• Co je A-GPS. Technologie GPS a A-GPS - principy fungování, výhody a nevýhody

    Jak se často stává u high-tech projektů, iniciátory vývoje a implementace GPS systémy(Globální polohovací systém - systém globální umístění) se stal vojenským. Projekt satelitní sítě pro určování souřadnic v reálném čase kdekoli na světě se jmenoval Navstar (Navigační systém s časováním a časováním - navigační systém pro určování času a vzdálenosti), přičemž zkratka GPS se objevila až později, kdy se systém začal používat nejen v obraně, ale i pro civilní účely.

    První kroky k nasazení navigační sítě byly učiněny v polovině sedmdesátých let, přičemž komerční provoz systému v současné podobě byl zahájen v roce 1995. V v současné době V provozu je 28 družic rovnoměrně rozmístěných na oběžných drahách s výškou 20350 km (k plnohodnotnému provozu stačí 24 družic).

    S předstihem řeknu, že skutečně klíčovým momentem v historii GPS bylo rozhodnutí prezidenta Spojených států amerických zrušit od 1. května 2000 režim tzv. selektivního přístupu (SA - selektivní dostupnost). chyba uměle vnesená do satelitních signálů pro nepřesnou činnost civilních GPS přijímačů . Amatérský terminál může od této chvíle určit souřadnice s přesností na několik metrů (dříve byla chyba v desítkách metrů)! Obrázek 1 ukazuje chyby v navigaci před a po deaktivaci režimu selektivního přístupu (data ).

    Pokusme se obecně porozumět tomu, jak funguje globální polohovací systém, a poté se dotkneme řady uživatelských aspektů. Úvaha začne s principem stanovení rozsahu, který je základem práce prostoru navigační systém.

    Algoritmus pro měření vzdálenosti od pozorovacího bodu k satelitu.

    Stanovení vzdálenosti je založeno na výpočtu vzdálenosti od časového zpoždění šíření rádiového signálu z družice do přijímače. Pokud znáte dobu šíření rádiového signálu, pak je snadné vypočítat cestu, kterou urazil, jednoduchým vynásobením času rychlostí světla.

    Každý satelit systému GPS nepřetržitě generuje rádiové vlny dvou frekvencí - L1=1575,42MHz a L2=1227,60MHz. Výkon vysílače je 50 a 8 wattů. Navigační signál je kód PRN kódovaný fázovým posunem (kód pseudonáhodného čísla). PRN je dvou typů: první, C / A-kód (Coarse Acquisition code - hrubý kód) se používá v civilních přijímačích, druhý P-kód (Precision code - přesný kód), se používá pro vojenské účely, a také, někdy pro řešení problémů geodézie a kartografie. Frekvence L1 je modulována C/A i P-kódem, frekvence L2 existuje pouze pro vysílání P-kódu. Kromě těch popsaných existuje ještě Y-kód, což je zašifrovaný P-kód (v době války se může systém šifrování změnit).

    Doba opakování kódu je poměrně dlouhá (například pro P-kód je to 267 dní). Každý GPS přijímač má svůj vlastní oscilátor, který pracuje na stejné frekvenci a moduluje signál podle stejného zákona jako oscilátor satelitu. Z doby zpoždění mezi stejnými úseky kódu přijatého ze satelitu a generovaného nezávisle je tedy možné vypočítat dobu šíření signálu a následně i vzdálenost k satelitu.

    Jedním z hlavních technických problémů výše popsaného způsobu je synchronizace hodin na satelitu a v přijímači. I nepatrná chyba podle běžných měřítek může vést k obrovské chybě při určování vzdálenosti. Každý satelit nese na palubě vysoce přesné atomové hodiny. Je jasné, že nainstalovat něco takového do každého přijímače je nemožné. Pro opravu chyb při určování souřadnic v důsledku chyb hodin zabudovaných v přijímači se proto používá určitá redundance v datech nezbytných pro jednoznačnou vazbu na terén (o tom později).

    Kromě samotných navigačních signálů satelit nepřetržitě vysílá různé druhy servisních informací. Přijímač přijímá např. efemeridy (přesné údaje o dráze družice), předpověď zpoždění šíření rádiového signálu v ionosféře (jelikož rychlost světla se při průletu mění různé vrstvy atmosféry), dále informace o zdraví družice (tzv. „almanach“, obsahující informace o stavu a oběžných drahách všech družic aktualizované každých 12,5 minuty). Tato data jsou přenášena rychlostí 50 bit/s na frekvencích L1 nebo L2.

    Obecné zásady pro určování souřadnic pomocí GPS.

    Základem myšlenky určení souřadnic přijímače GPS je vypočítat vzdálenost od něj k několika satelitům, jejichž umístění je považováno za známé (tato data jsou obsažena v almanachu přijatém ze satelitu). V geodézii se metoda výpočtu polohy objektu měřením jeho vzdálenosti od bodů s danými souřadnicemi nazývá trilaterace. Obr.

