Pametni telefoni su odavno prestali da budu jednostavni "birači". Svojim vlasnicima otvorili su puno novih mogućnosti.
Na prvom mjestu je punopravni brzi pristup internetu i komunikacija na društvenim mrežama i instant messengerima. Ali ništa manje traženo nije GPS pozicioniranje, o čemu ćemo sada detaljno razgovarati.
Šta je GPS?
GPS je navigacijski sistem koji određuje lokaciju pametnog telefona, gradi rute i omogućava vam da pronađete željeni objekt na mapi.
Gotovo svaki moderni uređaj ima ugrađen GPS modul. Ovo je antena podešena na signal satelita GPS geolokacionog sistema. Prvobitno je razvijen u SAD-u za vojne svrhe, ali je kasnije njegov signal postao dostupan svima. GPS modul ovog gadžeta je prijemna antena sa pojačalom, ali ne može prenositi signal. Primajući signal sa satelita, pametni telefon određuje koordinate svoje lokacije.
Gotovo svaka moderna osoba barem jednom je koristila GPS navigaciju na pametnom telefonu ili tabletu. Potreba za njim može se pojaviti u svakom trenutku kod ljudi različitih profesija i zanimanja. Neophodan je vozačima, kuririma, lovcima, ribarima, pa čak i običnim pješacima koji se nađu u nepoznatom gradu. Zahvaljujući takvoj navigaciji možete odrediti svoju lokaciju, pronaći željeni objekt na karti, izgraditi rutu, a ako imate pristup internetu, izbjeći saobraćajne gužve.
Offline karte za GPS
Google je za svoj Android operativni sistem razvio posebnu aplikaciju za geolociranje - Google Maps. Brzo pronalazi satelite, razvija rute do objekata i nudi alternative. Nažalost, u nedostatku područja pokrivenosti mobilnom mrežom, Google Maps ne radi, jer se geografske karte ovdje učitavaju putem interneta.
Za offline navigaciju, najbolje rješenje je preuzimanje aplikacija koje podržavaju offline karte, kao što su Maps.me, Navitel i 2GIS. Također možete instalirati aplikaciju Mape: Transport & Navigation za Google Maps.
U tom slučaju nećete morati trošiti internetski promet na preuzimanje mapa - one će uvijek biti na vašem uređaju, bez obzira na lokaciju. Ovo je posebno tačno kada ste u inostranstvu, jer su troškovi rominga za pristup Internetu veoma visoki.
Kako omogućiti GPS na Androidu?
Aktivacija GPS-modula u Android operativnom sistemu moguća je na dva načina:
- Gornja zavjesa. Prevucite prstom od vrha ekrana prema dolje i u meniju koji se otvori dodirnite dugme Lokacija, Geolokacija ili Geopodaci (ovisno o verziji Androida).
- U postavkama Androida pronađite stavku slične stavke, pomaknite potvrdni okvir na poziciju "Omogućeno".
Tokom aktivnog rada navigacionog sistema pametnog telefona, punjenje njegove baterije počinje se prilično aktivno trošiti, tako da biste trebali voditi računa o dodatnim izvorima napajanja. Na primjer, kada vozite, morate koristiti punjenje automobila, a kada vozite bicikl ili hodate -.
Također je vrijedno zapamtiti da je pouzdan prijem satelitskog signala moguć na otvorenim područjima, tako da kada ste u zatvorenom prostoru ili u tunelu, geolokacija postaje nemoguća. Utječe i oblačno vrijeme - zbog oblaka uređaj duže traži satelite i manje precizno određuje njegove koordinate.
Ne tako davno GPS je bio jedini geolokacijski sistem, pa se u ranim verzijama Androida samo on spominjao, a tako se zvalo i dugme za aktiviranje usluge. Od 2010. godine ruski je u potpunosti zaradio, a od 2012. -.
Kao što je često slučaj sa visokotehnološkim projektima, inicijatori razvoja i implementacije GPS-a (Global Positioning System – globalni sistem pozicioniranja) bila je vojska. Projekt satelitske mreže za određivanje koordinata u realnom vremenu bilo gdje u svijetu nazvan je Navstar (Navigacijski sistem sa mjerenjem vremena i vremena - navigacijski sistem za određivanje vremena i dometa), dok se skraćenica GPS pojavila kasnije, kada se sistem počeo koristiti ne samo u odbrani, ali i u civilne svrhe.
Prvi koraci za implementaciju navigacijske mreže poduzeti su sredinom sedamdesetih, dok je komercijalni rad sistema u sadašnjem obliku počeo 1995. godine. Trenutno je u funkciji 28 satelita, ravnomjerno raspoređenih u orbitama na visini od 20.350 km (24 satelita su dovoljna za punu funkciju).
Prelazeći malo unaprijed, reći ću da je zaista ključni trenutak u historiji GPS-a bila odluka američkog predsjednika da od 1. maja 2000. godine ukine režim takozvanog selektivnog pristupa (SA – selektivna dostupnost) – greška koja je umjetno uvedena u satelitske signale za neprecizan rad civilnih GPS prijemnika . Od sada, amaterski terminal može odrediti koordinate s preciznošću od nekoliko metara (ranije je greška bila desetine metara)! Slika 1 prikazuje greške u navigaciji prije i nakon onemogućavanja načina selektivnog pristupa (podaci).
Pokušajmo općenito razumjeti kako funkcionira globalni sistem pozicioniranja, a zatim se dotaknemo niza korisničkih aspekata. Razmatranje će započeti principom određivanja dometa koji je u osnovi rada svemirskog navigacionog sistema.
Algoritam za mjerenje udaljenosti od tačke posmatranja do satelita.
Raspon se zasniva na izračunavanju udaljenosti od vremenskog kašnjenja prostiranja radio signala od satelita do prijemnika. Ako znate vrijeme širenja radio signala, onda je lako izračunati put koji je prešao jednostavnim množenjem vremena brzinom svjetlosti.
Svaki satelit GPS sistema kontinuirano generiše radio talase dve frekvencije - L1=1575,42MHz i L2=1227,60MHz. Snaga predajnika je 50 i 8 vati, respektivno. Navigacijski signal je PRN kod s faznim pomakom (Pseudo Random Number code). PRN je dva tipa: prvi, C/A-code (Coarse Acquisition Code - grubi kod) se koristi u civilnim prijemnicima, drugi P-code (Precision code - tačan kod), koristi se u vojne svrhe, a takođe, ponekad, za rješavanje problema geodezije i kartografije. Frekvencija L1 je modulirana i C/A i P-kodom, L2 frekvencija postoji samo za prijenos P-koda. Pored opisanih, postoji i Y-kod, koji je šifrovani P-kod (u ratu se sistem šifrovanja može promeniti).
Period ponavljanja koda je prilično velik (na primjer, za P-kod je 267 dana). Svaki GPS prijemnik ima svoj oscilator, koji radi na istoj frekvenciji i modulira signal prema istom zakonu kao i oscilator satelita. Dakle, iz vremena kašnjenja između istih dijelova koda primljenih sa satelita i generiranih nezavisno, moguće je izračunati vrijeme širenja signala, a samim tim i udaljenost do satelita.
Jedna od glavnih tehničkih poteškoća gore opisane metode je sinhronizacija satova na satelitu i prijemniku. Čak i mala greška prema uobičajenim standardima može dovesti do velike greške u određivanju udaljenosti. Svaki satelit ima na sebi atomski sat visoke preciznosti. Jasno je da je nemoguće ugraditi tako nešto u svaki prijemnik. Stoga, da bi se ispravile greške u određivanju koordinata zbog grešaka sata ugrađenog u prijemnik, koristi se određena redundantnost podataka potrebnih za nedvosmisleno vezivanje za teren (više o tome kasnije).
Osim samih navigacijskih signala, satelit kontinuirano prenosi razne vrste servisnih informacija. Prijemnik prima, na primjer, efemeride (tačne podatke o orbiti satelita), prognozu kašnjenja širenja radio signala u jonosferi (pošto se brzina svjetlosti mijenja prilikom prolaska kroz različite slojeve atmosfere), kao i informacije o performansama satelita (tzv. "almanah", koji sadrži ažurirane informacije na svakih 12,5 minuta o statusu i orbitama svih satelita). Ovi podaci se prenose brzinom od 50 bita/s na L1 ili L2 frekvencijama.
Opći principi za određivanje koordinata pomoću GPS-a.
Osnova ideje određivanja koordinata GPS prijemnika je izračunavanje udaljenosti od njega do nekoliko satelita, čija se lokacija smatra poznatom (ovi podaci sadržani su u almanahu primljenom sa satelita). U geodeziji se metoda izračunavanja položaja objekta mjerenjem njegove udaljenosti od tačaka sa datim koordinatama naziva trilateracija. 
Fig2.
Ako je poznata udaljenost A do jednog satelita, tada se koordinate prijemnika ne mogu odrediti (može se nalaziti u bilo kojoj tački sfere polumjera A, opisanom oko satelita). Neka je poznata udaljenost B prijemnika od drugog satelita. U ovom slučaju određivanje koordinata takođe nije moguće – objekat se nalazi negdje u krugu (prikazano plavom bojom na sl. 2), što je sjecište dvije sfere. Udaljenost C do trećeg satelita smanjuje nesigurnost u koordinatama na dvije tačke (označene sa dvije podebljane plave tačke na slici 2). Ovo je već dovoljno da se nedvosmisleno odrede koordinate - činjenica je da se od dvije moguće lokacije prijemnika samo jedna nalazi na površini Zemlje (ili u njenoj blizini), a druga, lažna, ispada biti ili duboko unutar Zemlje ili veoma visoko iznad njene površine. Dakle, teoretski, za trodimenzionalnu navigaciju dovoljno je znati udaljenosti od prijemnika do tri satelita.
Međutim, život nije tako jednostavan. Gore navedena razmatranja su data za slučaj kada su udaljenosti od tačke posmatranja do satelita poznate sa apsolutnom tačnošću. Naravno, koliko god sofisticirani inženjeri bili, uvijek dođe do neke greške (barem prema nepreciznoj sinhronizaciji satova prijemnika i satelita naznačenoj u prethodnom dijelu, ovisnosti brzine svjetlosti od stanja atmosfere itd. .). Stoga, da bi se odredile trodimenzionalne koordinate prijemnika, nisu uključena tri, već najmanje četiri satelita.
Nakon što je primio signal od četiri (ili više) satelita, prijemnik traži točku sjecišta odgovarajućih sfera. Ako takva tačka ne postoji, procesor prijemnika počinje da podešava svoj sat uzastopnim aproksimacijama sve dok ne postigne presek svih sfera u jednoj tački.
Treba napomenuti da je tačnost određivanja koordinata povezana ne samo s preciznim proračunom udaljenosti od prijemnika do satelita, već i s veličinom greške u postavljanju lokacije samih satelita. Za kontrolu orbita i koordinata satelita, postoje četiri zemaljske stanice za praćenje, komunikacijski sistemi i kontrolni centar pod kontrolom američkog Ministarstva odbrane. Stanice za praćenje konstantno prate sve satelite u sistemu i prenose podatke o njihovim orbitama u kontrolni centar, gdje se izračunavaju rafinirani elementi putanje i korekcije satelitskog sata. Ovi parametri se unose u almanah i prenose na satelite, koji zauzvrat šalju ove informacije svim operativnim prijemnicima.
Pored navedenih, postoji mnogo posebnih sistema koji povećavaju točnost navigacije - na primjer, posebne sheme obrade signala smanjuju greške od smetnji (interakcija direktnog satelitskog signala s reflektovanim, na primjer, iz zgrada). Nećemo se upuštati u karakteristike funkcioniranja ovih uređaja, kako ne bismo nepotrebno komplicirali tekst.
Nakon ukidanja gore opisanog načina selektivnog pristupa, civilni prijemnici se "vezuju za teren" sa greškom od 3-5 metara (visina se određuje sa tačnošću od oko 10 metara). Gore navedene brojke odgovaraju istovremenom prijemu signala sa 6-8 satelita (većina modernih uređaja ima 12-kanalni prijemnik koji vam omogućava da istovremeno obrađujete informacije sa 12 satelita).
Kvalitativno smanjenje greške (do nekoliko centimetara) u mjerenju koordinata omogućava način rada tzv. diferencijalne korekcije (DGPS - Differential GPS). Diferencijalni način rada se sastoji u korištenju dva prijemnika - jedan je fiksiran u tački s poznatim koordinatama i naziva se "baza", a drugi je, kao i prije, mobilan. Podaci koje prima bazni prijemnik koriste se za ispravljanje informacija koje je prikupio rover. Ispravka se može izvršiti i u realnom vremenu i uz "offline" obradu podataka, na primjer, na računaru.
Obično je osnovni prijemnik profesionalni prijemnik u vlasništvu navigacijske ili geodetske kompanije. Na primjer, u februaru 1998., u blizini Sankt Peterburga, NavGeoCom je instalirao prvu rusku diferencijalnu GPS zemaljsku stanicu. Snaga predajnika stanice je 100 vati (frekvencija 298,5 kHz), što omogućava korištenje DGPS-a na udaljenosti do 300 km od stanice morem i do 150 km kopnom. Pored zemaljskih baznih prijemnika, OmniStar-ov satelitski sistem diferencijalne usluge može se koristiti za korekciju GPS diferencijala. Podaci za korekciju se prenose sa nekoliko geostacionarnih satelita kompanije.
Treba napomenuti da su glavni korisnici diferencijalne korekcije geodetske i topografske usluge - za privatnog korisnika DGPS nije od interesa zbog visoke cijene (OmniStar paket usluga u Europi košta više od 1.500 USD godišnje) i glomazne opreme. I malo je vjerojatno da će se u svakodnevnom životu pojaviti situacije kada trebate znati svoje apsolutne geografske koordinate s greškom od 10-30 cm.
U zaključku dijela koji govori o "teorijskim" aspektima funkcionisanja GPS-a, reći ću da je Rusija, u slučaju svemirske navigacije, krenula svojim putem i razvija svoj GLONASS (Global Navigation Satellite System). Ali zbog nedostatka odgovarajućih investicija, trenutno je u orbiti samo sedam satelita od dvadeset četiri potrebna za normalno funkcionisanje sistema...
Kratke subjektivne napomene korisnika GPS-a.
Desilo se da sam za mogućnost određivanja svoje lokacije pomoću nosivog uređaja veličine mobilnog telefona saznao devedeset sedme godine iz nekog časopisa. Međutim, divne perspektive koje su nacrtali autori članka nemilosrdno je slomila cijena navigacijskog aparata navedena u tekstu - skoro 400 dolara!
Godinu i po kasnije (u avgustu 1998.) sudbina me dovela u malu sportsku radnju u američkom gradu Bostonu. Kakvo je bilo moje iznenađenje i radost kada sam na jednom od prozora slučajno primijetio nekoliko različitih navigatora, od kojih je najskuplji koštao 250 dolara (jednostavni modeli su bili ponuđeni za 99 dolara). Naravno, više nisam mogao izaći iz trgovine bez uređaja, pa sam počeo mučiti prodavce o karakteristikama, prednostima i nedostacima svakog modela. Nisam čuo ništa razumljivo od njih (a nikako zato što ne znam dobro engleski), pa sam sve morao sam da smislim. I kao rezultat toga, kako to često biva, kupljen je najnapredniji i najskuplji model - Garmin GPS II +, kao i posebna torbica za njega i kabel za napajanje iz utičnice za upaljač automobila. Prodavnica je imala još dva dodatka za moj sada uređaj - uređaj za pričvršćivanje navigatora na upravljač bicikla i kabl za povezivanje sa računarom. Zadnji sam dugo vrtio u rukama, ali sam na kraju odlučio da ga ne kupim zbog poprilično visoke cijene (nešto više od 30$). Kako se kasnije ispostavilo, nisam baš ispravno kupio kabl, jer se sva interakcija uređaja sa računarom svodi na "krem" u kompjuteru pređene rute (a takođe, mislim, i koordinate u realnom vremenu, ali postoje određene nedoumice u vezi s tim), pa čak i tada uvjet kupovine softvera od Garmina. Nažalost, ne postoji mogućnost učitavanja mapa u uređaj.
Neću davati detaljan opis svog uređaja, makar samo zato što je već ukinut (oni koji žele da se upoznaju sa detaljnim tehničkim karakteristikama mogu to da urade). Samo ću napomenuti da je težina navigatora 255 grama, dimenzije su 59x127x41 mm. Zbog svog trouglastog poprečnog presjeka, uređaj je izuzetno stabilan na stolu ili komandnoj tabli automobila (uz čičak za čvršću fiksaciju). Napajanje se vrši iz četiri AA baterije (traje samo 24 sata neprekidnog rada) ili eksternog izvora. Pokušat ću vam reći o glavnim karakteristikama mog uređaja, koje, mislim, ima velika većina navigatora na tržištu.
Na prvi pogled GPS II + može se zamijeniti za mobilni telefon koji je izašao prije nekoliko godina. Samo pažljivije gledate, primetićete neobično debelu antenu, ogroman ekran (56x38 mm!) i mali broj tastera po telefonskim standardima.
Kada se uređaj uključi, počinje proces prikupljanja informacija sa satelita, a na ekranu se pojavljuje jednostavna animacija (rotirajući globus). Nakon inicijalne inicijalizacije (koja traje nekoliko minuta na otvorenom), na displeju se pojavljuje primitivna mapa neba sa brojevima vidljivih satelita, a pored nje je histogram koji pokazuje nivo signala sa svakog satelita. Osim toga, naznačena je navigacijska greška (u metrima) - što više satelita uređaj vidi, to je preciznije određivanje koordinata, naravno.
GPS II+ sučelje je izgrađeno na principu "okretanja" stranica (za to postoji čak i posebno dugme PAGE). Gore je opisana "satelitska stranica", a osim nje tu su i "navigacijska stranica", "mapa", "povratna stranica", "stranica menija" i niz drugih. Treba napomenuti da opisani uređaj nije rusificiran, ali čak i uz slabo poznavanje engleskog jezika možete razumjeti njegov rad.
Stranica za navigaciju prikazuje: apsolutne geografske koordinate, pređenu udaljenost, trenutne i prosječne brzine kretanja, nadmorsku visinu, vrijeme kretanja i, na vrhu ekrana, elektronski kompas. Moram reći da se visina određuje s mnogo većom greškom od dvije horizontalne koordinate (postoji čak i posebna napomena u korisničkom priručniku na ovu temu), što ne dopušta korištenje GPS-a, na primjer, za određivanje visine paraglajdera. Ali trenutna brzina se izračunava izuzetno precizno (posebno za objekte koji se brzo kreću), što omogućava korištenje uređaja za određivanje brzine motornih sanki (čiji brzinomjeri imaju tendenciju da značajno lažu). Mogu vam dati "loš savjet" - kada iznajmljujete auto, isključite mu brzinomjer (da broji manje kilometara - uostalom, plaćanje je često proporcionalno kilometraži), i odredite brzinu i pređenu udaljenost pomoću GPS-a (srećom, može se mjeriti i u miljama i u kilometrima).
Prosječna brzina je određena pomalo čudnim algoritmom - vrijeme mirovanja (kada je trenutna brzina nula) se ne uzima u obzir u proračunima (po mom mišljenju, bilo bi logičnije jednostavno podijeliti prijeđenu udaljenost s ukupnim vremenom putovanja , ali su se kreatori GPS-a II+ vodili nekim drugim razmatranjima).
Prijeđena udaljenost prikazana je na "mapi" (memorije uređaja dovoljna je za 800 kilometara - s većom kilometražom, najstarije oznake se automatski brišu), pa ako želite, možete vidjeti šemu svojih lutanja. Razmjera karte se mijenja od desetina metara do stotina kilometara, što je nesumnjivo izuzetno zgodno. Najčudnije je da se u memoriji uređaja nalaze koordinate glavnih naselja cijelog svijeta! SAD su, naravno, predstavljene detaljnije (na primjer, svi okrugi Bostona su prisutni na mapi s imenima) od Rusije (ovdje je naznačena lokacija samo takvih gradova kao što su Moskva, Tver, Podolsk itd.). Zamislite, na primjer, da idete iz Moskve u Brest. Pronađite "Brest" u memoriji navigatora, pritisnite posebno dugme "GO TO" i lokalni smjer vašeg kretanja pojavljuje se na ekranu; globalni pravac ka Brestu; broj kilometara (naravno, naravno) preostalih do odredišta; prosječna brzina i predviđeno vrijeme dolaska. I tako bilo gdje u svijetu - čak i u Češkoj, čak iu Australiji, čak i na Tajlandu...
Jednako korisna je i takozvana funkcija povratka. Memorija uređaja vam omogućava da snimite do 500 ključnih tačaka (putnih tačaka). Korisnik može imenovati svaku tačku po vlastitom nahođenju (na primjer, DOM, DACHA, itd.), Također su predviđene različite ikone za prikaz informacija na displeju. Uključivanjem funkcije povratka na tačku (bilo koja od unaprijed snimljenih) vlasnik navigatora dobija iste opcije kao u gore opisanom slučaju sa Brestom (tj. udaljenost do točke, predviđeno vrijeme dolaska i sve ostalo) . Na primjer, imao sam takav slučaj. Stigavši automobilom u Prag i smjestivši se u hotel, prijatelj i ja smo otišli u centar grada. Ostavivši auto na parkingu, krenuli smo u šetnju. Nakon besciljne trosatne šetnje i večere u restoranu, shvatili smo da se ne sjećamo gdje smo ostavili auto. Napolju je noć, nalazimo se u jednoj od malih ulica nepoznatog grada... Srećom, pre nego što sam napustio auto, zapisao sam njegovu lokaciju u navigatoru. Sada sam pritiskom na par dugmadi na uređaju saznao da je auto udaljen 500 metara od nas, a nakon 15 minuta smo već slušali tihu muziku i krenuli autom prema hotelu.
Osim pravolinijskog kretanja do snimljene oznake, što nije uvijek zgodno u gradskim uvjetima, Garmin nudi funkciju TrackBack - vraćanje vlastitom putanjom. Grubo govoreći, kriva kretanja je aproksimirana nizom ravnih sekcija, a oznake su postavljene na tačkama prekida. Na svakom ravnom dijelu, navigator vodi korisnika do najbliže oznake, a kada se do nje dođe, automatski prelazi na sljedeću oznaku. Izuzetno zgodna funkcija kada vozite automobil na nepoznatom terenu (signal sa satelita, naravno, ne prolazi kroz zgrade, stoga, da biste dobili podatke o vašim koordinatama u gusto naseljenim uvjetima, morate tražiti više ili manje otvoreno mjesto).
Neću dalje ulaziti u opis mogućnosti uređaja - vjerujte mi da pored opisanih ima i puno ugodnih i potrebnih losiona. Jedna promena orijentacije ekrana nešto vredi - uređaj možete koristiti iu horizontalnom (automobil) i vertikalnom (pešak) položaju (vidi sliku 3).
Jednom od glavnih čari GPS-a za korisnika smatram odsustvo bilo kakve naknade za korištenje sistema. Jednom kupljen uređaj - i uživajte!
Zaključak.
Mislim da nema potrebe nabrajati oblasti primjene razmatranog sistema globalnog pozicioniranja. GPS prijemnici su ugrađeni u automobile, Mobiteli pa čak i ručne satove! Nedavno sam naišao na poruku o razvoju čipa koji kombinuje minijaturni GPS prijemnik i GSM modul - predlaže se opremanje ogrlica za pse uređajima koji se temelje na tome kako bi vlasnik lako mogao pronaći izgubljenog psa putem mobilne mreže.
Ali u svakom buretu meda postoji muha. U ovom slučaju, ruski zakoni djeluju kao potonji. Neću detaljno raspravljati o pravnim aspektima korištenja GPS navigatora u Rusiji (nešto o tome se može pronaći), samo ću napomenuti da su teoretski visoko precizni navigacijski uređaji (koji su, bez sumnje, čak i amaterski GPS prijemnici) zabranjeni ovdje, a njihove vlasnike čeka oduzimanje uređaja i poprilična kazna.
Na sreću korisnika, u Rusiji se ozbiljnost zakona nadoknađuje opcionalnošću njihove primjene - na primjer, po Moskvi se vozi ogroman broj limuzina s perilicom-antenom GPS prijemnika na poklopcu prtljažnika. Sva manje-više ozbiljna pomorska plovila opremljena su GPS-om (a već je odrasla cijela generacija jedriličara koji imaju poteškoća u navigaciji u svemiru pomoću kompasa i drugih tradicionalnih navigacijskih pomagala). Nadam se da nadležni neće ubaciti palicu u točkove tehničkog napretka i da će uskoro legalizovati upotrebu GPS prijemnika u našoj zemlji (ukinuli su dozvole za mobilne telefone), a takođe će dati zeleno svetlo za deklasifikovanje i repliciranje detaljne mape područja neophodne za potpunu upotrebu auto-navigacionih sistema.
Danas ćemo pričati o tome šta je GPS, kako ovaj sistem funkcioniše. Obratimo pažnju na razvoj ove tehnologije, njene funkcionalne karakteristike. Takođe ćemo razgovarati o ulozi interaktivnih mapa u radu sistema.
Istorija GPS-a
Istorija pojave globalnog sistema pozicioniranja, odnosno određivanja koordinata, započela je u Sjedinjenim Državama još dalekih 50-ih godina kada je prvi sovjetski satelit lansiran u svemir. Tim američkih naučnika koji je pratio lansiranje primijetio je da se, kako se satelit udaljava, frekvencija njegovog signala ravnomjerno mijenja. Nakon dubinske analize podataka, došli su do zaključka da je uz pomoć satelita, detaljnije, njegovu lokaciju i emitovani signal, moguće precizno odrediti lokaciju i brzinu osobe na zemlji, kao i kao i obrnuto, brzina i lokacija satelita u orbiti kada se određuju tačne koordinate osobe. Krajem sedamdesetih, Ministarstvo odbrane SAD-a je pokrenulo GPS sistem za svoje potrebe, a nekoliko godina kasnije postao je dostupan za civilnu upotrebu. Kako GPS sistem sada radi? Upravo onako kako je to funkcionisalo u to vrijeme, po istim principima i temeljima.
satelitsku mrežu
Više od dvadeset četiri satelita u Zemljinoj orbiti emituju sidrene radio signale. Broj satelita varira, ali uvijek postoji pravi broj u orbiti kako bi se osigurao nesmetan rad, plus neki od njih su u rezervi tako da ako prvi otkaže, oni preuzimaju svoje funkcije. S obzirom da je životni vijek svakog od njih otprilike 10 godina, lansiraju se nove, nadograđene verzije. Sateliti rotiraju u šest orbita oko Zemlje na visini manjoj od 20 hiljada km, formiraju međusobno povezanu mrežu, kojom upravljaju GPS stanice. Potonji se nalaze na tropskim otocima i povezani su s glavnom žarišnom točkom u Sjedinjenim Državama.
Kako funkcionira GPS navigator?
Zahvaljujući ovoj mreži možete saznati lokaciju tako što ćete izračunati kašnjenje širenja signala sa satelita i koristiti te informacije za određivanje koordinata. Kako GPS sistem sada radi? Kao i svaka navigaciona mreža u svemiru, potpuno je besplatna. Radi sa visokom efikasnošću u svim vremenskim uslovima iu bilo koje doba dana. Jedina kupovina koju biste trebali kupiti je sam GPS navigator ili uređaj koji podržava GPS funkcije. Zapravo, princip navigatora temelji se na dugo korištenoj jednostavnoj navigacijskoj shemi: ako tačno znate mjesto gdje se nalazi objekt markera, koji je najpogodniji za ulogu orijentira, i udaljenost od njega do vas , nacrtajte krug na kojem označite svoju lokaciju tačkom. Ako je polumjer kruga velik, zamijenite ga ravnom linijom. Nacrtajte nekoliko takvih traka od vaše moguće lokacije prema markerima, tačka presjeka linija će označavati vaše koordinate na karti. Gore navedeni sateliti u ovom slučaju samo igraju ulogu ovih markerskih objekata sa udaljenosti od oko 18 hiljada km od vaše lokacije. Iako orbitiraju velikom brzinom, njihova lokacija se stalno prati. Svaki navigator ima GPS prijemnik, koji je programiran na željenu frekvenciju i u direktnoj je interakciji sa satelitom. Svaki radio signal sadrži određenu količinu kodiranih informacija, što uključuje izjave o tehničkom stanju satelita, njegovoj lokaciji u Zemljinoj orbiti i vremenskoj zoni (tačno vrijeme). Inače, informacija o tačnom vremenu je najneophodnija za dobijanje podataka o vašim koordinatama: tekuće izračunavanje dužine vremena između povratka i prijema radio signala množi se sa brzinom samog radio talasa i sa kratkoročnim proračunima, izračunava se udaljenost između vašeg navigacijskog uređaja i satelita u orbiti.
Poteškoće sa sinhronizacijom
Na osnovu ovog principa navigacije, može se pretpostaviti da će vam za precizno određivanje vaših koordinata biti potrebna samo dva satelita, na osnovu čijih signala će biti lako pronaći točku raskrsnice, a kao rezultat toga i mjesto gdje si. Ali, nažalost, tehnički razlozi zahtijevaju korištenje drugog satelita kao markera. Glavni problem je sat GPS prijemnika, koji ne dozvoljava dovoljnu sinhronizaciju sa satelitima. Razlog tome je razlika u prikazu vremena (na vašem navigatoru i u prostoru). Sateliti imaju skupe visokokvalitetne atomske satove, što im omogućava da mjere vrijeme s izuzetnom preciznošću, dok konvencionalni prijemnici jednostavno ne mogu koristiti takve kronometre, jer dimenzije, cijena i složenost rada ne bi dopustili da se koriste svuda. Čak i mala greška od 0,001 sekunde može pomeriti koordinate za više od 200 km u stranu!
Treći marker
Stoga su programeri odlučili da ostave uobičajenu tehnologiju kvarcnih satova u GPS navigatorima i krenu drugačijim putem, tačnije - koriste tri, odnosno isti broj linija za naknadno ukrštanje umjesto dva satelitska orijentira. Rješenje problema temelji se na genijalno jednostavnom izlazu: kada se sve linije sa tri označena markera ukrste, čak i uz moguće nepreciznosti, stvara se zona u obliku trokuta čiji se centar uzima za sredinu. - tvoja lokacija. Takođe vam omogućava da detektujete razliku u vremenu između prijemnika i sva tri satelita (za koje će razlika biti ista), što vam omogućava da ispravite presek linija tačno u centru, drugim rečima - ovo određuje vaš GPS koordinate.
Jedna frekvencija
Također treba napomenuti da svi sateliti šalju informacije na vaš uređaj na istoj frekvenciji, što je prilično neobično. Kako funkcionira GPS navigator i kako ispravno percipira sve informacije ako mu svi sateliti kontinuirano i istovremeno šalju informacije? Sve je prilično jednostavno. Da bi se sami odredili, odašiljači na satelitu također šalju standardne informacije u radio signalu, koji sadrži šifrirani kod. Izvještava o maksimalnim karakteristikama satelita i unosi se u bazu podataka vašeg uređaja, što vam zatim omogućava da provjerite podatke sa satelita s bazom podataka navigatora. Čak i sa velikim brojem satelita u dometu, mogu se vrlo brzo i lako identifikovati. Sve to pojednostavljuje cjelokupnu shemu i omogućava korištenje manjih i slabijih prijemnih antena u GPS navigatorima, što smanjuje troškove i smanjuje dizajn i dimenzije uređaja.
GPS karte
GPS karte se zasebno preuzimaju na vaš uređaj, jer sami utičete na izbor područja u kojem želite da se krećete. Sistem samo uspostavlja vaše koordinate na planeti, a funkcija mapa je da na ekranu ponovo kreiraju grafičku verziju na kojoj se primjenjuju koordinate, što vam omogućava navigaciju po terenu. Kako GPS radi u ovom slučaju? Besplatno, i dalje ostaje u ovom statusu, kartice u nekim online trgovinama (i ne samo) se i dalje plaćaju. Često se za uređaj s GPS navigatorom kreiraju zasebne aplikacije za rad s kartama: plaćene i besplatne. Raznolikost karata prijatno iznenađuje i omogućava vam da postavite put od tačke A do tačke B što je moguće informativnije i sa svim pogodnostima: koje znamenitosti ćete proći, najkraći put do odredišta, glasovni asistent koji ukazuje na pravac i dr.
Dodatna GPS oprema
GPS sistem se koristi za više od samog usmjeravanja u pravom smjeru. Omogućava vam praćenje objekta koji može sadržavati takozvani beacon ili GPS tracker. Sastoji se od samog prijemnika signala i odašiljača baziranog na gsm, 3gp ili drugim komunikacijskim protokolima za prijenos informacija o lokaciji objekta do servisnih centara koji vrše kontrolu. Koriste se u mnogim industrijama: sigurnost, medicina, osiguranje, transport i mnoge druge. Postoje i auto trackeri koji se povezuju isključivo na automobil.
