Nara-auto.ru

Автосервис NARA
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные принципы работы системы ГЛОНАСС

Основные принципы работы системы ГЛОНАСС

В основе определения координат GPS-приемника лежит вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным, которые находятся в принятом с GPS-спутника «альманахе» (Рис.1).

Рис. 1. Определение координат в спутниковой навигационной системе

Если известно расстояние А до одного спутника, то координаты приемника определить нельзя (он может находиться в любой точке сферы радиусом А, описанной вокруг спутника). Пусть известна удаленность В приемника от второго спутника. В этом случае определение координат также не представляется возможным — объект находится на окружности, которая

является пересечением двух сфер. Расстояние С до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек (обозначены двумя жирными точками на Рис.1). Этого уже достаточно для однозначного определения координат — дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близости от нее), а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, для трехмерной навигации теоретически достаточно знать расстояния от приемника до 3 спутников.

Основу спутниковой радионавигационной системы составляет сеть ИСЗ развёрнутых в около земной орбите и равномерно “покрывающих” всю земную поверхность (Рис.2). Орбиты ИСЗ рассчитаны с очень высокой степенью точности, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчик каждого из спутников непрерывно излучает сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящемся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить.

В GPS- приемнике измеряется время распространения сигнала от ИСЗ и вычисляется дальность “спутник-приемник”. Для вычисления этого расстояния пользуются тем свойством, что радиосигнал распространяется со скоростью света. Так как для определения местоположения точки нужно знать три координаты (имеются в виду плоские координаты X, Y и высоту H), то в приемнике вычисляются расстояния до трех различных ИСЗ. Очевидно, при данном методе радионавигации точное определение времени распространения сигнала возможно лишь при наличии синхронизации временных шкал спутника и приемника.

Рис.2. Сеть GPS-спутников

Поэтому в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы (стандарты частоты), причем точность спутникового эталона времени исключительно высока. Бортовые часы всех ИСЗ синхронизированы и привязаны к так называемому “всемирному времени”. Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать его стоимость.

На практике в измерениях времени всегда присутствует ошибка, обусловленная несовпадением шкал времени ИСЗ и приемника. По этой причине в приемнике вычисляется искаженное значение дальности до спутника или “псевдодальность”. Измерения расстояний до всех ИСЗ, с которыми в данный момент работает приемник, происходит одновременно. Следовательно, для всех измерений величину временного несоответствия можно считать постоянной. С математической точки зрения это эквивалентно тому, что неизвестными являются не только координаты X,Y и H, но и поправка часов приемника Δt. Для их определения необходимо выполнить измерения псевдодальностей не до трех, а до четырех спутников. В результате обработки этих измерений в приемнике вычисляются координаты (X,Y и H) и точное время.

Если приемник установлен на движущемся объекте и, наряду с псевдодальностями, измеряет доплеровские сдвиги частот радиосигналов, то может быть вычислена и скорость объекта. Таким образом, для выполнения необходимых навигационных расчётов точки необходимо обеспечить постоянную видимость с нее, как минимум, четырех спутников. В произвольный момент времени, в любой точке Земли видны от 5 до 12 спутников радионавигационной системы.

Современные GPS-приемники имеют от 5 до 12 каналов, т.е. они могут одновременно принимать сигналы от 5 до 12 ИСЗ. Приём сигнала более чем от четырех спутников естественно позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи.

В состав системы GPS входят:

· созвездие ИСЗ (космический сегмент);

· сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления);

· собственно GPS-приемники (аппаратура потребителей).

Космический сегмент состоит из 28 спутников (24 основных и 4 резервных), которые обращаются на 6 орбитах, по 4 основных на каждой. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Радиусы орбит составляют около 26 тыс. км, а период обращения составляет приблизительно половину звездных суток (примерно 11 ч. 58 мин.). На борту каждого спутника имеется 4 источников стандартной частоты (два цезиевых и два рубидиевых — в целях резервирования), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер.

Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями (по-научному, эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: C/A-кодом (код свободного доступа) и P-кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только P-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.

Основные принципы работы системы ГЛОНАСС

Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1(1.6 ГГц) и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС возможность определения с вероятностью 99,7%:

  • горизонтальных координат с точностью 50-70 м;
  • вертикальных координат с точностью 70 м;
  • составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с;
  • точного времени с точностью 0,7 мкс.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения. Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).

