Mis GPS-i tugi a. Algoritm vaatluspunkti ja satelliidi kauguse mõõtmiseks

See on arvuti ja vastuvõtja, mis asuvad ühises korpuses. Vastuvõtja võtab vastu orbiidil olevatelt satelliitidelt signaale ja arvuti omakorda dešifreerib need signaalid ja näitab vastuvõtja asukohta. 1977. aastal käivitati GPS. Selle käivitasid programmi enda arendajad - ameeriklased. GPS-süsteemi kasutasid kuni 1983. aastani ainult sõjaväelased ja alles pärast seda sai see tavainimeste kasutusse.

Paljud GPS-navigaatorite omanikud on märganud, et kohtades, kus on palju kõrgeid ehitisi ja hooneid, otsib seade pigem satelliite. kaua aega. Selle probleemi lahenduseks oli A-GPS-süsteem.

Vaatame, mis on A-GPS ja millal seda vaja läheb.

Arvestades, et see süsteem on üsna noor (debüüt toimus 2001. aastal), on praegu aktuaalne küsimus, mis on A-GPS. See, nagu GPS, töötati välja USA-s. A-GPS on süsteem, mis kiirendab GPS-vastuvõtja tööd koordinaatide määramisel. See süsteem kasutab tornidest tulevat signaali mobiilside, vastavalt, mida nähtavam on nende tornide seade, seda suurem on kauguse määramise täpsus. Igal alustades otsingut A-GPS satelliidid annab navigaatorile spetsiaalsete serverite kaudu lähimate satelliitide asukoha. Uurige välja, mis on A-GPS , saab selgeks, et tema abiga GPS töö-navigaator muutub palju tõhusamaks. Lõppude lõpuks, aitäh koos töötama kaks seadet, on asukoha määramine oluliselt kiirem.

Olles otsustanud, mis on A-GPS ja GPS-navigaator, peaksite pöörama tähelepanu GPS-jälgijale. See seade on loodud jälgima satelliidi kaudu objekti liikumist, millele see väike elektrooniline seade on "paigaldatud". GPS-jälgija on omamoodi “viga”, mille saab hõlpsasti peita näiteks auto sisemusse ja seeläbi jälgida selle objekti kõiki edasisi liikumisi.

Põhimõtteliselt sisaldab GPS-jälgija 2 seadet: GPS-vastuvõtja ja GSM-modem. Abiga suudab ta määrata liikumise ja kiiruse koordinaadid ning seejärel need andmed GPRS-kanali kaudu (mobiilside kaudu) vaatlejale edastada.

Olles meie artiklist navigaatorite kohta kõike õppinud, saate selle seadme ohutult osta, sest kaasaegses linnas, eriti kui ilma selle tehnoloogiata pole seda lihtsalt võimatu teha.

Globaalne positsioneerimissüsteem GPS(Global Positioning System) plaaniti algselt kasutada USA relvajõududes. Hiljem sai sellest esimene süsteem satelliitnavigatsioon, mida kasutatakse tsiviileesmärkidel ja mida kasutatakse praegu navigeerimiseks kogu maailmas.

GPS-i tööpõhimõte põhineb 30 satelliidist koosneva konstellatsiooni kasutamisel, mis sisaldab lisaks 27 aktiivsele satelliidile ka 3 varusatelliiti ühe peamise rikke korral. Satelliitide tööorbiit on ligikaudu 19 000 km, iga satelliit teeb kaks tiiru ümber Maa päevas. Satelliitide komplekt on konfigureeritud nii, et see tagab ööpäevaringse signaali vastuvõtu mis tahes Maa punktist vähemalt nelja satelliidi poolt ehk minimaalselt, mis on vajalik täpse asukoha määramiseks. GPS-vastuvõtja arvutab oma asukoha nähtavate satelliitide suhtes. Mida suurem on piirkonnas saadaolevate satelliitide arv ja mida tugevam on nende signaalitase, seda täpsemad on koordinaatide määramise tulemused.

GPS-vastuvõtja määrab signaali edastamise viivituse põhjal kauguse iga satelliidini. Lisaks on 3 punkti ruumiliste koordinaatide ja 3 kaugusega soovitud punktist lihtne leida vastuvõtja asukoht tasapinnal. Kuna süsteem töötab ruumis, mitte tasapinnal, on vaja neljandat satelliiti, mis võimaldab üheselt määrata punkti koordinaate kolmemõõtmelises ruumis. Võrreldes teoreetilise lahendusega geomeetriline probleem, praktilist määratlust iseloomustab vigade olemasolu satelliitide kauguse määramisel, mis toob kaasa asjaolu, et määramise tulemus ei pruugi olla punkt, vaid teatud raadiusega ala. Kuid nähtavate satelliitide arvu suurendamine vähendab seda raadiust ja seega suureneb asukoha täpsus. Praktikas tagab tsiviilotstarbeline GPS-süsteem 30-meetrise raadiusega, militaarvastuvõtjad aga kuni 3-meetrise täpsuse. Nähtavate satelliitide arv sõltub konkreetne mudel vastuvõtja Lisaks on GPS-süsteemi kvaliteetseks tööks vajalik satelliidi ja GPS-vastuvõtja vastastikune täpne sünkroniseerimine, et täpselt arvutada viivitus satelliidilt signaali saatmise etteantud ajast.

GPS-navigatsioon on leidnud meie aja kõige laiema rakenduse. Eelkõige navigaatorites, kus see on kombineeritud ja seotud elektroonilised kaardid. See tehnoloogia võimaldab mitte ainult määrata abonendi asukoha koordinaate, vaid ka planeerida liikumismarsruuti vastavalt liikumisviisile ja muule. esialgsed nõuded. Paljud mobiiltelefonide mudelid on varustatud GPS-navigaatoritega. Kombinatsioon mobiilside globaalsega GPS-positsioneerimine viis uue abitehnoloogia loomiseni - A-GPS(Assisted GPS), mis hõlmab Interneti kasutamist töökvaliteedi parandamiseks põhisüsteem positsioneerimine kahes suunas. Esiteks määrab GPS-vastuvõtja pärast sisselülitamist esmalt satelliitide asukoha. Mõnikord võib nõrga signaali tõttu protseduur kesta mitu minutit. Tehnoloogia kasutamine A-GPS-i teave satelliitide asukohta küsitakse Interneti kaudu spetsiaalsetes andmekeskustes. Teiseks, suure hulga satelliitide asukoha arvutamiseks satelliitidelt signaalide edastamiseks halbades tingimustes on vaja võimsat arvutusvõimsust, mida kõigis terminalides pole. Saadud esialgsete väärtuste saatmine andmekeskustesse ja valmiskoordinaatide vastuvõtmine võib esialgse positsioneerimise protsessi oluliselt kiirendada. Lisaks saab internetiühendust kasutada ka muudel eesmärkidel. See võib olla näiteks sünkroniseerimine või atmosfääri oleku kohta teabe hankimine, mis võib arvutusi oluliselt mõjutada.

