Pametni telefoni odavno su prestali biti jednostavni programi za biranje brojeva. Svojim su vlasnicima otvorile mnoge nove mogućnosti.
Na prvom mjestu je punopravni pristup internetu velike brzine i komunikacija na društvenim mrežama i instant messengerima. Ali GPS pozicioniranje nije manje traženo, o čemu ćemo sada detaljno razgovarati.
Što je GPS?
GPS je navigacijski sustav koji određuje lokaciju pametnog telefona, gradi rute i omogućuje vam da pronađete željeni objekt na karti.
Gotovo svaki moderni gadget ima ugrađeni GPS modul. Ovo je antena podešena na satelitski signal GPS geolokacije. Izvorno je razvijen u SAD-u za vojne potrebe, no kasnije je njegov signal postao dostupan svima. GPS modul gadgeta je prijemna antena s pojačalom, ali ne može odašiljati signal. Primajući signal sa satelita, pametni telefon određuje koordinate svoje lokacije.
Gotovo svaki moderni čovjek barem je jednom koristio GPS navigaciju na pametnom telefonu ili tabletu. Potreba za njim može se javiti u bilo kojem trenutku među ljudima 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 za svoj operativni sustav Android razvio posebnu geolokacijsku aplikaciju – Google Maps. Brzo pronalazi satelite, razvija rute do objekata i nudi alternative. Nažalost, ako nema pokrivenosti mobilnom mrežom, Google karte ne rade jer se geografske karte preuzimaju putem interneta.
Za offline navigaciju, najbolji način je preuzimanje aplikacija koje podržavaju offline karte, kao što su Maps.me, Navitel i 2GIS. Također možete instalirati aplikaciju Karte: prijevoz i navigacija za Google karte.
U ovom slučaju nećete morati trošiti internetski promet za preuzimanje karata - one će uvijek biti na vašem uređaju, bez obzira na lokaciju. To posebno vrijedi kada ste u inozemstvu, budući da su troškovi roaminga za pristup Internetu vrlo visoki.
Kako omogućiti GPS na Androidu?
Aktivacija GPS modula u operativnom sustavu Android moguća je na dva načina:
- Gornja zavjesa. Prijeđite prstom prema dolje na zaslonu iu izborniku koji se otvori kliknite gumb "Lokacija", "Geolokacija" ili "Geodata" (ovisno o verziji Androida).
- U postavkama Androida pronađite sličnu stavku i pomaknite potvrdni okvir na položaj "Omogućeno".
Tijekom aktivnog rada navigacijskog sustava pametnog telefona, njegova baterija počinje se trošiti prilično aktivno, pa je vrijedno voditi računa o dodatnim izvorima energije. 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 ste u prostoriji ili tunelu, geolokacija postaje nemoguća. Utječe i oblačno vrijeme - zbog oblaka uređaj dulje traži satelite i slabije mu određuje koordinate.
GPS je ne tako davno bio jedini geolokacijski sustav, pa se u prvim verzijama Androida spominjao samo on, a tako se zvala i tipka za aktivaciju usluge. Od 2010. ruski je u potpunosti operativan, a od 2012. -.
Kao što se često događa s visokotehnološkim projektima, vojska je pokrenula razvoj i implementaciju GPS (Global Positioning System) sustava. Projekt satelitske mreže za određivanje koordinata u realnom vremenu bilo gdje na zemaljskoj kugli nazvan je Navstar (Navigation system with timing and ranging - navigacijski sustav za određivanje vremena i dometa), dok se kratica GPS pojavila kasnije, kada se sustav počeo koristiti ne samo u obrambenim, već iu civilne svrhe.
Prvi koraci u postavljanju navigacijske mreže poduzeti su sredinom sedamdesetih, a komercijalni rad sustava u sadašnjem obliku započeo je 1995. godine. Trenutno je u funkciji 28 satelita ravnomjerno raspoređenih u orbitama visine 20.350 km (24 satelita dovoljna su za punu funkcionalnost).
Gledajući malo unaprijed, reći ću da je doista ključni trenutak u povijesti GPS-a bila odluka predsjednika SAD-a da 1. svibnja 2000. ukine takozvani režim selektivnog pristupa (SA - selective availability) - greška je umjetno uvedena. u satelitske signale zbog netočnog rada civilnih GPS prijamnika. Od sada amaterski terminal može odrediti koordinate s točnošću od nekoliko metara (ranije je pogreška bila desetke metara)! Slika 1 prikazuje pogreške u navigaciji prije i nakon onemogućavanja načina selektivnog pristupa (podacima).
Pokušajmo općenito razumjeti kako funkcionira sustav globalnog pozicioniranja, a zatim ćemo se dotaknuti brojnih korisničkih aspekata. Započnimo naše razmatranje s načelom određivanja dometa, koji je u osnovi rada svemirskog navigacijskog sustava.
Algoritam za mjerenje udaljenosti od točke promatranja do satelita.
Određivanje dometa temelji se na izračunavanju udaljenosti od vremenskog kašnjenja širenja radio signala od satelita do prijamnika. Ako znate vrijeme širenja radio signala, tada se put kojim putuje može lako izračunati jednostavnim množenjem vremena brzinom svjetlosti.
Svaki GPS satelit kontinuirano generira radiovalove dvije frekvencije - L1=1575,42 MHz i L2=1227,60 MHz. Snaga odašiljača je 50 odnosno 8 W. Navigacijski signal je fazno pomaknuti pseudoslučajni kod PRN (Pseudo Random Number code). Postoje dvije vrste PRN: prvi, C/A kod (Coarse Acquisition code) koristi se u civilnim prijemnicima, drugi P kod (Precision code) koristi se 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. Osim opisanih, postoji i Y-kod, koji je šifrirani P-kod (u ratu se sustav šifriranja može promijeniti).
Razdoblje ponavljanja koda je prilično dugo (na primjer, za P-kod je 267 dana). Svaki GPS prijamnik ima vlastiti 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 od satelita i neovisno generiranog, moguće je izračunati vrijeme propagacije signala, a time i udaljenost do satelita.
Jedna od glavnih tehničkih poteškoća gore opisane metode je sinkronizacija satova na satelitu i u prijemniku. Čak i mala pogreška prema uobičajenim standardima može dovesti do velike pogreške u određivanju udaljenosti. Svaki satelit na sebi ima atomske satove visoke preciznosti. Jasno je da je nemoguće ugraditi takvo što u svaki prijemnik. Stoga se za ispravljanje pogrešaka u određivanju koordinata zbog pogrešaka u satu ugrađenom u prijemnik koristi određena redundancija podataka potrebnih za nedvosmisleno georeferenciranje (više o tome malo kasnije).
Osim samih navigacijskih signala, satelit kontinuirano odašilje razne vrste servisnih informacija. Prijemnik prima npr. efemeride (precizne podatke o orbiti satelita), prognozu kašnjenja širenja radio signala u ionosferi (budući da 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 informacije o statusu i orbitama svih satelita). Ovi se podaci prenose brzinom od 50 bps na L1 ili L2 frekvencijama.
Opća načela određivanja koordinata pomoću GPS-a.
Osnova ideje određivanja koordinata GPS prijamnika je izračunavanje udaljenosti od njega do nekoliko satelita, čija se lokacija smatra poznatom (ovi podaci sadržani su u almanahu primljenom od satelita). U geodeziji se metoda izračuna položaja objekta mjerenjem njegove udaljenosti od točaka sa zadanim koordinatama naziva trilateracija. 
sl.2.
Ako je poznata udaljenost A do jednog satelita, tada se koordinate prijamnika ne mogu odrediti (može se nalaziti u bilo kojoj točki na sferi radijusa A opisane oko satelita). Neka je poznata udaljenost B prijemnika od drugog satelita. U ovom slučaju određivanje koordinata također nije moguće - objekt se nalazi negdje na krugu (prikazanom plavom bojom na sl. 2), koji je sjecište dviju sfera. Udaljenost C do trećeg satelita smanjuje nesigurnost u koordinatama na dvije točke (označene s dvije debele plave točke na slici 2). Ovo je već dovoljno za nedvosmisleno određivanje koordinata - 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 u Zemlji ili vrlo visoko iznad njezine površine. Dakle, teoretski, za trodimenzionalnu navigaciju dovoljno je znati udaljenosti od prijemnika do tri satelita.
Međutim, u životu nije sve tako jednostavno. Gornja razmatranja su napravljena za slučaj kada su udaljenosti od točke promatranja do satelita poznate s apsolutnom točnošću. Naravno, koliko god inženjeri bili sofisticirani, uvijek se dogodi poneka greška (barem u smislu netočne sinkronizacije prijemnika i satelitskih satova naznačenih u prethodnom odjeljku, ovisnosti brzine svjetlosti o stanju atmosfere, itd.). itd.). Stoga, za određivanje trodimenzionalnih koordinata prijemnika, uključena su ne tri, već najmanje četiri satelita.
Nakon što primi signal od četiri (ili više) satelita, prijemnik traži točku sjecišta odgovarajućih sfera. Ako takva točka ne postoji, procesor prijemnika počinje podešavati svoj sat koristeći uzastopne aproksimacije dok ne postigne presjek svih sfera u jednoj točki.
Treba napomenuti da je točnost određivanja koordinata povezana ne samo s preciznim izračunom udaljenosti od prijemnika do satelita, već i s veličinom pogreške u određivanju lokacije samih satelita. Za praćenje orbita i koordinata satelita postoje četiri zemaljske stanice za praćenje, komunikacijski sustavi i kontrolni centar pod kontrolom američkog Ministarstva obrane. Stanice za praćenje neprestano nadziru sve satelite u sustavu 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 satelitima, a oni zauzvrat šalju te informacije svim operativnim prijemnicima.
Osim navedenih, postoji puno posebnih sustava koji povećavaju točnost navigacije - na primjer, posebni sklopovi za obradu signala smanjuju pogreške od smetnji (interakcija izravnog satelitskog signala sa signalom reflektiranim, na primjer, od zgrada) . Nećemo ulaziti u specifičnosti funkcioniranja ovih uređaja kako ne bismo nepotrebno komplicirali tekst.
Nakon otkazivanja gore opisanog načina selektivnog pristupa, civilni prijemnici su "zaključani za teren" s pogreškom od 3-5 metara (visina se određuje s točnošću od oko 10 metara). Navedene brojke odgovaraju istovremenom prijemu signala sa 6-8 satelita (većina modernih uređaja ima 12-kanalni prijemnik koji vam omogućuje istovremenu obradu informacija s 12 satelita).
Takozvani način diferencijalne korekcije (DGPS - Differential GPS) omogućuje vam kvalitativno smanjenje pogreške (do nekoliko centimetara) u mjerenju koordinata. Diferencijalni način rada sastoji se od korištenja dvaju prijemnika - jedan je stacionaran u točki s poznatim koordinatama i naziva se "baza", a drugi je, kao i prije, mobilan. Podaci koje prima bazni prijamnik koriste se za ispravljanje informacija koje prikuplja mobilni uređaj. Ispravak se može provesti iu stvarnom vremenu i tijekom "offline" obrade podataka, na primjer, na računalu.
Obično se kao baza koristi profesionalni prijemnik koji pripada tvrtki specijaliziranoj za pružanje navigacijskih usluga ili se bavi geodezijom. Na primjer, u veljači 1998., u blizini St. Petersburga, tvrtka NavGeoCom instalirala je prvu rusku zemaljsku stanicu diferencijalnog GPS-a. Snaga odašiljača postaje je 100 W (frekvencija 298,5 kHz), što vam omogućuje korištenje DGPS-a na udaljenosti do 300 km od postaje morem i do 150 km kopnom. Uz zemaljske bazne prijamnike, OmniStar satelitski sustav diferencijalne usluge može se koristiti za diferencijalnu korekciju GPS podataka. Podaci za ispravak prenose se s nekoliko geostacionarnih satelita tvrtke.
Valja napomenuti da su glavni kupci diferencijalne korekcije geodetske i topografske usluge - privatnom korisniku DGPS nije zanimljiv zbog visoke cijene (paket usluga OmniStar u Europi košta više od 1500 USD godišnje) i glomaznosti oprema. I malo je vjerojatno da će se u svakodnevnom životu pojaviti situacije kada trebate znati svoje apsolutne geografske koordinate s pogreškom od 10-30 cm.
U zaključku dijela koji govori o “teorijskim” aspektima funkcioniranja GPS-a, reći ću da je Rusija, u slučaju svemirske navigacije, krenula svojim putem i razvija vlastiti sustav GLONASS (Globalni navigacijski satelitski sustav). No, zbog nedostatka pravih ulaganja, trenutno je u orbiti samo sedam satelita od dvadeset i četiri koliko ih je potrebno za normalno funkcioniranje sustava...
Kratke subjektivne napomene GPS korisnika.
Slučajno sam iz nekog časopisa 1997. godine saznao za mogućnost određivanja svoje lokacije pomoću nosivog uređaja veličine mobitela. No, divne izglede koje su crtali autori članka nemilosrdno je srušila cijena navigacijskog uređaja navedena u tekstu - gotovo 400 dolara!
Godinu i pol kasnije (u kolovozu 1998.) sudbina me dovela u malu sportsku trgovinu u američkom gradu Bostonu. Zamislite moje iznenađenje i radost kada sam na jednom od prozora slučajno primijetio nekoliko različitih navigatora, od kojih je najskuplji koštao 250 dolara (jednostavni modeli ponuđeni su za 99 dolara). Naravno, više nisam mogao izaći iz trgovine bez uređaja, pa sam počeo mučiti prodavače o karakteristikama, prednostima i nedostacima svakog modela. Od njih nisam čuo ništa razumljivo (i to nikako jer ne znam dobro engleski), pa sam to morao sam shvatiti. I kao rezultat, kao što se često događa, kupljen je najnapredniji i najskuplji model - Garmin GPS II+, kao i posebna torbica za njega i kabel za napajanje iz utičnice upaljača u automobilu. U trgovini su bila još dva dodatka za moj sada uređaj - uređaj za montažu navigatora na upravljač bicikla i kabel za spajanje na računalo. Dugo sam se igrao s potonjim, ali sam ga na kraju odlučio ne kupiti zbog visoke cijene (nešto više od 30$). Kako se kasnije pokazalo, nisam potpuno ispravno kupio kabel, jer se cijela interakcija uređaja s računalom svodi na “fading” prijeđene rute u računalo (kao i, mislim, koordinate u stvarnom vremenu). , ali postoje određene sumnje u vezi s tim), pa čak i tada podložno kupnji softvera od Garmina. Nažalost, ne postoji mogućnost učitavanja karata u uređaj.
Neću dati detaljan opis svog uređaja, makar samo zato što je već ukinut (oni koji se žele upoznati s detaljnim tehničkim karakteristikama mogu to učiniti). Samo ću napomenuti da je težina navigatora 255 grama, dimenzije su 59x127x41 mm. Zahvaljujući svom trokutastom presjeku, uređaj je izuzetno stabilan na stolu ili kontrolnoj ploči automobila (čičak je uključen za sigurnije prianjanje). Napaja se iz četiri AA baterije (traje samo 24 sata neprekidnog rada) ili vanjskog izvora. Pokušat ću govoriti o glavnim mogućnostima svog uređaja, koji, mislim, ima velika većina navigatora na tržištu.
Na prvi pogled, GPS II+ može se zamijeniti s mobilnim telefonom koji je izdan prije nekoliko godina. Čim se bolje zagleda, uočava se neobično debela antena, ogroman zaslon (56x38 mm!) i mali broj tipki, 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 na otvorenom traje nekoliko minuta), na zaslonu se pojavljuje primitivna karta neba s brojevima vidljivih satelita, a pokraj nje je histogram koji pokazuje razinu signala svakog satelita. Osim toga, naznačena je navigacijska pogreška (u metrima) - što više satelita uređaj vidi, to će koordinate biti točnije, naravno.
Sučelje GPS II+ izgrađeno je na principu "okretanja" stranica (za to postoji čak i posebna tipka PAGE). “Satelitska stranica” je opisana gore, a osim nje tu su i “navigacijska stranica”, “karta”, “povratna stranica”, “izbornička stranica” i niz drugih. Treba napomenuti da opisani uređaj nije rusificiran, ali čak i uz slabo poznavanje engleskog jezika možete razumjeti njegov rad.
Navigacijska stranica prikazuje: apsolutne geografske koordinate, prijeđenu udaljenost, trenutnu i prosječnu brzinu, nadmorsku visinu, vrijeme putovanja i, na vrhu zaslona, elektronički kompas. Mora se reći da se visina određuje s puno većom pogreškom nego dvije horizontalne koordinate (o tome postoji čak i posebna napomena u korisničkom priručniku), što ne dopušta korištenje GPS-a, primjerice, za određivanje visine paraglajdera. . No, trenutna brzina izračunava se iznimno precizno (posebno za objekte koji se brzo kreću), što omogućuje korištenje uređaja za određivanje brzine motornih saonica (čiji brzinomjeri imaju tendenciju značajnog laganja). Mogu vam dati “loš savjet” - kada unajmljujete auto, isključite mu brzinomjer (da broji manje kilometara - uostalom, plaćanje je često proporcionalno kilometraži), a brzinu i prijeđenu udaljenost odredite GPS-om ( srećom, može mjeriti i u miljama i u kilometrima).
Prosječna brzina kretanja određena je pomalo čudnim algoritmom - vrijeme mirovanja (kada je trenutna brzina nula) nije uzeto u obzir u izračunima (logičnije bi, po mom mišljenju, bilo jednostavno podijeliti prijeđenu udaljenost s ukupno vrijeme putovanja, ali tvorci GPS-a II+ vodili su se nekim drugim razmatranjima).
Prijeđena udaljenost prikazana je na "karti" (memorija uređaja traje 800 kilometara - s većom kilometražom najstarije oznake se automatski brišu), pa po želji možete vidjeti obrazac svojih lutanja. Mjerilo karte varira od desetaka metara do stotina kilometara, što je nedvojbeno izuzetno zgodno. Najznačajnije je to što memorija uređaja sadrži koordinate glavnih naselja diljem svijeta! SAD je, naravno, predstavljen detaljnije (na primjer, sva područja Bostona su prisutna na karti s imenima) od Rusije (ovdje je naznačen položaj samo gradova kao što su Moskva, Tver, Podolsk itd.). Zamislite, na primjer, da idete iz Moskve u Brest. Pronađite "Brest" u memoriji navigatora, pritisnite poseban gumb "GO TO" i lokalni smjer vašeg kretanja pojavit će se na zaslonu; globalni smjer do Bresta; broj kilometara (naravno, u ravnoj liniji) preostalih do odredišta; prosječna brzina i procijenjeno vrijeme dolaska. I tako bilo gdje u svijetu - i u Češkoj, i u Australiji, i na Tajlandu...
Ništa manje korisna je takozvana povratna funkcija. Memorija uređaja omogućuje snimanje do 500 ključnih točaka (putnih točaka). Korisnik može imenovati svaku točku po vlastitom nahođenju (na primjer, DOM, DACHA itd.), a također su predviđene različite ikone za prikaz informacija na zaslonu. Uključivanjem funkcije povratka na točku (bilo koju od prethodno snimljenih), vlasnik navigatora dobiva iste mogućnosti kao u gore opisanom slučaju s Brestom (tj. udaljenost do točke, procijenjeno vrijeme dolaska i sve ostalo drugo). Na primjer, imao sam takav slučaj. Stigavši u Prag automobilom i smjestivši se u hotel, moj prijatelj i ja otišli smo u centar grada. Ostavili smo auto na parkiralištu i otišli u šetnju. Nakon besciljne trosatne šetnje i večere u restoranu, shvatili smo da se uopće ne sjećamo gdje smo ostavili auto. Vani je noć, nalazimo se u jednoj od malih ulica nepoznatog grada... Srećom, prije nego što sam napustio auto, zapisao sam gdje se nalazi u navigatoru. Sada, stisnuvši par tipki na uređaju, ustanovio sam da je auto parkiran 500 metara od nas i nakon 15 minuta već smo slušali tihu glazbu dok smo autom išli prema hotelu.
Osim pomicanja na snimljenu oznaku u ravnoj liniji, što nije uvijek zgodno u gradskim uvjetima, Garmin nudi funkciju TrackBack - vraćanje vlastitom stazom. Grubo govoreći, krivulja gibanja je aproksimirana nizom ravnih dionica, a oznake su postavljene na lomnim točkama. Na svakoj ravnoj dionici navigator vodi korisnika do najbliže oznake, a po dolasku na nju automatski prelazi na sljedeću oznaku. Izuzetno praktična funkcija pri vožnji u nepoznatom području (signal sa satelita, naravno, ne prolazi kroz zgrade, pa da biste dobili podatke o svojim koordinatama u gusto naseljenim uvjetima, morate tražiti više ili manje otvoreno mjesto).
Neću ići dalje u opis mogućnosti uređaja - vjerujte mi, osim opisanih, ima i puno ugodnih i potrebnih gadgeta. Isplati se samo promijeniti orijentaciju zaslona - uređaj možete koristiti i u vodoravnom (automobil) i u okomitom (pješak) položaju (vidi sliku 3).
Smatram da je jedna od glavnih prednosti GPS-a za korisnika nepostojanje bilo kakvih naknada za korištenje sustava. Kupio sam uređaj jednom i uživam!
Zaključak.
Mislim da nema potrebe navoditi područja primjene razmatranog sustava globalnog pozicioniranja. GPS prijemnici ugrađeni su u automobile, Mobiteli pa čak i ručni satovi! Nedavno sam naišao na poruku o razvoju čipa koji kombinira minijaturni GPS prijemnik i GSM modul - predlaže se opremanje ogrlica za pse uređajima koji se temelje na njemu, tako da vlasnik može jednostavno locirati izgubljenog psa putem mobilne mreže .
Ali u svakoj bačvi meda nalazi se mušica. U ovom slučaju, ruski zakoni igraju ulogu potonjeg. Neću detaljno raspravljati o pravnim aspektima korištenja GPS navigatora u Rusiji (nešto o tome se može pronaći), samo ću primijetiti da su teoretski visokoprecizni navigacijski uređaji (koji su, bez sumnje, čak i amaterski GPS prijemnici) zabranjeni su u našoj zemlji, a njihovim vlasnicima prijeti oduzimanje uređaja i pozamašna novčana kazna.
Srećom za korisnike, u Rusiji se strogost zakona kompenzira izbornošću njihove provedbe - na primjer, oko Moskve vozi ogroman broj limuzina s antenom GPS prijemnika na poklopcu prtljažnika. Sva manje ili više ozbiljna plovila opremljena su GPS-om (i već je stasala cijela generacija nautičara koji se teško snalaze pomoću kompasa i drugih tradicionalnih navigacijskih sredstava). Nadam se da vlasti neće ubaciti ricu u kotače tehnološkog napretka i da će u skoroj budućnosti legalizirati korištenje GPS prijemnika u našoj zemlji (ukinuli su dozvole za mobitele), a također će dati zeleno svjetlo za deklasifikacija i replikacija detaljnih karata terena potrebnih za potpunu upotrebu navigacijskih sustava automobila. sustavi
Danas ćemo govoriti o tome što je GPS i kako ovaj sustav funkcionira. Obratimo pozornost na razvoj ove tehnologije i njezine funkcionalne značajke. Također ćemo razgovarati o tome kakvu ulogu imaju interaktivne karte u radu sustava.
Povijest GPS-a
Povijest nastanka globalnog sustava pozicioniranja, odnosno određivanja koordinata, započela je u Sjedinjenim Državama davnih 50-ih godina prošlog stoljeća lansiranjem prvog sovjetskog satelita u svemir. Tim američkih znanstvenika koji je pratio lansiranje primijetio je da je satelit kako se udaljavao postupno mijenjao frekvenciju signala. Nakon dublje analize podataka, došli su do zaključka da je uz pomoć satelita, detaljnije, njegove lokacije i emitiranog signala, moguće točno odrediti lokaciju i brzinu kretanja osobe na zemlji, tj. kao i obrnuto, brzina i položaj satelita u orbiti pri određivanju točnih ljudskih koordinata. Krajem sedamdesetih Ministarstvo obrane SAD-a lansiralo je GPS sustav za vlastite potrebe, a nekoliko godina kasnije postao je dostupan i za civilnu upotrebu. Kako sada radi GPS sustav? Upravo onako kako se radilo u to vrijeme, po istim principima i temeljima.
Satelitska mreža
Više od dvadeset i četiri satelita u Zemljinoj orbiti odašilju radiovezne signale. Broj satelita varira, ali uvijek postoji potreban broj u orbiti za nesmetan rad, a neki od njih su i rezervni pa će, ako se prvi pokvare, preuzeti njihove funkcije. Budući da je radni vijek svake od njih približno 10 godina, lansiraju se nove, modernizirane verzije. Sateliti se okreću u šest orbita oko Zemlje na nadmorskoj visini manjoj od 20 tisuća km, čine međusobno povezanu mrežu koju kontroliraju GPS stanice. Potonji se nalaze na tropskim otocima i povezani su s glavnim koordinacijskim centrom u Sjedinjenim Državama.
Kako radi GPS navigator?
Zahvaljujući ovoj mreži možete saznati svoju lokaciju izračunavanjem kašnjenja signala sa satelita i pomoću tih podataka odrediti koordinate. Kako sada radi GPS sustav? Kao i svaka mreža za prostornu navigaciju, potpuno je besplatna. Djeluje visoko učinkovito u svim vremenskim uvjetima iu bilo koje doba dana. Jedina kupnja koju trebate kupiti je sam GPS ili uređaj koji podržava GPS funkciju. Zapravo, princip rada navigatora temelji se na dugo korištenoj jednostavnoj navigacijskoj shemi: ako točno znate mjesto gdje se nalazi objekt oznake koji je najprikladniji za ulogu orijentira i udaljenost od njega do vas , nacrtajte krug na kojem točkom označite svoju lokaciju. Ako je radijus kruga velik, zamijenite ga ravnom linijom. Nacrtajte nekoliko takvih pruga od vaše moguće lokacije prema oznakama; točka sjecišta linija označit će vaše koordinate na karti. Gore spomenuti sateliti u ovom slučaju igraju ulogu ovih objekata markera s udaljenosti od vaše lokacije od oko 18 tisuća km. Iako se vrte u orbiti ogromnom brzinom, njihov se položaj stalno prati. Svaki navigator ima GPS prijamnik, koji je programiran na željenu frekvenciju iu izravnoj je interakciji sa satelitom. Svaki radio signal sadrži određenu količinu kodiranih informacija, koje uključuju podatke o tehničkom stanju satelita, njegovu položaju u Zemljinoj orbiti i vremenskoj zoni (točno vrijeme). Usput, informacija o točnom vremenu najpotrebnija je za dobivanje podataka o vašim koordinatama: tekući izračun duljine vremena između puštanja i prijema radio signala množi se brzinom samog radijskog vala, a s kratkoročni izračuni izračunava se udaljenost između vašeg navigacijskog uređaja i satelita u orbiti.
Poteškoće sa sinkronizacijom
Na temelju ovog principa navigacije može se pretpostaviti da će vam za točno određivanje koordinata možda trebati samo dva satelita, na temelju čijih ćete signala lako pronaći točku sjecišta, a u konačnici i mjesto na kojem se nalazite . Ali, nažalost, tehnički razlozi zahtijevaju korištenje drugog satelita kao markera. Glavni problem je sat GPS prijamnika koji ne omogućuje dovoljnu sinkronizaciju sa satelitima. Razlog tome je razlika u prikazu vremena (na vašem navigatoru iu prostoru). Sateliti imaju skupe, kvalitetne atomske satove koji im omogućavaju iznimno precizno računanje vremena, dok je takve kronometre jednostavno nemoguće koristiti na konvencionalnim prijemnicima, jer im to ne bi omogućile njihove dimenzije, cijena i složenost rada. koristiti posvuda. Čak i mala pogreška od 0,001 sekunde može pomaknuti koordinate za više od 200 km u stranu!
Treći marker
Stoga su programeri odlučili napustiti uobičajenu tehnologiju kvarcnih satova u GPS navigatorima i krenuti drugim putem, točnije - koristiti umjesto dva satelitska orijentira - tri, odnosno isti broj linija za naknadno raskrižje. Rješenje problema temelji se na genijalno jednostavnom rješenju: kada se sve linije iz tri označene markere sijeku, čak i uz moguće netočnosti, stvara se zona u obliku trokuta čije se središte uzima kao sredina - tvoja lokacija. To vam također omogućuje da identificirate razliku u vremenu između prijemnika i sva tri satelita (za koje će razlika biti ista), što vam omogućuje da ispravite sjecište linija točno u sredini; drugim riječima, 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 radi GPS navigator i kako ispravno percipira sve informacije ako mu svi sateliti kontinuirano i istovremeno šalju informacije? Sve je vrlo jednostavno. Kako bi se identificirali, odašiljači na satelitu također šalju standardne informacije u radio signalu, koji sadrži šifrirani kod. Prikazuje maksimalne karakteristike satelita i unosi se u bazu podataka vašeg uređaja, što vam zatim omogućuje usporedbu podataka sa satelita s bazom podataka navigatora. Čak i s velikim brojem satelita u dometu, oni se mogu identificirati vrlo brzo i jednostavno. Sve to pojednostavljuje cjelokupnu shemu i omogućuje korištenje manjih i slabijih prijemnih antena u GPS navigatorima, što pojeftinjuje i smanjuje dizajn i dimenzije uređaja.
GPS karte
GPS karte se zasebno preuzimaju na vaš uređaj, tako da vi kontrolirate teren kojim želite navigirati. Sustav samo postavlja vaše koordinate na planetu, a funkcija karata je ponovno kreiranje grafičke verzije na ekranu na kojem su koordinate ucrtane, što vam omogućuje navigaciju područjem. Kako GPS radi u ovom slučaju? Besplatno, i dalje ostaje u ovom statusu; kartice u nekim internetskim trgovinama (i ne samo) i dalje se plaćaju. Često se za uređaj s GPS navigatorom izrađuju zasebne aplikacije za rad s kartama: plaćene i besplatne. Raznolikost karata je ugodno iznenađujuća i omogućuje vam da postavite cestu od točke A do točke B što je moguće informativnije i sa svim pogodnostima: pokraj kojih ćete znamenitosti proći, najkraći put do odredišta, glasovni pomoćnik koji pokazuje smjer , i drugi.
Dodatna GPS oprema
GPS sustav se ne koristi samo da vam pokaže pravi put. Omogućuje vam praćenje objekta koji na sebi može imati takozvani beacon ili GPS tracker. Sastoji se od samog prijemnika signala i odašiljača temeljenog na gsm, 3gp ili drugim komunikacijskim protokolima za prijenos informacija o lokaciji objekta servisnim centrima koji vrše kontrolu. Koriste se u mnogim industrijama: sigurnosti, medicini, osiguranju, transportu i mnogim drugim. Postoje i automobilski trackeri koji se povezuju isključivo s automobilom.
Putujte bez problema
Svakim danom značenje karte i trajnog kompasa seže dalje u prošlost. Suvremene tehnologije omogućuju osobi da utre put svome putovanju uz minimalan gubitak vremena, truda i novca, a da pritom vidi najuzbudljivija i najzanimljivija mjesta. Ono što je prije jedno stoljeće bila znanstvena fantastika danas je postalo stvarnost, a to mogu iskoristiti gotovo svi: od vojnog osoblja, mornara i pilota zrakoplova do turista i kurira. Sada veliku popularnost dobiva korištenje ovih sustava za komercijalnu, zabavnu i reklamnu industriju, gdje se svaki poduzetnik može označiti na globalnoj karti svijeta i neće ga biti teško pronaći. Nadamo se da je ovaj članak pomogao svima koje zanima GPS - kako radi, na kojem se principu određuju koordinate te koje su mu prednosti i mane.
