|
GPS - это аббревиатура названия глобальной навигационной спутниковой системы определения местоположения Global Positioning System. GPS-система состоит из некоторого количества специально разработанных низкоорбитальных спутников, которые служат для определения точных координат.
Принцип определения координат заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких спутников с известными параметрами их орбит на каждый момент времени и последующем вычислении по измененным расстояниям своих координат, при этом таких спутников должно быть не менее трех.
Первоначально система GPS-навигации была разработана, как это часто бывает, для военных целей, но постепенно стало ясно, что она может успешно применяться и для решения ряда гражданских задач
Над планетой на высоте 20 000 м. вращаются 24 спутника американской системы NAVSTAR. Задача всех этих спутников - непрерывная передача своего идентификационного номера и точного времени, которое отсчитывается по атомным часам, установленным на каждом спутнике. При излучении сигнала используется фазовая модуляция, использование которой совместно с шумоподобным типом сигнала позволяет применять передатчики относительно малой мощности, избавиться от многих помех, возникающих при преодолении немаленького расстояния от спутника до GPS-приемника при прохождении через слои атмосферы, и многих других природных и искусственных помех, встающих на пути сигнала.
Для того чтобы определить координаты любой точки в пространстве, необходимо знать координаты как минимум трех спутников и расстояние от спутников до искомой точки. Если все это известно, то точка пересечения трех сфер вращения, образованных их радиусами длиной в расстояние от спутника до GPS-приемника, и есть местоположение точки в пространстве. Путем несложных математических вычислений эта информация преобразовывается в любую систему координат. Остается единственная задача - узнать расстояние от спутника до GPS-приемника. Траектории всех спутников рассчитаны с огромной точностью на десятки лет вперед, т.е. в любой момент времени известно, где и какой спутник находится. Это необходимо для синхронизации точного времени спутников с обычными часами GPS-приемника. Как только время синхронизировано, начинается непосредственное определение расстояния до спутников. Еще из курса школы известно, что, зная скорость и время, всегда можно найти расстояние. Скорость распространения сигнала, опять же, известна заранее с достаточной точностью, время посчитать не составляет труда, т.к. известно с точностью атомных часов, во сколько сигнал был отправлен спутником и во сколько он был принят GPS-приемником. Все неизвестные найдены, остается измерить расстояния еще несколько сотен раз для достижения заданной точности.
Способ радиообмена между спутниками и GPS-приемником также достаточно необычен. Дело в том, что все спутники вещают одновременно на одной и той же частоте. Для того чтобы GPS-приемник мог определить, от какого спутника исходит данная информация, бортовые передатчики посылают в составе своего сигнала стандартный идентификационный код, который сравнивается с кодами, находящимися в памяти приемника. Таким образом, независимо от того, сколько и каких спутников находятся в поле зрения приемника, последний может без труда идентифицировать источники сигналов. Такой подход не только упрощает схему GPS-приемника, но и, несмотря на малый уровень радиосигналов, позволяет использовать в них малогабаритные приемные антенны.
Немного терминологии
Рассматривая технические характеристики того или иного приемника, можете увидеть различные термины, вроде Cold Start или Warm Start (холодный и теплый старт).
При холодном старте время и координаты приемнику известны с некоторыми ограничениями, а альманах и эфемерида не известны.
При теплом старте время, координаты и альманах известны, опять же, с ограничениями. Эфемерида как минимум от 3-х спутников известна после последнего выключения приемника.
Что такое альманах и эфемерида?
Спутники постоянно передают два типа данных: альманах и эфемериду.
Альманах – данные об орбитах всех спутников. Каждый спутник передает альманах для всех спутников. Эти данные не всегда точны и обновляются примерно один раз в несколько месяцев.
Эфемерида - сравнительно более точные данные об орбите спутника. Часы корректируются отдельно для каждого спутника, что очень важно для максимально точного позиционирования, а каждый спутник передает только собственную эфемериду. Достоверность этих данных определяется особенностями конкретного спутника, а сами данные актуальны в течение короткого времени - от 30 минут до 4-6 часов. Каждый набор эфемерид имеет свой индикатор, сообщающий о том, как долго эти данные будут оставаться актуальными. Эфемериды передаются спутником каждые 30 секунд. Такой промежуток времени выбран для того, чтобы GPS-приемники успевали принимать и обрабатывать эту информацию.
Когда вы включаете GPS-приемник, он начинает искать спутники там, где, по его мнению, они должны находиться. Это мнение основывается на альманахе и текущем времени, и, исходя из этих данных, приемником выбираются спутники для первоначального поиска. Эфемериды принимаются от каждого спутника, видимого приемником, проверяются на достоверность и достаточность информации для определения координат.
Если питание приемника выключить и сразу же включить, эфемериды будут считаться актуальными, и приемник быстро найдет спутники, так как ему нет необходимости обновлять данные. Такая ситуация называется «теплый» старт. Если же эфемериды устарели, GPS-приемник начнет заново собирать новые эфемериды для всех спутников с устаревшими данными, хотя в реальности GPS-приемники постоянно собирают свежие эфемериды.
Рассмотрим ситуацию, когда на момент включения приемника «свежие» эфемериды были менее, чем для трех спутников – в таком случае определение координат местоположения станет невозможным, пока не будет пойман хотя бы еще один дополнительный спутник.