Читайте так же:
Регулировка подбарабанья комбайна полесье

Как и в GPS, радиосигналы верхнего диапазона частот навигационного космического аппарата (НКА) ГЛОНАСС состоят из двух сдвинутых на 90 градусов фазоманипулированных сигналов открытого дальномерного сигнала и дальномерного сигнала высокой точности, доступного ограниченному кругу потребителей. Узкополосный сигнал открытого дальномерного кода модулируется также служебной навигационной информацией. В настоящее время сигналы нижнего диапазона предназначены только для передачи высокоточного кода, однако, перспективные НКА ГЛОНАСС-М в нижнем диапазоне частот будут излучать и сигналы открытого дальномерного кода, что позволит всем категориям пользователей осуществлять ионосферную коррекцию.

В состав системы ГЛОНАСС входят:

· созвездие ИСЗ (космический сегмент);

· сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления);

· собственно GPS/ГЛОНАСС-приемники (аппаратура потребителей).

Полная орбитальная группировка (ОГ) в СРНС ГЛОНАСС содержит 24 штатных КА на круговых орбитах с наклонением i=64,8° в трех орбитальных плоскостях по восемь КА в каждой. Долготы восходящих узлов трех орбитальных плоскостей различаются номинально на 120° . Номинальный период обращения КА равен Т=11 ч 15 мин 44 с, и, соответственно, номинальная высота круговой орбиты составляет 19100 км над поверхностью Земли.

Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления. Он включает в себя Центр управления системой и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по территории России (Рис.3).

10 способов обезвредить GPS/ГЛОНАСС, или Как подкованы российские "Левши" в вопросах систем контроля транспорта

Оснащение грузовиков системами контроля транспорта не является сейчас для владельцев автопарков ноу-хау. Российское правительство повсеместно внедряет систему контроля транспорта (ГЛОНАСС). В свою очередь и руководители транспортных компаний, и сами водители уже успели испытать систему контроля транспорта в действии и по достоинству оценить ее работу. Однако братья славяне пошли дальше, успев придумать способы борьбы с ней!

Изучая Интернет-форумы и статьи с описанием работы контроллеров ГЛОНАСС, зачастую наталкиваешься на нелестные отзывы об этой системе контроля транспорта. Но какая бы ни была система контроля транспорта, основная ее функция все же держит водителей в напряжении и заставляет изрядно понервничать. Оно и понятно, если раньше "покорители дорог" могли без проблем отвезти теще старый диван на дачу, по-быстрому смотаться по делам житейским, а еще лучше — слить пару-тройку литров казенной солярочки с рабочей машины, то с приходом на стражу системы контроля транспорта (GPS-контроллеров, треккеров, датчиков и прочего оборудования), их возможности резко сократились.

Разработчики систем предлагают все больше опций для полного и эффективного контроля за работой автопаркаИсточник фото: ssm22.ru Разработчики систем предлагают все больше опций для полного и эффективного контроля за работой автопарка

Изобретательный русский народ не стал унывать по этому поводу и сразу принялся искать способы по "обезвреживанию" постылых GPS-изделий системы контроля транспорта.

С развитием отрасли производства систем контроля транспорта разработчики и производители стараются предложить заказчику как можно больше интересных опций для полного и эффективного контроля за работой автопарка. Ввиду немалой стоимости подобного оборудования руководители транспортных компаний пока ограничиваются стандартным набором контрольно-измерительных приборов: терминалом (блок контроллера, автотрекер, регистратор и т.п.) и ДУТ (датчиком уровня топлива).

На них и заострим свое внимание.

Вредные советы по выводу из строя системы контроля транспорта. Инструкция по применению:

I. Ломаем систему работы терминала

1. Отключаем питание контроллера, едем по своим делам, возвращаемся на место, снова подключаем питание… и вуаля!

Казалось бы, простой и незамысловатый способ, но таким пользовались "начинающие лузеры", которым только предстояло познакомиться с системой контроля транспорта "ГЛОНАСС". Как показала практика, способ примитивный и малоэффективный. Во-первых, практически все блоки оснащены встроенным аккумулятором, который может поддерживать работу устройства продолжительное время, во-вторых, сигнал с точным временем отключения и включения аппарата в любом случае отправится на пульт диспетчера.

Отключать питание контроллера неэффективно и бессмысленноИсточник фото: automps.ru Отключать питание контроллера неэффективно и бессмысленно

2. Уничтожаем антенну системы контроля транспорта

Вывести из строя такого "неприятеля", как антенна, "очумельцы" предлагают несколькими вариантами: просто вырвать ее, чтоб не мозолила глаза, обмотать фольгой, накрыть металлическим стаканчиком и т.д.

В самом начале становления и развития систем контроля транспорта, возможно, подобные манипуляции и возымели бы действие, но имея дело с нынешними высокочувствительными приемниками, они практически теряют свой смысл. Единственное, к чему может привести подобная практика, так это к сокращению числа видимых терминалом спутников (с 12-13 до 5-6). Но для определения координат "подконтрольного" транспортного средства устройству достаточно получать сигналы с трех спутников!

3. Иглоукалывание для кабеля системы контроля транспорта
Вывести антенну из строя можно самым простым способом — протыканием. Наслаждаемся поездкой!

Существует одно "но": любой более-менее опытный специалист сможет без труда определить причину выхода из строя дорогостоящей системы контроля транспорта и указать на место прокола. Разве что вы будете приводить иглоукалывание наноиглой…

Вывести антенну из строя можно при помощи иглоукалыванияИсточник фото: physionow.ca Вывести антенну из строя можно при помощи иглоукалывания

4. "Шоковая терапия" для системы контроля транспорта

Самым коварным, даже варварским методом в кругах противников терминалов считается удар электрошокером приемника. (От комментариев по этому поводу отказываются даже сами водители).

5. "Случайно" пролитая двухлитровая кружка кофе на приемник системы контроля транспорта может также стать причиной выхода его из строя

Способ с одной стороны безобидный (для вредителя), но помимо водительских навыков, виновник происшествия должен обладать даром убеждения! Так что, если вы не заканчивали дополнительно курсы ораторского искусства, то, увы, этот способ для Вас не подойдет!

Приемник системы контроля транспорта можно залить водойИсточник фото: technoguide.com.ua Приемник системы контроля транспорта можно залить водой

6. Скрапбукинг для GPS/ГЛОНАСС

Опытные "портильщики" советуют творчески подойти к выводу из строя аппарата системы контроля транспорта и смастерить для него так называемую "упаковку" своими руками. Для этого потребуется свинец, формочка для отлива необходимой конструкции, терпение и немного творчества. В итоге получается довольно симпатичная свинцовая коробочка, в которую можно упаковать приемник. Особо творческие личности могут прикрепить на изделие бантик или еще какую-нибудь милую вещицу, которая будет украшать "глушитель сигнала" и просто радовать глаз.

Читайте так же:
Где отрегулировать клапана вольво

свинцовая коробкаИсточник фото: i-mode.ru Терминал системы контроля транспорта можно вывести из строя при помощи магнита

К этому же методу вывода из строя оборудования также можно отнести установку магнита на терминал системы контроля транспорта.

7. Продвинутые пользователи берут с собой в дорогу "незатейливый багаж": специальное устройство, которое глушит GPS-сигнал системы контроля транспорта, если находится рядом с антенной

Но, надо отметить, что данное устройство не всем по карману.

8. Очень продвинутые пользователи "перепрошивают" трекеры системы контроля транспорта и уже сами контролируют ситуацию на дороге

Для этого способа необходимы мозги и хорошие дружеские связи.

Можно переустановить программное обеспечение на трекерах системы контроляИсточник фото: pxhere.com Можно переустановить программное обеспечение на трекерах системы контроля

II. Издеваемся над ДУТами — одним из компонентов системы контроля транспорта

1. Короткое замыкание в системе контроля транспорта

Метод весьма прост: замыкаем провода, идущие от датчика на корпус машины. В результате получаем временную "нетрудоспособность" устройства системы контроля транспорта, которое все покажет и расскажет, как только вы вернете провода на место.

2 . Кипяточку, еще кипяточку

Способ применяют в зимнее время года! Предлагается взять тару с кипятком и облить "подмороженный" ДУТ системы контроля транспорта. Процедуру рекомендуется проводить ежедневно.

ржавчина от водыИсточник фото: ecrater.com Некачественный материал изготовления также может вывести устройство из строя

Эксперименты в области порчи системы ДУТ показали, что спасти водителя от назойливого контроля может также некачественный материал изготовления данного устройства. Ничто не совершенно, увы!

3. Заклейка отверстия воздушного дренажа системы контроля транспорта

Достаточно свежий (но уже успевший получить немало положительных отзывов) способ, при котором заклеивается отверстие в верхней части датчика системы контроля транспорта. Изоляция данного отверстия позволяет водителю совершать "налеты" на бак рабочей машины. При этом изменения фиксироваться не будут.

Стоит сразу заметить, что все датчики, как правило, опечатаны, а оклейку "ненужных" отверстий невозможно произвести без вскрытия пломб!

4. Слив топлива "с обратки"

Этот способ по праву можно назвать самым действенным в списке "вредительств"!

Смысл в следующем: потихоньку сливая горючее в небольших количествах, ДУТ (датчик уровня топлива системы контроля транспорта) не сможет отличить слив от повышенного расхода топлива. Водители врезают тройник с краником, через который "лишачок" тонкой струйкой стекает в канистру.

Слив топлива "с обратки" - самое действенное "вредительство"Источник фото: sensorigla.com Слив топлива «с обратки» — самое действенное «вредительство»

Единственный минус — грамотный диспетчер в компании.

5. Езда по-русски

Весьма экстремальный способ, который подойдет не всем. Суть в том, что при движении автомобиля необходимо отключить "массу", другими словами, обесточить грузовик, при этом машина будет и дальше работать, а вот все приборы системы контроля транспорта (в том числе датчик) — нет.

Данный метод борьбы с "неприятелем" подходит только для действительно отчаянных, ведь управлять таким транспортом далеко небезопасно. Правда, добиться необходимого эффекта можно только в том случае, если у контрольного прибора отсутствует внутренний аккумулятор.

Отключать "массу" на ходу бессмысленно, если контрольный прибор оснащен внутренним аккумуляторомИсточник фото: andreevdom.com Отключать «массу» на ходу бессмысленно, если контрольный прибор оснащен внутренним аккумулятором

Вандалам посвящается: способы поломки оборудования системы контроля транспорта с помощью грубой физической силы

6. Прыжки на бензобаке того, кто потяжелее

Данный способ подразумевает поломку измерительной трубки датчика системы контроля транспорта, которая установлена на всю высоту бака. Но он только это подразумевает!

7. ДУТы гнуты

Для приведения в действие данного способа вам понадобиться открыть топливный бак и с помощью крюка согнуть измерительную трубку датчика системы контроля транспорта.

Согнув измерительную трубку датчика, можно обмануть систему контроляИсточник фото: svopi.ru Согнув измерительную трубку датчика, можно обмануть систему контроля

Без комментариев

Какими бы изощренными не были способы обмана системы контроля транспорта, будут ли они работать на практике, зависит только от руководства компаний.

Принципы работы GPS-навигаторов

Сегодня очень быстрыми темпами развиваются и совершенствуются технологии для навигации с помощью систем глобального позиционирования. Каждому человеку доступны любые из многочисленных GPS-навигаторов – от самого простого до самого сложного и точного. С помощью GPS-устройств решаются и упрощаются многие задачи в различных отраслях деятельности человека.

Этот материал написан в качестве разовой справки, и все последующие материалы по GPS-приёмникам на нашем сайте будут на него ссылаться. Впоследствии этот материал мы будем расширять и дополнять.

Глобальная система позиционирования GPS – это система, позволяющая с точностью не меньше нескольких десятков метров определить местоположение объекта, то есть его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.

GPS состоит из совокупности определённого количества искусственных спутников Земли и наземных станций слежения, объединённых в общую сеть. В качестве пользовательского оборудования служат индивидуальные GPS-приёмники, способные принимать сигналы со спутников и по полученной информации вычислять своё местоположение.

Созвездие спутников GPS

Созвездие спутников GPS

В состав спутниковой системы GPS входят как минимум 24 искусственных спутника Земли, находящихся на различных круговых орбитах, плоскости которых разнесены по долготам через 60° и наклонены к плоскости экватора на 55°. Период обращения одного спутника составляет порядка 12 часов.

Регулярно спутники передают на Землю:

  • свой статус (сообщение об исправности или неисправности)
  • текущую дату
  • текущее время
  • данные альманаха (орбитальные данные всех спутников)
  • точное время отправки всей совокупности сообщений
  • бортовые эфемериды (расчётные координаты своего положения в этот момент времени)

GPS-приёмник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом для определения двух координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над поверхностью Земли – с четырёх.

С учётом распространения радиосигналов расстояние до спутников определяется по задержке времени приёма сообщения GPS-приёмником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приёмнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приёмника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Основным источником погрешности в системе GPS было наличие так называемого режима «ограниченного доступа». В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30-100 м, хотя принципиально точность GPS-систем может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим «ограниченного доступа» был отключён. Теперь любой человек в любой точке Земли может пользоваться этой системой. Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотражённых радиоволн на приёмник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Читайте так же:
Ток смещения как регулировать

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве.