IN Hiljuti Paljud riigid näitavad üles huvi oma toodangu globaalsete positsioneerimissüsteemide loomise vastu. Näiteks Glonas Venemaal või Galileo Euroopas. Sellised püüdlused on põhjustatud soovist saada sõltumatuks Ameerika süsteemist, kuna säilib võimalus süsteem selle omaniku algatusel sulgeda, mis võib kaasa tuua tõsiseid häireid toimimises. olulised süsteemid osariigi sees. Sellistes kriitilistes tsiviilsüsteemides kasutatakse usaldusväärsuse ja täpsuse suurendamiseks tavaliselt kahe või enama positsioneerimissüsteemi paarissüsteeme.

GPS-i miinused

GPS globaalse positsioneerimissüsteemi kasutamisel võivad ilmneda järgmised probleemid:

Kui koordinaadid esmakordselt määratakse, sõltub aeg orbiidi andmetest ja vastuvõtjasse salvestatud ajaloo asjakohasusest. Teisisõnu, mida kauem seade on välja lülitatud, seda rohkem teavet peab see enne asukoha määramist hankima. Näiteks kui seade on vooluvõrgust väljas olnud 2–6 tundi, kulub selleks ligikaudu 45 sekundit. Kui seade ei töötanud mitu päeva või kui sõitsite rohkem kui 300 km ilma teavet saamata - kuni 12,5 minutit.
On ranged nähtavuspiirangud GPS-satelliidid linnakeskkonnas ja tunnelites või kinnistes ruumides on nähtavus üldiselt võimatu.
GPS-vastuvõtja suur energiatarve.

A-GPS-i funktsioonid

Algoritmid A-GPS süsteemid vaja sidekanalit kaugserver, andes vastuvõtjale teavet. Tavaliselt selleks mobiilseadmed selline kanal on mobiilside. Teabe vahetamiseks peab seade asuma levialas tugijaam mobiilsideoperaator ja neil on juurdepääs Internetile.

A-GPS-i töös on kaks režiimi:

Põhiline on-line režiim, milles vastuvõtja saab teavet satelliidi orbiitide kohta läbi infrastruktuuri ja arvutab asukoha välja kasutajatelt saadud andmete põhjal. See režiim nõuab mobiilsideoperaatorilt kõrge tihedusega katted.
Täiendav Off-line režiim, mis kiirendab A-GPS-vastuvõtja külm- ja kuumkäivitusaega, värskendades almanahhi, efemeriidi ja saadaolevate satelliitide loendit. Lisaks võtab GPS-vastuvõtja iseseisvalt vastu satelliidisignaale ja määrab ise oma asukoha. Siiski mõned A-GPS vastuvõtjad ei saa selles režiimis töötada.

A-GPS-i eelised

hulgas A-GPS-i eelised Tähelepanu väärib kiire asukoha määramine kohe pärast sisselülitamist ja nõrkade signaalide vastuvõtu suurenenud tundlikkus probleemsetes kohtades (tunnelid, lohud, siseruumides, kitsastel linnatänavatel, tihedates lehtmetsades).

A-GPS-i miinused

A-GPS ei saa töötada väljaspool mobiilside leviala. A-GPS-mooduliga vastuvõtjaid on kombineeritud GSM-raadiomooduliga, mis ei saa käivituda, kui raadiomoodul on välja lülitatud. Alustamiseks A-GPS moodul Kättesaadavus GSM võrgud on valikuline. A-GPS-moodulid tarbivad käivitamisel väikest liiklust 5-7 kB, kuid kui signaal kaob, on vaja uuesti sünkroniseerida, mis võib suurendada kliendi kulusid, eriti rändluse puhul.

Nagu kõrgtehnoloogiliste projektide puhul sageli juhtub, algatas sõjavägi GPS-süsteemi (Global Positioning System) väljatöötamise ja juurutamise. Satelliidivõrgu projekt koordinaatide reaalajas määramiseks kõikjal maakeral kandis nime Navstar (ajastamise ja kaugusega navigatsioonisüsteem - aja ja kauguse määramise navigatsioonisüsteem), samas kui lühend GPS ilmus hiljem, kui süsteemi hakati kasutama. mitte ainult kaitseks, vaid ka tsiviileesmärkidel.

Esimesed sammud navigatsioonivõrgu kasutuselevõtuks astuti seitsmekümnendate aastate keskel ja süsteemi äriline käitamine praegusel kujul algas 1995. aastal. IN praegu Töös on 28 satelliiti, mis on ühtlaselt jaotatud orbiitidele kõrgusega 20 350 km (täielikuks funktsionaalsuseks piisab 24 satelliidist).

Natuke tulevikku vaadates ütlen seda tõesti võtmepunkt GPS-i ajaloos oli USA presidendi otsus kaotada alates 1. maist 2000 nn valikulise juurdepääsu (SA – selektiivne kättesaadavus) režiim – satelliidisignaalidesse kunstlikult sisse toodud viga tsiviilotstarbeliste GPS-vastuvõtjate ebatäpse töö tõttu. Edaspidi saab amatöörterminal määrata koordinaate mitmemeetrise täpsusega (varem oli viga kümnetes meetrites)! Joonisel 1 on näidatud navigeerimise vead enne ja pärast valikulise juurdepääsu režiimi keelamist (andmed joon. 1).

Proovime selle välja mõelda üldine ülevaade, kuidas globaalne positsioneerimissüsteem töötab, ja seejärel puudutame mitmeid kasutaja aspekte. Alustame oma kaalumist vahemiku määramise põhimõttest, mis on ruumi toimimise aluseks Navigatsioonisüsteem.

