, имеют ограничения для эксплуатации по высоте до 18 км., и перегрузочной способности в 4G. Насколько я понимаю, возможность применения в космических приложениях отпадает. Плюс, неизвестно, как изменится точность расчётов координат приёмника на орбитальных высотах?
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 12 February 2012, 00:12:21
Quote from: ra3pcs on 11 February 2012, 20:01:29
Конечно только элемент, но на основе этих элементов как раз и получиться наиболее точная и дешёвая система расчёта местоположения спутника над геоидом. Если сравнивать с GPS, то одноканальный приёмник, сколько-бы коррелляторов он в себя не включал, такой точности никогда не обеспечит, для этого нужен двухканальный приёмник, а это совсем другая цена. Насколько я помню, GPS - приёмники класса указанного в теме выше, имеют ограничения для эксплуатации по высоте до 18 км., и перегрузочной способности в 4G. Насколько я понимаю, возможность применения в космических приложениях отпадает. Плюс, неизвестно, как изменится точность расчётов координат приёмника на орбитальных высотах?

Во-первых, расчёт местоположения спутника над Землей (иначе говоря получение координат подспутниковой точки) мало что дает.
Во-вторых, когда ИСЗ несется с Первой космической скоростью -- данные СТРЕМИТЕЛЬНО устаревают. Сколь бы малым ни было время измерения, обработки и передачи данных на Землю, ИСЗ уже улетел далеко от того места!
В космосе используется иной подход. Нужны полные орбитальные данные. Лучший на сегодня подход -- использование кеплеровских параметров.
Подробнее: http://ru.wikipedia.org/wiki/Кеплеровы_элементы_орбиты или http://www.chipinfo.ru/literature/radio/199902/p56.html В Интернете таких программ много.
Есть много открытых программ расчета орбит, использующих кеплеровские параметры. Я использую Orbitron Себастьяна Стоффа, скачать можно на www.stoff.pl Есть русификация.
Там же есть ссылка обновления кеплеровских параметров с сайта обсерватории Пентагона http://celestrak.com/NORAD/elements Доступ свободный.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 12 February 2012, 15:09:54
Ну вот и ответ на вопрос о применении GPS/GLONASS для определения координат спутника. Вышеприведённый приёмник GPS, на такой скорости, выдаст NMEA-пакет уже давно не соответствующий действительности, а если спутник будет ещё и вращаться, вдобавок, то "захват" сигналов спутниковой группировки GPS (как выражаются производители) будет постоянно сбиваться, а на "горячий старт" приёмника тоже уходит время. Если-же применить систему расчёта координат спутника относительно магнитного поля Земли, т.е. вычислять направление и скорость, то пересылаемые на Землю данные не так уж и устареют. Можно ввести расчёт корректировки пересылаемых данных, скорость ведь будет известна. Я тоже пользуюсь Орбитроном, уже давно.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 12 February 2012, 17:18:38
Quote from: ra3pcs on 12 February 2012, 15:09:54Если-же применить систему расчёта координат спутника относительно магнитного поля Земли, т.е. вычислять направление и скорость, то пересылаемые на Землю данные не так уж и устареют. Можно ввести расчёт корректировки пересылаемых данных, скорость ведь будет известна. Я тоже пользуюсь Орбитроном, уже давно.

Привязка автономной системы навигации к магнитному поля Земли имеет право на существование.
Вспомним полярную авиацию начала прошлого века, имевшую только компас и таблицы поправок.
*Следует однако учитывать, что магнитные полюса Земли по определенным причинам сдвигаются, причем в последнее время часто.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 17 February 2012, 21:46:53
Quote from: EU2AA on 12 February 2012, 17:18:38
Quote from: ra3pcs on 12 February 2012, 15:09:54Если-же применить систему расчёта координат спутника относительно магнитного поля Земли, т.е. вычислять направление и скорость, то пересылаемые на Землю данные не так уж и устареют. Можно ввести расчёт корректировки пересылаемых данных, скорость ведь будет известна. Я тоже пользуюсь Орбитроном, уже давно.

Привязка автономной системы навигации к магнитному поля Земли имеет право на существование.
Вспомним полярную авиацию начала прошлого века, имевшую только компас и таблицы поправок.
*Следует однако учитывать, что магнитные полюса Земли по определенным причинам сдвигаются, причем в последнее время часто.

Сдвиг магнитных полюсов, в данном случае, придётся корректировать с Земли. Но применить для получения навигационных данных вышеуказанный приёмник не получиться, максимально  допустимые динамические характеристики не позволят этого сделать. Нужен более дорогой модуль. Предлагаю подумать над альтернативными способами определения и прогнозирования координат спутника и опубликовать их в данной ветке форума.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 18 February 2012, 00:08:34
Quote from: ra3pcs on 17 February 2012, 21:46:53Предлагаю подумать над альтернативными способами определения и прогнозирования координат спутника и опубликовать их в данной ветке форума.

