Mõõtmiste täpsus GLONASS/GPS-i kasutamine sõltub vastuvõtja disainist ja klassist, satelliitide arvust ja asukohast (reaalajas), ionosfääri ja Maa atmosfääri seisundist (rasked pilved jne), häirete olemasolust ja muudest teguritest .

"Kodumajapidamises kasutatavate" GPS-seadmete mõõtmisviga "tsiviilkasutajatele" on vahemikus ±3-5m kuni ±50m ja rohkem (keskmiselt on uute mudelite puhul tegelik täpsus minimaalsete häiretega ±5-15 meetrit suhtes). Maksimaalne võimalik täpsus ulatub horisontaalselt +/- 2-3 meetrini. Kõrgus - ±10-50m kuni ±100-150 meetrit. Kõrgusmõõtja on täpsem, kui kalibreerite digitaalse baromeetri lähima punkti järgi, millel on teada täpne kõrgus (näiteks tavalisest atlasest) tasasel maastikul või teadaoleva õhurõhu järgi (kui see ilmastikuoludes liiga kiiresti ei muutu muutused).

“Geodeetilise klassi” ülitäpsed meetrid - täpsemad kahe või kolme suurusjärgu võrra (kuni sentimeeter, plaanis ja kõrguses). Mõõtmiste tegeliku täpsuse määravad erinevad tegurid, näiteks kaugus lähimast tugijaamast (parandus) süsteemi teeninduspiirkonnas, kordus (korduvate mõõtmiste / kogunemiste arv punktis), töö sobiv kvaliteedikontroll. , spetsialisti väljaõppe tase ja praktilised kogemused. Selliseid ülitäpseid seadmeid saavad kasutada ainult spetsialiseeritud organisatsioonid, eriteenistused ja sõjaväelased.

Navigeerimise täpsuse parandamiseks Soovitatav on kasutada mitmesüsteemilist Glanas / GPS-vastuvõtjat - avatud ruumis (lähedal pole hooneid ega üleulatuvaid puid) üsna tasasel maastikul ja ühendada täiendav väline antenn. Turunduslikel eesmärkidel tunnustatakse selliseid seadmeid kahekordse töökindluse ja täpsusega (viidates samaaegselt kasutatavale kahele satelliidisüsteemile Glonass ja Gypies), kuid tegelik parameetrite tegelik paranemine (koordinaatide määramise täpsuse suurenemine) võib ulatuda vaid kuni mitukümmend protsenti. Võimalik on vaid märgatavalt vähendada sooja-sooja käivitusaega ja mõõtmise kestust.

GPS-mõõtmiste kvaliteet halveneb, kui satelliidid asuvad taevas tihedas kiires või ühel joonel ja "kaugel" - horisondi lähedal (seda kõike nimetatakse "halvaks geomeetriaks") ja esineb signaalihäireid (kõrghooned blokeerivad, peegeldavad signaali, puud, lähedal asuvad järsud mäed). Maa päeval (praegu Päikese poolt valgustatud) - pärast ionosfääri plasma läbimist nõrgenevad ja moonutavad raadiosignaalid suurusjärgu võrra tugevamalt kui öösel. Geomagnetilise tormi ajal on pärast võimsaid päikesepurskeid võimalikud katkestused ja pikad katkestused satelliitnavigatsiooniseadmete töös.

GPS-i tegelik täpsus sõltub GPS-vastuvõtja tüübist ning andmete kogumise ja töötlemise funktsioonidest. Mida rohkem kanaleid (peab olema vähemalt 8) navigaatoris, seda täpsemalt ja kiiremini määratakse õiged parameetrid. Interneti kaudu “A-GPS-i asukohaserveri abiandmete” vastuvõtmisel (pakettandmeedastuse teel, telefonides ja nutitelefonides) suureneb koordinaatide ja asukoha määramise kiirus kaardil.

WAAS (Wide Area Augmentation System, Ameerika mandril) ja EGNOS (Euroopa geostatsionaarsed navigatsioonikatteteenused, Euroopas) - diferentsiaalsed allsüsteemid, mis edastavad geostatsionaarselt (kõrgustel 36 tuhandest km madalamatest laiuskraadidest kuni 40 tuhande kilomeetrini üle keskmiste ja kõrgete laiuskraadide). satelliidid parandavad teavet G P S vastuvõtjatele (parandused on sisse viidud). Need võivad parandada kulguri (väli, mobiilvastuvõtja) positsioneerimise kvaliteeti, kui läheduses asuvad ja töötavad maapealsed tugiparandusjaamad (statsionaarsed tugisignaali vastuvõtjad, millel on juba ülitäpne koordinaatreferents). Sel juhul peavad väli- ja baasvastuvõtjad samaaegselt jälgima samanimelisi satelliite.

Mõõtmiskiiruse suurendamiseks Soovitatav on kasutada mitme kanaliga (8 kanalit või rohkem), mitmesüsteemilist (Glonas / Gps) vastuvõtjat koos välise antenniga. Nähtavad peavad olema vähemalt kolm GPS-i ja kaks GLONASS-satelliiti. Mida rohkem neid on, seda parem on tulemus. Vajalik on ka hea taeva nähtavus (avatud horisont).

Vastuvõtva seadme kiire, “kuum” (esimeste sekunditega) või “soojakäivitus” (ajaliselt pool minutit või minut) on võimalik, kui see sisaldab ajakohast värsket almanahhi. Juhul, kui navigaatorit pole pikka aega kasutatud, on vastuvõtja sunnitud vastu võtma täieliku almanahhi ja selle sisselülitamisel tehakse külmkäivitus (kui seade toetab AGPS-i, siis kiiremini - kuni paar sekundit).

Ainult horisontaalkoordinaatide (laius-/pikkuskraad) määramiseks võib piisata kolme satelliidi signaalist. Kolmemõõtmeliste (kõrgusega) koordinaatide saamiseks on vaja vähemalt nelja koordinaati.

GLONASS süsteem on suurim navigatsioonisüsteem, mis võimaldab jälgida erinevate objektide asukohta. 1982. aastal käivitatud projekt areneb ja täieneb endiselt aktiivselt. Lisaks tehakse tööd nii GLONASSi tehnilise toe kui ka infrastruktuuri kallal, mis võimaldab süsteemi kasutada üha rohkematel inimestel. Niisiis, kui kompleksi olemasolu esimestel aastatel kasutati satelliitide kaudu navigeerimist peamiselt sõjaliste probleemide lahendamisel, siis tänapäeval on GLONASS tehnoloogiline positsioneerimistööriist, mis on muutunud miljonite tsiviilkasutajate elus kohustuslikuks.

Globaalsed satelliitnavigatsioonisüsteemid

Globaalse satelliidipositsioneerimise tehnoloogilise keerukuse tõttu suudavad tänapäeval sellele nimele täielikult vastata vaid kaks süsteemi – GLONASS ja GPS. Esimene on vene ja teine ​​on Ameerika arendajate vili. Tehnilisest vaatenurgast on GLONASS spetsialiseerunud riistvara kompleks, mis asub nii orbiidil kui ka maa peal.

Satelliididega suhtlemiseks kasutatakse signaalide lugemiseks ja nende põhjal asukohaandmete genereerimiseks spetsiaalseid andureid ja vastuvõtjaid. Ajaparameetrite arvutamiseks kasutatakse spetsiaalseid Neid kasutatakse objekti asukoha määramiseks, võttes arvesse raadiolainete levi ja töötlemist. Vigade vähendamine võimaldab usaldusväärsemalt arvutada positsioneerimisparameetrid.

Satelliitnavigatsiooni funktsioonid

Globaalsete satelliitnavigatsioonisüsteemide ülesannete hulka kuulub maapealsete objektide täpse asukoha määramine. Lisaks geograafilisele asukohale võimaldavad globaalsed satelliitnavigatsioonisüsteemid võtta arvesse aega, marsruuti, kiirust ja muid parameetreid. Need ülesanded täidetakse satelliitide kaudu, mis asuvad erinevates punktides maapinnast kõrgemal.

Globaalse navigatsiooni kasutamine ei piirdu transporditööstusega. Satelliidid on abiks otsingu- ja päästetöödel, geodeetilistel ja ehitustöödel, samuti on oluline teiste kosmosejaamade ja sõidukite koordineerimine ja hooldus. Ka sõjatööstus ei jää ilma sarnase otstarbega süsteemi toetuseta, pakkudes spetsiaalselt kaitseministeeriumi volitatud varustusele mõeldud turvalist signaali.

GLONASS süsteem

Süsteem alustas täismahus tööd alles 2010. aastal, kuigi kompleksi on üritatud aktiivseks tööks panna juba aastast 1995. Probleemid olid suuresti seotud kasutatud satelliitide vähese vastupidavusega.

Hetkel koosneb GLONASS 24 satelliidist, mis tegutsevad orbiidi erinevates punktides. Üldiselt saab navigatsiooni infrastruktuuri esindada kolme komponendiga: juhtimiskompleks (annab orbiidil oleva rühma juhtimist), samuti kasutaja navigatsiooniseadmed.

24 satelliiti, millest igaühel on oma püsiv kõrgus merepinnast, on jagatud mitmesse kategooriasse. Iga poolkera jaoks on 12 satelliiti. Satelliidi orbiitide kaudu moodustub maapinna kohale võre, mille signaalide kaudu määratakse täpsed koordinaadid. Lisaks on satelliidil GLONASS ka mitmeid varundusvõimalusi. Nad on ka igaüks oma orbiidil ega ole jõude. Nende ülesannete hulka kuulub leviala laiendamine teatud piirkonnas ja rikkis olevate satelliitide asendamine.

GPS süsteem

GLONASSi Ameerika analoog on GPS-süsteem, mis samuti alustas oma tööd 1980. aastatel, kuid alles alates 2000. aastast on koordinaatide määramise täpsus võimaldanud selle tarbijate seas laialdaselt levida. Tänapäeval garanteerivad GPS-satelliidid täpsuse kuni 2-3 m Navigatsioonivõimekuse arendamise hilinemine on pikka aega olnud tingitud kunstlikest positsioneerimispiirangutest. Sellegipoolest võimaldas nende eemaldamine määrata koordinaadid maksimaalse täpsusega. Isegi miniatuursete vastuvõtjatega sünkroonimisel saavutatakse GLONASSile vastav tulemus.

Erinevused GLONASSi ja GPSi vahel

Navigatsioonisüsteemide vahel on mitmeid erinevusi. Eelkõige on erinevus satelliitide paigutuse ja liikumise olemuses orbiitidel. GLONASSi kompleksis liiguvad nad mööda kolme tasapinda (igaüks kaheksa satelliiti) ja GPS-süsteem võimaldab töötada kuuel tasapinnal (umbes neli lennuki kohta). Seega tagab Venemaa süsteem maapinna laiema katvuse, mis kajastub suuremas täpsuses. Praktikas ei võimalda kodumaiste satelliitide lühiajaline "eluiga" aga kasutada GLONASSi süsteemi täit potentsiaali. GPS omakorda säilitab suure täpsuse tänu liigsele satelliitide arvule. Sellegipoolest tutvustab Venemaa kompleks regulaarselt uusi satelliite nii sihipäraseks kasutamiseks kui ka varutoeks.

Kasutatakse ka erinevaid signaali kodeerimise meetodeid – ameeriklased kasutavad CDMA koodi, GLONASS aga FDMA-d. Kui vastuvõtjad arvutavad positsioneerimisandmeid, pakub Venemaa satelliidisüsteem keerukamat mudelit. Sellest tulenevalt nõuab GLONASSi kasutamine suurt energiakulu, mis kajastub seadmete mõõtmetes.

Mida GLONASSi võimalused võimaldavad?

Süsteemi põhiülesannete hulgas on GLONASSiga suhtlemiseks võimelise objekti koordinaatide määramine. GPS täidab selles mõttes sarnaseid ülesandeid. Eelkõige arvutatakse maa-, mere- ja õhuobjektide liikumisparameetrid. Mõne sekundiga suudab vastava navigaatoriga varustatud sõiduk ise oma liikumise karakteristikud välja arvutada.

Samal ajal on globaalse navigatsiooni kasutamine teatud transpordiliikide puhul juba kohustuslikuks muutunud. Kui 2000. aastatel levis satelliitpositsioneerimine seoses teatud strateegiliste objektide juhtimisega, siis tänapäeval on vastuvõtjad varustatud laevade ja lennukitega, ühistranspordiga jne. Lähitulevikus on võimalik, et kõik isiklikud autod on kohustuslikud. GLONASSi navigaatoritega.

Millised seadmed töötavad GLONASSiga?

Süsteem on võimeline pakkuma eranditult pidevat globaalset teenust kõikidele tarbijakategooriatele, sõltumata klimaatilistest, territoriaalsetest ja ajalistest tingimustest. Sarnaselt GPS-süsteemi teenustega pakutakse GLONASSi navigaatorit tasuta ja kõikjal maailmas.

Seadmed, mis suudavad vastu võtta satelliidisignaale, hõlmavad mitte ainult pardanavigatsiooniseadmeid ja GPS-vastuvõtjaid, vaid ka mobiiltelefone. Andmed asukoha, suuna ja liikumiskiiruse kohta saadetakse spetsiaalsesse serverisse GSM operaatorivõrkude kaudu. Satelliitnavigatsiooni võimaluste kasutamisel on abiks spetsiaalne GLONASS programm ja mitmesugused kaarte töötlevad rakendused.

Kombineeritud vastuvõtjad

Satelliitnavigatsiooni territoriaalne laienemine on tarbija seisukohalt viinud kahe süsteemi ühendamiseni. Praktikas täiendatakse GLONASS seadmeid sageli GPS-iga ja vastupidi, mis suurendab positsioneerimis- ja ajastusparameetrite täpsust. Tehniliselt teostatakse seda kahe anduri abil, mis on integreeritud ühte navigaatorisse. Selle idee põhjal toodetakse kombineeritud vastuvõtjaid, mis töötavad samaaegselt GLONASSi, GPS-süsteemide ja nendega seotud seadmetega.

Lisaks määramise täpsuse suurendamisele võimaldab selline sümbioos asukohta jälgida, kui ühe süsteemi satelliite ei tuvastata. Minimaalne orbiidiobjektide arv, mille "nähtavus" on navigaatori tööks vajalik, on kolm ühikut. Seega, kui näiteks programm GLONASS muutub kättesaamatuks, tulevad appi GPS-satelliidid.

Muud satelliitnavigatsioonisüsteemid

Euroopa Liit, aga ka India ja Hiina arendavad GLONASSi ja GPS-iga sarnaseid projekte. kavatseb kasutusele võtta 30 satelliidist koosneva Galileo süsteemi, mis saavutab ületamatu täpsuse. Indias on kavas käivitada seitsme satelliidi kaudu töötav IRNSS-süsteem. Navigatsioonikompleks on orienteeritud kodukasutusele. Hiina arendajate süsteem Compass peaks koosnema kahest segmendist. Esimene sisaldab 5 satelliiti ja teine ​​- 30. Sellest lähtuvalt näevad projekti autorid ette kahte teenusevormingut.

Paljud autoomanikud kasutavad oma autodes navigaatoreid. Mõned neist aga ei tea kahe erineva satelliidisüsteemi – Vene GLONASSi ja Ameerika GPSi – olemasolust. Sellest artiklist saate teada, millised on nende erinevused ja millist neist tuleks eelistada.

Kuidas navigatsioonisüsteem töötab?

Navigatsioonisüsteemi kasutatakse peamiselt objekti (antud juhul auto) asukoha ja kiiruse määramiseks. Mõnikord on vaja määrata mõned muud parameetrid, näiteks kõrgus merepinnast.

See arvutab need parameetrid, määrates kauguse navigaatori enda ja mitme Maa orbiidil asuva satelliidi vahel. Tavaliselt on süsteemi tõhusaks toimimiseks vaja sünkroonimist nelja satelliidiga. Neid kaugusi muutes määrab see objekti koordinaadid ja muud liikumise omadused. GLONASSi satelliidid ei ole sünkroniseeritud Maa pöörlemisega, mis tagab nende stabiilsuse pikema aja jooksul.

Video: GloNaSS vs GPS

Mis on parem GLONASS või GPS ja mis neil vahet on

Navigatsioonisüsteemid olid eeskätt mõeldud kasutamiseks sõjalistel eesmärkidel ja alles siis said need tavakodanikele kättesaadavaks. Ilmselgelt on sõjaväel vaja kasutada oma riigi arenguid, sest välismaise navigatsioonisüsteemi saavad konfliktiolukorras selle riigi võimud välja lülitada. Lisaks julgustatakse Venemaal sõjaväelasi ja riigiteenistujaid kasutama igapäevaelus süsteemi GLONASS.

Igapäevaelus ei peaks tavaline autojuht navigatsioonisüsteemi valimise pärast üldse muretsema. Nii GLONASS kui ka pakuvad igapäevaseks kasutamiseks piisavat navigeerimiskvaliteeti. Venemaa ja teiste põhjalaiuskraadidel asuvate riikide põhjaterritooriumidel töötavad GLONASSi satelliidid tõhusamalt tänu sellele, et nende liikumistrajektoorid on Maast kõrgemal. See tähendab, et Arktikas, Skandinaavia riikides on GLONASS tõhusam ja rootslased tunnistasid seda juba 2011. aastal. Teistes piirkondades on GPS asukoha määramisel veidi täpsem kui GLONASS. Venemaa diferentsiaalkorrektsiooni ja -seire süsteemi järgi jäid GPS-i vead vahemikku 2–8 meetrit, GLONASS vead 4–8 meetrit. Kuid selleks, et GPS saaks määrata asukoha, mida peate püüdma 6–11 satelliidi vahel, piisab GLONASS-ist 6–7 satelliidi jaoks.

Arvestada tuleb ka sellega, et GPS-süsteem ilmus 8 aastat varem ja võttis olulise edumaa 90ndatel. Ja viimase kümnendi jooksul on GLONASS seda vahet peaaegu täielikult vähendanud ning aastaks 2020 lubavad arendajad, et GLONASS ei jää GPS-ile mitte millegi poolest alla.

Enamik kaasaegseid on varustatud kombineeritud süsteemiga, mis toetab nii Venemaa kui ka Ameerika satelliitsüsteemi. Just need seadmed on kõige täpsemad ja kõige väiksema veaga sõiduki koordinaatide määramisel. Samuti suureneb vastuvõetud signaalide stabiilsus, kuna selline seade suudab "näha" rohkem satelliite. Teisest küljest on selliste navigaatorite hinnad palju kõrgemad kui nende ühesüsteemiga kolleegide hinnad. See on arusaadav - neisse on sisse ehitatud kaks kiipi, mis on võimelised vastu võtma signaale igat tüüpi satelliidilt.

Video: GPS ja GPS+GLONASS vastuvõtjate test Redpower CarPad3

Seega on kõige täpsemad ja töökindlamad navigaatorid kahesüsteemsed seadmed. Kuid nende eelised on seotud ühe olulise puudusega - kuludega. Seetõttu tuleb valimisel mõelda – kas selline suur täpsus on igapäevases kasutuses vajalik? Samuti pole lihtsa autohuvilise jaoks väga oluline, millist navigatsioonisüsteemi kasutada - vene või ameerika. GPS ega GLONASS ei lase sul eksida ja viivad sind soovitud sihtkohta.

GPS on satelliitnavigatsioonisüsteem, mis mõõdab vahemaad, aega ja määrab asukoha. Võimaldab teil määrata objektide asukohta ja kiirust kõikjal Maa peal (polaaralad välja arvatud), peaaegu iga ilmaga, aga ka planeedi lähedal asuvas kosmoses. Süsteemi arendab, juurutab ja haldab USA kaitseministeerium.

GPS-i lühiomadused

USA kaitseministeeriumi satelliitnavigatsioonisüsteem on GPS, mida nimetatakse ka NAVSTARiks. Süsteem koosneb 24-st tehismaa satelliidid (NES), maapealse käsu-mõõtmise kompleksi ja tarbijavarustust. See on globaalne iga ilmaga navigatsioonisüsteem, mis võimaldab kolmemõõtmelises Maa-lähedases ruumis suure täpsusega määrata objektide koordinaate. GPS-satelliidid on paigutatud kuuele keskmiselt kõrgele orbiidile (kõrgus 20 183 km) ja nende tiirlemisperiood on 12 tundi.Orbitaaltasandid on paigutatud 60° vahedega ja kalduvad ekvaatori poole 55° nurga all. Igal orbiidil on 4 satelliiti. 18 satelliiti on minimaalne arv, et tagada vähemalt 4 satelliidi nähtavus igas Maa punktis.

Süsteemi kasutamise põhiprintsiip on asukoha määramine, mõõtes kaugusi objektini teadaolevate koordinaatidega punktidest – satelliitidest. Kaugus arvutatakse signaali levimise viivitusaja järgi alates selle saatmisest satelliidi poolt kuni GPS-vastuvõtja antenni poolt vastuvõtmiseni. See tähendab, et kolmemõõtmeliste koordinaatide määramiseks peab GPS-vastuvõtja teadma kaugust kolme satelliidini ja GPS-süsteemi aega. Seega kasutatakse vastuvõtja koordinaatide ja kõrguse määramiseks vähemalt nelja satelliidi signaale.

Süsteem on loodud õhusõidukite ja laevade navigeerimiseks ning aja määramiseks suure täpsusega. Seda saab kasutada kahemõõtmelises navigeerimisrežiimis - Maa pinnal olevate objektide navigatsiooniparameetrite 2D määramine) ja kolmemõõtmelises režiimis - 3D (Maa pinnast kõrgemal asuvate objektide navigatsiooniparameetrite mõõtmine). Objekti kolmemõõtmelise asukoha leidmiseks on vaja mõõta navigeerimisparameetreid vähemalt 4 NIS-i ja kahemõõtmelise navigatsiooni jaoks - vähemalt 3 NIS-i. GPS kasutab pseudokaugusmõõturi meetodit asukoha määramiseks ja pseudoradiaalse kiiruse meetodit objekti kiiruse leidmiseks.

Täpsuse parandamiseks määramistulemused silutakse Kalmani filtri abil. GPS-satelliidid edastavad navigatsioonisignaale kahel sagedusel: F1 = 1575,42 ja F2 = 1227,60 MHz. Kiirgusrežiim: pidev pseudomüra modulatsiooniga. Navigatsioonisignaalid on avalik C/A kood (kursus ja omandamine), mida edastatakse ainult sagedusel F1, ja kaitstud P-kood (täppiskood), mis kiirgatakse sagedustel F1, F2.

GPS-is on igal NIS-il oma kordumatu C/A-kood ja kordumatu P-kood. Seda tüüpi satelliidisignaalide eraldamist nimetatakse koodi eraldamiseks. See võimaldab pardaseadmetel tuvastada, millisele satelliidile signaal kuulub, kui nad kõik edastavad samal sagedusel. GPS pakub klienditeeninduse kahel tasemel: PPS-i täpne positsioneerimisteenus ja SPS-i standardpositsioneerimisteenus PPS põhineb täpsel koodil ja SPS. - avalikult kättesaadav. PPS-i teenust osutatakse USA sõjaväe- ja föderaalteenistustele ning SPS-i pakutakse massilisele tsiviiltarbijale Lisaks navigatsioonisignaalidele edastab satelliit regulaarselt teateid, mis sisaldavad teavet satelliidi oleku, selle efemeriidi, süsteemi kohta. aeg, ionosfääri viivituse prognoos ja jõudlusnäitajad. Pardal olevad GPS-seadmed koosnevad antennist ja vastuvõtja indikaatorist. PI sisaldab vastuvõtjat, arvutit, mäluseadmeid, juhtimis- ja kuvaseadmeid. Mäluplokkidesse salvestatakse vajalikud andmed, programmid probleemide lahendamiseks ja vastuvõtja indikaatori töö juhtimiseks. Olenevalt otstarbest kasutatakse kahte tüüpi pardavarustust: eri- ja masstarbijale mõeldud erivarustus on mõeldud rakettmürskude, sõjalennukite, laevade ja erialuste kinemaatiliste parameetrite määramiseks. Objekti parameetrite leidmisel kasutab P ja C/A koode. See seade võimaldab praktiliselt pidevat määramist täpsus: objekti asukoht— 5+7 m, kiirus — 0,05+0,15 m/s, aeg — 5+15 ns

GPS-i satelliitnavigatsioonisüsteemi peamised rakendused:

• Geodeesia: GPS-i abil määratakse täpsed punktide koordinaadid ja maatükkide piirid
• Kartograafia: GPS-i kasutatakse tsiviil- ja sõjaväekartograafias
• Navigeerimine: GPS-i kasutatakse nii merel kui maanteel navigeerimiseks
• Transpordi satelliitseire: GPS-i abil jälgitakse sõidukite asukohta ja kiirust ning juhitakse nende liikumist
• Mobiilside: esimesed GPS-iga mobiiltelefonid ilmusid 90ndatel. Mõnes riigis, näiteks USA-s, kasutatakse seda hädaabinumbril 911 helistava inimese asukoha kiireks määramiseks.
• Tektoonika, plaattektoonika: GPS-i kasutamine plaatide liikumise ja vibratsiooni jälgimiseks
• Aktiivne puhkus: GPS-i kasutavad erinevad mängud, näiteks Geopeitus jne.
• Geosildistamine: teave, näiteks fotod, seotakse koordinaatidega tänu sisseehitatud või välisele GPS-vastuvõtjale.

Tarbija koordinaatide määramine

Positsioneerimine satelliitide kauguste järgi

Asukoha koordinaadid arvutatakse satelliitide mõõdetud kauguste põhjal. Asukoha määramiseks on vaja nelja mõõtmist. Kolmest dimensioonist piisab, kui saate ebausutavad lahendused mõne muu kättesaadava vahendiga kõrvaldada. Tehnilistel põhjustel on vaja teist mõõtmist.

Satelliidi kauguse mõõtmine

Kaugus satelliidini määratakse, mõõtes aega, mis kulub raadiosignaali satelliidilt meieni jõudmiseks. Nii satelliit kui ka vastuvõtja genereerivad sama pseudojuhusliku koodi rangelt samaaegselt ühisel ajaskaalal. Teeme kindlaks, kui kaua kulus satelliidi signaalil meieni jõudmiseks, võrreldes selle pseudojuhusliku koodi viivitust vastuvõtja koodiga.

Täiusliku ajastuse tagamine

Täpne ajastus on satelliitide kauguste mõõtmisel võtmetähtsusega. Satelliidid on ajas täpsed, kuna neil on pardal aatomkellad. Vastuvõtja kell ei pruugi olla täiuslik, kuna selle triivi saab trigonomeetriliste arvutuste abil kõrvaldada. Selle võimaluse saamiseks on vaja mõõta kaugust neljanda satelliidini. Nelja mõõtmise vajaduse määrab vastuvõtja konstruktsioon.

Satelliidi asukoha määramine kosmoses.

Koordinaatide arvutamiseks peame teadma nii satelliitide kaugusi kui ka nende asukohta kosmoses. GPS-satelliidid liiguvad nii kõrgel, et nende orbiidid on väga stabiilsed ja neid saab suure täpsusega ennustada. Jälgimisjaamad mõõdavad pidevalt väikseid muutusi orbiitidel ja andmed nende muutuste kohta edastatakse satelliitidelt.

Ionosfääri ja atmosfääri signaali viivitused.

Vigade vähendamiseks saab kasutada kahte meetodit. Esiteks saame ennustada, milline oleks tüüpiline kiiruse muutus tavalisel päeval, keskmistes ionosfääritingimustes, ja seejärel rakendada kõikidele mõõtmistele korrektsiooni. Kuid kahjuks pole iga päev tavaline. Teine meetod on võrrelda kahe erineva kandesagedusega signaali levimiskiirusi. Kui võrrelda GPS-signaali kahe erineva sagedusega komponendi levimisaega, saame teada, milline aeglustumine toimus. See parandusmeetod on üsna keeruline ja seda kasutatakse ainult kõige arenenumates, niinimetatud kahesageduslikes GPS-vastuvõtjates.

Mitmetee.

Teist tüüpi vead on mitmeteelised vead. Need tekivad siis, kui satelliidilt edastatavad signaalid peegelduvad korduvalt ümbritsevatelt objektidelt ja pindadelt enne vastuvõtjani jõudmist.

Täpsust vähendav geomeetriline tegur.

Head vastuvõtjad on varustatud arvutusprotseduuridega, mis analüüsivad kõigi vaadeldavate satelliitide suhtelisi asukohti ja valivad nende hulgast välja neli kandidaati, s.t. parima asukohaga neli satelliiti.

Sellest tulenev GPS-i täpsus.

Saadud GPS-i viga määratakse erinevatest allikatest pärinevate vigade summa järgi. Iga panus varieerub sõltuvalt atmosfääritingimustest ja seadmete kvaliteedist. Lisaks saab USA kaitseministeerium tahtlikult täpsust vähendada GPS-satelliitidele nn S/A režiimi (Selective Availability) paigaldamise tulemusena. See režiim on loodud selleks, et takistada potentsiaalsel vaenlasel saamast GPS-positsioneerimisel taktikalist eelist. Kui ja kui see režiim on määratud, loob see GPS-i koguvea kõige olulisema komponendi.

Järeldus:

Mõõtmiste täpsus GPS-i kasutamine sõltub vastuvõtja disainist ja klassist, satelliitide arvust ja asukohast (reaalajas), ionosfääri ja Maa atmosfääri seisundist (rasked pilved jne), häirete olemasolust ja muudest teguritest. Kodumajapidamises kasutatavatel GPS-seadmetel, mis on mõeldud "tsiviilkasutajatele", on mõõtmisviga vahemikus ±3-5m kuni ±50m ja rohkem (keskmiselt on tegelik täpsus uute mudelite puhul minimaalsete häiretega ±5-15 meetrit plaanis). Maksimaalne võimalik täpsus ulatub horisontaalselt +/- 2-3 meetrini. Kõrgus – ±10-50m kuni ±100-150 meetrit. Kõrgusmõõtja on täpsem, kui kalibreerite digitaalse baromeetri lähima punkti järgi, millel on teada täpne kõrgus (näiteks tavalisest atlasest) tasasel maastikul või teadaoleva õhurõhu järgi (kui see ilmastikuoludes liiga kiiresti ei muutu muutused). “Geodeetilise klassi” ülitäpsed meetrid - täpsemad kahe kuni kolme suurusjärgu võrra (kuni sentimeeter, plaanis ja kõrguses). Mõõtmiste tegeliku täpsuse määravad erinevad tegurid, näiteks kaugus lähimast tugijaamast (parandusjaamast) süsteemi teeninduspiirkonnas, paljusus (korduvate mõõtmiste / kogunemiste arv ühes punktis), töö asjakohane kvaliteedikontroll, töö tase. spetsialisti koolitus ja praktiline kogemus. Selliseid ülitäpseid seadmeid saavad kasutada ainult spetsialiseeritud organisatsioonid, eriteenistused ja sõjaväelased.

Navigeerimise täpsuse parandamiseks Soovitatav on kasutada GPS-vastuvõtjat lagedal alal (läheduses ei ole hooneid ega rippuvaid puid) ja üsna tasasel maastikul ning ühendada täiendav väline antenn. Turunduslikel eesmärkidel omistatakse sellistele seadmetele "topelt töökindlust ja täpsust" (viidates samaaegselt kasutatavale kahele satelliidisüsteemile Glonass ja Gypies), kuid tegelik parameetrite tegelik paranemine (koordinaatide määramise täpsuse suurenemine) võib ulatuda vaid kuni mitukümmend protsenti. Võimalik on vaid märgatavalt vähendada sooja-sooja käivitusaega ja mõõtmise kestust

GPS-mõõtmiste kvaliteet halveneb, kui satelliidid asuvad taevas tihedas kiires või ühel joonel ja "kaugel" - horisondi lähedal (seda kõike nimetatakse "halvaks geomeetriaks") ja esineb signaalihäireid (kõrghooned signaali blokeerimine, puud, lähedal asuvad järsud mäed, mis peegeldavad signaali). Maa päeval (praegu Päikese poolt valgustatud) - pärast ionosfääri plasma läbimist nõrgenevad ja moonutavad raadiosignaalid suurusjärgu võrra tugevamalt kui öösel. Geomagnetilise tormi ajal on pärast võimsaid päikesepurskeid võimalikud katkestused ja pikad katkestused satelliitnavigatsiooniseadmete töös.

GPS-i tegelik täpsus sõltub GPS-vastuvõtja tüübist ning andmete kogumise ja töötlemise funktsioonidest. Mida rohkem kanaleid (peab olema vähemalt 8) navigaatoris, seda täpsemalt ja kiiremini määratakse õiged parameetrid. Interneti kaudu “A-GPS-i asukohaserveri abiandmete” vastuvõtmisel (pakettandmeedastuse teel, telefonides ja nutitelefonides) suureneb koordinaatide ja asukoha määramise kiirus kaardil.

WAAS (Wide Area Augmentation System, Ameerika mandril) ja EGNOS (Euroopa geostatsionaarsed navigatsioonikatteteenused, Euroopas) - diferentsiaalsed allsüsteemid, mis edastavad geostatsionaarselt (kõrgustel 36 tuhandest km madalamatest laiuskraadidest kuni 40 tuhande kilomeetrini üle keskmiste ja kõrgete laiuskraadide). satelliidid parandavad teavet GPS-vastuvõtjatele (tootakse sisse parandused). Need võivad parandada kulguri (väli, mobiilvastuvõtja) positsioneerimise kvaliteeti, kui läheduses asuvad ja töötavad maapealsed tugiparandusjaamad (statsionaarsed tugisignaali vastuvõtjad, millel on juba ülitäpne koordinaatreferents). Sel juhul peavad väli- ja baasvastuvõtjad samaaegselt jälgima samanimelisi satelliite.

Mõõtmiskiiruse suurendamiseks Soovitatav on kasutada mitme kanaliga (8 või enama kanaliga) vastuvõtjat koos välise antenniga. Nähtav peab olema vähemalt kolm GPS-satelliiti. Mida rohkem neid on, seda parem on tulemus. Vajalik on ka hea taeva nähtavus (avatud horisont). Vastuvõtva seadme kiire, “kuum” (esimeste sekunditega) või “soojakäivitus” (ajaliselt pool minutit või minut) on võimalik, kui see sisaldab ajakohast värsket almanahhi. Juhul, kui navigaatorit pole pikka aega kasutatud, on vastuvõtja sunnitud vastu võtma täieliku almanahhi ja selle sisselülitamisel tehakse külmkäivitus (kui seade toetab AGPS-i, siis kiiremini - kuni paar sekundit). Ainult horisontaalkoordinaatide (laius-/pikkuskraad) määramiseks võib piisata kolme satelliidi signaalist. Kolmemõõtmeliste (kõrgusega) koordinaatide saamiseks on vaja vähemalt nelja koordinaati. Vajadus luua oma kodumaine navigatsioonisüsteem tuleneb asjaolust, et GPS on Ameerika, potentsiaalsed vastased, kes võivad oma sõjalistes ja geopoliitilistes huvides igal ajal valikuliselt keelata, "ummistada", muuta mis tahes piirkonnas või suurendada kunstlikku , süstemaatiline viga koordinaatides (selle teenuse välistarbijatele), mis rahuajal alati olemas.

GLONASS/GPS kõigile: ühe kiibiga vastuvõtja asukoha täpsuse ja juurdepääsetavuse testid rasketes töötingimustes

Philip Mattos (Philip Mattos)
Tõlge: Andrei Rusak
tugi@sait
Victoria Bulanova
[e-postiga kaitstud]
Nüüdseks masstootmisse jõudnud ühe kiibiga GNSS-vastuvõtjat testiti tihedas linnakeskkonnas, et demonstreerida mitmesüsteemi (GLONASS ja GPS) töö eeliseid tarbijavastuvõtjana. Kombineeritud GLONASS/GPS-süsteemi kasutamine algas mitmekümne tuhande vastuvõtjaga geodeetilisteks uuringuteks, praegu töötavad miljonid sellised tarbijaseadmed. Tänu personaalsete satelliitnavigatsiooniseadmete arvu kasvule, autotööstuse OEM-süsteemide ja mobiiltelefonide esilekerkimisele õnnestus 2011. aastal saavutada märkimisväärsed turumahud. Usaldus navigatsiooniseadmete turu arenguväljavaadete vastu sunnib kõrgsagedusspetsiifiliste komponentide, nagu antennid ja SAW-filtrid, tootjaid tootmismahtusid suurendama ja kauba maksumust optimeerima. Üks esimesi Venemaa ettevõtteid, kes turustas STM-vastuvõtjal põhinevaid mooduleid, oli NAVIA. NAVIA GLONASS moodulid on end juba tõestanud töökindlate ja mugavate moodulitena valmis navigatsiooniterminalide tootmiseks ja liikuvate objektide juhtimiseks. Erinevad moodulite testid on näidanud, et ML8088-d ja GL 8088-d vastavad kõigile tootja poolt märgitud omadustele ja neid saab edukalt kasutada seireseadmetes.

Ühe kiibiga GLONASS/GPS-vastuvõtja testid Londonis, Tokyos ja Texases viidi läbi, et näidata, et kõigi nähtavate GLONASSi satelliitide ühine kasutamine koos GPS-iga tagab parema positsioneerimise kättesaadavuse tihedates linnapiirkondades ja halva asukoha määramise korral. - parem positsioneerimine.täpsus.

On ilmne, et mitme süsteemiga vastuvõtjad on tarbijaturul väga nõudlikud. Need suudavad tagada töö suurema hulga satelliitide kohal "linnakanjonite" tingimustes, kus nähtavusvööndis on nähtav vaid osa taevapoolkerast ja vajalik on ebavajalike signaalide väljafiltreerimise kõrge usaldusväärsus, kui kasulike signaalide kvaliteet on väga kõrge. mitmekordse peegelduse ja sumbumise tõttu halvenenud. Järgnevalt kirjeldatakse lühidalt raskusi GLONASS-süsteemi (ja seejärel GALILEO) integreerimisel, mille alusel toodetakse masstarbijale kuluefektiivseid seadmeid. Ühelt poolt on sellisel turul esikohal kulud ja teisest küljest on kõrged jõudlusnõuded, mis on seotud madala signaalitaseme, piiratud energiatarbimise, lühikeste külmkäivitusaegade ja positsioneerimise stabiilsusega.

Eesmärk oli kasutada kõiki saadaolevaid satelliite tarbijanavigatsiooniseadmete jõudluse parandamiseks sise- ja linnakeskkonnas. 2011 möödus GLONASSi toe egiidi all, selle satelliidisüsteemi arendamine on GALILEOst umbes kolm aastat ees. Vastuvõtjate projekteerimisel oli oluline ületada GLONASSi ja GPS-i riistvaratoe ühildumatuse probleemid. See tähendab, et sagedusmoduleeritud GLONASS-signaal vajas laiemat sagedusriba kui GPS-i kasutatavad impulsskoodi modulatsiooni signaalid, erinevate sageduskeskustega ribapääsfiltrid ja signaalielementide erinevad edastuskiirused. Ja seda kõike vastuvõtja maksumust oluliselt suurendamata.

Ideaalsetes töötingimustes on täiendavate tähtkujude satelliidid ebaefektiivsed, kuna positsioneerimise kättesaadavus Saan peaaegu 100 protsendi, kasutades ainult GPS-i. Fikseerimisrežiimis positsioneerimiseks kasutatava seitsme, kaheksa või üheksa satelliidi olemasolu ionosfääris minimeerib koguvea ja annab õiged koordinaadid.

Ekstreemsetes töötingimustes võimaldab ainult GPS-i kasutamine määrata asukohta, kuid ainult kolme, nelja, viie taevapoolkera kitsasse ossa koondunud satelliidi kasutamine toob kaasa kehvad DOP-väärtused. Satelliitide arvu suurendamine parandab oluliselt täpsust, parandades seeläbi DOP-i ja keskmistades mitme tee vigu. Positsioneeritud satelliitide arvu piiramine põhjustab võimendatud DOP-de koordinaatide määramisel mitmeteediliste vigade kehtestamist. Teise või kolmanda satelliidi konstellatsiooni lisamine hõlmab nähtavate satelliitide arvu suurendamist ja seega on koordinaatide määramise protsessi kaasatud rohkem satelliite, mis viib vigade arvu vähenemiseni.

Seetõttu suurendab äärmuslikes tingimustes, kus ainult GPS-i kasutamisest ei piisa, GLONASSi satelliitide (ja seejärel GALILEO) täiendav kasutamine positsioneerimise kättesaadavuse 100%-ni (erandiks on maa-alused tunnelid).

Tegelikult on kättesaadavus iseparanev positiivne tagasiside ahel: kuna satelliite jälgitakse pidevalt, isegi kui nad ei osale positsioneerimisprobleemi praeguses lahenduses, kasutades RAIM / viga ja FDE algoritme, pole vaja otsida. nende jaoks jälle – need on juba varem kasutamiseks kättesaadavaks saanud. Kui positsioneerimisprotsess ei katke, on suletud takistustega satelliitide jaoks võimalik jätkata faaside täpset ennustamist, mis võimaldab neid varjudest lahkumisel koheselt kasutada, kuna nende otsimiseks ja parandamiseks pole vaja lisateavet saada.

Täiendavad nähtavad satelliidid on tarbija jaoks väga olulised, eriti näiteks "eneseabi" ("iseteenindus") puhul, kui minimaalset rühma esindab viis satelliidi, mitte kolm või neli, et autonoomselt kindlaks teha, et kõik satelliidid on "õiged", kasutades vastuvõtja autonoomse terviklikkuse jälgimise (RAIM) tehnikaid. „Iseteenindusel“ on GLONASSi jaoks veelgi olulisemad eelised: puudub vajadus infrastruktuuri, näiteks abistatud serverite järele, mis põhjustab alati teenuse viivitusi. Satelliidi orbiidi parameetrite Kepleri formaadis edastamise meetod GLONASS sobib väga hästi ka “iseteeninduslikuks” algoritmiks.

Testi väärtus

Varasemad katsed iseloomustada mitmesüsteemsete seadmete eeliseid linnakeskkonnas on takerdunud vajaduse tõttu kasutada professionaalseid vastuvõtjaid, mis ei ole selliste signaalitasemete jaoks mõeldud, ja need peaksid saama iga rühma kohta eraldi tulemused või ohverdama ühe satelliidi mõõtmise mõõtmiseks. aega. Need asjaolud ei võimaldanud meil jätkata seadmete testimist, mis olid plaanitud massiturule laskma.

Uue mitmesüsteemse lahenduse väljaandmine on väga oluline, kuna testitav vastuvõtja on tõeliselt masstoodang, kui sellel on suurenenud tundlikkus ja see on täielikult valmis nii mõõtmiseks kui arvutamiseks. Seega teatab selle artikli autor esimest korda täiesti usaldusväärsetest testitulemustest.

Taust

Katsed viidi läbi ühekiibilise GNSS-vastuvõtjaga Teseo-II (STA-8088). Lühiajalugu: See on STM-i toodetud 2009. aasta toode, mis põhineb Cartesio+-l koos GPS/GALILEO ja digitaalse signaaliprotsessoriga (DSP), mis oli juba kaasas. See oli valmis siirdamiseks GLONASS-funktsiooniga, mis viis Teseo-II kiibi loomiseni. (2010. aasta toode). Testi tulemused päris satelliidisignaalidega saadi Baseband kiibil FPGA juurutamisel 2009. aasta lõpus ja 2010. aastal valmiskiibi abil.

Praegune konstruktsioon nõudis täiendavaid väiksemaid vooluahela muudatusi. Vajalikud DSP riist- ja tarkvara muudatused olid väikesed ning need sisalduvad järgmises plaanitud TeseoII vooluahela värskenduses. RF-osa vooluringi rakendamine nõudis palju rohkem tähelepanu kui kahekanaliline vahesageduse (IF) astme ja analoog-digitaalmuunduriga (ADC), lisasagedusmuunduriga ja laiema ribalaiusega IF-filtriga skeem. Kuid kuna kristalli pindala koos sellel asuva RF-osaga on kogumahus väga väike, on isegi 30% ahela suurenemine kogu vooluringi jaoks ebaoluline. Kuna kiibi disain on mõeldud tavalisele ühekiibilisele süsteemile (RF ja BB, antennist positsioneerimise, kiiruse ja ajastuseni (PVT)), on 65 nm protsessi kogu stantsipindala väga väike.

Kaubanduslikust vaatenurgast on kõigi kolme satelliidi tähtkuju kaasamine (GPS/GLONASS jaGALILEO) üheks kiibiks on tarbija jaoks uus. Paljud Venemaa turul tegutsevad ettevõtted on võtnud kasutusele kahesüsteemilise lähenemisviisi, et rahuldada Venemaa valitsuse nõudeid GLONASS-süsteemis töötamise vajaduse kohta. Nad ei mõelnud globaalsele tulevikule, mil maailmas tekib mitu positsioneerimisrühmitust ja võib-olla esitab iga selles protsessis osalev riik veelgi nõudmisi oma süsteemi valdavaks kasutamiseks.

Sellega seoses lahendusTeseo— II on revolutsiooniline, sest selliseks stsenaariumiks eelnevalt valmis ja saab juba GLONASSi süsteeme vastu võtta/ GPS/ GALILEO/ QZSSJaSBAS.

Tehniliselt on uudne ka sõltumatute kanalite lisamine GLONASS-süsteemi vastuvõtmiseks ja töötlemiseks gruppi, samas kui GPS/GALILEO kombinatsioon on juba tavapraktika. Sellise paindlikkuse saavutamiseks oli vaja ka uusi tehnilisi lahendusi, mis võtavad arvesse erinevaid RF riistvaralisi viiteid ja signaali edastuskiiruste erinevusi. Lisaks sellele on praegu tuntud koordineeritud universaalaja (UTC) parandus ja geoidi korrigeerimise probleem.

Otsene üleminek ühe kiibiga lahendusele (RF + Baseband + CPU) on haruldane: see on oluline tehnoloogiline läbimurre. Usaldus selle sammu vastu tuleneb RF-osa kasutamise kogemusest ja protsessori tõestatud Baseband-ahelast. Aluseks võeti väline raadiosagedusliides STA5630 ja modifitseeritud GPS/GALILEO DSP, mida varem kasutati rakenduses Cartesio+.

STA5630/Cartesio+ töökindlus tõestati masstootmises eraldi vooluahelate näol juba enne 3-in-1 SoC lahenduste väljaandmist.

Erinevalt kahekiibilistest lahendustestGPS/GLONASS moodulid Venemaa turul, ühe kiibiga lahendus alatesSTMikroelektroonika (Teseo— II) S.T.A.8088 FG sellel on palju suurem töökindlus, mürakindlus, väiksem energiatarve ja loomulikult väiksemad mõõtmed (moodul M.L.8088 son mõõtmetega 13 x 15 mm).

GLONASSi ja GALILEO tugi on eelmise põlvkonna raadiosagedusliku riistvaraga võrreldes samm edasi. GALILEO ühildub GPS-iga ja seetõttu sai kasutada olemasolevat skeemi, kuid GLONASS nõudis täiendavaid muudatusi. Vaata jooniseid 1 ja 2.

Pilt 1.

Joonis 2.MuudatusedPõhiriba osad GLONASSi toetamiseks

RF osas ühendati LNA, RF võimendi ja esimene mikser üheks kanaliks. See võimaldas meil säästa kiibi kontaktide arvu ja minimeerida energiatarbimist. Lisaks võimaldas see säilitada seadmete tootjate väliskulusid. Esimeses mikseris 30 MHz-ni vähendatud GLONASS-signaal siseneb sekundaarsesse töötluskanalisse (näidatud pruuniga) ja 8 MHz-ni segatuna suunatakse eraldi ADC-sse ja seejärel põhiriba osale.

Põhiriba osa pakub täiendavat eeltöötlusetappi (tähistatud pruuniga), mis teisendab signaali 8 MHz-ks, mis on vajalik põhiribale söötmiseks ja edastab saadud signaali läbi häirevastase filtri ning vähendab ka diskreetimissagedust. standardväärtus 16, sobib töötlemiseks DSP riistvaras.

Olemasolevad hankimisseadmed ja jälgimiskanalid saavad valida, kus ja millal GPS/GALILEO või GLONASS signaale vastu võtta, mis muudab kanalite jaotuse satelliitide tähtkujude suhtes väga paindlikuks.

Vähem nähtav, kuid süsteemi jõudluse seisukohalt väga oluline on tarkvara, mis kontrollib neid riistvararessursse, esiteks PLL jälgimisahelate sulgemiseks ja mõõtmiste tegemiseks ning teiseks Kalmani filter, mis teisendab mõõdetu PVT andmeteks.kasutajale vajalik. .

Kõik see on läbinud struktuurimuudatusi, et pakkuda tuge tööks paljude satelliitide tähtkujudega, mitte ainult GLONASSiga. Sel juhul muutub tarkvara laiendamine tulevaste globaalsete navigatsioonisüsteemide vastuvõtmiseks evolutsioonilise arengu etapiks ja see ei nõua kristalli enda jaoks suuri muudatusi.

Tarkvara töötas juba 2010. aastast päris kiibil, kuid kasutades suvalise simulaatori või staatiliste katuseantennide signaale, olid saadaval ainult GPS-andmed, mis olid nii head, et ei võimaldanud mingeid manöövreid süsteemi täiustamiseks uurimiseks teha. 2011. aasta alguses muutusid kättesaadavaks tootmiseelsed kiibinäidised ja arendusplaadid koos antennidega, mis tegid mobiilse välitestimise võimalikuks kogu maailmas.

Tegelikud tulemused

Enne mitmesüsteemse vastuvõtuga kristalli sündi olid tulemused juba näha eelkatsetest, mis viidi läbi professionaalsete vastuvõtjate abil eraldi GPS- ja GLONASS-mõõtmistega. Kuid need testid ei andnud tarbija vastuvõtja kohta häid andmeid, kuna need näitasid madalat tundlikkust. Vastuvõtjad vajasid PLL-i juhtimiseks piisavalt puhast signaali, kuid linnakeskkonnas seda teha ei saanud ja mis peamine, vastuvõtjad lõid kaks eraldi lahendust koos pideva lisasatelliidiga, et tulla toime süsteemidevaheliste ajastuse erinevustega. Lahtiühendatud lahendused ei võimaldanud ennustada ühe tähtkuju satelliitide asukohta, arvutades nende asukohta teise abil arvutatud koordinaatide põhjal, mis on mitmesüsteemiliste GNSS-vastuvõtjate üks peamisi eeliseid.

Nähtavate satelliitide simulatsioon viidi läbi 2010. aastal Itaalias, Milano kesklinnas tihedates linnatingimustes. Tulemused, mis on keskmistatud iga minuti järel terve 24 tunni jooksul, on esitatud tabelis 1. Keskmine nähtavate satelliitide arv kasvas 4,4-lt ainult GPS-iga 7,8-le GPS+GLONASS-i puhul, kusjuures fikseerimata punktide arv võrdub nulliga . Veelgi enam, režiimis "ainult GPS" saadi 380 valepunkti, mis moodustas umbes 26% kogu vastuvõtuajast.

Tabel 1.Täpsus ja kättesaadavusGPSJaGPS+GLONASS, keskmiselt üle 24 tunni

Satelliitide kättesaadavus polnud aga eesmärk omaette. Rohkemate satelliitide olemasolu taevapoolkera samal väikesel alal linnapiirkondade kohal ei pruugi olla piisav täpsuse geomeetrilise vähenemise tõttu. Nende andmete uurimiseks geomeetriline täpsus, mida esindab HDOP. GLONASSi ja GPSi koos kasutades oli tulemus 2,5 korda parem.

Varasemad uuringud on näidanud, et üksikutes katselinnades oli saadaval veel kaks kuni kolm satelliiti, kuid ühte neist kasutati ajavõtmiseks. Ühel kiibil kombineeritud ülitundliku vastuvõtja kasutamisel eeldasime, et kaasatakse neli või viis täiendavat satelliiti.

Tegelikud tulemused ületasid palju meie ootusi. Esiteks ilmusid signaalid paljudelt teistelt satelliitidelt, kuna kõik varasemad testid ja simulatsioonid välistasid peegeldunud signaalid. Täiendavate signaalide olemasolul parandas vastuvõtja oluliselt DOP-i jõudlust. Peegelduste mõju täpsusele vähenes oluliselt, esiteks tänu paremale positsioneerimisgeomeetriale ja teiseks tänu FDE/RAIM-i algoritmide võimele säilitada satelliitjälgimise stabiilsust. Lisaks on vähenenud valesignaalide arv, mis võivad koordinaatide andmeid moonutada.

Siin esitatud tulemused on saadud täielikult integreeritud kõrge tundlikkusega vastuvõtjast, näiteks NAVIA ML8088s vastuvõtjast, mis põhineb STA8088s kiibil. See on optimeeritud tuvastama isegi väga madala tasemega signaale ja saada tulemusi otse kõikidelt nähtavatelt satelliitidelt, sõltumata tähtkujust. See tagab 100% satelliidi kättesaadavuse ja parandab oluliselt täpsust keerulises linnakeskkonnas.

Kättesaadavus

Faaslukust (PLL) sõltumatute ülitundlike vastuvõtjate kasutamine tagab tänapäevastes linnades täieliku ligipääsetavuse isegi siis, kui see peegeldub tänapäevaste hoonete klaaspindadelt. Seetõttu on nüüd vaja kasutada muid kättesaadavuse määratlusi peale „neli satelliiti on saadaval”. Näiteks satelliitide jälgimine teatud signaalikvaliteedi tasemel, mille tulemus sõltub DOP-st. Isegi DOP-i võib olla raske hinnata, sest Kalmani filter määrab igale satelliidile erineva kaalu, mida DOP-i arvutamisel arvesse ei võeta. Ja lisaks kiirmõõtmistele kasutab see filter ajaloolist asukohta ja hetkekiirust, mis jätab positsioneerimise täpsuse muutumatuks.

Joonis 3 näitab satelliidi kättesaadavust jälgimisrežiimis. Testimine toimus Londoni finantspiirkonnas 2011. aasta mais.

Jälitavad satelliidid –GPS, GLONASS,GPS+GLONASS

Joonis 3.GPS(märgitud sinisega) GLONASSi (märgitud punasega) ja kõigi jälgitavate satelliitide vastuGNSS(märgitud rohelisega).

Nagu on näha joonisel fig. 3, kokku on 7-8 GLONASS-satelliiti ja 8-9 GPS-satelliiti, see tähendab mitut GNSS-i - umbes 16 satelliiti. Oli periood, mil satelliidi signaale ei võetud: Blackfriarsi alamjooksu tunneli läbimise ajal oli ajatempel ligikaudu 156 400 sekundit. Linna teistes piirkondades langes nähtavus umbes 158 500 ja 161 300 sekundiga nelja satelliidini, kuid nende koguarv ei jäänud kunagi alla kaheksa. Tuleb märkida, et testimine toimus vanalinnas, kus on peamiselt kivihooned, seega on peegeldavad signaalid nõrgemad kui klaas- ja metallhoonetel.

Kuigi satelliidi kättesaadavus on 100% väljaspool tunneleid, võib seda piirata DOP või positsioneerimise täpsus. Nagu on näha jooniselt 4, jääb teistest Londonis tehtud katsetest mitme GNSS-i DOP alla 1, nagu see peaks olema 10-16 nähtava satelliidi puhul, samas kui ainult GPS-i DOP on sageli üle 4, ilma moonutusteta Peegelduste ja nõrkade signaalide korral suureneb DOP tipphetkel märkimisväärselt 10-ni.

GPSvõrreldesGNSS

Joonis 4.AinultGPSkombineeritud vastuGPS/GLONASSi täpsuse vähendamise indikaatorid

Kuna 2011. aasta mais läbi viidud testid olid piisavalt kerged, et tekitada stressirohkeid tingimusi, mille korral GPS vajaks mitme GNSS-i tuge, viidi 2011. aasta augustis läbi uued testid. Nagu aerofotol (joonis 5) näha, viidi katsed läbi linna kaasaegses kõrghooneosas Canary Wharfis. Lisaks on linnas väga kitsad teed, mis muutis linna väljakutsed veelgi keerulisemaks. Klaas- ja metallhooned tänapäevases linnaosas peegeldavad tavaliselt paremini kui kivihooned, mistõttu RAIM- ja FDE-algoritmid langevad edetabelitest välja.

Joonis 5. GPS vs GNSS, London, Canary Wharf

Ainult GPS-i tulemuste saamine oli keeruline (rohelise värviga), eriti Docklandsi jaama suletud osas, keskel vasakul, alumisel rajal.

Joonis 6 näitab samu tegelikke katsetulemusi, mis on kuvatud skemaatilisel teekaardil.

Joonis 6. GPS vs GNSS, London, Canary Wharf, eskiiskaart

Mitme GNSS-i testimine (sinine) näitas väga häid tulemusi, eriti ahela põhjapoolses (idasuunalises) osas (Ühendkuningriigis sõitmine on vasakul, nii et päripäeva loob ühesuunaline silmus).

Joonis 7. a) Katsed Tokyos: Teseo-I (GPS) versus Teseo-II (GNSS); b) DOP, kui testitakse Tokyos

Täiendavad testimised viidi läbi STMicroelectronics kontorites üle maailma. Joonisel 7a on Tokyos tehtud testid, kus kollane tähistab eelmise põlvkonna kiipide testitulemusi ilma GLONASSita ja punane Teseo-II GPS+GLONASS-iga.

Joonis 7b selgitab täpsuse määratlust, näidates katse ajal DOP-d. On näha, et Teseo-II DOP-d olid harva kõrgemad kui 2, kuid ainult GPS-i (Teseo-I) DOP-d jäid ringiga ümbritsetud põhjaühendis 6 ja 12 vahele.

Kordame, et GPS-i testialgoritm on lihtne, kuid määramise täpsus on keeruline.

Täiendavad testid Tokyos viidi läbi kitsamatel linnatänavatel samadel testimistingimustel, mis on näidatud joonisel 9. Sinine – ainult GPS, punane – GPS+GLONASS, on märgata tulemuste olulist paranemist.

Joonis 9 kasutab Dallase testi tulemuste kuvamiseks sama värviskeemi, seekord konkurendi GPS-vastuvõtjaga versus Teseo-II GPS+GLONASS konfiguratsioonis, jällegi on näha väga häid tulemusi.

Joonis 8. AinultGPS(sinine) vs mituGNSS(punane), Tokyo.

Joonis 9. AinultGPS(sinine, konkurendi tootja vastuvõtja) võrreldesGNSS(punane), Dallas.

Muud satelliidi tähtkujud

Kuigi riistvaraTeseo— IItoetab jaGALILEO, satelliite pole veel saadavalGALILEO(2011. aasta septembri seisuga), nii et sellel kiibil põhinevatel seadmetel, mida kasutatakse kogu maailmas, pole ikka veel selle satelliidi konstellatsiooni teenindamiseks laaditud tarkvara. Kui aga tuleb aeg kasutada GALILEO, on alati võimalus tarkvara uuendada.

Jaapani QZSS-süsteemis on saadaval üks satelliit, mis edastab traditsioonilisi GPS-iga ühilduvaid signaale, SBAS-signaale ja L1C BOC-signaale. Teseo-II saab parajasti laetud tarkvara funktsioonide abil hakkama neist kahe esimesega ning kuigi linnakeskkonnas on SBAS-i kasutamine kasutu, kuna signaali peegeldused ja häired on lokaalsed ja tuvastamatud, on selle eesmärk QZSS-süsteemi eesmärk on pakkuda satelliiti väga lainurgaga, nii et see satelliit oleks linnapiirkondades alati saadaval.

Joonisel 10 on näidatud testi Taipeis (Taiwan), kasutades GPS-i (kollane) versus multi-GNSS (GPS pluss üks QZSS-satelliit (punane)) ja maatõde (lilla).

Joonis 10. AinultGPS(kollane) versus mituGNSS (GPS+ QZSS (1 satelliit, punane)), tegelik väärtus -lilla, Taipei
Edasine töö

Katsetamist jätkatakse täpsemate kvantitatiivsete tulemuste saamiseks. Testimine toimub Ühendkuningriigis, kus on olemas vektorandmetega teekaardid, mis näitavad tegelikke sõidujuhiseid. Kavas on muuta riistvara nii, et see toetaks lisaks olemasolevale GALILEO-le ka süsteemi Compass ja GPS-III (L1-C). Nende signaalide leidmist ja jälgimist on juba demonstreeritud GNSS-i signaalisimulaatorite eelsalvestatud saateskripti näidistega.

Kompass polnud 2011. aastal saadaval. Sellega seoses keskendus töö Teseo-II ränirakenduse kallal peamiselt maksimaalsele paindlikkusele erineva koodipikkusega tingimustes, näiteks BOC või BPSK, mis võimaldas ühe või teise laaditud tarkvaraga DSP riistvara konfigureerimiseks. funktsioone, saavutage erinevate satelliidi tähtkujude ühilduvus.

Multi-GNSS CHIP-i praeguse versiooni ühilduvustöö on olnud nõrk: kuna Compassi süsteemi 1561 MHz kesksagedust saab säilitada ainult pingega juhitava ostsillaatori ja PLL-i abil, ei saa Compassi süsteem töötada samaaegselt teiste satelliitide tähtkujudega. Lisaks on Compassi süsteemis koodiedastuskiirus 2 miljonit bps, mida samuti Teseo-II ei toeta ja seda saab standardseks viia väliste alternatiivsete vooluahelate kasutamisega, mis tähendab tõsiseid signaalikadusid.

Seega on Compassi tugitöö asjakohane ainult teadusuuringute ja tarkvaraarenduse, ühe süsteemilahenduse või eraldi RF-kiibi kasutamise puhul.

Ülemaailmne kompassi signaal, mis on GPS/GALILEO signaalivormingus kandesagedusega ning koodi pikkuse ja kiirusega, ühildub täielikult ühe mitme GNSS-i ahelaga, kuid tõenäoliselt mitte enne 2020. aastat.

Teste linnatingimustes korratakse rühma arenedesGALILEO. Kui kanaleid on 32, saate kasutada jaotust 11/11/10 (GPS/ GALILEO/GLONASS), kõigi kolme rühma täieliku komplekti olemasolul, kuid kaasaegsete navigatsiooniteenuste nõuete raames on kombinatsioon 14/8/10 enam kui piisav.

Järeldus

Mitmesüsteemne vastuvõtja võib sisaldada GPS-i, GLONASS-i ja GALILEO minimaalselt suuremate kuludega. 32 jälgimiskanali ja kuni 22 nähtava satelliidi abil on isegi kõige karmimas linnakeskkonnas võimalik tagada 100% kättesaadavus ja vastuvõetav positsioneerimistäpsus. Testimise ajal on tavaliselt nähtavad 10–16 satelliiti. Mitu mõõtmist muudavad RAIM-i ja FDE-algoritmid palju tõhusamaks halvasti peegeldunud signaalide kõrvaldamisel, minimeerides samal ajal ka ülejäänud signaali moonutuste geomeetrilisi mõjusid.

Hiljuti, Venemaa GLONASSi väljatöötamisega, on navigatsioonituru vajadused mitme süsteemi vastuvõtjate järele ainult kasvamas. Mitmed kodumaised ettevõtted kasutavad ühe kiibiga kiipe STM arendada oma GLONASS mooduleid ja valmis pakendatud seadmeid. 2011. aastal andis ettevõte NAVIA välja 2 kombineeritud GLONASS/ GPS/ Galileomoodulid, mille testid andsid väga häid tulemusi.

Kohene või integreeritud kättesaadavus(Inglise) Kättesaadavus – näitab protsenti ajast, mille jooksul PDOP tingimus on täidetud<=6 при углах места КА >= 5 kraadi. Lihtne näide: vanasti, enne 2010. aastat, ei olnud GLONASSi saadavus mõnes maakera piirkonnas kõrgem kui 70–80%, kuid nüüd on see kõikjal 100%!)

Vähendatud täpsus või Geomeetrilise täpsuse vähendamine(Inglise) Täpsuse lahjendus, DOP, Inglise Täpsuse geomeetriline lahjendus (GDOP)

RAIM(Inglise) Vastuvõtja autonoomse terviklikkuse jälgimine Autonomous Receiver Integrity Monitoring (ARIC) – tehnoloogia, mis on loodud GPS-süsteemi ja GPS-vastuvõtja terviklikkuse hindamiseks ja säilitamiseks. See on eriti oluline juhtudel, kui GPS-süsteemide korrektne töö on vajalik piisava ohutustaseme tagamiseks, näiteks lennu- või merenavigatsioonis.