Как уже упоминалось, изначально система GPS была разработана для военных целей. Однако через некоторое время стало ясно, что эта система может очень сильно помогать людям для достижения других, «гражданских» целей.

На сегодняшний день система GPS очень широко используется в решении навигационных и картографических (геодезических) целей.

Спутниковые методы определения пространственных координат нашли массовое применение в современных геодезических измерениях, в первую очередь благодаря системе GPS, стабильно работающей на протяжении всего своего существования и ставшей доступной широкому кругу гражданских пользователей. Однако всё чаще возникают обсуждения того, что дальнейшее повышение точности и надёжности определения пространственных координат в любой точке Земли может быть обеспечено только за счёт совместного использования различных глобальных навигационных спутниковых систем, таких, например, как российская ГЛОНАСС и разворачиваемая в Европе Galileo.

Несмотря на то что уровень развёртывания ГЛОНАСС в настоящее время не находится в полном функциональном состоянии, приём и совместная обработка сигналов ГЛОНАСС и NAVSTAR позволяют увеличить производительность при выполнении спутниковых геодезических измерений в сложных условиях (например, городской застройки), когда число видимых спутников системы NAVSTAR сокращается. Поэтому в настоящее время многие разработчики аппаратуры пользователей создают спутниковые приёмники, способные работать одновременно с различными системами (например, компания Topcon Positioning System). Эти приёмники, в отличие от приёмников GPS, принимающих только сигналы NAVSTAR, называют GNSS-приёмниками (Global Navigation Satellite System, аналог русского обозначения ГНСС), а используемые методы обработки – GNSS-технологиями.

Система GPS выглядит предпочтительнее для навигационных целей, чем ГЛОНАСС. Это связано с тем, что навигационных решений под ГЛОНАСС для обычных пользователей практически не существует и рынок ГЛОНАСС пока слабо развит.

Современные геодезические измерения невозможно представить без использования спутниковых технологий определения пространственных координат. Первые GPS-приёмники появились ещё в начале 1980-х годов. За время существования они претерпели серьёзные изменения, но неизменным остался способ определения координат. Главной особенностью современного развития геодезического оборудования является стремление упростить процесс измерений и объединить всё необходимое в одном приборе.

Итак, в зависимости от характера решаемых задач GPS-системы можно разделить на два класса – навигационные приёмники и системы геодезической точности.

Навигационные приёмники обеспечивают устойчивое определение текущих координат с точностью десятков метров и являются относительно недорогими устройствами. Приборы этого класса просты в эксплуатации, портативны, а время, необходимое для получения координат в точке, составляет секунды или единицы минут.

Геодезические GPS-системы являются значительно более сложными устройствами, но они позволяют достигать точности привязки объекта до долей сантиметра, соответственно, стоимость таких систем существенно выше и может составлять десятки тысяч долларов.

Хотя повышение точности результатов желательно в любой раgботе, для задач привязки на местности различных объектов точность, обеспечиваемая навигационными приёмниками, является вполне удовлетворительной, а в особо критичных случаях может быть повышена за счёт проведения большого числа измерений и их последующей статистической обработки.

В целом весь спектр моделей GPS-приёмников по особенностям использования можно разделить на четыре большие группы.

  • Персональные GPS-приёмники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчёта маршрутов следования, до функции приёма и передачи электронной почты.
  • Автомобильные GPS-приёмники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приёмо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
  • Морские GPS-приёмники, оснащённые ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
  • Авиационные GPS-приёмники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.

Важно отметить, что использование GPS в навигационных целях тесно связано с применением современных информационных технологий – компьютерных баз данных и Геоинформационных систем (ГИС).

Как можно понять, далеко не все из вышеперечисленных устройств интересны нашим читателям, а, как следствие, и нам. Поэтому сложнейшие геодезические приборы мы учитывать не будем. А своё внимание сконцентрируем на персональных, автомобильных и, возможно, морских GPS-приёмниках, а также на аксессуарах для них.

Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS

GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

История GPS

История GPS - с сайта www.glonass-iac.ru

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.

Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

  • Мобильная связь;
  • Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
  • Определение сейсмической активности;
  • Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
  • Геодезия – определение точных границ земельных участков;
  • Картография;
  • Навигация;
  • Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.
Читайте так же:
Станции марина как отрегулировать давление в насосной станции

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Навигация без GPS

История ГЛОНАСС - glonass-iac.ru

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

  • Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
  • Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
  • Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
  • Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Описание GPS

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

Arduino GPS

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Система спутниковой навигации GPS - принцип, схема, применение

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

  • Погрешность в вычислении орбит;
  • Ошибки, связанные с приемником;
  • Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
  • Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
  • Геометрия расположения спутников.

Основные характеристики

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.

Характеристики навигационных систем GPS:

  • Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
  • Количество орбитальных плоскостей – 6;
  • Высота орбиты – 20000 км;
  • Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
  • Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
  • Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

  • Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
  • Тип антенны;
  • Наличие картографической поддержки;
  • Тип дисплея;
  • Дополнительные функции;
  • Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.

Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.

Чтобы начать свою работу, навигатор должен:

  • Найти спутник и установить с ним связь;
  • Получить альманах и сохранить его в памяти;
  • Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
  • Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
  • Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом.

Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.

Читайте так же:
Стенд для проверки и регулировки форсунок бензиновых двигателей

Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.

Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.

Система спутниковой навигации GPS - принцип, схема, применение

Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.

Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

Синхронизация от приемника глонасс gps

Что такое система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС, GLONASS) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Разработка ГЛОНАСС началась в СССР в 1976 году. Изначально система создавалась для военных нужд, но затем нашла гражданское применение. Её используют для управления транспортными потоками на всех видах транспорта, для контроля перевозок ценных и опасных грузов, для контроля рыболовства в территориальных водах, во время поисково-спасательных операций, для проведения геодезических съёмок, при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, в строительстве и т. д.

Где используют приёмники ГЛОНАСС

ГЛОНАСС оснащают гражданские и военные суда и самолёты, а также баллистические ракеты. Система в обязательном порядке устанавливается на общественном транспорте и в автомобилях экстренных служб, а в скором времени может быть принят закон, обязывающий оснащать ей все автомобили в стране. С 1 января 2013 года коммерческий и грузовой автотранспорт, эксплуатируемый на территории России, должен быть оснащён системами ГЛОНАСС.

Для чего предназначена система ГЛОНАСС

Основная цель ГЛОНАСС — определение местоположения (координат), скорости движения (составляющих вектора скорости), а также определение местоположения воздушных, наземных, морских объектов с точностью до одного метра. То есть любой объект (корабль, самолёт, автомобиль или просто пешеход) в любом месте в любой момент времени способен всего за несколько секунд определить параметры своего движения. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приёмники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Информация о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляется на сервер сбора данных. Данная система обеспечивает глобальное и непрерывное навигационное обслуживание всех категорий потребителей круглогодично, в любое время суток, вне зависимости от метеорологических условий. В любой точке земного шара потребители имеют доступ к сигналам ГЛОНАСС на безвозмездной основе и без ограничений.

Сколько спутников имеет ГЛОНАСС

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Гражданское применение системы ГЛОНАСС началось в 1993 году, к 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника. К 2001 году число спутников из-за недостатка финансирования и выхода части из них из строя сократилось до шести. В 2010 году число спутников ГЛОНАСС увеличили до 26, основными являются 24, остальные резервные. В настоящий момент в системе ГЛОНАСС насчитывается 29 космических аппаратов, из которых 24 используются по целевому назначению, один — на этапе лётных испытаний, один — на этапе ввода в систему, три — в орбитальном резерве.

Какое количество спутниковых навигационных систем существует в мире

На сегодняшний день существует две системы глобальной спутниковой навигации.
Кроме российской, есть ещё американская система навигации NAVSTAR GPS. Отличие двух систем в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли. Благодаря этому они более стабильны и им не требуют дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования, но при этом срок их службы заметно короче. Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19 100 километров над Землёй.
Приёмники ГЛОНАСС позволяют определить:

  • горизонтальные координаты с точностью 50–70 м (вероятность 99,7 %),
  • вертикальные координаты с точностью 70 м (вероятность 99,7 %),
  • вектор скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7 %),
  • точное время с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).

Каждый спутник передаёт сигналы двух видов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью. Первый вид сигнала доступен любому приёмнику ГЛОНАСС, второй — только авторизованной аппаратуре Вооружённых сил РФ.

Что такое GPS

GPS (англ. Global Positioning System — система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe во всемирной системе координат WGS 84.
Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов.
Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США. GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени. Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли. Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами. Пользовательский сегмент представлен тысячами приемников GPS. "GPS-приёмник" — это радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника.

GPS-навигатор

GPS-навигатор — устройство, которое получает сигналы глобальной системы позиционирования с целью определения текущего местоположения устройства на Земле. Устройства GPS обеспечивают информацию о широте и долготе, а некоторые могут также вычислить высоту. Аппаратная часть GPS-навигатор:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector