Кіріспе

Дифференциалдық GPS жүйесі StarFire - бұл Джон Дирдің NavCom және дәлдікті фермерлік топтары әзірлеген кең аймақтық дифференциалдық GPS. StarFire бүкіл әлем бойынша L-шығыс жиіліктері бойынша қосымша "түзету ақпаратын" таратады, бұл StarFire жабдықталған қабылдағышты бір метрден аз дәлдігімен позиция өлшеуін жасауға мүмкіндік береді, 24 сағаттық кезеңдегі дәлдігі 4,5 см-ден төмен. StarFire FAA-ның дифференциалдық GPS кең аймақты ұлғайту жүйесіне (WAAS) ұқсас, бірақ қабылдаушы аяғының өңдеуін жақсартатын бірқатар әдістерге байланысты әлдеқайда дәл.

Өмірбаян

StarFire 1994 жылы John Deere инженерлерінің кездесуінен кейін пайда болды, олар болашақ даму бағытын белгілеуге тырысты. Сол кезде бірнеше шағын компаниялар GPS қабылдағышты астық есептегішпен біріктіріп, егіндіктің өнімділігін көрсететін карталар шығаратын өнімділік карталарын енгізуге тырысты. Инженерлер бұл саладағы ең қызықты оқиғалардың бірі деп санады, бірақ GPS-тің дәлдігі, ол кезде әлі де таңдамалы қол жетімділікті қолдана отырып, пайдалы картаны жасау үшін тым төмен болды. Кейінгі жылдары әртүрлі провайдерлер банкрот болды. 1997 жылы GPS-ті толығырақ орнату мәселесін шешу үшін команда құрылды. Джон Дирдің инженерлік тобының мүшелерімен бірге Стэнфорд университетінің шағын жобасы да, NASA инженерлерімен бірге реактивті қозғалтқыш зертханасында қатысты. Олар WAAS сияқты ұқсас жүйелерден айтарлықтай ерекшеленетін dGPS жүйесін жасауды шешті.

GPS-тің қателігін жою

Теориялық тұрғыдан алғанда, GPS сигналы 3 м дәрежеіндегі дәлдікті ұсынады. Іс жүзінде, әдеттегі дәлдік шамамен 15 м. Бұл 12 м-дің шамамен 5 м-і ионосферадағы "бұралар" бұрмалануына байланысты, бұл ұшыруды кешіктіреді, бұл спутникті шын мәнінде қарағанда алыста көрінеді. Тағы 3-4 м - GPS спутниктерінің орналасуын есептеу үшін қолданылатын спутниктік эфемерлік деректердегі қателер және спутниктің ішкі атомдық сағаттарының сағаттық ауытқуымен есептеледі. dGPS GPS арқылы өлшенген позицияны белгілі бір жоғары дәлдігі бар жер бедерімен салыстырып, айырманы есептеп, оны пайдаланушыларға хабарлау арқылы осы қателерді түзетеді. Осы түзетулердің кейбіреулері кез келген орынға қолданылады, мысалы, сағаттар мен эфемерлер деректеріне түзетулер. Ал бұл толқындар аспанның белгілі бір бөлігін ғана қамтиды, сондықтан кез келген жердегі станциядан өлшенген түзету жақын жерде орналасқан қабылдағыштар үшін ғана пайдалы. Үлкен аумақта түзетулерді дәл жасау үшін көптеген жер беті беті станцияларын орналастыру және ұсақ бөлінген орындар үшін едәуір деректерді тарату қажет. Мысалы, WAAS АҚШ-тың континентальдық бөлігінде жиырма бес станцияны пайдаланады, 5х5 градус арақашықтықтағы торды жасайды. Оның орнына StarFire ионосфералық әсерлерді түзету үшін озық қабылдағышты қолданады. Ол үшін екі жиілікте, L1 және L2 таралатын P(Y) сигналын алады және ионосфераның екі жиіліктің таралу уақытына әсерін салыстырады. Осы ақпаратты пайдаланып, ионосфералық әсерлерді өте жоғары дәрежеде дәлдікпен есептеуге болады, яғни StarFire dGPS таралу кідірісінің өзгеруін өтеуге болады. Екінші P(Y) сигналы шифрланған және оны азаматтық қабылдағыштар тікелей пайдалана алмайды, бірақ StarFire сигналда бар деректерді қолданбайды; ол тек екі сигналдың фазасын салыстырады. Бұл электроника жағынан қымбат, пайдалы болу үшін екінші тюнерді және керемет сигнал тұрақтылығын қажет етеді, сондықтан StarFire сияқты шешім кеңінен қолданылмайды (кем дегенде ол жасалып жатқан кезде). Ионосфералық түзетуді ішкі басқару арқылы StarFire dGPS сигналы тасымалдауы керек ақпараттың көлемін едәуір азайтады, ол тек спутниктік деректерге арналған түзету сигналдарының жиынтығынан тұрады. Бұл түзетулер бүкіл әлемде қолданылады, ал кез-келген уақытта 24 спутник қана жұмыс істейді, сондықтан ақпараттың жалпы көлемі өте шектеулі. StarFire бұл деректерді секундына 300 бит жылдамдықпен таратып, секундына бір рет қайталайды. Түзетулер әдетте 20 минутқа жарамды. Эфемеридтер мен сағатты түзетулерден басқа, сигнал әр спутниктің жағдайы туралы ақпаратты қамтиды, бұл жердегі станциядан сигналдарды жаңартуда шамамен 3 секунд кешіктіріліп, нақты уақытқа жақын қызмет көрсету сапасын ұсынады.