    Pokud je známa vzdálenost A k jedné družici, pak nelze určit souřadnice přijímače (může být umístěn v libovolném bodě koule o poloměru A, popsaném kolem družice). Nechť je známa vzdálenost B přijímače od druhého satelitu. V tomto případě také není možné určení souřadnic - objekt se nachází někde na kružnici (na obr. 2 znázorněna modře), která je průsečíkem dvou koulí. Vzdálenost C ke třetímu satelitu snižuje nejistotu souřadnic na dva body (na obr. 2 označeny dvěma tučnými modrými tečkami). To již stačí k jednoznačnému určení souřadnic - faktem je, že ze dvou možných umístění přijímače je pouze jedno na povrchu Země (nebo v její těsné blízkosti) a druhé, nepravdivé, se ukazuje jako být buď hluboko uvnitř Země, nebo velmi vysoko nad jejím povrchem. Teoreticky tedy pro trojrozměrnou navigaci stačí znát vzdálenosti od přijímače ke třem satelitům.

    Život však není tak jednoduchý. Výše uvedené úvahy byly učiněny pro případ, kdy jsou vzdálenosti od pozorovacího bodu k satelitům známy s absolutní přesností. Samozřejmě, ať už jsou inženýři jakkoli sofistikovaní, nějaká chyba se vždy stane (alespoň podle nepřesné synchronizace hodin přijímače a satelitů naznačené v předchozí části, závislosti rychlosti světla na stavu atmosféry atd.). .). K určení trojrozměrných souřadnic přijímače se tedy nepodílejí tři, ale alespoň čtyři satelity.

    Po přijetí signálu ze čtyř (nebo více) satelitů hledá přijímač průsečík odpovídajících koulí. Pokud takový bod neexistuje, procesor přijímače začne korigovat své hodiny postupnými aproximacemi, dokud nedosáhne průsečíku všech koulí v jednom bodě.

    Je třeba si uvědomit, že přesnost určení souřadnic je spojena nejen s přesným výpočtem vzdálenosti od přijímače k ​​satelitům, ale také s velikostí chyby v nastavení polohy samotných satelitů. Pro kontrolu oběžných drah a souřadnic satelitů slouží čtyři pozemní sledovací stanice, komunikační systémy a řídící středisko řízené ministerstvem obrany USA. Sledovací stanice neustále monitorují všechny satelity v systému a přenášejí data o jejich oběžné dráze do řídícího centra, kde se počítají zpřesněné prvky trajektorie a korekce satelitních hodin. Zadané parametry jsou zaneseny do almanachu a přenášeny na satelity a ty zase odesílají tyto informace všem pracujícím přijímačům.

    Kromě uvedených existuje spousta speciálních systémů, které zvyšují přesnost navigace - například speciální schémata zpracování signálu snižují chyby z rušení (interakce přímého satelitního signálu s odraženým např. z budov). Nebudeme se pouštět do funkcí fungování těchto zařízení, abychom zbytečně nekomplikovali text.

    Po zrušení výše popsaného režimu selektivního přístupu jsou civilní přijímače „vázány na terén“ s chybou 3-5 metrů (výška je určena s přesností cca 10 metrů). Uvedené hodnoty odpovídají současnému příjmu signálu z 6-8 satelitů (většina moderní zařízení mají 12kanálový přijímač, který umožňuje současně zpracovávat informace z 12 satelitů).

    Kvalitativně snížit chybu (až několik centimetrů) v měření souřadnic umožňuje režim tzv. diferenciální korekce (DGPS - Differential GPS). Diferenciální režim spočívá v použití dvou přijímačů – jeden je pevný v bodě se známými souřadnicemi a nazývá se „základna“ a druhý, jako dříve, je mobilní. Data přijatá přijímačem základny se používají k opravě informací shromážděných roverem. Korekci lze provádět jak v reálném čase, tak i při „offline“ zpracování dat, například na počítači.

    Obvykle je základním přijímačem profesionální přijímač vlastněný navigační nebo geodetickou společností. Například v únoru 1998 nainstaloval NavGeoCom poblíž Petrohradu první ruskou pozemní pozemní stanici diferenciálního GPS. Výkon vysílače stanice je 100 wattů (kmitočet 298,5 kHz), což umožňuje použití DGPS na vzdálenost až 300 km od stanice po moři a až 150 km po souši. Kromě pozemních základnových přijímačů lze pro diferenciální korekci GPS použít i satelitní diferenciální servisní systém OmniStar. Data pro korekci jsou přenášena z několika geostacionárních družic společnosti.

    Je třeba poznamenat, že hlavními zákazníky diferenciální korekce jsou geodetické a topografické služby - pro soukromého uživatele není DGPS zajímavá kvůli vysoké ceně (balíček služeb OmniStar v Evropě stojí více než 1 500 USD ročně) a objemnému vybavení. A je nepravděpodobné, že v každodenním životě nastanou situace, kdy potřebujete znát své absolutní zeměpisné souřadnice s chybou 10-30 cm.

