Тел:
(499)
408-7471
  ICQ: 350-244-494

Что такое GPS?

GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения координат - Global Positioning System. Эта система позволяет с точностью не хуже 100 м определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.

Технология спутниковой навигации основана на приеме сигналов, поступающих от спутников, и вычислении расстояния между спутником в момент излучения и приемником в момент приема. Регистрируя время прохождения радиосигнала, и, зная скорость его распространения, легко определить расстояние до источника излучения. Для вычисления координат (широты и долготы) приемника на поверхности земли необходимо одновременно определять расстояние до трех навигационных спутников. При приеме сигналов от четырех спутников можно вычислить также высоту объекта над уровнем моря. Положение спутников на орбитах должно быть известно в любой момент времени. Помимо этого для правильного вычисления координат необходима точная временная привязка и синхронизация часов на спутниках и в навигационных приемниках. На спутники устанавливают атомные часы, имеющие точность около одной наносекунды. Для корректировки хода часов навигационных приемников используются специальные алгоритмы обработки сигналов, одновременно поступающих от четырех спутников.

Современные спутниковые навигационные системы состоят из трех компонент:

  • Космическая компонента представляет собой систему спутников связи, расположенных на определенных околоземных орбитах.
  • Станции слежения за спутниками осуществляют постоянный контроль технического состояния спутников, проводят корректировку их орбит, и корректировку спутниковых шкал времени.
  • Пользовательская компонента - это навигационное оборудование, принимающее сигналы от спутников.

В настоящий момент в мире функционирует две крупные спутниковые навигационные системы американская NAVSTAR (или GPS -Global Positioning System) и российская ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система).

Система GPS включает в себя 24 навигационных спутника с орбитальным периодом в 12 часов. Спутники находятся на высоте примерно 20200 км от поверхности Земли в шести различных плоскостях, имеющих наклон к экватору в 55°, в каждой плоскости расположено по 4 спутника.

Министерство Обороны США имеет 4 станции слежения за спутниками, три станции связи и центр осуществляющий контроль и управление за всем наземным сегментом системы.

Навигационные сигналы излучаются спутниками на двух рабочих частотах: на частоте1575.42 МГц (диапазон L1) и на частоте 1227.60 МГц (диапазон L2). В диапазоне L1 излучаются сигналы, предназначенные для гражданских пользователей, а также сигналы военного кода. Диапазон L2 используется только для передачи сигналов военного кода. Пользовательские навигационные приборы принимают сигналы в обоих диапазонах, что позволяет уменьшить погрешности, связанные с влиянием ионосферы.

Какова точность определения координат навигационным устройством и от каких факторов она зависит?

Система GPS работает в двух режимах:

  • режим высокой точности, обеспечивающий определение координат с точностью до нескольких сантиметров, предназначен исключительно для военных целей.
  • режим стандартной точности предназначен для гражданских приборов. Минобороны США преднамеренно уменьшало точность гражданских GPS-навигаторов, вводя так называемый «избирательный доступ». Максимальная ошибка определения координат могла доходить до 100 м. 1 мая 2000 года по решению президента США «избирательный доступ» был отключен и гражданские пользователи GPS получили возможность определять свои координаты в десять раз точнее.

На точность вычисления местоположения существенно влияет геометрия спутников, то есть расположение спутников относительно друг друга и относительно GPS - приемника. В оптимальном варианте четыре «видимых» приемником спутника должны находится в разных направлениях.

При прохождении радиосигнала через ионосферу и тропосферу скорость его распространения уменьшается, что приводит к ошибкам о вычислении расстояний до спутников. Существенное влияние оказывают также различные атмосферные явления.

Повторное отражение спутникового сигнала от различных объектов возможно в городе среди высоких зданий, в горах или в ущельях. При этом радиосигнал взаимодействует со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Отраженному сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому, возникают ошибки определения дальности.

Интерференция сигнала, поступающего от спутника и сигналов, отраженных от различных объектов, также вносит определенную погрешность в определение координат.

Погрешность вносят также ошибки хода часов приемника.

Специальные алгоритмы обработки радиосигналов и конструкция антенн современных GPS - приемников позволяют свести к минимуму влияние перечисленных источников ошибок.

GPS навигатор

Остановимся на пользовательской компоненте спутниковой навигационной системы - навигационном оборудовании. Постараемся избежать традиционной терминологической путаницы и рассмотрим две группы навигационных приборов: GPS навигаторы и GPS приемники.

