Современный путешественник уже не мыслит себя без навигаторов. Раньше необходимые для навигации вещи представляли собой несколько предметов: компас, карты, и ориентирование все равно не было предельно точным. Сейчас все эти функции умещаются в одном-единственном приборе – навигаторе, о принципах работы которого мы сегодня и поговорим. Итак, как работает навигатор.
Но, разумеется, сам навигатор – не простой прибор, и состоит из довольно большого количества составных частей. Он принимает сигналы со спутников, и за обработку этих сигналов отвечает его внутренняя начинка, которая состоит из материнской платы, процессора, памяти, GPS-модуля, приемщика сигналов спутника, БИОСа, операционной системы, специальной оболочки, собственно навигационной программы и карт, которые закачаны в прибор. Давайте подробнее рассмотрим компоненты.
Разумеется, у навигатора есть свой аккумулятор. И если для автомобильных устройств он не так принципиален, так как идет постоянная подзарядка от автомобиля, то для туристических вариантов он жизненно необходим, так как режим отслеживания спутников очень энергозатратный. В будущих статьях мы разберем, как и какие выбирать туристические навигаторы, обращая внимание в том числе на емкость аккумулятора.
Всё описанное железо упаковывается в корпус, который для туристических навигаторов выполняется в защитном варианте – пыле- и влагонепроницаемом. Автомобильные навигаторы часто имеют обычный пластиковый корпус.
На навигаторы устанавливается операционная система, подобная той, что можно встретить на компьютерах и смартфонах. Самой популярной в последнее время становится Андроид, но достойную конкуренцию ему составляет Windows CE. Множество брендов-производителей используют эти операционки, но есть и такие, кто имеет собственные разработки – например, бренд Garmin. О правильном выборе навигатора мы поговорим в следующих статьях.
Теперь перейдем непосредственно к тем вещам, которые делают навигатор навигатором. Прежде всего, это сама навигационная программа – т.е. программа, которая обрабатывает сигналы позиционирования и предоставляет их на экран вашего прибора. Таких программ тоже множество, и даже гораздо больше, чем операционных систем, но самая популярная на сегодняшний день, особенно в России, — Navitel. Эта программа передает на экран прибора ваше местоположение. И остается завершающая часть – карты.
Если бы не было карт, то навигационная программа передавала бы просто ваши координаты на черном экране. Какой в этом смысл? Никакого. Поэтому карты являются важнейшей частью навигации, завершающим слоем, на котором и отображается в понятном вам виде информация о вашем местоположении. Карты привязаны к системе координат. Таким образом, когда навигационная программа показывает координаты вашего положения, то они просто накладываются на карту, которая также связана с системой координат. В итоге у современных приборов навигации точность составляет до одного метра.
Это очень важный вопрос, потому что навигатор непосредственно взаимодействует с сигналами спутников, и его работа чувствительно нарушается, когда нарушается этот контакт. Например, вы вряд ли успешно определите свое местоположение, находясь внутри большого помещения вдали от окон, и уж точно не сможете сделать этого в тоннеле или где-нибудь под землей. Нужно иметь это в виду при планировании собственных перемещений.
Для качественного определения координат навигатор должен соединиться хотя бы с 4 спутниками. Если небо закрыто тучами или мешают какие-то физические препятствия, то прибор может неточно определить ваше местоположение, а то и вовсе отказаться работать, требуя больше спутников.
Вот мы и разобрали основные принципы работы навигатора. Это достаточно сложный прибор, который сильно упрощает жизнь путешественнику и любому человеку, чья деятельность связана с перемещением по поверхности земли. В следующих статьях нашего блока читайте о том, какие выбрать навигаторы для разных условий, чем руководствоваться, и другую интересную информацию по теме навигации.
Дата публикации: 12 апреля 2018 .
Категория: Транспорт.
GPS-навигация — это технология, определяющая местоположение объекта по широте и долготе. Некоторые устройства способны вычислить высоту. Прием сигналов осуществляется с помощью такого устройства, как GPS-навигатор. Он состоит из нескольких элементов, от которых зависит качество его работы:
- GPS-чипсет. Комплект микросхем, где самый важный элемент — процессор. С помощью него обрабатываются спутниковые сигналы от модуля.
- GPS-антенна. Данный элемент настраивается на частоты для получения спутникового сигнала.
- Оперативная память. От неё зависит скорость работы навигатора.
- Память BIOS. Связующий элемент программных и аппаратных частей.
- Flash-память. В ней хранится операционная система и все данные.
- Разъёмы. Слоты для внешнего питания, подключение наушников, SIM-карт.
- Дисплей. На нём отображается вся информация для пользователя.
Многие навигаторы оснащены дополнительными функциями. В некоторых моделях есть встроенный радиоприемник, Bluetooth-модуль и другие элементы.
Система была разработана в США по заказу Минобороны в конце 70-х. Для гражданского пользования она была разрешена в 80-е годы. Система работает бесперебойно в любую погоду по всему миру. Она мгновенно определяет координаты объектов, скорость, высоту и другие параметры в зависимости от модели.
За эксплуатацию GPS не взимается никакой платы. Единственное, за что придётся заплатить — это спутниковый приемник или GPS-навигатор.
В систему включено 24 спутника, вращающиеся на 6 орбитах, центрального управляющего пункта, систем связи и станции слежения. Орбиты спутника располагаются с наклоном в 55 градусов относительно экватора. Длина каждого из них — около 5 м, а вес чуть меньше тонны. Максимальная мощность передатчика —50 Вт. Каждый спутник рассчитан на 10 лет эксплуатации. Некоторые из них запускаются на орбиту дополнительно при необходимости. Если один спутник перестал работать, его место займёт другой, заполняя возникший пробел в сигналах. На каждом спутнике есть точные атомные часы.
В наземную систему управления входит 4 станции слежения. Они отслеживают местоположение всех спутников, в видимой зоне, затем передают данные на основную станцию в Колорадо-Спрингс. Она обрабатывает данные и отправляет сигнал на спутники, после чего он передается на GPS-приемники.
Задержка передачи радиосигнала от спутника измеряется. В зависимости от этой величины определяется местоположение навигатора. На основе этих данных вычисляются и другие параметры: географические координаты и высота. Чтобы определить свое местонахождение, GPS-навигатор должен получить сигнал как минимум от 4 спутников.
Современные автолюбители всё реже пользуются картами. На их место пришла GPS-навигация автомобилей. Благодаря ей можно за секунду построить короткий маршрут до конечной точки.
Автомобильная GPS-навигация — это система, способная проложить маршрут с учетом пробок, осуществить быстрый поиск точки на карте. В навигатор можно загрузить карту любого города или страны. Большинство моделей оснащены функцией поиска различных объектов инфраструктуры: ближайших кафе, автозаправок, парковок.
GPS-навигатор для туристов может заменить компас. Он разработан для использования в горах, на воде, в лесу. Большинство устройств имеет водонепроницаемый и противоударный корпус. Некоторые модели оснащены функцией использования карт местности. Несмотря на то, что навигатор может принимать сигнал в отдаленной местности, рекомендуется взять с собой карту и компас.
Устройства предназначены для циклических видов спорта, где нужно двигаться по одному маршруту: лыжные гонки, бег, велосипед. Устройство регистрирует состояние организма спортсмена и параметры его движения.
Навигаторы оснащены прочным водонепроницаемым корпусом. Они носятся на руке либо крепятся на руль велосипеда. Информация отображается на специальном дисплее.
GPS навигатор — это устройство, успешно заменившее обычные карты. Оно необходимо автомобилистам, путешественникам, туристам. С каждым годом система GPS-навигации развивается и совершенствуется.
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.
Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве.
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.
Загрузка...