GLONASS: das russische Pendant von GPS

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Fanny Blau
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2 Hochschule für Technik Rapperswil 6. Januar 2010

3 Inhaltsverzeichnis Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS 1 Vergleich zwischen GPS und GLONASS 2 3 4

4 Inhaltsverzeichnis Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS 1 Vergleich zwischen GPS und GLONASS 2 3 4

5 Chronologie der beiden Systeme Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Erster Satellit im Weltall: Vollständige Konstellation am: Total eingesetzte Satelliten: (bis 2009) GPS GLONASS Juli Januar NAVSTAR +9 NAVSTAR-II +19 NAVSTAR-IIA +13 NAVSTAR-IIR +8 NAVSTAR-IIRM 87 GLONASS +23 GLONASS-M = 60 Satelliten = 110 Satelliten 1 GLONASS = GLObal NAvigation Satellite System

Verlauf der Satelliten-Konstellation Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS 25

6 Verlauf der Satelliten-Konstellation Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Total In Betrieb Wartung Anzahl Satelliten Jahr Heute - In Betrieb: 15, In Wartung: 4, Inbetriebnahme: 3, Total: 22

Die GLONASS-Satelliten Überblick Navigationsnachricht

GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS GLONASS GLONASS-M

7 Die GLONASS-Satelliten Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS GLONASS GLONASS-M GLONASS-K GLONASS GLONASS-M GLONASS-K Erste Inbetriebnahme: ? Mittlere Lebensdauer: 3 Jahre 7 Jahre 10 Jahre Hergestellte Anzahl: 87 Sat. 23 Sat. - Quelle: space.skyrocket.de

8 Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Vergleich der Satelliten-Konstellationen GPS GLONASS Zahl der Umlaufbahnen: 6 3 Satelliten pro Bahn: 4 8 Neigung der Bahnebene: Flughöhe: km km Umlaufzeit: 1/2 Sterntag 11h 58min 8/17 Sterntag 11h 16min Wiederholung: jeden Sterntag alle 8 Sterntage Startplatz: Cape Canaveral Baikonur/ Tyuratam Trägerrakete: Delta Proton-K

9 Inhalt der Navigationsnachricht Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Jeder Satellit sendet sogenannte Navigationsnachrichten aus, die die nötigen Informationen für die Positions- und Zeitbestimmung beinhalten. Diese Daten werden in zwei Gruppen unterteilt: Ephemeriden-Daten enthalten spezifische Informationen, die nur den aktuellen Satellit betreffen. Almanach-Daten enthalten Informationen, die die gesamte Satellitenkonstellation beschreiben.

10 Ephemeriden-Daten Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Die Ephemeriden-Daten benötigen ca. 8 Sekunden an Übertragungszeit und wiederholen sich alle 30 Sekunden. Die Ephemeriden beinhalten u.a. folgende Informationen: Datum und Uhrzeit Genaue Position (X, Y, Z) des Satelliten (PZ90-Referenzsystem) Geschwindigkeitsvektor (Ẋ,Ẏ,Ż) des Satelliten Beschleunigungsvektor (Ẍ,Ÿ, Z) des Satelliten Abweichung der Satellitenuhr und der Trägerfrequenz Health-Flag (Normalbetrieb/Störung)

11 Almanach-Daten Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Die Almanach-Daten werden während der restlichen Zeit übertragen und wiederholen sich alle 2.5 Minuten. Diese beinhalten Informationen über alle Satelliten im System: Satellit- und Frequenzkanalnummern Keplerdaten für die approx. Berechnung der Umlaufbahnen Health-Flag (Normalbetrieb/Störung) Zeitkorrekturen GPS-Zeit GLONASS-Zeit UTC

12 Eigenschaften der Satellitensignale Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS MHz MHz k = MHz k = MHz k = 8 GPS C/A GPS P/Y L1 GLONASS C/A GLONASS P/Y GPS GLONASS Multiplex: CDMA FDMA Trägersignal: L1: MHz L2: MHz L1: ( k*0.5625) MHz L2: ( k*0.4375) MHz k = Kanalnummer PRN-Code: Gold-Code, für jeden Satelliten verschieden m-sequenz, für jeden Satelliten gleich Coderate: C/A-Code: MHz P/Y-Code: MHz C/A-Code: MHz P/Y-Code: 5.11 MHz C/A: coarse/acquisition, P/Y: precision/encrypted