GPS навигатор - это прибор, принимающий сигналы от спутников системы GPS, вычисляющий и отображающий на дисплее свое текущее местоположение (координаты), а также некоторую сопутствующую информацию. Точность определения координат для приборов бытового назначения составляет несколько десятков метров. Сигнал поступает от спутников с определенной периодичностью, что дает возможность зафиксировать изменение местоположения объекта. По ходу движения координаты точек маршрута сохраняются в памяти прибора. GPS навигатор способен выполнять свои функции в полностью автономном режиме, предоставляя пользователю данные о текущих координатах, направлении движения, точках маршрута, кратчайшем расстоянии до места назначения, расчетном времени в пути и др. GPS навигатор способен обмениваться данными с ПК или КПК при наличии соответствующего программного обеспечения и аппаратных средств.

Все, представленные сегодня на рынке, GPS навигаторы можно разделить на: портативные (карманные) приборы, стационарные приборы и профессиональные комплексы.

Портативные GPS навигаторы представляют собой миниатюрные приборы со встроенной GPS антенной, как правило, в водонепроницаемом ударопрочном корпусе. Они рассчитаны на самую широкую аудиторию (геологи и геодезисты, туристы, рыбаки, водители дальнобойщики - далеко не полный перечень потенциальных пользователей GPS навигаторов), поэтому чрезвычайно просты в использовании. Широкий модельный ряд подобных приборов включает как простейшие устройства, сохраняющие в памяти только координаты точек маршрута, так и более сложные модели, позволяющие загружать электронные карты и отображать на них текущее положение и пройденный маршрут. Отдельные модели имеют встроенный электронный магнитный компас, для ориентации по сторонам света независимо от приема спутниковых сигналов и барометрический высотомер.

Автомобильные GPS навигаторы - это стационарные приборы, которые размещаются на приборной панели автомобиля и имеют расширенный набор функций для использования в автомобиле (расширенные картографические возможности, сенсорный дисплей, управление с помощью пульта ДУ). Новейшие модели имеют специальные функции для навигации по улицам города (голосовые подсказки, построители маршрутов и т.д.). Такие приборы работают с выносной антенной.

Профессиональные навигационные комплексы, работающие в системе со специализированным оборудованием (эхолотами, гироскопами, радарами и т.д.), не являются предметом текущего обсуждения.

Часто GPS навигаторы ошибочно именуют GPS приемниками, забывая, что GPS приемник (устройство приема спутниковых сигналов), являясь ядром любого навигатора, может выступать и в качестве самостоятельного навигационного прибора. Функции обработки и визуализации навигационных данных выполняются при этом ПК (или КПК), под управлением которого работает GPS-приемник.

GPS карты

Электронные карты, используемые в современных навигационных системах, в соответствии с ГОСТ Р 50828-95 определяются как векторные или растровые карты, сформированные на машинном носителе с использованием программных и технических средств в принятой проекции, системе координат, условных знаках, предназначенные для отображения, анализа и моделирования, а также решения информационных и расчетных задач по данным о местности и обстановке.

Большинство моделей карманных и автомобильных GPS-навигаторов имеют встроенную электронную картографическую систему, помимо этого предусмотрена возможность загрузки более детальных дополнительных карт. Проблема, с которой сталкиваются пользователи GPS в нашей стране, заключается в том, что подробных дополнительных карт РФ от ведущих фирм - производителей навигационного оборудования пока не существует. Доступные пользователям электронные карты различных регионов нашей страны должны быть привязаны к одной из координатных сеток, поддерживаемой навигатором. Эта операция осуществляется с помощью специального программного обеспечения, позволяющего осуществлять обмен данными с GPS навигаторами.

GPS программы

GPS-программы обеспечивают функционал, необходимый для ввода, хранения, обработки и визуализации географической и навигационной информации. Среди них можно выделить два класса программ: программы для ПК и программы для карманных компьютеров.

Программы, работающие на ПК в основном предназначены для ретроспективного анализа и отображения навигационных данных. Работа в режиме реального времени возможна в случае соединения навигационного устройства с компьютером (например, по радиоканалу). Наиболее популярные программные продукты, использующиеся для работы с растровыми картами, поддерживают обмен данными с большинством моделей GSM навигаторов. Приведем перечень основных возможностей ПО данного класса:

  • Работа с любыми растровыми картами, в том числе с картами, отсканированными пользователем,
  • Привязка электронной карты к координатной сетке, поддерживаемой навигатором.
  • Нанесение на карту реперных точек, путей, маршрутов и загрузка их и навигационный прибор,
  • Планирование маршрута (нахождение кратчайшего пути).
  • Отображение маршрута на карте.

Программы для КПК предназначены для совместной работы с любыми моделями GPS-навигаторов, включая навигаторы без графических возможностей. Перечисленные программы выполняют следующие функции: отображение карты и ее масштабирование, поиск объектов (в том числе по адресам), прокладка маршрутов, отображение на карте текущего местоположения объекта.


© 2008 NetStroy
 
Rambler's Top100