Smartphones worden steeds vaker door hun eigenaren gebruikt als navigator, omdat het erg handig is om ze altijd bij de hand te hebben. compact apparaat, waardoor u uw locatie kunt bepalen of een route naar het gewenste object kunt bouwen.

Het communiceert met satellieten in een baan om de aarde, ontvangt signalen van hen en toont de coördinaten op de kaart. Soms kan het vanwege verschillende omstandigheden lastig zijn om beschikbare satellieten te detecteren lange tijd. Dit gebeurt in gebouwen, tunnels en ook in de buurt van bronnen elektromagnetische straling. Zelfs buiten in grote steden met dichte bebouwing kunnen er onderbrekingen in het satellietsignaal optreden.

Gebruik om deze situatie te corrigeren A-GPS-functie, die te vinden is op de meeste moderne smartphones.

A-GPS-technologie

A-GPS is een technologie die de GPS-module levert aanvullende informatie over de meest toegankelijke satellieten en hun signaalsterkte. Wanneer u de navigatie inschakelt, bepaalt de smartphone vrijwel onmiddellijk zijn locatie op de kaart, en het zoeken naar satellieten is zelfs in afgesloten ruimtes mogelijk, en plafonds tussen de vloeren vormen geen belemmering.

De succesvolle lancering van A-GPS vond plaats in de VS in de herfst van 2001 als onderdeel van communicatie netwerken nationale reddingsdienst (911).

Hoe werkt A-GPS?

Om te ontvangen actuele informatie deze technologie maakt gebruik van alternatieve communicatiekanalen. In het geval van onze smartphones is dit internet dat wordt aangeboden door een mobiele operator of via Wi-Fi.

A-GPS communiceert met zijn servers en verzendt locatie-informatie, die wordt bepaald door de basisstations (torens) van de operator. Als reactie ontvangen deze servers nieuwe berichten over actieve satellieten in het gebied. Door ze te gebruiken, brengt de geolocatiemodule van de smartphone snel contact tot stand met de benodigde satellieten, zonder tijd te verspillen met het zoeken naar al deze satellieten. Hoe meer basisstations rond een smartphone of zoiets nauwere gebruiker gelegen aan mobiele toren, hoe nauwkeuriger de locatie van de smartphone wordt vastgelegd, wat betekent meer correcte informatie over beschikbare satellieten.

Voor- en nadelen van A-GPS

Zoals we kunnen zien, vallen de voordelen van A-GPS niet te ontkennen. Dit en snelle installatie communicatie met satellieten en het besparen van batterijvermogen, aangezien de GPS-module tijdens een “koude” start en het zoeken naar signalen intensief batterijvermogen verbruikt. Tegelijkertijd verbruikt de communicatie met servers zeer weinig internetverkeer - tot 10 kilobytes per sessie. Het is belangrijk dat A-GPS geen deelname van gebruikers vereist en dat gegevensupdates indien nodig automatisch plaatsvinden.

Maar deze functie heeft ook nadelen, zij het kleine. Het zal geen snelle communicatie bieden met satellieten in gebieden met een tekort aan torens mobiele operators of hun afwezigheid. Daarom is A-GPS, ver van de bewoonde wereld, nutteloos.

Ondanks bescheiden internetgebruik toch regelmatig frequente updates en A-GPS-synchronisatie zal resulteren in meer verkeer. En als u roamt, vooral internationaal, kunnen de communicatiekosten aanzienlijk stijgen.

Hoe kan ik A-GPS in- of uitschakelen?

Bij het activeren van de functie “Geodata” (GPS-navigatie, geolocatie) vraagt ​​de smartphone u om een ​​bepalingsmethode te selecteren. De gebruiker kan prioriteit geven aan batterijbehoud of nauwkeurigheid van geolocatie. Meestal zijn de volgende methoden beschikbaar (de namen van menu-items kunnen variëren, afhankelijk van de Android-versie en telefoonfabrikant):

• Volgens alle bronnen (hoge nauwkeurigheid). Locatie wordt bepaald met behulp van GPS, Wi-Fi en internetverkeer mobiele netwerken. A-GPS-technologie is actief.
• Op netwerkcoördinaten (behoud van batterijlading). De locatie wordt gedetecteerd wanneer Wi-Fi-hulp en en mobiele netwerken. GPS-protocol is uitgeschakeld, A-GPS is actief.
• Door GPS-satellieten(alleen apparaat). Locatiebepaling uitsluitend door satellieten zonder gebruik extra kanalen communicatie. A-GPS-technologie is uitgeschakeld.

A-GPS-technologie is noodzakelijk voor normale navigatie met een smartphone - deze kan regelmatig worden gebruikt.

“GPS” in de lijst met technische kenmerken van tablets wordt al als vanzelfsprekend beschouwd. En geen enkel modern model kan zonder. Maar GPS-modules kunnen van verschillende typen zijn en daarom verschillende functies bieden. Wat zijn de verschillen en wat is beter om te kiezen?

Dus A-GPS (assisted global positioning system), een technologie die conventionele GPS heeft gemoderniseerd en in sommige opzichten heeft verbeterd. Met A-GPS kunt u snel de locatie van het apparaat bepalen, terwijl u tegelijkertijd minder batterijvermogen verbruikt. Bovendien, met A-GPS-signaal kan worden betrapt op moeilijk bereikbare plaatsen, bijvoorbeeld binnenshuis, in drukke straten van een metropool en zelfs in tunnels. Hoe?

