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GPS를 이용한 위성 항법

릴코이 2020. 7. 20. 19:36

방법이 궁금하다면 아래의 내용을 확인해주세요.

독일 다름슈타트, 유럽 우주 운영 센터 (ESOC), 궤도 태도 부서 GPS (Global Positioning System)는 현재 다양한 응용 분야에 사용되고 있습니다. 우주선에 탑재된 GPS 수신기는 자율 항법을 위한 수단을 제공할 수 있으며, 탑재된 기록 측정이 지상 측정과 결합될 때 우주선의 궤도를 매우 정확하게 재구성할 수 있습니다. 이 기사는 관련된 기본 개념 중 일부를 간략히 설명하고 GPS를 사용한 위성 항법 분야에서 유럽 우주 운영 센터가 수행하는 활동을 제시합니다. 소개 최초의 스푸트니크의 발사는 위성 항법의 초기 도전, 즉 위성에 의해 방사되고 있는 신호의 변화를 사용하여 위성 궤도의 특성 결정을 유발했다. 짧은 시간 안에 역 프로세스를 사용하는 아이디어가 개발되었습니다. 위치를 알면 위성의 궤도를 결정할 수 있다면 알려진 궤도에서 위성으로 전송된 신호를 순서대로 사용할 수도 있습니다. 자신의 위치를 ​​결정합니다. 이 개념은 미군이 후원하고 운영하는 일련의 위성에서 구현되었습니다. 첫째, Transit 위성이 배치된 다음 Timation과 NAVSTAR GPS 시스템이 배포되었습니다. 이 프로그램의 초점은 미국과 동맹국의 군대에 정확한 포지셔닝 기능을 제공하는 것이었습니다. 소련은 이에 대응하여 유사한 위성 항법 시스템 (GNSS)인 Tsikada와 GLONASS를 개발하고 배치했습니다. 처음부터 이러한 시스템은 광범위한 과학 및 기타 민간 응용 분야에도 사용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 캐리어 추적과 같이 시스템의 원래 개발자가 예상하지 못한 새로운 추적 방법이 제안되었으며 가능한 한 빨리 테스트되고 사용되었습니다. 곧 구상된 응용 프로그램 중 하나는 우주선 탐색을 위해 GPS를 사용하는 것이었습니다. 최초의 온보드 리시버는 완전한 GPS 별자리가 배치되기 전에도 Landsat 위성에 설치되어 비행했습니다. 그 이후로, 점점 더 정밀한 사용을 시연하고 현재는 주요 내비게이션 수단으로 위성에 더 많은 수신기가 흘렀습니다. NAVSTAR 글로벌 포지셔닝 시스템 일반적으로 GPS라고 하는 NAVSTAR 글로벌 포지셔닝 시스템은 GPS 위성의 공간 세그먼트, 위성을 모니터링 및 운영하는 제어 세그먼트 및 위성으로부터의 전송을 관찰 및 기록하고 위치를 수행하기 위해 GPS 수신기를 사용하는 사용자 세그먼트로 구성됩니다. , 속도, 태도 및 시간 계산. GPS 공간 세그먼트 공간 세그먼트는 반일의 반나절과 55 도의 경사로 원주 궤도에서 궤도를 도는 3 축 안정화 위성을 기반으로 합니다. 6 개의 궤도면이 있으며 각각 4 개의 위성이 있습니다. 이 별자리는 항상 4 개 이상의 위성을 볼 수 있는 전역 범위를 제공합니다. 적어도 4 개의 위성의 가시성의 중요성은 GPS 시스템이 사용자 위치 (3 개의 변수) 및 수정 시간 (하나 이상의 변수)의 실시간 실시간 결정을 허용하도록 의도된 것이다. Transit 및 Tsikada 시스템에 사용된 방법과 같은 이전의 포지셔닝 시스템은 여러 시간의 데이터 처리 (시간에서 며칠 소요)를 기반으로 하며 GPS (또는 GLONASS)가 제공하는 즉각적인 설루션을 제공하지 않았습니다. GPS 위성은 거리 신호를 도출하는 데 사용되는 매우 안정적인 원자시계를 가지고 있습니다. 민간용 기본 신호 인 L1의 주파수는 1575.42 MHz이며 1.023 MHz에서 C / A (Private Acquisition) PRN (Pseudo Random Noise) 코드로 변조되어 모든 위성마다 다릅니다. 또한 이 신호는 일반적으로 암호화되어 승인된 사용자만 사용할 수 있는 10.23 MHz Precise (P) 코드로 변조됩니다. 또한 위성 비구 (예상 궤도 및 클록) 및 기타 정보를 전송하는 데 사용되는 초당 50 비트 변조가 있습니다. 인증된 사용자는 또한 제2 주파수 L2에서 정확한 코드에 액세스 할 수 있으며, 이를 통해 사용자는 전리층 전파 지연을 수정할 수 있습니다. 일부 수신기는 P 코드에 액세스 하지 않고 L1 주파수와 L2 주파수의 신호 간 지연을 측정할 수 있습니다. 미래 위성에서는 민간 사용자를 위한 또 다른 주파수를 추가하여 전리층 지연을 쉽게 수정할 수 있는 계획이 있다. GPS 제어 세그먼트 GPS 제어 세그먼트는 GPS 공간 세그먼트의 신호를 추적하고 모니터링하며 위성의 궤도 및 클록 동작을 추정합니다. 이 정보는 위성에 업로드되어 사용자에게 전송될 수 있습니다. GPS 사용자 세그먼트 GPS 사용자 세그먼트는 GPS 신호의 두 가지 기본 측정을 ​​수행할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 위성과 수신기 사이의 전송 지연을 계산하기 위해 수신하는 C / A 또는 P 코드를 로컬로 생성된 사본과 비교합니다. 이 측정을 의사 범위라고 합니다. 내비게이션 메시지의 예시를 사용하여 GPS 위성의 위치가 획득되면 사용자의 위치를 ​​결정하기 위해 4 개 이상의 위성에 대한 의사 범위가 사용될 수 있다. 두 번째로 더 정확한 방법은 동일한 주파수에서 수신된 반송파 신호와 수신기 생성 신호 간의 위상차를 얻는 것입니다. 이 측정은 반송파 위상 관측 가능으로 알려져 있으며 밀리미터 정밀도에 도달할 수 있습니다. 그러나 추적이 시작되면 위상이 캐리어 파장의 알 수 없는 횟수 (L1의 경우 약 19cm)로만 식별될 수 있기 때문에 의사 범위의 정확도가 부족합니다. 우주선 내비게이션에 GPS 사용 GPS 시스템의 응용 프로그램 및 사용자 수는 지난 몇 년 동안 예상 이상으로 폭발적으로 증가했습니다. 최신 수신기는 저렴하고 작으며 매우 우수한 성능을 제공하며 사용하기 쉽습니다. GPS의 첫 과학적 응용 중 하나는 지구 표면의 역학을 연구하기 위해 고정 접지 안테나의 위치를 ​​정확하게 결정하는 것이었습니다. 최상의 결과를 얻으려면 GPS 위성의 매우 정확한 궤도를 계산해야 한다는 것이 곧 깨달았습니다. 많은 그룹이 이 작업을 시작했으며 결과적으로 GPS를 사용하여 정확하게 얻은 첫 번째 궤도는 GPS 위성 자체의 궤도였습니다. GPS는 지구 궤도를 도는 위성 추적에 많은 이점이 있습니다. 저 지구 위성은 6 개 이상의 GPS 위성을 추적할 수 있고 아크 추적은 사용자 위성 궤도의 약 절반에 달하므로 탁월한 관측 성을 제공합니다. 지상 추적 스테이션에서는 이 작업을 수행할 수 없습니다. 이 기능은 또한 방법을 강력하게 만듭니다. GPS 추적 위성은 언제든지 추적할 수 있기 때문에 궤도를 결정할 수 있기 때문에 중복성이 매우 높습니다. 4 개의 위성을 추적할 때 GPS를 사용하면 정확하지 않은 지상 추적 방법으로 얻은 것과 동일한 정확도로 위성 위치를 실시간 자율적으로 결정할 수 있습니다. 정확한 이중 주파수 수신기가 사용되고 데이터 가지면 기반 데이터와 함께 처리되는 경우, 정확한 GPS 수신기를 비행 한 최초의 사용자 위성은 TOPEX / Poseidon 고도계 위성입니다. 그 이후로 다른 위성에는 다른 유형의 수신기가 사용되었습니다. 표 1은 우주선에 탑재된 GPS 수신기의 다양한 애플리케이션을 자세히 보여줍니다.

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