    Na závěr části, která vypráví o „teoretických“ aspektech fungování GPS, řeknu, že Rusko se v případě vesmírné navigace vydalo vlastní cestou a vyvíjí vlastní GLONASS (Global Navigation Satellite System). Ale kvůli nedostatku řádných investic je v současné době na oběžné dráze pouze sedm satelitů z dvaceti čtyř potřebných pro normální fungování systému...

    Stručné subjektivní poznámky uživatele GPS.

    Náhodou jsem se o možnosti určit svou polohu pomocí nositelného zařízení velikosti mobilního telefonu dozvěděl v devadesátém sedmém roce z nějakého časopisu. Nádherné vyhlídky nakreslené autory článku však nemilosrdně rozbila cena navigačního aparátu uvedená v textu – téměř 400 dolarů!

    O rok a půl později (v srpnu 1998) mě osud zavál do malého sportovního obchodu v americkém Bostonu. Jaké bylo moje překvapení a radost, když jsem si na jednom z oken omylem všiml několika různých navigátorů, z nichž nejdražší stál 250 $ (jednoduché modely byly nabízeny za 99 $). Bez přístroje jsem už samozřejmě z obchodu nemohl odejít, a tak jsem začal mučit prodejce o vlastnostech, výhodách a nevýhodách jednotlivých modelů. Neslyšel jsem od nich nic srozumitelného (a v žádném případě proto, že neumím dobře anglicky), takže jsem na všechno musel přijít sám. A v důsledku toho, jak se často stává, nejpokročilejší a drahý model- Garmin GPS II +, stejně jako jeho speciální kryt a kabel pro napájení ze zásuvky zapalovače v autě. V obchodě byly k mému zařízení nyní ještě dva doplňky - zařízení pro připevnění navigátoru na řídítka kola a šňůra pro připojení k PC. Ten poslední jsem dlouho točil v ruce, ale nakonec jsem se rozhodl, že si ho nekoupím kvůli značné ceně (něco přes 30 dolarů). Jak se později ukázalo, nekoupil jsem šňůru zcela správně, protože veškerá interakce zařízení s počítačem závisí na „krémě“ v počítači projeté trasy (a také, myslím, na souřadnicích v v reálném čase, ale existují o tom určité pochybnosti), a dokonce i podmínkou nákupu softwaru od společnosti Garmin. Bohužel chybí možnost načíst mapy do zařízení.

    dávání Detailní popis Nebudu mít své vlastní zařízení, už jen proto, že již bylo ukončeno (kdo se chce seznámit s podrobnými technickými charakteristikami, může to udělat). Jen poznamenám, že hmotnost navigátoru je 255 gramů, rozměry jsou 59x127x41 mm. Díky svému trojúhelníkovému průřezu je zařízení extrémně stabilní na stole nebo na palubní desce automobilu (součástí je suchý zip pro pevnější fixaci). Napájení je dodáváno ze čtyř AA baterie AA (stačí pouze na 24 hodin) nepřetržitá práce) nebo vnější zdroj. Pokusím se vám přiblížit hlavní vlastnosti mého zařízení, které, myslím, má naprostá většina navigátorů na trhu.

    Na první pohled lze GPS II+ zaměnit za mobilní telefon uvedený na trh před pár lety. Jen při pozorném pohledu si všimnete neobvykle tlusté antény, obrovského displeje (56x38 mm!) a malého počtu kláves na telefonní standardy.

    Po zapnutí zařízení začne proces sběru informací ze satelitů a na obrazovce se objeví jednoduchá animace (rotující zeměkoule). Po úvodní inicializaci (která na otevřeném místě trvá pár minut) se na displeji objeví primitivní mapa oblohy s čísly viditelných satelitů a vedle ní histogram udávající úroveň signálu z jednotlivých satelitů. Navíc je indikována chyba navigace (v metrech) – čím více satelitů přístroj vidí, tím je určení souřadnic samozřejmě přesnější.

    Rozhraní GPS II+ je postaveno na principu „listování“ stránek (je k tomu dokonce speciální tlačítko PAGE). Výše byla popsána „satelitní stránka“ a kromě ní existuje „navigační stránka“, „mapa“, „návratová stránka“, „stránka menu“ a řada dalších. Je třeba poznamenat, že popsané zařízení není rusifikované, ale i se špatnou znalostí angličtiny můžete jeho práci porozumět.

    Navigační stránka zobrazuje: absolutní zeměpisné souřadnice, ujetou vzdálenost, okamžitou a průměrnou rychlost pohybu, nadmořskou výšku, dobu pohybu a v horní části obrazovky elektronický kompas. Nutno říci, že výška je určena s mnohem větší chybou než dvě vodorovné souřadnice (v uživatelské příručce je v tomto ohledu dokonce zvláštní poznámka), což neumožňuje použití GPS např. pro určení výšky paraglidistů. Ale okamžitá rychlost je vypočítána extrémně přesně (zejména u rychle se pohybujících objektů), což umožňuje použít zařízení k určení rychlosti sněžných skútrů (jejichž rychloměry mají tendenci výrazně lhát). Umím "špatně poradit" - při půjčení auta mu vypnout tachometr (aby počítalo míň kilometrů - vždyť platba je často úměrná ujetým kilometrům) a určit rychlost a ujetou vzdálenost pomocí GPS (naštěstí ta lze měřit jak v mílích, tak v kilometrech).

