A-GPS nedir? GPS ve A-GPS teknolojileri - çalışma prensipleri, avantajları ve dezavantajları

Yüksek teknoloji projelerinde sıklıkla olduğu gibi, geliştirme ve uygulamanın başlatıcıları GPS sistemleri(Küresel Konumlandırma Sistemi - sistem Küresel konumlandırma) asker oldu. Dünyanın herhangi bir yerinde gerçek zamanlı koordinatları belirlemek için uydu ağı projesine Navstar (zamanlama ve zamanlama ile navigasyon sistemi - zaman ve menzili belirlemek için navigasyon sistemi) adı verilirken, GPS kısaltması daha sonra sistem kullanılmaya başladığında ortaya çıktı. savunmada değil, sivil amaçlar için de.

Navigasyon ağının konuşlandırılmasına yönelik ilk adımlar yetmişli yılların ortalarında atılmış, sistemin mevcut haliyle ticari işletimi ise 1995 yılında başlamıştır. İÇİNDE şu anda 20350 km yükseklikte yörüngelere eşit olarak dağılmış 28 uydu çalışıyor (tam işlevsel çalışma için 24 uydu yeterlidir).

Biraz ileride, GPS tarihinde gerçekten önemli bir anın, Amerika Birleşik Devletleri Başkanı'nın 1 Mayıs 2000'den itibaren sözde seçici erişim (SA - seçici kullanılabilirlik) rejimini iptal etme kararı olduğunu söyleyeceğim - bir sivil GPS alıcılarının yanlış çalışması için uydu sinyallerine yapay olarak eklenen hata. Artık amatör terminal koordinatları birkaç metrelik bir doğrulukla belirleyebilir (önceden hata onlarca metreydi)! Şekil 1, seçici erişim modunun (veri ) devre dışı bırakılmasından önce ve sonra gezinmedeki hataları gösterir.

Küresel konumlandırma sisteminin nasıl çalıştığını genel terimlerle anlamaya çalışalım ve ardından bir dizi kullanıcı yönüne değinelim. Değerlendirme, mekanın çalışmasının altında yatan aralığın belirlenmesi ilkesi ile başlayacaktır. navigasyon sistemi.

Gözlem noktasından uyduya olan mesafeyi ölçmek için algoritma.

Kademelendirme, bir radyo sinyalinin bir uydudan bir alıcıya yayılmasının zaman gecikmesinden olan mesafenin hesaplanmasına dayanır. Bir radyo sinyalinin yayılma süresini biliyorsanız, zamanı ışık hızıyla çarparak kat ettiği yolu hesaplamak kolaydır.

GPS sisteminin her uydusu sürekli olarak iki frekansta radyo dalgaları üretir - L1=1575.42MHz ve L2=1227.60MHz. Verici gücü sırasıyla 50 ve 8 watt'tır. Navigasyon sinyali, faz kaydırmalı anahtarlı bir PRN kodudur (Sözde Rastgele Sayı kodu). PRN iki tiptir: birincisi, sivil alıcılarda kullanılan C / A kodu (Kaba Edinme kodu - kaba kod), ikincisi P kodu (Hassas kod - tam kod), askeri amaçlar için kullanılır ve ayrıca, bazen jeodezi ve haritacılık problemlerini çözmek için. L1 frekansı hem C/A hem de P kodu ile modüle edilir, L2 frekansı yalnızca P kodunun iletilmesi için mevcuttur. Açıklananlara ek olarak, şifrelenmiş bir P kodu olan bir Y kodu da vardır (savaş zamanında şifreleme sistemi değişebilir).

Kod tekrarlama süresi oldukça uzundur (örneğin, bir P kodu için 267 gündür). Her GPS alıcısının kendi osilatörü vardır, aynı frekansta çalışır ve uydunun osilatörüyle aynı kanuna göre sinyali modüle eder. Böylece, uydudan alınan ve bağımsız olarak üretilen kodun aynı bölümleri arasındaki gecikme süresinden, sinyal yayılma süresini ve dolayısıyla uyduya olan mesafeyi hesaplamak mümkündür.

Yukarıda açıklanan yöntemin temel teknik zorluklarından biri, uydudaki ve alıcıdaki saatlerin senkronizasyonudur. Sıradan standartlara göre küçücük bir hata bile mesafenin belirlenmesinde büyük bir hataya yol açabilir. Her uydu, gemide yüksek hassasiyetli bir atomik saat taşır. Her alıcıya böyle bir şey takmanın imkansız olduğu açıktır. Bu nedenle, alıcıya yerleşik saatin hatalarından kaynaklanan koordinatların belirlenmesindeki hataları düzeltmek için, araziye net bir şekilde bağlanmak için gerekli verilerde bir miktar fazlalık kullanılır (buna daha sonra değineceğiz).

Navigasyon sinyallerine ek olarak, uydu sürekli olarak çeşitli servis bilgilerini iletir. Alıcı, örneğin, efemeris (uydunun yörüngesi hakkında doğru veriler), iyonosferde bir radyo sinyalinin yayılmasındaki gecikmenin bir tahminini alır (geçerken ışığın hızı değiştiği için) farklı katmanlar atmosfer) ve ayrıca uydunun sağlığı hakkında bilgiler ("almanak" olarak adlandırılır, her 12,5 dakikada bir güncellenen tüm uyduların durumu ve yörüngeleri hakkında bilgi içerir). Bu veriler L1 veya L2 frekanslarında 50 bit/s hızında iletilir.

GPS kullanarak koordinatları belirlemek için genel prensipler.

Bir GPS alıcısının koordinatlarını belirleme fikrinin temeli, konumu bilinen kabul edilen birkaç uyduya olan mesafeyi hesaplamaktır (bu veriler uydudan alınan almanakta bulunur). Jeodezide, bir cismin koordinatları verilen noktalara olan uzaklığını ölçerek konumunu hesaplama yöntemine trilaterasyon denir. İncir. 2.

A'nın bir uyduya olan mesafesi biliniyorsa, alıcının koordinatları belirlenemez (uydu çevresinde tanımlanan A yarıçaplı kürenin herhangi bir noktasına yerleştirilebilir). Alıcının ikinci uyduya olan uzaklığı B bilinsin. Bu durumda, koordinatların belirlenmesi de mümkün değildir - nesne, iki kürenin kesişimi olan bir daire üzerinde bir yerdedir (Şekil 2'de mavi ile gösterilmiştir). Üçüncü uyduya olan C mesafesi, koordinatlardaki belirsizliği iki noktaya indirir (Şekil 2'de iki kalın mavi nokta ile gösterilmiştir). Bu, koordinatları kesin olarak belirlemek için zaten yeterlidir - gerçek şu ki, alıcının iki olası konumundan yalnızca biri Dünya yüzeyinde (veya ona çok yakın) ve ikincisi yanlıştır. ya yerin derinliklerinde ya da yüzeyinden çok yükseklerde olabilir. Dolayısıyla teorik olarak üç boyutlu navigasyon için alıcıdan üç uyduya olan mesafelerin bilinmesi yeterlidir.

Ancak hayat o kadar basit değil. Yukarıdaki değerlendirmeler, gözlem noktasından uydulara olan mesafelerin mutlak doğrulukla bilindiği durum için yapılmıştır. Tabii ki, mühendisler ne kadar bilgili olursa olsun, her zaman bir miktar hata meydana gelir (en azından önceki bölümde belirtilen alıcı ve uydu saatlerinin yanlış senkronizasyonuna, ışık hızının atmosferin durumuna bağımlılığına vb. göre). .). Bu nedenle, alıcının üç boyutlu koordinatlarını belirlemek için üç değil, en az dört uydu söz konusudur.

Dört (veya daha fazla) uydudan bir sinyal alan alıcı, karşılık gelen kürelerin kesişme noktasını arar. Eğer böyle bir nokta yoksa, alıcı işlemci bir noktada tüm kürelerin kesişimine ulaşana kadar art arda yaklaşımlarla saatini düzeltmeye başlar.

Koordinatları belirlemenin doğruluğunun, yalnızca alıcıdan uydulara olan mesafenin kesin olarak hesaplanmasıyla değil, aynı zamanda uyduların konumlarının kendilerinin ayarlanmasındaki hatanın büyüklüğüyle de ilişkili olduğuna dikkat edilmelidir. Uyduların yörüngelerini ve koordinatlarını kontrol etmek için ABD Savunma Bakanlığı tarafından kontrol edilen dört yer izleme istasyonu, iletişim sistemleri ve bir kontrol merkezi bulunmaktadır. İzleme istasyonları, sistemdeki tüm uyduları sürekli olarak izler ve yörüngeleriyle ilgili verileri, rafine edilmiş yörünge öğelerinin ve uydu saati düzeltmelerinin hesaplandığı kontrol merkezine iletir. Belirtilen parametreler almanağa girilir ve uydulara iletilir ve onlar da bu bilgileri çalışan tüm alıcılara gönderir.

Listelenenlere ek olarak, navigasyonun doğruluğunu artıran birçok özel sistem vardır - örneğin, özel sinyal işleme şemaları, parazitten kaynaklanan hataları azaltır (doğrudan bir uydu sinyalinin, örneğin binalardan yansıyan bir sinyalle etkileşimi). Metni gereksiz yere karmaşıklaştırmamak için bu cihazların çalışma özelliklerine girmeyeceğiz.

Yukarıda açıklanan seçici erişim modunun kaldırılmasından sonra, sivil alıcılar 3-5 metrelik bir hatayla (yükseklik yaklaşık 10 metrelik bir doğrulukla belirlenir) "araziye bağlanır". Verilen rakamlar, 6-8 uydudan aynı anda sinyal alımına karşılık gelir (çoğu modern cihazlar 12 uydudan gelen bilgileri aynı anda işlemenizi sağlayan 12 kanallı bir alıcıya sahip olmak).

Koordinatların ölçümündeki hatayı niteliksel olarak azaltmak (birkaç santimetreye kadar), sözde diferansiyel düzeltme (DGPS - Diferansiyel GPS) moduna izin verir. Diferansiyel mod, iki alıcının kullanılmasından oluşur - biri bilinen koordinatlara sahip bir noktada sabitlenir ve "taban" olarak adlandırılır ve ikincisi, daha önce olduğu gibi hareketlidir. Baz alıcı tarafından alınan veriler, gezici tarafından toplanan bilgileri düzeltmek için kullanılır. Düzeltme hem gerçek zamanlı olarak hem de örneğin bir bilgisayarda "çevrimdışı" veri işleme ile gerçekleştirilebilir.

Tipik olarak, temel alıcı, bir navigasyon veya araştırma şirketine ait profesyonel bir alıcıdır. Örneğin, Şubat 1998'de, St. Petersburg yakınlarında NavGeoCom, Rusya'nın ilk diferansiyel GPS yer istasyonunu kurdu. İstasyonun verici gücü 100 watt'tır (frekans 298,5 kHz), bu da istasyondan deniz yoluyla 300 km'ye kadar ve kara yoluyla 150 km'ye kadar DGPS kullanılmasını mümkün kılar. Karasal temel alıcılara ek olarak, OmniStar'ın uydu tabanlı diferansiyel hizmet sistemi, GPS diferansiyel düzeltmesi için kullanılabilir. Düzeltme verileri, şirketin birkaç durağan uydusundan iletilir.

Diferansiyel düzeltmenin ana müşterilerinin jeodezik ve topografik hizmetler olduğu unutulmamalıdır - özel bir kullanıcı için DGPS, yüksek maliyeti (Avrupa'daki OmniStar hizmet paketinin maliyeti yılda 1.500 dolardan fazladır) ve hantal ekipmanı nedeniyle ilgi çekici değildir. Ve mutlak coğrafi koordinatlarınızı 10-30 cm'lik bir hatayla bilmeniz gerektiğinde, günlük yaşamda durumların ortaya çıkması pek olası değildir.

GPS'in işleyişinin "teorik" yönlerini anlatan bölümün sonunda, Rusya'nın uzay seyrüseferi söz konusu olduğunda kendi yoluna gittiğini ve kendi GLONASS'ını (Küresel Navigasyon Uydu Sistemi) geliştirdiğini söyleyeceğim. Ancak uygun yatırım eksikliği nedeniyle, sistemin normal çalışması için gereken yirmi dört uydudan yalnızca yedisi şu anda yörüngede ...

Bir GPS kullanıcısının kısa sübjektif notları.

Cep telefonu büyüklüğündeki giyilebilir bir cihazla konumumun belirlenebileceğini doksan yedinci yılda bir dergiden öğrendim. Ancak, makalenin yazarlarının çizdiği harika perspektifler, metinde belirtilen navigasyon cihazının fiyatı - neredeyse 400 dolar - acımasızca kırıldı!

Bir buçuk yıl sonra (Ağustos 1998'de), kader beni Amerika'nın Boston şehrinde küçük bir spor mağazasına getirdi. Pencerelerden birinde yanlışlıkla en pahalısı 250 $ 'a mal olan (basit modeller 99 $' a sunuldu) birkaç farklı gezgin fark ettiğimde sürprizim ve sevincim neydi? Tabii artık cihaz olmadan mağazadan çıkamazdım, bu yüzden satıcılara her modelin özellikleri, avantajları ve dezavantajları hakkında eziyet etmeye başladım. Onlardan anlaşılır bir şey duymadım (ve hiçbir şekilde İngilizce bilmediğim için), bu yüzden her şeyi kendim çözmek zorunda kaldım. Sonuç olarak, çoğu zaman olduğu gibi, en gelişmiş ve pahalı model- Garmin GPS II +, ayrıca bunun için özel bir kılıf ve aracın çakmak soketinden güç almak için bir kablo. Mağazanın şimdiki cihazım için iki aksesuarı daha vardı - bir navigatörü bisiklet gidonuna takmak için bir cihaz ve bir PC'ye bağlamak için bir kablo. Sonuncusunu uzun süre elimde çevirdim ama sonunda, hatırı sayılır fiyatı nedeniyle (30 doların biraz üzerinde) satın almamaya karar verdim. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, kabloyu tam olarak doğru bir şekilde satın almadım, çünkü cihazın bilgisayarla tüm etkileşimi, gidilen rotanın bilgisayarındaki "krem" e (ve ayrıca sanırım koordinatlara) iniyor. gerçek zamanlı, ancak bununla ilgili bazı şüpheler var) ve o zaman bile Garmin'den yazılım satın alma koşulu. Ne yazık ki, cihaza harita yükleme imkanı yoktur.

vermek Detaylı AçıklamaÜretimi durdurulduğu için kendi cihazıma sahip olmayacağım (ayrıntılı teknik özellikleri tanımak isteyenler bunu yapabilir). Sadece gezginin ağırlığının 255 gram, boyutlarının 59x127x41 mm olduğunu not edeceğim. Cihaz, üçgen kesiti sayesinde masa üzerinde veya arabanın ön paneli üzerinde son derece dengelidir (daha güçlü bir sabitleme için Velcro dahildir). Güç dörtten sağlanır AA piller AA (sadece 24 saat için yeterli) sürekli çalışma) veya dış kaynak. Size, piyasadaki navigasyon cihazlarının büyük çoğunluğunun sahip olduğunu düşündüğüm cihazımın temel özelliklerini anlatmaya çalışacağım.

İlk bakışta, GPS II +, birkaç yıl önce piyasaya sürülen bir cep telefonuyla karıştırılabilir. Sadece yakından baktığınızda, telefon standartlarına göre alışılmadık derecede kalın bir anten, büyük bir ekran (56x38 mm!) ve az sayıda tuş fark ediyorsunuz.

Cihaz açıldığında uydulardan bilgi toplama işlemi başlar ve ekranda basit bir animasyon (dönen bir küre) belirir. İlk başlatmadan sonra (açık bir yerde birkaç dakika sürer), ekranda görünen uyduların sayısını içeren ilkel bir gökyüzü haritası belirir ve yanında her uydudan gelen sinyal seviyesini gösteren bir histogram bulunur. Ek olarak, navigasyon hatası (metre cinsinden) belirtilir - cihaz ne kadar çok uydu görürse, elbette koordinatların belirlenmesi o kadar doğru olur.

GPS II+ arayüzü, sayfaları "çevirme" ilkesi üzerine kurulmuştur (bunun için özel bir SAYFA düğmesi bile vardır). "Uydu sayfası" yukarıda açıklanmıştır ve bunun yanında bir "navigasyon sayfası", "harita", "dönüş sayfası", "menü sayfası" ve diğerleri vardır. Açıklanan cihazın Ruslaştırılmadığına dikkat edilmelidir, ancak yetersiz İngilizce bilgisiyle bile çalışmasını anlayabilirsiniz.

Navigasyon sayfası şunları görüntüler: mutlak coğrafi koordinatlar, katedilen mesafe, anlık ve ortalama hareket hızları, yükseklik, hareket süresi ve ekranın üst kısmında bir elektronik pusula. Yüksekliğin, örneğin yüksekliği belirlemek için GPS kullanımına izin vermeyen iki yatay koordinattan çok daha büyük bir hatayla belirlendiği söylenmelidir (kullanım kılavuzunda bu konuda özel bir açıklama bile vardır). yamaç paraşütçüleri. Ancak anlık hız son derece doğru bir şekilde hesaplanır (özellikle hızlı hareket eden nesneler için), bu da cihazın (hız ölçerleri önemli ölçüde yalan söyleme eğiliminde olan) kar motosikletlerinin hızını belirlemek için kullanılmasını mümkün kılar. "Kötü tavsiye" verebilirim - bir araba kiralarken, hız göstergesini kapatın (böylece daha az kilometre sayar - sonuçta, ödeme genellikle kilometre ile orantılıdır) ve GPS kullanarak hızı ve kat edilen mesafeyi belirleyin (neyse ki, hem mil hem de kilometre cinsinden ölçebilir).

Ortalama hız, biraz garip bir algoritma tarafından belirlenir - boşta kalma süresi (anlık hız sıfır olduğunda) hesaplamalarda dikkate alınmaz (bence, kat edilen mesafeyi basitçe bölmek daha mantıklı olacaktır. toplam zaman geziler, ancak GPS II + yaratıcılarına başka bazı hususlar rehberlik etti).

Kat edilen mesafe "haritada" gösterilir (cihazın hafızası 800 kilometre için yeterlidir - daha yüksek bir kilometre ile en eski işaretler otomatik olarak silinir), böylece dilerseniz gezintilerinizin planını görebilirsiniz. Haritanın ölçeği onlarca metreden yüzlerce kilometreye kadar değişiyor ki bu şüphesiz son derece uygun. En dikkat çekici şey ise, cihazın hafızasında tüm dünyadaki ana yerleşim yerlerinin koordinatlarının yer almasıdır! ABD, elbette, Rusya'dan (burada yalnızca Moskova, Tver, Podolsk vb. Örneğin, Moskova'dan Brest'e gittiğinizi hayal edin. Navigatörün hafızasında "Brest" i bulun, özel "GİT" düğmesine basın ve hareketinizin yerel yönü ekranda belirir; Brest'e küresel yön; hedefe kalan kilometre sayısı (elbette düz bir çizgide); ortalama hız ve tahmini varış süresi. Ve böylece dünyanın herhangi bir yerinde - Çek Cumhuriyeti'nde bile, Avustralya'da bile, Tayland'da bile ...

Sözde dönüş işlevi de aynı derecede yararlıdır. Cihazın hafızası, 500 adede kadar anahtar nokta (ara nokta) kaydetmenize izin verir. Kullanıcı her noktayı kendi takdirine göre adlandırabilir (örneğin, DOM, DACHA, vb.), Ayrıca ekranda bilgi görüntülemek için çeşitli simgeler sağlanmıştır. Navigatörün sahibi, noktaya (önceden kaydedilmiş olanlardan herhangi biri) geri dönme işlevini etkinleştirerek, yukarıda Brest ile açıklanan durumda olduğu gibi aynı seçenekleri alır (yani, noktaya olan mesafe, tahmini varış süresi ve her şey) başka). Mesela benim böyle bir durumum vardı. Prag'a arabayla gelip bir otele yerleşerek arkadaşımla şehir merkezine gittik. Arabayı otoparkta bırakarak yürüyüşe çıktık. Üç saatlik amaçsız bir yürüyüş ve bir restoranda yemek yedikten sonra arabayı nereye bıraktığımızı hatırlamadığımızı fark ettik. Dışarıda gece, yabancı bir şehrin küçük sokaklarından birindeyiz ... Neyse ki arabadan inmeden önce navigatöre konumunu yazdım. Şimdi cihazdaki birkaç tuşa basarak arabanın bizden 500 metre uzakta olduğunu öğrendim ve 15 dakika sonra çoktan sessiz müzik dinliyor, araba ile otele gidiyorduk.

Şehir koşullarında her zaman uygun olmayan, kaydedilen işarete düz bir çizgide hareket etmenin yanı sıra Garmin, kendi yolunuzdan geri dönen TrackBack işlevini sunar. Kabaca söylemek gerekirse, hareket eğrisi bir dizi düz bölümle yaklaşık olarak belirlenir ve kırılma noktalarına işaretler yerleştirilir. Her düz bölümde, gezgin, kullanıcıyı en yakın işarete ulaşır ulaşmaz yönlendirir, otomatik geçiş sonraki etikete. Münhasıran kullanışlı özellik Bilmediğiniz bir alanda araba sürerken (uydulardan gelen sinyal elbette binalardan geçmez, bu nedenle yoğun yerleşim koşullarında koordinatlarınız hakkında veri elde etmek için az çok açık bir alan aramalısınız. yer).

Cihazın yeteneklerinin açıklamasına daha fazla girmeyeceğim - inan bana, açıklananlara ek olarak, aynı zamanda pek çok hoş ve gerekli losyona sahip. Ekran yönünün bir kez değiştirilmesi değerlidir - cihazı hem yatay (araba) hem de dikey (yaya) konumda kullanabilirsiniz (bkz. Şekil 3).

Kullanıcı için GPS'in ana cazibelerinden biri, sistemi kullanmak için herhangi bir ücret olmamasını düşünüyorum. Cihaz bir kez satın alındı - ve keyfini çıkarın!

Çözüm.

Düşünülen küresel konumlandırma sisteminin uygulama alanlarını sıralamaya gerek olmadığını düşünüyorum. GPS alıcıları arabalara, cep telefonlarına ve hatta kol saati! Geçenlerde, minyatür bir GPS alıcısını birleştiren bir çipin geliştirildiğine dair bir mesajla karşılaştım. GSM modülü- sahibinin kayıp köpeği kolayca bulabilmesi için köpek tasmalarının buna dayalı cihazlarla donatılması önerilmektedir. hücresel ağ.

Ancak herhangi bir bal varilinde merhemde bir sinek vardır. İÇİNDE bu durum Rus yasaları ikincisi olarak hareket eder. Rusya'da GPS navigasyon cihazlarını kullanmanın yasal yönlerinden ayrıntılı olarak bahsetmeyeceğim (bununla ilgili bir şeyler bulunabilir), sadece teorik olarak yüksek hassasiyete dikkat edeceğim. navigasyon aletleri(şüphesiz amatör GPS alıcıları bile yasak) burada yasak ve sahiplerini cihaza el konulmasını ve hatırı sayılır bir para cezası bekliyor.