Putujte bez problema
Svakim danom, značenje karte i stalnog kompasa ide sve dalje i dalje u prošlost. Savremene tehnologije omogućavaju čoveku da utre put svom putovanju uz minimalan gubitak vremena, truda i novca, dok vidi najuzbudljivija i najzanimljivija mesta. Ono o čemu je prije jednog vijeka bila fantazija danas je postala stvarnost, a to mogu iskoristiti gotovo svi: od vojske, mornara i pilota aviona do turista i kurira. Sada je sve popularnija upotreba ovih sistema za komercijalnu, zabavnu, reklamnu industriju, gde svaki preduzetnik može da se pokaže na globalnoj mapi sveta i neće ga biti teško pronaći. Nadamo se da je ovaj članak pomogao svima koji se zanimaju za GPS – kako funkcionira, na osnovu čega se određuju koordinate, koje su njegove prednosti i mane.
Gotovo svaki moderni telefon već ima ugrađen GPS prijemnik, pomoću kojeg je moguće precizno odrediti svoju lokaciju na planeti Zemlji. Za rad i precizno određivanje lokacije GPS-a, internet i mobilna mreža tornjevi nisu potrebni. Sistem može raditi čak iusred pustinje daleko od civilizacije. Znamo da je to moguće zahvaljujući satelitima - ali kako to tačno funkcionira?
Osnova GPS sistema su navigacioni sateliti koji se kreću oko Zemlje u 6 kružnih orbitalnih putanja (po 4 satelita), na visini od 20180 km. GPS sateliti kruže oko Zemlje za 12 sati, njihova težina u orbiti je oko 840 kg, njihove dimenzije su 1,52 m širine i 5,33 m dužine, uključujući solarne panele koji generiraju 800 vati snage.
24 satelita obezbeđuju 100% operativnost GPS navigacionog sistema bilo gde u svetu. Maksimalan mogući broj satelita koji istovremeno rade u NAVSTAR sistemu je ograničen na 37. U orbiti su gotovo uvijek 32 satelita, 24 glavna i 8 rezervnih u slučaju kvara.
Budući da je poznato da svaki od satelita dnevno napravi dvije revolucije oko planete, lako je izračunati da je brzina njihovog kretanja približno 14.000 km/h. Sama lokacija satelita, kao i nagib njihovih orbita, nipošto nije slučajan: locirani su tako da se najmanje četiri satelita mogu vidjeti sa bilo koje otvorene tačke na planeti - to je minimalni broj potreban za određivanje lokacija objekta na Zemlji. Zašto baš četiri i kako to funkcionira?
Da bismo izmjerili neku vrlo veliku udaljenost, možemo poslati signal i izmjeriti vrijeme koje mu je potrebno da stigne do željene tačke ili se odbije od nje i ponovo stigne do nas (glavno je znati tačno brzinu signala). U drugom slučaju, vrijeme će se morati podijeliti sa dva, jer je signal prešao dvostruku udaljenost. Ova metoda se zove eholokacija, a raspon njene primjene je vrlo širok: od proučavanja oblika morskog dna (ovdje je signal ultrazvuk) do radara (signal su elektromagnetski valovi).
Problem je u tome što pri korištenju ove metode moramo unaprijed znati gdje se prijemnik nalazi. U slučaju GPS sistema, primatelj signala ste vi koji stojite na Zemlji. Satelit nema pojma o vašoj lokaciji, ne zna gdje se nalazite i nikada neće znati, pa šalje signal cijeloj površini planete ispod sebe odjednom. U ovaj signal on kodira informaciju o tome gdje se nalazi, kao iu koje vrijeme je, prema vlastitom satu, signal poslan i tu se njegov rad završava.
GPS modul u vašim rukama primio je satelitske koordinate i informaciju o vremenu kada je signal poslan. Softver na vašem telefonu množi brzinu signala (tj. brzinu svjetlosti) s razlikom između vremena kada je primljen i vremena kada je poslan, čime se izračunava udaljenost do svakog satelita. Kada bi sat modula bio savršeno sinkroniziran sa satovima svih satelita, tada bi bila potrebna još dva satelita za određivanje lokacije pomoću takozvane triangulacije.
Da bismo razumjeli kako triangulacija funkcionira, skočimo na sekundu u dvije dimenzije. Zamislite dvije tačke na ravni, koje se nalaze na poznatoj udaljenosti jedna od druge, recimo 5 metara. Također znate da je neka nova tačka, zauzvrat, na poznatim udaljenostima od prve dvije - na primjer, 3 i 4 metra, respektivno. Da biste pronašli ovu novu tačku, možete nacrtati dvije kružnice s polumjerima od 3 i 4 metra i centriranim na prvoj i drugoj tački, respektivno. Dva rezultujuća kruga seku se u tačno dve tačke, od kojih će jedna biti željena.
Vratimo se na 3D prostor. Sada su nam već potrebne tri referentne tačke, koje su naši sateliti, a oko njih ćemo "crtati" ne krugove, već sfere. Sve tri sfere odjednom, u opštem slučaju, imaće dve tačke preseka, ali jedna od njih se nalazi "iznad" lokacije satelita, veoma visoko u svemiru - očigledno nam ne treba. Ali druga je samo vaša lokacija.
Da biste izmjerili lokaciju u prostoru, morate znati tačno vrijeme i imati precizan alat za njegovo mjerenje.
Pravi zadatak je kompliciran činjenicom da se vrijeme na satu vašeg telefona ne poklapa sa satelitskim, a vaš sat je nekoliko redova veličine manje tačan. Uopšteno govoreći, vrijeme stvara nekoliko dodatnih složenosti u rješavanju ovog problema. Na primjer, sateliti su podložni efektima relativističkog i gravitacijskog izobličenja vremena. U stvari, brzina sata, prema teoriji relativnosti, zavisi, između ostalog, od sile gravitacije u tački gde se sat nalazi, kao i od brzine njihovog kretanja.
Na visini od 20.000 kilometara iznad Zemlje gravitacija je prilično slaba, a sateliti lete, kao što smo već shvatili, prilično brzo. Zbog zbira ovih efekata, sat se mora podesiti za ukupno 38 milisekundi dnevno. Ako se čini da to nije dovoljno, da vas podsjetim da će elektromagnetski signal koji se kreće brzinom svjetlosti za to vrijeme putovati otprilike 11.000 km - otprilike ovo i može doći do greške u određivanju koordinata.
Drugi problem je tačnost samog sata. Pri naznačenim brzinama signala, svaki milioniti dio sekunde izmjeren s greškom može uzrokovati velike greške. Zbog toga sateliti starijeg formata ne dozvoljavaju da odredite lokaciju vrlo precizno i mogu "prevariti" čak 10 metara. Od 2010. godine lansirani su novi sateliti opremljeni atomskim satovima koji zamjenjuju stare, a njihova greška je smanjena na 1 metar.
Drugi način rješavanja problema je putem posebnih stanica za korekciju tla. Koriste se na teritoriji nekih zemalja i princip njihovog rada je sljedeći: uzimajući podatke o lokaciji objekta, ispravljaju ih, a kao rezultat toga, korisnik gadgeta dobiva pouzdanije informacije o vlastitoj lokaciji .
Što je više izvora signala, to je precizniji rezultat mjerenja, zbog čega će biti lakše navigirati pomoću navigatora u metropoli nego u pustinji.
Međutim, atomski satovi su glomazni i skupi, pa je potreban još jedan satelit da bi se riješio problem vremena prijemnika. Također prenosi informacije o svojoj lokaciji i trenutku kada je signal poslan. I sada naš prostor postaje ne trodimenzionalan, već četverodimenzionalan. Nepoznate su geografska širina, dužina, visina i vrijeme prijemnika u vrijeme kada su signali poslani. Trebamo odrediti poziciju u ove četiri dimenzije, za koje su nam, po analogiji sa dvodimenzionalnim i trodimenzionalnim prostorima, potrebna tačno četiri satelita.
Naravno, u stvarnosti je dobro kada možete “uhvatiti” signal sa većeg broja izvora, a u velikim gradovima i naseljenim mjestima s tim nema problema: lako možete vidjeti desetak satelita u isto vrijeme, što će pružaju dovoljno visoku preciznost za domaću upotrebu.
Međutim, početna potraga za satelitima također nije lak zadatak. Kod starijih uređaja, uređaju bi moglo biti potrebno dosta vremena, do nekoliko minuta, da uhvati i analizira signal sa potrebnog broja svemirskih objekata. Tada je to nazvano "hladni početak", a kako bi ubrzali proces, došli su na ideju da sa interneta dobiju podatke o trenutnoj lokaciji nebeskih tijela. Ali kada se prijemnik pomjera na velike udaljenosti (desetine kilometara) ili uz vrlo dugu neaktivnost, "hladni start" je morao biti učinjen ponovo. U modernim uređajima, modul se periodično uključuje sam, ažurirajući informacije, tako da ovaj problem više ne postoji.
Inače, do 2000. godine preciznost za civile je bila umjetno niska, a nečiju lokaciju je bilo dozvoljeno otkriti ne bliže od 100 metara od stvarne. Budući da je GPS kreirano, finansirano i održavano od strane američkog Ministarstva odbrane, vojska je željela imati određenu prednost. Razvojem i sve aktivnijim uvođenjem tehnologije u život civilnog stanovništva, ovo vještačko ograničenje je uklonjeno.
Satelit ne prima podatke o GPS uređajima na površini Zemlje i u vazdušnom prostoru, pa je usluga besplatna. Jednostavno nećemo moći saznati ko ga konkretno koristi. Ispostavilo se da je recept za rješavanje univerzalnog problema kodnog naziva "Gdje sam?" krajnje jednostavno: jednosmjerna komunikacija i jednostavna matematička izračunavanja.
Danas je opseg globalnog sistema pozicioniranja GPS prilično širok. GPS prijemnici se sve više ugrađuju u mobilne telefone i komunikatore, automobile, satove, pa čak i ogrlice za pse. Ljudi se navikavaju na takvu blagodat kao što je GPS navigacija i neće proći mnogo vremena prije nego što više neće moći bez nje. Zato je vrijedno reći nekoliko riječi o nedostacima GPS-a.
Nedostaci GPS navigacije su što pod određenim uvjetima signal možda neće doći do GPS prijemnika, pa je gotovo nemoguće odrediti vašu tačnu lokaciju duboko u stanu unutar armiranobetonske zgrade, u podrumu ili u tunelu.
Radna frekvencija GPS-a je u decimetarskom opsegu radio talasa, tako da se nivo prijema signala sa satelita može pogoršati pod gustim lišćem drveća, u područjima sa gustim urbanim razvojem ili zbog velikih oblaka, a to će uticati na preciznost pozicioniranja.
Magnetne oluje i zemaljski radio izvori također mogu ometati normalan GPS prijem.
Karte dizajnirane za GPS navigaciju brzo zastarevaju i možda neće biti tačne, tako da morate vjerovati ne samo podacima GPS prijemnika, već i vlastitim očima.
Posebno je vrijedno napomenuti da rad globalnog GPS navigacijskog sistema u potpunosti ovisi o Ministarstvu obrane SAD-a i ne možemo biti sigurni da SAD u bilo kojem trenutku neće uključiti smetnje (SA - selektivna dostupnost) ili čak potpuno isključiti civilni GPS sektor kako u određenom regionu tako i općenito. Već je bilo presedana.
GPS sistem ima manje popularnu i poznatu alternativu u vidu GLONASS (Rusija) i Galileo (EU) navigacionih sistema, a svaki od ovih sistema nastoji da postane široko rasprostranjen.