    Průměrná rychlost je určována poněkud zvláštním algoritmem - doba nečinnosti (kdy je okamžitá rychlost nulová) se ve výpočtech nezohledňuje (podle mého názoru by bylo logičtější jednoduše vydělit ujetou vzdálenost celkový čas cesty, ale tvůrci GPS II+ se řídili některými jinými úvahami).

    Ujetá vzdálenost se zobrazuje na „mapě“ (paměť přístroje vystačí na 800 kilometrů – při vyšším nájezdu se nejstarší značky automaticky mažou), takže pokud si přejete, můžete si prohlédnout schéma svých toulek. Měřítko mapy se mění z desítek metrů na stovky kilometrů, což je nepochybně nesmírně pohodlné. Nejpozoruhodnější je, že v paměti zařízení jsou souřadnice hlavních sídel celého světa! USA jsou samozřejmě prezentovány podrobněji (například všechny oblasti Bostonu jsou na mapě s názvy) než Rusko (zde je uvedena poloha pouze takových měst jako Moskva, Tver, Podolsk atd.). Představte si například, že míříte z Moskvy do Brestu. Najděte „Brest“ v paměti navigátora, stiskněte speciální tlačítko „GO TO“ a na obrazovce se objeví místní směr vašeho pohybu; globální směr do Brestu; počet kilometrů (samozřejmě v přímé linii), které zbývají do cíle; průměrná rychlost a předpokládaný čas příjezdu. A tak kdekoli na světě - dokonce i v České republice, dokonce i v Austrálii, dokonce i v Thajsku ...

    Neméně užitečná je tzv. návratová funkce. Paměť zařízení umožňuje zaznamenat až 500 klíčových bodů (waypointů). Uživatel může každý bod pojmenovat podle vlastního uvážení (například DOM, DACHA atd.), k dispozici jsou také různé ikony pro zobrazení informací na displeji. Zapnutím funkce návratu k bodu (kterýkoli z předem nahraných) získá majitel navigátoru stejné možnosti jako ve výše popsaném případě u Brestu (tj. vzdálenost k bodu, předpokládaný čas příjezdu a vše jiný). Měl jsem například takový případ. Po příjezdu do Prahy autem a usazení v hotelu jsme se s přítelem vydali do centra města. Nechali jsme auto na parkovišti a šli jsme se projít. Po bezcílné tříhodinové procházce a večeři v restauraci jsme si uvědomili, že si nepamatujeme, kde jsme nechali auto. Venku je noc, jsme v jedné z malých uliček neznámého města... Naštěstí jsem si před opuštěním auta zapsal do navigátoru jeho polohu. Nyní jsem stisknutím pár tlačítek na přístroji zjistil, že auto je od nás 500 metrů a po 15 minutách jsme již poslouchali tichou hudbu, směřující autem do hotelu.

    Kromě přímého pohybu k zaznamenané značce, což není v městských podmínkách vždy pohodlné, nabízí Garmin funkci TrackBack – návrat po vlastní cestě. Zhruba řečeno, pohybová křivka je aproximována řadou přímých úseků a značky jsou umístěny v bodech zlomu. Na každém rovném úseku navigátor vede uživatele k nejbližší značce, jakmile ji dosáhne, automatické přepínání na další štítek. Výhradně šikovná funkce při jízdě autem v neznámé oblasti (signál ze satelitů samozřejmě neprochází budovami, proto, abyste získali data o svých souřadnicích v hustě zastavěných podmínkách, musíte hledat víceméně otevřenou místo).

    Nebudu se dále pouštět do popisu schopností přístroje – věřte, že kromě popsaných má i spoustu příjemných a potřebných pleťových vod. Jedna změna orientace displeje něco stojí – zařízení můžete používat jak ve vodorovné (auto) tak i svislé poloze (chodec) (viz obr. 3).

    Za jedno z hlavních kouzla GPS pro uživatele považuji absenci jakéhokoli poplatku za používání systému. Koupil jednou zařízení - a užijte si to!

    Závěr.

    Myslím, že není třeba vyjmenovávat oblasti použití uvažovaného systému globálního polohování. GPS přijímače jsou zabudovány do automobilů, mobilních telefonů a dokonce náramkové hodinky! Nedávno jsem narazil na zprávu o vývoji čipu, který kombinuje miniaturní GPS přijímač a GSM modul- navrhuje se vybavit psí obojky zařízeními na něm založenými, aby majitel mohl ztraceného psa snadno najít pomocí mobilní síť.

    Ale v každém sudu medu je moucha. V tento případ Ruské zákony fungují jako poslední. Nebudu hovořit podrobně o právních aspektech používání GPS navigátorů v Rusku (něco o tom lze najít), pouze podotýkám, že teoreticky vysoce přesné navigačních přístrojů(což bezesporu jsou i amatérské GPS přijímače) jsou zde zakázány a jejich majitele čeká zabavení přístroje a nemalá pokuta.