Gotovo svaki moderni telefon već ima ugrađen modul GPS prijamnika, pomoću kojeg je moguće točno odrediti svoju lokaciju na planeti Zemlji. GPS ne zahtijeva internet ili mobilne mreže za rad i točno određivanje svoje lokacije. Sustav može funkcionirati i usred pustinje, daleko od civilizacije. Znamo da je to moguće zahvaljujući satelitima - ali kako to točno funkcionira?
Osnovu GPS sustava čine navigacijski sateliti koji se kreću oko Zemlje duž 6 kružnih orbitalnih putanja (po 4 satelita u svakoj), na visini od 20.180 km. GPS sateliti kruže oko Zemlje svakih 12 sati, teški su oko 840 kg u orbiti, a široki su 1,52 m i dugački 5,33 m, uključujući solarne panele koji generiraju 800 vata energije.
24 satelita osiguravaju 100% operativnost GPS navigacijskog sustava bilo gdje u svijetu. Najveći mogući broj istovremeno aktivnih satelita u sustavu NAVSTAR ograničen je na 37. Gotovo uvijek su u orbiti 32 satelita, 24 glavna i 8 rezervnih u slučaju kvara.
Budući da je poznato da svaki od satelita dnevno napravi dva kruga oko planeta, nije teško izračunati da im je brzina otprilike 14 000 km/h. Sam položaj satelita, kao i nagib njihovih orbita, nije nimalo slučajan: smješteni su tako da su najmanje četiri satelita vidljiva s bilo koje otvorene točke na planeti - upravo je to minimalni broj potreban da se utvrdi mjesto objekta na Zemlji. Zašto 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 točke ili da se reflektira od nje i ponovno stigne do nas (glavno je znati točnu brzinu signala). U drugom slučaju, vrijeme će se morati podijeliti s dva, jer je signal prešao dvostruko veću udaljenost. Ova se metoda naziva eholokacija, a raspon njezine primjene vrlo je 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 nalazi prijemnik. U slučaju GPS sustava, prijemnik signala ste vi koji stojite na Zemlji. Satelit nema pojma o vašoj lokaciji, ne zna gdje ste i nikada neće, pa šalje signal na cijelu površinu planeta ispod sebe odjednom. U tom signalu on kodira podatke o tome gdje se nalazi, kao i u koje je vrijeme prema vlastitom satu signal poslan i tu njegov posao završava.
GPS modul u vašim rukama primio je satelitske koordinate i informacije o vremenu slanja signala. Program na vašem telefonu množi brzinu širenja signala (odnosno brzinu svjetlosti) s razlikom između vremena kada je signal primljen i vremena kada je poslan i tako izračunava udaljenost do svakog satelita. Kad bi sat modula bio točno sinkroniziran sa satovima svih satelita, bila bi potrebna još dva satelita za određivanje lokacije pomoću tzv. triangulacije.
Da bismo razumjeli kako triangulacija funkcionira, prijeđimo na trenutak u dvodimenzionalni prostor. Zamislite dvije točke na ravnini koje se nalaze na poznatoj udaljenosti jedna od druge, recimo 5 metara. Također znate da se neka nova točka nalazi na poznatim udaljenostima od prve dvije - na primjer, 3, odnosno 4 metra. Da biste pronašli ovu novu točku, možete nacrtati dvije kružnice polumjera 3 i 4 metra i središta u prvoj odnosno drugoj točki. Dvije dobivene kružnice sijeku se u točno dvije točke, od kojih će jedna biti željena.
Vratimo se trodimenzionalnom prostoru. Sada već trebamo tri referentne točke, koje su naši sateliti, a oko njih ćemo "crtati" krugove, ne krugove, već sfere. Sve tri sfere odjednom, u općem slučaju, imat će dvije točke sjecišta, ali jedna od njih nalazi se "iznad" lokacije satelita, vrlo visoko u svemiru - očito nam ne treba. Ali drugi je samo vaša lokacija.
Da biste izmjerili mjesto u prostoru, morate znati točno vrijeme i imati točan instrument za njegovo mjerenje.
Pravi zadatak je kompliciran činjenicom da vrijeme na satu vašeg telefona ne odgovara onome što pokazuju satelitski satovi, a vaš sat je nekoliko redova veličine manje točan. Općenito govoreći, vrijeme stvara nekoliko dodatnih poteškoća u rješavanju ovog problema. Na primjer, sateliti su podložni učincima relativističkog i gravitacijskog iskrivljenja vremena. Naime, brzina sata, prema teoriji relativnosti, ovisi, između ostalog, o sili gravitacije na mjestu gdje se sat nalazi, kao i o brzini njegova kretanja.
Na visini od 20.000 kilometara iznad Zemlje gravitacija je prilično slaba, a sateliti lete, kao što smo već shvatili, prilično brzo. Zbog zbroja ovih učinaka, sat se mora podešavati za ukupno 38 milisekundi dnevno. Ako vam se čini da to nije dovoljno, podsjetit ću vas da će elektromagnetski signal koji se kreće brzinom svjetlosti za to vrijeme prijeći otprilike 11 000 km - to je otprilike pogreška u određivanju koordinata.
Drugi problem je točnost samog sata. Pri ovim brzinama signala svaka milijuntinka sekunde mjerena s nesigurnošću može uzrokovati velike pogreške. Zbog toga sateliti starog formata ne omogućuju vrlo precizno određivanje lokacije i mogu vas “prevariti” za čak 10 metara. Od 2010. lansirani su novi sateliti opremljeni atomskim satovima koji su zamijenili stare, a njihova se pogreška smanjila na 1 metar.
Drugi način rješavanja problema su posebne stanice za korekciju tla. Koriste se u nekim zemljama, a princip njihovog rada je sljedeći: primajući podatke o lokaciji određenog objekta, ispravljaju ih, a kao rezultat toga, korisnik gadgeta dobiva pouzdanije informacije o vlastitoj lokaciji.
Što je više izvora signala, točniji je rezultat mjerenja, zbog čega će se s navigatorom lakše kretati u metropoli nego u pustinji.
Međutim, atomski satovi su glomazni i skupi, pa je za rješavanje problema s vremenom prijamnika potreban još jedan satelit. Također prenosi informacije o svojoj lokaciji i trenutku slanja signala. I sada naš prostor postaje ne trodimenzionalan, već četverodimenzionalan. Nepoznanice su zemljopisna širina, dužina, nadmorska visina i vrijeme prijemnika u trenutku slanja signala. Moramo odrediti položaj u te četiri dimenzije, za što su nam, analogno dvodimenzionalnim i trodimenzionalnim prostorima, potrebna točno četiri satelita.
Naravno, u stvarnosti je dobro kada možete “uhvatiti” signal iz većeg broja izvora, au velikim gradovima i naseljenim područjima s tim nema problema: lako možete vidjeti desetak satelita u isto vrijeme, što će pružiti dovoljno visoku točnost za svakodnevnu upotrebu.
Međutim, početna potraga za satelitima također nije najlakši zadatak. U starijim uređajima, uređaju je moglo trebati dosta vremena, do nekoliko minuta, da uhvati i raščlani signal potrebnog broja svemirskih objekata. Tada se to zvalo “hladni start”, a kako bi ubrzali proces, došli su na ideju da s interneta dobiju podatke o trenutnoj lokaciji nebeskih tijela. Ali kada je prijamnik premješten na veliku udaljenost (desetke kilometara) ili tijekom vrlo dugog razdoblja neaktivnosti, "hladni start" je morao biti ponovno izveden. U modernim uređajima modul se povremeno uključuje, ažurirajući informacije, tako da ovaj problem više ne postoji.
Usput, do 2000. godine točnost za civile bila je umjetno niska, a bilo je moguće saznati svoju lokaciju ne bliže od 100 metara od stvarne. Budući da je GPS stvorilo, financiralo i održavalo Ministarstvo obrane SAD-a, vojska je željela imati određenu prednost. Razvojem i sve aktivnijim uvođenjem tehnologije u život civilnog stanovništva, to umjetno ograničenje je uklonjeno.
Satelit ne prima podatke od bilo kojeg GPS uređaja na Zemljinoj površini ili u zračnom prostoru pa je usluga besplatna. Jednostavno nećemo moći otkriti tko ga točno koristi. Ispostavilo se da je recept za rješavanje univerzalnog ljudskog problema kodnog naziva "Gdje sam ja?" krajnje jednostavna: jednosmjerna komunikacija i jednostavni matematički izračuni.
Danas je opseg primjene GPS sustava za globalno pozicioniranje prilično širok. GPS prijamnici se sve više ugrađuju u mobilne telefone i komunikatore, automobile, satove pa čak i ogrlice za pse. Ljudi se navikavaju na takvu pogodnost kao što je GPS navigacija i uskoro više neće moći bez nje. Zato vrijedi reći nekoliko riječi o nedostacima GPS-a.
Nedostaci GPS navigacije su što u određenim uvjetima signal možda neće doći do GPS prijamnika, pa je gotovo nemoguće odrediti gdje se točno nalazite duboko u stanu unutar armiranobetonske zgrade, u podrumu ili u tunelu.
Radna frekvencija GPS-a je u decimetarskom rasponu radio valova, tako da se razina prijema signala sa satelita može pogoršati pod gustim lišćem drveća, u područjima s gustom urbanom izgrađenošću ili zbog velikih oblaka, a to će utjecati na točnost pozicioniranja.
Magnetske oluje i zemaljski radio izvori također mogu ometati normalan prijem GPS signala.
Karte dizajnirane za GPS navigaciju brzo zastarijevaju i možda neće biti točne, stoga morate vjerovati ne samo podacima s GPS prijamnika, već i vlastitim očima.
Posebno valja istaknuti da je rad globalnog GPS navigacijskog sustava u potpunosti ovisan o Ministarstvu obrane SAD-a te se ne može biti siguran da u bilo kojem trenutku SAD neće uključiti smetnje (SA - selektivna dostupnost) ili čak potpuno isključiti civilni sektor GPS-a kako u određenoj regiji tako i općenito govoreći. Presedana je već bilo.
Sustav GPS ima manje popularnu i poznatu alternativu u obliku navigacijskih sustava GLONASS (Rusija) i Galileo (EU), a svaki od ovih sustava nastoji se proširiti.