Algoritm vaatluspunkti ja satelliidi kauguse mõõtmiseks.

Vahemaa määramise aluseks on kauguse arvutamine raadiosignaali levimise viivitusest satelliidilt vastuvõtjani. Kui teate raadiosignaali levimisaega, saab selle läbitava tee lihtsalt arvutada, korrutades aja lihtsalt valguse kiirusega.

Iga GPS-satelliit genereerib pidevalt kahe sagedusega raadiolaineid – L1=1575,42 MHz ja L2=1227,60 MHz. Saatja võimsus on vastavalt 50 ja 8 vatti. Navigatsioonisignaal on faasinihke pseudojuhuslik kood PRN (Pseudo Random Number Code). PRN-i on kahte tüüpi: esimest, C/A-koodi (jämeomanduskood) kasutatakse tsiviilvastuvõtjates, teist P-koodi (täppiskood) kasutatakse sõjalistel eesmärkidel ning mõnikord ka geodeesia ja kartograafia probleemide lahendamiseks. . L1 sagedust moduleerivad nii C/A kui P-kood, L2 sagedus eksisteerib ainult P-koodi edastamiseks. Lisaks kirjeldatule on ka Y-kood, mis on krüpteeritud P-kood (sõjaajal võib krüpteerimissüsteem muutuda).

Koodi kordamise periood on üsna pikk (näiteks P-koodi puhul on see 267 päeva). Igal GPS-vastuvõtjal on oma generaator, mis töötab samal sagedusel ja moduleerib signaali sama seaduse järgi nagu satelliitgeneraator. Seega on satelliidilt saadud ja iseseisvalt genereeritud koodi identsete osade vahelise viiteaja põhjal võimalik arvutada signaali levimisaeg ja sellest tulenevalt ka kaugus satelliidist.

Ülalkirjeldatud meetodi üks peamisi tehnilisi raskusi on satelliidi ja vastuvõtja kellade sünkroniseerimine. Isegi tavapäraste standardite järgi väike viga võib kauguse määramisel põhjustada tohutu vea. Iga satelliidi pardal on ülitäpsed aatomkellad. Selge see, et igasse vastuvõtjasse sellist asja paigaldada on võimatu. Seetõttu kasutatakse vastuvõtjasse sisseehitatud kella vigadest tulenevate koordinaatide määramise vigade parandamiseks üheselt mõistetavaks georeferentsimiseks vajalike andmete liiasust (sellest veidi hiljem).

Lisaks navigatsioonisignaalidele endile edastab satelliit pidevalt erinevat tüüpi teenuseteavet. Vastuvõtja võtab vastu näiteks efemeriidi (täpsed andmed satelliidi orbiidi kohta), prognoosi raadiosignaali levimise viivituse kohta ionosfääris (kuna valguse kiirus muutub, kui see läbib atmosfääri erinevaid kihte), samuti teave satelliidi jõudluse kohta (nn almanahh, mida uuendatakse iga 12,5 minuti järel kõigi satelliitide oleku ja orbiitide kohta). Neid andmeid edastatakse sagedusega 50 bps L1 või L2 sagedustel.

GPS-i abil koordinaatide määramise üldpõhimõtted.

GPS-vastuvõtja koordinaatide määramise idee aluseks on kauguse arvutamine sellest mitme satelliidini, mille asukoht loetakse teadaolevaks (need andmed sisalduvad satelliidilt saadud almanahhis). Geodeesias meetod objekti asukoha arvutamiseks, mõõtes selle kaugust punktidest antud koordinaadid nimetatakse trilateratsiooniks. Joonis 2.

Kui ühe satelliidi kaugus A on teada, siis vastuvõtja koordinaate ei saa määrata (see võib asuda satelliidi ümber kirjeldatud raadiusega A sfääri mis tahes punktis). Olgu teada vastuvõtja kaugus B teisest satelliidist. Sellisel juhul pole ka koordinaatide määramine võimalik - objekt asub kuskil ringil (joonis 2 näidatud sinisega), mis on kahe sfääri ristumiskoht. Kaugus C kolmanda satelliidini vähendab koordinaatide määramatust kahe punktini (joonisel 2 tähistatud kahe paksu sinise täpiga). See on juba piisav koordinaatide ühemõtteliseks määramiseks - fakt on see, et vastuvõtja kahest võimalikust asukohapunktist asub ainult üks Maa pinnal (või selle vahetus läheduses) ja teine, vale , osutub kas sügaval Maa sees või väga kõrgel maapinnast kõrgemal. Seega, teoreetiliselt piisab kolmemõõtmelise navigatsiooni jaoks, kui on teada kaugused vastuvõtjast kolme satelliidini.

Elus pole aga kõik nii lihtne. Ülaltoodud kaalutlused on tehtud juhuks, kui kaugused vaatluspunktist satelliitideni on absoluutse täpsusega teada. Muidugi, hoolimata sellest, kui kogenud insenerid on, ilmneb alati mõni viga (vähemalt eelmises jaotises näidatud vastuvõtja ja satelliidi kellade ebatäpse sünkroniseerimise, valguse kiiruse sõltuvuse atmosfääri seisundist, jne.). Seetõttu on vastuvõtja kolmemõõtmeliste koordinaatide määramiseks kaasatud mitte kolm, vaid vähemalt neli satelliiti.

Olles saanud signaali neljalt (või enamalt) satelliidilt, otsib vastuvõtja vastavate sfääride ristumispunkti. Kui sellist punkti pole, hakkab vastuvõtja protsessor järjestikuste lähenduste abil oma kella reguleerima, kuni saavutab ühes punktis kõigi sfääride lõikepunkti.

Tuleb märkida, et koordinaatide määramise täpsus ei ole seotud mitte ainult vastuvõtja ja satelliitide vahelise kauguse täpsuse arvutamisega, vaid ka satelliitide endi asukoha määramisel tekkiva vea suurusega. Satelliitide orbiitide ja koordinaatide jälgimiseks on neli maapealset jälgimisjaama, sidesüsteemid ja juhtimiskeskus, mida kontrollib USA kaitseministeerium. Jälgimisjaamad jälgivad pidevalt kõiki süsteemis olevaid satelliite ja edastavad andmeid nende orbiitide kohta juhtimiskeskusesse, kus arvutatakse välja uuendatud trajektoorielemendid ja satelliidi kella parandused. Määratud parameetrid sisestatakse almanahhi ja edastatakse satelliitidele ning need omakorda saadavad selle teabe kõigile töötavatele vastuvõtjatele.

Lisaks loetletutele on neid veel palju spetsiaalsed süsteemid, suurendades navigeerimise täpsust – näiteks spetsiaalsed signaalitöötlusahelad vähendavad häiretest tulenevaid vigu (otsene suhtlus satelliidi signaal peegeldusega, näiteks hoonetelt). Me ei süvene nende seadmete toimimise eripäradesse, et mitte teksti asjatult keeruliseks ajada.

Pärast ülalkirjeldatud valikulise juurdepääsu režiimi tühistamist lukustatakse tsiviilvastuvõtjad 3-5-meetrise veaga maastikule (kõrgus määratakse umbes 10-meetrise täpsusega). Antud arvud vastavad signaali samaaegsele vastuvõtmisele 6-8 satelliidilt (enamik kaasaegsed seadmed neil on 12-kanaliline vastuvõtja, mis võimaldab teil korraga töödelda 12 satelliidi teavet).

Niinimetatud diferentsiaalkorrektsiooni režiim (DGPS - Differential GPS) võimaldab teil kvalitatiivselt vähendada koordinaatide mõõtmise viga (kuni mitu sentimeetrit). Diferentsiaalrežiim koosneb kahe vastuvõtja kasutamisest - üks on tuntud koordinaatidega punktis paigal ja seda nimetatakse "baasiks" ja teine, nagu varem, on mobiilne. Baasvastuvõtja poolt vastuvõetud andmeid kasutatakse mobiilseadme kogutud teabe parandamiseks. Parandust saab teha nii reaalajas kui ka võrguühenduseta andmetöötluse ajal, näiteks arvutis.

Tavaliselt kasutatakse baasina professionaalset vastuvõtjat, mis kuulub navigatsiooniteenuste osutamisele spetsialiseerunud või geodeesiaga tegelevale ettevõttele. Näiteks 1998. aasta veebruaris paigaldas ettevõte NavGeoCom Peterburi lähedale Venemaa esimese diferentsiaal-GPS-i maajaama. Jaama saatja võimsus on 100 vatti (sagedus 298,5 kHz), mis võimaldab kasutada DGPS-i meritsi kuni 300 km ja maismaal kuni 150 km kaugusel jaamast. Lisaks maapealsetele baasvastuvõtjatele saab GPS-andmete diferentsiaalkorrektsiooniks kasutada satelliidi diferentsiaalteenindussüsteemi OmniStar. Andmed parandamiseks edastatakse mitmest geostatsionaarsed satelliidid ettevõtted.

Tuleb märkida, et diferentsiaalkorrektsiooni peamised kliendid on geodeetilised ja topograafilised teenused - erakasutajale DGPS ei paku huvi, kuna kõrge hind(OmniStari teenusepakett Euroopas maksab üle 1500 dollari aastas) ja seadmete mahukast. Ja on ebatõenäoline, et igapäevaelus tuleb ette olukordi, kus peate teadma oma absoluuti geograafilised koordinaadid veaga 10-30 cm.

GPS-i toimimise “teoreetilistest” külgedest kõneleva osa lõpetuseks ütlen, et Venemaa on kosmosenavigatsiooni puhul läinud oma teed ja areneb. oma süsteem GLONASS (globaalne satelliitnavigatsioonisüsteem). Kuid korralike investeeringute puudumise tõttu on praegu orbiidil vaid seitse satelliiti kahekümne neljast süsteemi normaalseks toimimiseks vajalikust...

Lühikesed subjektiivsed märkused GPS-i kasutajalt.

Juhtus nii, et sain 1997. aastal mõnest ajakirjast teada võimalusest määrata oma asukohta mobiiltelefoni suuruse kantava seadme abil. Artikli autorite joonistatud imelised väljavaated purustas aga armutult tekstis märgitud navigatsiooniseadme hind - ligi 400 dollarit!

Poolteist aastat hiljem (augustis 1998) viis saatus mind Ameerika linna Bostoni väikesesse spordipoodi. Kujutage ette minu üllatust ja rõõmu, kui ühel aknal märkasin kogemata mitut erinevat navigaatorit, millest kalleim maksis 250 dollarit (lihtmudeleid pakuti 99 dollariga). Loomulikult ei saanud ma enam poest ilma seadmeta lahkuda, mistõttu hakkasin müüjaid piinama iga mudeli omaduste, eeliste ja puuduste pärast. Ma ei kuulnud neilt midagi arusaadavat (ja üldse mitte sellepärast, et ma inglise keelt hästi ei oska), nii et pidin selle ise välja mõtlema. Ja selle tulemusena, nagu sageli juhtub, osteti kõige arenenum ja kallim mudel - Garmin GPS II+, samuti selle jaoks spetsiaalne ümbris ja toitejuhe auto sigaretisüütaja pesast. Poes oli minu nüüdsele seadmele veel kaks lisavarustust - seade navigaatori jalgratta juhtraua külge kinnitamiseks ja juhe arvutiga ühendamiseks. Viimasega mängisin päris kaua, aga lõpuks otsustasin kalli hinna tõttu (natuke üle 30$) seda mitte osta. Nagu hiljem selgus, ei ostnud ma juhet päris õigesti, sest kogu seadme ja arvuti suhtlemine taandub arvutisse läbitud marsruudi (nagu ka minu meelest reaalajas koordinaatide) “pimendamisele”. , kuid selles on teatud kahtlusi) ja isegi siis tuleb Garminilt tarkvara osta. Kahjuks puudub võimalus kaartide seadmesse laadida.

Ma ei anna oma seadme üksikasjalikku kirjeldust, kui ainult seetõttu, et selle tootmine on juba lõpetatud (kes soovivad üksikasjalike tehniliste omadustega tutvuda, saavad seda teha). Märgin ainult, et navigaatori kaal on 255 grammi, mõõtmed on 59x127x41 mm. Tänu kolmnurksele ristlõikele on seade laual või auto armatuurlaual ülimalt stabiilne (kindlamaks sobitamiseks on kaasas Velcro). Toide antakse neljast AA patareid AA (neist piisab vaid 24 tunniks pidevaks tööks) või väline allikas. Püüan rääkida oma seadme peamistest võimalustest, millel on minu arvates enamik turul olevaid navigaatoreid.