13 Erzeugung des PRN-Codes Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Quelle: GLONASS ICD, 2002.

14 Erzeugung des C/A-Signals Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Delay 20ms Time Mark (0.3s) Datensequenz 50 bps (1.7s) Mäandersequenz 100 Hz PRN-Code 511 kbps LO

GNSS-Produkte Vergleich zwischen GPS und GLONASS Überblick

GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Leica GRX 1200+ Topcon GRS-1 Die

Vermessungssysteme angewendet: Aber auch zukünftige Navigationsgeräte

15 GNSS-Produkte Vergleich zwischen GPS und GLONASS Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Leica GRX Topcon GRS-1 Die Kombination von GPS und GLONASS Signale wird bereits in moderne Vermessungssysteme angewendet: Aber auch zukünftige Navigationsgeräte werden beide Signale empfangen können, wie z.b. Glospace SGK-70 (erstes Navigerät mit kombiniertem GPS/GLONASS- Empfänger)

16 Zukunft von GLONASS Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Vollständige Konstellation bis Grössere Konstellation mit 30 Satelliten geplant Weitere Kontrollstationen geplant Höhere Genauigkeit der Ephemeriden und der Uhren geplant Bessere Kompatibilität zu den bestehenden GPS-Empfänger dank neuem CDMA-Signal in GLONASS-K Satelliten

17 Die neuen GLONASS-Signale Überblick Navigationsnachricht Vergleich der Satellitensignale Beispiele von GLONASS-Empfängern Zukunft von GLONASS Quelle: insidegnss.com

18 Inhaltsverzeichnis 1 Vergleich zwischen GPS und GLONASS 2 3 4

19 Titel: GLONASS-Empfänger Datum: Herbstsemester 2007 Autoren: D. Tenud, N. Ramagnano Industriepartner: ublox AG, Thalwil Ziel der Arbeit: Es soll ein GLONASS-Empfänger gebaut werden, der die Satellitensignale empfängt und in einem FPGA in Echtzeit verarbeitet. Aus den gewonnenen Daten soll die aktuelle Position berechnet werden.

20 Beschreibung der Empfängerarchitektur

21 FPGA-Plattform Vergleich zwischen GPS und GLONASS

22 Akquisitionsalgorithmus

23 Tracking-Loop Vergleich zwischen GPS und GLONASS

24 Ausgang des Tracking-Loops Der Tracking-Loop führt sowohl die Frequenz und Phase des Signals nach, wie auch den Offset des PRN-Codes. Am Ausgang des Tracking-Loops kann das Datensignal extrahiert werden.

25 Demodulierte Navigationsdaten Frame String

26 Weitere Aufgaben des Empfängers Messung der Pseudoranges aus den Satellitensignale Berechnung der aktuellen Satellitenpositionen (numerische Integration mit der Runge-Kutta Methode, anstatt analytischer Formel wie bei GPS) Berechnung der aktuellen Benutzerposition (Navigationslösung)

27 Inhaltsverzeichnis GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Website 1 Vergleich zwischen GPS und GLONASS 2 3 4

GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Website Die GNSS-Monitoring Station im ICOM-Labor empfängt über die Dachantenne die Satellitensignale

28 GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Website Die GNSS-Monitoring Station im ICOM-Labor empfängt über die Dachantenne die Satellitensignale vom amerikanischen GPS, europäischen GALILEO und russischen GLONASS und ermittelt welche Satelliten momentan aus Rapperswil empfangen werden können.

29 GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Website

30 GNSS-Monitoring Website GNSS-Monitoring Station GNSS-Monitoring Website

31 Inhaltsverzeichnis 1 Vergleich zwischen GPS und GLONASS 2 3 4

Nächste geplante Satelliten-Starts Datum Satelliten xx.02.2010 GLONASS-M 24/25/26 xx.08.

32 Nächste geplante Satelliten-Starts Datum Satelliten xx GLONASS-M 24/25/26 xx GLONASS-M 27/28/29 xx GLONASS-M 30/31 GLONASS-K 1 Proton-M Blok-DM-2 Startplatz: Baikonur

33 Nützliche Internet-Links - Offizielle GLONASS-Website space.skyrocket.de - Infos über die Raumfahrt - Infos über GPS,GLONASS,Galileo - Russian Federal Space Agency - aktuelle Satelliten-Bahndaten science.nasa.gov/realtime/jtrack/3d/jtrack3d.html

34 Weitere Informationen können der Publikation entnommen werden:

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