GPS-навигация в автомобиле и жизни. Мифы и реальность — Ferra.ru

Однако и это не всё. GPS-навигация в автомобилях крайне приглянулась компаниям, специализирующимся на защите транспортных средств от угона. Об этом мы и поговорим в следующей части статьи.

Защита от угона при помощи GPS и мобильного телефона

Мы не считаем, что необходимо как-то компрометировать провайдеров, предоставляющих услуги по слежению за вашим автомобилем, однако считаем необходимым предупредить, что угоняется абсолютно любой автомобиль, абсолютно вне зависимости от того, что и как на нём установленно. От эвакуатора, глушителя и экранированного бетонного бокса за городом ещё никто не спасался.

Как это работает? На автомобиле устанавливается комплекс оборудования, состоящий из GPS-приёмника для определения координат и устройства для организации канала связи между автомобилем и диспетчерским пультом. В качестве последнего выступает обычное устройство, по сути работающее сотовым телефоном. Девайс подключается к системе через COM-порт и позволяет осуществлять двустороннюю передачу сигнала. Таким образом, можно подавать команды автомобилю – завести/заглушить двигатель, закрыть/открыть двери либо мгновенно определить месторасположение транспортного средства. Плюс к этому, если GPS сигнал не проходит, а мобильное устройство «видит» вышки оператора сотовой связи (чаще всего GSM), то определение координат возможно также по положению телефона. Подобные услуги предоставляют все GSM-операторы Московского региона (кстати, именно это решение спасло BMW X5 одного моего знакомого – прим.авт.).

В случае возникновения заранее оговариваемых «нештатных» ситуаций сигнал тревоги передаётся на диспетчерский пульт и, при подтверждении проблемы, на пульт ГИБДД… Дальше всё работает только по воле сотрудников милиции. Разумеется, если угонщики – профессионалы своего дела, машина в один момент просто пропадёт с мониторов, и единственное, что останется сделать, так это надеяться на самую лучшую «противоугонку» – страхование транспортного средства от угона. На данный момент только такая защита может гарантировать относительно спокойный сон владельца «интересного» автомобиля.

Однако спутниковая сигнализация в большинстве случаев позволяет осуществлять достаточно высокий уровень контроля за автомобилем и, как минимум, спасёт, если им заинтересуются малоопытные хулиганы. Другое дело, что, как правило, после вмешательства подобных «пионеров» машина бывает сильно покорёжена. Вывернуты личинки замков дверей, сломан блокиратор и замок зажигания. Удовольствие весьма недешёвое. Так что гараж, охрана… и опять деньги.

Что выбрать?

Складывается абсолютно неопределённая ситуация, так как выбор GPS-устройств чрезвычайно велик и интересен. Однако мы постарались классифицировать наиболее популярные GPS-приёмники, представленные на нашем рынке. Относительно встроенных навигационных систем в автомобили мы можем отметить, что для нашей страны официальных карт практически нет, а те, которые есть, стоят около тысячи евро. К слову пришлось ещё и то, что долгое время гражданский GPS был вне закона, а это сильно тормозило развитие подобных решений на территории нашей страны.

А если лишних денег нет, то старый добрый КПК и Compact Flash GPS-адаптер помогут вам решить возникающие проблемы с навигацией. Поверьте – достаточно один раз попробовать, и вы не расстанетесь с GPS никогда!

Великий GPS и его темная сторона / Хабр

Ещё одна статья-перевод о приватности наших данных. В этот раз речь пойдет о GPS, принципах его работы и нерешенных вопросах безопасности, так что готовьте шапки из фольги и вперед под кат.

GPS предоставляет нам фантастические возможности, но при этом отсутствуют какие-либо правила и ограничения по сбору данных с помощью него.

Что такое GPS?

Системы глобального позиционирования (GPS) состоят из набора спутников средней высоты, управляемых с нескольких наземных станций.

Каждый спутник имеет чрезвычайно точные часы и шлет данные и синхронизирующий сигнал на Землю. Приемники GPS используют эти сигналы для определения своего местоположения в любой точке мира в виде широты, долготы и высоты.

В настоящее время существуют три глобальные системы: GPS (США), GLONASS (Россия) и GALILEO (Европейский Союз).

Кроме того, у Китая есть региональная система COMPASS, которую он планирует расширить до глобального охвата, и существуют независимые региональные системы расширения, эксплуатируемые Японией и Индией.

В огромном количестве устройств есть встроенные GPS-приемники, в том числе в большинстве современных транспортных средств, планшетов, мобильных телефонов и другогом оборудовании. Эти приемники используются для определения местоположения пользователя в любой точке земного шара с впечатляющей точностью.

Например, приложение на смартфоне с поддержкой GPS может определить разницу между ожиданием в очереди и получением заказа у стойки ресторана быстрого питания.

Удивительно полезно, если устройства предоставляют данные о местоположении только вам, но ведь они способны передавать их кому-то еще.

Как это работает?

Положение каждого спутника можно определить в любой момент невероятной точностью. Одновременно измеряя время передачи сигнала от нескольких спутников у вашему устройству, можно определить и расстояние, на котором ваше устройство находится от каждого из них, как если бы вы мгновенно растягивали невидимые рулетки.

Для этого в игру вступает простая геометрия ― триангуляция, чтобы определить положение приемника на земле с точностью до 2 метров и более. В будущем, планируется еще большая точность, достаточная, чтобы определить, меняете ли вы руки во время разговора по телефону.

В особых случаях могут установливаться дополнительные наземные передатчики для повышения точности до одного сантиметра.

Существуют также два других метода для улучшения качества геолокации, когда работа GPS усложнена или попросту невозможна:

• Мобильное устройство по сотовой связи может быть триангулировано от соседних вышек с точностью до 20 метров, а иногда и намного точнее, с использованием все более распространенных антенн с фазированной решеткой и так называемого многолучевого анализа.
• Устройства с Wi-Fi могут получать геолокацию от соседних маршрутизаторов, даже если они не подключены, путем поиска имен маршрутизаторов (SSID) в удивительно полных базах данных известных маршрутизаторов и местоположений.

Преимущества практически неисчислимы

Технология геолокации позволяет выполнять автоматическую посадку самолета, направляет вас по незнакомым местам или континентам и помогает службам экстренной помощи максимально быстро находить вас.

Конечно же, есть и военное применение, для которого изначально и был разработан GPS, включая высокоточное вооружение.

Он также обеспечивает широкий спектр научных и промышленных применений ― от измерения вулканической активности до автоматического управления сельскохозяйственным оборудованием и автомобилями.

Технология GPS помогает с точным позиционированием измерительных приборов, направляет траектории полета и измеряет движение земной коры после землетрясений. С помощью встроенных в автомобиль устройств технологии GPS, вы можете снизить (или увеличить!) ваши страховые тарифы в зависимости от того, как вы водите машину. Можно найти потерянные или украденные вещи, или же показать местоположение членов семьи.

Короче говоря, GPS ― это современная «чудо-технология». К сожалению, как и большинство вещей в жизни, у него есть и темная сторона.

Кому вы доверяете?

Представьте, если любопытный сосед установил в вашей машине устройство GPS-слежения и следил за каждым вашим движением. Как бы вы себя чувствовали?

Скорее всего не очень хорошо. Большинство из нас были бы очень расстроены, потому что, обладая подробной информацией о вашем местонахождении, такой человек может причинить большой вред. Конечно, проблема не столько в самих данных, сколько в намерениях тех, кто ими владеет.

Почти все понимают, что местоположение их устройства можно отслеживать и большинство людей согласны с этим. Они полагают, что если это вообще происходит, то это делают хорошо контролируемые компании, уполномоченные вести постоянный учет их ежеминутного пути по миру каждый день.

Они были бы правы, если бы это было правдой, но это не так.

Ну и что?

Действительно ли данные о местонахождении человека настолько чувствительны, что могут вызывать беспокойство?

Для большинства людей ответ ― нет, не особенно. Действительно ли меня волнует что, кто-то знает о моей поездке в магазин, или по какому маршруту я шел?

Но что, если мой пункт назначения ― здание суда, кабинет терапевта или, возможно, специализированная женская клиника?

Что если точности достаточно, чтобы сказать, с кем и как долго я нахожусь в пределах одного/двух метров?

Какие глубоко личные выводы они могут сделать?

Или что, если для того, чтобы свести концы с концами, я работаю на второй работе, что пожалуй не одобрил бы мой работодатель, а мои геолокационные данные показывают моё постоянное присутствие там?

Теперь вам не все равно?

А что если вместо уполномоченного государственного органа, к вашим данным будут иметь доступ сотни компаний всех размеров? У каждой свои цели и намерения… например продать или иным образом использовать ваши данные.

Что насчет реальных проблем возникших у совершенно невинной фермерской семьи? Или другой случай с людьми, живущими в доме в Ашберне, штат Вирджиния, где было сопоставлено 17 миллионов IP-адресов (потому что рядом было несколько крупных центров обработки данных). Недавний анализ показывает, что существуют тысячи таких «стандартных» сопоставлений.

Таким образом, помимо намеренно навязчивого использования информации о местоположении, также практически нет защиты от ошибок, небрежности или преднамеренного злоупотребления.

GPS: глобальное личное наблюдение?

Простой миф: Конфиденциальная информация GPS доступна только хорошо контролируемым организациям на законных основаниях.

Например, приложение погоды, которое я недавно установил, попросило меня предоставить доступ к данным о моём местоположении, для предоставления персонализированных прогнозов. Это звучало разумно, и я согласился.

Но потом я подумал: «Эй, подожди минутку… а точно ли моё местоположение используется ТОЛЬКО для того, чтобы предупредить меня о дожде?

«

Я задался вопросом, что еще может произойти, поэтому я начал копаться во всей технической документации, которую только смог найти, а также ознакомился с 31 страницей лицензионного соглашения. Я нашел то, чего боялся: примерно раз в минуту моё местоположение отправляется владельцам приложения, а в дальнейшем и их деловым партнерам, кем бы они ни были.

Интересно то, что приложение бесплатное, ведь они могут зарабатывать деньги, продавая информацию обо мне. Кто я и где я, днем ​​и ночью, в дождь или жару.

Просто с помощью приложения погоды мои перемещения по миру становятся известны с потрясающей точностью тысячам людей, имеющим доступ к этим данным. В основном это рекламодатели, которые покупают данные у разработчиков подобных приложений, но в принципе это может быть кто угодно.

Узнав об этом, мне стало интересно, что произойдет, если я изменю свои настройки, чтобы запретить приложению доступ к службам определения местоположения моего устройства.

И угадайте, что? Это было не сложно… в следующий раз, когда я запустил приложение, оно запрашивало моё местоположение, и я ввел его вручную. Почтовый индекс ― этого более чем достаточно для прогноза погоды.

Теперь, вместо того, чтобы мгновенно отслеживать моё местонахождение, единственное, что отправляется обратно на их серверы и, следовательно, продается другим, ― это мой почтовый индекс, который фиксируется независимо от того, куда я иду.

ОБНОВЛЕНИЕ 3 марта 2017: сенаторы Рон Уайден и Репс. Джейсон Чаффец и Джон Конайерс вновь представили Закон о конфиденциальности и надзоре за геолокацией (H.R. 1062). Мы надеемся, что Конгресс быстро примет этот законопроект для защиты конфиденциальности потребителей, но это решение лишь для США.

Мало или много?

Если простое приложение погоды может делать это, то кто еще? Я решил это выяснить, поэтому посвятил вечер чтению лицензионных соглашений для многих приложений, которые я установил за эти годы.

Оказывается, многие приложения периодически отправляют информацию обо мне с устройства на свои серверы. Иногда это анонимно (так что они могут видеть только, что кто-то мужчина в возрасте 35-44 лет был в том или ином месте), но в основном это не так, и они знают моё имя, адрес, номер телефона и каждое конкретное место, куда я ходил, все время.

Исследовательский центр Pew проверил это на наличие чуть более миллиона различных приложений для Android и обнаружил, что 217 304 запрашивают приблизительные данные геолокации с устройств, на которых они установлены, а еще 247 420 приложений запрашивают точные данные о местоположении.

Так что это не одно приложение о погоде, а целых 464 724 (44%) разных приложений хотят знать, где вы находитесь.

Еще более поразительно, 859 684 (82%) всех приложений Android запрашивают прямой доступ из кода приложения в Интернет. Конечно, некоторые из них совершенно невинны, но для бесплатных приложений это, вероятно шанс отправлять данные о вас создателям приложения, для монетизации. В основном это и есть объяснением почему они предоставляют приложение бесплатно или почти бесплатно.

Что это значит для меня?

Несмотря на простоту схемы, она приводит к тому, что большое количество людей имеет беспрепятственный доступ к чрезвычайно подробной истории ваших передвижений.

Например, компания-производитель фруктовых соков, которые я даю своим детям, знают, что вчера я ушел с работы на час раньше, и что мы с женой были в баре в субботу, и что я был в медицинской клинике в прошлый вторник в течение 4 часов. Компания по производству апельсинового сока знает всё.

Шутки в сторону? Да.

Просто замечая, что я регулярно бываю в другом офисе два вечера в неделю, и что моя жена дома с детьми ровно в те же дни (да, у неё такое же приложение о погоде), можно легко сделать вывод, что я подрабатываю на второй работе.

Хоть это и не запрещено моим работодателем, но всё же, если это станет известно, то может поставить меня в трудное положение, несмотря на то, что это моё личное время.

Раньше я думал, что шансы на попадание такой информации в общий доступ, а как следствие к моему работодателю, были невероятно малы. Но сейчас я не столь уверен в этом, и думаю что она может появиться на каком-то новом сайте, легально или незаконно.

У моих детей тоже есть смартфоны. Для меня полезно знать где они находятся, но правильно ли, что компании всех видов также знают, по какой улице идет моя дочь в тот или иной момент, или на какой стеллаж с гигиеническими продуктами она сейчас смотрит в аптеке?

Торговые центры также находятся в игре, используя как GPS, так и предположительно бесплатный Wi-Fi, чтобы отслеживать каждый ваш шаг, анализировать, кто вы и что вы покупаете, чтобы заставить вас тратить больше.

У этого списка нет конца…

Помимо Смартфонов

Под креслами велосипеда можно обнаружить подобные устройства размером с монету, продаваемое под торговой маркой TrackR:

Это устройство представляет собой продуманную интеграцию технологии Bluetooth с низким энергопотреблением и возможностями GPS-отчетов мобильных устройств, которые находятся рядом. Вы можете купить эти недорогие устройства за 29 долларов США (или купить 4 и получить еще 4 бесплатно) и прикрепить их к ценным предметам, чтобы найти их в случае потери.

Функционально идентичная технология также продается под маркой Tile. Прикрепите эти мелочи к своим ценностям, и вы будете знать, где они находятся все время ― звучит хорошо.

Но подождите… а что если кто-то захочет отследить вас? Насколько трудно было бы наклеить одну из этих вещей на ваш автомобиль, мотоцикл или велосипед, покрытый полосой черной ленты? Как часто вы проверяете под сиденьем? Даже если вы заметите это, узнаете ли вы его таким, каким он был, а не каким-то обычным элементом машины?

На сайте TrackR они говорят, что это работает повсюду и что оно имеет смысл только потому, что GPS работает в любой точке мира. Устройства дешевы и не требуется дополнительных трат. По их словам, они создали мощную глобальную коллекцию абонентских устройств.

Меня беспокоит не то, «как устройство ДОЛЖНО использоваться», я думаю, что это отличный продукт, но я беспокоюсь о том, «как это МОЖЕТ быть использовано» кем угодно с парой долларов. Это GPS-наблюдение для широких масс, абсолютно не подконтрольное никому, но с небольшим советом от компании «…мы не советуем использовать TrackR на людях. Мы бы рекомендовали вам вместо этого использовать службу отслеживания в реальном времени«.

Но это всего лишь совет, даже не запрет. С практической точки зрения, что на самом деле мешает кому-либо злоупотреблять технологией? По сути, любой может стать 007, а такие компании, как TrackR, являются аналогом Q-филиала.

Конечно, в течение многих лет были и другие средства для достижения того же, но это было дорого (например, здесь, здесь или здесь).

Но с появлением такой дешевой технологии меня беспокоит то, что любой может тайно отследить другого человека только с незначительными затратами и усилиями.

Построй его и они придут

Мы наблюдаем рост числа приложений со сложной геолокацией, которые используются в качестве основной «валюты» в обмен на возможность использовать приложение бесплатно. Это особенно актуально для таких игр, как Pokémon Go, о чем говорится в этом блоге.

Эти приложения спроектированы таким образом, что геолокация представляет собой неотъемлемую часть того, что, как надеются разработчики, станет игровым процессом, настолько захватывающим, что вы захотите упустить из виду тот факт, что они отслеживают вас и продают эту информацию.

Они пойдут на многое, чтобы не упомянуть, что именно по этой причине они дают вам игру бесплатно.

Не покупайся на это, это иллюзия. Ничто не бывает бесплатным.

Это даже на наших фотках

Известно ли вам, что на снимках, сделанных с помощью смартфона или новейшей цифровой камеры, есть данные GPS, в дополнение к информации о камере или самом смартфоне?

Даже сегодня большинство людей не знают этого и не понимают, что это может иметь серьезные последствия, когда они загружают или делятся фотографиями в интернете.

Что дальше?

Интересно подумать, какое влияние на эти проблемы может оказать прогресс или новые технологии в ближайшем будущем. Вот несколько вещей, которые, на мой взгляд, заслуживают нашего внимания:

• Все более точные составные геолокационные сервисы, в буквальном смысле могут определить, в каком кармане находится ваш телефон.
• Тип обнаружения и отслеживания местоположения с низким энергопотреблением, используемый TrackR встроен прямо в операционную систему почти каждого устройства.
• Более долговечные и более энергоемкие аккумуляторы, могут обеспечивать более длительное время работы для трекеров.
• Более богатое и более мелкозернистое сотовое покрытие (микросота и пикосота) способно триангулировать с использованием наземных сигналов с гораздо большей точностью.
• Растущее разнообразие приложений, в том числе в таких захватывающих областях, как виртуальная реальность, монетизируется продажами данных о пользователях.
• Более полные базы данных мобильных устройств, маршрутизаторов и владельцев, позволяют сопоставлять GPS-треки разных людей по месту и времени.

Помните, что серверы, на которые эти приложения отправляют ваши GPS-данные, обладают неиссякаемой способностью сохранить ваш личный след в течение всей жизни, возможно, в течение очень длительного времени.

Почти ни один из них не защищен законом, и в настоящее время большинство из них чрезвычайно уязвимы для взлома, потому что он не считается достаточно чувствительным, чтобы заслуживать даже элементарной защиты, предоставляемой таким вещам, как информация о кредитной карте или медицинские записи.

Эти данные скоро станут настолько полными, что через 10 лет почти каждый сможет узнать, где вы были в прошлый вторник в 14:34, что вы делали и с кем вы работали, с надежностью, намного большей, чем вы сами могли возможно, помните это.

Что я могу сделать?

Единственное самое важное действие, которое вы можете предпринять, это отозвать разрешение на геолокацию для каждого приложения, которое не является абсолютно необходимым для вас, тщательно продумывая, какие приложения вам действительно нужны в первую очередь. Как я обнаружил в приложении погоды, это обычно не имеет большого отрицательного эффекта.

Кроме того, все, что мы должны сделать, ― это заставить наших законодателей признать, что геолокационные треки считаются конфиденциальной личной информацией, и разработать законы для ее лучшей защиты.

Возможно, самая большая проблема среди всех также является одной из самых удивительных: согласно исследованиям Королевской Инженерной Академия несколько лет назад ― что мы будем делать, если система выйдет из строя? Это вполне возможно, если произойдет достаточно сильная солнечная вспышка или в случае воздействия воинственных сил, физически или с помощью взлома.

Простая истина ― не становиться слишком зависимым ни от чего, но именно это и происходит. Пользуйтесь GPS, но пока не выбрасывайте старые карты.

И наконец…

Мы часто слышим, как люди говорят: «Мне не нужна конфиденциальность, я не делаю ничего плохого», но это смешивание понятий «конфиденциальности» с «преступностью».

Вы не делаете ничего плохого, когда раздеваетесь ночью или пользуетесь туалетом, но все же закрываете дверь. Разве информация о том, куда вы идете и с кем вы находитесь, не заслуживает быть личной?

что это и как использовать

Современные телефоны уже давно перестали быть обыкновенными устройствами для осуществления звонков. Теперь можно использовать мобильные ресурсы, дабы найти полезную информацию в интернете, снимать качественные фотографии, играть в различные приложения, слушать музыку и просматривать любимые фильмы.

Вишенкой на торте является встроенная навигационная система, которая позволяет использовать смартфон в качестве GPS-навигатора, например, для определения своего местоположения в лесу, на прогулке или в путешествии. Все подробности ниже.

Содержание статьи:

Что такое GPS-навигатор в смартфоне?

GPS в телефоне – это навигационная система, которая предназначена для определения местоположения устройства на карте, а также для построения маршрута и поиска необходимых пользователю объектов. Абсолютно каждый современный смартфон имеет встроенный навигационный модуль. Маленький прибор представляет собой антенну, которая расположена во внутренней части корпуса.

Первоначально данное устройство предназначалось для определения местонахождения врагов в военных конфликтах. Однако со временем, когда мобильные технологии начали столь динамично развиваться, навигационный сигнал стал доступным в повседневной жизни каждому. Этот модуль способен принимать сигналы с поддерживаемых антенн, однако передавать информацию он не способен. Когда определенный сигнал приходит в смартфон, пользователь видит свое положение на карте.

Навигационная система в мобильном телефоне уже давно обрела широкую популярность. Данная функция очень полезна людям, которые постоянно путешествуют или находятся в бесконечных разъездах, командировках и т.д. Особо важную роль GPS-навигатор играет в густонаселенных территориях.

Сейчас многие социальные службы, курьеры, таксисты и доставщики продуктов не могут представить свою жизнь без мобильного навигатора. Также смартфоны со встроенным GPS-модулем широко пользуются спросом у охотников и рыболовов. Для последних в официальном магазине Play Market существуют специальные приложения с удобным интерфейсом и полезными инструментами.

Функциональные особенности

Как правило, навигационная система более стабильно функционирует в той местности, которая не содержит большое количество многоэтажных зданий и прочих построек. Большинство смартфонов плохо ловят сигнал в помещении, так как толстые бетонные стены отбивают сигнал, выступая в качестве блокирующего экрана. Однако некоторые устройства, относящиеся к более дорогому ценовому сегменту, справляются со своей задачей в самых суровых условиях.

Пешеходам и водителям, которые находятся далеко от населенных объектов, следует помнить о возможных системных сбоях во время плохих погодных условий. Проблема заключается в том, что сильная влажность и порывы ветра искажают передающийся сигнал, в результате чего координаты местонахождения могут отображаться с большими погрешностями.

Подавляющее число GPS-навигаторов в мобильных телефонах обладают следующими особенностями:

1. Бесплатный доступ ко всем инструментам.
2. Голосовое и графическое оповещение, касательно дорожных знаков, резких поворотов и возможных опасностей.
3. Точность и высокая скорость определения координат необходимых объектов.
4. Широкий ряд дополнительных инструментов.
5. Возможность функционирования в оффлайн режиме.
6. Возможность самостоятельного дополнения базы данных.
7. Подробная информация касательно знаменитых сооружений, различных достопримечательностей и зон отдыха.
8. Сохранение закладок с часто посещаемыми местами.

Как активировать навигационную систему на телефонах Android?

Для активации навигационного модуля можно воспользоваться двумя методами:

1. В основных настройках телефона, используя раздел передачи данных.
2. В экспресс панели, которая содержит инструмент «Геолокация» или «Местонахождение».

Когда GPS-модуль находится в активном состоянии, аккумулятор устройства начинает потреблять гораздо больше энергии, нежели в обычном режиме. Если пользователь находится в дороге, которая занимает много времени, необходимо обзавестись внешним аккумулятором с большой емкостью. Водителям автомобилей намного проще, ведь они могут воспользоваться специальным зарядным устройством.

Главное требование во время работы навигационной системы – место положение гаджета на открытой местности. GPs-модуль работает нестабильно, если пользователь находится в туннеле, метро или в помещении с толстыми бетонными стенами.

Кстати, гаджет (от англ. gadget —  устройство) — это приспособление улучшающее нашу жизнь, например, смартфон, смарт-часы, гугл-очки, фитнесс-браслет и т.д.

Что касается типов навигационных систем, на мобильных телефонах iOS и Android технология GPS была одной из самых лучших до последнего времени. Сейчас многие устройства функционируют под предводительством китайского аналога «Beidou» и российского «GLONASS».

Навигаторы в онлайн-режиме

Данный тип приложений функционирует исключительно с доступом к высокоскоростному интернету. Любая программная составляющая навигатора находится на сервере разработчика, поэтому пользователь сможет получить доступ к картам и базе данных, только подключившись к сети. Подобные утилиты постоянно подгружают недостающие файлы, тем самым экономя память телефона. Стоит учитывать, что во время функционирования программа будет потреблять огромное количество трафика мобильного оператора, поэтому целесообразней использовать модуль Wi-Fi (если есть такая возможность).

Основное преимущество онлайн-навигаторов заключается в том, что система автоматически загружает необходимые для перемещения данные. Стоит только запустить приложение, как программа самостоятельно подгрузит информацию.

Подобными функциями может похвастаться 2 системы:

• Google Maps
• Яндекс.Навигатор

Оба варианта абсолютно бесплатны и просты в использовании. Если в телефоне отсутствует необходимое ПО, то для скачивания можно использовать официальный магазин Google Market. Также стоит отметить, что эти навигаторы идеально справляются с поставленными задачами в любых условиях, будь-то густой населенный город или сельская местность.

Наибольшей продуктивности можно добиться в том случае, если пользователь установит на свой смартфон онлайн и оффлайн-навигатор. В случае потери связи или израсходования мобильного трафика в любой момент можно переключиться в последний режим. Что касается оффлайн-навигаторов, более подробно с их возможностями можно ознакомиться ниже.

Навигаторы в оффлайн-режиме (без интернета)

Основное отличие подобных систем заключается в том, что вся база данных и карты местности хранятся во внутренней памяти мобильного телефона. Следовательно, подобные приложения занимает больше объема, чем онлайн варианты. В любом случае для подзагрузки недостающих элементов потребуется периодически подключаться к интернету, однако это не нужно на постоянной основе.

Оффлайн-системами удобно пользоваться, когда владелец устройства находится далеко от населенной местности и не имеет доступа к сети. В таком случае можно экономит денежные средства на приобретение трафика. Но, большинству подобных программ характерен платный доступ. Конечно, можно ознакомиться с базовыми инструментами в пробной версии, однако данный период будет составлять не больше 7 дней.