Esmapilgul võib GPS II+ ekslikult pidada mobiiltelefon, ilmus paar aastat tagasi. Kohe tähelepanelikult vaadates märkad telefonistandardite järgi ebatavaliselt paksu antenni, tohutut ekraani (56x38 mm!) ja väikest hulka klahve.

Seadme sisselülitamisel algab satelliitidelt teabe kogumise protsess ja ekraanile ilmub lihtne animatsioon (pöörlev Maa). Pärast esmast initsialiseerimist (see võtab lahtises kohas aega paar minutit) ilmub ekraanile primitiivne taevakaart koos nähtavate satelliitide numbritega ning selle kõrval histogramm, mis näitab iga satelliidi signaali taset. Lisaks näidatakse navigatsiooniviga (meetrites) – mida rohkem satelliite seade näeb, seda täpsemad on loomulikult koordinaadid.

GPS II+ liides on üles ehitatud lehekülgede “keeramise” põhimõttel (selleks on isegi spetsiaalne PAGE nupp). Eespool kirjeldati “satelliidilehte” ja peale selle on olemas “navigatsioonileht”, “kaart”, “tagasi leht”, “menüüleht” ja hulk teisi. Tuleb märkida, et kirjeldatud seade pole venestatud, kuid isegi vähese inglise keele oskusega saate selle tööst aru.

Navigeerimislehel kuvatakse: absoluutsed geograafilised koordinaadid, läbitud vahemaa, hetke- ja keskmine kiirus, kõrgus merepinnast, reisiaeg ning ekraani ülaosas elektrooniline kompass. Peab ütlema, et kõrgus määratakse palju suurema veaga kui kaks horisontaalkoordinaati (kasutusjuhendis on selle kohta isegi eraldi märge), mis ei võimalda näiteks GPS-i kasutada paraplaaniga kõrguse määramiseks. . Aga hetkekiirus arvutatakse ülitäpselt (eriti kiiresti liikuvate objektide puhul), mis võimaldab seadme abil määrata mootorsaanide (mille spidomeetrid kipuvad oluliselt valetama) kiirust. Võin teile anda "halba nõu" - auto rentimisel lülitage selle spidomeeter välja (et see loeks vähem kilomeetreid - on ju makse sageli võrdeline läbisõiduga) ning määrake GPS-i abil kiirus ja läbitud vahemaa ( õnneks saab mõõta nii miilides kui ka kilomeetrites ).

Keskmine liikumiskiirus määratakse mõnevõrra kummalise algoritmiga - tühikäiguaega (kui hetkekiirus on null) arvutustes arvesse ei võeta (loogilisem oleks minu meelest lihtsalt läbitud vahemaa jagamine kogu reisiaeg, kuid GPS II+ loojad lähtusid mõnest muust kaalutlusest).

Läbitud vahemaa kuvatakse “kaardil” (seadme mälu kestab 800 kilomeetrit - suurema läbisõidu korral kustutatakse vanimad märgid automaatselt), nii et soovi korral näete oma eksirännakute mustrit. Kaardi mõõtkava varieerub kümnetest meetritest sadade kilomeetriteni, mis on kahtlemata ülimugav. Kõige tähelepanuväärsem on see, et seadme mälu sisaldab peamiste asulate koordinaate üle maailma! USA-d on muidugi üksikasjalikumalt välja toodud (näiteks kõik Bostoni piirkonnad on kaardil nimedega olemas) kui Venemaa (siin on märgitud ainult selliste linnade nagu Moskva, Tver, Podolsk jne asukoht). Kujutage näiteks ette, et suundute Moskvast Bresti. Leidke navigaatori mälust "Brest", vajutage spetsiaalne nupp"GO TO" ja ekraanile kuvatakse teie liikumissuund; globaalne suund Bresti; sihtkohta jäänud kilomeetrite arv (loomulikult sirgjooneliselt); keskmine kiirus ja eeldatav saabumisaeg. Ja nii kõikjal maailmas - isegi Tšehhis, isegi Austraalias, isegi Tais...

Vähem kasulik pole ka nn tagastamisfunktsioon. Seadme mälu võimaldab salvestada kuni 500 põhipunkti (teekonnapunkti). Kasutaja saab igale punktile nime anda oma äranägemise järgi (näiteks DOM, DACHA jne), samuti on ette nähtud erinevad ikoonid info kuvamiseks ekraanil. Punkti (mis tahes eelsalvestatud) naasmise funktsiooni sisselülitamisel saab navigaatori omanik samad võimalused, mis ülalkirjeldatud Bresti puhul (st kaugus punktini, eeldatav saabumisaeg ja kõik muu). muu). Näiteks mul oli selline juhtum. Olles autoga Prahasse jõudnud ja hotelli sisse seadnud, läksime sõbraga kesklinna. Jätsime auto parklasse ja läksime hulkuma. Pärast sihitut kolmetunnist jalutuskäiku ja õhtusööki restoranis saime aru, et meil pole absoluutselt mingit mälu, kuhu auto jätsime. Väljas on öö, oleme võõra linna ühel väikesel tänaval... Õnneks kirjutasin enne auto juurest lahkumist selle asukoha navigaatorisse üles. Nüüd, olles aparaadil paar nuppu vajutanud, sain teada, et auto on meist 500 meetri kaugusel pargitud ja 15 minuti pärast kuulasime juba vaikset muusikat, suundudes autoga hotelli.

Lisaks sirgjooneliselt salvestatud märgini liikumisele, mis pole linnatingimustes alati mugav, pakub Garmin funktsiooni TrackBack – naasmine mööda oma rada. Jämedalt öeldes on liikumiskõver ligikaudne mitme sirge lõiguga ja murdepunktidesse asetatakse märgid. Igal sirgel lõigul juhatab navigaator kasutaja lähima märgini ning selleni jõudes automaatne ümberlülitus järgmise märgini. Eksklusiivselt mugav funktsioon võõras piirkonnas autoga sõites (satelliitidelt tulev signaal muidugi hooneid läbi ei liigu, nii et oma koordinaatide kohta tihedalt hoonestatud tingimustes andmete saamiseks tuleb otsida enam-vähem avatud koht ).

Seadme võimaluste kirjeldusse ma pikemalt ei lasku - uskuge mind, lisaks kirjeldatule on sellel ka palju meeldivaid ja vajalikke vidinaid. Ainuüksi ekraani suuna muutmine tasub end ära – seadet saab kasutada nii horisontaalses (auto) kui ka vertikaalses (jalakäija) asendis (vt joon. 3).

Pean GPS-i üheks peamiseks eeliseks kasutaja jaoks süsteemi kasutamise eest tasumata jätmist. Ostsin seadme korra ja naudin seda!

Järeldus.

Arvan, et vaadeldava globaalse positsioneerimissüsteemi rakendusalasid pole vaja loetleda. GPS-vastuvõtjad on sisse ehitatud autodesse, mobiiltelefonidesse ja isegi käekell! Hiljuti sattus mulle teade miniatuurset GPS-vastuvõtjat ja GSM-moodulit ühendava kiibi väljatöötamise kohta - tehakse ettepanek varustada koera kaelarihmad sellel põhinevate seadmetega, et omanik saaks mobiilsidevõrgu kaudu hõlpsasti kadunud koera asukoha kindlaks teha. .

Aga igas meetünnis on kärbes salvis. IN sel juhul Viimase rolli mängivad Venemaa seadused. Ma ei käsitle üksikasjalikult GPS-navigaatorite kasutamise juriidilisi aspekte Venemaal (selle kohta võib midagi leida), märgin ainult, et teoreetiliselt ülitäpsed navigatsiooniseadmed (mis on kahtlemata isegi amatöör-GPS-vastuvõtjad) on meie riigis keelatud ning nende omanikke ähvardab seadme konfiskeerimine ja arvestatav rahatrahv.

Kasutajate õnneks kompenseerib Venemaal seaduste ranguse nende rakendamise valikulisus - näiteks sõidab Moskvas mööda tohutult palju limusiinid, mille pakiruumi kaanel on GPS-vastuvõtja antenn. Kõik on enam-vähem tõsine merelaevad varustatud GPS-iga (ja terve põlvkond purjetajaid on juba üles kasvanud, kellel on raskusi kompassi ja muude traditsiooniliste navigeerimisvahenditega orienteerumisega). Loodan, et võimud ei pane kodarat tehnoloogilise progressi ratastesse ja seadustavad peagi meie riigis GPS-vastuvõtjate kasutamise (nad on tühistanud load Mobiiltelefonid) ning annab ka loa salastatuse kustutamiseks ja paljundamiseks üksikasjalikud kaardid jaoks vajalikud alad täielik kasutamine autode navigatsioonisüsteemid.

Satelliit GPS-navigatsioon See on pikka aega olnud positsioneerimissüsteemide loomise standard ja seda kasutatakse aktiivselt erinevates jälgimisseadmetes ja navigaatorites. IN Arduino projektid GPS on integreeritud kasutades erinevaid mooduleid, mis ei nõua teadmisi teoreetilised alused. Kuid tõeline insener peaks olema huvitatud GPS-i põhimõtte ja toimimise mõistmisest, et mõista paremini selle tehnoloogia võimalusi ja piiranguid.

GPS-i tööskeem

GPS on USA kaitseministeeriumi välja töötatud satelliitnavigatsioonisüsteem, mis määrab täpsed koordinaadid ja aja. Töötab kõikjal Maal ja mis tahes ilmastikutingimustes. GPS koosneb kolmest osast – satelliitidest, jaamadest Maal ja signaalivastuvõtjatest.

Idee luua satelliitnavigatsioonisüsteem tekkis eelmise sajandi 50ndatel. Nõukogude satelliitide starti jälginud Ameerika teadlaste rühm märkas, et satelliidi lähenedes signaali sagedus suureneb ja eemaldudes väheneb. See võimaldas mõista, et on võimalik mõõta satelliidi asukohta ja kiirust teades selle koordinaate Maal ja vastupidi. Satelliitide saatmine madalale Maa orbiidile mängis navigatsioonisüsteemi arengus tohutut rolli. Ja 1973. aastal loodi programm DNSS (NavStar), selle programmi raames saadeti satelliidid keskmise Maa orbiidile. Nimi GPS programm saadud samal 1973. aastal.

GPS-süsteem sisse lülitatud Sel hetkel Seda kasutatakse mitte ainult sõjalisel alal, vaid ka tsiviilotstarbel. Kerad GPS rakendused palju:

Mobiilne ühendus;
Laamtektoonika – laamade kõikumiste jälgimine;
Seismilise aktiivsuse määramine;
Transpordi satelliitjälgimine – saad jälgida transpordi asukohta, kiirust ja kontrollida nende liikumist;
Geodeesia – maatükkide täpsete piiride määramine;
kartograafia;
Navigeerimine;
Mängud, geosildid ja muud meelelahutusalad.

Süsteemi kõige olulisemaks puuduseks võib pidada võimetust teatud tingimustel signaali vastu võtta. GPS-i töösagedused on sees detsimeetri vahemik lained See toob kaasa asjaolu, et kõrgete pilvede ja tiheda puude lehestiku tõttu võib signaali tase langeda. Tavalist signaaliedastust võivad häirida ka raadioallikad, segajad ja harvadel juhtudel isegi magnettormid. Andmete määramise täpsus halveneb polaaraladel, kuna satelliidid tõusevad madalal Maa kohal.

Navigeerimine ilma GPS-ita

GPS-i peamiseks konkurendiks on Venemaa GLONASS (Global Navigation Satellite System). Minu täiskohaga töö süsteem sai alguse 2010. aastal, selle aktiivseks kasutamiseks on katseid tehtud alates 1995. aastast. Nende kahe süsteemi vahel on mitmeid erinevusi:

Erinevad kodeeringud - ameeriklased kasutavad CDMA-d, vene süsteemi jaoks kasutatakse FDMA-d;
Seadmete erinevad mõõtmed - GLONASS kasutab keerukamat mudelit, mis suurendab voolutarbimist ja seadmete suurust;
Satelliitide paigutus ja liikumine orbiidil – Venemaa süsteem tagab territooriumi laiema katvuse ning koordinaatide ja aja täpsema määramise.
Satelliidi eluiga – Ameerika satelliidid on valmistatud kõrgema kvaliteediga, nii et need kestavad kauem.

Lisaks GLONASSile ja GPS-ile on ka teisi vähem populaarseid navigatsioonisüsteeme – Euroopa Galileo ja Hiina Beidou.

GPS-i kirjeldus

Kuidas GPS töötab

GPS-süsteem töötab järgmiselt: signaali vastuvõtja mõõdab signaali levimise viivitust satelliidilt vastuvõtjale. Vastuvõetud signaalist saab vastuvõtja andmed satelliidi asukoha kohta. Satelliidi ja vastuvõtja vahelise kauguse määramiseks korrutatakse signaali viivitus valguse kiirusega.

Geomeetrilisest vaatenurgast saab navigatsioonisüsteemi tööd illustreerida järgmiselt: ristuvad mitmed sfäärid, mille keskel on satelliidid ja neis asub kasutaja. Iga sfääri raadius on vastavalt võrdne selle nähtava satelliidi kaugusega. Kolme satelliidi signaalid annavad teavet laius- ja pikkuskraadide kohta; neljas satelliit annab teavet objekti kõrguse kohta pinnast. Saadud väärtused saab taandada võrrandisüsteemiks, millest saab leida kasutaja koordinaadi. Seega on täpse asukoha saamiseks vaja läbi viia 4 satelliidi kauguste mõõtmist (kui välistada ebausutavad tulemused, piisab kolmest mõõtmisest).

Saadud võrrandite muudatused on tingitud satelliidi arvutatud ja tegeliku asukoha vahelisest lahknevusest. Selle tulemusena tekkivat viga nimetatakse efemeriidiks ja see jääb vahemikku 1–5 meetrit. Ka segamine aitab kaasa Atmosfääri rõhk, niiskus, temperatuur, ionosfääri ja atmosfääri mõju. Kõikide vigade kogusumma võib viia vea 100 meetrini. Mõned vead saab kõrvaldada matemaatiliselt.

Kõigi vigade vähendamiseks kasutage diferentsiaali GPS režiim. Selles saab vastuvõtja raadiokanali kaudu tugijaamast kõik vajalikud koordinaatide parandused. Lõplik mõõtmise täpsus ulatub 1-5 meetrini. Diferentsiaalrežiimis on vastuvõetud andmete parandamiseks 2 meetodit - see on koordinaatide enda korrigeerimine ja navigeerimisparameetrite korrigeerimine. Esimest meetodit on ebamugav kasutada, kuna kõik kasutajad peavad töötama samu satelliite kasutades. Teisel juhul suureneb asukoha määramise seadmete enda keerukus oluliselt.

Olemas uus klass süsteemid, mis suurendab mõõtmistäpsust 1 cm-ni, nurkade vaheline nurk satelliitide poole mõjutab täpsust tohutult. Suurema nurga all määratakse asukoht suurema täpsusega.

USA kaitseministeerium võib mõõtmistäpsust kunstlikult vähendada. Selleks installige navigatsiooniseadmetesse erirežiim S/A – piiratud juurdepääs. Režiim töötati välja sõjalistel eesmärkidel, et takistada vaenlase määramisel eelise saamist täpsed koordinaadid. Alates 2000. aasta maist režiim piiratud ligipääs tühistati.

Kõik veaallikad võib jagada mitmeks rühmaks:

Viga orbiidi arvutamisel;
vastuvõtjaga seotud vead;
Vead, mis on seotud signaali mitmekordse peegeldumisega takistustelt;
Ionosfääri, troposfääri signaali viivitused;
Satelliitide geomeetria.

Peamised omadused

IN GPS süsteem kaasas 24 tehissatelliite Maa, maapealsete jälgimisjaamade ja navigatsioonivastuvõtjate võrk. Vaatlusjaamad on vajalikud orbiidi parameetrite kindlaksmääramiseks ja jälgimiseks, ballistiliste karakteristikute arvutamiseks, liikumistrajektooridelt kõrvalekalde reguleerimiseks ja kosmoselaevade pardal olevate seadmete jälgimiseks.

GPS-navigatsioonisüsteemide omadused:

Satelliitide arv – 26, 21 peamist, 5 varu;
Orbitaaltasandite arv – 6;
Orbiidi kõrgus – 20 000 km;
Satelliitide kasutusiga on 7,5 aastat;
Töösagedused – L1=1575,42 MHz; L2=12275,6 MHz, võimsus vastavalt 50 W ja 8 W;
Navigatsiooni määramise usaldusväärsus on 95%.

Navigatsioonivastuvõtjaid on mitut tüüpi – kaasaskantavad, statsionaarsed ja lennukid. Vastuvõtjaid iseloomustavad ka mitmed parameetrid:

Kanalite arv – kaasaegsed vastuvõtjad kasutavad 12-20 kanalit;
Antenni tüüp;
Kartograafilise toe olemasolu;
Ekraani tüüp;
Lisafunktsioonid;
Erinevad spetsifikatsioonid– materjalid, tugevus, niiskuskaitse, tundlikkus, mälumaht ja muud.

Navigaatori enda tööpõhimõte seisneb selles, et ennekõike proovib seade suhelda navigatsioonisatelliidiga. Niipea kui ühendus on loodud, edastatakse almanahh, st teave samas navigatsioonisüsteemis asuvate satelliitide orbiitide kohta. Täpse asukoha saamiseks ainult ühe satelliidiga suhtlemisest ei piisa, seega edastavad ülejäänud satelliidid oma efemeriidid navigaatorile, mis on vajalik kõrvalekallete, häirekoefitsientide ja muude parameetrite määramiseks.

GPS-navigaatori külm, soe ja kuum käivitamine

Kui lülitate navigaatori esimest korda sisse või pärast pikka pausi, hakkab andmete vastuvõtmist ootama pikk. Pikka aega Ootamine on tingitud asjaolust, et almanahh ja efemeriidid puuduvad või on navigaatori mälus aegunud, mistõttu peab seade andmete hankimiseks või värskendamiseks tegema mitmeid toiminguid. Ooteaeg ehk nn külmkäivitusaeg sõltub erinevatest näitajatest - vastuvõtja kvaliteet, atmosfääri seisund, müra, satelliitide arv nähtavusvööndis.

Töö alustamiseks peab navigaator:

Leidke satelliit ja looge sellega kontakt;
Võtke almanahh vastu ja salvestage see mällu;
Võtke satelliidilt vastu efemeriid ja salvestage see;
Otsige üles veel kolm satelliiti ja looge nendega kontakt, võtke neilt vastu efemeriidid;
Arvutage koordinaadid efemeeride ja satelliitide asukohtade abil.

Alles pärast kogu selle tsükli läbimist hakkab seade tööle. Sellist käivitamist nimetatakse külmkäivitus.

Kuumkäivitus erineb oluliselt külmkäivitusest. Navigaatori mälus on juba praegu aktuaalne almanahh ja efemeriid. Almanahhi andmed kehtivad 30 päeva, efemeriidi andmed 30 minutit. Sellest järeldub, et seade oli lühikeseks ajaks välja lülitatud. Kuumkäivitusega on algoritm lihtsam - seade loob ühenduse satelliidiga, vajadusel värskendab efemeriidi ja arvutab asukoha.

Käimas on soe algus – sel juhul on almanahh jooksev, kuid efemeriid vajab uuendamist. See võtab veidi rohkem aega kui kuumkäivitus, kuid oluliselt vähem kui külmkäivitus.

Omavalmistatud GPS-moodulite ostmise ja kasutamise piirangud

Venemaa seadusandlus nõuab, et tootjad vähendaksid vastuvõtja tuvastamise täpsust. Suure täpsusega tööd saab teha ainult siis, kui kasutajal on erilitsents.

Teabe salajaseks hankimiseks mõeldud spetsiaalsed tehnilised vahendid (STS NPI) on Vene Föderatsioonis keelatud. Need sisaldavad GPS-jälgijad, mida kasutatakse sõidukite ja muude objektide liikumise salajaseks kontrolliks. Peamine märk ebaseaduslikust tehnilisi vahendeid- tema saladus. Seetõttu peate enne seadme ostmist hoolikalt uurima selle omadusi, välimus, peidetud funktsioonide olemasolu kohta ja vaadake ka vajalikke vastavussertifikaate.

Samuti on oluline, millisel kujul seade müüakse. Kui seade on lahti võetud, ei pruugi see kuuluda STS NPI-le. Aga kogumisel valmis seade võib juba klassifitseerida keelatuks.

Enamikule meist, kes elame mõõdetud elu, igapäevaselt korteri ja töökoha või kooli vahel pendeldes, tundub GPS-funktsioon telefonis ebavajaliku võimalusena, mida tootja kasutab seadme maksumuse tõstmiseks. .

Kuid niipea, kui seisate silmitsi võõras piirkonnas asuva maja leidmise probleemiga, saate kohe aru GPS-i kõigist eelistest.

Mis on GPS telefonis või tahvelarvutis?

GPS või globaalne süsteem positsioneerimine on võrk, mis koosneb mitmekümnest satelliidist, mis "rippuvad" Maa pinna kohal pidevatel orbiitidel. Need satelliidid on loodud positsioneerimissignaalide vastuvõtmiseks ja edastamiseks, tänu millele saate täpselt määrata oma asukoha, jälgida inimeste ja kauba liikumist ning koostada marsruuti tundmatutes piirkondades.

GPS-funktsioon on kõige olulisem neile, kelle kohustuste hulka kuuluvad pikad reisid või linnasisene liikumine: kullerid, ekspediitorid, kaugveoautojuhid jne.

Telefoni või tahvelarvutisse sisseehitatud GPS funktsioonid saate hõlpsasti määrata oma asukoha linna kaardil või maal, saate kõige mugavama marsruudi soovitud tänavale või majani ja te ei eksi kunagi isegi täiesti võõras linnas ringi liikudes. Lisaks saate neile tee ääres kinnitada nende valmistamise kohtade koordinaadid.

Kaasaegsed GPS-põhised Interneti-teenused pakuvad palju teie asukoha määramisega seotud teenuseid. Teile pakutakse külastada lähimat kohvikut, kino või klubi, saata sõpradele kutseid, paludes neil teiega liituda kohas, kus te praegu olete, jne.

Mõne teenuse abil võid leida uusi sõpru ja mõttekaaslasi, kes elavad või asuvad hetkel sinu asukohale kõige lähemal, või kohtuda sihikindlate poiste või tüdrukutega. GPS-i kasutavate teenuste arv kasvab pidevalt, nagu ka nende pakutavate teenuste mitmekesisus.

Mis on A-GPS?

Sageli piirkondades, kus on suur hulk kõrghoonete puhul aeglustub GPS-i töö oluliselt ja kaotab täpsuse. Pilvelõhkujad blokeerivad satelliitide vaatevälja ja raadiosignaalid kas ei läbi üldse või läbivad moonutustega.

See loodi selleks, et parandada positsioneerimise kvaliteeti suurlinnades A-GPS süsteem, mis kasutab positsioneerimist mobiilsidejaamade abil. Mida rohkem jaamu teie ümber on, seda täpsem on teie positsioneerimine.

Asukoha määramine toimub spetsiaalselt selleks ette nähtud serverite abil, kus signaale võetakse töötlemiseks vastu sidejaamadest. A-GPS-i kasutamiseks peab teil olema juurdepääs Internetile, seega saavad seda funktsiooni kasutada lisaks telefonidele vaid tahvelarvutid, millel on SIM-kaardi pesa.

Ilma SIM-kaardita tahvelarvutites töötab A-GPS ainult siis, kui see on ühendatud Wi-Fi-ga. Lisaks peate maksma vastavalt oma mobiilioperaatori tariifile.

Mida on parem kasutada?

Igal juhul määrab kasutaja ise, mis on tema jaoks parem ja mugavam, keskendudes GPS-i ja A-GPS-i erinevustele.

1. Linnas, kus number mobiilsidejaamad suurepärane, A-GPS on kiirem ja täpsem kui GPS. Maapiirkondades, vastupidi, on parem kasutada GPS-i.

2. A-GPS tarbib töö ajal ja ooterežiimis vähem energiat, mis tähendab, et see kulutab vähem akut. See on oluline neile, kellel pole alati võimalust end laadida.

3. A-GPS kasutab Interneti-liiklust, mis tähendab, et seda ei pakuta tasuta.