    Naštěstí pro uživatele je v Rusku přísnost zákonů kompenzována volitelností jejich implementace - například obrovské množství limuzín s pukovou anténou přijímačů GPS na víku kufru jezdí po Moskvě. Vše více či méně vážné námořních plavidel jsou vybaveny GPS (a vyrostla celá generace jachtařů, kteří mají potíže s navigací ve vesmíru pomocí kompasu a dalších tradičních navigačních prostředků). Doufám, že úřady nebudou dávat paprsky do kol technický pokrok a v dohledné době u nás legalizují používání GPS přijímačů (zrušili oprávnění pro mobilní telefony) a dají také souhlas k odtajnění a replikaci podrobné mapy oblasti nezbytné pro plné využití automobilových navigačních systémů.

    Jeden ze dvou největších globálních systémů určování polohy přes satelit - GPS - lze používat ve standardním formátu nebo ve formě Služba A-GPS. Jaké jsou hlavní rysy těchto technologií?

    Fakta o GPS

    GPS systém určené k určení zeměpisné souřadnice objekt, na který přijímač, navigátor nebo jiné zařízení schopné přijímat GPS signály ze satelitu. Tento systém zahrnuje použití standardu WGS 84, který umožňuje v trojrozměrném měření určit souřadnice objektu na povrchu Země s přesností 2 cm.Navigace pomocí technologie GPS navíc umožňuje měřit i rychlost pohybu přijímače nebo podobného zařízení na zemském povrchu.

    Fakta o A-GPS

    Technologie A-GPS doplňuje standard GPS v několika aspektech najednou. Předně – z hlediska urychlení práce přijímačů používaných v navigaci. Faktem je, že určování souřadnic pouze prostřednictvím satelitů znamená značné zatížení hardwarových zdrojů. toto zařízení. Pokud ale dáte přijímači možnost použít pro určení své polohy pomocné zdroje (používané v infrastruktuře A-GPS), bude fungovat znatelně rychleji.

    Navigátor GPS, který podporuje technologii A-GPS, se načítá mnohem rychleji než zařízení, která nejsou kompatibilní s odpovídajícím standardem. Kromě toho může A-GPS výrazně zlepšit stabilitu nepřetržitého sledování souřadnic přijímače: satelitní signál není vždy stabilní (zejména v městských oblastech) a použití pomocných kanálů pro určení polohy navigátoru v tomto smyslu může se stanou kritickou podmínkou pro to, aby přijímač mohl vykonávat své uživatelské funkce.

    Jaké konkrétní pomocné kanály pro určení souřadnic navigátoru se používají při použití technologie A-GPS? Zpravidla toto Mobilní internet- pomocí technologie 3G nebo 4G. V některých případech se hodí i Wi-Fi připojení.

    Pokud kanály 3G, 4G nebo Wi-Fi nejsou k dispozici, lze souřadnice určit pomocí základnových stanic mobilních operátorů. Je pravda, že tato metoda má relativně nízkou přesnost - až 20 metrů, často - několik set metrů.

    Srovnání

    Hlavní rozdíl mezi GPS a A-GPS spočívá v tom, že první technologie zahrnuje určení zeměpisných souřadnic navigátoru přes satelit, druhá - prostřednictvím alternativních kanálů (3G, 4G, Wi-Fi, základnové stanice operátorů).

    Přijímač, který podporuje standard A-GPS, se zpravidla načítá mnohem rychleji než zařízení, které podporuje pouze „klasické“ kanály GPS. To je možné díky rychlému příjmu souřadnic a v některých případech aktualizací map přes internet nebo mobilní kanály.

    Kromě toho může navigátor kompatibilní s technologií A-GPS plnit své funkce v případech, kdy je satelitní signál velmi slabý nebo vůbec. Samozřejmě pouze v případě, že fungují alternativní kanály pro získání souřadnic zařízení.

    Po určení rozdílu mezi GPS a A-GPS opravíme závěry v tabulce.

    Družice GPS navigace je již dlouho standardem pro vytváření polohovacích systémů a aktivně se používá v různých trackerech a navigátorech. V Projekty Arduino GPS je integrován pomocí různých modulů, které nevyžadují znalosti teoretické základy. Ale skutečný inženýr by měl mít zájem porozumět principu a fungování GPS, aby lépe porozuměl možnostem a omezením této technologie.

    Jak funguje GPS

    GPS je satelitní navigační systém vyvinutý ministerstvem obrany USA, který určuje přesné souřadnice a čas. Funguje kdekoli na světě za všech povětrnostních podmínek. GPS se skládá ze tří částí – satelitů, stanic na Zemi a přijímačů signálu.