Neyse ki, kullanıcılar için, Rusya'da yasaların ciddiyeti, uygulamalarının isteğe bağlı olmasıyla telafi ediliyor - örneğin, Moskova çevresinde bagaj kapağında bir disk antenli GPS alıcılarına sahip çok sayıda limuzin. Hepsi az ya da çok ciddi deniz gemileri GPS ile donatılmıştır (ve bir pusula ve diğer geleneksel navigasyon araçlarını kullanarak uzayda gezinmekte zorluk çeken bir yatçı nesli büyüdü). Umarım yetkililer tekerleklere tekerlek teli koymazlar teknik ilerleme ve yakın gelecekte ülkemizde GPS alıcılarının kullanımını yasallaştıracaklar (cep telefonlarının izinlerini iptal ettiler), ayrıca sınıflandırmanın kaldırılmasına ve çoğaltmaya yeşil ışık verecekler. ayrıntılı haritalar araç navigasyon sistemlerinin tam kullanımı için gerekli alanlar.

Uydu üzerinden en büyük iki küresel konumlandırma sisteminden biri - GPS - standart bir formatta veya formda kullanılabilir A-GPS hizmeti. Bu teknolojilerin temel özellikleri nelerdir?

GPS ile ilgili gerçekler

GPS sistemi belirlemek için tasarlanmıştır coğrafi koordinatlar alıcının, navigatörün veya alma yeteneğine sahip başka bir cihazın üzerinde bulunduğu nesne GPS sinyalleri uydudan. Bu sistem Dünya yüzeyindeki bir nesnenin koordinatlarını 2 cm hassasiyetle belirlemek için üç boyutlu ölçüme izin veren WGS 84 standardının kullanılmasını içerir Ek olarak, GPS teknolojisini kullanan navigasyon, hareket hızını da ölçmenizi sağlar alıcının veya Dünya yüzeyindeki benzer bir cihazın.

A-GPS hakkında gerçekler

A-GPS teknolojisi aynı anda birkaç açıdan GPS standardını tamamlar. Her şeyden önce - navigasyonda kullanılan alıcıların çalışmasını hızlandırmak açısından. Gerçek şu ki, koordinatların yalnızca uydular aracılığıyla belirlenmesi, donanım kaynakları üzerinde önemli bir yük içermektedir. bu cihaz. Ancak, alıcıya konumunu belirlemek için yardımcı kaynakları (A-GPS altyapısında kullanılanlar) kullanma fırsatı verirseniz, fark edilir derecede daha hızlı çalışacaktır.

A-GPS teknolojisini destekleyen bir GPS navigasyon cihazı, ilgili standartla uyumlu olmayan cihazlardan çok daha hızlı yüklenir. Ek olarak, A-GPS, alıcının koordinatlarının sürekli izlenmesinin kararlılığını önemli ölçüde artırabilir: uydu sinyali her zaman sabit değildir (özellikle kentsel alanlarda) ve bu anlamda gezginin konumunu belirlemek için yardımcı kanalların kullanılması alıcının kullanıcı işlevlerini yerine getirmesi için kritik bir koşul haline gelir.

A-GPS teknolojisi kullanılırken gezginin koordinatlarını belirlemek için hangi özel yardımcı kanallar kullanılır? Kural olarak, bu Mobil İnternet- 3G veya 4G teknolojisini kullanarak. Bazı durumlarda Wi-Fi bağlantısı da uygundur.

3G, 4G veya Wi-Fi kanalları yoksa baz istasyonları üzerinden koordinatlar belirlenebilir. mobil operatörler. Doğru, bu yöntem nispeten düşük bir doğruluğa sahiptir - genellikle 20 metreye kadar - birkaç yüz metre.

Karşılaştırmak

GPS ve A-GPS arasındaki temel fark, birinci teknolojinin, gezginin coğrafi koordinatlarını uydu aracılığıyla, ikincisi - alternatif kanallar (3G, 4G, Wi-Fi, operatörlerin baz istasyonları) aracılığıyla belirlemeyi içermesidir.

A-GPS standardını destekleyen bir alıcı, kural olarak, yalnızca "klasik" GPS kanallarını destekleyen bir cihazdan çok daha hızlı yüklenir. Bu, koordinatların hızlı bir şekilde alınması ve bazı durumlarda İnternet veya hücresel kanallar aracılığıyla harita güncellemeleri nedeniyle mümkündür.

Ayrıca A-GPS teknolojisine uyumlu bir navigasyon cihazı, uydu sinyalinin çok zayıf olduğu veya hiç olmadığı durumlarda da görevini yerine getirebilmektedir. Elbette, yalnızca cihaz koordinatlarını elde etmek için alternatif kanallar çalışıyorsa.

GPS ve A-GPS arasındaki farkı belirledikten sonra, tablodaki sonuçları düzeltelim.

Uydu GPS navigasyon uzun süredir konumlandırma sistemleri oluşturmak için standart olmuştur ve çeşitli izleyici ve navigasyon cihazlarında aktif olarak kullanılmaktadır. İÇİNDE arduino projeleri GPS, bilgi gerektirmeyen çeşitli modüller kullanılarak entegre edilmiştir teorik temeller. Ancak gerçek bir mühendis, bu teknolojinin yeteneklerini ve sınırlamalarını daha iyi anlamak için GPS'in ilkesini ve işleyişini anlamakla ilgilenmelidir.

GPS nasıl çalışır?

GPS, ABD Savunma Bakanlığı tarafından geliştirilmiş, kesin koordinatları ve zamanı belirleyen bir uydu navigasyon sistemidir. Tüm hava koşullarında dünyanın her yerinde çalışır. GPS üç bölümden oluşur - uydular, Dünya üzerindeki istasyonlar ve sinyal alıcıları.

Bir uydu navigasyon sistemi oluşturma fikri, geçen yüzyılın 50'li yıllarında ortaya çıktı. Sovyet uydularının fırlatılışını gözlemleyen Amerikalı bilim adamlarından oluşan bir ekip, uydu yaklaştıkça sinyal frekansının arttığını ve uzaklaştıkça azaldığını fark etti. Bu, uydunun konumunu ve hızını Dünya'daki koordinatlarını bilerek ölçmenin mümkün olduğunu ve bunun tersini anlamayı mümkün kıldı. Uyduların alçak dünya yörüngesine fırlatılması, navigasyon sisteminin geliştirilmesinde büyük bir rol oynadı. Ve 1973'te DNSS (NavStar) programı oluşturuldu, bu programa göre uydular orta dünya yörüngesine fırlatıldı. GPS programı adını aynı 1973'te aldı.

GPS sistemi açık şu an sadece askeri alanda değil, sivil amaçlarla da kullanılıyor. GPS için birçok uygulama var:

Mobil bağlantı;
Plaka tektoniği - plaka dalgalanmalarının izlenmesi;
Sismik aktivitenin belirlenmesi;
Araçların uydu takibi - araçların konumunu, hızlarını izleyebilir ve hareketlerini kontrol edebilirsiniz;
Jeodezi - arsaların kesin sınırlarının belirlenmesi;
haritacılık;
Navigasyon;
Oyunlar, coğrafi etiketleme ve diğer eğlence alanları.

Sistemin en önemli dezavantajı, belirli koşullar altında sinyal almanın imkansızlığı sayılabilir. GPS çalışma frekansları, desimetre dalga boyu aralığında yer alır. Bu, yüksek bulutlar, yoğun ağaç yaprakları nedeniyle sinyal seviyesinin düşebileceği gerçeğine yol açar. Radyo kaynakları, bozucular ve nadir durumlarda manyetik fırtınalar da normal sinyal iletimini engelleyebilir. Uydular Dünya üzerinde çok yükseğe çıkmadığından, kutup çevresi bölgelerde veri belirlemenin doğruluğu bozulacaktır.

GPS olmadan navigasyon

GPS'in ana rakibi Rus sistemi GLONASS (küresel navigasyon uydu sistemi). Benim tam zamanlı iş Sistem 2010 yılında başlamış, 1995 yılından itibaren aktif olarak kullanılması için girişimlerde bulunulmuştur. İki sistem arasında birkaç fark vardır:

Farklı kodlamalar - Amerikalılar CDMA kullanıyor, Rus sistemi için FDMA kullanılıyor;
Cihazların farklı boyutları - GLONASS daha karmaşık bir model kullanır, bu nedenle cihazların güç tüketimi ve boyutları artar;
Uyduların yörüngeye yerleştirilmesi ve hareketi - Rus sistemi, bölgenin daha geniş bir kapsamını ve koordinatların ve zamanın daha doğru belirlenmesini sağlar.
Uydu ömrü - Amerikan uyduları daha iyi hale getirildi, bu yüzden daha uzun ömürlüler.

GLONASS ve GPS'e ek olarak, daha az popüler olan başka navigasyon sistemleri de var - Avrupa Galileo ve Çin Beidou.

GPS açıklaması

GPS nasıl çalışır?

GPS sistemi şu şekilde çalışır - sinyal alıcısı, sinyalin uydudan alıcıya yayılma gecikmesini ölçer. Alıcı, alınan sinyalden uydunun konumu hakkında bilgi alır. Uydudan alıcıya olan mesafeyi belirlemek için sinyal gecikmesi ışık hızıyla çarpılır.

Geometri açısından, navigasyon sisteminin çalışması şu şekilde gösterilebilir: ortasında uyduların olduğu birkaç küre kesişir ve kullanıcı bunların içindedir. Kürelerin her birinin yarıçapı sırasıyla ona olan mesafeye eşittir görünür uydu. Üç uydudan gelen sinyaller enlem ve boylam hakkında bilgi sağlarken, dördüncü uydu nesnenin yüzeyden yüksekliği hakkında bilgi verir. Elde edilen değerler, kullanıcının koordinatının bulunabileceği bir denklem sistemine indirgenebilir. Böylece, elde etmek tam konum uyduya 4 mesafe ölçümü yapılması gerekir (mantıksız sonuçlar hariç tutulursa, üç ölçüm yeterlidir).

Ortaya çıkan denklemler, uydunun hesaplanan ve gerçek konumu arasındaki tutarsızlıkla düzeltilir. Bunun sonucunda oluşan hata efemeris olarak adlandırılır ve 1 ile 5 metre arasında değişir. Girişim, atmosferik basınç, nem, sıcaklık ve iyonosfer ile atmosferin etkisi de katkıda bulunur. Toplamda, tüm hataların toplamı hatayı 100 metreye kadar getirebilir. Bazı hatalar matematiksel olarak ortadan kaldırılabilir.

Tüm hataları azaltmak için bir diferansiyel kullanın GPS modu. İçinde, alıcı, baz istasyonundan koordinatlarda gerekli tüm düzeltmeleri havadan alır. Nihai ölçüm doğruluğu 1-5 metreye ulaşır. Diferansiyel modda, alınan verileri düzeltmenin 2 yöntemi vardır - bu, koordinatların kendilerinin düzeltilmesi ve navigasyon parametrelerinin düzeltilmesidir. Tüm kullanıcıların aynı uydular üzerinde çalışması gerektiğinden, ilk yöntemin kullanımı elverişsizdir. İkinci durumda, konumu belirlemek için ekipmanın karmaşıklığı önemli ölçüde artar.

Ölçüm doğruluğunu 1 cm'ye çıkaran yeni bir sistem sınıfı var.Uyduların yönleri arasındaki açının doğruluk üzerinde büyük etkisi var. Büyük bir açıyla, konum daha büyük bir doğrulukla belirlenecektir.

Ölçüm doğruluğu, ABD Savunma Bakanlığı tarafından yapay olarak azaltılabilir. Bunu yapmak için, navigasyon cihazlarında özel bir S / A modu ayarlanmıştır - sınırlı erişim. Mod, düşmana kesin koordinatları belirlemede bir avantaj sağlamamak için askeri amaçlar için tasarlanmıştır. Mayıs 2000'den bu yana kısıtlı erişim rejimi kaldırılmıştır.

Tüm hata kaynakları birkaç gruba ayrılabilir:

Yörüngelerin hesaplanmasında hata;
Alıcı ile ilgili hatalar;
Sinyalin engellerden tekrar tekrar yansımasıyla ilgili hatalar;
İyonosfer, troposferik sinyal gecikmeleri;
Uyduların konumunun geometrisi.

Temel özellikleri

GPS sistemi 24 içerir yapay uydular Dünya, yer izleme istasyonları ve navigasyon alıcılarından oluşan bir ağ. Gözlem istasyonları, yörünge parametrelerini belirlemek ve kontrol etmek, balistik özellikleri hesaplamak, hareket yörüngelerinden sapmaları ayarlamak ve uzay aracındaki ekipmanı kontrol etmek için gereklidir.

GPS navigasyon sistemlerinin özellikleri:

Uydu sayısı - 26, 21 ana, 5 yedek;
Yörünge düzlemlerinin sayısı - 6;
Yörünge yüksekliği - 20.000 km;
Uyduların hizmet ömrü 7,5 yıldır;
Çalışma frekansları - L1 = 1575,42 MHz; L2=12275.6MHz, sırasıyla güç 50W ve 8W;
Seyir tespitinin güvenilirliği %95'tir.

Navigasyon alıcıları çeşitli tiplerdedir - taşınabilir, sabit ve havacılık. Alıcılar ayrıca bir dizi parametre ile karakterize edilir:

Kanal sayısı - modern alıcılar 12 ila 20 kanal kullanır;
anten tipi;
Kartografik desteğin mevcudiyeti;
ekran tipi;
Ek fonksyonlar;
Çeşitli teknik özellikler - malzemeler, güç, nem koruması, hassasiyet, hafıza kapasitesi ve diğerleri.

Navigatörün kendisinin çalışma prensibi - her şeyden önce, cihaz navigasyon uydusuyla iletişim kurmaya çalışır. Bağlantı kurulur kurulmaz almanak, yani aynı navigasyon sistemi içinde bulunan uyduların yörüngeleri hakkında bilgi iletilir. Doğru bir konum elde etmek için yalnızca bir uydu ile iletişim yeterli değildir, bu nedenle geri kalan uydular, sapmaları, pertürbasyon faktörlerini ve diğer parametreleri belirlemek için gerekli olan efemerislerini navigatöre iletir.

Soğuk, ılık ve sıcak başlatma GPS navigasyon cihazı

Navigatörü ilk kez açtığınızda veya uzun bir aradan sonra, veri almak için uzun bir bekleme başlar. Uzun zamandır bekleme, almanak ve efemeris'in gezginin belleğinde eksik veya güncelliğini yitirmiş olmasından kaynaklanır, bu nedenle cihazın verileri almak veya güncellemek için bir dizi eylem gerçekleştirmesi gerekir. Bekleme süresi veya sözde soğuk başlatma süresi, çeşitli göstergelere bağlıdır - alıcının kalitesi, atmosferin durumu, gürültü, görüş alanındaki uyduların sayısı.

Başlamak için gezgin şunları yapmalıdır:

Bir uydu bulun ve onunla bağlantı kurun;
Almanak'ı alın ve hafızaya kaydedin;
Uydudan efemeris alın ve kaydedin;
Üç uydu daha bulun ve onlarla bağlantı kurun, onlardan efemeris alın;
Gök günlüğü ve uydu konumlarını kullanarak koordinatları hesaplayın.

Ancak tüm bu döngüyü tamamladıktan sonra cihaz çalışmaya başlayacaktır. Böyle bir lansman denir soğuk başlangıç.

Sıcak başlatma, soğuk çalıştırmadan önemli ölçüde farklıdır. Navigatörün hafızası halihazırda geçerli almanak ve efemeris içerir. Almanak verileri 30 gün, efemeris 30 dakika geçerlidir. Bundan, cihazın kısa bir süre için kapatıldığı anlaşılmaktadır. Hızlı başlatma ile algoritma daha basit olacaktır - cihaz uydu ile bağlantı kurar, gerekirse efemeris'i günceller ve konumu hesaplar.

Sıcak bir başlangıç var - bu durumda almanak güncel ve efemeris'in güncellenmesi gerekiyor. Sıcak bir başlangıçtan biraz daha fazla zaman alır, ancak soğuk bir başlangıçtan çok daha az zaman alır.

Ev yapımı GPS modüllerinin satın alınması ve kullanılmasıyla ilgili kısıtlamalar

Rus mevzuatı, üreticilerin alıcı tespitinin doğruluğunu azaltmasını şart koşuyor. Ham hassasiyetle çalışmak, yalnızca kullanıcının özel bir lisansa sahip olması durumunda yapılabilir.

yasaklandı Rusya Federasyonu gizlice bilgi elde etmek için tasarlanmış özel teknik araçlar vardır (STS NPI). Bunlar şunları içerir: GPS izleyicileri, araçların ve diğer nesnelerin hareketi üzerinde gizli kontrol için kullanılır. Yasadışılığın ana işareti teknik araçlar- onun gizliliği. Bu nedenle, bir cihaz satın almadan önce özelliklerini dikkatlice incelemeniz gerekir; dış görünüş, varlığı için gizli özellikler ve ayrıca gerekli uygunluk sertifikalarını görüntüleyin.

Cihazın ne şekilde satıldığı da önemlidir. Demonte halde cihaz STS NPI için geçerli olmayabilir. Ancak monte edildiğinde, bitmiş cihaz zaten yasaklanmış olarak sınıflandırılabilir.

Ne olduğunu açıklayarak başlayalım. A-GPS ve bundan nasıl farklıdır? Küresel Konumlama Sistemi. Çoğu durumda, cep telefonlarının iç mekanlarda veya gökdelenler arasında güvenilir sinyal alımı sağlayacak kadar iyi bir alıcısı yoktur. Burası sözde A-GPS diğer birçok cep telefonunda basitçe çağrılan Küresel Konumlama Sistemi.

A-GPS(eng. Yardımlı GPS) koordinatların belirlenmesini hızlandıran bir sistem GPS alıcısı

en büyük sorunİçin Küresel Konumlama Sistemi alıcı sözde "soğuk başlatma" dır. Şu anda uydu araması gerçekleşiyor. Bağlı olarak dış etkenler başlatma işlemi gecikebilir, bu sadece rahatsızlığa neden olmakla kalmaz, aynı zamanda enerji tüketiminin artmasına da neden olur. teknoloji A-GPS sadece bu sorunla başa çıkmakla kalmaz, aynı zamanda hayatı biraz basitleştirir Küresel Konumlama Sistemi alıcı.

durumunda iPhone bu, geçerli konumun kullanılarak belirleneceği anlamına gelir. Küresel Konumlama Sistemi, Wi-Fi ve hücresel operatörlerin istasyonları (zanaatkarlar Elma tüm bunlar için beklenmedik yerlere yerleştirilmiş yalnızca 2 anten kullanmayı başardı - kameranın etrafındaki bir halka, bir ses girişi, ekranın etrafındaki metal bir çerçeve vb. Tüm bu veriler yardımcı sunucu tarafından işlenecektir. Avantaj burada yatmaktadır. A-GPSönce Küresel Konumlama Sistemi: birincisi çok daha hızlı çalışır ve ikincisi, uydu ararken "soğuk başlatma" sırasında "yavaşlar". her zamanki gibi Küresel Konumlama Sistemi Bir konumlandırma alıcısıyla, konumu elde etmek için birkaç güçlü sinyale ve biraz zamana ihtiyacınız vardır. -de A-GPS yardımcı sunucunun kendisi telefonunuza en yakın uyduların nerede olduğunu söyleyerek arama süresini kısaltır. Ek olarak, bu yaklaşım daha fazla pil tasarrufu sağlar.

Diğer birçok telefonun aksine, A-GPS V iPhone ağa bağlantısı olmadan çalışacak, bu da onu doğada ve aslında dünyanın herhangi bir yerinde bir uydu sinyalinin yakalandığı herhangi bir yerde kullanmanıza izin verecektir (ancak, ihtiyacınız olacağını unutmayın). Google Haritalar , önceden indirmeniz gerekecek).

Şu anda ne kadar hızlı olduğu bilinmiyor A-GPS pili boşaltır: iPhone pil tasarrufu sağlayacak şekilde, gerektiğinde konumlandırma sistemini otomatik olarak açıp kapatacaktır. Aktif çalışmasıyla (kalıcı konum takibi vb.) yine de oldukça fazla tüketeceği varsayılmaktadır.

Ne kadar iyi olduğunun farkına varmak Küresel Konumlama Sistemi içinde olacak iPhone, en ilginç olana geçiyoruz - navigasyona. İşte burada Elma her zaman olduğu gibi repertuarında. Şimdiki versiyonu SDK için kullanılmasını yasaklar. navigasyon gerçek zamanlı ("Gerçek Zamanlı Rota Kılavuzu"). Ama o kadar da kötü değil, dev Küresel Konumlama Sistemi endüstri tom tom halihazırda iPhone için bir navigasyon cihazı üzerinde çalıştıklarını belirtti. Görünüşe göre, büyük şirketler bir şekilde kullanmak için izin almak zorunda. SDK bireysel olarak. Böylece dönüş için ek masraflar bizi bekliyor. iPhone kullanım için kabul edilebilir gezgin. Ama görünüşe göre biz buna alışkın değiliz :-).

A-GPS - GPS sinyal alıcısının sözde "soğuk başlatmasını" hızlandırmanıza izin veren bir teknoloji. Gerekli konum bilgilerinin sağlanmasının hızlandırılması, diğer iletişim kanallarının kullanılmasıyla yapılır. Bu sistem genellikle akıllı telefonlarda ve cep telefonları yerleşik bir GPS sinyal alıcı çipine sahip olan.

Modern akıllı telefonlar, herhangi bir grafik bilgisini, özellikle de coğrafi haritaları görüntülemenize izin veren geniş ekranlara sahiptir. mükemmel kalite. Bu, kullanıcının hem iş sorunlarını kolayca çözmesini hem de kişisel ihtiyaçları için bilgi almasını veya eğlenceli nitelikteki bilgileri görmesini sağlar.

Avrupa'da, GPS kullanıcıları bunu genellikle LBS hizmetiyle karıştırır. LBS bir dizi eğlence ve bilgi hizmetleri, ağ abonesinin konumuna göre hücresel iletişim. Bu tür hizmetleri sağlamak için GPS veya A-GPS teknolojisini kullanmak gerekli değildir. Tabandan sinyal seviyesi ölçülerek abonenin konumu 50 - 100 metre hassasiyetle hesaplanır. GSM istasyonları artı internete erişim noktalarının sinyalleri aracılığıyla Wi-Fi teknolojileri, abonenin gadget'ının bağlı olduğu.

A-GPS nasıl çalışır:

A-GPS sisteminin çalışması için, uzak bir sunucudan gelen bilgilerin hızlı bir şekilde alıcı girişine gelebileceği ek bir iletişim kanalına sahip olmak gerekir. Mobil cihazlar(akıllı telefonlar, telefonlar) bunun için çoğunlukla hücresel kanalları kullanır. Telefon bir hücresel ağın kapsama alanındaysa ve İnternet erişimi varsa - A-GPS sistemi otomatik olarak etkinleştirildi.

Yaklaşık konum:

Konum verilerinin işlenmesini hızlandırmak için sistem A-GPS aramanın kapsamını sınırlar uydu sinyalleriönce yaklaşık konumun belirlenmesi. Cep telefonları operatörün baz istasyonlarından hesaplanmasına izin ver GSM iletişimi. Hesaplamaların doğruluğu, farklı kaynaklardan gelen sinyal sayısına bağlıdır. baz istasyonları telefonu açar. Baz istasyonlarının en yüksek kurulum yoğunluğu genellikle şehir merkezlerinde görülmektedir. Bu yerlerde konum ölçüm doğruluğu 200 - 500 metreye ulaşmaktadır. Şehirlerin kenar mahallelerinde ve seyrek nüfuslu bölgelerde ölçüm doğruluğu sadece 1500 - 2000 metredir.