1.Satelitul artificial: definitie.Satelitul artificial este o platforma lansata în spatiul cosmic astfel încât saevolueze pe o orbita în jurul unui astru.

2. Conceptul GNSS: sistemele satelitare componente, enumerare.Gps, glonass, beydou, galileo.

Gama aplicațiilor software / hardware dezvoltate pe segmentul utilizatorilor sistemului global de poziționare GPS au determinat evoluția sa conceptuala, de la un simplu sistem de poziționare la un sistem de navigație; astfel, luate împreuna, aceste 4 sisteme de navigație au creat conceptul GNSS – Global Navigation Satellite Systems (sisteme globale de navigație satelitara).

3. Principiul pozitionarii in cadrul GNSS: explicatie, desen.Principiul pozitionarii în cadrul sistemelor globale de navigatie satelitara/GNSS, schitat în fig.1, este subordonat cerintei fundamentale de acoperire globala, în sensul ca numarul satelitilor (S1, S2, S3, S4 ... Sn), dispunerea lor pe orbite, forma si pozitia orbitelor în spatiu asigura vizibilitatea continua a cel putin 4 sateliti simultan, cu o înaltime deasupra orizontului de cel putin 15°, din orice punct terestru.Principiul pozitionarii în cadrul sistemelor de navigatie satelitara se bazeaza pe capacitatea receptorului de a masura simultan distanta la „n” sateliti vizibili deasupra orizontului, n ³ 4. Pozitia receptorului GPS rezulta laintersectia suprafetelor de pozitie asociate celor n distante masurate în receptor. Numarul minim de 4 observatii simultane executate de receptorul GPS este impus de necesitatea de a determina tot atâtea necunoscute:_ Cele trei coordonate spatiale ale receptorului: r = {x, y, z} = {j, l, h1};_ dt, corectia care trebuie adusa ceasului receptorului pentru corelarea acestuia cu scara de timp standard mentinuta de ceasurile de la bordul satelitilor GNSS.

4. Explicati sintagma: “Satelitii GNSS sunt purtatorii propriilor coordonate”.Satelitii GNSS sunt purtatorii propriilor coordonate, în sensul ca transmit catre utilizatorii terestri coordonatele lor orbitale. Acest lucru face posibila determinarea coordonatelor punctului P prin intersectia a cel putin 4 distante (r) al caror punct de aplicatie (S) se cunoaste.

5. Precizati care este principala eroare care afecteaza procesul de evaluare a distantei receptor-satelit.

În fapt, principala eroare care afecteaza procesul de evaluare a distantei receptor-satelit si implicit de determinare a pozitiei finale a receptorului de navigatie este eroarea de nesincronizare a ceasului receptorului cu ceasul satelitului (dt). Nesincronizarea rezida din faptul ca satelitii din constelatiile GNSS sunt echipati cuceasuri atomice, al caror nivel de stabilitate este de ordinul 10-13 s/zi (ceasurile cu Rb sau Cs) sau 10-14 s/zi (maserii cu hidrogen), în timp ce receptoarele sunt echipate cu ceasuri cu cuartz, al caror nivel de stabilitate nu depaseste 10-3 s/zi.6. Miscarea neperturbata (kepleriana) a unui satelit GNSS: desenati elipsa kepleriana si marcati pe desen semiaxa mare, semiaxa mica, centrul de masa al Pamantului (geocentrul), pericentrul si apocentrul, precum si raza vectoare geocentrica a pozitiei instantanee a satelitului pe aceasta orbita. Marcati, de asemenea, anomalia adevarata (n).

7. Miscarea neperturbata (kepleriana) a unui satelit GNSS: Definiti cele 3 legi care descriu miscarea unui satelit in jurul Pamantului (legile lui Kepler).