Technologieën

Hoe lang het duurt om uw locatie te bepalen, hangt af van hoe actueel de almanak is opgeslagen deze ontvanger, en efemeriden. De almanak wordt verzonden via een GPS-signaal en vertegenwoordigt geaggregeerde informatie over de parameters van satellietbanen. Het tweede type gegevens (efemeride) is een aanpassing van klokparameters, evenals satellietbanen, zonder welke het helemaal onmogelijk zou zijn om coördinaten te bepalen. De efemeride wordt cyclisch verzonden: elke 30 seconden sturen de satellieten gegevens naar de ontvangers.

Bij gebruik van een gewone GPS-ontvanger hangt de snelheid van de locatiebepaling af van hoe lang deze is uitgeschakeld: hoe langer u geen contact heeft, hoe meer informatie zal de module moeten samenstellen om geen fouten te maken in de berekeningen. Als u zes uur lang geen activiteit doet, moet u dus ongeveer een minuut wachten, en voor een aantal dagen “offline” kunt u tot wel 12 minuten nodig hebben.

Er zijn “koude”, “warme” en “warme” GPS-starts, afhankelijk van hoe actueel de almanak en efemeriden zijn.

Een reguliere GPS-module ontvangt deze gegevens rechtstreeks van satellieten, terwijl A-GPS via “tussenpersonen” werkt.

De essentie van de veranderingen

Naast de wachttijd vergt reguliere GPS ook een aanzienlijk energieverbruik. Daarom merkt u, als u naar Google Maps kijkt, misschien niet hoe de batterij leeg is. A-GPS lost beide problemen op, maar slechts met één probleem belangrijke voorwaarde: Als u toegang heeft tot internet. Zonder communicatie met een externe server die gegevens voor de tablet levert, zullen A-GPS-algoritmen helaas niet werken.

Voor tablets met een 3G-kaart en phablets met een simkaart worden basisstations gebruikt, waardoor de locatienauwkeurigheid 20 meter kan bereiken navigatiegegevens zullen zijn. Dankzij hen kan de module zo snel gegevens ontvangen over de locatie van uw apparaat.

Vergelijking

Logisch, A-GPS is beter normaal GPS-module: nauwkeurigheid van het bepalen van tabletcoördinaten, snelheid van gegevensverwerking en matige consumptie Het opladen van de batterij had deze technologie alomtegenwoordig moeten maken. A-GPS komt echter veel voor onder budget tabletten(vooral die gemaakt in China), terwijl de vlaggenschipmodellen zijn uitgerust met conventionele GPS. Wat is de vangst?

Zoals hierboven vermeld, vereist A-GPS-technologie verbinding met netwerk van operators– niet alle tablets hebben een slot voor simkaarten en bevinden zich niet altijd in de zone wifi openen. Bovendien brengt het berekenen van de locatie met behulp van A-GPS altijd verkeer met zich mee. Ja, het is onbeduidend en sommige operators verstrekken de gegevens die nodig zijn voor navigatie gratis, maar er bestaat altijd het risico dat u betaalt voor de wens om uit te vinden waar u zich bevindt.

Modellen en prijzen

Als je van plan bent meer dan alleen Wi-Fi te gebruiken en bereid bent de rekeningen voor 3G te betalen, dan kun je gerust kiezen voor modellen met A-GPS. Het hebben van een simkaart is een gamechanger: je krijgt een apparaat vol voordelen. Bijvoorbeeld Apple iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular: het navigatiesysteem werkt snel en correct.

Of nog een voorbeeld: in sommige uitrustingsniveaus hetzelfde Asus MeMO De Pad 7 wordt geleverd met A-GPS, maar er is geen simkaartsleuf. Het model is een van de meest betaalbare in zijn vermogenscategorie, maar kan uw locatie alleen bepalen als WiFi beschikbaar. Laten we zeggen dat het absoluut niet geschikt is voor een auto als navigator.

Houd er rekening mee dat het leeuwendeel van de online winkels niet specificeert welke module zich in deze of gene tablet bevindt: er staat een "vinkje" naast GPS - en dat is het einde. Als u zich geen zorgen hoeft te maken over merktablets, betekent "GPS" in de lijst met technische kenmerken de GPS-module. Je moet voorzichtig zijn met "staatspersoneel" - je kunt iets kopen dat absoluut niet is wat je nodig hebt.

Laten we beginnen met het feit dat GPS of Global Positioning System dat wel is mondiaal systeem positionering. Simpel gezegd: dit systeem is dat wel virtuele kaart, waarmee de gebruiker zijn locatie kan bepalen. Het is vermeldenswaard dat het bovenstaande systeem niets te maken heeft met GPRS (General Packet Radio Service), aangezien dit laatste een zogenaamde GSM-add-on is voor pakketoverdracht gegevens voor toegang tot mobiel internet.

Als we terugkeren naar de GPS-technologie, wordt deze niet alleen door automobilisten gebruikt, zoals veel mensen denken. Toepassingsgebied GPS-systemen veel breder. Het is bijvoorbeeld erg populair onder reizigers, jagers, vissers en andere mensen die de voorkeur geven aan een actief tijdverdrijf en die van tijd tot tijd informatie nodig hebben over hun eigen locatie of de locatie van een bepaalde locatie. Bovendien als informatie over de bewegingssnelheid nodig is voertuig en geschatte aankomsttijd op uw bestemming - GPS kan een onmisbaar hulpmiddel worden.