Самыми распространенными вариантами считаются приложения «Maps.ME», «Navitel» и «TomTom». Они стабильно функционируют в любой местности, главное – своевременно загруженные карты и база данных.

Установка сторонних навигационных приложений

Большинство смартфонов имеют интегрированные навигационные сервисы Яндекс.Навигатор и Google карты. Они полностью бесплатны и удобны в использовании. Однако что делать, если в телефоне не предусмотрено такой возможности? Единственный выход – установка стороннего ПО. Данный тип программ функционирует за счет позиционирования спутников в реальном времени или благодаря заранее загруженным картам местности. Конечно, более эффективным считается первый вариант, однако такие приложения имеют платный доступ.

Чтобы воспользоваться полезными инструментами и обеспечить комфорт во время перемещения по дороге, стоит выбрать следующие навигационные системы:

• Яндекс.Навигатор
• Google Maps
• Навител
• Maps.me
• 2ГИС: справочник и навигатор
• CityGuide
• Sygic GPS Navigation
• Семь Дорог
• Waze
• OsmAnd

GPS. Прошлое, настоящее и будущее глазами обывателя / Хабр

Введение

В настоящее время, когда современные телефоны стали в десятки раз мощнее первых суперкомпьютеров, когда появились первые iPhone, iPad и множество устройств на Android мы получили новую идеологию применения этих ресурсов. Карманные гаджеты теперь не просто уменьшенные до размеров ладони компьютеры, а инструменты, позволяющие пользователю при помощи одного пальца управлять целыми сферами его жизни – всеми сферами, в которые проник Интернет: общением, развлечениями, путешествиями, поиском информации…
Список можно продолжать до бесконечности. Во многом вплетению Интернета в нашу жизнь поспособствовала GPS-навигация. Теперь, когда почти у каждого в кармане лежит GPS-приемник, множество сервисов получило возможность улучшить нашу жизнь. Однако рассмотрим сначала историю происхождения GPS.

1. История появления и развития навигационной технологии

GPS (от англ. Global Positioning System) – спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение объектов (см. Рисунок 1).

Проект был реализован и принадлежит военному ведомству США. Основной задачей проекта является определение текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве [4].

Идея создания спутниковой навигации родилась еще в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские ученые во главе с Ричардом Кершнером (Richard Kershner), наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты (см. Рисунок 2).

Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г. в США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, глобальная система позиционирования встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на Земле.

Первоначально глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 г. был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолет корейских авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Но точность была уменьшена специальным алгоритмом.
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки, и в 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США [2].

Ниже, в таблице представлена хронология развития GPS (см. Таблица 1).

Таблица 1- Хронология развития GPS

Дата Событие
1973 Решение о разработке спутниковой навигационной системы
1974—1979 Испытание системы
1977 Прием сигнала от наземной станции, симулирующей спутник системы
1978—1985 Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I)
1979 Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24
1980 В связи с решением свернуть программу использования спутников Vela системы отслеживания ядерных взрывов, эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащенных сенсорами регистрации ядерных взрывов
1980—1982 Дальнейшее сокращение финансирования программы
1983 После гибели самолета компании Korean Airline, сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам
1986 Гибель космического челнока Space Shuttle «Challenger» приостановила развитие программы, так как последний планировался для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта»
1988 Решение о развертывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы
1989 Активация спутников второй группы
1990—1991 Временное отключение SA (англ. selective availability — искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приемников. Включение SA 1 Июня 1991 года
8.12.1993 Сообщение о первичной готовности системы. В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам
1994 Спутниковая группировка укомплектована
17.07.1995 Полная готовность системы
1.05.2000 Отключение SA для гражданских пользователей, таким образом, точность определения выросла со 100 до 20 метров
26.06.2004 Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости Galileo и GPS
Декабрь 2006 Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS

2. GPS сегодня

2.1. GPS – игры

Революцию геотаргетинговых сервисов, то есть построенных вокруг определения местоположения чего-либо (пользователя или точки на карте), можно было предсказать еще до появления новомодных смартфонов. Люди начали сходить с ума по GPS‑навигации сразу же, как только она получила распространение. 1 мая 2000 года пресс-служба Белого Дома объявила о том, что прекращено преднамеренное ухудшение точности гражданских приемников системы GPS, а уже 3 мая один из фанатов GPS Дейв Улмер решил проверить точность навигации. Он назвал эту идею «большой американской охотой на тайник при помощи GPS» и через Интернет сообщил о ней другим пользователям. Замысел был очень прост: где-то в лесу прячется контейнер, и регистрируются его географические координаты. Другие игроки должны найти «клад» при помощи своих GPS‑приемников. Правило для нашедшего: возьми какие-то вещи, оставь что-то свое. Улмер поместил собственный контейнер (черное ведро) недалеко от Портленда. Вместе с журналом, где участники могли отметить свое посещение, и карандашом он оставил небольшие подарки: видеокассеты, книги, диски и рогатку. В течение трех дней тайник был найден двумя игроками, которые прочитали о нем в сети. Другие энтузиасты начали размещать собственные тайники и публиковать их координаты, поддержав начинание. Как и многие другие идеи в Интернете, новая игра очень быстро завоевала популярность и со временем получила новое название – геокэшинг. Сайт Geocaching.com по сей день остается популярным ресурсом для геокэшеров всего мира, а в России действует ресурс geocaching.su. Российский вариант немного отличается от западного: тайники в отечественной версии игры рекомендуется создавать в местах, которые имеют историческое, культурное или природное значение [1].

2.2. GPS-метки

На основе геокэшинга были реализованы идеи GPS меток. Сервис foursquare предлагает пользователям отмечать на карте интересные места, бары, кафе, театры, в прочем, все, что может заинтересовать других. Благодаря этому сервису гораздо проще найти бар, где недавно отметился твой друг, нежели прибегать к Интернет-поиску. Однако и у foursquare есть не менее успешные аналоги, как русские – AlterGeo, так и зарубежные – Gowalla. Так же подобные сервисы развиваются и внутри социальных сетей: в Facebook – Places, в ВКонтакте – места, позволяющие отметиться в каком-либо месте и отметить друзей, которые находятся рядом с тобой. Можно предположить, что «Места» будут пронизывать почти весь мир.

2.3. Виртуальная реальность

Уже сейчас стали появляться первые GPS навигаторы, проводящие линии маршрута прямо по изображению с встроенной видеокамеры. Правда, работают они хуже некуда, сложно совместить неточный GPS-тег на карте с видеоизображением. Впрочем, это удалось сделать создателям Layar – браузера дополненной реальности. Он способен совмещать информационные карты с показаниями GSP приемника и компаса, накладывая результат на изображение с видеокамеры (см. Рисунок 3).

Однако это всего лишь браузер, а не навигатор, то есть о точке можно знать только расстояние, разделяющее вас, а вот как до нее пройти и что между вами находится, узнать не получится.
Интересное приложение выпустил сайт «Вокруг света». Оно способно определять местоположение и автоматически начинает рассказ о ближайшей достопримечательности. Радует и то, что присутствует ручной режим и, в случае ошибки GPS, можно выбрать интересующий объект вручную.

2.4. GPS – карты

Конечно же, нельзя не упомянуть о главных потребителях данной технологии – о мобильных картах. Google Maps, предустановленные в каждом приличном смартфоне, и «Яндекс. Карты», располагающие более точной на сегодня картой России, сражаются за наш рынок, то и дело добавляя новые функции и сервисы, становясь качественнее и сложнее. Трехмерный вид и быстрая векторная карта у Google против более грамотной навигации и более точной растровой карты у «Яндекса». Безусловное лидерство в отображении загруженности дорог и автомобильной маршрутизации, а также едва не ставшие «геотаргетинговым twitter’ом» пользовательские комментарии на карте у «Яндекса» против недавно запустившегося режима полноценного автомобильного навигатора у Google. Более грамотный поиск по русскоязычным названиям у «Яндекса» против пешеходной маршрутизации с учетом общественного транспорта у Google. Выбирать можно бесконечно, но в итоге у каждого пользователя стоят обе карты. Стоит «Яндексу» выпустить автомобильный навигатор внутри карт, аналогичный Google, и это навсегда изменит рынок GPS-навигации, дав нам на выбор два бесплатных, оперативно обновляющихся и компактных навигатора. А это сделает привычные GPS навигаторы архаизмом [1].

3. Кому это нужно?

Чем же помогут в жизни GPS устройства обычному человеку (см. Рисунок 4)?

Лучшая программа городской навигации проложит вам маршрут к заданному адресу. А если хорошенько попросите, то и несколько маршрутов на выбор. Причем, если вы выбрали один, а по пути решили отклониться от рекомендаций, тут же, на ходу, маршрут будет пересчитан. Она же спрогнозирует ожидаемые скорость и время прибытия к точке назначения, проведет вас до места, всякий раз предупреждая заранее на экране (а если включите голосовой режим, то и голосом) о поворотах, разворотах и прочих сменах простого прямого движения. А еще, если вам предстоит какая-нибудь сложная развязка, автоматически увеличит ее изображение до полной внятности и обозначит, по какому из рукавов надо двигаться. Более того, некоторые программы (и прилагаемые к ним недорогие подписные сервисы) позволяют учитывать в расчетах данные о реальных пробках на дорогах и предлагать маршруты более, может быть, длинные, но в данный момент более быстрые. Правда, эти сервисы еще только-только начинают развиваться, и инфраструктура, призванная их обеспечить, еще не вполне налажена.

Если же речь идет о поездках за рулем в чужом городе, а того пуще — за границей, здесь без навигатора (подключенного к умной программе и снабженного самыми свежими картами, которые обычно часто обновляются через Интернет) попросту не обойтись [3].

Заключение

Можно только предполагать, какое развитие получит навигация в будущем. Возможно все движение, в том числе и личный транспорт, будет управляться автоматическими компьютерными системами, и навигация будет контролировать перемещения, не давая сбиться с пути и предупреждая столкновения с другими объектами. Возможно, на смену GPS придет более совершенная технология, позволяющая получать сигнал на глубине нескольких километров и не теряющая точности от внешних факторов. Однако точно понятно, что развитие только начинается.

Список используемой литературы

1. Банин, Д. На карту поставлено все / Д. Банин, Р. Китаев // Испытатель. — 2011. — № 3. — С. 21-25.
2. История создания систем спутниковой навигации [Электронный ресурс] / Неизвестный автор // Как работает система GPS. — 2009. — Режим доступа: www.glonax.ru/history-gps.html
3. Козловский, Е. Искусство позиционирования / Е. Козловский // Вокруг света. — М.: 2006. — № 12. — С. 204-280.
4. Сетевые спутниковые радионавигационные / В. Шебшаевич [и др.]. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1993. — 408 с.: ил.

Как выбрать туристический навигатор (2019) | Навигаторы GPS | Блог

Туристические навигаторы так и не стали массовым гаджетом – высокая цена отпугивала многих покупателей еще тогда, когда альтернативы «Гарминам» просто не было. Теперь же, когда GPS-модуль есть даже в самых недорогих смартфонах, интерес к навигаторам упал до минимума. Но если автомобильные навигаторы почти вытеснены смартфонами, то туристические до сих пор пользуются спросом среди многих путешественников, туристов и спортсменов.

Производители продолжают выпускать новые модели, с полок магазинов они пропадать не торопятся. Какие же преимущества заставляют поклонников туристических навигаторов оставаться верными этим устройствам?

• Надежность. Разнообразие аппаратной начинки и программного обеспечения смартфонов в этом ракурсе скорее минус – нет никакой гарантии, что именно на вашей модели навигационное приложение не даст сбой в самый важный момент. В то же время программное и аппаратное обеспечение туристических навигаторов разработаны с учетом повышенных требований к надежности устройства.

• Продолжительность работы. Включенный GPS-модуль смартфона сильно ускоряет разряд аккумулятора, редкий смартфон сможет проработать в режиме навигации хотя бы 5-6 часов. А у навигаторов время автономной работы колеблется от 12 часов до нескольких суток.
• Защищенность от внешних воздействий. Большинство туристических навигаторов спокойно переносят низкую температуру, удары и погружения в воду. Причем уровень защиты даже самых простых навигаторов намного выше, чем у большинства «защищенных» смартфонов.



• Питание от стандартных элементов типа АА или ААА. Намного проще и дешевле взять с собой «про запас» несколько комплектов обычных батареек, чем несколько аккумуляторов для смартфона.
• Уверенный прием сигнала со спутников. Навигация все же не является приоритетом для смартфонов и GPS-модули в них часто устанавливаются по остаточному принципу. В итоге поиск спутников может занимать десятки минут, а отсутствие приличной GPS антенны – привести к тому, что для пропадания сигнала со спутников будет достаточно деревьев над головой или даже просто облаков. Туристический навигатор же не только имеет надежную встроенную антенну и чувствительный приемник, большинство из них оснащены разъемом для подключения внешней GPS-антенны, способной значительно улучшить прием сигнала в сложных условиях.

Резюмируя, можно сказать, что летом в населенной местности для рыбалки, охоты или походов «выходного дня» смартфона с навигационным приложением может быть достаточно – даже если он подведет, ничего непоправимого не произойдет. А вот для «диких» мест или холодной погоды – когда от возможности определить свое местоположение может зависеть ваша жизнь – туристический навигатор остается вне конкуренции.

Кроме того, туристические GPS-навигаторы используются в качестве средств спортивной фиксации в некоторых видах спорта: в парусных регатах, в воздухоплавании, в планерном, дельтапланерном и парапланерном спорте и т.п. И здесь их смартфоном заменить никак не получится.

Решившись обзавестись туристическим навигатором, определитесь с характером его использования – в разных условиях будут актуальны различные характеристики этого устройства.

Характеристики туристических навигаторов

Поддержка ГЛОНАСС определяет, может ли навигатор ориентироваться по сигналам со спутников российской навигационной системы ГЛОНАСС, или принимает сигнал только спутников американской NAVSTAR GPS.

Многие считают, что двухрежимные навигаторы имеют лучшую точность, однако в большинстве случаев это не так. Погрешность определения координат у ГЛОНАСС изначально чуть больше, чем у GPS, а значит в двухдиапазонном режиме ГЛОНАСС+GPS навигаторы демонстрируют ничуть не лучшую (а порой – и худшую) точность, чем в режиме чистого GPS.

С учетом того, что в двудиапазонном режиме устройство потребляет больше энергии (и, соответственно, меньше работает без подзарядки), в равнинной местности никакого преимущества двухдиапазонные навигаторы не имеют – для сохранения заряда батареи их лучше переводить в режим «только GPS».

Другое дело в горах. Для определения координат навигатор должен получить сигнал от 4х спутников. Если же часть небосклона закрыта горным склоном, то в поле зрения может просто не оказаться нужного количества спутников. И в этом случае поддержка второго диапазона увеличит шанс определения собственного местонахождения.

В туристическом навигаторе можно сохранить определенное количество маршрутов – путей, проходящих через определенные маршрутные точки (наборы координат, определяющие некоторую точку на карте). В режиме следования по маршруту, навигатор будет отображать направление к следующей маршрутной точке и отклонение от текущей линии маршрута.

Количество маршрутов, которых можно сохранить в памяти навигатора, ограничено – обычно их не более 250.

В процессе движения (через определенные промежутки времени) навигатор сохраняет текущее положение – записывает путевую точку. Промежуток времени сохранения путевых точек можно менять в широких пределах; путевую точку также можно поставить вручную. Важным моментом здесь является то, что количество путевых точек также ограничено. В разных моделях их может быть от 2000 до 10000 и на этот параметр надо обратить особое внимание.

К примеру, если ваш навигатор может сохранить до 2000 путевых точек, и вы установите промежуток сохранения путевых точек в 1 секунду, то уже через полчаса память устройства заполнится. Если же при этом выбран режим циклической записи путевых точек, а на экране выставлен крупный масштаб, то старые точки начнут затираться, а вы этого даже не заметите. Через несколько часов, при попытке вернуться назад, вы с неприятным удивлением заметите, что ваш «след» заканчивается в паре километров от вас.

Выставление большого интервала сохранения путевых точек помогает не заблудиться, но снижает точность записанного трека. Это особенно важно, если навигатор используется как средство контроля – например, спортивного. Поэтому подбирайте количество точек в соответствии с тем, как долго длится ваш обычный маршрут, какую длину он имеет, и насколько вам важна точность трека его прохождения.

Путевым компьютером оснащено большинство туристических навигаторов. Путевой компьютер отображает текущую скорость, среднюю и максимальную скорость на маршруте, пройденное расстояние и прочие статистические данные.

Если вы планируете использовать туристический навигатор и в качестве автомобильного, обратите внимание на соответствующие опции: расчет автомобильных маршрутов, голосовые сообщения и загрузку пробок. Путевой компьютер такого навигатора способен строить оптимальный маршрут по автомобильным дорогам между заданными точками. Загрузка пробок позволит использовать при построении маршрута актуальную информацию о дорожной ситуации, а голосовое сопровождение позволит двигаться по маршруту, ориентируясь по голосовым командам, предупреждающим о нужных поворотах.

«Автомобильные» функции расширяют возможности туристического навигатора, однако имейте в виду, что и цену устройства они поднимают весьма значительно. Недорогой туристический навигатор и средний автомобильный вместе обойдутся вам намного дешевле, чем один туристический с теми же функциями.

Если вам важна высокая точность определения координат, обратите внимание на поддержку WAAS и EGNOS. Это – две схожие системы, содержащие наземные станции и геостационарные (расположенные над экватором и неподвижные относительно земли) спутники, вычисляющие поправку для спутников GPS и отправляющие данные о ней наземным приемникам. Использование WAAS и EGNOS обеспечивает погрешность измерения координат не более 1 м по горизонтали и не более 1,5 м по вертикали. К сожалению, спутники этих систем расположены только над США и Европой, и в большей части территории России их сигнал недоступен.

Встроенная карта есть на всех современных навигаторах. Однако степень их детализации на разных моделях может сильно отличаться. На недорогих моделях предустановленная карта может содержать лишь точки крупных населенных пунктов и основные дороги. И хотя установка пользовательских карт также возможна на всех моделях, далеко не на всех это делается легко и быстро. Если у устройства есть слот для карт памяти, новую карту можно установить в устройство, записав её на карту памяти. Топовые модели способны получать карты через Wi-Fi или Bluetooth. На самых простых моделях возможна загрузка пользовательских карт с компьютера через разъем mini-USB. Подходящие карты можно найти в Интернете.

Если объем встроенной памяти не позволяет загрузить пользовательскую карту, вам придется искать карту меньшего размера или вручную облегчать её с помощью специализированного ПО.

Магнитный компас позволяет навигатору определять направление на стороны света в покое. При отсутствии магнитного компаса узнать где север, а где юг, можно только в движении – по взаимному расположению двух последних путевых точек.

Барометр позволяет навигатору более точно измерять высоту – эта опция будет полезна, если вы собираетесь брать устройство в горы или использовать при занятиях авиационными видами спорта.

Характеристики экрана для этого типа устройств особого значения не имеют – разумеется, цветной экран с высоким разрешением дает больше информации, а сенсорный более удобен в обращении. Однако чем лучше характеристики экрана, тем больше он потребляет энергии. И где-нибудь в «медвежьем углу» на последней паре батареек характеристики экрана будут вас заботить меньше всего.

Варианты выбора туристических навигаторов

Если вам нужно надежное и защищенное устройство, способное указать вам верную дорогу в любых природных условиях за минимальные деньги, выбирайте среди недорогих туристических навигаторов.

[url=»https://www.dns-shop.ru/catalog/17a8eda816404e77/turisticheskie-navigatory/?order=1&groupBy=none&stock=2&f=fgs]Туристический навигатор с поддержкой ГЛОНАСС имеет больше шансов «поймать» нужное для определения координат количество спутников.

[url=»https://www.dns-shop.ru/catalog/17a8eda816404e77/turisticheskie-navigatory/?order=1&groupBy=none&stock=2&f=fq6]Наличие слота для карт памяти облегчит установку в устройство актуальных карт.

Поддержка навигатором [url=»https://www.dns-shop.ru/catalog/17a8eda816404e77/turisticheskie-navigatory/?order=1&groupBy=none&stock=2&f=3apl]Bluetooth или [url=»https://www.dns-shop.ru/catalog/17a8eda816404e77/turisticheskie-navigatory/?order=1&groupBy=none&stock=2&f=3apf]Wi-Fi также способны облегчить обновление карт.

Если вы хотите, чтобы туристический навигатор мог работать и в машине, прокладывая нужный маршрут по автомобильным дорогам с учетом текущей дорожной обстановки, выбирайте среди [url=»https://www.dns-shop.ru/catalog/17a8eda816404e77/turisticheskie-navigatory/?f=fi3]моделей с загрузкой пробок.

какие бывают системы, параметры и функции / Блог компании Promwad / Хабр

В этой статье мы расскажем про глобальные системы позиционирования, разработанные в США, России, ЕС и Китае; объясним, как поддержка технологий глобальной спутниковой навигации реализована в электронных устройствах, а также опишем ключевые и дополнительные функции современных навигационных приемников.

GPS

Система GPS (Global Positioning System) создавалась для применения в военных целях. Она начала работать в конце 80-х — начале 90-х годов, однако до 2000 года искусственные ограничения на определение местоположения существенно сдерживали ее возможности использования в гражданских целях.

 
После отмены ограничений на точность определения координат ошибка снизилась со 100 до 20 м (в последних поколениях GPS-приёмников при идеальных условиях ошибка не превышает 2 м). Такие условия позволили использовать систему для широкого круга общих  и специальных задач:

• Определение точного местоположения
  
• Навигация, движение по маршруту с привязкой к карте на основании реального местоположения
  
• Синхронизация времени
  

Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — это число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).
 

ГЛОНАСС

Российский аналог GPS — ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) — была развёрнута в 1995 году, но в связи с недостаточным финансированием и малым сроком службы спутников она не получила широкого распространения. Вторым рождением системы можно считать 2001 год, когда была принята целевая программа ее развития, благодаря которой ГЛОНАСС возобновил полноценную работу в 2010 году.
 
Сегодня на орбите работают 24 спутника ГЛОНАСС, они охватывают навигационным сигналом весь земной шар.
Новейшие потребительские устройства используют GPS и ГЛОНАСС как взаимодополняющие системы, подключаясь к ближайшим найденным спутникам, это значительно увеличивает скорость и точность их работы.
 

Пример: aвтомобильное GPS/ГЛОНАСС-навигационно-связное устройство на базе ОС Android, разработанное командой Promwad по заказу российского конструкторского бюро. Реализована поддержка GSM/GPRS/3G. Устройство автоматически обновляет информацию о дорожной обстановке в режиме реального времени и предлагает водителю оптимальный маршрут с учётом загруженности дорог.

 
Сейчас на стадии разработки находятся еще две спутниковые системы: европейская Galileo и китайская Compass.
 

Galileo

Галилео — совместный проект Европейского союза и Европейского космического агентства, анонсированный в 2002 году. Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников. Но этот план не был реализован. Сейчас  предположительной датой начала эксплуатации Galileo считается 2014 год. Однако ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.
 

Compass

Это следующая ступень развития китайской региональной навигационной системы Beidou, которая была введена в эксплуатацию после запуска 10 спутников в конце 2011 года. Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.
 

Сравнение орбит спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass (средняя околоземная орбита — MEO) с орбитами Международной космической станции (МКС), телескопа Хаббл и серии спутников Иридиум (Iridium) на низкой орбите, а также геостационарной орбиты и номинального размера Земли.
 

Поддержка ГНСС

Поддержка технологи глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в электронных устройствах реализуется на базе навигационных приемников, которые могут быть выполнены в различных вариантах:

• Smart Antenna — модуль, состоящий из керамической антенны и навигационного приемника. Преимущества: компактность, не требует согласования, удешевляет разработку за счет сокращения сроков.
• MCM (Multi Chip Module) — чип, включающий все компоненты навигационного приемника.
• OEM — экранированная плата, включающая ВЧ интерфейсный процессор и процессор частот основной полосы (RF-frontend + baseband), SAW-фильтры и обвязку. Это наиболее популярное решение на данный момент.

Навигационный модуль подключается к микроконтроллеру или системе на кристалле по интерфейсу UART/RS-232 или USB.
 

Ключевые параметры навигационных приемников

Прежде чем навигационный приемник сможет выдавать информацию о местоположении, он должен обладать тремя наборами данных:

1. Сигналы от спутников
2. Альманах — информация о приблизительных параметрах орбит всех спутников, а также данные для калибровки часов и характеристики ионосферы
3. Эфемериды — точные параметров орбит и часов каждого спутника

Характеристика TTFF показывает сколько времени требуется приемнику на поиск сигналов от спутников и определение местоположения. Если приёмник новый, или был выключен на протяжении длительного периода, или был перевезен на большое расстояние с момента последнего включения, время до получения набора необходимых данных и определения места увеличивается.
 
Производители приемников используют различные методы уменьшения TTFF, включая скачивание и сохранения альманаха и эфемерид по беспроводным сетям передачи данных (т.н. метод Assisted GPS или A-GPS), это быстрее чем извлечение этих данных из сигналов ГНСС.
 
Холодный старт описывает ситуацию, когда приемнику нужно получение всей информации для определения места. Это может занять до 12 минут.
 
Теплый старт описывает ситуацию, когда у приемника есть почти вся необходимая информация в памяти, и он определит место в течении минуты.
 
Одним из ключевых параметров навигационных модулей в мобильных устройствах является энергопотребление. В зависимости от режима работы модуль потребляет различное количество энергии. Фаза поиска спутников (TTFF) характеризуется большим, а слежение меньшим энергопотреблением. Также производители реализуют различные схемы уменьшения энергопотребления, например, путем периодического перевода модуля в режим сна.
 
Как правило, все модули выдают данные по текстовому протоколу NMEA-0183, но кроме указанного текстового протокола каждый производитель имеет свой собственный двоичный протокол (Binary), который позволяет изменять конфигурацию модуля под конкретное использование либо получать доступ к дополнительному функционалу, а также доступ к сырым измерениям. Двоичный протокол удобен для использования на микроконтроллерах, т.к. при этом нет необходимости выполнять преобразование из текста в двоичные данные, тем самым экономя программную память путем исключения библиотеки работы со строками и времени на преобразование.
 
Стандарт NMEA-2000 — это развитие протокола NMEA-0183. В качестве физического уровня в NMEA-2000 используется CAN-шина, которая была выбрана в виду большей защищенности по сравнению с RS-232. С точки зрения протокола передачи данныхNMEA-2000 существенно отличается от своего предшественника, т.к. использует двоичный протокол, базирующийся на стандарте SAE J1939.
 
Частота обновления данных о местоположении и скорости всех модулей составляет 1 Гц, но при необходимости ее можно поднять до 5 или 10 Гц.
 
В зависимости от области применения модуль можно  сконфигурировать под определенные динамические характеристики, которые он должен отслеживать (например, максимальное ускорение объекта). Это позволяет использовать оптимальный алгоритм и улучшать качество измерений.
 
Для выполнения навигационной задачи модуль должен одновременно принимать сигналы от нескольких спутников, т.е. иметь несколько приемных каналов. На сегодняшний день это число лежит в диапазоне от 12 до 88.
 
Точность определения местоположения по GPS составляет в среднем 15 м, она обусловлена используемым неточным сигналом, влиянием атмосферы на распространение радиосигнала, качеством кварцевых генераторов в приемниках и пр. Но с помощью корректирующих методов возможно улучшить точность определения местоположения. Эта технология называется Differential GPS. Существует два метода коррекции: наземный и спутниковый DGPS.
 
В наземных методах коррекции наземные станции дифференциальных поправок постоянно сверяют свое заведомо известное местоположение и сигналы от навигационных спутников. На базе этой информации вычисляются корректирующие величины, которые могут быть переданы с помощью УКВ- или ДВ-передатчика на мобильные DGPS-приемники в формате RTCM. На основании полученной информации потребитель может корректировать процесс определения собственного местоположения. Точность этого метода составляет 1—3 метра и зависит от расстояния до передатчика корректирующей информации и качества сигнала.
 
Спутниковые методы, такие как система WAAS (Wide Area Augmentation System), доступная в Северной Америке, и система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), доступная в Европе, шлют корректирующие данные с геостационарных спутников, таким образом достигается большая область приема, чем при наземных методах.
 

Спутниковые системы дифференциальной коррекции (SBAS — Space Based Augmentation Systems) позволяют улучшить точность, надежность и доступность навигационной системы за счет интеграции внешних данных в процессе расчета
 

Демонстрация принципа работы системы WAAS (Wide Area Augmentation System) на территории США
 
Одним из основных параметров, влияющих на точность определения местоположения и стабильность приема является чувствительность. Она, как правило, определяется качеством малошумящего усилителя на входе приемника и сложностью реализованных алгоритмов цифровой обработки. Типовые значения современных приемников лежат в диапазоне 143 дБм для поиска и 160 дБм для слежения.
 
Кроме определения местоположения ГНСС предоставляют информацию о точном времени. Как правило, все приемники имеют выход PPS (pulse per second, импульсов в секунду) — секундная метка (1 Гц), которая точно синхронизирована с временной шкалой UTC.
 

Дополнительные функции навигационных устройств

Счисление пути. На основе информации о направлении движения и пройденном пути (предоставляется дополнительными датчиками) приемник может рассчитывать свои координаты при отсутствии сигналов от спутников (например, в туннелях, на подземных стоянках и в плотной городской застройке).
 
Некоторые модули имеют возможность напрямую подключать флэш-память (например, по SPI) к модулю для записи трека c необходимой периодичностью. Эта функция позволяет отказаться от использования отдельного микроконтроллера, либо она может быть полезной для минимизации энергопотребления (т.е. система на кристалле может находиться в состоянии сна).
 
На этом поверхностный обзор технологий глобальной спутниковой навигации завершен. Спасибо за внимание. Примеры реализованных проектов на базе этих ГЛОНАСС и GPS можно посмотреть на странице разработок компании Promwad.

GPS. Что это такое, для чего нужен и как работает? Спутниковая система GPS. Применение GPS.

При приеме спутниковых сигналов могут возникнуть ошибки. Прохождение через слои атмосферы, задержки в ионосфере, тропосфере, погодные условия, облака, помехи в виде зданий или местности, большие отражения сигналов и частотный шум могут увеличить общую длительность прохождения сигналов, дать погрешность и отклонение, индуцировать ошибки в положении и даже приводить к отсутствию чтения сигналов.

Система GPS использует встроенную модель, которая используется для расчета обычной продолжительности помех, необходимых для исправления этого типа неточности.

Некоторые из факторов, которые могли или могут вызвать неточность в устройствах GPS:

• Эфемерида: устаревшая орбитальная спутниковая модель, критическая проблема, которая была давно решена.
• Атмосферные явления: задержки в атмосферных слоях, шторма, солнечные бури.
• Численные расчеты: возникают при низком качестве оборудования, в случае нарушения спецификаций разработки.
• Измерение времени прибытия сигнала: задержки, вызванные физическими препятствиями, такими как горы, здания, деревья.
• Искусственные помехи: воздействие на GPS-устройство при помощи «глушилок».

Под землей, под водой определение геопозиции по GPS не работает. (Для определения геопозиции подводных объектов пользуются другими системами навигации, основанными на гироскопах, эхолокации.) Для еще более точной навигации в городских условиях, где могут возникнуть большие помехи в общности используются приемники сигналов GPS ГЛОНАСС, которые дополняют друг друга.

Как работает GPS

Глобальная система позиционирования, также называемая NavStar, которую мы используем, была создана вооруженными силами США и полностью работоспособен с 1995 года. Многие современные GPS-приемники используют комбинацию как GPS, так и российского Спутники ГЛОНАСС для улучшения охвата и точности.

В настоящее время система GPS имеет 31 активный спутник на орбитах, наклоненных на 55 градусов к экватору.Спутники на орбите примерно в 20 000 км от поверхности Земли и совершает по два витка в день. Орбиты спроектирован таким образом, чтобы в поле зрения всегда было 6 спутников из большинства мест на Земле.

GPS использует множество сложных технологий, но концепция проста.

Приемник GPS получает сигнал от каждого спутника GPS. Спутники передают точное время сигналы отправляются. Вычитая время передачи сигнала из времени он был получен, GPS может определить, как далеко он находится от каждого спутника.Приемник GPS также знает точное положение в небе спутников, в тот момент, когда они посылали свои сигналы. Итак, учитывая время прохождения сигналов GPS от трех спутников и их точное положение в небе, Приемник GPS может определять ваше местоположение в трех измерениях — востоке, севере и высоте.

Возникла сложность. Чтобы рассчитать время прибытия сигналов GPS, приемник GPS необходимо очень точно знать время. На спутниках GPS есть атомные часы, которые показывают очень точное время, но это не так. возможно оснастить приемник GPS атомными часами.Однако, если приемник GPS использует сигнал четвертого спутник он может решить уравнение, которое позволяет ему определять точное время, без атомных часов.

Если приемник GPS может принимать сигналы только от 3 спутников, вы все равно можете определить свое местоположение, но это будет менее точно. Как мы уже отмечали выше, GPS-приемнику требуется 4 спутника для определения вашего местоположения. в 3-х измерениях. Если доступно только 3 спутника, GPS-приемник может определить приблизительное положение предполагая, что вы находитесь на среднем уровне моря.Если вы действительно находитесь на среднем уровне моря, позиция будет достаточно точным. Однако если вы находитесь в горах, двумерное исправление может потребовать сотен метров.

Современный GPS-приемник обычно отслеживает все доступные спутники одновременно, но только выбранные из них будут использоваться для расчета вашей позиции.

Альманах и эфемериды

Для определения местоположения спутников GPS приемнику GPS требуются два типа данных: альманах и эфемериды.Эти данные непрерывно передаются спутниками GPS, и ваш приемник GPS собирает и сохраняет их. данные.

Альманах содержит информацию о состоянии спутников и приблизительную орбитальную информацию. Приемник GPS использует альманах, чтобы вычислить, какие спутники видны в данный момент. Альманах неточный достаточно, чтобы GPS-приемник нашел исправление. Если приемник GPS новый или не использовался в течение некоторого времени, он может потребоваться около 15 минут, чтобы получить текущий альманах.В старых приемниках GPS требуется альманах для спутников, но многие более новые модели могут принимать спутники, не дожидаясь выхода альманаха.

Чтобы исправить это, вашему GPS-приемнику требуются дополнительные данные для каждого спутника, называемые эфемеридами. Эти данные дает очень точную информацию об орбите каждого спутника. Ваш GPS-приемник может использовать данные эфемерид для расчета расположение спутника с точностью до метра или двух. Эфемериды обновляются каждые 2 часа и обычно действует 4 часа.Если ваш GPS-приемник был выключен какое-то время, получение сигнала может занять до нескольких минут. данные эфемерид от каждого спутника, прежде чем он сможет получить исправление.

У вашего GPS будет экран, как тот, что справа, который показывает, какие спутники используются. Гистограммы показывают мощность спутников, обнаруженных GPS. Если полоса пустая, GPS все еще загружается эфемериды. Круговой график показывает расположение спутников в небе — центр круга находится над головой.

Запуск

Когда вы включаете GPS, время до первого исправления меняется в зависимости от того, сколько времени прошло с момента последнего использования GPS. Чтобы исправить это, GPS-приемник требуется действующий альманах, начальное местоположение, время и данные эфемерид.

Термины «холодный / теплый / горячий запуск» указывают, сколько из этих частей данных уже есть в приемнике GPS. Условия означают разные вещи для разных производителей GPS.

Холодный старт — если GPS долгое время не использовался и / или переместился на несколько сотен километров потребуется некоторое время, чтобы получить первое исправление.В этом состоянии приемник GPS не имеет текущего альманаха, эфемериды, исходное положение или время. Старым устройствам GPS может потребоваться до часа для поиска спутников, загрузки альманаха и данные эфемерид и получить начальное положение, хотя для новых устройств GPS может потребоваться гораздо меньше, чем это.

Если приемник GPS переместился на несколько сотен километров, его предположения о том, какие спутники использовать, будут неверно, и ему придется их искать. Большинство устройств позволяют вам указать приблизительное местоположение, чтобы ускорить процесс.

Горячий старт — текущий альманах, исходное положение и время действительны. Данные эфемерид недействительны или действителен только частично. Время до первого исправления может составлять от 30 секунд до 2 минут в зависимости от доступности спутников. и тип приемника GPS.

Горячий старт — если приемник был выключен, скажем, меньше часа время до первого исправления, вероятно, составит 5-20 секунд.

Что все это означает на практике?
Если GPS использовался недавно, вы должны получить исправление почти сразу.Если это нет, поставьте GPS на улицу с хорошим видом на небо и выпейте чашку чая.

Если у вас есть GPS в автомобиле, лучше подождать, пока устройство установит исправление, прежде чем уезжать. Получение Данные эфемерид для спутника занимают 30 секунд. Если вы на мгновение прервать сигнал в это время GPS может потребоваться до минуты больше, чтобы получить эфемериды для этого спутник, поскольку он должен начинаться заново. Если вы едете в районе с высокими зданиями или другими препятствиями, на то, чтобы получить данные эфемерид для четырех спутников, необходимые для первого исправления.

Точность

На точность определения местоположения в ваших отчетах GPS влияет ряд факторов, таких как положение спутники в небе, атмосферные эффекты, ошибки спутниковых часов, ошибки эфемерид и т. д.

Приборы GPS

часто показывают на экране показатель точности, например EPE на устройствах Garmin. В идеальных условиях это может быть 5, а то и 3 метра. Производители не уверены, как именно определяется эта цифра, и она будет неразумно воспринимать эту цифру буквально.

Вы получите более реалистичную цифру, просмотрев раздел технических характеристик в руководстве пользователя вашего GPS-приемника. Обычно с портативный GPS, 95% горизонтальных GPS-положений будут находиться в пределах 10 метров от их истинного местоположения. Ошибка в высоте, вероятно, будет быть как минимум в два раза больше горизонтальной ошибки.

Точность GPS можно повысить, используя вторичные данные от внешних опорных станций.

Многие бытовые устройства GPS имеют опцию WAAS. WAAS использует сеть наземных опорных станций.Чтения от опорных станций используются для исправления некоторых из источников ошибок, упомянутых выше. Исправление данные отправляются на геостационарные спутники WAAS, которые передают их обратно на приемники GPS с поддержкой WAAS для повышения точности позиционирования. WAAS недоступен в Новой Зеландии.

Дифференциальная глобальная система позиционирования (DGPS) представляет собой аналогичную систему. Данные наземных опорных станций передается в GPS с помощью длинноволнового радио, FM-радио или даже сотовых телефонов.

Сколько спутников нужно для исправления?

Вам нужно 3 спутника GPS для определения 2D координат (т.е. без высоты) или 4 спутника для определения местоположения 3D. Обычно GPS отслеживает гораздо больше спутники, чем

A-GPS

Вы заметили, что GPS-навигаторы мобильного телефона находят исправление почти сразу. Они используют Assisted GPS (A-GPS) как способ сокращение времени до первого исправления или даже разрешение исправления в условиях, когда GPS иначе не сможет функционировать.

Устройство A-GPS будет использовать соединение для передачи данных (например, 3G на мобильном телефоне) для связи с сервером поддержки. Сервер может поставить данные альманаха и эфемерид, поэтому GPS не нужно ждать, чтобы получить их со спутников. Сервер также может отправить приблизительную местоположение получено из вышек сотовой связи, что позволяет немедленно исправить. В некоторых случаях устройство A-GPS может отправлять неполные данные GPS на сервер для обработки в исправлении.

Когда вы находитесь вне зоны действия мобильного телефона и Wi-Fi, устройство GPS мобильного телефона должно полагаться на спутники, чтобы предоставить дату эфемерид и альманаха, поэтому, Как и стандартный развлекательный GPS-навигатор, на получение исправления с холодного старта уходит 1-2 минуты.

Copyright © 2009-2014 Integrated Mapping Ltd. Все права защищены. Эта статья не может быть воспроизведена без разрешения.

.

Как работают GPS-приемники | HowStuffWorks

Нашим предкам пришлось пойти на крайние меры, чтобы не заблудиться. Они установили монументальные достопримечательности, кропотливо составили подробные карты и научились читать звезды на ночном небе.

Сегодня все намного проще. Менее чем за 100 долларов вы можете получить карманный гаджет, который в любой момент точно скажет вам, где вы находитесь на Земле. Пока у вас есть GPS-приемник и беспрепятственный обзор неба, вы никогда больше не потеряетесь.

Объявление

В этой статье мы узнаем, как эти удобные руководства справляются с этим удивительным трюком. Как мы увидим, система глобального позиционирования обширна, дорога и требует большой технической изобретательности, но основные принципы работы довольно просты и интуитивно понятны.

Когда люди говорят о «GPS», они обычно имеют в виду приемник GPS . Глобальная система позиционирования (GPS) на самом деле представляет собой созвездие из 27 спутников на околоземной орбите (24 в работе и три дополнительных в случае отказа одного).Военные США разработали и внедрили эту спутниковую сеть в качестве военной навигационной системы, но вскоре открыли ее для всех.

Каждый из этих спутников, работающих на солнечной энергии, весом от 3000 до 4000 фунтов совершает кругосветный оборот вокруг земного шара на расстоянии около 19 300 км, совершая два полных оборота каждый день. Орбиты устроены так, что в любое время и в любой точке Земли в небе «видны» как минимум четыре спутника.

Задача приемника GPS — определить местонахождение четырех или более этих спутников, определить расстояние до каждого из них и использовать эту информацию для определения своего собственного местоположения.Эта операция основана на простом математическом принципе под названием трилатерация . Трилатерация в трехмерном пространстве может быть немного сложной, поэтому мы начнем с объяснения простой двумерной трилатерации.

.

Как работает спутниковая навигация GPS?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 июня 2019 г.

Let’s Get Lost — это название джазовой песни 1940-х годов. классно записана певцом и трубачом Четом Бейкером. Тогда, получив идея проигрыша была не просто романтической, но все же реалистичной. Сегодня это практически невозможно заблудиться, как ни старайся. Если вы едете по автостраде или карабкаетесь на Эверест, Вы всегда видите спутники, вращающиеся в космосе это может сказать вам, где именно вы находитесь.Гуляя со смартфоном в кармане, вы иметь свободный доступ к приемнику GPS (Глобальная система позиционирования) , который может определить ваше местоположение в хороший день с точностью до нескольких метров. Ошибиться Включите машину, и решительный голос — также GPS — будет настаивать на том, чтобы «повернуть налево», «Поверните направо» или «Идите прямо», пока не вернетесь уверенно. трек. Даже едешь в автобусе или поезде, сойти еле-еле не в том месте. На удобных дисплеях прокручивается название останавливаться вы хотите задолго до того, как вам нужно будет встать с места.Помимо помогая нам добраться до пункта назначения, спутниковая навигация может всевозможные другие вещи, от отслеживания посылок и выращивания урожая до поиск потерянных детей и руководство слепыми. Но как именно это работай? Рассмотрим подробнее!

Фото: Заблудиться осталось в прошлом благодаря таким мобильным устройствам со встроенными GPS-приемниками и картографическими приложениями.

Что такое спутниковая навигация?

Спутниковая навигация («спутниковая навигация») означает использование портативного радио. приемник для приема сигналов скорости света с орбитальных спутников (иногда их называют космическими аппаратами или КА), чтобы вы может определить ваше местоположение, скорость и местное время.Как правило, это намного точнее, чем другие формы навигации, которые приходится бороться с надоедливыми проблемами, такими как точное хронометраж и непогода. Потому что это система вещания , основанная на радиосигналах которые достигают всех частей нашей планеты, любое количество людей может использовать их одновременно, где бы они ни находились.

Самая известная система спутниковой навигации, Navstar Global Система позиционирования (GPS) , использует около 24 активных спутников (включая резервные). День и ночь, 365 дней в году, они кружат вокруг Земли каждые 12 часов по орбитальным плоскостям, наклоненным под углом 55 градусов к экватору.Где бы вы ни были, вы обычно видите как минимум полдюжины из них, но вам нужны сигналы только от трех или четырех, чтобы определить вашу позицию с точностью до нескольких метров.

Фото: Спутник NAVSTAR GPS во время строительства на Земле в 1981 году. Вы можете получить представление о размерах спутника по изображению инженера на некотором расстоянии под ним. Изображение любезно предоставлено Министерство обороны США.

GPS был запущен военными США в 1973 году, и его оригинальные спутники были рассчитаны на срок службы около 7 человек.5 лет, но ожидается, что последнее поколение прослужит вдвое дольше. Всего было запущено около 60 спутников Navstar в трех различных поколениях и нескольких отдельных группах, называемых блоками, хотя многие из них уже выведены из эксплуатации. На момент написания последнего запуска Navstar (первого спутника третьего поколения) был спутник GPSIII SV01 23 декабря 2018 года.

GPS

состоит из трех основных компонентов, технически известных как «сегменты»: одна часть находится в космосе, одна часть на земле, а другая в кармане.24 спутника образуют так называемый «космический сегмент» GPS, но система также основана на сложной наземной сети антенн, мониторы и посты управления («сегмент управления»), сосредоточена на главной станции управления (MCS) на базе ВВС Шрайвер в Колорадо, США (с дублёром на базе ВВС Ванденберг в г. Калифорния). Помимо космического и контрольного сегментов, другая важная часть спутника Навигация — это «сегмент пользователя» — электронный приемник, который вы держите в руке или носите в автомобиле.

Фото: GPS в прежнем виде. В 21 веке большинство смартфонов имеют встроенные GPS-приемники и легко помещаются в карман рубашки. Еще в 1978 году это было то самое современное оборудование GPS, которое вам понадобилось бы для того же: большой портативный приемник, гигантский рюкзак и очень большая антенна! Фото любезно предоставлено ВВС США.

Триангуляция

Определение вашего местоположения по спутниковым сигналам — высокотехнологичная версия старинного трюка мореплавателя, получившего название триангуляция.Предположим, вы идете по лесу по совершенно ровной местности, но ты не знаешь, где ты. Если вы можете увидеть ориентир через деревья (возможно, дальний холм), и вы можете догадаться, как далеко он есть, вы можете посмотреть на карту и понять, что вы должны быть где-то на окружности, радиус которой (расстояние от холма) равен расстоянию вы уже догадались. Только одна достопримечательность не может сузить вашу позицию больше чем это. Но что, если вы вдруг увидите вторую веху в другое направление. Теперь вы можете повторить процесс: вы должны быть на определенном расстоянии от этого объекта, где-то на втором круге.Соедините эти две части информации вместе, и вы поймете, что должны где-то там, где встречаются два круга — один из двух места на земле. С помощью третьего ориентира вы можете сузить положение в одну точку. И в этом суть простая триангуляция (более подробное введение вы найдете на Компас, чувак). Триангуляция работает с прямой видимостью и небольшими предположениями, с компасом и картой, а также с более изощренными методами, такими как радиосигналы и радар. И это также работает, более изощренно, с использованием космических спутников.

Фото: сэр Фрэнсис Дрейк (около 1540–1596 гг.) Был вторым человеком, совершившим кругосветное путешествие. финишировал в 1580 году. Первым был Фердинанд Магеллан (1480–1521), португальский исследователь, который плавал вокруг земного шара с большим мастерством и храбростью. Между 1519 и 1521 годами Магеллан и его команда стали первыми, кто совершил кругосветное путешествие по планете, доказав, что «плоская Земля» на самом деле была более или менее сферической. Заманчиво представить, насколько легче была бы жизнь Магеллану со спутниковой навигацией, но это неверно интерпретирует логику вещей.Без проницательности Магеллана у нас вообще не было бы спутниковой навигационной технологии: чтобы создать ее и заставить работать, мы должны были знать, что мы живем на круглой Земле с самого начала!

Трилатерация

Благодаря спутниковой навигации ваши навигационные «ориентиры» космические спутники, летящие по небу над вашей головой. Поскольку они находятся на расстоянии около 20 000 км (12 600 миль), далеко за пределами атмосферы Земли, и поскольку они постоянно движутся (а не неподвижны, как ориентиры на Земле), определение вашего местоположения с ними немного сложнее.Если вы принимаете сигнал с одного спутника и знаете, что это На расстоянии 20000 км вы должны быть где-то на сфере (не круг) радиусом 20 000 км с центром на этом спутнике. С участием два сигнала от двух разных спутников, вы должны быть где-то где встречаются две сферы (где-то в круге перекрытия). Три сигналов помещает вас в одну из двух точек этого круга — и это обычно достаточно, чтобы понять, где вы находитесь, потому что одна из точек может быть в воздухе или посреди океана.Но с четырьмя сигналы, вы точно знаете свое положение. Определение вашего местоположения это способ называется трилатерацией .

Как работает GPS

Фото: Впечатление художника от 24 спутников NAVSTAR, находящихся на орбите Земли. Изображение предоставлено Министерством обороны США.

Все системы спутниковой навигации работают примерно одинаково. Там состоит из трех частей: сеть спутников, где-то пост управления на Земле, которая управляет спутниками, и принимающим устройством, которое вы носить с собой.

Каждый спутник постоянно излучает радиоволны сигнал к Земле. Приемник «прислушивается» к этим сигналам и, если он может принимать сигналы от трех или четырех разных спутников, он может определить ваше точное местоположение (включая вашу высоту).

Как это работает? Спутники остаются в известных положениях, а сигналы движутся со скоростью света. Каждый сигнал содержит информацию о спутнике, с которого он пришел, и отметке времени, в которой указано, когда он покинул спутник.Поскольку сигналы являются радиоволнами, они должны распространяться со скоростью света. Заметив, когда приходит каждый сигнал, приемник можно узнать, сколько времени потребовалось в пути и как далеко он продвинулся — в другими словами, как далеко он от передающего спутника. С тремя или четыре сигнала, приемник может точно определить, где он находится на Земле.

Где ты в мире?

1. Если ваш спутниковый ресивер принимает сигнал от желтого спутника, вы должны быть где-то на желтой сфере.
2. Если вы также принимаете сигналы от синих и красных спутников, вы должны быть в черной точке, где сигналы от встречаются три спутника.
3. Вам нужен сигнал как минимум от трех спутников, чтобы таким образом определить ваше местоположение (и четыре спутника, если вы хотите определить свою высоту). Поскольку спутников GPS намного больше, у вас больше шансов найти себя, где бы вы ни находились.

Как спутниковая навигация рассчитывает расстояние от времени?

Предположим, у вас есть мобильный телефон с GPS или спутниковая навигация. в твоей машине.Откуда он знает точное расстояние до трех или четыре спутника, которые он использует для вычисления вашего местоположения? Каждый спутник постоянно излучает сигналы, которые, по сути, записи с отметками времени о его положении в то время. Поскольку они переносятся радиоволнами, сигналы должны перемещаться со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду). Таким образом, теоретически, если приемник принимает сигналы через некоторое время и имеет собственные часы, он знает, сколько времени потребовалось сигналам, чтобы добраться от спутника, и как далеко они прошли (потому что расстояние = скорость × время).Это звучит как хорошее и простое решение, но оно порождает еще две проблемы.

Во-первых, сколько времени требуется сигналу на прохождение? Нет мы просто поменяли одну задачу на другую (время на расстояние)? В решение этой проблемы включает высокотехнологичный вариант «синхронизации часы »: каждый спутник несет четыре сверхточных атомные часы (два цезиевых и два рубидиевых, обычно с точностью до одной секунды за 100000 лет), а приемники (которые имеют собственные менее точные часы) получают свои сигналы и компенсируют время, необходимое для их путешествия вниз из космоса.Это означает, что каждый приемник может определить, сколько времени потребовалось каждому сигналу, чтобы достичь его, и следовательно, как далеко он проехал.

Во-вторых, хотя радиоволны действительно распространяются со скоростью света, они делают это только в вакууме (в совершенно пустом пространстве). Радиосигналы, поступающие к нам с космических спутников, не путешествовать через пустое пространство, но через атмосферу Земли, включая ионосферу (верхняя область Земли атмосферу, содержащую заряженные частицы, которые помогают радиоволнам распространяться путешествия) и тропосферы (турбулентная, незаряженная область атмосфера, в которой бывает погода, которая простирается на 50 или 30 км миль над поверхностью Земли).Ионосфера и тропосфера искажаются и задерживают спутниковые сигналы довольно сложными способами, разные причины, которые мы здесь не будем вдаваться, и у GPS-приемников для компенсации, чтобы они могли точно измерить расстояние.

Военные и гражданские GPS отличаются?

Фото: Ракеты и дроны со спутниковым наведением используют версию GPS PPS военного уровня, которая теоретически более точна, чем гражданская GPS. Фото Николаса Мессины любезно предоставлено ВМС США.

GPS изначально задумывался как военное изобретение, которое дают американским войскам преимущество перед другими странами, но их изобретатели вскоре понял, что система будет столь же полезна для гражданского населения. Единственная проблема заключалась в том, что гражданские лица (или вражеские силы) могли подобрать те же сигналы, где это оставит их военное преимущество? По этой причине они разработали два разных «вкуса». GPS: высокоточное военное устройство, известное как Precise Служба позиционирования (PPS) и несколько ухудшенная гражданская версия позвонил по номеру Standard Positioning Service (SPS) .Приемники с поддержкой PPS изначально мог определять местонахождение объектов с точностью около 22 м (72 фута), приемники SPS были намеренно сделаны примерно в пять раз менее точными (с точностью до длина футбольного поля или около 100 м) с помощью настройки Selective Availability (SA). Он был отключен по приказу президента США Билла Клинтона в мае 2000 года, что значительно улучшило его положение. точность для гражданских пользователей, именно поэтому с тех пор GPS так быстро стал популярным. Даже гражданские SPS-приемники теперь официально имеют точность в пределах «13 метров (95 процентов) по горизонтали и 22 метра (95 процентов) по вертикали», хотя и разные различных ошибок (вызванных атмосферой, препятствиями, закрывающими прямую видимость спутников, отражениями сигналов, атмосферные задержки и т. д.) могут усугубляться, иногда делая их гораздо менее точными.

Теоретически, военные и гражданские GPS могли бы быть такими же точными, как и друг друга, если бы нам не приходилось беспокоиться о их перемещении в атмосфере Земли. По официальному сайту GPS.gov: «Точность сигнала GPS в космосе фактически одинакова как для гражданской службы GPS (SPS), так и для военной службы GPS (PPS)». На практике, пока SPS-сигналы транслируются используя только одну частоту, PPS использует две. Сравнение двух частот позволяет GPS-приемники военного класса для точного расчета поправок на радио задержки и искажения, вызванные передачей через атмосферу, и это по-прежнему дает военному GPS преимущество перед гражданские системы.Со временем гражданские GPS станут все более популярными. точным, тем более, что больше спутников (и больше разных спутников систем), но вполне вероятно, что военные системы всегда будут иметь преимущество по той или иной причине.

Спутниковые сигналы GPS

Спутники

Navstar постоянно транслируют две разные разновидности GPS, PPS и SPS, на двух разных радиочастотах (несущих), известных как L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,6 МГц). L1 передает сигнал гражданского кода SPS (также известный как код C / A или код грубого обнаружения), который является относительно коротким и транслируется примерно 1000 раз в секунду, и так называемое сообщение навигационных данных , которое включает в себя дата и время, сведения об орбите спутника и другие важные данные.L2 несет военный PPS-код , также известный как P-код (точный код), который очень длинный и точный и для передачи требуется целая неделя. Он зашифрован, чтобы сформировать так называемый Y-код , частично для того, чтобы только авторизованные пользователи могли получить к нему доступ, а частично (потому что шифрование — это форма подписи вещей для подтверждения их подлинности), чтобы помочь предотвратить такие вещи, как «подделка» (где третьи стороны передают поддельные, разрушительные сигналы, якобы исходящие от спутников GPS).Приемники GPS военного уровня принимают обе частоты и сравнивают их, чтобы скорректировать влияние ионосферы. Гражданские приемники принимают только одну частоту и вместо этого должны использовать математические модели для корректировки ионосферы.

Приложения спутниковой навигации

Большинство из нас используют спутниковую навигацию, чтобы добраться до мест, где мы никогда раньше не было, но это относительно тривиальное приложение. однажды вы можете определить свое точное местоположение на Земле и многое другое интересные вещи становятся возможными.Прокатитесь вперед на несколько десятилетиями до того момента, когда все автомобили будут иметь на борту спутниковую навигацию и могут сами автоматически. Теоретически, если машина знает, где она всегда и может передавать эту информацию какому-то централизованная система мониторинга, мы могли решить такие проблемы, как городские заторы, поиск мест для парковки и даже угон авто одним махом. Если каждая машина знает свое местоположение и знает, где находятся ближайшие машины, движение по шоссе может стать как более быстрым, так и более безопасным ; это не будет больше полагаться на бдительность подверженных ошибкам человеческих водителей, слишком легко смущает усталость и непогода, поэтому на машинах можно будет ездить при гораздо более высоких плотностях.То же самое и с самолетами, где GPS наконец, стать неотъемлемой частью воздушного движения контроль — постепенно уменьшая нашу историческую чрезмерную зависимость от радар — в течение следующего десятилетия.

Фото: многие тракторы, зерноуборочные комбайны и уборочные машины теперь оснащены GPS.

И не только автомобили и самолеты выиграют от точного поиска. точность. Для аварийных служб и поисково-спасательных служб, навигация в отдаленные, иногда неизведанные места, в спешке, делает всю разницу между жизнью и смертью.Фермеры были использование систем GPS на тракторах, комбайнах и полевых уборочных машинах для составления карт, сажайте, управляйте и собирайте урожай эффективно и точно. По данным отраслевой организации под названием GPS Alliance, высокоточная спутниковая навигация увеличила урожайность в США почти на 20 миллиардов долларов с 2007 по 2010 год и в настоящее время используется в 95 процентах случаев опудривания сельскохозяйственных культур. Между тем, сельскохозяйственные животные, домашних животных и редких диких животных отслеживать проще, чем когда-либо, с помощью Ошейники и рюкзаки с функцией GPS. Слепые люди, традиционно руководимые собаки-поводыря или локти друзей и семьи, наконец, могут обрести настоящую независимость, оснащенную портативными системами GPS, например Trekker Breeze, который может объявлять названия улиц или читать устную направления от A до B.Излишне говорить, что система, задуманная военные по-прежнему используются во многих областях, так называемые «умные бомбы» по своим целям с высокой точностью для помощи войскам в перемещении по незнакомой местности. GPS как стандартная часть современной военной техники в виде карт и компасов были 100 лет назад.

Фото: спутник GPS IIR-12 выведен на орбиту трехступенчатая космическая ракета Boeing Delta II, 23 июня 2004 г. Фото Карлтона Бейли любезно предоставлено ВВС США.

Rival спутниковые навигационные системы

В США GPS повсеместно используется как синоним любой вид спутниковой навигации; в других странах такие как и в Великобритании, «спутниковая навигация» — более знакомый общий термин. Фактически, GPS это только одна из нескольких глобальных систем спутниковой навигации. Советский Союз запустила конкурирующую систему под названием ГЛОНАСС в 1982 г. (также использующая 24 спутники), и Россия продолжает его эксплуатировать сегодня. Европа была медленно строит собственную, более точную 30-спутниковую систему, называемую Галилео, строительство которого ожидается примерно в 2020 г., и Китай. разработка глобальной системы, известной как Компас.Предпочитаемый зонт термин для глобальных систем спутниковой навигации — GNSS (Global Navigation Спутниковые системы). Помимо четырех больших глобальных систем, существуют также несколько более мелких региональных конкурентов, в том числе китайская BeiDou и IRNSS Индии.

Хотя данный спутниковый ресивер обычно предназначен для использования только одна из глобальных систем, нет причин, почему она не может использовать сигналы от двух или более одновременно. Теоретически объединение сигналов от GPS, ГЛОНАСС и Галилео может дать спутниковую навигацию устройств что-то вроде 10-кратного увеличения точности, особенно в городские районы, где высокие здания могут блокировать или искажать сигналы, снижение точности какой-либо одной системы, используемой отдельно.Использование нескольких Systems также обещает сделать спутниковую навигацию намного быстрее: если больше спутников «в поле зрения», так называемое время до первого исправления (TTFF) — начальная задержка до того, как ваша спутниковая навигация зафиксируется на спутниках, загружает необходимые данные и готов приступить к расчету вашего положение — уменьшено. Поскольку TTFF обычно варьируется примерно от 30 от секунд до нескольких минут, это имеет большое значение для обычного GPS пользователей (и это одна из первых характеристик, которую люди сравнивают, когда посмотрите на покупку нового приемника спутниковой навигации).

Проблемы и проблемы

Знание абсолютного положения чего угодно, в любое время и в любом месте приносит очевидные преимущества в глобализированном мире, который полагается на быстрые, безопасный и надежный транспорт. Но это тоже вызывает проблемы. Если гражданских транспортных систем рассчитаны на спутниковые системы, предоставленные США или Россией военный , не которые делают нас слишком уязвимыми для внезапных поворотов международного политика, особенно во время войны? Хотя американских военных нет дольше обычно ухудшает качество сигналов GPS и объявляет в сентябре 2007 г. будет удалена выборочная доступность вообще из будущих версий спутников GPS, в настоящее время еще может благородно система в любое время.Может ли будущий мир без водителя автомобили, сверхэффективная доставка посылок и автоматизированное воздушное сообщение управление быть ввергнутым в хаос исключительно по прихоти сверхдержав? Европейский проект Galileo — это полностью гражданская система, которая должен вовремя исключить возможное военное вмешательство. Но для На данный момент это остается проблемой.

Быстро исчезающая конфиденциальность — это оборотная сторона одной медали. Если ваш автомобиль и ваш мобильный телефон оснащены спутниковой навигацией, и вы всегда используя один или другой (или оба), ваши движения могут быть отслеживается постоянно.Это вызывает очевидные проблемы с конфиденциальностью, особенно в репрессивных государствах. Но каждая новая технология имеет свои плюсы и минусы, от двигателей внутреннего сгорания до пистолеты-пулеметы и атомные электростанции с антибиотиками. Прогресс предполагает компромисс между выгодами и затратами в надежде на делать вещи лучше, чем когда-либо раньше. Спутниковая навигация есть ничем не отличается, замена безопасной и ненадежной навигации на эффективный и эффективный транспорт, хотя и за счет конфиденциальности и (пока) продолжающаяся зависимость от военной инфраструктуры.

Узнать больше

На других сайтах

Статьи

• Первый построенный компанией Lockheed Martin спутник GPS III следующего поколения, отвечающий на команды: пресс-релиз Lockheed Martin, 23 декабря 2018 г. Краткий обзор спутников GPS последнего поколения.
• Почему ваш GPS-приемник не больше, чем хлебница, от Tekla S. Perry. IEEE Spectrum, 19 апреля 2018 г. Интервью с Брэдфордом В. Паркинсоном, одним из пионеров технологии GPS.
• Сверхточный GPS-навигатор, который появится в смартфонах в 2018 году, автор Самуэль К. Мур. IEEE Spectrum, 23 октября 2017 г. Новое поколение смартфонов GPS будет иметь точность до 30 см (1 фут).
• Защита GPS от спуферов имеет решающее значение для будущего навигации Марк Л. Псиаки и Тодд Э. Хамфрис. IEEE Spectrum, 29 июля 2016 г. Трудно, но возможно, подделать сигналы GPS, что может привести к тому, что корабли и лодки окажутся на пути к катастрофе. Какие существуют технические методы защиты от спуферов?
• Что автономные устройства GPS не могут сделать смартфоны Эрик А.Тауб. The New York Times, 15 июля 2015 г. По-прежнему есть веские причины для приобретения автономного устройства GPS, хотя теперь у смартфонов есть большие экраны, разрыв между двумя типами устройств быстро сокращается.
• Российская Глобальная Навигационная Система, ГЛОНАСС, Неудача Джеймс Оберг, IEEE Spectrum, 1 февраля 2008 г. Может ли альтернатива России когда-либо надеяться конкурировать с GPS?
• Окончание задержки рейса? Исправление GPS, установленное Федеральным управлением гражданской авиации (FAA), могло сломать небесную решетку Барбара С. Петерсон, Popular Mechanics, 19 июля 2007 г.Введение в использование GPS в управлении воздушным движением.

Книги

• Глобальная система позиционирования: общий национальный ресурс Совета по аэронавтике и космической технике, Национальный исследовательский совет. National Academies Press, 1995. Технический отчет, в котором оценивается успех GPS и даются рекомендации по его будущему развитию как совместной гражданской и военной системы.

Технические ссылки

Патенты

• Патент США 5663734: GPS-приемник и метод обработки GPS-сигналов Нормана Ф.Краснер, Precision Tracking, Inc. 2 сентября 1997 г. Подробное техническое описание того, как работает типичный приемник GPS.
• Патент США 5 841 396: GPS-приемник, использующий канал связи, разработан Норманом Ф. Краснером, Snaptrack, Inc. Еще один патент Краснера, касающийся вспомогательной GPS.
• Патент США № 5841396: Определение местоположения мобильной станции с использованием множества беспроводных сетей и приложений для них Чарльз Л. Карр, Tracbeam LLC. 4 октября 2005 г. Другой патент, описывающий «GPS с поддержкой», который объединяет GPS и беспроводные сети.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2019) Спутниковая навигация. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howgpsworks.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

.

Как работает Глобальная система позиционирования (GPS)?

Статья автора Даррен Гриффин

Введение

Когда я впервые написал эту статью в 2002 году, GPS потребительского класса был очень новым, очень дорогим и очень редким! Следовательно, большинство из тех, кто решил инвестировать в оборудование GPS, были заинтересованы в том, чтобы узнать, как работает это чудо технологии. Еще в 2001 году, когда впервые появилась картографическая GPS-навигация, новые пользователи не могли поверить, что система была бесплатной, без плана обслуживания и без контракта. В чем заключалась выгода, которую они все спрашивали? Так родилось зерно идеи, которая стала этим объяснением.

Более 6 лет использования GPS — это мейнстрим, товар, который больше не вызывает восхищения и восхищения. Мы просто открываем коробку, включаем и используем ее, не задумываясь о технологии, которая им движет. Но все же стоит объяснить, как маленький черный ящик, который находится на вашей приборной панели или держится в руке, может узнать, где вы находитесь в любом месте на поверхности планеты, с точностью около 10 м для устройств потребительского уровня и 10 мм для устройств геодезического класса! Это устройство на вашей приборной панели принимает сигнал со спутника, вращающегося над вами на высоте более 11 000 миль! Неплохо для устройства, не подключенного к 2м тарелке!

Фон — Navstar

Сеть глобальной системы позиционирования (GPS), которую мы все используем, называется Navstar, она оплачивается и управляется Министерством обороны США (DoD).Эта глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) в настоящее время является единственной полностью работающей системой, но у России есть ГЛОНАСС, у Китая есть КОМПАС, а в ЕС есть GALILEO, каждая из которых находится на разных стадиях разработки или тестирования.

Как военная система, Navstar была первоначально разработана и зарезервирована для использования исключительно военными, но гражданским пользователям был разрешен доступ в 1983 году. Тогда точность для гражданских пользователей была намеренно снижена до +/- 100 м с использованием системы, известной как выборочная доступность. (SA), но это было устранено в мае 2000 года.

Спутниковая сеть

Спутники GPS передают сигналы на приемник GPS. Эти приемники пассивно принимать спутниковые сигналы; они не передают и требуют беспрепятственный обзор неба, поэтому их можно эффективно использовать только на открытом воздухе. Ранние приемники не работали хорошо в лесных районах или возле высоких зданий, но более поздние конструкции приемников, такие как SiRFStarIII, MTK и т. Д., Преодолели это и заметно улучшили характеристики и чувствительность. GPS операции зависят от очень точной привязки времени, которую обеспечивают атомные часы на сесть на спутники.

Созвездие GPS Navstar

Каждый спутник GPS передает данные, указывающие его местонахождение и текущее время. Все спутники GPS синхронизировать операции так, чтобы эти повторяющиеся сигналы передавались в в то же мгновение. Сигналы, движущиеся со скоростью света, поступают в GPS. приемник в немного другое время, потому что некоторые спутники находятся дальше чем другие. Расстояние до спутников GPS можно определить, оценив время, необходимое для того, чтобы их сигналы достигли приемника.Когда приемник оценивает расстояние как минимум до четырех спутников GPS, он может рассчитать его положение в трех измерениях.

Есть не менее 24 постоянно работающие спутники GPS плюс ряд запасных частей. В спутники Минобороны США выходят на орбиту с периодом 12 часов (два орбит в день) на высоте около 11500 миль со скоростью 9000 миль в час (3,9 км / с или 14000 км / ч). Наземные станции используются для точного отслеживания орбиты каждого спутника.

Вот интересное сравнение.Сигналы GPS передаются с мощностью, эквивалентной 50-ваттной домашней лампочке. Этот сигнал должен пройти через космос и нашу атмосферу, прежде чем достигнет вашего спутникового навигатора после пути 11500 миль. Сравните это с телевизионным сигналом, передаваемым с большой башни на расстоянии не более 10-20 миль с уровнем мощности 5-10 000 ватт. И сравните размер антенны на крыше вашего телевизора с антенной GPS, которая часто спрятана внутри самого корпуса. Удивительно, что он работает так же хорошо, как и работает, и когда случаются случайные икоты, вы, по крайней мере, понимаете, почему.

Для расчета местоположения требуются сигналы от нескольких спутников.

Как определяется положение
Приемник GPS «знает» местоположение спутников, потому что эта информация включен в передаваемые данные Ephemeris (см. ниже). Оценивая, как далеко находится спутник приемник также «знает», что он находится где-то на поверхности воображаемая сфера с центром в спутнике.Затем он определяет размеры несколько сфер, по одной для каждого спутника, и поэтому знает, что приемник находится где они сферы пересекаются.

Точность GPS
Точность определения местоположения с помощью GPS зависит от типа приемника. Большинство бытовых GPS-устройств имеют точность около +/- 10 м. Другие виды приемники используют метод, называемый дифференциальным GPS (DGPS), для получения более высоких точность. DGPS требует дополнительного приемника, установленного в известном месте поблизости.Наблюдения, сделанные стационарным приемником, используются для корректировки положения. регистрируется ровничными агрегатами с точностью более 1 метра.

Как синхронизируется сигнал?
Все спутники GPS имеют несколько атомных часов. Отправляемый сигнал — это случайная последовательность, каждая часть которой отличается от другой, называется псевдослучайный код. Эта случайная последовательность повторяется непрерывно. Все GPS приемники знают эту последовательность и повторяют ее внутренне.Поэтому спутники и приемники должны быть синхронизированы. Ресивер принимает сигнал спутника. передачи и сравнивает входящий сигнал со своим собственным внутренним сигналом. По сравнивая, насколько сильно запаздывает спутниковый сигнал, время прохождения становится известный.

Из чего состоит сигнал?

спутника GPS передают два радиосигнала. Они обозначены как L1 и L2. Гражданский GPS использует частоту сигнала L1 (1575,42 МГц) в диапазоне УВЧ. Сигналы перемещаются по прямой видимости, то есть они проходят через облака, стекло, пластик и т. Д., Но не проходят через твердые объекты, такие как здания и горы.

Сигнал GPS содержит три разных бита информации — псевдослучайный код , данные альманаха и данные эфемерид .

1. Псевдослучайный код — это просто код I. D., который определяет, какой спутник передает информацию. Вы часто можете просмотреть этот номер на странице спутниковой информации вашего GPS-устройства, номер, прикрепленный к каждой полосе сигналов, указывает, от каких спутников он принимает сигнал.
2. Данные альманаха — это данные, описывающие орбитальные курсы спутников. Каждый спутник будет передавать данные альманаха для КАЖДОГО спутника. Ваш GPS-приемник использует эти данные, чтобы определить, какие спутники он ожидает увидеть в местном небе. Затем он может определить, какие спутники следует отслеживать. С данными Альманаха приемник может сосредоточиться на тех спутниках, которые он может видеть, и забыть о тех, которые находятся за горизонтом и вне поля зрения. Данные альманаха неточны и могут быть действительными в течение многих месяцев.
3. Эфемеридные данные — это данные, которые сообщают приемнику GPS, где должен находиться каждый спутник GPS в любое время в течение дня. Каждый спутник будет передавать свои СОБСТВЕННЫЕ эфемеридные данные, показывающие информацию об орбите только для этого спутника. Поскольку данные эфемерид представляют собой очень точные данные орбитальной и часовой коррекции, необходимые для точного позиционирования, их срок действия намного короче. Он транслируется тремя шестисекундными блоками, повторяющимися каждые 30 секунд. Данные считаются действительными до 4 часов, но разные производители считают их действительными для разных периодов, а некоторые считают их устаревшими уже через 2 часа.

Объяснение холодного и теплого старта

Часто производители и обзоры ссылаются на заводское время, время холодного и теплого старта. Понимая вышесказанное, их можно просто объяснить следующим образом:

• Завод
  • Все данные считаются недействительными.
• Холодный старт
  • Данные альманаха актуальны, а эфемериды нет или срок их действия истек.
• Теплый старт
  • Данные альманаха и эфемерид являются актуальными.

Чтобы вычислить решение PVT (время позиционной скорости), приемник будет искать спутники на основе того, где, по его «предположениям», они находятся приблизительно, и актуальности альманаха. Если он найдет один или несколько спутников, он ожидает увидеть, что он захватит этот спутник и начнет загрузку данных эфемерид. После получения данных от трех спутников вычисляется точное определение местоположения.

Если вы двигаетесь, пытаясь получить исправление, этот процесс может занять гораздо больше времени, чем если бы вы были неподвижны.Ваш приемник должен завершить прием эфемеридных данных без ошибок, эти данные передаются тремя пакетами. Если какой-либо один пакет не был получен полностью без ошибок, он должен начинаться заново. Очевидно, что выполнение этого во время движения приводит к гораздо большему количеству ошибок и увеличению времени исправления. Значительно менее секунды прерывания достаточно, чтобы приемник должен был ждать следующей передачи.

Если вы пытаетесь установить блокировку, переместив ее более чем на пару сотен миль с момента последнего исправления, то данные эфемерид в большинстве случаев больше не будут действительны.Приемник будет искать в небе над ним спутники, которые нельзя увидеть из-за вашего перемещения. В этом случае приемник инициирует заводской запуск и начнет загрузку данных альманаха и эфемерид. Это значительно увеличит первоначальное время блокировки. Вот почему ваш GPS так медленно вычисляет исправление, когда вы включаете его в взятом напрокат автомобиле в аэропорту!

Описание QuickFix

QuickFix — это функция, предоставляемая некоторыми производителями / устройствами.Чтобы понять, что такое QuickFix, вам нужно подробно понять, как GPS вычисляет ваше местоположение.

Для начального расчета местоположения ваш набор микросхем GPS должен найти как минимум 4 спутника с достаточно сильным сигналом (28 дБГц или более), и он должен поддерживать эти спутники и уровень сигнала примерно в течение одной минуты, чтобы он мог загрузить данные из спутники, которые необходимы для расчета вашего местоположения (это данные эфемерид, которые объяснялись ранее).

Если в какой-то момент GPS-приемник теряет сигнал какого-либо спутника или сигнал падает ниже 28 дБГц, он должен начать все сначала и отслеживать этот спутник еще одну минуту. Например, в реальной жизни вы проезжаете между высокими зданиями (городские каньоны, см. Ниже), и принимаемый сигнал GPS постоянно меняется.

Файл QuickFix, который вы загружаете из Интернета, является частью решения от производителя вашего GPS-чипа.SiRF называют свое решение Instant Fix (I Edition) или A-GPS (Assisted GPS). Файл содержит специально подготовленные эфемеридные данные, действительные в течение 7 дней, которые использует ваш GPS-чип вместо данных, полученных со спутников, для расчета вашего первого исправления.

Это позволяет микросхеме пропустить этап «загрузка эфемерид со спутника» и вместо этого начать вычисление вашего местоположения сразу после включения. В среднем это занимает около 5-15 секунд. Сила сигнала, необходимого для загрузки эфемеридных данных со спутников, составляет 28 дБГц, тогда как мощность сигнала, необходимая для расчета вашего местоположения после того, как ваш GPS получил эфемеридные данные, намного ниже и составляет всего 15 дБГц.

Таким образом, действительный файл QuickFix позволяет вашему устройству вычислить ваше положение за 5-15 секунд, а не за минуту, которую это могло бы занять в противном случае (если оно неподвижно), и снижает минимальный уровень сигнала, необходимый для расчета вашего местоположения, с 28 дБГц до 15 дБГц.

Если в какой-то момент ваш GPS-чипсет обнаруживает, что эфемеридные данные Quickfix недействительны или очень старые, он по умолчанию вычисляет ваше местоположение традиционным способом, то есть отслеживает как минимум 4 спутника с сигналом 28 дБ непрерывно в течение примерно минуты.

Источники ошибки сигнала GPS
Факторы, которые может ухудшить сигнал GPS и, таким образом, повлиять на точность, включая следующее:

Есть много причин для ошибок положения или низкого сигнала

1. Задержки в ионосфере и тропосфере Спутниковый сигнал замедляется поскольку он проходит через атмосферу. Система GPS использует встроенную модель, которая вычисляет среднее время задержки для частичной корректировки этого типа ошибка.
2. Многолучевость сигнала Это происходит, когда сигнал GPS отражается от объектов, таких как высокие здания или большие скалы, прежде чем он достигнет получатель. Это увеличивает время прохождения сигнала, тем самым вызывая ошибки.
3. Ошибки часов приемника Встроенные часы приемника не соответствуют точны, как атомные часы на спутниках GPS. Следовательно, это может имеют очень незначительные ошибки синхронизации.
4. Орбитальные ошибки Также известные как ошибки эфемерид, это неточности сообщаемого местоположения спутника.
5. Количество видимых спутников Чем больше спутников GPS приемник может «видеть», тем выше точность.
6. Здания наземные электронные помехи, а иногда даже густая листва могут блокировать прием сигнала, вызывая ошибки положения или, возможно, вообще не считывая положение. Устройства GPS обычно не работает в помещении, под водой или под землей.
7. Геометрия / затенение спутника Это относится к относительной положение спутников в любой момент времени.
8. Идеальная геометрия спутника выходит когда спутники расположены под большим углом друг к другу.
9. Плохо геометрия получается, когда сателлиты расположены на линии или в плотном группировка.
10. Преднамеренное ухудшение спутникового сигнала Выборочный Доступность (SA) — это намеренное ухудшение сигнала, когда-то наложенное Министерство обороны США. СА была предназначена для предотвращения военных злоумышленники от использования высокоточных сигналов GPS.Правительство обратилось off SA в мае 2000 года, что значительно повысило точность гражданских GPS приемники.

Некоторые факты о спутниках

Вот еще несколько интересных фактов о спутниках GPS:

• Есть около 2500 спутников всех типов и назначений, вращающихся вокруг Земли.
• Есть более 8000 инородных объектов, вращающихся вокруг Земли, состоящих из таких предметов, как носовые конусы и панели от старых спутников, перчатка космонавта, гаечный ключ и многое другое!
• Первый спутник GPS был запущен в 1978 году.
• Полная группировка из 24 спутников была создана в 1994 году.
• Срок службы каждого спутника составляет около 10 лет.
• Замены постоянно строятся и выводятся на орбиту.
• Спутник GPS весит около 2000 фунтов и составляет около 17 футов в поперечнике с выдвинутыми солнечными батареями.
• Мощность передатчика составляет всего 50 Вт или меньше.

Для получения дополнительной информации о спутниках и, в частности, спутниках GPS, посетите Веб-сайт НАСА, где вы найдете апплет GPS-спутникового трекера, похожий на приведенный ниже что позволяет вам отслеживать все более 2500 спутников, которые в настоящее время вращаются вокруг нашей планета, но, в частности, вы можете отслеживать сеть спутников Navstar и видеть, какие из них в настоящее время летают над вашим местоположением.

2500 спутников на орбите Земли

.