LEGEA I-a: Orbitele planetelor sunt elipse iar Soarele ocupa unul din focare.LEGEA a II-a: Raza vectoare geocentrica a planetei parcurge arii egale în intervale de timp egale (legea ariilor). Conform acestei legi, aria (DA) acoperita de raza vectoare geocentrica (r) este proportionala cu timpul.LEGEA a III-a: Cuburile semiaxelor mari ale orbitelor planetare sunt proportionale cu patratele perioadelor de

revolutie: în care k este o constanta arbitrara.8. Miscarea neperturbata (kepleriana) a unui satelit GNSS: Definiti legea atractiei universale.

Particulele de materie din univers se atrag cu o forta direct proportionala cu produsul maselor lor si invers

proportionala cu patratul distantei care le separa.F=−G× M×mr ↑2

. în care m si M sunt masele particulelor de

materie iar G este constanta gravitatiei universale: G = 6,673×10¹¹ [m3kg-1s-2].9. Miscarea neperturbata (kepleriana) a unui satelit GNSS: Cei 6 parametri ai orbitei kepleriene a

unui satelit artificial

10. Miscarea perturbata (kepleriana) a unui satelit GNSS: enumerati cele 3 surse principale de perturbatii ale satelitilor GNSS.

1 Câmpul gravitational ne-central al Pamântului de tip gravitational2 Atractia gravitationala a Lunii si Soarelui de tip gravitational3 Presiunea radiatiei solare directe de tip negravitational

11. Explicati de cate feluri poate fi perturbatia produsa asupra unui element orbital al unei satelit GNSS._ secular, caz în care efectul perturbator (perturbatia) în anumite elemente osculatoare este cumulativ în timp,_ periodic, caz în care amplitudinea perturbatiei produse în anumite elemente osculatoare creste si scade cu o perioadă de timp distincta.

12. Explicati ce este efemerida unui satelit GNSS si care sunt principalele categorii de informatii cuprinse in aceasta.Efemeridele sunt tabele continând valori ale coordonatelor astrilor (satelitilor) ori ale altor parametri asociati, care se modifica în timp datorita deplasarilor relative ale acestora fata de originea sistemului de referinta al miscarii. Pentru sistemele actuale de navigatie satelitara (GNNSs) reprezentarea prin efemeride a miscarii reale (perturbate) a satelitilor se bazeaza pe o elipsa neperturbata (sau kepleriana), ajustata cu termenii perturbatori.

13. Descrieti troposfera.-Troposfera reprezinta zona joasa a atmosferei terestre, care ocupa spatiul delimitat de suprafata fizica a Pamântului pâna la altitudinea de cca. 40 km. În troposfera, propagarea semnalului depinde în principal de continutul de vapori si de temperatura straturilor succesive de aer. În interiorul troposferei temperatura aerului scade cu cca. 6,5°C/km (asa-numitul gradient vertical al temperaturii); în schimb, gradientul orizontal al temperaturi variaza, în troposfera, cu numai câteva grade Celsius la 100 km. Deoarece troposfera este populata de atomi si molecule neutre din punct de vedere electric, aceasta poate fi considerata ca fiind formata, în întregime, din gaz neutru. Troposfera nu este un mediu dispersiv pentru semnalul de navigatie emis de satelitii GNSS. Indicele de refractie al semnalului electromagnetic nu depinde de frecventa acestuia, ci doar de presiunea, temperatura si umiditatea maselor de aerTroposferic.

14. Descrieti ionosfera.-Ionosfera reprezinta zona superioara a atmosferei terestre cuprinsa, cu aproximatie, între 70 si 100 km deasupra suprafetei fizice a Pamântului. Afecteaza propagarea undelor electromagnetice. Densitatea de ioni si electronieste proportionala cu intensitatea radiatiei solare, precum si cu densitatea locala de gaz. „Profilul Chapman” este denumirea data diagramei care modeleaza variatia productiei de ioni în functie de altitudineDistributia spatiala a ionilor si electronilor depinde de urmatorii factori:- procesele foto-chimice: aceste procese depind de modul de expunere la radiatia solara si, în functie de aceasta, guverneaza producerea si rata decompozitiei particulelor ionizate;- procesele de transport ale maselor de aer ionosferic.

