GPS i A-GPS tehnologije - principi rada, prednosti i nedostaci. Razlika između GPS-a i A-GPS-a

GPS satelitska navigacija odavno je standard za kreiranje sistema za pozicioniranje i aktivno se koristi u raznim trackerima i navigatorima. U Arduino projektima, GPS je integriran korištenjem različitih modula koji ne zahtijevaju poznavanje teoretskih osnova. Ali pravi inženjer bi trebao biti zainteresiran za razumijevanje principa i rada GPS-a kako bi bolje razumio mogućnosti i ograničenja ove tehnologije.

GPS radna shema

GPS je satelitski navigacijski sistem koji je razvilo Ministarstvo odbrane SAD-a koji određuje precizne koordinate i vrijeme. Radi bilo gdje na Zemlji u svim vremenskim uslovima. GPS se sastoji od tri dijela - satelita, stanica na Zemlji i prijemnika signala.

Ideja o stvaranju satelitskog navigacionog sistema nastala je 50-ih godina prošlog veka. Američka grupa naučnika koja je posmatrala lansiranje sovjetskih satelita primetila je da kako se satelit približava, frekvencija signala se povećava i smanjuje kako se udaljava. To je omogućilo da se shvati da je moguće izmjeriti poziciju i brzinu satelita znajući njegove koordinate na Zemlji, i obrnuto. Lansiranje satelita u nisku Zemljinu orbitu odigralo je veliku ulogu u razvoju navigacionog sistema. A 1973. godine kreiran je program DNSS (NavStar), u okviru kojeg su sateliti lansirani u orbitu srednje Zemlje. Program je dobio ime GPS iste 1973. godine.

GPS sistem se trenutno koristi ne samo u vojnoj, već iu civilne svrhe. Postoji mnogo područja primjene GPS-a:

• Mobilna veza;
• Tektonika ploča - praćenje fluktuacija ploča;
• Određivanje seizmičke aktivnosti;
• Satelitsko praćenje transporta – možete pratiti poziciju, brzinu transporta i kontrolisati njihovo kretanje;
• Geodezija - određivanje tačnih granica zemljišnih parcela;
• kartografija;
• Navigacija;
• Igre, geografsko označavanje i druga područja zabave.

Najvažnijim nedostatkom sistema može se smatrati nemogućnost primanja signala pod određenim uslovima. Radne frekvencije GPS-a su u decimetarskom opsegu talasnih dužina. To dovodi do činjenice da se nivo signala može smanjiti zbog visokih oblaka i gustog lišća drveća. Radio izvori, ometači, a u rijetkim slučajevima čak i magnetne oluje također mogu ometati normalan prijenos signala. Preciznost određivanja podataka će se pogoršati u polarnim područjima, budući da se sateliti uzdižu nisko iznad Zemlje.

Navigacija bez GPS-a

Glavni konkurent GPS-u je ruski GLONASS (Globalni navigacioni satelitski sistem). Sistem je počeo sa punim radom 2010. godine, a pokušaji da se aktivno koristi od 1995. godine. Postoji nekoliko razlika između ova dva sistema:

• Različita kodiranja - Amerikanci koriste CDMA, za ruski sistem se koristi FDMA;
• Različite dimenzije uređaja - GLONASS koristi složeniji model, koji povećava potrošnju energije i veličinu uređaja;
• Postavljanje i kretanje satelita u orbiti - ruski sistem omogućava širu pokrivenost teritorije i tačnije određivanje koordinata i vremena.
• Životni vijek satelita – Američki sateliti su kvalitetniji, pa traju duže.

Osim GLONASS-a i GPS-a, postoje i drugi manje popularni navigacijski sistemi - evropski Galileo i kineski Beidou.

Opis GPS-a

Kako GPS radi

GPS sistem radi na sljedeći način: prijemnik signala mjeri kašnjenje u širenju signala od satelita do prijemnika. Od primljenog signala prijemnik dobija podatke o lokaciji satelita. Da bi se odredila udaljenost od satelita do prijemnika, kašnjenje signala se množi sa brzinom svjetlosti.

Sa geometrijske tačke gledišta, rad navigacionog sistema može se ilustrovati na sledeći način: nekoliko sfera, u čijoj sredini se nalaze sateliti, seku se i korisnik je u njima. Radijus svake sfere je u skladu s tim jednak udaljenosti do ovog vidljivog satelita. Signali sa tri satelita daju informacije o geografskoj širini i dužini, a četvrti satelit daje informacije o visini objekta iznad površine. Dobijene vrijednosti se mogu svesti na sistem jednadžbi iz kojih se mogu pronaći korisničke koordinate. Dakle, da bi se dobila tačna lokacija, potrebno je izvršiti 4 mjerenja udaljenosti do satelita (ako izuzmemo nevjerojatne rezultate, dovoljna su tri mjerenja).

Izmjene rezultirajućih jednačina uvedene su neskladom između izračunate i stvarne pozicije satelita. Greška koja nastaje kao rezultat toga naziva se efemerida i kreće se od 1 do 5 metara. Smetnje, atmosferski pritisak, vlažnost, temperatura i uticaj jonosfere i atmosfere takođe doprinose. Ukupnost svih grešaka može dovesti do greške do 100 metara. Neke greške se mogu matematički eliminisati.