Нұсқалар

StarFire екі нұсқада дамыды. Біріншісі, кейіннен SF1 деп аталатын, шамамен 1 м-ге 1 сигма дәлдікті ұсынды. Оның қатесі шамамен 15-30 см болды, яғни көрсетілген орын (түбегейлі дәлдік) шамамен 1 м-ге ауытқыған болса да, ол сізді бұрын өлшенген нүктеден сантиметрге дейін қайтара алады (салыстырмалы дәлдік). Бұл мақсатты рөл үшін жеткілікті болды, далалық зерттеу. Бұл жүйе алғаш рет 1998 жылы ұсынылды, ал оның орнына SF1 сигналы енді тегін ұсынылады. Жаңа жүйе - SF2 2004 жылы енгізілді. Ол дәлдікті айтарлықтай жақсартады, 1 сигма абсолютті дәлдік шамамен 4,5 см. Басқаша айтқанда, StarFire сізді белгілі бір географиялық нүктеден 4,5 см-ден 65% уақыт аралығында қалдырады және шамамен 95% уақыт (10 сигма) 10 см-ден кем емес дәлдікке ие болады. Салыстырмалы дәлдігі де 2,5 см-ге дейін жақсарды. SF2 сигналы америкалық GPS шоқжұлдызы мен ресейлік GLONASS жүйесіне түзетулер береді. John Deere 2016 жылы SF3 сигналын енгізді, бұл SF2-ге қарағанда дәлдікті сәл жақсартты және уақытты 67% қысқартты. Компания SF3 сигналын шығару үшін жалпы 60 жер беті беті станцияларын пайдаланды. SF2 сияқты SF3 де GPS және GLONASS спутниктеріне түзетулер береді. Тіпті StarFire түзету сигналы 20 минуттан астам уақыт жоғалса да, ішкі ионосфералық түзетулер 3 метрге жуық дәлдікке әкеледі. StarFire қабылдағыштары WAAS сигналдарын да қабылдайды, олардың ионосфералық деректерін елемейтін және олардың (қажетті емес) эфемерлері мен сағатты реттеу деректерін 50 см дәлдікке дейін қолданады. Салыстырмалы түрде, "әдеттегі" GPS қабылдағыштар әдетте шамамен 15 м дәлдік береді, ал WAAS қолданатын құрылғылар оны шамамен 3 м дейін жақсартады.

Анықтама станциялары

Бастапқыда StarFire АҚШ-тағы жеті анықтама стансасын пайдаланды. Бұл станцияларда жасалған түзетулер екі артық өңдеу станциясына жіберіледі (бірін сілтеме / монитор орнымен бірге орналасады), содан кейін алынған сигнал АҚШ-тың шығыс жағалауындағы станциядан жоғарыға жіберіледі. Барлық станциялар Интернет арқылы байланысты, арнайы ISDN желілері мен VSAT желілері резервтік копия ретінде. Нәтижесінде алынған сигналдар Inmarsat III арнасынан таратылды. Кейіннен Оңтүстік Америкада, Австралияда және Еуропада қосымша StarFire желілері құрылды, әрқайсысы өздерінің анықтамалық станцияларынан жұмыс істейді және деректерді өздерінің спутниктеріне жібереді. Жүйені қолданудың өсуімен әртүрлі "жергілікті аймақ" желілерін бір жаһандық желіге қосу туралы шешім қабылданды. Бүгінгі таңда StarFire желісі бүкіл әлем бойынша жиырма бес станцияны пайдаланады, АҚШ станцияларының деректерін бұрынғыдай есептеп, көтереді. Бұл станцияларда жиналған деректер, dGPS-тің көпшілігімен салыстырғанда, орналасуына байланысты емес, және сайттардың көп саны негізінен артықшылық үшін қолданылады.

Нұсқалар

John Deere сонымен қатар Real Time Kinematic dGPS, StarFire RTK сатады. RTK - бұл шағын GPS қабылдағышы, ол StarFire сигналдарын пайдаланады және белгілі бір нүктеге қатысты GPS есептеулерін жүргізеді. Одан кейін құрылғы осы түзетулерді радиобайланыс арқылы жабдыққа орнатылған қабылдағыштарға жібереді. RTK шамамен 2 см абсолютті дәлдікті және миллиметрдегі салыстырмалы дәлдікті ұсынады. Бұл дәлдік автокөлік жүйесі бар толық автоматтандырылған жабдықтарда қолданылады.