Применение навигационных систем глонасс gps. «Спутниковые навигационные системы. Что лучше глонасс или gps и в чем их разница

В статье рассмотрен принцип работы, состав и особенности системы спутникового позиционирования GPS (англ. Global Positioning System).
Навигационная система Global Positioning System (GPS) является частью комплекса NAVSTAR, который разработан, реализован и эксплуатируется Министерством обороны США. Разработка комплекса NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range – навигационная система определения времени и дальности) была начата ещё в 1973 году, а уже 22 февраля 1978 года был произведён первый тестовый запуск комплекса, а в марте 1978 года комплекс NAVSTAR начали эксплуатировать. Первый тестовый спутник был выведен на орбиту 14 июля 1974 года, а последний из 24 необходимых спутников для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 году. Гражданский сегмент военной спутниковой сети NAVSTAR принято называть аббревиатурой GPS, коммерческая эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась в 1995 году.
Спустя более 20-ти лет с момента тестового запуска системы GPS и 5-ти лет с момента начала коммерческой эксплуатации Глобальной системы позиционирования GPS, 1 мая 2000 года министерство обороны США отменило особые условия пользования системой GPS, существовавшие до тех пор. Американские военные выключили помеху (SA – selective availability), искусственно снижающую точность гражданских GPS приёмников, после чего точность определения координат с помощью бытовых навигаторов возросла как минимум в 5 раз. После отмены американцами режима селективного доступа точность определения координат с помощью простейшего гражданского GPS навигатора составляет от 5 до 20 метров (высота определяется с точностью до 10 метров) и зависит от условий приема сигналов в конкретной точке, количества видимых спутников и ряда других причин. Приведенные цифры соответствуют одновременному приему сигнала с 6-8 спутников. Большинство современных GPS приёмников имеют 12-канальный приемник, позволяющий одновременно обрабатывать информацию от 12 спутников. Военное применение навигации на базе NAVSTAR обеспечивает точность на порядок выше (до нескольких миллиметров) и обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом. Информация в C/A коде (стандартной точности), передаваемая с помощью L1, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование.

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт. 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. В настоящий момент на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной управляющей станции (Master Control Station – MCS), которая находится на базе ВВС Шривер, шт. Колорадо, США. С нее осуществляется управление системой навигации GPS в мировом масштабе. База ВВС Шривер (Schriever) является местом размещения 50-го космического соединения США – подразделения командования воздушно-космических сил.

Наземная часть системы GPS состоит из десяти станций слежения, которые находятся на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесения, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс, в мысе Канаверел, шт. Флорида и т.д.. Количество наземных станций непрерывно растет, на всех станциях слежения используются приемники GPS для пассивного слежения за навигационными сигналами всех спутников. Информация со станций наблюдения обрабатывается на главной управляющей станции MCS и используется для обновления эфемерид спутников. Загрузка навигационных данных, состоящих из прогнозированных орбит и поправок часов, производится для каждого спутника каждые 24 часа.

Определение координат и GPS навигация.
Основой идеи определения координат GPS-приемника является вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным. Определение местоположения GPS-приёмника в пространстве осуществляется на базе алгоритма измерения расстояния от точки наблюдения до спутника. Дальнометрия основана на вычислении расстояния по временной задержке распространения радиосигнала от спутника к приемнику. Если знать время распространения радиосигнала, то пройденный им путь легко вычислить. Приёмники работают в пассивном режиме и вычисляют свои координаты, но это совсем не означает, что координаты GPS-приёмника будут известны кому либо, кроме его владельца. Каждый спутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны двух частот – L1=1575.42МГц и L2=1227.60МГц. Каждый GPS-приемник имеет собственный генератор, работающий на той же частоте и модулирующий сигнал по тому же закону, что и генератор спутника. Таким образом, по времени задержки между одинаковыми участками кода, принятого со спутника и сгенерированного самостоятельно, можно вычислить время распространения сигнала, а, следовательно, и расстояние до спутника.
Основная проблема при вычислении расстояния до спутника системы GPS связанна с синхронизацией часов на спутнике и в приемнике. Даже мизерная погрешность может привести к огромной ошибке в определении расстояния. Каждый спутник несет на борту высокоточные атомные часы, которые встроить в обычный GPS-приёмник невозможно. Чтобы скоррелировать временное рассогласование и избежать огромных ошибок в позиционировании, в систему GPS введен принцип избыточности для определения трехмерных координат на поверхности Земли. GPS-приёмник использует сигналы не трех, а как минимум четырех спутников и на основании вспомогательных сигналов вносит все необходимые коррективы в работу своих часов. Кроме навигационных сигналов, спутник непрерывно передает различную служебную информацию. GPS-приёмник получает, например, эфемериды (точные данные об орбите спутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере, а также сведения о работоспособности спутника (так называемых “альманах”, содержащий обновляемые каждые 12.5 минут сведения о состоянии и орбитах всех спутников). Эти данные передаются со скоростью 50 бит/с на частотах L1 или L2.