Da biste smanjili sve greške, koristite diferencijalni GPS način rada. U njemu prijemnik prima sve potrebne korekcije koordinata od bazne stanice putem radio kanala. Konačna tačnost mjerenja doseže 1-5 metara. U diferencijalnom načinu rada postoje 2 metode za ispravljanje primljenih podataka - ovo je korekcija samih koordinata i korekcija navigacijskih parametara. Prva metoda je nezgodna za korištenje, jer svi korisnici moraju raditi koristeći iste satelite. U drugom slučaju, složenost same opreme za određivanje lokacije značajno se povećava.

Postoji nova klasa sistema koja povećava tačnost merenja na 1 cm.Ugao između pravaca ka satelitima ima ogroman uticaj na tačnost. Pod većim uglom, lokacija će se odrediti s većom preciznošću.

Ministarstvo odbrane SAD može veštački da smanji preciznost merenja. Da biste to učinili, na navigacijskim uređajima je instaliran poseban S/A način rada - ograničen pristup. Režim je razvijen u vojne svrhe kako se neprijatelju ne bi dala prednost u određivanju tačnih koordinata. Od maja 2000. godine režim ograničenog pristupa je ukinut.

Svi izvori grešaka mogu se podijeliti u nekoliko grupa:

• Greška u proračunima orbite;
• Greške vezane za prijemnik;
• Greške povezane s višestrukim odbijanjem signala od prepreka;
• Kašnjenja jonosfere, troposferskog signala;
• Geometrija satelita.

Glavne karakteristike

GPS sistem uključuje 24 umjetna satelita Zemlje, mrežu zemaljskih stanica za praćenje i navigacijske prijemnike. Posmatračke stanice su potrebne za određivanje i praćenje parametara orbite, izračunavanje balističkih karakteristika, prilagođavanje odstupanja od putanja kretanja i praćenje opreme na brodu.

Karakteristike GPS navigacionih sistema:

• Broj satelita – 26, 21 glavnih, 5 rezervnih;
• Broj orbitalnih aviona – 6;
• Visina orbite – 20.000 km;
• Vijek trajanja satelita je 7,5 godina;
• Radne frekvencije – L1=1575,42 MHz; L2=12275,6 MHz, snaga 50 W i 8 W;
• Pouzdanost navigacijskog određivanja je 95%.

Postoji nekoliko vrsta navigacijskih prijemnika - prijenosni, stacionarni i avionski. Prijemnike također karakterizira niz parametara:

• Broj kanala – savremeni prijemnici koriste od 12 do 20 kanala;
• Antenna type;
• Dostupnost kartografske podrške;
• Vrsta prikaza;
• Dodatne funkcije;
• Različite tehničke karakteristike - materijali, čvrstoća, zaštita od vlage, osjetljivost, kapacitet memorije i dr.

Princip rada samog navigatora je da prije svega uređaj pokušava komunicirati sa navigacijskim satelitom. Čim se veza uspostavi, prenosi se almanah, odnosno informacija o orbitama satelita koji se nalaze unutar istog navigacionog sistema. Samo komunikacija sa jednim satelitom nije dovoljna za dobijanje tačne pozicije, pa preostali sateliti prenose svoje efemeride navigatoru, što je neophodno za određivanje odstupanja, koeficijenata smetnji i drugih parametara.

Hladan, topao i vruć start GPS navigatora

Kada prvi put uključite navigator ili nakon duže pauze, počinje dugo čekanje za primanje podataka. Dugo vrijeme čekanja je zbog činjenice da almanah i efemeride nedostaju ili su zastarjeli u memoriji navigatora, tako da uređaj mora izvršiti niz radnji kako bi dobio ili ažurirao podatke. Vrijeme čekanja, ili takozvano hladno startno vrijeme, ovisi o različitim pokazateljima - kvaliteti prijemnika, stanju atmosfere, buci, broju satelita u zoni vidljivosti.

Za početak rada, navigator mora:

• Pronađite satelit i uspostavite kontakt s njim;
• Primite almanah i sačuvajte ga u memoriji;
• Primite efemeride sa satelita i sačuvajte ih;
• Pronađite još tri satelita i uspostavite kontakt s njima, primite efemeride od njih;
• Izračunajte koordinate koristeći efemeride i satelitske lokacije.

Tek nakon prolaska kroz cijeli ovaj ciklus uređaj će početi raditi. Ova vrsta lansiranja se zove hladan start.

Vrući start se značajno razlikuje od hladnog starta. Memorija navigatora već sadrži trenutno relevantni almanah i efemeride. Podaci iz almanaha vrijede 30 dana, podaci efemeride vrijede 30 minuta. Iz toga slijedi da je uređaj bio isključen na kratko vrijeme. S vrućim startom, algoritam će biti jednostavniji - uređaj uspostavlja vezu sa satelitom, po potrebi ažurira efemeride i izračunava lokaciju.