хорошо, подумаю.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 18 February 2012, 10:11:31
Нет, я не против применения GPS, даже наоборот! Просто из всех тех GPS-модулей, которые попадали мне в руки, для космического применения не подходит не один, в том числе и Trimble. Я регулярно просматриваю новинки данного сектора рынка, как в инете, так и в журналах, если появится подходящая кандидатура, обязательно выложу информацию. Ну, совсем не хочется, чтобы после выведения аппарата обнаружилось, что навигационный модуль раздавило, или он просто не работает на данных высотах.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 19 February 2012, 01:19:31
Quote from: ra3pcs on 18 February 2012, 10:11:31
Нет, я не против применения GPS, даже наоборот! Просто из всех тех GPS-модулей, которые попадали мне в руки, для космического применения не подходит не один, в том числе и Trimble.

Подойдут BD970 и BD920.  BD970 - самый точный DGPS, BD920 - самый маленький.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 20 February 2012, 09:42:59
Я считаю, самый подходящий - это BD982, имеет 2 независимых канала приёма и 2 независимые системы корреляции, позволяет определить не только координаты, но и направление и ориентацию в пространстве. Используются 2 антенны, что позволяет определять координаты практически в любом положении аппарата, что имеет свои приемущества по сравнению с одной антенной, при попадании её в тень аппарата возможна потеря захвата одного или нескольких сигналов от спутниковой группировки, что приведёт к невалидным данным или сбою. То, что эти приёмники двухканальные - замечательно, точность определения координат должна быть на высоте (правда с такими приёмниками я ещё не работал). С выбором интерфейса связи и протоколом, думаю особо заморачиваться не стоит, NMEA и RS232 вполне решат поставленные задачи и по скорости передачи и по избыточности необходимой информации. Что касается BD920, опять есть ограничения в эксплуатационных характеристиках: скорость 515 м/с, высота 18000 м.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 21 February 2012, 00:03:12
Quote from: ra3pcs on 20 February 2012, 09:42:59Что касается BD920, опять есть ограничения в эксплуатационных характеристиках: скорость 515 м/с, высота 18000 м.

это так полагается писать, вот и пишут. Главное ножкой шаркнуть.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 21 February 2012, 10:02:02
Quote from: EU2AA on 21 February 2012, 00:03:12
Quote from: ra3pcs on 20 February 2012, 09:42:59Что касается BD920, опять есть ограничения в эксплуатационных характеристиках: скорость 515 м/с, высота 18000 м.

это так полагается писать, вот и пишут. Главное ножкой шаркнуть.

Вполне может быть, но в характеристиках других представленных вариантов модулей я таких ограничений не обнаружил. Опять же, откуда известно, по каким причинам эти ограничения указывают? Я считаю, нужно использовать узлы, о которых заблаговременно известно, что они годятся для использования в определённых приложениях и работать будут.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 21 February 2012, 22:33:49
Quote from: ra3pcs on 21 February 2012, 10:02:02
Quote from: EU2AA on 21 February 2012, 00:03:12
Quote from: ra3pcs on 20 February 2012, 09:42:59Что касается BD920, опять есть ограничения в эксплуатационных характеристиках: скорость 515 м/с, высота 18000 м.

это так полагается писать, вот и пишут. Главное ножкой шаркнуть.

Вполне может быть, но в характеристиках других представленных вариантов модулей я таких ограничений не обнаружил. Опять же, откуда известно, по каким причинам эти ограничения указывают? Я считаю, нужно использовать узлы, о которых заблаговременно известно, что они годятся для использования в определённых приложениях и работать будут.

В модулях, использующих не только спутники NAVSTAR, а еще российский ГЛОНАСС, европейский GALILEO, хотя бы еще в минимальной конфигурации указывать " п.10 В соответствии с экспортными ограничениями министерства торговли США" уже просто НЕПРИЛИЧНО!
В чисто навстаровских модулях тоже пишут, чаще по инерции.
Замечено более существенное: начали включать кроме литеры 1575,42МГц еще и 1176 и 1228МГц, чистые милитари. Вот откуда рост точности! Пару лет назад было 30 метров, сейчас менее 1 метра.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: ra3pcs on 22 February 2012, 09:28:55
И 6 лет назад тоже были приёмники для системы "НАВСТАР" с двумя рабочими частотами L1 и L2 сантиметровой точности, предназначенные для "народного" применения. Использовались в геодезических приборах. Только, вот доступность этих модулей была очень ограничена и их стоимость держалась около 300$. Сейчас, видимо, боязнь Американцев по поводу военного использования "Навстар" другими государствами утих, и двухчастотные приёмники начали выпускать массово.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 23 February 2012, 01:20:48
Quote from: ra3pcs on 22 February 2012, 09:28:55
Сейчас, видимо, боязнь Американцев по поводу военного использования "Навстар" другими государствами утих, и двухчастотные приёмники начали выпускать массово.