Если приемник перемещается, например, находясь в автомобиле, то сбор эфемерид займет более длительное время, чем при неизменном местоположении, а если GPS-приемник увезти на расстояние нескольких сотен километров в выключенном состоянии, или если в нем сбилось точное время, то эфемериды окажутся недостоверными, и приемник попытается найти спутники там, где их уже нет.
Когда вы приобретаете GPS-приемник и включаете его в первый раз, то он «находится в растерянности», потому что не знает, где находится. Чтобы определить свое местоположение, приемник начинает сканировать частотный диапазон GPS в поисках сигналов спутников. Такой процесс принято называть «холодным» стартом. Холодный старт состоит из поиска спутника, декодирования получаемых сигналов и проведения необходимых расчетов, что в совокупности может занимать от 5 до 20 минут. Точная продолжительность процесса зависит от множества факторов, которые включают количество видимых спутников и алгоритм поиска, реализованный в отдельно взятой модели.
Если же приемник знает свое местоположение, то процесс определения местоположения сокращается в несколько раз, а при наличии в памяти устройства ранее запомненного альманаха точные координаты будут определены в течение нескольких секунд. Такую ситуацию называют «горячий» старт
Аббревиатуры NMEA, SiRF, WAAS, DGPS.
NMEA – протокол передачи сообщений между приборами, установленными на судах. Большинство из существующих навигационных приемников выдают данные в стандарте NMEA-0183, который является международным стандартом, разработанным «Национальной Ассоциацией Морской Электроники» для обмена данными между морскими электронными приборами. Данные NMEA-0183 - это самый обычный текст в кодах ASCII, пересылаемый со скоростью 4800 бод.
SiRF - главный электронный компонент в GPS-чипе приемника. Этот чип производит обработку получаемых от спутников сигналов, пытаясь принять сигналы от всех видимых спутников. Спутники с самыми слабыми сигналами будут проигнорированы чипом, который попытается выделить только спутники с наиболее сильными сигналами.
Большинство GPS-приемников изготовлено на чипсетах американской компании SiRF Technology, а самая последняя разработка – чип SiRF STAR III, который отличается в лучшую сторону пониженным энергопотреблением и способностью принимать до 20 параллельных каналов.
WAAS - "Wide Area Augmentation System" - комплекс спутниковых и наземных средств, обеспечивающий навигаторы GPS корректирующими сигналами, что резко повышает точность определения координат, примерно в пять раз. Навигаторы с возможностями WAAS способны в 95% случаев определять координаты точнее 3 м. Система WAAS бесплатна, и для ее использования никакого дополнительного оборудования приобретать не потребуется.
На данный момент система WAAS действует только на территории Северной Америки. В Южной Америке и Европе нет наземных станций, так что даже если ваш GPS-навигатор и может принимать сигналы WAAS, то на территории нашей страны полный облом, а потому точность стандартной GPS-навигации не повысится.
В Европе существует аналог WAAS - система EGNOS, сокращение от «European Geostationary Navigation Overlay Service» (Европейская геостационарная навигационная оверлейная служба). Эта система разрабатывалась для улучшения точности передачи навигационных сигналов американских спутников GPS и российских ГЛОНАСС. Система EGNOS должна принимать сигналы со спутников обеих систем и обрабатывать их, используя метод коррекции сигнала, повышая точность получаемой информации до 2-3 метров. На самом деле EGNOS - это лишь начало реализации европейской глобальной спутниковой навигационной системы Galileo, которая, как предполагается, будет состоять из 30 собственных спутников и начнет работу в 2006-2008 годах.
DGPS – Differential GPS.
Для DGPS используются координаты от двух GPS-приемников, рабочего и эталонного - стационарно установленного в строго определенном месте, координаты которого измерены с высокой точностью. Оба приемника пеленгуют GPS-спутники в один и тот же промежуток времени, что дает возможность вычислить поправку и довести точность до 3-5 метров. Для приема поправок необходимо иметь специальный приемник в дополнение к стандартному. Система трансляции поправок через FM-радиостанции является платной услугой. Подписчики данной услуги получают специальный FM-приемник, работающий в связке с GPS-приемником, но, опять же, – на территории нашей страны это неактуально.
На что обратить внимание при выборе приемника?
Качество работы приемника определяется и зависит от характеристик применяемого чипсета.
Важно знать:
Число принимаемых каналов – то есть сигналов со спутника, которые приемник в состоянии принимать и обрабатывать одновременно. Чем больше таких каналов, тем лучше, так как точность определения координат повышается.
Чувствительность антенны, dBm - чем выше, тем более слабый сигнал со спутника может быть принят.
Потр****емая мощность, mW – от этого параметра зависит время работы приемника или связки «приемник + КПК».
Характеристики GPS-приемников напрямую зависят от характеристик используемых чипсетов. В идеальных условиях, т.е. при отсутствии внешних факторов, влияющих на прием навигационного сигнала, все приемники будут работать примерно одинаково, но в городе, при наличии поблизости деревьев и высотных зданий, присутствие помех может сказаться негативно на качестве приема сигнала.
|
Вход
Регистрация
Галерея
FAQ
а просто перечень того что у меня есть, как говорится методом проб и ошибок... 