15. Descrieti modul de propagare a semnalului emis de satelitii GNSS prin troposfera si prin ionosfera.Fig.18 prezinta comportamentul refractivitatii în troposfera (Nt) si ionosfera (Ni). Pentru troposfera, Nt este pozitiv si independent de frecventa semnalului satelit. Pentru ionosfera, Ni este negativ si depinde de frecventa semnalului satelit; astfel, refractivitatea Ni descreste odata cu cresterea frecventei semnalului satelit. Consecinta imediata este aceea ca modelele de propagare precise trebuie sa se bazeze pe frecvente înalte ale semnalului satelit; totusi, valoarea frecventelor utilizate pentru transmiterea datelor în cadrul sistemelor de navigatie cu satelitisufera urmatoarele limitari:- frecventele înalte ridica probleme tehnice, în special cele mai mari de 10 GHz;- absorbtia atmosferica a energiei frecventelor înalte se accentueaza la trecerea prin troposfera. În practica, frecventele mai mari de 1 GHz sufera atenuari considerabile la trecerea prin troposfera în conditii de precipitatii. Ca urmare, selectia frecventei utilizate pentru transmiterea de date în cadrul sistemelor globale de navigatie satelitara (GNSS) reprezinta întotdeauna un compromis.

16. Precizati care sunt cele doua metode de reducere a erorii cauzate de refractia ionosferica a semnalului emis de satelitii GNSS.O prima modalitate se bazeaza pe crearea unui model de ionosfera, care nu poate fi însa aplicat practic decât pentrusituații standard. O a doua modalitate, mult mai eficienta, pentru evaluarea corectiei pentru refractia ionosferica o constituie determinarea practica a coeficientului de refracție a semnalului satelit prin compararea a doua frecvente cu valori diferite emise simultan de catre satelit. Acest lucru se realizeaza practic în receptoarele GPS cod-P (cod de precizie) care au posibilitatea receptionarii ambelor frecvente purtatoare ale semnalului emis de satelitii GPS. Receptoarele GPS de navigatie maritima folosite pe scara larga la bordul navelor maritime nu pot receptiona decât o frecventa purtatoare; în consecinta, algoritmul intern al receptorului contine un set global de coeficienti de corectie pentru refractia ionosferica, care „ajusteaza” eroarea corespunzatoare într-o proportie de doar 10-20%.În concluzie, utilizatorii de receptoare GPS de navigatie maritima trebuie sa constientizeze faptul ca distanta satelit-receptor este afectata de eroarea de refractie ionosferica a semnalului satelit, care nu poate fi înlaturata decât într-o proportie foarte redusa, aceasta constituind – alaturi de eroarea datorata mersului diferit a ceasului receptorului fata de ceasul satelitului – una din cele mai importante erori specifice sistemelor globale de navigatie satelitara (GPS, GLONASS, GALILEO).

17. Descrieti structura semnalului emis de satelitii GNSS.- frecventele purtatoare, L1, L2, ... (se obtin prin multiplicare).- codurile (se obtin prin multiplicare sau divizare).- mesajul de navigatie (se obtine prin divizare).Purtatoarele reprezinta suportul pe care se moduleaza, sub forma unor succesiuni binare de stari +1 si -1, informatiile care vor intra în algoritmii receptoarelor utilizatorilor si vor furniza coordonatele acestuia, precum

si elementele asociate pozitiei (viteza, drumul, etc.). Codurile si mesajul de navigatie sunt succesiuni de stari +1 si -1, corespunzatoare valorilor binare 0 si 1. Mesajul de navigatie emis de un satelit GNSS contine informatii despre ceasul satelitului, pozitia acestuia, elementele sale orbitale si coeficientii numerici care descriu variatiile elementelor orbitale, modul de functionare a aparaturii de la bordul satelitului, precum si alte date.

18. Enumerati blocurile componente ale unui receptor GNSS.Receptorul satelitar (GNSS) este aparatul care receptioneaza si proceseaza semnalele emise de catre satelitii sistemului aflati deasupra orizontului. Schema de principiu a receptorului satelitar este prezentata în fig.15:

19. Enumerati cele 3 categorii de erori care afecteaza pozitia unui receptor in cadrul sistemelor GNSS.1. erori legate de sateliti;2. erori legate de propagarea semnalului;3. erori legate de receptor.

20. Descrieti segmentul spatial al sistemului GPS.În configuratie standard, constelatia GPS cuprinde 24 de sateliti, care satisfac necesitatea fundamentala de acoperire globala. Configuratia standard a constelatiei GPS a fost adoptata în iunie 1986 si cuprinde 21 sateliti activi plus 3 sateliti de rezerva, plasati pe 6 orbite cvasicirculare. Satelitii de rezerva utilizati în diverse etapesunt satelitii plasati pe orbita care nu emit mesaje utile, dar care sunt activati de la sol în vederea înlocuirii celor cu eventuale defectiuni. La 17 iulie 1995 sistemul GPS, în configuratia standard de 24 de sateliti, a fost declarat operational la întreaga capacitate.

21. Descrieti segmentul de control al sistemului GPS.Sistemul Operational de Control (OCS - Operational Control System) consta dintr-o statie principala („Master Control Station”), o retea de 6 statii terestre de monitorizare si un numar de 4 statii de control, fig.19. Principalele sarcini ale segmentului de control sunt:_ observarea satelitilor,_ determinarea orbitelor,_ determinarea precisa a timpului si elaborarea unui model de predictie a corectiei de timp GPS pentru fiecare satelit în parte,_ sincronizarea ceasurilor atomice ale satelitilor cu scara de timp atomic a sistemului,_ transmiterea periodica a unui mesaj catre satelitii GPS, continând corectii ale elementelor orbitale, corectii de ceas etc.STATIA PRINCIPALA (MASTER CONTROL STATION - MCS) este – începând cu 14 septembrie 2007 - localizata la baza aeriana Holloman, statul New Mexico, Statele Unite (Fisher, Doucet 2008). STATIILE DE CONTROL sunt antene parabolice care se gasesc localizate împreună cu statiile de monitorizare din Florida, Ascension, Diego Garcia si Kwajalein si constituie legatura dintre segmentul de control si satelitii GPS.

22. Descrieti segmentul utilizatorilor al sistemului GPS.Utilizatorii militari sunt posesorii de receptoare GPS care au acces la codul P (codul de precizie), modulat pe ambele frecvente purtatoare. Ca urmare, acest tip de receptoare GPS pot receptiona ambele frecvente purtatoare si, în plus, au capacitatea de a genera intern ambele coduri: codul civil C/A si codul de precizie P.Utilizatorii civili sunt posesorii de receptoare mono-frecventa, capabile sa receptioneze doar purtatoarea L1 emisa de satelitii GPS (modulata cu mabele coduri, C-A si P) si sa genereze intern doar codul C/A.

23. Precizati care sunt componentele semnalului emis de un satelit GPS.În concluzie, cele trei componente fundamentale ale semnalului GPS sunt:1. purtatoarea (L1, L2);2. codul (C/A, P)3. datele de navigatie

24. Precizati ce este efemerida de tip „almanah” transmisa de un satelit GPS.EFEMERIDA DE TIP ALMANAH contine elemente de efemerida de precizie scazuta, necesare selectiei în receptorul GPS a geometriei satelitare optime, ori pentru planificarea de catre operatori a sesiunilor de lucru.ID: Numarul PRN al satelitului GPSHealth: Starea de sanatate (000=sanatos/utilizabil)Eccentricity: Excentricitatea orbitei.Time of Applicability: Numarul de secunde trecute de la momentul generarii almanahuluiOrbital Inclination: Înclinarea orbitei

25. Precizati care este durata de transmitere a unui mesaj de navigatie de catre un satelit GPS.Totalitatea datelor numerice din mesajul de navigatie ocupa 1500 biti, viteza de transfer a acestor date fiind de 50 [bps] cu o durata a transferului de date de 30 secunde.