так оно и есть. Для страховки еще и "вынесли" производство - сбыт в Финляндию. Коммерческий интерес берет верх.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EL89 on 25 April 2012, 14:52:43
здравствуйте
по поводу применимости стандартных приемников: приложение к документу по режиму контроля за ракетными технологиями http://www.mtcr.info/english/MTCR-TEM-2010-Annex-002.doc страница 51

"Receiving equipment for Global Navigation Satellite Systems (GNSS; e.g. GPS, GLONASS or Galileo), having any of the following characteristics, and specially designed components therefor:
...
b.   Designed or modified for airborne applications and having any of the following:
1.   Capable of providing navigation information at speeds in excess of 600 m/s;"

но проблема не сколько и в этом, сколько в условиях функционирования приемника на борту быстродвижущегося спутника. Большая скорость относительного перемещения объектов порождает расширение диапазона возможного доплеровского сдвига несущей частоты. Это как минимум требует коррекции алгоритма обнаружения, а значит, вмешательства в прошивку. Сейчас занимаемся моделированием взаимодействия МКА и навигационных спутников, чтобы получить более-менее точные цифры.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: Александр on 11 May 2012, 00:02:49
Здравствуйте. Я поработал со спутниковым навигационным оборудованием (в геодезии). Хочу поделиться своими соображениями:
1. Во всех системах будь то GPS или Глонас существует такое понятие как эпоха измерения - время между двумя следующими друг за другом пакета с одного спутника. Если мне не изменяет память в GPS это 15 сек. Как мне кажется это в принципе перечёркивает все остальные задержки на вычисления, передачу данных, учёт эффекта доплера. По существу только раз в 15 сек будет известно местоположение спутника,  разумеется с учётом того что информация это быстро устаревающая.
2. Дешёвых двухчастотных приёмников GPS да ещё с возможностью принемать и Глонас я не встречал (одночастотные стоят от 170 тыс за пару, DGPS и подразумевает использование двух, двухчастотные что то от 350 тыс) Бытовые GPS навигаторы в тех условиях в каких они работают дают погрешность от 150 м.
3. чтоб достичь хотя бы метровой погрешности считаю обязательным применение DGPS, а ещё лучше использование RTK (к сожалению я не встречал геодезистов кто хотя бы пытался использовать этот метод). Но в любом случае оба этих метода предполагают использование ключей перехода из СК WGS-84 в CК-42 ну или ПЗ-90 так как координаты базовой точки с системе WGS-84 узнать не представляется возможным. Ключи эти представляют 7 параметров, там вот вся сложность в том что эти ключи актуальны для небольшой площади земли (где то 500 на 500 км), актуальных ключей для курской области я так и не вычислил. Как я позже вычитал, эти ключи, а так же методика их вычисления на сегодняшний день является государственной тайной.
4. GPS система выдаёт 2 кода - военный (очень точный, используя который можно с помощью одного GPS приёмника определить координаты с большой точностью) и гражданский так называемый S/A код. Соответственно нужно искать приёмник способный обрабатывать военный код
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: EU2AA on 29 October 2012, 20:17:09
Quote from: Александр on 11 May 2012, 00:02:49
Здравствуйте. Я поработал со спутниковым навигационным оборудованием (в геодезии). Хочу поделиться своими соображениями:
1. Во всех системах будь то GPS или Глонас ... только раз в 15 сек будет известно местоположение спутника ...информация это быстро устаревающая.
2. Дешёвых двухчастотных приёмников GPS да ещё с возможностью принемать и Глонас я не встречал (двухчастотные что то от 350 тыс.руб...  с погрешность от 150 м.
3. чтоб достичь хотя бы метровой погрешности считаю обязательным применение DGPS, а ещё лучше использование RTK.
4. GPS система выдаёт 2 кода

1.В постах #17 и #18 на этой же странице есть GPS/Глонасс. L1 и L5.
2. http://www.terraelectronica.ru/news_postup.php?ID=2602  GPS/ГЛОНАСС-модуль EB-600 способен отслеживать быстро перемещающиеся объекты. GPS/ГЛОНАСС-модуль компании TranSystem способен определять координаты с точностью до 1,5 м (CEP 50%). Определение местоположения может происходить до 10 раз в секунду, что очень важно при отслеживании быстро перемещающихся объектов. Навигационные данные выдаются в виде стандартных текстовых сообщений NMEA0183 v3.1 на скорости 115200 бит/с.
3.У GPS/ГЛОНАСС-модуля GNS1316 компании Tracker Technology информация обо всех спутниках GLONASS и GPS идет в одном сообщении $GPGSV. Значит еще быстрее.
Цена у обоих за 1шт. - 596руб.
На складе Терраэлектроники имеются в наличии.
Title: Re: ГЛОНАСС/GPS на борту
Post by: danimag on 13 July 2015, 22:24:25
Система GPS (Global Positioning System) состоит из 24 искусственных спутников Земли, сети наземных станций
(http://belaga.ru/raspisanie-yelektrichek.html)