Postoji topli početak - u ovom slučaju je almanah aktuelan, ali efemeride treba ažurirati. Ovo traje malo više vremena od vrućeg starta, ali znatno manje od hladnog starta.

Ograničenja u kupovini i korištenju GPS modula domaće izrade

Rusko zakonodavstvo zahtijeva od proizvođača da smanje tačnost detekcije prijemnika. Rad sa neugrubljenom preciznošću može se obaviti samo ako korisnik ima specijaliziranu licencu.

Zabranjeno Ruska Federacija Postoje posebna tehnička sredstva dizajnirana za tajno dobijanje informacija (STS NPI). To uključuje GPS tragače, koji se koriste za tajnu kontrolu kretanja vozila i drugih objekata. Glavna karakteristika nelegalnog tehničkog uređaja je njegova tajnost. Stoga, prije kupovine uređaja, morate pažljivo proučiti njegove karakteristike, izgled, prisustvo skrivenih funkcija, a također pregledati potrebne certifikate o usklađenosti.

Također je važno u kojem obliku se uređaj prodaje. Kada je rastavljen, uređaj možda neće pripadati STS NPI. Ali kada je sastavljen, gotov uređaj može već biti klasifikovan kao zabranjen.

GPS tehnologiju koriste ne samo entuzijasti automobila i taksisti. Također je popularan među ljubiteljima prirode, ribarima i samo ljudima koji vode aktivan način života i stalno hodaju/voze tamo-amo. Ako neko treba da zna gde se nalazi, gde se nalazi lokacija koja mu je potrebna, kojom brzinom se kreće i koliko brzo će stići do cilja, GPS će priskočiti u pomoć.

Razlog velike popularnosti ove tehnologije leži u sljedećem:

• područje pokrivenosti pokriva cijeli svijet;
• tehnologija se koristi ne samo u skupim sigurnim GPS trackerima, već iu relativno jeftinim GPS navigatorima za automobile, pa čak i u pametnim telefonima;
• Nema potrebe da plaćate korišćenje GPS-a.

Pročitajte više o tome šta je GPS

GPS je skraćenica za engleski koncept Global Positioning System, koji se na ruski prevodi kao „globalni sistem pozicioniranja“. Ovaj projekt je osmislila i implementirala američka vojska isključivo u vojne svrhe, ali je kasnije postao široko korišten za civilne potrebe.

Osnovu GPS sistema čine 24 NAVSTAR navigaciona satelita, koji čine jedinstvenu mrežu i nalaze se u Zemljinoj orbiti na način da se najmanje 4 satelita može pristupiti sa bilo kog mesta na planeti.

Performanse globalnog sistema pozicioniranja prate se sa Zemlje posmatračkim stanicama koje se nalaze na Havajskim ostrvima, u gradu Colorado Springs (Kolorado), na atolu Kwajalein i na ostrvima Ascension i Diego Garcia. Sve informacije prikupljene od strane ovih stanica se snimaju i zatim šalju na komandno mjesto koje se nalazi u bazi Shriver Air Force (Kolorado). Ovdje se podešavaju navigacijske informacije i satelitske orbite.

Koordinate GPS trackera izračunavaju se prema sljedećem principu. Radio signal prolazi sa svakog navigacionog satelita do prijemnika koji se nalazi u njihovoj pristupnoj zoni. Mjeri se kašnjenje ovog signala i iz ovih mjerenja se izračunava udaljenost do svakog satelita. Lokacija prijemnika se izračunava na osnovu mjerenja udaljenosti od njega do svih dostupnih satelita (u geodeziji se ova metoda naziva triangulacija), čije su koordinate poznate i sadržane u signalima koje prenose.

GPS prijemnik je sposoban ne samo da odredi svoju lokaciju, već i da izračuna brzinu kretanja, vrijeme potrebno da se stigne do određenog mjesta i pokaže smjer. Ali to se već odnosi ne toliko na mogućnosti samog GPS sistema, već na softver navigatora.

O istoriji GPS i navigacionih satelita

Amerikanci su došli na ideju stvaranja satelitskog navigacijskog sistema još 1950-ih, kada je u SSSR-u lansiran prvi umjetni satelit Zemlje. 1973. godine pokrenut je DNSS program, koji je kasnije preimenovan u Navstar-GPS, a potom jednostavno GPS. Prvi satelit (test) lansiran je u orbitu 1974. godine.

Nakon što je prvi sovjetski navigacijski satelit GLONASS (Global Navigation Satellite System) lansiran u orbitu 1982. godine, američki Kongres je dodijelio sredstva američkoj vojsci da ubrza rad. Prvi funkcionalni GPS satelit lansiran je u februaru 1978. godine, a sistem je počeo da radi punim kapacitetom krajem 1993. godine, kada su sva 24 satelita zauzela svoja mjesta u Zemljinoj orbiti.

Svaki navigacijski satelit teži oko 900-1000 kg, a sa postavljenim solarnim panelima doseže 5 metara dužine. Prosječan vijek trajanja satelita je 10 godina. Nakon ovog perioda lansira se novi satelit koji će zamijeniti iscrpljeni satelit.