Houd er rekening mee dat GPS-ontvangers verschillen in de snelheid waarmee ze coördinaten kunnen berekenen vanaf het moment dat ze worden ingeschakeld, maar ook in de gevoeligheid en nauwkeurigheid van de positionering. Al deze parameters zijn afhankelijk van de chipset waarmee de GPS-ontvanger is uitgerust. Er zijn chipsets voor GPS-apparaten van een aantal fabrikanten op de markt, maar de meest populaire zijn de SiRfstarIII-chipsets, geproduceerd door SiRf Technology. Ontvangers uitgerust met de SiRfstarIII-chipset vertonen een korte zogenaamde koude starttijd wanneer het navigatiesysteem niet wordt gebruikt voor een lange tijd, het duurt een paar seconden. Bovendien maken deze chipsets het mogelijk om signalen van 20 satellieten tegelijk te ontvangen. Bovendien worden GPS-ontvangers met SiRfstarIII-chipsets als de meest gevoelige beschouwd en beschikken ze over zeer nauwkeurige positiebepalingsmogelijkheden.

Wat is het verschil tussen GPS en A-GPS?

Om te beginnen is het de moeite waard om dat te vermelden technische specificaties smartphones bevat informatie over verschillende modules. Als we het bij sommige over een GPS-module hebben, dan hebben we het bij andere over A-GPS. Dus wat is hun verschil? Als het toestel is uitgerust met een gewone GPS-ontvanger, dan kan het zoeken tijdens een koude start (lees wat dit is - lees hierboven) langer duren omdat de navigator de satelliet niet snel kan vinden, en dit kan langer dan een minuut duren. De reden voor het lange zoeken naar een satelliet door een GPS-navigator is simpel: het gebrek aan informatie over de werkelijke locatie van de satelliet.

Als uw apparaat A-GPS-technologie gebruikt, dan noodzakelijke informatie V operationele modus arriveert via een GPRS-, 3G- of LTE (4G)-netwerk (verkeer is niet groter dan 12 KB). In de kern is A-GPS een software-add-on voor een GPS-ontvanger, met behulp waarvan de satellietzoektijd tijdens een koude start aanzienlijk kan worden verkort. Zoals reeds opgemerkt, wordt acceleratie voornamelijk bereikt door alternatieve kanalen communicatie. Om A-GPS-technologie te laten functioneren, is er over het algemeen een communicatiekanaal nodig externe server, waaruit de informatie komt die nodig is voor de GPS-ontvanger. Als we terugkeren naar mobiele apparaten, dan is het in hun geval een internetverbinding mobiele communicatie of via Wi-Fi.

Merk op dat de A-GPS add-on zowel voor- als nadelen heeft. Als we beginnen met de voordelen, is het vermeldenswaard dat snelle identificatie coördinaten onmiddellijk na het inschakelen. Bovendien verbetert de technologie de ontvangstgevoeligheid zwak signaal in zogenaamde dode zones - tunnels, binnenshuis, in valleien, enz. Een belangrijk nadeel van A-GPS is echter dat er niet kan worden gewerkt als er geen dekking is mobiel netwerk. Daarnaast, A-GPS-applicatie kan niet helemaal gratis zijn, zoals bijvoorbeeld GPS. Dit komt door het verbruik van internetverkeer door de A-GPS add-on, waarvoor betaald moet worden afhankelijk van de tarieven van een bepaalde internetprovider.

Het Global Positioning System verscheen in de jaren vijftig dankzij de lancering van de satelliet. Toen de eerste Sovjet-satelliet in een baan om de aarde kwam, merkten de Amerikanen: naarmate hij verder weg bewoog, veranderde hij gelijkmatig de frequentie van het signaal. Wetenschappers analyseerden de gegevens en realiseerden zich dat ze met het satellietsignaal nauwkeurig de coördinaten van objecten op aarde konden bepalen, evenals de snelheid van hun beweging. Het leger was de eerste die het GPS-systeem adopteerde: het Ministerie van Defensie lanceerde satellietnavigatie voor eigen doeleinden, maar na een paar jaar werd het beschikbaar voor burgers.

Er zijn momenteel 24 satellieten in een lage baan om de aarde die bindende signalen uitzenden. Het aantal satellieten verandert periodiek, maar blijft altijd voldoende ter ondersteuning ononderbroken werking Globaal positioneringssysteem. In geval van overmacht worden reserve-satellieten voorzien en elk decennium komen er nieuwe, gemoderniseerde ruimtevaartuigen in een baan om de aarde, omdat niets de werking van GPS mag verstoren.

De satellieten draaien in zes banen en vormen een onderling verbonden netwerk. Het wordt beheerd door speciale GPS-stations die zich in de tropen bevinden, maar verbonden zijn met een centraal punt in de Verenigde Staten. Dankzij dit netwerk kunt u de exacte coördinaten van een persoon, auto of vliegtuig achterhalen met de snelheid van de signaaloverdracht van satellieten, dat wil zeggen vrijwel onmiddellijk, en de nauwkeurigheid van de metingen is niet afhankelijk van de weersomstandigheden en het tijdstip van de dag . Tegelijkertijd is het gebruik van het Global Positioning System zelf gratis en het enige dat u nodig heeft om dit navigatiesysteem te gebruiken is een navigator of ander apparaat dat de GPS-functie ondersteunt.

Hoe GPS werkt

De technologie is gebaseerd op het eenvoudige navigatieprincipe van markeringsobjecten, dat lang vóór de komst van GPS werd gebruikt. Een markeringsobject is een oriëntatiepunt waarvan de coördinaten nauwkeurig bekend zijn. Om de coördinaten van een object te bepalen, moet u ook de afstand ervan tot het markeringsobject weten. Vervolgens kunt u vanaf de mogelijke locatie lijnen op de kaart naar de markeringen tekenen: het snijpunt van deze lijnen zijn de coördinaten.

Satellieten in een lage baan om de aarde spelen de rol van markerobjecten in GPS. Ze roteren snel, maar hun locatie wordt voortdurend gevolgd en op elke navigator is een ontvanger afgestemd de gewenste frequentie. Satellieten zenden signalen uit die een grote hoeveelheid informatie coderen, waaronder exacte tijd. Nauwkeurige tijdgegevens zijn een van de belangrijkste voor het bepalen van geografische coördinaten: op basis van het verschil tussen de uitvoer en ontvangst van het radiosignaal berekenen satellieten de afstand tussen zichzelf en de navigator.

Hoe GPS werkt in smartphones

Navigators zijn een van de meest populaire producten op de gadgetmarkt; ze worden alleen in populariteit overtroffen door smartphones. Maar fabrikanten integreren ook GPS-chips in smartphones, zodat het toestel de functies van een navigator kan vervullen. Er kan hier echter een valstrik op de loer liggen voor de gebruiker, omdat fabrikanten bij het nastreven van winst opzettelijk of per ongeluk onnauwkeurigheden aanbrengen in de beschrijving van hun goederen, waardoor kopers GPS- en AGPS-technologieën met elkaar kunnen verwarren.

Jeepies is een gratis, uiterst nauwkeurig navigatiesysteem. Er bestaat geen abonnement op en dat kan ook niet, omdat de Amerikanen het gebruik van hun satellieten voor navigatie gratis toestaan. Smartphonebezitters betalen, als ze betalen, alleen voor applicaties of kaarten. GPS-ontvangers hebben kleine nadelen: ze werken alleen buitenshuis en door slecht weer kunnen er problemen zijn met het ontvangen van een signaal van de satelliet, maar deze nadelen zijn opgelost met behulp van A-GPS-technologie(niet te verwarren met AGPS). Het komt erop neer dat het signaal van de ontvanger wordt doorgestuurd naar een server die alle informatie over de positie van de satellieten bevat, zodat er geen problemen zijn bij het ontvangen van het signaal. A-GPS wordt gebruikt door alle moderne autonavigatiesystemen.

Maar er is ook AGPS mobiele navigatie - deze werkt alleen in het dekkingsgebied van het mobiele netwerk en bepaalt de locatie met een nauwkeurigheid tot 500 m. Het is minder nauwkeurig vergeleken met GPS, zo geeft het algemeen idee over de plaats waar je bent, maar die biedt satelliet kaart omgeving. Het is belangrijk dat de dienst geactiveerd is mobiel internetten en er stond nog geld op de rekening. Google Maps werkt met de AGPS-service. Vaak zijn mobiele navigatiemogelijkheden voldoende, maar dit mag nog steeds niet worden verward met nauwkeurige en gratis systeem GPS.

Soorten GPS-apparaten

Het eenvoudigste navigatieapparaat is een externe ontvanger. Hij communiceert met satellieten en ontvangt signalen van hen, maar om de informatie te kunnen gebruiken, moet de ontvanger verbonden zijn met een ander apparaat - bijvoorbeeld een smartphone of laptop, gelukkig is hij compatibel met alle populaire gadgets en programma's. IN als laatste redmiddel je hebt een kaart nodig. GPS-ontvangers gebruikt door voetgangerstoeristen: het apparaat is goedkoop en om de informatie die het ontvangt te ontcijferen, kun je zelfs gewoon gebruiken toeristenkaart terrein. U hoeft er alleen maar een navigatiegaas overheen te leggen.

Maar het populairste GPS-apparaat van vandaag is een autonavigator. Het is veel complexer en functioneler dan de ontvanger: de navigator lijkt meer op een kleinere versie van een computer. Alle benodigde software reeds geïnstalleerd door de fabrikant, besturingssysteem gesloten. Ze voegen veel toe aan de navigatie extra functies, inclusief internettoegang.

Een aparte klasse apparaten zijn smartphones met ingebouwde GPS-ontvangers. Verwar ze niet met modellen die mobiele navigatie gebruiken! Op smartphones werkt het systeem niet zo soepel als op smartphones zelfstandige apparaten. Niet op alle modellen kunt u volwaardige navigatiesoftware installeren, en als u online-oplossingen gebruikt, zal de functie niet meer beschikbaar zijn wanneer het internet is uitgeschakeld, en dan zal een van de voordelen van de technologie verdwijnen: permanente toegang. Echter, smartphones met satellietnavigatie geschikt voor voetgangers - het is gemakkelijk te navigeren en de gegevens zijn nauwkeurig, zodat u zelfs in onbegaanbaar struikgewas niet verdwaalt.

Zoals vaak gebeurt bij hightechprojecten, heeft het leger de ontwikkeling en implementatie van het GPS-systeem (Global Positioning System) geïnitieerd. Het project van een satellietnetwerk voor het in realtime bepalen van coördinaten waar ook ter wereld heette Navstar (Navigatiesysteem met timing en bereik - navigatiesysteem voor het bepalen van tijd en bereik), terwijl de afkorting GPS later verscheen, toen het systeem in gebruik werd genomen niet alleen voor defensie, maar ook voor civiele doeleinden.

De eerste stappen om een ​​navigatienetwerk in te zetten werden halverwege de jaren zeventig gezet en de commerciële exploitatie van het systeem in zijn huidige vorm begon in 1995. Momenteel zijn er 28 satellieten in gebruik, gelijkmatig verdeeld in banen met een hoogte van 20.350 km (24 satellieten zijn voldoende voor volledige functionaliteit).

Als ik een beetje vooruitkijk, zal ik dat eerlijk zeggen sleutelpunt in de geschiedenis van GPS was het besluit van de Amerikaanse president om het zogenaamde selectieve toegangsbeleid (SA - selectieve beschikbaarheid) vanaf 1 mei 2000 af te schaffen - een fout die kunstmatig in satellietsignalen werd geïntroduceerd vanwege de onnauwkeurige werking van civiele GPS-ontvangers. Vanaf dit moment kan de amateurterminal coördinaten bepalen met een nauwkeurigheid van enkele meters (voorheen was de fout tientallen meters)! Fig. 1 toont fouten in de navigatie voor en na het uitschakelen van de selectieve toegangsmodus (gegevens).

Laten we proberen het uit te zoeken algemene schets, hoe het mondiale positioneringssysteem werkt, en daarna zullen we ingaan op een aantal gebruikersaspecten. Laten we onze overweging beginnen met het principe van het bepalen van het bereik, dat ten grondslag ligt aan de werking van het ruimtenavigatiesysteem.

Algoritme voor het meten van de afstand van het observatiepunt tot de satelliet.

Het bereik is gebaseerd op het berekenen van de afstand vanaf de tijdsvertraging van de voortplanting van het radiosignaal van de satelliet naar de ontvanger. Als je de voortplantingstijd van een radiosignaal kent, kan het pad dat het aflegt eenvoudig worden berekend door simpelweg de tijd te vermenigvuldigen met de snelheid van het licht.

Elke GPS-satelliet genereert continu radiogolven met twee frequenties: L1=1575,42 MHz en L2=1227,60 MHz. Het zendvermogen bedraagt ​​respectievelijk 50 en 8 Watt. Het navigatiesignaal is een in fase verschoven pseudo-willekeurige code PRN (Pseudo Random Number-code). Er zijn twee soorten PRN: de eerste, C/A-code (Coarse Acquisition-code) wordt gebruikt in civiele ontvangers, de tweede P-code (Precision-code) wordt gebruikt voor militaire doeleinden, en soms ook voor het oplossen van problemen met geodesie en cartografie. . De L1-frequentie wordt gemoduleerd door zowel C/A- als P-code, de L2-frequentie bestaat alleen voor het verzenden van de P-code. Naast de beschreven codes is er ook een Y-code, een gecodeerde P-code (in oorlogstijd kan het encryptiesysteem veranderen).

De codeherhalingsperiode is vrij lang (voor een P-code is dit bijvoorbeeld 267 dagen). Elke GPS-ontvanger heeft zijn eigen generator, die op dezelfde frequentie werkt en het signaal moduleert volgens dezelfde wet als de satellietgenerator. Uit de vertragingstijd tussen identieke delen van de code die van de satelliet worden ontvangen en onafhankelijk worden gegenereerd, is het dus mogelijk om de signaalvoortplantingstijd te berekenen, en dientengevolge de afstand tot de satelliet.

Een van de belangrijkste technische problemen van de hierboven beschreven methode is de synchronisatie van de klokken op de satelliet en in de ontvanger. Zelfs een kleine fout kan naar gewone maatstaven leiden tot een enorme fout bij het bepalen van de afstand. Elke satelliet heeft zeer nauwkeurige atoomklokken aan boord. Het is duidelijk dat het onmogelijk is om zoiets in elke ontvanger te installeren. Om fouten bij het bepalen van coördinaten als gevolg van fouten in de klok die in de ontvanger is ingebouwd te corrigeren, wordt daarom enige redundantie in de gegevens gebruikt die nodig zijn voor ondubbelzinnige geoverwijzingen (hierover later meer).

Naast de navigatiesignalen zelf verzendt de satelliet voortdurend verschillende soorten service-informatie. De ontvanger ontvangt bijvoorbeeld efemeride (precieze gegevens over de baan van de satelliet), een voorspelling van de vertraging in de voortplanting van een radiosignaal in de ionosfeer (aangezien de snelheid van het licht verandert wanneer het door verschillende lagen van de atmosfeer gaat), zoals evenals informatie over de prestaties van de satelliet (de zogenaamde “almanak”, die elke 12,5 minuten wordt bijgewerkt met informatie over de status en banen van alle satellieten). Deze gegevens worden verzonden met 50 bps op de L1- of L2-frequenties.

Algemene principes voor het bepalen van coördinaten met behulp van GPS.

De basis van het idee om de coördinaten van een GPS-ontvanger te bepalen, is het berekenen van de afstand tot verschillende satellieten, waarvan de locatie als bekend wordt beschouwd (deze gegevens zijn opgenomen in de almanak die van de satelliet wordt ontvangen). In de geodesie is dit een methode om de positie van een object te berekenen door de afstand tot punten te meten gegeven coördinaten trilateratie genoemd. Afb.2.

Als de afstand A tot één satelliet bekend is, kunnen de coördinaten van de ontvanger niet worden bepaald (deze kan zich op elk punt op een bol met straal A bevinden die rond de satelliet wordt beschreven). Laat de afstand B van de ontvanger tot de tweede satelliet bekend zijn. In dit geval is het bepalen van de coördinaten ook niet mogelijk: het object bevindt zich ergens op een cirkel (blauw weergegeven in figuur 2), het snijpunt van twee bollen. Afstand C tot de derde satelliet reduceert de onzekerheid in coördinaten tot twee punten (aangegeven door twee dikke blauwe stippen in figuur 2). Dit is al voldoende om de coördinaten ondubbelzinnig te bepalen - het feit is dat van de twee mogelijke locatiepunten van de ontvanger er slechts één zich op het aardoppervlak (of in de onmiddellijke omgeving daarvan) bevindt, en de tweede, valse , blijkt zich ofwel diep in de aarde te bevinden, ofwel zeer hoog boven het aardoppervlak. Theoretisch gezien is het voor driedimensionale navigatie dus voldoende om de afstanden van de ontvanger tot drie satellieten te kennen.

In het leven is alles echter niet zo eenvoudig. De bovenstaande overwegingen zijn gemaakt voor het geval waarin de afstanden van het observatiepunt tot de satellieten met absolute nauwkeurigheid bekend zijn. Natuurlijk, hoe geavanceerd de ingenieurs ook zijn, er treedt altijd een fout op (althans in termen van de onnauwkeurige synchronisatie van de ontvanger- en satellietklokken zoals aangegeven in de vorige sectie, de afhankelijkheid van de lichtsnelheid van de toestand van de atmosfeer, enz.). Om de driedimensionale coördinaten van de ontvanger te bepalen, zijn daarom niet drie, maar minstens vier satellieten betrokken.

Nadat hij een signaal van vier (of meer) satellieten heeft ontvangen, zoekt de ontvanger naar het snijpunt van de overeenkomstige bollen. Als een dergelijk punt niet bestaat, begint de ontvangerprocessor zijn klok aan te passen met behulp van opeenvolgende benaderingen totdat hij het snijpunt van alle bollen op één punt bereikt.

Opgemerkt moet worden dat de nauwkeurigheid van het bepalen van coördinaten niet alleen verband houdt met de precisieberekening van de afstand van de ontvanger tot de satellieten, maar ook met de omvang van de fout bij het specificeren van de locatie van de satellieten zelf. Om de banen en coördinaten van satellieten te monitoren, zijn er vier grondvolgstations, communicatiesystemen en een controlecentrum dat wordt beheerd door het Amerikaanse ministerie van Defensie. Volgstations houden voortdurend alle satellieten in het systeem in de gaten en zenden gegevens over hun banen naar het controlecentrum, waar bijgewerkte trajectelementen en satellietklokcorrecties worden berekend. Gespecificeerde parameters worden in de almanak ingevoerd en naar satellieten verzonden, en deze sturen deze informatie op hun beurt naar alle werkende ontvangers.

Naast de genoemde zijn er nog veel meer speciale systemen, waardoor de nauwkeurigheid van de navigatie wordt vergroot - speciale signaalverwerkingscircuits verminderen bijvoorbeeld fouten als gevolg van interferentie (directe interactie). satelliet signaal met reflectie van bijvoorbeeld gebouwen). We zullen niet ingaan op de details van de werking van deze apparaten, om de tekst niet onnodig ingewikkeld te maken.

Na het annuleren van de hierboven beschreven selectieve toegangsmodus worden civiele ontvangers "vergrendeld op het terrein" met een fout van 3-5 meter (de hoogte wordt bepaald met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 meter). De gegeven cijfers komen overeen met de gelijktijdige ontvangst van een signaal van 6-8 satellieten (de meeste moderne apparaten een 12-kanaalsontvanger hebben waarmee u tegelijkertijd informatie van 12 satellieten kunt verwerken).

Met de zogenaamde differentiële correctiemodus (DGPS - Differential GPS) kunt u de fout (tot enkele centimeters) bij de coördinatenmeting kwalitatief verminderen. De differentiële modus bestaat uit het gebruik van twee ontvangers: de ene staat stil op een punt met bekende coördinaten en wordt "basis" genoemd, en de tweede is, zoals voorheen, mobiel. De door de basisontvanger ontvangen gegevens worden gebruikt om de door het mobiele apparaat verzamelde informatie te corrigeren. Correctie kan zowel in realtime als tijdens “offline” gegevensverwerking worden uitgevoerd, bijvoorbeeld op een computer.

Als basis wordt doorgaans een professionele ontvanger gebruikt die toebehoort aan een bedrijf dat gespecialiseerd is in het leveren van navigatiediensten of zich bezighoudt met geodesie. In februari 1998 installeerde het bedrijf NavGeoCom bijvoorbeeld in de buurt van Sint-Petersburg het eerste differentiële GPS-grondstation van Rusland. Het zendvermogen van het station bedraagt ​​100 Watt (frequentie 298,5 kHz), waardoor u DGPS kunt gebruiken op een afstand van maximaal 300 km van het station over zee en tot 150 km over land. Naast basisontvangers op de grond kan het OmniStar-sateworden gebruikt voor differentiële correctie van GPS-gegevens. Gegevens voor correctie worden door meerdere verzonden geostationaire satellieten bedrijven.

Opgemerkt moet worden dat de belangrijkste klanten van differentiële correctie geodetische en topografische diensten zijn - voor een particuliere gebruiker is DGPS niet interessant vanwege de hoge kosten (het OmniStar-servicepakket in Europa kost meer dan $ 1.500 per jaar) en de omvang van de uitrusting. Ja, en dat is onwaarschijnlijk het dagelijks leven Er doen zich situaties voor waarin u uw absoluut moet weten geografische coördinaten met een fout van 10-30 cm.

Ter afsluiting van het deel dat gaat over de ‘theoretische’ aspecten van het functioneren van GPS, wil ik zeggen dat Rusland, in het geval van ruimtenavigatie, zijn eigen weg is gegaan en zich ontwikkelt eigen systeem GLONASS (wereldwijde navigatie Satellietsysteem). Maar door gebrek aan goede investeringen zijn er momenteel slechts zeven satellieten in een baan om de aarde, van de vierentwintig die nodig zijn voor de normale werking van het systeem...

Korte subjectieve opmerkingen van een GPS-gebruiker.

Toevallig hoorde ik in 1997 uit een tijdschrift over de mogelijkheid om mijn locatie te bepalen met behulp van een draagbaar apparaat ter grootte van een mobiele telefoon. De prachtige vooruitzichten van de auteurs van het artikel werden echter genadeloos verpletterd door de prijs van het navigatieapparaat dat in de tekst wordt vermeld - bijna 400 dollar!

Anderhalf jaar later (in augustus 1998) bracht het lot mij naar een kleine sportwinkel in de Amerikaanse stad Boston. Stel je mijn verbazing en vreugde voor toen ik op een van de ramen per ongeluk verschillende navigators zag, waarvan de duurste $ 250 kostte (eenvoudige modellen werden aangeboden voor $ 99). Natuurlijk kon ik de winkel niet meer verlaten zonder het apparaat, dus begon ik de verkopers te martelen over de kenmerken, voor- en nadelen van elk model. Ik heb niets begrijpelijks van hen gehoord (en al helemaal niet omdat ik het Engels niet goed ken), dus ik moest het zelf uitzoeken. En als resultaat werd, zoals vaak gebeurt, het meest geavanceerde en dure model aangeschaft: Garmin GPS II+, evenals een speciaal hoesje ervoor en een netsnoer uit de sigarettenaansteker van de auto. De winkel had nog twee accessoires voor mijn huidige apparaat: een apparaat om de navigator op een fietsstuur te bevestigen en een snoer om op een pc aan te sluiten. Ik heb lang met de laatste gespeeld, maar uiteindelijk besloot ik hem niet te kopen vanwege de hoge prijs (iets meer dan $ 30). Zoals later bleek, heb ik het snoer niet helemaal correct gekocht, omdat de hele interactie van het apparaat met de computer neerkomt op het "vervagen" van de afgelegde route naar de computer (en, denk ik, ook in realtime coördinaten , maar daar bestaan ​​bepaalde twijfels over), en dan nog onder voorbehoud van de aanschaf van software van Garmin. Helaas is er geen optie om kaarten in het apparaat te laden.

Ik zal geen gedetailleerde beschrijving geven van mijn apparaat, alleen al omdat het al niet meer leverbaar is (degenen die kennis willen maken met de gedetailleerde technische kenmerken kan dit). Ik merk alleen op dat het gewicht van de navigator 255 gram is, de afmetingen zijn 59x127x41 mm. Dankzij de driehoekige doorsnede staat het apparaat extreem stabiel op een tafel of autodashboard (klittenband is meegeleverd voor een veiligere pasvorm). De stroom wordt geleverd door vier AA-batterijen AA (ze zijn slechts voldoende voor 24 uur continu gebruik) of een externe bron. Ik zal proberen te praten over de belangrijkste mogelijkheden van mijn apparaat, dat naar mijn mening de overgrote meerderheid van de navigators op de markt heeft.

Op het eerste gezicht kan GPS II+ worden aangezien mobiele telefoon, een paar jaar geleden uitgebracht. Zodra je goed kijkt, zie je een ongewoon dikke antenne, een enorm display (56x38 mm!) en een klein aantal toetsen, voor telefoonstandaarden.

Wanneer u het apparaat inschakelt, begint het proces van het verzamelen van informatie van satellieten en verschijnt er een eenvoudige animatie op het scherm (roterend bol). Na de eerste initialisatie (die in de open lucht een paar minuten duurt), wordt op het display weergegeven primitieve kaart hemel met het aantal zichtbare satellieten, en ernaast staat een histogram dat het signaalniveau van elke satelliet aangeeft. Bovendien wordt de navigatiefout aangegeven (in meters) - hoe meer satellieten het apparaat ziet, hoe nauwkeuriger de coördinatenbepaling uiteraard zal zijn.

De GPS II+-interface is gebouwd op het principe van het “draaien” van pagina's (hiervoor is zelfs een speciale PAGE-knop). De "satellietpagina" werd hierboven beschreven, en daarnaast is er een "navigatiepagina", "kaart", "terugkeerpagina", "menupagina" en een aantal andere. Opgemerkt moet worden dat het beschreven apparaat niet Russified is, maar zelfs met een slechte kennis van het Engels kunt u de werking ervan begrijpen.

De navigatiepagina toont: absolute geografische coördinaten, afgelegde afstand, momentane en gemiddelde snelheid, hoogte, reistijd en, bovenaan het scherm, elektronisch kompas. Het moet gezegd worden dat de hoogte wordt bepaald met een veel grotere fout dan twee horizontale coördinaten (er staat zelfs een speciale opmerking hierover in de gebruikershandleiding), waardoor het gebruik van bijvoorbeeld GPS niet mogelijk is om de hoogte te bepalen door paragliders . Maar de momentane snelheid wordt uiterst nauwkeurig berekend (vooral voor snel bewegende objecten), wat het mogelijk maakt om het apparaat te gebruiken om de snelheid van sneeuwscooters te bepalen (waarvan de snelheidsmeters de neiging hebben aanzienlijk te liggen). Ik kan geven" slecht advies" - schakel na het huren van een auto de snelheidsmeter uit (zodat hij minder kilometers telt - de betaling is immers vaak evenredig aan de kilometerstand) en bepaal de snelheid en de afgelegde afstand met behulp van GPS (gelukkig kan hij zowel in mijlen als in kilometer).

De gemiddelde bewegingssnelheid wordt bepaald door een enigszins vreemd algoritme - de inactieve tijd (wanneer de momentane snelheid nul is) wordt niet in aanmerking genomen in de berekeningen (logischer, naar mijn mening, zou het zijn om eenvoudigweg de afgelegde afstand te delen door de totale reistijd, maar de makers van GPS II+ lieten zich door een aantal andere overwegingen leiden).

De afgelegde afstand wordt weergegeven op de "kaart" (het geheugen van het apparaat gaat 800 kilometer mee - bij meer kilometers worden de oudste markeringen automatisch gewist), dus als u dat wenst, kunt u het patroon van uw omzwervingen zien. De schaal van de kaart varieert van tientallen meters tot honderden kilometers, wat ongetwijfeld buitengewoon handig is. Het meest opmerkelijke is dat het geheugen van het apparaat de coördinaten bevat van de belangrijkste nederzettingen over de hele wereld! De VS worden uiteraard gedetailleerder gepresenteerd (alle gebieden van Boston zijn bijvoorbeeld met namen op de kaart aanwezig) dan Rusland (de locatie van alleen steden als Moskou, Tver, Podolsk, enz. wordt hier aangegeven). Stel je voor dat je bijvoorbeeld van Moskou naar Brest gaat. Zoek “Brest” in het geheugen van de navigator, druk op de speciale “GO TO”-knop en de lokale richting van uw beweging verschijnt op het scherm; mondiale richting naar Brest; het aantal kilometers dat nog resteert (in rechte lijn uiteraard) tot de bestemming; gemiddelde snelheid en geschatte aankomsttijd. En dus waar ook ter wereld - zelfs in Tsjechië, zelfs in Australië, zelfs in Thailand...

Niet minder nuttig is de zogenaamde return-functie. In het geheugen van het toestel kunt u maximaal 500 belangrijke punten (waypoints) vastleggen. De gebruiker kan elk punt naar eigen inzicht een naam geven (bijvoorbeeld DOM, DACHA, etc.), en er zijn ook verschillende pictogrammen voorzien om informatie op het display weer te geven. Door de functie van het terugkeren naar een punt (een van de vooraf opgenomen punten) in te schakelen, krijgt de eigenaar van de navigator dezelfde mogelijkheden als in het hierboven beschreven geval met Brest (d.w.z. afstand tot het punt, geschatte aankomsttijd en al het andere ). Ik had bijvoorbeeld zo'n geval. Nadat ik met de auto in Praag was aangekomen en ons in een hotel had gevestigd, gingen mijn vriend en ik naar het stadscentrum. We lieten de auto achter op de parkeerplaats en gingen wandelen. Na een doelloze wandeling van drie uur en een diner in een restaurant, beseften we dat we absoluut geen herinnering hadden waar we de auto hadden achtergelaten. Het is nacht buiten, we bevinden ons in een van de kleine straatjes van een onbekende stad... Gelukkig heb ik voordat ik de auto verliet de locatie in de navigator genoteerd. Nu ik op een paar knoppen op het apparaat had gedrukt, ontdekte ik dat de auto 500 meter van ons vandaan geparkeerd stond en na 15 minuten luisterden we al naar rustige muziek terwijl we met de auto naar het hotel reden.

Naast het verplaatsen naar een geregistreerde markering in een rechte lijn, wat niet altijd handig is in stadsomstandigheden, biedt Garmin de TrackBack-functie - terugkeren langs je eigen pad. Grofweg wordt de bewegingscurve benaderd door een aantal rechte stukken, en op de breekpunten worden markeringen geplaatst. Op elk recht stuk leidt de navigator de gebruiker naar het dichtstbijzijnde merkteken, en bij het bereiken ervan, automatisch schakelen naar het volgende merkteken. Uitsluitend handige functie bij het besturen van een auto in een onbekend gebied (het signaal van satellieten gaat uiteraard niet door gebouwen, dus om gegevens over je coördinaten te verkrijgen in dichtbebouwde omstandigheden, moet je op zoek naar een min of meer open plek ).

Ik zal niet verder ingaan op de beschrijving van de mogelijkheden van het apparaat - geloof me, naast de beschreven functies heeft het ook veel leuke en noodzakelijke snufjes. Alleen al het veranderen van de schermoriëntatie is de moeite waard - u kunt het apparaat zowel in een horizontale (auto) als verticale (voetgangers) positie gebruiken (zie figuur 3).

Een van de belangrijkste voordelen van GPS voor de gebruiker beschouw ik als het feit dat er geen kosten verbonden zijn aan het gebruik van het systeem. Ik heb het apparaat een keer gekocht en geniet ervan!

Conclusie.

Ik denk dat het niet nodig is om de toepassingsgebieden van het beschouwde mondiale positioneringssysteem op te sommen. GPS-ontvangers worden ingebouwd in auto's, mobiele telefoons en zelfs horloges! Onlangs kwam ik een bericht tegen over de ontwikkeling van een chip die een miniatuur GPS-ontvanger en een GSM-module combineert - er wordt voorgesteld om halsbanden uit te rusten met daarop gebaseerde apparaten, zodat de eigenaar een verloren hond gemakkelijk kan lokaliseren via een mobiel netwerk .

Maar in elk vat honing zit een vlieg in de zalf. IN in dit geval Russische wetten spelen de rol van laatstgenoemde. Ik zal de juridische aspecten van het gebruik van GPS-navigators in Rusland niet in detail bespreken (hierover is iets te vinden), ik zal alleen opmerken dat theoretisch uiterst nauwkeurige navigatieapparatuur (die zonder twijfel zelfs amateur-GPS-ontvangers zijn) zijn in ons land verboden en de eigenaren ervan riskeren inbeslagname van het apparaat en een aanzienlijke boete.

Gelukkig voor gebruikers wordt in Rusland de strengheid van de wetten gecompenseerd door de optionele toepassing ervan - een groot aantal limousines met een GPS-ontvangerantennepuck op het kofferdeksel rijden bijvoorbeeld door Moskou. Alles is min of meer serieus zeeschepen uitgerust met GPS (en er is al een hele generatie zeilers opgegroeid die moeite hebben hun weg te vinden met behulp van een kompas en andere traditionele navigatiemiddelen). Ik hoop dat de autoriteiten geen spaak in de wielen van de technologische vooruitgang zullen steken en binnenkort het gebruik van GPS-ontvangers in ons land zullen legaliseren (ze hebben de vergunningen voor mobiele telefoons), en zal ook groen licht geven voor declassificatie en replicatie gedetailleerde kaarten gebieden die daarvoor nodig zijn volledig gebruik autonavigatiesystemen.