Расстояние до навигационных спутников системы GPS обозначим как А, В и С. Допустим, что известно расстояние А до одного спутника. В данном случае координаты GPS-приемника определить нельзя, т.к. он может находится в любой точке сферы с радиусом А, описанной вокруг спутника. Если известна удаленность В приемника от второго спутника, то определение координат также не представляется возможным – объект находится где-то на окружности (показана синим цветом), которая является пересечением двух сфер. Известное расстояние С до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек (обозначены красными точками). Этого уже достаточно для однозначного определения координат GPS-приемника. Не смотря на то, что мы имеем две точки с координатами, только одна находится на поверхности Земли, а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, теоретически для трехмерной GPS навигации достаточно знать расстояния от приемника до трех спутников, но как мы уже говорили GPS-приемник, использует сигналы не трех, а как минимум четырех спутников и на основании вспомогательных сигналов вносит все необходимые коррективы для повышения точности навигации.
Недостатками GPS навигации является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до GPS-приёмника, поэтому практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приёма сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования. Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приёму сигналов GPS. Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS-приёмника, но и своим собственным глазам. Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Претенденты уже были. Благо, что у GPS есть альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), которые в перспективе должны получить широкое распространение.

65 нанометров - следующая цель зеленоградского завода «Ангстрем-Т», которая будет стоить 300-350 миллионов евро. Заявку на получение льготного кредита под модернизацию технологий производства предприятие уже подало во Внешэкономбанк (ВЭБ), сообщили на этой неделе «Ведомости» со ссылкой на председателя совета директоров завода Леонида Реймана. Сейчас «Ангстрем-Т» готовится запустить линию производства микросхем с топологией 90нм. Выплаты по прошлому кредиту ВЭБа, на который она приобреталась, начнутся в середине 2017 года.

Пекин обвалил Уолл-стрит

Ключевые американские индексы отметили первые дни Нового года рекордным падением, миллиардер Джордж Сорос уже предупредил о том, что мир ждет повторение кризиса 2008 года.

Первый российский потребительский процесор Baikal-T1 ценой $60 запускают в массовое производство

Компания «Байкал Электроникс» в начале 2016 года обещает запустить в промышленное производство российский процессор Baikal-T1 стоимостью около $60. Устройства будут пользоваться спросом, если этот спрос создаст государство, говорят участники рынка.

МТС и Ericsson будут вместе разрабатывать и внедрять 5G в России

ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и компания Ericsson заключили соглашения о сотрудничестве в области разработки и внедрения технологии 5G в России. В пилотных проектах, в том числе во время ЧМ-2018, МТС намерен протестировать разработки шведского вендора. В начале следующего года оператор начнет диалог с Минкомсвязи по вопросам сформирования технических требований к пятому поколению мобильной связи.

Сергей Чемезов: Ростех уже входит в десятку крупнейших машиностроительных корпораций мира

Глава Ростеха Сергей Чемезов в интервью РБК ответил на острые вопросы: о системе «Платон», проблемах и перспективах АВТОВАЗа, интересах Госкорпорации в фармбизнесе, рассказал о международном сотрудничестве в условиях санкционного давления, импортозамещении, реорганизации, стратегии развития и новых возможностях в сложное время.

Ростех "огражданивается" и покушается на лавры Samsung и General Electric

Набсовет Ростеха утвердил "Стратегию развития до 2025 года". Основные задачи – увеличить долю высокотехнологичной гражданской продукции и догнать General Electric и Samsung по ключевым финансовым показателям.

Сегодня все чаще встречается термин GPS. В современном мире можно ориентироваться на местности не только с помощью компаса или звезд, но и благодаря спутникам. Сам термин GPS - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, обозначает глобальную систему позиционирования (англ. Global Positioning System - система глобального позиционирования). В нее входят 24 спутника, которые по своим орбитам движутся вокруг нашей планеты.

Эти аппараты питаются от солнечных батарей и имеют срок службы около 10 лет. Они формируют целую сеть, которая предоставляется в бесплатное пользование для гражданских лиц. Сегодня создано немало устройств, осуществляющих навигацию с помощью спутника. Кроме того, есть возможность следить за транспортным средством с помощью GPS, знать его точные координаты в текущий момент времени.

Вот только покупатель встает перед трудным выбором: брать дорогое устройство или китайское, какой навигатор может считать хорошим? Некоторые вообще находятся в плену утверждений, считая это изобретение бесполезным, полагаясь на «более точные» традиционные атласы. Настало время разобраться в многочисленных мифах о спутниковой навигации и устройствах, помогающих ее осуществлять.

Приемнику для работы достаточно связаться с двумя спутниками. Действительно, устройству для получения координат необходимо увидеть минимум два спутника. Этот метод определения положения именуется «двухмерной фиксацией». С его помощью можно узнать свою широту и долготу. А вот связь с четырьмя спутниками и более позволит детализировать информацию. Устройство начинает показывать еще и скорость перемещения объекта, его высоту над уровнем моря.

GPS-навигаторы на самом деле бесполезны, их легко заменяют обычные карты. В этом высказывании есть своя логика. Действительно, в свое время люди вполне себе жили без компьютеров, автомобилей, самолетов и спутников. Просто GPS-навигация стала очередной степенью эволюции техники. Обходиться без такого устройства вполне можно, просто придется потратить немало времени для определения нужной страны, города, улицы и дома. Потом еще к этой точке надо проложить рациональный маршрут, что займет немалое время. А вот GPS-навигатору понадобится для этого всего несколько минут. При этом устройство сможет учесть и такие нюансы, как объезд платных дорог, выбор скоростных магистралей и т. д. Никаких особенных навыков для этого не потребуется. А вот для работы с обычными картами человеку понадобится не одна книга. Нужна будет дорожная карта страны, области или города. Прокладывание маршрута вручную может затянуться на часы, ведь нужна будет еще и финальная корректировка. Стоит понимать, что попасть в чужой город можно и проездом, так что карт под рукой может банально не оказаться. А сколько бензина и нервов будет стоить возвращение на правильный маршрут? А ведь полный набор карт мира от знаменитого производителя IGO займет около 8 гигабайт, которые легко поместятся на носитель площадью менее квадратного сантиметра. Бумажный же вариант такого объема карт в машину даже и не влезет. Так что сравнивать навигатор с обычной картой можно, равно как и компьютер с печатной машинкой.

В навигаторе главное - «правильные» карты. Часто акцентируется внимание на том, что в навигаторе важны именно карты и их производитель. А вот чип, процессор и оперативная память отходят на второй план. На самом деле ситуация верна чуть ли не с точностью до наоборот. Выбирая компьютер, глупо ориентироваться только лишь на установленную операционную систему и программы. Поставить сюда можно любой «софт», а вот замена комплектующих со временем может стать проблемой. Похожая ситуация и с навигатором. Но если компьютерные детали приобрести несложно, то с устройствами спутниковой навигации не все так просто. Тут обычно кроме самого чипа связи, аккумулятора, дисплея и памяти больше ничего и нет. Именно на них и следует обращать самое пристальное внимание при выборе навигатора. После покупки их уже улучшить вряд ли удастся, в отличие от записанной на носитель карты. К тому же современные устройства зачастую работают на основе операционных систем Windows или Android. Это позволяет устанавливать не просто разные карты, но и целые навигационные системы со своими пакетами. А поверив в данный миф и сэкономив, окажется, что навигатор, пусть даже и с хорошей картой, будет просто медленно работать и обладать плохим экраном.

Почти все навигаторы изготавливаются в Китае, так что нет принципиальной разницы, какое устройство покупать. На самом деле это утверждение является ошибочным. Порой действительно не стоит верить наклейкам, гарантирующим корейское, европейское или американское производство. Чаще всего эта продукция все же китайская. И несмотря на это между отдельными моделями существует широкая пропасть в качестве, впрочем, как и вообще для другой электроники. В Китае есть много заводов, которые по разному и оснащены. Самые современные обладают конвейером, отлаженными технологическими процессами, а есть и такие, где пайка осуществляется «на коленке», а комплектование - по принципу «лишь бы работало». Так что стоит выбирать проверенные модели с хорошими отзывами, пусть даже за это и придется доплатить.

Навигатор лучше приобретать напрямую из китайских интернет-магазинов. Первый минус такого подхода сразу же очевиден - отсутствие гарантии. Придется иметь дело с непонятным программным продуктом, и не факт, что на русском языке. Да и в случае поломки придется потратить время на поиски специалиста, который согласится иметь дело с диковинным гаджетом. В итоге все эти риски перевешивают незначительную экономию. Да и качество таких устройств обычно таково, что поломки могут следовать одна за другой, что сделает устройство бесполезным для длительной эксплуатации.

Самые лучшие навигаторы выпускаются под маркой «Pioneer». Часто говорят, что эти навигаторы подходят лучше всего к нашим реалиям, ведь на них можно установить нелицензионные навигационные пакеты. На самом деле настоящих навигаторов «Pioneer» есть около десятка, они снабжены индексом AVIC. И увидеть действительно фирменные аппараты можно на сайте производителя. А вот что присутствует на нашем рынке под видом продукции этой почтенной марки, объяснить порой не могут сами продавцы. Считается, что на наших просторах в продаже есть около сотни разных «пионеров». Рынок захлестнула волна подделок и желающих присоединиться к ней, заработав на этом. Так о каком качестве марки можно говорить в этих условиях? Чаще всего неизвестно, где точно изготавливают такие навигаторы, какие комплектующие при этом используются, есть ли контроль качества. Под одним и тем же названием встречаются разные модели, изготовленные на разных заводах и с использованием разной элементной базы. Поэтому если и искать фирменное качество «Pioneer», то следует обратить внимание именно на серию AVIC. А подделывать этот бренд стали из-за известности, звучности торговой марки. Да и на Украине, к примеру, официально этот продукт не поставляется.

Навигаторы нуждаются в функциях голосового оповещения. Этот миф способен напугать тех, кто не разбирается в этих устройствах. На самом деле эта функция вовсе не самого устройства, а программы, в нем установленной. Для того чтобы навигатор голосом сообщил о повороте или направлении движения, надо чтобы у него просто был динамик. Функция оповещения нужна для уведомления водителя об особенностях маршрута. Справедливости ради стоит заметить, что она есть практически у всех современных программ навигации.

Навигаторы связываются с американскими спутниками. На самом деле стоит понимать, что устройство является обычным приемником. Он может только принимать сигналы, об излучении тут и речи не идет.

Если пользоваться GPS, то американцы смогут отследить местоположение. Излучение от навигатора так же мало, как и от фонарика или фотоаппарата. Соответственно, отследить его практически невозможно.

Навигаторы врут, в них нет всех тропинок. Любой навигатор может выдавать обычно только лишь текущие координаты местоположения - широту, долготу и высоту. Остальное же ложится на плечи самого программного обеспечения, загруженного в этот прибор. И если на электронной карте нет того самого мелкого ручья, тропинки или даже дороги, то это вопрос не к самому устройству, а к его программе. И не стоит думать, что оно каким-то образом сможет загрузить карту со спутника, как думают некоторые.

Сенсорные экраны в навигаторах неудобные. Надо понимать, что удобство является субъективным фактором. Многие пользователи считают, что с появлением сенсорных, да еще и емкостных экранов в таких устройствах они стали куда лучше управляться. Возросла скорость работы в меню - достаточно кликнуть пальцем по нужному пункту, а не выбирать его с помощью клавиш. Правда, с надежностью не все так просто. Сломанный сенсор автоматически делает устройство «мертвым». Кнопочное устройство ломается все же реже.

ГЛОНАСС лучше, чем GPS. Если говорить объективно, то в российской группировке ГЛОНАСС число спутников вдвое меньше, чем у американского аналога. К тому же при Клинтоне исчезли искусственно вносимые помехи в гражданский диапазон GPS, что сделало определение координат более точным. Правда, современные аппараты умеют работать одновременно с обеими системами, что пойдет точности только на пользу.

Лучше выбирать специализированный навигатор. Не секрет, что сегодня практически все смартфоны, да и многие планшеты снабжены чипом GPS. Но насколько оправдана их работа в качестве навигатора или все же лучше довериться узкоспециализированным устройствам, специально для этого и предназначенных? Когда смартфоны были с экраном диагональю в 2,8-3,5 дюйма, то они явно проигрывали в удобстве пользования 5-7 дюймовым навигаторам. Однако сегодня рынок мобильных устройств изменился. Размеры смартфонов выросли, есть модели и с 5, и даже с 6-дюймовым экраном. Да и планшеты обладают дисплеями, начиная от 7 и заканчивая 12 дюймами. Былой выигрыш в размерах экрана исчез. Правда, стоит понимать, что работа GPS в телефоне или планшете обычно более энергоемкая. Там, где обычный навигатор проживет день, смартфон сможет помочь только пару часов. Но если использовать устройство в автомобиле, а не при пешей прогулке, поможет специальная зарядка. Сегодня делается упор на универсальность гаджетов. Смартфоны умеют не только звонить, но и подменяют собой навигаторы, ридеры, планшеты и фотоаппараты. Так что узкоспециализированные навигаторы практически утратили свои козыри.

В этой статье мы расскажем про глобальные системы позиционирования, разработанные в США, России, ЕС и Китае; объясним, как поддержка технологий глобальной спутниковой навигации реализована в электронных устройствах, а также опишем ключевые и дополнительные функции современных навигационных приемников.

GPS

Система GPS (Global Positioning System) создавалась для применения в военных целях. Она начала работать в конце 80-х - начале 90-х годов, однако до 2000 года искусственные ограничения на определение местоположения существенно сдерживали ее возможности использования в гражданских целях.

После отмены ограничений на точность определения координат ошибка снизилась со 100 до 20 м (в последних поколениях GPS-приёмников при идеальных условиях ошибка не превышает 2 м). Такие условия позволили использовать систему для широкого круга общих и специальных задач:

• Определение точного местоположения
• Навигация, движение по маршруту с привязкой к карте на основании реального местоположения
• Синхронизация времени

Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat - это число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).

ГЛОНАСС

Российский аналог GPS - ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) - была развёрнута в 1995 году, но в связи с недостаточным финансированием и малым сроком службы спутников она не получила широкого распространения. Вторым рождением системы можно считать 2001 год, когда была принята целевая программа ее развития, благодаря которой ГЛОНАСС возобновил полноценную работу в 2010 году.

Сегодня на орбите работают 24 спутника ГЛОНАСС, они охватывают навигационным сигналом весь земной шар.
Новейшие потребительские устройства используют GPS и ГЛОНАСС как взаимодополняющие системы, подключаясь к ближайшим найденным спутникам, это значительно увеличивает скорость и точность их работы.

Пример: aвтомобильное GPS/ГЛОНАСС-навигационно-связное устройство на базе ОС Android, разработанное командой Promwad по заказу российского конструкторского бюро. Реализована поддержка GSM/GPRS/3G. Устройство автоматически обновляет информацию о дорожной обстановке в режиме реального времени и предлагает водителю оптимальный маршрут с учётом загруженности дорог.

Сейчас на стадии разработки находятся еще две спутниковые системы: европейская Galileo и китайская Compass.

Galileo

Галилео - совместный проект Европейского союза и Европейского космического агентства, анонсированный в 2002 году. Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников. Но этот план не был реализован. Сейчас предположительной датой начала эксплуатации Galileo считается 2014 год. Однако ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.

Compass

Это следующая ступень развития китайской региональной навигационной системы Beidou, которая была введена в эксплуатацию после запуска 10 спутников в конце 2011 года. Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.

Сравнение орбит спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass (средняя околоземная орбита - MEO) с орбитами Международной космической станции (МКС), телескопа Хаббл и серии спутников Иридиум (Iridium) на низкой орбите, а также геостационарной орбиты и номинального размера Земли.

Поддержка ГНСС

Поддержка технологи глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в электронных устройствах реализуется на базе навигационных приемников, которые могут быть выполнены в различных вариантах:

• Smart Antenna - модуль, состоящий из керамической антенны и навигационного приемника. Преимущества: компактность, не требует согласования, удешевляет разработку за счет сокращения сроков.
• MCM (Multi Chip Module) - чип, включающий все компоненты навигационного приемника.
• OEM - экранированная плата, включающая ВЧ интерфейсный процессор и процессор частот основной полосы (RF-frontend + baseband), SAW-фильтры и обвязку. Это наиболее популярное решение на данный момент.

Навигационный модуль подключается к микроконтроллеру или системе на кристалле по интерфейсу UART/RS-232 или USB.

Ключевые параметры навигационных приемников

Прежде чем навигационный приемник сможет выдавать информацию о местоположении, он должен обладать тремя наборами данных:

1. Сигналы от спутников
2. Альманах - информация о приблизительных параметрах орбит всех спутников, а также данные для калибровки часов и характеристики ионосферы
3. Эфемериды - точные параметров орбит и часов каждого спутника

Характеристика TTFF показывает сколько времени требуется приемнику на поиск сигналов от спутников и определение местоположения. Если приёмник новый, или был выключен на протяжении длительного периода, или был перевезен на большое расстояние с момента последнего включения, время до получения набора необходимых данных и определения места увеличивается.

Производители приемников используют различные методы уменьшения TTFF, включая скачивание и сохранения альманаха и эфемерид по беспроводным сетям передачи данных (т.н. метод Assisted GPS или A-GPS), это быстрее чем извлечение этих данных из сигналов ГНСС.

Холодный старт описывает ситуацию, когда приемнику нужно получение всей информации для определения места. Это может занять до 12 минут.

Теплый старт описывает ситуацию, когда у приемника есть почти вся необходимая информация в памяти, и он определит место в течении минуты.

Одним из ключевых параметров навигационных модулей в мобильных устройствах является энергопотребление. В зависимости от режима работы модуль потребляет различное количество энергии. Фаза поиска спутников (TTFF) характеризуется большим, а слежение меньшим энергопотреблением. Также производители реализуют различные схемы уменьшения энергопотребления, например, путем периодического перевода модуля в режим сна.

Как правило, все модули выдают данные по текстовому протоколу NMEA-0183 , но кроме указанного текстового протокола каждый производитель имеет свой собственный двоичный протокол (Binary), который позволяет изменять конфигурацию модуля под конкретное использование либо получать доступ к дополнительному функционалу, а также доступ к сырым измерениям. Двоичный протокол удобен для использования на микроконтроллерах, т.к. при этом нет необходимости выполнять преобразование из текста в двоичные данные, тем самым экономя программную память путем исключения библиотеки работы со строками и времени на преобразование.

Стандарт NMEA-2000 - это развитие протокола NMEA-0183. В качестве физического уровня в NMEA-2000 используется CAN-шина, которая была выбрана в виду большей защищенности по сравнению с RS-232. С точки зрения протокола передачи данныхNMEA-2000 существенно отличается от своего предшественника, т.к. использует двоичный протокол, базирующийся на стандарте SAE J1939.

Частота обновления данных о местоположении и скорости всех модулей составляет 1 Гц, но при необходимости ее можно поднять до 5 или 10 Гц.

В зависимости от области применения модуль можно сконфигурировать под определенные динамические характеристики , которые он должен отслеживать (например, максимальное ускорение объекта). Это позволяет использовать оптимальный алгоритм и улучшать качество измерений.

Для выполнения навигационной задачи модуль должен одновременно принимать сигналы от нескольких спутников, т.е. иметь несколько приемных каналов . На сегодняшний день это число лежит в диапазоне от 12 до 88.

Точность определения местоположения по GPS составляет в среднем 15 м, она обусловлена используемым неточным сигналом, влиянием атмосферы на распространение радиосигнала, качеством кварцевых генераторов в приемниках и пр. Но с помощью корректирующих методов возможно улучшить точность определения местоположения. Эта технология называется Differential GPS . Существует два метода коррекции: наземный и спутниковый DGPS.

В наземных методах коррекции наземные станции дифференциальных поправок постоянно сверяют свое заведомо известное местоположение и сигналы от навигационных спутников. На базе этой информации вычисляются корректирующие величины, которые могут быть переданы с помощью УКВ- или ДВ-передатчика на мобильные DGPS-приемники в формате RTCM . На основании полученной информации потребитель может корректировать процесс определения собственного местоположения. Точность этого метода составляет 1-3 метра и зависит от расстояния до передатчика корректирующей информации и качества сигнала.

Спутниковые методы, такие как система WAAS (Wide Area Augmentation System), доступная в Северной Америке, и система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), доступная в Европе, шлют корректирующие данные с геостационарных спутников, таким образом достигается бо льшая область приема, чем при наземных методах.

Спутниковые системы дифференциальной коррекции (SBAS - Space Based Augmentation Systems) позволяют улучшить точность, надежность и доступность навигационной системы за счет интеграции внешних данных в процессе расчета

Демонстрация принципа работы системы WAAS (Wide Area Augmentation System) на территории США

Одним из основных параметров, влияющих на точность определения местоположения и стабильность приема является чувствительность . Она, как правило, определяется качеством малошумящего усилителя на входе приемника и сложностью реализованных алгоритмов цифровой обработки. Типовые значения современных приемников лежат в диапазоне 143 дБм для поиска и 160 дБм для слежения.

Кроме определения местоположения ГНСС предоставляют информацию о точном времени. Как правило, все приемники имеют выход PPS (pulse per second, импульсов в секунду) - секундная метка (1 Гц), которая точно синхронизирована с временной шкалой UTC.

Дополнительные функции навигационных устройств

Счисление пути . На основе информации о направлении движения и пройденном пути (предоставляется дополнительными датчиками) приемник может рассчитывать свои координаты при отсутствии сигналов от спутников (например, в туннелях, на подземных стоянках и в плотной городской застройке).

Некоторые модули имеют возможность напрямую подключать флэш-память (например, по SPI) к модулю для записи трека c необходимой периодичностью. Эта функция позволяет отказаться от использования отдельного микроконтроллера, либо она может быть полезной для минимизации энергопотребления (т.е. система на кристалле может находиться в состоянии сна).

На этом поверхностный обзор технологий глобальной спутниковой навигации завершен. Спасибо за внимание. Примеры реализованных проектов на базе этих ГЛОНАСС и GPS можно посмотреть на странице

Что представляет собой спутниковый навигатор, и действительно ли он так необходим, как об этом говорят? Многие современные автолюбители уже не мыслят себя без этого полезного устройства, считая GPS навигатор неотъемлемой частью своего автомобиля. Чем же вызвано такое благоговейное отношение?

Интересные факты о спутниковой навигации

К концу семидесятых годов Минобороны США запустило систему GPS в своих целях, обнаружив, что с помощью места расположения спутника и подаваемого им сигнала возможно с высокой точностью определить скорость движения и геолокацию объекта на земле. Кроме того, возможно и обратное действие – определение координат спутника в космосе по данным местонахождения человека.

Спустя некоторое время эта система внедрилась в обычную жизнь граждан, позволяя пользоваться ее преимуществами.

Факт! Первый навигатор для автомобилистов, обладающий способностью принимать информацию о транспортных коллапсах на дорогах, был презентован весной 2008 года компанией JJ-Group.

Навигатор JJ-Connect Autonavigator 4000W Traffic с предельной точностью выявлял зоны затрудненного движения транспорта и, автоматически составляя маршрут, давал рекомендации по наиболее оптимальному пути следования в сложившихся условиях.

Удобство использования спутниковой навигации в кратчайшее время было оценено автомобилистами.

Принцип действия

Для того, чтобы точно определить наземные координаты объекта, используется приемник сигналов, отправляемых со спутника системами типа ГЛОНАСС и GPS.

Анализируя полученную информацию, процессор, размещенный в устройстве, совершает точный расчет местонахождения данного прибора, расположенного на земле, указывая несколько величин:

• широту;
• высоту;
• долготу (в более редких случаях).

Процесс определения координат длится от пары секунд до нескольких часов. Скорость выполнения задачи зависит следующего ряда факторов:

• тип устройства;
• вид спутниковой системы;
• условия видимости спутника;
• геолокация спутника.

Нередки случаи невозможности точного определения местонахождения при неблагоприятных внешних условиях. Такими условиями может быть погода или расположение объекта вне зоны досягаемости спутника, например, под землей.

Прибор обладает встроенным GPS приемником, запрограммированным на определенную частоту, и постоянно взаимодействующим со спутником (или несколькими). Каждый радиосигнал содержит некие закодированные данные:

• о техническом состоянии спутника;
• о расположении спутника на земной орбите;
• о точном времени на каждый конкретный момент.

Последняя информация наиболее важна для получения координат объекта на земле с высокой точностью. В результате несоответствия отображаемого времени на спутнике, где установлены крупногабаритные высокоточные часы, и данных GPS приемника с обычными часами, первое время возникали существенные (до 200км) расхождения из-за невозможности полной синхронизации. Проблема решилась использованием трех спутников вместо двух. Благодаря пересечению волн с трех сторон определение местонахождения объекта стало возможным с точностью до двух метров.

В современном мире спутниковые GPS навигаторы повсеместно устанавливаются в автомобилях. Технические возможности позволяют использовать электронные карты, показывающие на экране часть местности, окружающей навигатор. GPS карты следует загружать в устройство самостоятельно, с учетом своего постоянного места пребывания либо геолокации в конкретный период времени.

Характеристики и топ навигаторов

Существует огромное количество навигаторов различного ценового диапазона. В качестве примеров можно привести такие зарекомендовавшие себя модели, входящих в топ лучших по опросам потребителей:

• Prology iMap-7300;
• LEXAND SA5 HD+;
• Navitel G500;
• Prology iMap-5600 Black;
• Navitel А735;
• Garmin NuviCam LMT Rus;
• TomTom GO 6000;
• Garmin Nuvi 2595LT;
• Garmin nuvi 55LMT;
• Prestigio GeoVision 5056.

Стоимость одной единицы варьируется от 4 до 80 тысяч рублей, в зависимости от технических характеристик и возможностей устройства.

Разработчики проявляют максимум изобретательности при создании спутниковых приемников. Бюджетные модели обладают стандартными функциями, тогда как устройства класса премиум могут включать в себя ряд дополнительных возможностей такого характера:

• емкий аккумулятор;
• сенсорный дисплей свыше 6 дюймов;
• встроенная память не менее 4 ГБ;
• новейшая операционная система Windows, исключающая зависание и торможение процесса;
• встроенный видеорегистратор;
• модуль Bluetooth.

Но это еще не весь функционал, возможны следующие дополнения:

• совместимость со смартфонами любых моделей;
• большой набор объектов POI;
• встроенные карты 3D с возможностью бесплатного обновления;
• поддержка внешних USB-модемов;
• видеоигры;
• автоматизированные предупреждения.

Говоря о предупреждениях, стоит заметить многообразие данной услуги. Это могут быть автоматизированные подсказки различного рода:

• о кафе и ресторанах;
• о приближающейся достопримечательности;
• о гостиницах;
• о больницах;
• о станциях технического обслуживания;
• о мойках и АЗС.

Кроме того, в устройствах имеется ряд важных предупреждений:

• о поворотах (что особенно удобно в ночное время);
• о приближении поста дорожной госавтоинспекции;
• об установленной на пути следования видеокамере;
• о произошедшей аварии и автомобильной пробке.

Последнее качество особенно ценится водителями. Помимо предупреждений, система автоматически выстраивает оптимальный маршрут следования с учетом возникающих на пути препятствий следующего типа:

• знаков объезда;
• знаков ограничения движения (кирпич);
• ремонтных работ;
• вышедшего из строя светофора.

Удобство использования спутникового устройства ежедневно подтверждается автолюбителями. Особым преимуществом данного прибора, помимо автоматизированных подсказок, является 3D карта. Постоянная видимость собственного маршрута следования на экране приемника придает водителю уверенность. Конечно, можно самостоятельно отклониться от предлагаемого маршрута, однако в течение нескольких секунд навигатор предложит новый путь с учетом возникших обстоятельств.