    Myšlenka na vytvoření satelitního navigačního systému vznikla v 50. letech minulého století. Americký tým vědců pozorující start sovětských satelitů si všiml, že jak se satelit přibližoval, frekvence signálu se zvyšovala a vzdalovala se. To umožnilo pochopit, že je možné měřit polohu a rychlost satelitu, znát jeho souřadnice na Zemi a naopak. Obrovskou roli ve vývoji navigačního systému sehrálo vypouštění družic na nízkou oběžnou dráhu Země. A v roce 1973 vznikl program DNSS (NavStar), podle tohoto programu byly vypouštěny satelity na střední oběžnou dráhu Země. Program GPS dostal své jméno ve stejném roce 1973.

    Systém GPS zapnutý tento moment používá se nejen ve vojenské oblasti, ale i pro civilní účely. Existuje mnoho aplikací pro GPS:

    • Mobilní připojení;
    • Desková tektonika - sledování fluktuací desek;
    • Stanovení seismické aktivity;
    • Satelitní sledování vozidel - můžete sledovat polohu, rychlost vozidel a ovládat jejich pohyb;
    • Geodézie - stanovení přesných hranic pozemků;
    • Kartografie;
    • Navigace;
    • Hry, geotagging a další zábavní oblasti.

    Za nejdůležitější nedostatek systému lze považovat nemožnost příjmu signálu za určitých podmínek. Provozní frekvence GPS leží v rozsahu decimetrových vlnových délek. To vede k tomu, že úroveň signálu se může snížit kvůli vysoké oblačnosti, hustému olistění stromů. Rádiové zdroje, rušičky a ve vzácných případech dokonce magnetické bouře mohou také rušit normální přenos signálu. Přesnost určení dat se bude zhoršovat v cirkumpolárních oblastech, protože satelity nevystupují příliš vysoko nad Zemi.

    Navigace bez GPS

    Hlavním konkurentem GPS je ruský systém GLONASS (globální navigace satelitní systém). Můj práce na plný úvazek systém začal fungovat v roce 2010, pokusy o jeho aktivní využití probíhají od roku 1995. Mezi těmito dvěma systémy je několik rozdílů:

    • Různá kódování - Američané používají CDMA, FDMA se používá pro ruský systém;
    • Různé rozměry zařízení - GLONASS používá složitější model, proto se zvyšuje spotřeba a rozměry zařízení;
    • Umístění a pohyb satelitů na oběžné dráze – ruský systém poskytuje širší pokrytí území a přesnější určení souřadnic a času.
    • Životnost satelitu – americké satelity jsou vyrobeny lépe, takže déle vydrží.

    Kromě GLONASS a GPS existují další méně oblíbené navigační systémy – evropský Galileo a čínský Beidou.

    Popis GPS

    Jak funguje GPS

    Systém GPS funguje následovně - přijímač signálu měří zpoždění šíření signálu ze satelitu k přijímači. Z přijímaného signálu získává přijímač informace o poloze satelitu. Pro určení vzdálenosti od satelitu k přijímači se zpoždění signálu násobí rychlostí světla.

    Z pohledu geometrie lze fungování navigačního systému znázornit takto: několik koulí, uprostřed kterých jsou satelity, se protíná a uživatel je v nich. Poloměr každé z koulí je roven vzdálenosti k ní viditelný satelit. Signály tří satelitů poskytují informace o zeměpisné šířce a délce, čtvrtý satelit poskytuje informace o výšce objektu nad povrchem. Získané hodnoty lze redukovat na soustavu rovnic, ze kterých lze zjistit souřadnice uživatele. Tedy získat přesná poloha je nutné provést 4 měření vzdáleností k satelitu (pokud jsou vyloučeny nevěrohodné výsledky, stačí tři měření).

    Výsledné rovnice jsou opraveny o nesoulad mezi vypočítanou a skutečnou polohou družice. Chyba, která se v důsledku toho objeví, se nazývá efemeris a pohybuje se od 1 do 5 metrů. Přispívají také interference, atmosférický tlak, vlhkost, teplota a vliv ionosféry a atmosféry. Součet všech chyb může způsobit chybu až 100 metrů. Některé chyby lze odstranit matematicky.

    Chcete-li snížit všechny chyby, použijte diferenciál Režim GPS. V něm přijímač přijímá vzduchem všechny potřebné korekce souřadnic ze základnové stanice. Konečná přesnost měření dosahuje 1-5 metrů. V diferenciálním režimu existují 2 způsoby opravy přijatých dat - jedná se o opravu samotných souřadnic a opravu navigačních parametrů. První metoda je nepohodlná, protože všichni uživatelé musí pracovat na stejných satelitech. V druhém případě se výrazně zvyšuje složitost zařízení pro určení polohy.

    Existuje nová třída systémů, která zvyšuje přesnost měření na 1 cm Úhel mezi směry k satelitům má obrovský vliv na přesnost. Při velkém úhlu bude místo určeno s větší přesností.

    Přesnost měření může být uměle snížena ministerstvem obrany USA. K tomu je na navigačních zařízeních nastaven speciální režim S / A - omezený přístup. Mód je určen pro vojenské účely, aby neposkytoval nepříteli výhodu při určování přesných souřadnic. Od května 2000 byl zrušen režim omezeného přístupu.

    Všechny zdroje chyb lze rozdělit do několika skupin:

    • Chyba ve výpočtu drah;
    • Chyby související s přijímačem;
    • Chyby spojené s opakovaným odrazem signálu od překážek;
    • Ionosféra, zpoždění troposférického signálu;
    • Geometrie umístění satelitů.

    Hlavní charakteristiky

    Systém GPS obsahuje 24 umělé družice Earth, síť pozemních sledovacích stanic a navigačních přijímačů. Pozorovací stanice jsou povinny určovat a řídit parametry oběžné dráhy, vypočítat balistické charakteristiky, upravit odchylky od trajektorií pohybu a ovládat zařízení na palubě kosmické lodi.

    Charakteristika navigačních systémů GPS:

    • Počet satelitů - 26, 21 hlavních, 5 náhradních;
    • Počet orbitálních rovin - 6;
    • Výška oběžné dráhy - 20 000 km;
    • Životnost satelitů je 7,5 roku;
    • Provozní frekvence - L1 = 1575,42 MHz; L2=12275,6MHz, výkon 50W resp. 8W;
    • Spolehlivost navigačního určení je 95 %.

    Navigační přijímače jsou několika typů – přenosné, stacionární a letecké. Přijímače se také vyznačují řadou parametrů:

    • Počet kanálů - moderní přijímače používají 12 až 20 kanálů;
    • Typ antény;
    • Dostupnost kartografické podpory;
    • typ displeje;
    • Doplňkové funkce;
    • Různé technické vlastnosti - materiály, pevnost, ochrana proti vlhkosti, citlivost, kapacita paměti a další.

    Princip fungování samotného navigátoru - v první řadě se zařízení snaží kontaktovat navigační satelit. Jakmile je spojení navázáno, je vysílán almanach, tedy informace o drahách satelitů umístěných v rámci stejného navigačního systému. Komunikace pouze s jednou družicí k získání přesné polohy nestačí, takže zbývající družice předávají své efemeridy navigátoru, což je nezbytné pro určení odchylek, poruchových faktorů a dalších parametrů.

    GPS navigace se studeným, teplým a teplým startem

    Při prvním zapnutí navigátoru nebo po dlouhé přestávce začnou přijímat data dlouhé čekání. Na dlouhou dobučekání je způsobeno skutečností, že almanach a efemeridy v paměti navigátora chybí nebo jsou zastaralé, takže zařízení musí provést řadu akcí, aby přijalo nebo aktualizovalo data. Čekací doba, neboli doba tzv. studeného startu, závisí na různých ukazatelích – kvalitě přijímače, stavu atmosféry, hluku, počtu satelitů v zorném poli.

    Chcete-li začít, navigátor musí:

    • Najděte satelit a navažte s ním spojení;
    • Získejte almanach a uložte jej do paměti;
    • Získejte efemeridy ze satelitu a zachraňte je;
    • Najděte další tři satelity a navažte s nimi kontakt, přijměte z nich efemeridy;
    • Vypočítejte souřadnice pomocí efemerid a pozic satelitů.

    Teprve po absolvování celého tohoto cyklu začne zařízení pracovat. Takovému spuštění se říká studený start.

    Horký start se výrazně liší od studeného startu. Paměť navigátora již obsahuje aktuální almanach a efemeridy. Almanachová data platí 30 dní, efemeridy 30 minut. Z toho vyplývá, že zařízení bylo na krátkou dobu vypnuto. S horkým startem bude algoritmus jednodušší – zařízení naváže spojení se satelitem, v případě potřeby aktualizuje efemeridy a vypočítá polohu.

    Je tu teplý start – v tomto případě je almanach aktuální a efemeridy je třeba aktualizovat. Trvá to o něco déle než horký start, ale mnohem méně než studený start.

    Omezení nákupu a používání podomácku vyrobených GPS modulů

    Ruská legislativa vyžaduje, aby výrobci snížili přesnost detekce přijímače. Práce s hrubou přesností lze provádět pouze v případě, že má uživatel specializovanou licenci.

    Zákaz vstupu Ruská Federace existují speciální technické prostředky určené k tajnému získávání informací (STS NPI). Tyto zahrnují GPS sledovače, které slouží ke skryté kontrole pohybu vozidel a jiných předmětů. Hlavním znakem nezákonnosti technické prostředky- jeho tajemství. Proto před zakoupením zařízení musíte pečlivě prostudovat jeho vlastnosti, vzhled, za přítomnost skryté funkce a také si prohlédnout potřebné certifikáty shody.

    Důležité také je, v jaké formě se zařízení prodává. V rozloženém stavu se zařízení nemusí vztahovat na STS NPI. Ale po sestavení může být hotové zařízení již klasifikováno jako zakázané.

    Začněme vysvětlením, co to je A-GPS a jak se liší od GPS. Ve většině případů nemají mobilní telefony dostatečně dobrý přijímač, aby zajistily spolehlivý příjem signálu v interiéru nebo mezi mrakodrapy. Právě zde dochází k tzv A-GPS, který se jednoduše nazývá ve většině ostatních mobilních telefonů GPS.

    A-GPS(angl. Assisted GPS) systém, který urychluje určování souřadnic GPS přijímač

    většina velký problém Pro GPS přijímač je tzv. "studený start". Právě v tuto chvíli probíhá vyhledávání satelitů. Záleží na vnější faktory proces startu může být zpožděn, což nejen způsobuje nepohodlí, ale také vede ke zvýšené spotřebě energie. Technika A-GPS pomáhá vyrovnat se nejen s tímto problémem, ale poněkud zjednodušit život GPS přijímač.

    V případě iPhone to znamená, že aktuální poloha bude určena pomocí GPS, Wi-Fi a stanice mobilních operátorů (řemeslníci z Jablko k tomu všemu se podařilo využít pouze 2 antény, které jsou umístěny na nečekaných místech – prstenec kolem fotoaparátu, audio jack, kovový rámeček kolem obrazovky atd. Všechna tato data zpracuje pomocný server. V tom spočívá výhoda. A-GPS před GPS: první pracuje mnohem rychleji a druhý se „zpomaluje“ během „studeného startu“, když vyhledává satelity. S obvyklým GPS S přijímačem určování polohy potřebujete několik silných signálů a nějaký čas, abyste získali polohu. Na A-GPS pomocný server sám sdělí vašemu telefonu, kde jsou nejbližší satelity, čímž se zkrátí doba hledání. Navíc tento přístup šetří více baterie.


    Na rozdíl od mnoha jiných telefonů A-GPS PROTI iPhone bude fungovat bez připojení k síti, což vám umožní používat jej v přírodě a vlastně kdekoli na světě, kde je zachycen satelitní signál (nezapomeňte však, že budete potřebovat Google mapy , budete si ji muset stáhnout předem).

    V současné době není známo, jak rychle A-GPS vybije baterii: iPhone automaticky zapíná a vypíná polohovací systém podle potřeby, což šetří baterii. Předpokládá se, že při své aktivní práci (permanentní sledování polohy apod.) bude stále poměrně dost spotřebovávat.

    Uvědomit si, jak je to dobré GPS bude v iPhone, přejdeme k tomu nejzajímavějšímu – k navigaci. Tady to je Jablko jako vždy ve svém repertoáru. Současná verze SDK zakazuje jeho použití pro navigace v reálném čase ("Navádění trasy v reálném čase"). Ale není to všechno špatné, obra GPS průmysl tom tom uvedl, že již pracují na navigátoru pro iPhone. Velké společnosti zřejmě musí nějak získat povolení k použití SDK na individuálním základě. Čekají nás tedy další výdaje, abychom se otočili iPhone přijatelné pro použití navigátor. Ale na to nejsme zřejmě zvyklí :-).

    A-GPS - technologie, která umožňuje urychlit tzv. "studený start" přijímače signálu GPS. Urychlení poskytování požadovaných informací o poloze se provádí pomocí jiných komunikačních kanálů. Tento systém se často používá v chytrých telefonech a mobily které mají vestavěný čip přijímače signálu GPS.

    Moderní smartphony mají velké displeje, které vám umožňují zobrazit jakékoli grafické informace, zejména zeměpisné mapy výborná kvalita. To uživateli umožňuje snadno řešit jak obchodní problémy, tak přijímat informace pro osobní potřeby nebo prohlížet informace zábavného charakteru.

    V Evropě si jej uživatelé GPS často pletou se službou LBS. LBS je řada zábavy a informační služby, které jsou založeny na umístění účastníka sítě mobilní komunikace. K poskytování takových služeb není nutné používat technologii GPS nebo A-GPS. Poloha účastníka se vypočítá s přesností 50 - 100 metrů měřením úrovně signálu ze základny GSM stanice navíc prostřednictvím signálů přístupových bodů k internetu přes WiFi technologie, ke kterému je připojen gadget předplatitele.

    Jak A-GPS funguje:

    Pro provoz systému A-GPS je potřeba mít další komunikační kanál, přes který se informace ze vzdáleného serveru mohou rychle dostat na vstup přijímače. Mobilní zařízení(smartphony, telefony) k tomu nejčastěji využívají mobilní kanály. Pokud je telefon v dosahu mobilní sítě a má přístup k internetu - Systém A-GPS aktivován automaticky.

    Přibližná poloha:

    Pro urychlení zpracování lokalizačních údajů systém A-GPS omezuje rozsah vyhledávání satelitní signály nejprve určit přibližnou polohu. Mobily umožňují jeho výpočet ze základnových stanic operátora GSM komunikace. Přesnost výpočtů závisí na tom, kolik signálů z různých základnové stanice zvedne telefon. Nejvyšší hustota instalace základnových stanic je obvykle pozorována v centrech měst. V těchto místech dosahuje přesnost měření polohy 200 - 500 metrů. Na okrajích měst a v řídce osídlených oblastech je přesnost měření pouze 1500 - 2000 metrů.

    Přečtěte si více: