Tehnologii GPS și A-GPS - principii de funcționare, avantaje și dezavantaje. Diferența dintre GPS și A-GPS

Navigația prin satelit GPS a fost mult timp un standard pentru crearea sistemelor de poziționare și este utilizat în mod activ în diverse trackere și navigatoare. În proiectele Arduino, GPS-ul este integrat folosind diverse module care nu necesită cunoașterea fundamentelor teoretice. Dar un inginer adevărat ar trebui să fie interesat să înțeleagă principiul și schema de funcționare a GPS-ului pentru a înțelege mai bine posibilitățile și limitările acestei tehnologii.

Schema de lucru GPS

GPS este un sistem de navigație bazat pe satelit dezvoltat de Departamentul de Apărare al SUA care oferă coordonate precise și ora. Funcționează oriunde în lume în toate condițiile meteorologice. GPS-ul este format din trei părți - sateliți, stații de pe Pământ și receptoare de semnal.

Ideea creării unui sistem de navigație prin satelit a apărut în anii 50 ai secolului trecut. O echipă americană de oameni de știință care observă lansarea sateliților sovietici a observat că pe măsură ce satelitul se apropie, frecvența semnalului crește și scade odată cu distanța sa. Acest lucru a făcut posibil să înțelegem că este posibil să se măsoare poziția și viteza unui satelit, cunoscându-i coordonatele pe Pământ și invers. Lansarea sateliților pe orbita joasă a pământului a jucat un rol imens în dezvoltarea sistemului de navigație. Și în 1973 a fost creat programul DNSS (NavStar), în cadrul acestui program, sateliții au fost lansati pe orbită terestră medie. Programul a primit numele GPS în același 1973.

Sistemul GPS este utilizat în prezent nu numai în domeniul militar, ci și în scopuri civile. Există multe sfere de aplicație GPS:

• Conexiune mobilă;
• Tectonica plăcilor - urmărirea vibrațiilor plăcilor;
• Determinarea activității seismice;
• Urmărirea prin satelit a transportului - puteți monitoriza poziția, viteza de transport și puteți controla mișcarea acestora;
• Geodezie - determinarea limitelor exacte ale terenurilor;
• Cartografie;
• Navigare;
• Jocuri, geoetichetare și alte zone de divertisment.

Cel mai important dezavantaj al sistemului poate fi considerat imposibilitatea recepționării unui semnal în anumite condiții. Frecvențele de operare GPS sunt în intervalul de lungimi de undă decimetrice. Acest lucru duce la faptul că nivelul semnalului poate scădea din cauza norilor înalți, a frunzișului dens al copacilor. Sursele radio, bruiajele și, în cazuri rare, chiar și furtunile magnetice pot interfera cu transmisia normală a semnalului. Precizia determinării datelor se va deteriora în regiunile circumpolare, deoarece sateliții nu se află la înălțime deasupra Pământului.

Navigație fără GPS

Principalul concurent al GPS-ului este sistemul rusesc GLONASS (Global Navigation Satellite System). Sistemul și-a început activitatea cu drepturi depline în 2010; încercări de utilizare activă au fost făcute din 1995. Există mai multe diferențe între cele două sisteme:

• Codări diferite - americanii folosesc CDMA, sistemul rusesc folosește FDMA;
• Diferite dimensiuni ale dispozitivelor - GLONASS folosește un model mai complex, prin urmare, consumul de energie și dimensiunea dispozitivelor cresc;
• Amplasarea și mișcarea sateliților pe orbită - sistemul rus oferă o acoperire mai largă a teritoriului și o determinare mai precisă a coordonatelor și timpului.
• Viața sateliților - Sateliții americani devin de mai bună calitate, astfel încât durează mai mult.

Pe lângă GLONASS și GPS, există și alte sisteme de navigație mai puțin populare - Galileo european și Beidou chinezesc.

Descrierea GPS-ului

Cum funcționează GPS-ul

Sistemul GPS funcționează după cum urmează - receptorul de semnal măsoară întârzierea de propagare a semnalului de la satelit la receptor. Din semnalul primit, receptorul obține date despre locația satelitului. Întârzierea semnalului este înmulțită cu viteza luminii pentru a determina distanța de la satelit la receptor.

Din punct de vedere al geometriei, funcționarea sistemului de navigație poate fi ilustrată astfel: mai multe sfere, în mijlocul cărora se află sateliți, se intersectează și utilizatorul se află în ele. Raza fiecărei sfere este egală în mod corespunzător cu distanța până la acest satelit vizibil. Semnalele de la trei sateliți oferă informații despre latitudine și longitudine, al patrulea satelit oferă informații despre înălțimea unui obiect deasupra suprafeței. Valorile obținute pot fi rezumate într-un sistem de ecuații, din care puteți găsi coordonatele utilizatorului. Astfel, pentru a obține o poziție precisă, este necesar să se efectueze 4 măsurători ale distanțelor până la satelit (dacă excludem rezultate neplauzibile, sunt suficiente trei măsurători).

Ecuațiile obținute sunt corectate prin discrepanța dintre poziția calculată și cea reală a satelitului. Eroarea care apare ca urmare a acestui fapt se numește efemeride și variază de la 1 la 5 metri. Contribuie și interferența, presiunea atmosferică, umiditatea, temperatura, influențele ionosferice și atmosferice. În total, totalitatea tuturor erorilor poate aduce eroarea până la 100 de metri. Unele erori pot fi rezolvate matematic.

Pentru a reduce toate erorile, se utilizează modul diferenţial GPS. În el, receptorul primește prin canal radio toate corecțiile necesare la coordonatele de la stația de bază. Precizia de măsurare finală ajunge la 1-5 metri. În modul diferențial, există 2 metode de corectare a datelor primite - aceasta este corectarea coordonatelor în sine și corectarea parametrilor de navigare. Prima metodă este incomod de utilizat, deoarece toți utilizatorii trebuie să lucreze pe aceiași sateliți. În al doilea caz, complexitatea echipamentului de poziționare în sine crește semnificativ.

Există o nouă clasă de sisteme care mărește precizia de măsurare la 1 cm. Unghiul dintre direcțiile către sateliți are un impact enorm asupra preciziei. La un unghi mare, locația va fi determinată mai precis.

Precizia măsurătorilor poate fi redusă artificial de către Departamentul de Apărare al SUA. Pentru aceasta, pe dispozitivele de navigație este setat un mod special S/A - acces limitat. Modul este conceput pentru scopuri militare, pentru a nu oferi inamicului un avantaj în determinarea coordonatelor exacte. Din mai 2000, regimul de acces restricționat a fost anulat.

Toate sursele de erori pot fi împărțite în mai multe grupuri:

• Eroare de calcul al orbitei;
• Erori la receptor;
• Erori asociate cu reflexiile multiple ale semnalului de la obstacole;
• Ionosferă, întârzieri ale semnalului troposferic;
• Geometria locației sateliților.

Principalele caracteristici

Sistemul GPS include 24 de sateliți artificiali de pământ, o rețea de stații de urmărire la sol și receptoare de navigație. Stațiile de observare sunt necesare pentru determinarea și monitorizarea parametrilor orbitali, calcularea caracteristicilor balistice, ajustarea abaterii de la traiectorii de mișcare, monitorizarea echipamentelor de la bordul navelor spațiale.

Caracteristicile sistemelor de navigație GPS:

• Număr de sateliți - 26, 21 principali, 5 de rezervă;
• Număr de planuri orbitale - 6;
• Altitudinea orbitală - 20.000 km;
• Durata de viață a sateliților este de 7,5 ani;
• Frecvențe de operare - L1 = 1575,42 MHz; L2 = 12275,6 MHz, putere 50 W, respectiv 8 W;
• Fiabilitatea determinării navigației - 95%.

Există mai multe tipuri de receptoare de navigație - portabile, staționare și de aviație. Receptoarele sunt, de asemenea, caracterizate de o serie de parametri:

• Număr de canale - receptoarele moderne folosesc 12 până la 20 de canale;
• Tip antenă;
• Disponibilitatea suportului cartografic;
• Tipul de afișare;
• Funcții suplimentare;
• Diferite caracteristici tehnice - materiale, rezistență, protecție la umiditate, sensibilitate, capacitate de memorie și altele.

Principiul de funcționare al navigatorului în sine - în primul rând, dispozitivul încearcă să comunice cu satelitul de navigație. Imediat ce se stabilește conexiunea, se transmite almanahul, adică informații despre orbitele sateliților aflați în cadrul aceluiași sistem de navigație. Comunicarea doar cu un satelit nu este suficientă pentru a obține o poziție precisă, așa că sateliții rămași își transmit efemeridele către navigator, ceea ce este necesar pentru a determina abaterile, coeficienții de perturbație și alți parametri.

Pornire rece, caldă și caldă a navigatorului GPS

După pornirea navigatorului pentru prima dată sau după o pauză lungă, începe o lungă așteptare pentru primirea datelor. Timpul lung de așteptare se datorează faptului că almanahul și efemeridele lipsesc sau sunt depășite în memoria navigatorului, astfel încât dispozitivul trebuie să efectueze o serie de acțiuni pentru a primi sau actualiza date. Timpul de așteptare, sau așa-numitul timp de pornire la rece, depinde de diverși indicatori - calitatea receptorului, starea atmosferei, zgomot, numărul de sateliți la vedere.

Pentru a începe, navigatorul trebuie să:

• Găsiți un satelit și stabiliți comunicarea cu acesta;
• Primește un almanah și păstrează-l în memorie;
• Primește efemeride de la satelit și salvează-le;
• Găsiți încă trei sateliți și stabiliți contact cu aceștia, primiți efemeride de la ei;
• Calculați coordonatele folosind efemeride și pozițiile satelitului.

Abia după parcurgerea întregului ciclu, dispozitivul va începe să funcționeze. Această lansare se numește pornire la rece.

O pornire la cald este semnificativ diferită de o pornire la rece. Memoria navigatorului conține deja actualul almanah și efemeride. Datele almanahului sunt valabile 30 de zile, datele efemeride - 30 de minute. De aici rezultă că dispozitivul a fost oprit pentru o perioadă scurtă de timp. Cu o pornire la cald, algoritmul va fi mai simplu - dispozitivul stabilește o conexiune cu satelitul, actualizează efemeridele dacă este necesar și calculează locația.

Există un început cald - caz în care almanahul este la zi și efemeridele trebuie actualizate. Acest lucru durează puțin mai mult decât o pornire la cald, dar mult mai puțin decât una rece.

Restricții privind achiziționarea și utilizarea modulelor GPS de casă

Legislația rusă cere producătorilor să reducă acuratețea detectării receptorilor. Lucrarea cu o precizie grosieră poate fi efectuată numai dacă utilizatorul are o licență de specialitate.

Interzis în Federația Rusă există mijloace tehnice speciale destinate primirii secrete a informațiilor (STS NPI). Acestea includ trackere GPS, care sunt folosite pentru a controla în secret mișcarea vehiculelor și a altor obiecte. Principala caracteristică a unui dispozitiv tehnic ilegal este secretul acestuia. Prin urmare, înainte de a cumpăra un dispozitiv, trebuie să studiați cu atenție caracteristicile, aspectul, pentru prezența funcțiilor ascunse și, de asemenea, să vedeți certificatele de conformitate necesare.

De asemenea, este important sub ce formă este vândut dispozitivul. Este posibil ca dispozitivul dezasamblat să nu aparțină STS NPI. Dar atunci când este asamblat, dispozitivul finit poate fi deja clasificat ca interzis.

Tehnologia GPS este folosită nu numai de șoferi și șoferii de taxi. Este, de asemenea, popular printre excursioniștii în natură, pescarii și oamenii cu un stil de viață activ care se plimbă / conduc în mod constant înainte și înapoi. Dacă cineva trebuie să afle unde se află, unde se află locația de care are nevoie, cât de repede se mișcă și cât de curând va atinge obiectivul, GPS-ul va veni în ajutor.

Motivul popularității pe scară largă a acestei tehnologii constă în următoarele:

• aria de acoperire acoperă întregul glob;
• tehnologia este folosită nu numai în trackere GPS securizate scumpe, ci și în navigatoare GPS relativ ieftine pentru mașini și chiar smartphone-uri;
• nu este nevoie să plătiți pentru utilizarea GPS.

Mai multe despre ce este GPS-ul

GPS este o abreviere pentru conceptul englezesc de Global Positioning System, care este tradus în rusă ca „sistem de poziționare globală”. Acest proiect a fost conceput și implementat de armata SUA doar în scopuri militare, dar ulterior a devenit utilizat pe scară largă pentru nevoi civile.

Sistemul GPS se bazează pe 24 de sateliți de navigație NAVSTAR, care alcătuiesc o singură rețea și sunt amplasați pe orbita Pământului în așa fel încât să poată fi accesați cel puțin 4 sateliți de oriunde în lume.

Operabilitatea sistemului de poziționare globală este monitorizată de pe Pământ de stații de observare situate în Insulele Hawaii, în orașul Colorado Springs (Colorado), în Atolul Kwajalein și pe Insulele Ascension și Diego Garcia. Toate informațiile colectate de aceste stații sunt înregistrate și apoi transmise la postul de comandă, care se află la baza forțelor aeriene americane „Shriver” (Colorado). Aici sunt ajustate informațiile de navigație și orbitele sateliților.

Calculul coordonatelor trackerului GPS se efectuează conform următorului principiu. Un semnal radio trece de la fiecare satelit de navigație la un receptor aflat la îndemâna lor. Întârzierea de propagare a acestui semnal este măsurată și distanța până la fiecare satelit este calculată din aceste măsurători. Locația receptorului este calculată pe baza măsurării distanței de la acesta la toți sateliții disponibili (în geodezie, această metodă se numește triangulație), ale căror coordonate sunt cunoscute și sunt conținute în semnalele pe care le transmit.

Receptorul GPS este capabil nu numai să determine locația sa, ci și să calculeze viteza de mișcare, timpul necesar pentru a ajunge la locul desemnat și să arate direcția. Dar acest lucru se referă deja nu atât la capacitățile sistemului GPS în sine, cât la software-ul de navigație.

Despre istoria GPS-ului și a sateliților de navigație

Americanii au venit cu ideea de a crea un sistem de navigație prin satelit în îndepărtații ani 1950, când a fost lansat primul satelit artificial de pe Pământ în URSS. În 1973, a fost lansat programul DNSS, care a fost redenumit ulterior Navstar-GPS, iar apoi pur și simplu GPS. Primul satelit (test) a fost lansat pe orbită în 1974.

După ce primul satelit de navigație sovietic GLONASS (Global Navigation Satellite System) a fost lansat pe orbită în 1982, Congresul SUA a alocat fonduri armatei americane pentru a accelera munca. Primul satelit GPS funcțional a fost lansat în februarie 1978, iar sistemul a început să funcționeze la capacitate maximă la sfârșitul anului 1993, când toți cei 24 de sateliți și-au luat locul pe orbita Pământului.

Fiecare satelit de navigație cântărește aproximativ 900-1000 kg și atinge 5 metri lungime cu panouri solare deschise. Durata medie de viață a unui satelit este de 10 ani. După expirarea acestei perioade, este afișat un nou satelit pentru a înlocui satelitul epuizat.

Despre receptorii GPS

Viteza de calculare a coordonatelor când receptorul este pornit, sensibilitatea și precizia de poziționare sunt determinate de chipsetul cu care este echipat. Chipset-urile pentru dispozitivele GPS sunt produse de mai mulți producători, dar cel mai comun este SiRFstarIII de la SiRf Technology.

Receptoarele cu chipset-ul SiRfstarIII au un timp scurt de pornire la rece (câteva secunde) și pot primi simultan semnale de la 20 de sateliți. Sunt foarte sensibile și vă permit să determinați coordonatele cu mare precizie.

Care este diferența dintre GPS și A-GPS

Lista de caracteristici ale unor smartphone-uri indică prezența unui modul GPS, altele - A-GPS. Care este diferența dintre aceste module?

Un dispozitiv cu un receptor GPS convențional în timpul pornirii la rece (când sistemul de navigație nu a fost folosit o perioadă lungă de timp) poate căuta sateliți pentru o perioadă lungă de timp - timpul de așteptare ajunge uneori la 10 minute sau mai mult. Acest lucru se datorează faptului că receptorul GPS caută sateliți fără să știe locația acestora.

Când utilizați A-GPS, dispozitivul primește imediat o parte din informațiile necesare folosind rețeaua GPRS / 3G (trafic nu mai mult de 10 KB). Astfel, A-GPS este un add-on software peste receptorul GPS, care reduce semnificativ timpul de căutare prin satelit în timpul pornirii la rece. În plus, acest add-on vă permite să creșteți precizia poziționării în zonele cu un semnal slab de la sateliți.

Există, totuși, un mic dezavantaj la A-GPS. Spre deosebire de GPS, care este absolut gratuit de utilizat, A-GPS trebuie plătit conform tarifului stabilit de furnizorul dumneavoastră, deoarece consumă trafic de Internet (deși nesemnificativ).

Așa cum se întâmplă adesea cu proiectele de înaltă tehnologie, armata a inițiat dezvoltarea și implementarea sistemului GPS (Global Positioning System). Proiectul unei rețele de satelit pentru determinarea coordonatelor în timp real oriunde în lume s-a numit Navstar (Navigation system with timing and range), în timp ce abrevierea GPS a apărut mai târziu, când sistemul a început să fie folosit nu numai în apărare, ci și pentru scopuri civile.

Primii pași pentru implementarea rețelei de navigație au fost făcuți la mijlocul anilor șaptezeci, în timp ce exploatarea comercială a sistemului în forma sa actuală a început în 1995. În acest moment sunt în funcțiune 28 de sateliți, repartizați uniform pe orbite cu o altitudine de 20350 km (24 de sateliți sunt suficienți pentru o funcționare complet funcțională).

Mergând puțin înaintea mea, voi spune că cu adevărat un moment cheie în istoria GPS-ului a fost decizia președintelui Statelor Unite de a desființa așa-numita disponibilitate selectivă (SA - disponibilitate selectivă) de la 1 mai 2000 - o eroare introdusă artificial în semnalele satelitului pentru funcționarea incorectă a receptoarelor GPS civile. ... Din acel moment, un terminal de amator poate determina coordonatele cu o precizie de câțiva metri (anterior, eroarea era de zeci de metri)! Figura 1 prezintă erori de navigare înainte și după dezactivarea modului de acces selectiv (date).

Să încercăm să înțelegem în termeni generali cum funcționează sistemul de poziționare globală, apoi vom atinge o serie de aspecte ale utilizatorului. Să începem considerația noastră cu principiul determinării intervalului, care stă la baza funcționării sistemului de navigație spațială.

Algoritm pentru măsurarea distanței de la punctul de observare la satelit.

Gama se bazează pe calcularea distanței de la întârzierea în timp a propagării semnalului radio de la satelit la receptor. Dacă cunoașteți timpul de propagare a unui semnal radio, atunci calea parcursă de acesta este ușor de calculat prin simpla înmulțire a timpului cu viteza luminii.

Fiecare satelit GPS generează continuu unde radio de două frecvențe - L1 = 1575.42MHz și L2 = 1227.60MHz. Puterea transmițătorului este de 50, respectiv 8 wați. Semnalul de navigare este un cod pseudonumăr aleatoriu (PRN). PRN este de două tipuri: primul, codul C / A (codul de achiziție grosier - cod brut) este utilizat în receptoarele civile, al doilea cod P (codul de precizie - cod exact) este utilizat în scopuri militare și, de asemenea, uneori, pentru rezolvarea problemelor de geodezie și cartografie. Frecvența L1 este modulată atât de codul C/A, cât și de codul P, frecvența L2 există doar pentru transmiterea codului P. Pe lângă cele descrise, există și un cod Y, care este un cod P criptat (în timp de război, sistemul de criptare se poate schimba).

Perioada de repetare a codului este destul de lungă (de exemplu, pentru un cod P este de 267 de zile). Fiecare receptor GPS are propriul său oscilator, care funcționează pe aceeași frecvență și modulează semnalul după aceeași lege ca și oscilatorul satelit. Astfel, din timpul de întârziere dintre aceleași secțiuni ale codului primit de la satelit și generat independent, este posibil să se calculeze timpul de propagare a semnalului și, în consecință, distanța până la satelit.

Una dintre principalele dificultăți tehnice ale metodei descrise mai sus este sincronizarea ceasurilor de pe satelit și din receptor. Chiar și o eroare minusculă conform standardelor convenționale poate duce la o eroare uriașă în determinarea distanței. Fiecare satelit poartă la bord un ceas atomic de înaltă precizie. Este clar că este imposibil să instalezi așa ceva în fiecare receptor. Prin urmare, pentru a corecta erorile în determinarea coordonatelor din cauza erorilor ceasului încorporat în receptor, se folosește o oarecare redundanță în datele necesare pentru legarea neechivocă la teren (mai multe despre aceasta puțin mai târziu).

Pe lângă semnalele de navigație în sine, satelitul transmite continuu diferite tipuri de informații de serviciu. Receptorul primește, de exemplu, efemeride (date precise despre orbita satelitului), prognoza întârzierii de propagare a semnalului radio în ionosferă (deoarece viteza luminii se modifică la trecerea prin diferite straturi ale atmosferei), precum și informații despre performanța satelitului (așa-numitul „almanah” care conține actualizări la fiecare 12,5 minute informații despre starea și orbitele tuturor sateliților). Aceste date sunt transmise la 50 bps pe frecvențele L1 sau L2.

Principii generale de determinare a coordonatelor folosind GPS.

Baza ideii de a determina coordonatele unui receptor GPS este de a calcula distanța de la acesta la mai mulți sateliți, a căror locație este considerată cunoscută (aceste date sunt conținute în almanahul primit de la satelit). În geodezie, metoda de calcul a poziției unui obiect prin măsurarea distanței acestuia de la punctele cu coordonate date se numește trilaterație. Fig2.

Dacă distanța A până la un satelit este cunoscută, atunci coordonatele receptorului nu pot fi determinate (acesta poate fi situat în orice punct al sferei cu raza A, descris în jurul satelitului). Fie cunoscută distanța B a receptorului față de al doilea satelit. În acest caz, determinarea coordonatelor nu este, de asemenea, posibilă - obiectul se află undeva pe un cerc (este arătat cu albastru în Fig. 2), care este intersecția a două sfere. Distanța C până la al treilea satelit reduce incertitudinea în coordonate la două puncte (indicate prin două puncte albastre îndrăznețe în Fig. 2). Acest lucru este deja suficient pentru a determina fără ambiguitate coordonatele - adevărul este că dintre cele două puncte posibile de localizare a receptorului, doar unul se află pe suprafața Pământului (sau în imediata apropiere a acestuia), iar al doilea, fals, se dovedește a fi fie adânc în interiorul Pământului, fie foarte sus deasupra suprafeței acestuia. Astfel, teoretic, pentru navigația tridimensională, este suficient să cunoaștem distanțele de la receptor la trei sateliți.

Cu toate acestea, în viață totul nu este atât de simplu. Raționamentul de mai sus a fost făcut pentru cazul în care distanțele de la punctul de observare la sateliți sunt cunoscute cu acuratețe absolută. Bineînțeles, oricât de sofisticați sunt inginerii, apare întotdeauna o eroare (cel puțin din cauza sincronizării inexacte a ceasurilor receptorului și satelitului indicate în secțiunea anterioară, a dependenței vitezei luminii de starea atmosferei etc. .). Prin urmare, pentru a determina coordonatele tridimensionale ale receptorului, nu sunt implicați trei, ci cel puțin patru sateliți.

După ce a primit un semnal de la patru (sau mai mulți) sateliți, receptorul caută punctul de intersecție al sferelor corespunzătoare. Dacă nu există un astfel de punct, procesorul receptor începe să-și ajusteze ceasul prin metoda aproximărilor succesive până când ajunge la intersecția tuturor sferelor într-un punct.

Trebuie remarcat faptul că acuratețea determinării coordonatelor este asociată nu numai cu calculul precis al distanței de la receptor la sateliți, ci și cu magnitudinea erorii în specificarea locației sateliților înșiși. Pentru a controla orbitele și coordonatele sateliților, există patru stații de urmărire la sol, sisteme de comunicații și un centru de comandă, controlate de Departamentul de Apărare al SUA. Stațiile de urmărire monitorizează în mod constant toți sateliții din sistem și transmit date despre orbitele lor către centrul de control, unde sunt calculate elementele de traiectorie actualizate și corecțiile ceasului satelitului. Acești parametri sunt introduși în almanah și transmiși către sateliți, iar ei, la rândul lor, trimit aceste informații către toți receptorii care lucrează.

În plus față de cele de mai sus, există multe sisteme speciale care măresc acuratețea navigației - de exemplu, schemele speciale de procesare a semnalului reduc erorile cauzate de interferență (interacțiunea unui semnal satelit direct cu unul reflectat, de exemplu, de la clădiri). Nu vom aprofunda în specificul funcționării acestor dispozitive, pentru a nu complica inutil textul.

După anularea modului de acces selectiv descris mai sus, receptorii civile sunt „legați de teren” cu o eroare de 3-5 metri (înălțimea se determină cu o precizie de aproximativ 10 metri). Cifrele de mai sus corespund recepției simultane a unui semnal de la 6-8 sateliți (majoritatea dispozitivelor moderne au un receptor cu 12 canale, care permite procesarea simultană a informațiilor de la 12 sateliți).

Așa-numitul mod de corecție diferențială (DGPS - Differential GPS) permite reducerea calitativă a erorii (până la câțiva centimetri) în măsurarea coordonatelor. Modul diferențial constă în folosirea a două receptoare - unul este staționar într-un punct cu coordonate cunoscute și se numește „bază”, iar al doilea, ca și înainte, este mobil. Datele primite de receptorul de bază sunt folosite pentru a corecta informațiile colectate de vehiculul mobil. Corectarea poate fi efectuată atât în ​​timp real, cât și în timpul prelucrării datelor „offline”, de exemplu, pe un computer.

De obicei, un receptor profesionist deținut de o companie de navigație sau topografie este folosit ca bază. De exemplu, în februarie 1998, lângă Sankt Petersburg, compania NavGeoCom a instalat prima stație de sol GPS diferențială din Rusia. Puterea emițătorului stației este de 100 wați (frecvență 298,5 kHz), ceea ce permite utilizarea DGPS la distanță de stație la o distanță de până la 300 km pe mare și până la 150 km pe uscat. În plus față de receptoarele de la sol, sistemul de serviciu diferențial prin satelit al OmniStar poate fi utilizat pentru corecția diferențială a datelor GPS. Datele de corecție sunt transmise de la mai mulți sateliți geostaționari ai companiei.

Trebuie remarcat faptul că principalii clienți ai corecției diferențiale sunt serviciile geodezice și topografice - pentru un utilizator privat, DGPS nu prezintă interes datorită costului ridicat (pachetul de servicii OmniStar în Europa costă mai mult de 1.500 USD pe an) și a volumului. a echipamentului. Și este puțin probabil ca în viața de zi cu zi să existe situații în care trebuie să-ți cunoști coordonatele geografice absolute cu o eroare de 10-30 cm.

În încheierea părții care vorbește despre aspectele „teoretice” ale funcționării GPS-ului, voi spune că Rusia, în cazul navigației spațiale, a mers pe drumul său și se dezvoltă sistem propriu GLONASS (SISTEMUL GLOBAL DE NAVIGATION SATELLITE) Dar, din cauza lipsei investițiilor adecvate, în prezent există doar șapte sateliți pe orbită din douăzeci și patru necesari pentru funcționarea normală a sistemului...

Scurte note subiective ale utilizatorului GPS.

S-a întâmplat că, în al nouăzeci și șaptelea an, am aflat despre capacitatea de a-mi determina locația folosind un dispozitiv portabil de dimensiunea unui telefon mobil dintr-o revistă. Cu toate acestea, perspectivele minunate desenate de autorii articolului au fost spulberate fără milă de prețul aparatului de navigație menționat în text - aproape 400 de dolari!

Un an și jumătate mai târziu (în august 1998), soarta m-a adus la un mic magazin de sport din orașul american Boston. Care a fost surpriza și bucuria mea când, pe una dintre ferestre, am observat din greșeală mai multe navigatoare diferite, dintre care cele mai scumpe costau 250 de dolari (modele nepretențioase erau oferite pentru 99 de dolari). Desigur, nu mai puteam părăsi magazinul fără dispozitiv, așa că am început să chinuiesc vânzătorii cu privire la caracteristicile, avantajele și dezavantajele fiecărui model. Nu am auzit nimic inteligibil de la ei (și deloc pentru că nu știu bine engleza), așa că a trebuit să-mi dau seama. Și ca urmare, așa cum se întâmplă adesea, a fost achiziționat cel mai avansat și mai scump model - Garmin GPS II +, precum și o carcasă specială pentru acesta și un cablu de alimentare de la priza brichetei auto. Magazinul mai avea două accesorii pentru dispozitivul meu acum-my - un dispozitiv pentru atașarea navigatorului la ghidonul unei biciclete și un cablu pentru conectarea la un PC. Pe acesta din urmă l-am jucat mult timp în mâinile mele, dar, până la urmă, am decis să nu cumpăr din cauza prețului considerabil (puțin peste 30 de dolari). După cum sa dovedit mai târziu, nu am cumpărat cablul destul de corect, deoarece toată interacțiunea dispozitivului cu computerul se reduce la „crema” din computerul traseului parcurs (și, de asemenea, cred, coordonatele în timp real). , dar există anumite îndoieli cu privire la acest lucru), și chiar și atunci sub rezerva achiziției de software de la Garmin. Din păcate, nu există posibilitatea de a încărca hărți în dispozitiv.

Nu voi oferi o descriere detaliată a dispozitivului meu, fie și doar pentru că a fost deja întrerupt (cei care doresc să se familiarizeze cu caracteristicile tehnice detaliate pot face acest lucru). Voi observa doar ca greutatea navigatorului este de 255 de grame, dimensiunile sunt 59x127x41 mm. Datorită secțiunii transversale triunghiulare, dispozitivul este extrem de stabil pe masa sau bordul mașinii (velcro este inclus în pachet pentru o fixare mai sigură). Alimentarea este furnizată de la patru baterii AA AA (aceștia rezistă doar 24 de ore de funcționare continuă) sau de la o sursă externă. Voi încerca să vă povestesc despre principalele capabilități ale dispozitivului meu, care cred că au majoritatea covârșitoare a navigatoarelor de pe piață.

La prima vedere, GPS II + poate fi confundat cu un telefon mobil lansat acum câțiva ani. Imediat ce te uiți cu atenție, observi o antenă neobișnuit de groasă, un afișaj uriaș (56x38 mm!) Și un număr mic de taste conform standardelor de telefon.

Când dispozitivul este pornit, începe procesul de colectare a informațiilor de la sateliți, iar pe ecran apare o animație simplă (un glob rotativ). După inițializarea inițială (care durează câteva minute într-un loc deschis), pe afișaj apare o hartă primitivă a cerului cu numerele de sateliți vizibili, iar lângă ea este o histogramă care indică nivelul semnalului de la fiecare satelit. În plus, este indicată eroarea de navigare (în metri) - cu cât dispozitivul vede mai mulți sateliți, cu atât determinarea coordonatelor va fi mai precisă.

Interfața GPS II + este construită pe principiul „întoarcerii” paginilor (există chiar și un buton PAGE dedicat pentru aceasta). „Pagina satelit” a fost descrisă mai sus și, pe lângă aceasta, există o „pagină de navigare”, „hartă”, „pagină de întoarcere”, „pagină de meniu” și o serie de altele. Trebuie remarcat faptul că dispozitivul descris nu este rusificat, cu toate acestea, chiar și cu o cunoaștere slabă a limbii engleze, puteți înțelege funcționarea acestuia.

Pagina de navigare afișează: coordonatele geografice absolute, distanța parcursă, viteza instantanee și medie, altitudinea, timpul de mișcare și, în partea de sus a ecranului, o busolă electronică. Trebuie să spun că înălțimea este determinată cu o eroare mult mai mare decât două coordonate orizontale (există chiar și o remarcă specială în manualul de utilizare pentru aceasta), care nu permite utilizarea GPS-ului, de exemplu, pentru a determina înălțimea de către parapanta. . Dar viteza instantanee este calculată extrem de precis (în special pentru obiectele care se mișcă rapid), ceea ce face posibilă utilizarea dispozitivului pentru a determina viteza snowmobilelor (ale căror vitezometre tind să se afle semnificativ). Pot da „sfaturi proaste” - după închirierea unei mașini, opriți-i vitezometrul (pentru ca acesta să numere mai puțini kilometri - până la urmă, plata este adesea proporțională cu kilometrajul) și să determin viteza și distanța parcursă de GPS (din moment ce poate măsura atât în ​​mile, cât și în kilometri).

Viteza medie de deplasare se determină după un algoritm oarecum ciudat - timpul inactiv (când viteza instantanee este zero) nu este luat în calcul în calcule (mai logic, după părerea mea, să se împartă distanța parcursă de timpul total de călătorie, dar creatorii GPS II + s-au ghidat după alte considerații).

Distanța parcursă este afișată pe „hartă” (dispozitivul are memorie suficientă pentru 800 de kilometri - dacă kilometrajul este mai mare, cele mai vechi semne sunt șterse automat), așa că dacă doriți puteți vedea diagrama plimbărilor dumneavoastră. Scara hărții variază de la zeci de metri la sute de kilometri, ceea ce este, fără îndoială, extrem de convenabil. Cel mai remarcabil lucru este că în memoria dispozitivului există coordonatele principalelor așezări ale lumii întregi! Statele Unite, desigur, sunt reprezentate mai detaliat (de exemplu, toate zonele din Boston sunt prezente pe hartă cu nume) decât Rusia (localizarea doar a orașelor precum Moscova, Tver, Podolsk etc. este indicată aici) . Imaginați-vă, de exemplu, că vă îndreptați de la Moscova la Brest. Găsiți în memoria navigatorului „Brest”, apăsați butonul special „GO TO”, iar direcția locală a mișcării dvs. apare pe ecran; direcția globală către Brest; numărul de kilometri (în linie dreaptă, desigur) rămași până la destinație; viteza medie și ora estimată de sosire. Și așa oriunde în lume - chiar și în Republica Cehă, chiar și în Australia, chiar și în Thailanda ...

La fel de utilă este așa-numita funcție return. Memoria dispozitivului vă permite să înregistrați până la 500 de puncte cheie (waypoints). Utilizatorul poate denumi fiecare punct la discreția sa (de exemplu, DOM, DACHA etc.), sunt prevăzute și diverse pictograme pentru afișarea informațiilor pe afișaj. Prin activarea funcției de întoarcere la punct (oricare dintre cele preînregistrate), proprietarul navigatorului obține aceleași posibilități ca și în cazul Brest descris mai sus (adică distanța până la punct, ora estimată de sosire și orice altceva). De exemplu, am avut un astfel de caz. Ajunși la Praga cu mașina și instalându-ne într-un hotel, eu și prietenul meu am mers în centrul orașului. Lăsând mașina în parcare, ne-am dus la plimbare. După o plimbare fără scop de trei ore și o cină la un restaurant, ne-am dat seama că nu avem absolut nicio amintire despre locul unde am lăsat mașina. Afară e noapte, suntem pe una dintre străduțele unui oraș necunoscut... Din fericire, înainte de a părăsi mașina, am notat locația acesteia în navigator. Acum, după ce am apăsat câteva butoane de pe dispozitiv, am aflat că mașina stătea la 500 de metri de noi și în 15 minute deja ascultam muzică liniștită, îndreptându-ne cu mașina spre hotel.

Pe lângă trecerea la marcajul înregistrat în linie dreaptă, ceea ce nu este întotdeauna convenabil în condiții de oraș, Garmin oferă o funcție TrackBack - o întoarcere pe drum. În linii mari, curba de mișcare este aproximată printr-un număr de secțiuni drepte, iar semnele sunt plasate la punctele de rupere. Pe fiecare secțiune în linie dreaptă, navigatorul ghidează utilizatorul către cel mai apropiat reper, iar la atingerea acestuia, trece automat la următorul reper. O funcție extrem de convenabilă atunci când conduceți o mașină pe un teren necunoscut (desigur, semnalul de la sateliți nu trece prin clădiri, prin urmare, pentru a obține date despre coordonatele dvs. într-un mediu dens construit, trebuie să căutați un spațiu mai mult sau mai puțin loc deschis).

Nu voi aprofunda mai departe în descrierea capacităților dispozitivului - credeți-mă, pe lângă cele descrise, are și o mulțime de gadgeturi plăcute și necesare. O singură schimbare a orientării afișajului merită - puteți utiliza dispozitivul atât în ​​poziție orizontală (automobil), cât și verticală (pietonală) (vezi Fig. 3).

Unul dintre principalele avantaje ale GPS-ului pentru utilizator, consider absența oricărei plăți pentru utilizarea sistemului. Am cumpărat dispozitivul o dată - și bucurați-vă!

Concluzie.

Cred că nu este nevoie să enumeram domeniile de aplicare ale sistemului de poziționare globală considerat. Receptoarele GPS sunt încorporate în mașini, telefoane mobile și chiar ceasuri de mână! Recent, am dat peste un mesaj despre dezvoltarea unui cip care combină un receptor GPS în miniatură și un modul GSM - se propune echiparea zgardelor pentru câini cu dispozitive bazate pe acesta, astfel încât proprietarul să poată găsi cu ușurință un câine pierdut prin intermediul celularului. reţea.

Dar în orice butoi de miere există o muscă în unguent. V în acest caz acesta din urmă este jucat de legile ruse. Nu voi vorbi în detaliu despre aspectele legale ale utilizării navigatoarelor GPS în Rusia (se poate găsi ceva despre asta), voi observa doar că dispozitivele de navigație de înaltă precizie teoretic (care, fără îndoială, sunt chiar și receptoarele GPS de amatori) sunt interzise. la noi, iar proprietarii lor așteaptă confiscarea aparatului și o amendă considerabilă.

Din fericire pentru utilizatori, în Rusia strictețea legilor este compensată de neobligația implementării lor - de exemplu, un număr mare de limuzine cu o antenă de spălat de receptoare GPS pe capacul portbagajului circulă prin Moscova. Toate navele maritime mai mult sau mai puțin serioase sunt echipate cu GPS (și o întreagă generație de iahtisti a crescut deja, având dificultăți în navigarea în spațiu folosind o busolă și alte mijloace tradiționale de navigație). Sper că autoritățile nu vor pune o spiță în roțile progresului tehnic și vor legaliza în curând folosirea receptoarelor GPS în țara noastră (au anulat permisiunile pentru telefoane mobile), dar și să dea voie pentru declasificare și replicare. de hărți detaliate ale zonei necesare pentru utilizarea deplină a sistemelor de navigație auto.

Smartphone-urile au încetat de mult să mai fie simple „dialer”. Au deschis o mulțime de noi oportunități proprietarilor lor.

În primul rând, este accesul complet la Internet de mare viteză și comunicarea în rețelele sociale și mesagerie instant. Dar nu mai puțin solicitată este poziționarea GPS, despre care vom discuta acum în detaliu.

Ce este GPS-ul?

GPS este un sistem de navigație care determină locația smartphone-ului, construiește rute și vă permite să găsiți obiectul dorit pe hartă.

Aproape fiecare gadget modern are un modul GPS încorporat. Aceasta este o antenă reglată la semnalul satelitului GPS. A fost dezvoltat inițial în Statele Unite în scopuri militare, dar mai târziu semnalul său a devenit disponibil pentru toată lumea. Modulul GPS al gadgetului este o antenă de recepție cu amplificator, dar nu poate transmite un semnal. Primind un semnal de la sateliți, smartphone-ul determină coordonatele locației sale.

Aproape fiecare persoană modernă a folosit cel puțin o dată navigația GPS pe un smartphone sau tabletă. Necesitatea acesteia poate apărea în orice moment pentru persoane de diferite profesii și ocupații diferite. Este necesar pentru șoferi, curieri, vânători, pescari și chiar pietoni obișnuiți care se găsesc într-un oraș necunoscut. Datorită unei astfel de navigații, puteți determina locația dvs., găsiți obiectul dorit pe hartă, construiți un traseu și, dacă aveți acces la Internet, ocoliți blocajele de trafic.

Hărți offline pentru GPS

Google a dezvoltat o aplicație specială de geolocalizare pentru sistemul său de operare Android - Google Maps. Găsește rapid sateliți, dezvoltă rute către instalații și sugerează alternative. Din păcate, în absența unei zone de acoperire a rețelei celulare, Google Maps nu funcționează, deoarece hărțile geografice sunt încărcate aici prin Internet.

Pentru navigarea offline, cea mai bună soluție este să descărcați aplicații care acceptă hărți offline, cum ar fi Maps.me, Navitel și 2GIS. De asemenea, puteți instala aplicația Maps: Transport and Navigation pentru Google Maps.

În acest caz, nu va trebui să cheltuiți traficul de internet pentru a descărca hărți - acestea vor fi întotdeauna în dispozitivul dvs., indiferent de locație. Acest lucru este valabil mai ales atunci când vă aflați în străinătate, deoarece costul roamingului pentru acces la Internet este foarte mare.

Cum se activează GPS-ul pe Android?

Modulul GPS poate fi activat în sistemul de operare Android în două moduri:

• Cortina de sus. Glisați în jos pe afișaj și în meniul care se deschide, faceți clic pe butonul „Locație”, „Geolocalizare” sau „Geodate” (în funcție de versiunea de Android).
• În setările Android, găsiți articole similare, mutați caseta de selectare în poziția „Activat”.

În timpul funcționării active a sistemului de navigație al smartphone-ului, încărcarea bateriei acestuia începe să fie consumată destul de activ, așa că ar trebui să aveți grijă de sursele de alimentare suplimentare. De exemplu, atunci când conduceți, trebuie să utilizați un încărcător de mașină și atunci când călătoriți cu bicicleta sau pe jos -.

De asemenea, merită să ne amintim că recepția fiabilă a unui semnal satelit este posibilă într-o zonă deschisă, așa că atunci când vă aflați într-o cameră sau într-un tunel, geolocalizarea devine imposibilă. Vremea înnorată afectează și - din cauza norilor, dispozitivul caută sateliți mai mult și își determină coordonatele mai puțin precis.

Nu cu mult timp în urmă, GPS era singurul sistem de geolocalizare, așa că în versiunile anterioare de Android era menționat doar acesta, iar butonul de activare a serviciului se numea așa. Din 2010, cel rusesc a câștigat pe deplin, iar din 2012 -.

„GPS” este deja considerat de la sine înțeles în lista cu specificațiile tabletei. Și nici un singur model modern nu se poate descurca fără el. Iată doar modulele GPS care pot fi de diferite tipuri și, prin urmare, oferă diferite funcții. Care sunt diferențele și ce este mai bine să alegi?

Deci, A-GPS (sistem de poziționare globală asistată), o tehnologie care a modernizat GPS-ul convențional, îmbunătățindu-l într-un fel. A-GPS vă permite să determinați rapid locația dispozitivului, folosind mai puțină energie a bateriei. În plus, cu A-GPS, semnalul poate fi captat în zone greu accesibile - de exemplu, în interior, străzi metropolitane aglomerate și chiar în tuneluri. Cum?

Tehnologii

Cât timp va dura pentru a vă determina locația depinde de cât de actuale sunt almanahul stocat în acest receptor și efemeridele. Almanahul este transmis prin intermediul unui semnal GPS și este o informație agregată despre parametrii orbitelor satelitului. Al doilea tip de date (efemeride) este ajustarea parametrilor ceasului, precum și a orbitelor satelitului, fără de care ar fi imposibil să se determine deloc coordonatele. Efemeridele sunt transmise ciclic - la fiecare 30 de secunde sateliții trimit date către receptori.

Când un receptor GPS convențional funcționează, viteza de determinare a locației va depinde de cât timp a fost oprit: cu cât nu ați fost mai mult timp în contact, cu atât modulul va trebui să colecteze mai multe informații pentru a nu greși în calcule. Astfel, 6 ore de inactivitate te vor face să aștepți aproximativ un minut, iar câteva zile „offline” vor necesita până la 12 minute.

Există porniri GPS „rece”, „cald” și „fierbinte” - în funcție de cât de relevante sunt almanahul și efemeridele.

Un modul GPS convențional primește aceste date direct de la sateliți, A-GPS funcționează prin „intermediari”.

Esența schimbărilor

Pe lângă timpul de așteptare, GPS-ul convențional necesită și multă putere. De aceea, dacă săpați în Google Maps, este posibil să nu observați cum s-a epuizat bateria. Ambele probleme pot fi rezolvate prin A-GPS, dar numai cu o condiție foarte importantă: dacă aveți acces la Internet. Din păcate, algoritmii A-GPS nu vor funcționa fără o conexiune la un server de la distanță care furnizează date pentru tabletă.

Pentru tabletele cu cartelă 3G și phabletele cu cartelă SIM se folosesc stații de bază ale operatorului, datorită cărora precizia de poziționare poate ajunge la 20 m. Cu cât sunt mai multe stații de bază în cartier (ceea ce este tipic pentru orașele mari), cu atât este mai precisă. datele de navigator vor fi. Prin intermediul acestora, modulul este capabil să primească rapid date despre locația dispozitivului dvs.

Comparaţie

În mod logic, A-GPS este mai bun decât un modul GPS obișnuit: acuratețea determinării coordonatelor tabletei, viteza de procesare a datelor și consumul moderat de baterie ar fi trebuit să facă această tehnologie omniprezentă. Cu toate acestea, A-GPS este o apariție frecventă printre tabletele de buget (în special cele fabricate în China), în timp ce modelele emblematice sunt echipate cu GPS convențional. Care e siretlicul?

După cum s-a menționat mai sus, tehnologia A-GPS necesită conectarea la rețeaua unui operator - nu toate tabletele au un slot pentru card SIM și nu sunt întotdeauna într-o zonă Wi-Fi deschisă. În plus, calcularea unei locații folosind A-GPS necesită întotdeauna trafic intens. Da, este nesemnificativ și unii operatori oferă gratuit datele necesare navigării, dar există întotdeauna riscul de a plăti pentru dorința de a ști unde ești până la urmă.

Modele si preturi

Dacă intenționați să utilizați mai mult decât Wi-Fi și sunteți dispus să plătiți facturile pentru 3G, atunci puteți lua în siguranță modele cu A-GPS. A avea o cartelă SIM schimbă lucrurile în mod dramatic: obții un dispozitiv plin de beneficii. De exemplu, Apple iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular: sistemul de navigare funcționează rapid și corect.

Sau un alt exemplu: în unele configurații, același Asus MeMO Pad 7 vine cu A-GPS, dar nu există slot pentru cartela SIM. Modelul este unul dintre cele mai accesibile din categoria sa de putere, dar poate determina locația dvs. numai dacă este disponibil Wi-Fi. Deci, să spunem, cu siguranță nu va funcționa pentru o mașină ca navigator.

Vă rugăm să rețineți că cea mai mare parte a magazinelor online nu specifică ce modul se află într-una sau alta tabletă: există o „bifă” în fața GPS-ului - și acesta este sfârșitul. Dacă în cazul tabletelor de marcă nu trebuie să vă faceți griji - „GPS” în lista de caracteristici tehnice înseamnă modulul GPS. Atunci trebuie să fii mai atent cu „angajații de stat” - nu poți cumpăra absolut ceea ce ai nevoie.