O GPS prijemnicima

Brzina izračunavanja koordinata kada je prijemnik uključen, njegova osjetljivost i preciznost pozicioniranja određuju se čipsetom kojim je opremljen. Čipsete za GPS uređaje proizvodi nekoliko proizvođača, ali je najčešći SiRFstarIII od SiRf Technology.

Prijemnici sa SiRfstarIII čipsetom imaju kratko vrijeme hladnog starta (nekoliko sekundi) i mogu istovremeno primati signale sa 20 satelita. Vrlo su osjetljivi i omogućavaju vam da odredite koordinate sa velikom preciznošću.

Koja je razlika između GPS-a i A-GPS-a

Lista karakteristika nekih pametnih telefona ukazuje na prisustvo GPS modula, drugih - A-GPS. Po čemu se ovi moduli razlikuju?

Za vrijeme hladnog starta (kada navigacijski sistem nije korišten duže vrijeme), uređaj sa konvencionalnim GPS prijemnikom može dugo tražiti satelite - vrijeme čekanja ponekad doseže 10 minuta ili više. To je zato što GPS prijemnik traži satelite ne znajući njihovu lokaciju.

Kada koristite A-GPS, uređaj odmah prima dio potrebnih informacija putem GPRS/3G mreže (promet ne veći od 10 KB). Dakle, A-GPS je softverski dodatak preko GPS prijemnika, koji značajno smanjuje vrijeme potrebno za traženje satelita tokom hladnog starta. Osim toga, ovaj dodatak vam omogućava da povećate preciznost lokacije u područjima sa slabim satelitskim signalima.

Međutim, A-GPS ima jedan mali nedostatak. Za razliku od GPS-a, koji je potpuno besplatan za korištenje, A-GPS se mora plaćati prema tarifi koju odredi vaš provajder, jer troši internetski promet (ma koliko mali).

Kao što se često dešava sa projektima visoke tehnologije, vojska je inicirala razvoj i implementaciju GPS (Global Positioning System) sistema. Projekat satelitske mreže za određivanje koordinata u realnom vremenu bilo gdje na globusu nazvan je Navstar (Navigacijski sistem sa mjerenjem vremena i dometa - navigacijski sistem za određivanje vremena i dometa), dok se skraćenica GPS pojavila kasnije, kada je sistem počeo da se koristi. ne samo u odbrambene, već iu civilne svrhe.

Prvi koraci za postavljanje navigacijske mreže poduzeti su sredinom sedamdesetih, a komercijalni rad sistema u sadašnjem obliku počeo je 1995. godine. Trenutno je u funkciji 28 satelita, ravnomjerno raspoređenih u orbitama na visini od 20.350 km (24 satelita su dovoljna za punu funkcionalnost).

Gledajući malo unapred, reći ću da je zaista ključni trenutak u istoriji GPS-a bila odluka američkog predsednika da 1. maja 2000. godine ukine režim takozvanog selektivnog pristupa (SA – selektivna dostupnost) – greška koja je veštački 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 ćemo se dotaknuti niza korisničkih aspekata. Počnimo naše razmatranje sa 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 širenja radio signala od satelita do prijemnika. Ako znate vrijeme širenja radio signala, onda se putanja kojom putuje može lako izračunati jednostavnim množenjem vremena brzinom svjetlosti.

Svaki GPS satelit kontinuirano generiše radio talase dve frekvencije - L1=1575,42 MHz i L2=1227,60 MHz. Snaga predajnika je 50 i 8 vati, respektivno. Navigacijski signal je pseudo-slučajni kod PRN (Pseudo Random Number code) sa pomakom faze. Postoje dvije vrste PRN-a: prvi, C/A kod (Coarse Acquisition Code) se koristi u civilnim prijemnicima, drugi P kod (Precizni kod) se koristi u vojne svrhe, a ponekad i za rješavanje problema geodezije i kartografije . L1 frekvencija 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 dug (na primjer, za P-kod je 267 dana). Svaki GPS prijemnik ima svoj generator, koji radi na istoj frekvenciji i modulira signal prema istom zakonu kao i satelitski generator. Dakle, iz vremena kašnjenja između identičnih dijelova koda primljenog sa satelita i generiranog 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 u prijemniku. Čak i mala greška prema uobičajenim standardima može dovesti do velike greške u određivanju udaljenosti. Svaki satelit u sebi nosi atomske satove visoke preciznosti. Jasno je da je nemoguće ugraditi takvu stvar u svaki prijemnik. Stoga, za ispravljanje grešaka u određivanju koordinata zbog grešaka u satu ugrađenom u prijemnik, koristi se određena redundantnost podataka potrebnih za nedvosmisleno georeferenciranje (više o tome malo kasnije).

Osim samih navigacijskih signala, satelit kontinuirano prenosi razne vrste servisnih informacija. Prijemnik prima, na primjer, efemeride (precizne podatke o orbiti satelita), prognozu kašnjenja u širenju radio signala u jonosferi (pošto se brzina svjetlosti mijenja dok prolazi kroz različite slojeve atmosfere), kao i informacije o performansama satelita (tzv. “almanah”, koji se ažurira svakih 12,5 minuta informacija o statusu i orbitama svih satelita). Ovi podaci se prenose brzinom od 50 bps na L1 ili L2 frekvencijama.

Opći principi određivanja 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 na sferi polumjera A opisanoj oko satelita). Neka je poznata udaljenost B prijemnika od drugog satelita. U ovom slučaju određivanje koordinata također nije moguće - objekt se nalazi negdje u krugu (prikazano plavom bojom na sl. 2), koji je sjecište dvije sfere. Udaljenost C do trećeg satelita smanjuje nesigurnost u koordinatama na dvije tačke (označene sa dvije debele plave tačke na slici 2). Ovo je već dovoljno da se nedvosmisleno odrede koordinate - činjenica je da se od dvije moguće točke lokacije prijemnika samo jedna nalazi na površini Zemlje (ili u njenoj neposrednoj blizini), a druga, lažna , ispostavilo se da je 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, u životu nije sve tako jednostavno. Navedena razmatranja su data za slučaj kada su udaljenosti od tačke posmatranja do satelita poznate sa apsolutnom tačnošću. Naravno, koliko god inžinjeri bili sofisticirani, uvijek se dogodi neka greška (barem u pogledu neprecizne sinhronizacije satova prijemnika i satelita naznačene 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 koristeći uzastopne aproksimacije 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 sa veličinom greške u određivanju lokacije samih satelita. Za praćenje orbite i koordinata satelita, postoje četiri zemaljske stanice za praćenje, komunikacijski sistemi i kontrolni centar koji kontroliše Ministarstvo odbrane SAD. Stanice za praćenje neprestano prate sve satelite u sistemu i prenose podatke o njihovim orbitama u kontrolni centar, gdje se izračunavaju ažurirani elementi putanje i korekcije satelitskog sata. Navedeni parametri se unose u almanah i prenose na satelite, a oni zauzvrat šalju ove informacije svim operativnim prijemnicima.

Pored navedenih, postoji mnogo posebnih sistema koji povećavaju točnost navigacije - na primjer, posebni krugovi za obradu signala smanjuju greške od smetnji (interakcija direktnog satelitskog signala sa signalom reflektovanim, na primjer, od zgrada) . Nećemo ulaziti u specifičnosti funkcioniranja ovih uređaja, kako ne bismo nepotrebno komplicirali tekst.

Nakon poništavanja gore opisanog načina selektivnog pristupa, civilni prijemnici se „zaključuju na teren“ s greškom od 3-5 metara (visina se određuje sa tačnošću od oko 10 metara). Navedene brojke odgovaraju istovremenom prijemu signala sa 6-8 satelita (većina modernih uređaja ima 12-kanalni prijemnik koji vam omogućava simultanu obradu informacija sa 12 satelita).

Takozvani režim diferencijalne korekcije (DGPS - Differential GPS) omogućava vam da kvalitativno smanjite grešku (do nekoliko centimetara) u koordinatnom mjerenju. Diferencijalni način rada sastoji se od korištenja dva prijemnika - jedan je stacionaran 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 prikuplja mobilni uređaj. Ispravka se može izvršiti iu realnom vremenu i tokom "vanmrežne" obrade podataka, na primjer, na računaru.

Obično se kao osnovni koristi profesionalni prijemnik koji pripada kompaniji specijaliziranoj za pružanje navigacijskih usluga ili koja se bavi geodezijom. Na primjer, u februaru 1998. godine, u blizini Sankt Peterburga, kompanija NavGeoCom instalirala je prvu rusku diferencijalnu GPS zemaljsku stanicu. Snaga predajnika stanice je 100 W (frekvencija 298,5 kHz), što vam omogućava da koristite DGPS na udaljenosti do 300 km od stanice morem i do 150 km kopnom. Pored zemaljskih baznih prijemnika, OmniStar satelitski diferencijalni sistem može se koristiti za diferencijalnu korekciju GPS podataka. 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 glomaznosti opremu. 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, otišla svojim putem i da se razvija sopstveni sistem GLONASS (Globalni navigacioni satelitski sistem). 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 1997. godine iz nekog časopisa saznao za mogućnost određivanja svoje lokacije pomoću nosivog uređaja veličine mobilnog telefona. Međutim, divne izglede koje su izvukli autori članka nemilosrdno je slomila cijena navigacijskog uređaja navedena u tekstu - skoro 400 dolara!

Godinu i po kasnije (u avgustu 1998.) sudbina me dovela u malu sportsku radnju u američkom gradu Bostonu. Zamislite moje iznenađenje i radost kada sam na jednom od prozora slučajno uočio nekoliko različitih navigatora, od kojih je najskuplji koštao 250 dolara (jednostavni modeli su nuđeni za 99 dolara). Naravno, više nisam mogao izaći iz trgovine bez uređaja, pa sam počeo mučiti prodavce o karakteristikama, prednostima i nedostacima svakog modela. Od njih nisam čuo ništa razumljivo (i to nikako jer ne znam dobro engleski), pa sam morao sam da shvatim. I kao rezultat, kao što se često događa, kupljen je najnapredniji i najskuplji model - Garmin GPS II+, kao i posebna futrola za njega i kabel za napajanje iz utičnice za upaljač automobila. Prodavnica je imala još dva dodatka za moj sada uređaj - uređaj za montažu navigatora na upravljač bicikla i kabl za povezivanje sa računarom. Dugo sam se igrao sa ovim drugim, ali sam na kraju odlučio da ga ne kupim zbog visoke cijene (nešto više od 30$). Kako se kasnije ispostavilo, kabl nisam kupio potpuno ispravno, jer se cijela interakcija uređaja sa računarom svodi na „faliranje“ putanje pređene u kompjuter (kao i, mislim, koordinata u realnom vremenu , ali postoje određene sumnje u vezi s tim), a čak i tada podliježe kupovini softvera od Garmina. Nažalost, ne postoji opcija za učitavanje 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 to mogu učiniti). Samo ću napomenuti da je težina navigatora 255 grama, dimenzije su 59x127x41 mm. Zahvaljujući svom trouglastom poprečnom presjeku, uređaj je izuzetno stabilan na stolu ili instrument tabli automobila (čičak je uključen za sigurnije prianjanje). Napajanje se vrši iz četiri AA baterije (traje samo 24 sata neprekidnog rada) ili eksternog izvora. Pokušat ću govoriti o glavnim mogućnostima mog uređaja, koji, mislim, ima velika većina navigatora na tržištu.

Na prvi pogled GPS II+ može se zamijeniti za mobilni telefon koji je izašao prije nekoliko godina. Čim bolje pogledate, primetićete neobično debelu antenu, ogroman ekran (56x38 mm!) i mali broj tastera, za telefonske standarde.

Kada uključite uređaj, počinje proces prikupljanja informacija sa satelita, a na ekranu se pojavljuje jednostavna animacija (rotirajući globus). Nakon inicijalne inicijalizacije (koja traje nekoliko minuta na otvorenom mjestu), 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 će koordinate biti, naravno, tačnije.

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, trenutnu i prosječnu brzinu, nadmorsku visinu, vrijeme putovanja i, na vrhu ekrana, elektronski kompas. Mora se reći da se visina određuje s mnogo većom greškom od dvije horizontalne koordinate (postoji čak i posebna napomena o tome u korisničkom priručniku), što ne dozvoljava korištenje GPS-a, na primjer, za određivanje visine paraglajderima . 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 iznajmite auto, isključite mu brzinomjer (da broji manje kilometara - uostalom, plaćanje je često proporcionalno pređenoj kilometraži) i odredite brzinu i pređenu udaljenost pomoću GPS-a ( na sreću, može se mjeriti i u miljama i u kilometrima).

Prosječna brzina kretanja određena je pomalo čudnim algoritmom - vrijeme mirovanja (kada je trenutna brzina jednaka nuli) se ne uzima u obzir u proračunima (logičnije, po mom mišljenju, bilo bi jednostavno podijeliti pređenu udaljenost sa ukupno vrijeme putovanja, ali su se kreatori GPS-a II+ vodili nekim drugim razmatranjima).

Prijeđena udaljenost prikazana je na "mapi" (memorija uređaja traje 800 kilometara - s većom kilometražom, najstarije oznake se automatski brišu), pa ako želite, možete vidjeti obrazac svojih lutanja. Razmjera karte varira od desetina metara do stotina kilometara, što je nesumnjivo izuzetno zgodno. Najčudnije je to što memorija uređaja sadrži koordinate glavnih naselja širom svijeta! SAD su, naravno, predstavljene detaljnije (na primjer, sva područja Bostona su prisutna na mapi s imenima) nego Rusija (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 iu Češkoj, čak iu Australiji, čak i na Tajlandu...

Ništa manje korisna nije 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.), a za prikaz informacija na displeju su predviđene i razne ikone. Uključivanjem funkcije povratka na tačku (bilo koja od unaprijed snimljenih) vlasnik navigatora dobija iste mogućnosti kao u gore opisanom slučaju sa Brestom (tj. udaljenost do točke, procijenjeno vrijeme dolaska i sve ostalo). Na primjer, imao sam takav slučaj. Nakon što smo automobilom stigli u Prag i smjestili se u hotel, prijatelj i ja smo otišli u centar grada. Ostavili smo auto na parkingu i otišli u šetnju. Nakon besciljne trosatne šetnje i večere u restoranu, shvatili smo da se apsolutno ne sećamo gde 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, pritiskom na par dugmadi na uređaju, saznao sam da je auto parkiran 500 metara od nas i nakon 15 minuta smo već slušali tihu muziku dok smo se autom uputili ka hotelu.

Osim pomicanja do snimljene oznake u pravoj liniji, što nije uvijek zgodno u gradskim uvjetima, Garmin nudi funkciju TrackBack - vraćanje vlastitom putanjom. Grubo govoreći, kriva kretanja je aproksimirana brojnim ravnim sekcijama, a oznake su postavljene na tačkama prekida. Na svakoj pravoj dionici navigator vodi korisnika do najbliže oznake, a po dolasku do nje automatski prelazi na sljedeću oznaku. Izuzetno zgodna funkcija kada se vozite u nepoznatom području (signal sa satelita, naravno, ne prolazi kroz zgrade, pa da biste dobili podatke o vašim koordinatama u gusto naseljenim uvjetima, morate tražiti manje ili više otvoreno mesto).

Neću ići dalje u opis mogućnosti uređaja - vjerujte mi, osim opisanih, ima i puno ugodnih i potrebnih gadžeta. Isplati se samo promena orijentacije ekrana – uređaj možete koristiti iu horizontalnom (automobil) i vertikalnom (pešak) položaju (pogledajte sliku 3).

Smatram da je jedna od glavnih prednosti GPS-a za korisnika odsustvo bilo kakvih naknada za korištenje sistema. Kupio sam uređaj jednom i uživam!

Zaključak.

Mislim da nema potrebe nabrajati područja primjene razmatranog globalnog sistema pozicioniranja. GPS prijemnici su ugrađeni u automobile, mobilne telefone, pa čak i satove! Nedavno sam naišao na poruku o razvoju čipa koji kombinuje minijaturni GPS prijemnik i GSM modul - predlaže se opremanje ogrlica za pse uređajima zasnovanim na njemu, kako bi vlasnik mogao lako locirati izgubljenog psa putem mobilne mreže .

Ali u svakom buretu meda nalazi se muha. IN u ovom slučaju Ruski zakoni igraju ulogu ovog drugog. Neću detaljno raspravljati o pravnim aspektima upotrebe 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 su u našoj zemlji, a njihovi vlasnici će se suočiti sa oduzimanjem uređaja i velikom novčanom kaznom.

Na sreću korisnika, u Rusiji se ozbiljnost zakona nadoknađuje opcionalnošću njihove primjene - na primjer, po Moskvi se vozi ogroman broj limuzina s antenom GPS prijemnika na poklopcu prtljažnika. Svi manje-više ozbiljni brodovi opremljeni su GPS-om (a već je odrasla cijela generacija nautičara koji se teško snalaze pomoću kompasa i drugih tradicionalnih sredstava za navigaciju). Nadam se da nadležni neće ubaciti palicu u točkove tehnološkog napretka i da će u bliskoj budućnosti legalizovati upotrebu GPS prijemnika u našoj zemlji (poništili su dozvole za mobilne telefone), a takođe će dati zeleno svetlo za deklasifikacija i umnožavanje detaljnih karata terena neophodnih za potpunu upotrebu sistema za navigaciju automobila.

Pametni telefoni su odavno prestali biti jednostavni brojčanici. Svojim vlasnicima otvorili su mnogo novih mogućnosti.

Na prvom mjestu je punopravni brzi pristup internetu i komunikacija na društvenim mrežama i instant messengerima. Ali GPS pozicioniranje nije ništa manje traženo, 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 karti.

Gotovo svaki moderni uređaj ima ugrađen GPS modul. Ovo je antena podešena na satelitski signal GPS geolokacije. 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 odašiljati signal. Primajući signal sa satelita, pametni telefon određuje koordinate svoje lokacije.

Gotovo svaka moderna osoba je barem jednom koristila GPS navigaciju na pametnom telefonu ili tabletu. Potreba za njim može se pojaviti u svakom trenutku kod ljudi različitih profesija i različitih vrsta 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 i, ako imate pristup internetu, izbjeći prometne gužve.

Offline karte za GPS

Google je razvio posebnu aplikaciju za geolokaciju za svoj Android operativni sistem - Google Maps. Brzo pronalazi satelite, razvija rute do objekata i nudi alternative. Nažalost, ako nema pokrivenosti mobilnom mrežom, Google Maps ne radi, jer se geografske karte preuzimaju putem interneta.

Za offline navigaciju, najbolji način je preuzimanje aplikacija koje podržavaju offline mape, kao što su Maps.me, Navitel i 2GIS. Također možete instalirati aplikaciju Mape: Transportation and Navigation za Google Maps.

U ovom 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?

Aktiviranje GPS modula u Android operativnom sistemu moguće je na dva načina:

• Gornja zavjesa. Prevucite prstom prema dolje na ekranu i u meniju koji se otvori kliknite na dugme “Lokacija”, “Geolokacija” ili “Geopodaci” (ovisno o verziji Androida).
• U postavkama Androida pronađite slične stavke i pomaknite potvrdni okvir na poziciju „Omogućeno“.

Tokom aktivnog rada navigacionog sistema pametnog telefona, njegovo punjenje baterije počinje se trošiti prilično aktivno, pa je vrijedno voditi računa o dodatnim izvorima napajanja. Na primjer, kada vozite morate koristiti auto punjač, ​​a kada putujete biciklom ili pješice -.

Također je vrijedno zapamtiti da je pouzdan prijem satelitskog signala moguć na otvorenim područjima, tako da kada se nalazite u prostoriji ili tunelu, geolokacija postaje nemoguća. Oblačno vrijeme također ima utjecaja - zbog oblaka, uređaju je potrebno duže da traži satelite i manje precizno određuje svoje koordinate.

Ne tako davno GPS je bio jedini geolokacijski sistem, pa se u ranim verzijama Androida samo spominjao, a tako se zvalo dugme za aktivaciju usluge. Od 2010. godine ruski je u potpunosti operativan, a od 2012. -.

„GPS“ na listi tehničkih karakteristika tableta već se podrazumeva. I nijedan moderan model ne može bez njega. Ali GPS moduli mogu biti različitih tipova i stoga nude različite funkcije. Koje su razlike i šta je bolje izabrati?

Dakle, A-GPS (assisted global positioning system), tehnologija koja je modernizirala konvencionalni GPS, poboljšavajući ga na neki način. A-GPS vam omogućava da brzo odredite lokaciju uređaja, dok istovremeno trošite manje energije baterije. Uz to, uz A-GPS, signal se može uhvatiti u teško dostupnim područjima - na primjer, u zatvorenom prostoru, na prepunim ulicama metropole, pa čak i u tunelima. Kako?

Tehnologije

Koliko će vremena trebati da se odredi vaša lokacija ovisi o tome koliko su aktuelni almanah pohranjen u prijemniku i efemeride. Almanah se prenosi putem GPS signala i predstavlja zbirnu informaciju o parametrima satelitskih orbita. Druga vrsta podataka (efemeride) je podešavanje parametara sata, kao i satelitskih orbita, bez kojih bi uopće bilo nemoguće odrediti koordinate. Efemeride se prenose ciklički - svakih 30 sekundi sateliti šalju podatke prijemnicima.

Kada koristite obični GPS prijemnik, brzina određivanja lokacije ovisit će o tome koliko dugo je bio isključen: što duže niste bili u kontaktu, modul će morati prikupiti više informacija kako ne bi pogriješio u proračunima. Dakle, 6 sati bez aktivnosti će vas natjerati da čekate oko minutu, a nekoliko dana “offline” će zahtijevati do 12 minuta.

Postoje "hladni", "topli" i "vrući" GPS startovi, u zavisnosti od toga koliko su aktuelni almanah i efemeride.

Običan GPS modul prima ove podatke direktno sa satelita, dok A-GPS radi preko “posrednika”.

Suština promjena

Pored vremena čekanja, običan GPS zahtijeva i značajnu potrošnju energije. Zbog toga, ako gledate u Google Maps, možda nećete primijetiti kako se baterija ispraznila. A-GPS rješava oba ova problema, ali samo pod jednim vrlo važnim uvjetom: ako imate pristup internetu. Bez komunikacije sa udaljenim serverom koji daje podatke za tablet, A-GPS algoritmi, nažalost, neće raditi.

Za tablete sa 3G karticom i phablete sa SIM karticom koriste se bazne stanice operatera, zahvaljujući kojima tačnost lokacije može dostići 20 m. Što je više baznih stanica u okruženju (što je tipično za velike gradove), to je tačnija podaci navigatora će biti. Preko njih modul može tako brzo primiti podatke o lokaciji vašeg uređaja.

Poređenje

Logično, A-GPS je bolji od konvencionalnog GPS modula: tačnost određivanja koordinata tableta, brzina obrade podataka i umjerena potrošnja baterije trebali su ovu tehnologiju učiniti sveprisutnom. Međutim, A-GPS je uobičajena pojava među jeftinim tabletima (posebno onima proizvedenim u Kini), dok su vodeći modeli opremljeni običnim GPS-om. u čemu je kvaka?

Kao što je gore spomenuto, A-GPS tehnologija zahtijeva vezu s mrežom operatera - nemaju svi tableti utor za SIM karticu i nisu uvijek smješteni u otvorenom Wi-Fi području. Osim toga, izračunavanje lokacije pomoću A-GPS-a uvijek uključuje korištenje prometa. Da, beznačajno je i neki operateri besplatno daju podatke potrebne za navigaciju, ali uvijek postoji rizik plaćanja zbog želje da saznate gdje se nalazite.

Modeli i cijene

Ako planirate da koristite više od samo Wi-Fi mreže i spremni ste da platite račune za 3G, onda možete sigurno izabrati modele sa A-GPS-om. Posjedovanje SIM kartice mijenja igru: dobijate uređaj pun prednosti. Na primjer, Apple iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular: navigacijski sistem radi brzo i ispravno.

Ili drugi primjer: u nekim konfiguracijama isti Asus MeMO Pad 7 dolazi sa A-GPS-om, ali nema utora za SIM karticu. Model je jedan od najpristupačnijih u svojoj kategoriji snage, ali može odrediti vašu lokaciju samo ako imate Wi-Fi. Dakle, recimo, definitivno nije pogodan za automobil kao navigator.

Imajte na umu da lavovski dio internetskih trgovina ne precizira koji se modul nalazi u ovom ili onom tabletu: pored GPS-a postoji "kvačica" - i to je kraj. Ako ne morate da brinete o brendiranim tabletima, „GPS“ na listi tehničkih karakteristika označava GPS modul. Treba biti oprezan sa “državnicima” – možete kupiti nešto što vam apsolutno nije potrebno.