26. Descrieti principalele componente ale unui receptor GPS.Principalele componente ale unui receptor GPS sunt urmatoarele- antena cu preamplificator;- blocul de radiofrecventa cu canalele de identificare si procesare a semnalului;- microprocesorul pentru controlul receptiei si elaborarea solutiei de navigatie;- oscilatorul (ceasul) cu cuart;- blocul de alimentare;- interfata destinata utilizatorului (ecranul si blocul de taste);- blocul de memorie.

27. Precizati care este modelul matematic al Pamantului in cadrul sistemului GPS.Modelul matematic al Pamântului este „elipsoidul WGS84”. Ca urmare, setarile initiale (de fabrica) ale receptoarelor GPS prevad elipsoidul WGS84 ca model implicit fata de care sunt calculate coordonatele instantanee ale navei (j, l, h).

28. SPS este unul din cele doua servicii oferite de sistemul GPS; precizati care sunt cele doua metode de limitare a accesului utilizatorilor civili la precizia totala a sistemului.1. Metoda Anti-Spoofing11 (AS) preîntâmpina orice posibilitate de a „imita” sau reproduce codul de precizie (codul P), prin criptarea acestuia cu un cod suplimentar, denumit cod Y.2. Metoda Selective Availability (SA) a fost activata pe 23 martie 1990 si a fost dezactivata pe 2 mai 2000, cu o pauza de cca. 1 an pe timpul crizei din golful Persic. Atunci când este activa, aceasta metoda presupune modificarea intentionata a coeficientilor polinomiali ai corectiei ceasului satelitilor, precum si a coordonatelorsatelitilor, rezultând într-o eroare aleatoare suplimentara în pozitia determinata a receptoarelor GPS „civile”. Denumirile acestor doua tehnici de alterare intentionata a parametrilor satelitilor GPS, componente ale metodei SA, sunt urmatoarele:a) Tehnica d (manipularea parametrilor ceasului satelitilor);b) Tehnica e (manipularea datelor de efemerida ale satelitilor).

29. Explicati ce reprezinta DOP si care este legatura dintre configuratia receptor-sateliti si valoarea DOP.Relatia dintre deviatia standard (sr) a pseudodistantei si deviatia standard (sp) a pozitiei este descrisa de un scalar denumit „factor de degradare a preciziei” (DOP - Dilution of Precision, engl.):sp = DOP * srSemnificatia PDOP poate fi asociata volumului corpului format de receptor si cei „n” sateliti care contribuie la determinarea pozitiei: PDOP =1/V. DOP are o importanta foarte mare în navigatia maritima. Software-ul dedicat al receptoarelor GPS de navigatie selecteaza automat, din totalul satelitilor vizibili la un moment dat

deasupra orizontului, configuratia satelitara optima, care asigura DOP minim, deci volum maxim al corpului format de toate configuratiile posibile de minimum 4 sateliti GPS

30. Explicati principiul de pozitionare in cadrul DGPS.DGPS este un serviciu al sistemului GPS, creat ca o extensie terestra a acestuia, în scopul îmbunatatirii preciziei pozitiei oferite de (SPS/Standard Positioning System) în anumite zone maritime. Serviciul DGPS este constituit dintr-un lant de statii costiere de transmisie a corectiilor (STC), coordonate de un centru decontrol (CC). Functionarea serviciului DGPS se bazeaza pe faptul ca pozitia punctelor de statie ale statiilor STC se cunoaste cu mare precizie; în plus, fiecare din aceste statii este dotata cu un receptor GPS care determina continuu pozitia punctului de statie si cu un emitator de transmisie a corectiilor catre navele aflatein aria de acoperire VHF.