О технологиях

  • Первая из них – это спутниковая глобальная система, которую придумали для военных американские ученые. Позже она стала доступна простым пользователям мобильными устройствами. Это и есть собственно GPS.
  • Вторая – технология AGPS, которую не стоит сравнивать с A-GPS. Определить координаты с ее помощью можно, если пользователь пребывает в зоне, где есть сотовое покрытие.

Достоинством GPS модуля и в целом навигатора является точность – координаты определять возможно с вероятностью до пяти метров. Несмотря на то, что пользоваться спутниками могут все желающие, заплатить единовременную плату придется за навигационные карты и специальные программы.

Есть у GPS и недостатки – он функционирует только в ясную погоду, поскольку в пасмурные дни трудно отыскать необходимое число спутников. На этот случай имеется иная технология, по которой навигатор подключается к специальному серверу, вместо того, чтобы посылать сигналы на спутники.

Данные о нахождении спутников он скачивает с этого сервера и, пользуется этим, гораздо быстрее обнаруживает последние. С помощью сотовой программы местоположение определяется с меньшей точностью, но погодные условия не влияют на работу.

Принципы работы схожи с работой спутниковой навигационной системы: с трех базовых (минимум) станций сигналы поступают на смартфон. По их силе вычисляются координаты. С AGPS куда-либо добраться получится вряд ли, но не потеряться на карте получится.

Основные функции автонавигатора GPS

Их не так мало:

  • прослушивание MP3-файлов посредством записи любимых композиций на встроенную память или с помощью флеш-карты, вставляемой в навигационное устройство. В большей части устройств размер памяти составляет 2-4 Гб;
  • просмотр фильмов на экране навигатора и клипов в разных форматах, которое в пробках поможет скоротать время. При этом, нужно помнить, что эта функция основной не является и не в состоянии сравниться с полноценным проигрывателем DVD;
  • нередко в приборах присутствует функция просмотра изображений в графическом файле типа GIF и JPEG;
  • устройство, транслирующее голосовые подсказки и музыку на автомобильную аудиосистему — FM-трансмиттер. Удобна потому, что динамики час то не могут заглушить шум работающего двигателя;
  • еще одна функция «свободные руки» дает возможность пользоваться за рулем телефоном — Hands-Free. Реализована «громкая связь» через Bluetooth, т.е. соединение навигатора с мобильным телефоном с динамиком и микрофоном. Помимо этого, Bluetooth дает возможность загрузки в навигатор новых карты и маршрутов;
  • очень востребованная функция загрузки пробок, которая помогает маршрут проложить так, чтобы не попасть в дорожный затор;
  • ТВ-тюнер, встроенный в устройство, принимающий цифровое и аналоговое телевидение;
  • поддерживающий сим-карту сотовой сети модуль GSM/GPRS, позволяющий навигатору быть одновременно интернет-браузером и мобильным телефоном. Оснащенные модулемGPRS навигаторы предоставляют данные о пробках;
  • разъем AV.

При его помощи от внешних источников данные можно передавать на навигатор:

  • с приставки игровой;
  • DVD – плеера;
  • камеры заднего вида, используемой для парковки.

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной (на самом деле этот вопрос крайне сложный, на скорость влияет множество слабопредсказуемых факторов, таких как характеристики ионосферного слоя и пр.). Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

Обзор спутниковых систем навигации

Исторические системы

  • Transit — первая в мире спутниковая навигационная система, США, 1960-е — 1996.
  • Циклон — первая спутниковая система навигации в СССР, 1976—2010.
  • Цикада — низкоорбитальная «космическая навигационная система»* (КНС) — гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон», аналог Transit — 1976—2008 гг.
  • Парус — низкоорбитальная КНС (именно с таким названием была принята на вооружение в 1976 г.) — серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения.

Действующие спутниковые системы

  • GPS — принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
  • ГЛОНАСС — принадлежит министерству обороны РФ. Разработка системы официально началась в 1976 г., полное развёртывание системы завершилось в 1995 г. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году пришла в упадок. Была восстановлена к концу 2011 г. В настоящее время на орбите находится 27 спутников, из которых 22 используется по назначению. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.
  • DORIS — французская навигационная система. Принцип работы системы связан с применением эффекта Допплера. В отличие от других спутниковых навигационных систем основана на системе стационарных наземных передатчиков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту маяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для наблюдения за океанами и дрейфом материков.

Строящиеся глобальные спутниковые системы

  • BeiDou (см. также Compass) — развёртываемая Китаем местная спутниковая система навигации, основанная на геостационарных спутниках. По состоянию на 2015 год система имела 14 работающих спутников: 5 на геостационарных орбитах, 5 — на геосинхронных и 4 — на средних околоземных. Реализация программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007 г. В мае 2016 года был запущен 21-й космический аппарат. Предполагается, что к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная.
  • Galileo — европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. По состоянию на ноябрь 2016 года на орбите находится 16 спутников, 9 действующих и 7 тестируемых. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

Действующие региональные спутниковые системы

  • IRNSS — индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS — 7.
  • QZSS — японская квази-зенитная спутниковая система (Quasi-Zenith Satellite System, QZSS) была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый QZSS-спутник был запущен в 2010 г. Предполагается создание группировки из трёх спутников, находящихся на геосинхронных орбитах, а также собственной системы дифференциальной коррекции.

Основные характеристики систем навигационных спутников

параметр, способ СРНС ГЛОНАСС GPS NAVSTAR TEN GALILEO BDS COMPASS
Начало разработки 1976 1973 2001 1983
Первый запуск 12 Октября 1982 22 Февраля 1978 28 Декабря 2005 30 октября 2000
Число НС (резерв) 24 (3) 24 (3) 27 (3) 30 (5)
Число орбитальных плоскостей 3 6 3 3
Число НС в орбитальной плоскости (резерв) 8 (1) 4 9 (1) 9
Тип орбит Круговая (e=0±0.01) Круговая Круговая Круговая
Высота орбиты (расчетная), км 19100 20183 23224 21528
Наклонение орбиты, градусы 64.8±0.3 ~55 (63) 56 ~55
Номинальный период обращения по среднему солнечному времени 11 ч 15 мин 44 ± 5 с ~11 ч 58 мин 14 ч 4 мин. и 42 с. 12 ч 53 мин 24
Характеристики сигнала FDMA (CDMA планируется) CDMA CDMA CDMA
Способ разделения сигналов НС Кодово-частотный (кодовый на испытаниях) Кодовый Кодово-частотный нет данных
число частот 24 + 12 планируется 2 + 1 планируется 5 2 + 1 планируется
Несущие частоты радиосигналов, МГц L1=1602.5625…1615.5 L2=1246.4375…1256.5

L3= 1207,2420…1201,7430

L1=1575.42

L2=1227.60

L5=1176.45

E1=1575.42 (L1)

E6=1278.750

E5=L5+L3

E5=1191.795 E5A=1176.46 (L5) E5B=1207.14 E6=12787.75

B1=1575,42 (L1)

B2=1191,79 (E5)

B3=1268,52

Период повторения дальномерного кода (или его сегмента) 1 мс 1 мс (С/А-код) нет данных нет данных
Тип дальномерного кода М-последовательность (СТ-код 511 зн.) Код Голда (С/А-код 1023 зн.) М-последовательность нет данных
Тактовая частота дальномерного кода, МГц 0.511 1.023 (С/А-код) 10.23 (P,Y-код) Е1=1.023 E5=10.23 E6=5.115 нет данных
Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D- код) 50 зн/с (50Гц) 50 зн/с (50Гц) 25, 50, 125, 500, 100 Гц 50/100 25/50
Длительность суперкадра, мин 2.5 12.5 5 нет данных
Число кадров в суперкадре 5 25 нет данных нет данных
Число строк в кадре 15 5 нет данных нет данных
Система отсчета времени UTC (SU) UTC (USNO) UTC (GST) UTC (BDT)
Система отсчета координат ПЗ-90/ПЗ90.2 WGS-84 ETRF-00 CGCS -2000
Тип эфемирид Геоцентрические координаты и их производные Модифицированные кеплеровы элементы Модифицированные кеплеровы элементы нет данных
Сектор излучения от направления на центр земли ±19 в 0 L1=±21 в 0 L2=±23.5 в 0 нет данных нет данных
Сектор Земли ±14.1 в 0 ±13.5 в 0 нет данных нет данных
Система дифференциальной коррекции СДКМ WAAS EGNOS SNAS
Высокоорбитальные Геосинхронный Сегмент ведутся НИР нет ведутся НИР 3 НС
Геостационарный сегмент ведутся НИР нет ведутся НИР 5 НС

Дифференциальное измерение

Основная статья: Системы дифференциальной коррекции

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются.

Кроме того, есть несколько систем, которые посылают потребителю уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10 сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

На 2009 год имелись следующие бесплатные системы предоставления поправок: американская система WAAS (GPS), европейская система EGNOS (Galileo), японская система MSAS (QZSS). Они основаны на нескольких передающих поправки геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ завершено к 2016.

Рубрики: IT

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *