Američki navigacioni sistem. Novosti i analitički portal "Vrijeme elektronike". Istorija razvoja sistema

Određivanje vaše lokacije, kako na kopnu tako i na moru, u šumi ili u gradu, pitanje je jednako relevantno danas kao i proteklih stoljeća. Era otkrića radio talasa značajno je pojednostavila zadatak plovidbe i otvorila nove izglede čovečanstvu u mnogim oblastima života i delatnosti, a otkrićem mogućnosti osvajanja svemira napravljen je ogroman iskorak u oblasti određivanje koordinata lokacije objekta na Zemlji. Za određivanje koordinata koristi se satelitski navigacijski sustav koji prima potrebne informacije od satelita koji se nalaze u orbiti.

Sada u svijetu postoje dva globalna sistema za određivanje koordinata - ruski GLONASS i američki NavStar, poznatiji kao GPS (skraćenica za naziv Global Position System - globalni sistem pozicioniranja).

Satelitski navigacioni sistem GLONASS izumljen je u Sovjetskom Savezu još početkom 80-ih godina prošlog veka, a prva testiranja obavljena su 1982. godine. Razvijen je po nalogu Ministarstva odbrane i specijalizovan je za operativnu globalnu navigaciju objekata koji se kreću po zemlji. .

Američki GPS navigacijski sistem sličan je strukturi, namjeni i funkcionalnosti GLONASS-u, a također je razvijen po nalogu Ministarstva obrane Sjedinjenih Država. Ima mogućnost preciznog određivanja i koordinata zemaljskog objekta i izvršavanja vremenskih i brzinskih referenci. NavStar ima 24 navigacijska satelita u orbiti, pružajući kontinuirano navigacijsko polje preko cijele površine Zemlje.

Indikator prijemnika satelitskog navigacijskog sistema (GPS navigator ili) prima signale sa satelita, mjeri udaljenosti do njih i korištenjem izmjerenih raspona rješava problem određivanja njegovih koordinata - geografske širine, dužine i, pri prijemu signala sa 4 ili više satelita - nadmorska visina, brzina, pravac (kurs), pređeni put. Navigator sadrži prijemnik za prijem signala, kompjuter za njihovu obradu i navigacijske proračune, displej za prikaz navigacijskih i servisnih informacija, te tastaturu za kontrolu rada uređaja.

Ovi prijemnici su dizajnirani za trajnu ugradnju u kormilarnice i instrument table. Njihove glavne karakteristike su: prisustvo vanjske antene i napajanje iz vanjskog DC izvora. Obično imaju velike monohromatske ekrane sa tečnim kristalima sa alfanumeričkim i grafičkim prikazom informacija.

:

Kompaktan, vodootporan GPS/DGPS/WAAS prijemnik visokih performansi dizajniran za male čamce. Ovaj GPS prijemnik kompanije je sposoban da prima i obrađuje dodatne DGPS/WAAS signale diferencijalne korekcije. Ova mogućnost omogućava preciznost bolju od 5 metara pri primanju korekcija od fara ili WAAS geostacionarnih satelita.

Novi (D)GPS navigator sa ugrađenim prijemnikom za korekciju diferencijala. Tehnologija postavljanja staza omogućava vam da precizno kreirate rute velikog dometa. Moguće je izabrati roksodromski kurs (RL) za kratke udaljenosti i ortodromski kurs (GC) za velike udaljenosti.

Tehnologija planiranja puta vam omogućava da precizno kreirate rute na velikim udaljenostima. Moguće je izabrati roksodromski kurs (RL) za kratke udaljenosti i ortodromski kurs (GC) za velike udaljenosti.

Fiksni prijemnici imaju široku funkcionalnost, posebno profesionalni uređaji za upotrebu u moru. Imaju veliku količinu memorije, mogućnost rješavanja raznih navigacijskih problema, a njihov interfejs omogućava uključivanje u navigacijski sustav plovila.

:

Ovo je moderan prijemnik indikator GLONASS/GPS satelitskih navigacijskih sistema dizajniran za plovila svih tipova.

Razvijen od strane stručnjaka kompanije Radio Complex koristeći najnovija dostignuća u oblasti pomorske plovidbe. RK-2006 ima mogućnost primanja signala sa već raspoređenih satelitskih konstelacija, kao što su GLONASS i GPS, ali i sa obećavajućih evropskih i azijskih sistema za pozicioniranje, što omogućava, uz povećanu otpornost na buku i zaštitu od kvara bilo kojeg sistema, određivanje koordinata broda i njegovog kursa i brzine.

Prijemnik globalnih navigacijskih satelitskih sistema GPS i GLONASS, južnokorejskog proizvođača pomorske radio navigacijske opreme Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Kada se GLONASS i GPS koriste u kombinovanim prijemnicima (gotovo svi GLONASS prijemnici su kombinovani), tačnost određivanja koordinata je skoro uvek „odlična“ zbog velikog broja vidljivih letelica i njihovog dobrog relativnog položaja.

Prikaz informacija o navigaciji

GLONASS/GPS prijemnici koriste dva načina prikaza informacija: alfanumerički i grafički (ponekad se koristi izraz „pseudografski“).

Alfanumerička metoda za prikaz primljenih informacija koristi:

• brojevi (koordinate, brzina, pređena udaljenost, itd.)
• kombinacije slova koje objašnjavaju digitalne podatke - obično skraćenice fraza (na primjer, MOV - "Man Over Board" ili, na ruskom, "Man Overboard!"
• skraćenice riječi (na primjer, SPD - brzina, TRK - Staza), nazivi međutočaka. Alfanumerički prikaz informacija u čistom obliku korišten je u početnoj fazi razvoja GPS tehnologije.

Metoda grafičkog prikaza provodi se korištenjem slika formiranih na ekranu, koje predstavljaju prirodu kretanja nosača (brod, automobil, osoba). Grafika u uređajima različitih kompanija je skoro ista i po pravilu se razlikuje u detaljima. Najčešći dizajni su:

• elektronski kompas (ne treba ga brkati sa magnetnim!)
• grafički indikator kretanja
• saobraćajni put, rute
• simboli za putne tačke
• koordinate broda
• smjer do putne točke
• brzina

karakteristike:

Tačnost koordinata lokacije

Preciznost određivanja koordinata mjesta temeljni je pokazatelj svakog navigacijskog sustava, čija će vrijednost odrediti koliko će brod ispravno pratiti položenu rutu i hoće li naići na obližnje plićake ili stijene.

Tačnost instrumenata se obično procjenjuje vrijednošću srednje kvadratne greške (RMS) - intervala u koji pada 72% mjerenja, ili maksimalnom greškom koja odgovara 95%. Većina proizvođača procjenjuje standardnu ​​devijaciju njihovih GPS prijemnika na 25 metara, što odgovara maksimalnoj grešci od 50 metara.

Navigacijske karakteristike

Navigacijske mogućnosti GLONASS/GPS prijemnika karakteriziraju se brojem putnih tačaka, ruta i međutočaka sadržanih u njima, a koje uređaj pohranjuje. Pod tačkama podrazumevamo karakteristične tačke na površini koje se koriste za navigaciju.Moderne mogu kreirati i pohraniti, u zavisnosti od modela, od 500 do 5000 međutačaka i 20-50 ruta sa po 20-30 tačaka.

Pored putnih tačaka, svaki prijemnik ima zalihu tačaka za snimanje i čuvanje pređene rute. Ovaj broj može doseći od 1000 do nekoliko desetina hiljada bodova kod profesionalnih navigatora. Snimljena ruta se može koristiti za navigaciju natrag duž nje.

Broj istovremeno praćenih satelita

Ovaj indikator karakterizira stabilnost navigatora i njegovu sposobnost da pruži najveću preciznost. S obzirom na činjenicu da za određivanje dvije koordinate položaja - geografske dužine i širine - morate istovremeno pratiti 3 satelita, a za određivanje visine - četiri. Moderni GLONASS/GPS navigatori, čak i nosivi, imaju 8 ili 12-kanalne prijemnike koji mogu istovremeno primati i pratiti signale od do 8 odnosno 12 satelita.

Danas ćemo pričati o tome šta je GPS i kako ovaj sistem funkcioniše. Obratite pažnju na razvoj ove tehnologije i njene funkcionalne karakteristike. Također ćemo razgovarati o tome kakvu ulogu imaju interaktivne karte u radu sistema.

Istorija GPS-a

Povijest nastanka globalnog sistema pozicioniranja, odnosno određivanja koordinata, započela je u Sjedinjenim Državama još dalekih 50-ih godina lansiranjem prvog sovjetskog satelita u svemir. Tim američkih naučnika koji je pratio lansiranje primijetio je da kako se satelit udaljavao, postepeno mijenja frekvenciju signala. Nakon dubinske analize podataka, došli su do zaključka da je uz pomoć satelita, detaljnije, njegovu lokaciju i emitovani signal, moguće precizno odrediti lokaciju i brzinu kretanja osobe na zemlji, tj. kao i obrnuto, brzina i lokacija satelita u orbiti prilikom određivanja tačnih ljudskih koordinata. Krajem sedamdesetih, Ministarstvo odbrane SAD-a je pokrenulo GPS sistem za svoje potrebe, a nekoliko godina kasnije postao je dostupan za civilnu upotrebu. Kako GPS sistem sada radi? Upravo onako kako je funkcionisalo u to vrijeme, po istim principima i temeljima.

Satelitska mreža

Više od dvadeset četiri satelita u Zemljinoj orbiti emituju signale radio veze. Broj satelita varira, ali uvijek postoji potreban broj u orbiti da bi se osigurao nesmetan rad, plus neki od njih su u rezervi tako da ako se prvi pokvare, preuzimaju svoje funkcije. Budući da je životni vijek svakog od njih otprilike 10 godina, lansiraju se nove, modernizirane verzije. Sateliti rotiraju u šest orbita oko Zemlje na visini manjoj od 20 hiljada km, formiraju međusobno povezanu mrežu koju kontrolišu GPS stanice. Potonji se nalaze na tropskim otocima i povezani su s glavnim koordinacijskim centrom u Sjedinjenim Državama.

Kako funkcionira GPS navigator?

Zahvaljujući ovoj mreži, možete saznati svoju lokaciju tako što ćete izračunati kašnjenje signala sa satelita i pomoću ovih informacija odrediti koordinate. Kako GPS sistem sada radi? Kao i svaka mreža za prostornu navigaciju, potpuno je besplatna. Radi sa visokom efikasnošću u svim vremenskim uslovima iu bilo koje doba dana. Jedina kupovina koju biste trebali kupiti je sam GPS ili uređaj koji podržava GPS funkcionalnost. Zapravo, princip rada navigatora temelji se na dugo korišćenoj jednostavnoj navigacijskoj shemi: ako tačno znate mjesto gdje se nalazi objekt markera koji je najpogodniji za ulogu orijentira i udaljenost od njega do vas , nacrtajte krug na kojem tačkom označavate svoju lokaciju. Ako je polumjer kruga velik, zamijenite ga ravnom linijom. Nacrtajte nekoliko takvih pruga od vaše moguće lokacije prema markerima; tačka presjeka linija pokazat će vaše koordinate na karti. Gore navedeni sateliti u ovom slučaju igraju ulogu ovih markerskih objekata s udaljenosti od vaše lokacije od oko 18 hiljada km. Iako rotiraju u orbiti ogromnom brzinom, njihova lokacija se stalno prati. Svaki navigator ima GPS prijemnik, koji je programiran na željenu frekvenciju i u direktnoj je interakciji sa satelitom. Svaki radio signal sadrži određenu količinu kodiranih informacija, koje uključuju informacije o tehničkom stanju satelita, njegovoj lokaciji u Zemljinoj orbiti i vremenskoj zoni (tačno vrijeme). Inače, informacija o tačnom vremenu je najneophodnija za dobijanje podataka o vašim koordinatama: tekuće izračunavanje dužine vremena između puštanja i prijema radio signala množi se sa brzinom samog radio talasa i sa kratkoročni proračuni Izračunava se udaljenost između vašeg navigacijskog uređaja i satelita u orbiti.

Poteškoće sa sinhronizacijom

Na osnovu ovog principa navigacije, može se pretpostaviti da će vam za precizno određivanje vaših koordinata možda trebati samo dva satelita, na osnovu čijih signala ćete lako pronaći točku raskrsnice, i, u konačnici, mjesto na kojem se nalazite. . Ali, nažalost, tehnički razlozi zahtijevaju korištenje drugog satelita kao markera. Glavni problem je sat GPS prijemnika, koji ne dozvoljava dovoljnu sinhronizaciju sa satelitima. Razlog tome je razlika u prikazu vremena (na vašem navigatoru i u prostoru). Sateliti imaju skupe, visokokvalitetne atomske satove, što im omogućava da računaju vrijeme s izuzetnom preciznošću, dok je jednostavno nemoguće koristiti takve kronometre na konvencionalnim prijemnicima, jer im dimenzije, cijena i složenost rada ne bi dopuštali da se koristi svuda. Čak i mala greška od 0,001 sekunde može pomeriti koordinate za više od 200 km u stranu!

Treći marker

Stoga su programeri odlučili ostaviti uobičajenu tehnologiju kvarcnih satova u GPS navigatorima i krenuti drugim putem, tačnije - koristiti umjesto dva satelitska orijentira - tri, respektivno, isti broj linija za naknadno ukrštanje. Rješenje problema temelji se na genijalno jednostavnom rješenju: kada se sve linije sa tri označena markera sijeku, čak i uz moguće nepreciznosti, stvara se zona u obliku trokuta čiji se centar uzima za sredinu - tvoja lokacija. Ovo vam takođe omogućava da identifikujete razliku u vremenu između prijemnika i sva tri satelita (za koje će razlika biti ista), što vam omogućava da ispravite presek linija tačno u centru; drugim rečima, ovo određuje vaš GPS koordinate.

Jedna frekvencija

Također treba napomenuti da svi sateliti šalju informacije na vaš uređaj na istoj frekvenciji, što je prilično neobično. Kako funkcionira GPS navigator i kako ispravno percipira sve informacije ako mu svi sateliti kontinuirano i istovremeno šalju informacije? Sve je prilično jednostavno. Da bi se identificirali, odašiljači na satelitu također šalju standardne informacije u radio signalu, koji sadrži šifrirani kod. Izvještava o maksimalnim karakteristikama satelita i unosi se u bazu podataka vašeg uređaja, što vam zatim omogućava da uporedite podatke sa satelita sa bazom podataka navigatora. Čak i sa velikim brojem satelita u dometu, mogu se vrlo brzo i lako identifikovati. Sve to pojednostavljuje cjelokupnu shemu i omogućava korištenje manjih i slabijih prijemnih antena u GPS navigatorima, što smanjuje cijenu i smanjuje dizajn i dimenzije uređaja.

GPS karte

GPS karte se zasebno preuzimaju na vaš uređaj, tako da vi kontrolirate teren kojim želite navigirati. Sistem samo postavlja vaše koordinate na planeti, a funkcija mapa je da ponovo kreiraju grafičku verziju na ekranu na kojoj su iscrtane koordinate, što vam omogućava navigaciju kroz područje. Kako GPS radi u ovom slučaju? Besplatno, i dalje ostaje u ovom statusu; kartice u nekim online trgovinama (i ne samo) se i dalje plaćaju. Često se za uređaj s GPS navigatorom kreiraju zasebne aplikacije za rad s kartama: plaćene i besplatne. Raznolikost karata ugodno iznenađuje i omogućava vam da postavite put od tačke A do tačke B što je moguće informativnije i sa svim pogodnostima: koje znamenitosti ćete proći, najkraći put do vašeg odredišta, glasovni asistent koji pokazuje pravac , i drugi.

Dodatna GPS oprema

GPS sistem se koristi ne samo da vam pokaže pravi put. Omogućava vam da nadgledate objekt koji može imati takozvani beacon ili GPS tracker na sebi. Sastoji se od samog prijemnika signala i odašiljača baziranog na gsm, 3gp ili drugim komunikacijskim protokolima za prijenos informacija o lokaciji objekta do servisnih centara koji vrše kontrolu. Koriste se u mnogim industrijama: sigurnost, medicina, osiguranje, transport i mnoge druge. Postoje i auto trackeri koji se povezuju isključivo na automobil.

Putujte bez problema

Svakim danom značenje karte i stalnog kompasa ide dalje u prošlost. Savremene tehnologije omogućavaju osobi da utre put svom putovanju uz minimalan gubitak vremena, truda i novca, a da pritom vidi najuzbudljivija i najzanimljivija mjesta. Ono što je prije jednog vijeka bila naučna fantastika danas je postala stvarnost i gotovo svi to mogu iskoristiti: od vojnog osoblja, mornara i pilota aviona do turista i kurira. Sada je sve popularnija upotreba ovih sistema za komercijalnu, zabavnu i reklamnu industriju, gdje se svaki poduzetnik može naznačiti na globalnoj karti svijeta i neće ga biti teško pronaći. Nadamo se da je ovaj članak pomogao svima koji se zanimaju za GPS – kako funkcionira, na kojem principu se određuju koordinate i koje su njegove prednosti i mane.

Stvaranje satelitske navigacije datira iz 50-ih godina. U trenutku kada je SSSR lansirao prvi umjetni satelit Zemlje, američki znanstvenici predvođeni Richardom Kershnerom promatrali su signal koji dolazi sa sovjetskog satelita i otkrili da se, zbog Doplerovog efekta, frekvencija primljenog signala povećava kako se satelit približava i smanjuje kako se udaljava. Suština otkrića je bila da ako točno znate svoje koordinate na Zemlji, tada postaje moguće izmjeriti položaj satelita, i obrnuto, znajući točno poziciju satelita, možete odrediti svoje koordinate.

Ova ideja je realizovana 20 godina kasnije. Prvi probni satelit lansirale su u orbitu 14. jula 1974. Sjedinjene Američke Države, a posljednji od sva 24 satelita potrebna za potpuno pokrivanje zemljine površine lansiran je u orbitu 1993. godine, dakle Global Positioning System, ili skraćeno GPS, stupio u službu. Postalo je moguće koristiti GPS za precizno usmjeravanje projektila na nepokretne, a zatim pokretne objekte u zraku i na zemlji. Također, uz pomoć sistema ugrađenog u satelite, postalo je moguće otkriti snažna nuklearna naelektrisanja koja se nalaze na površini planete.

U početku je GPS, globalni sistem pozicioniranja, razvijen kao čisto vojni projekat. Ali nakon što je 1983. godine oboren avion Korean Airlinesa sa 269 putnika, američki predsjednik Ronald Reagan dozvolio je djelomičnu upotrebu navigacijskog sistema u civilne svrhe. Visina je smanjena posebnim algoritmom.

Tada su se pojavile informacije da su neke kompanije dešifrovale algoritam za smanjenje tačnosti i uspešno kompenzovale ovu komponentu greške, a 2000. godine je ovo uvećanje tačnosti ukinuto dekretom predsednika SAD.

1. Satelitski navigacijski sistem

Satelitski navigacioni sistem– složeni elektronski tehnički sistem, koji se sastoji od skupa zemaljske i svemirske opreme, dizajniran za određivanje lokacije (geografske koordinate i nadmorske visine), kao i parametara kretanja (brzina i smjer kretanja, itd.) za tlo, vodu i zrak. objekata.

1.1 Šta je GPS?

GPS satelitski navigacijski sistem su prvobitno razvile Sjedinjene Države za vojnu upotrebu. Drugi poznati naziv za sistem je “NAVSTAR”. Naziv “GPS”, koji je već postao uobičajena imenica, skraćenica je za Global Positioning System, što se prevodi kao Globalni navigacijski sistem. Ovaj naziv u potpunosti karakterizira svrhu sistema - pružanje navigacije širom svijeta. Ne samo na kopnu, već i na moru i u zraku. Koristeći GPS navigacijske signale, svaki korisnik može sa velikom preciznošću odrediti svoju trenutnu lokaciju.

Ova preciznost je u velikoj mjeri omogućena zahvaljujući koracima američke vlade, koja je 2000. godine GPS sistem učinila dostupnim i otvorenim za civilne korisnike. Podsjetimo da su prethodno, koristeći poseban način selektivnog pristupa (SA - Selective Availability), unešene distorzije u odašiljani signal, smanjujući preciznost pozicioniranja na 70-100 metara. Od 1. maja 2000. ovaj način rada je onemogućen, a preciznost je povećana na 3-10 metara.

Zapravo, ovaj događaj je dao snažan poticaj razvoju kućne GPS navigacijske opreme, smanjivši njezinu cijenu i aktivno je popularizirajući među običnim korisnicima. Trenutno se GPS prijemnici raznih vrsta aktivno koriste u svim područjima ljudske aktivnosti, od obične navigacije do lične kontrole i uzbudljivih igara kao što su “ Geocaching" Prema rezultatima brojnih studija, upotreba GPS navigacijskih sistema daje veliki ekonomski učinak za globalnu ekonomiju i životnu sredinu - povećava se sigurnost saobraćaja, poboljšava se situacija na cestama, smanjuje se potrošnja goriva, smanjuje se količina štetnih emisija u atmosferu. .

Rastuća ovisnost europske ekonomije o GPS sistemu, a kao rezultat, i administraciji SAD-a, primorala je Evropu da počne razvijati vlastiti navigacijski sistem - Galilleo. Novi sistem je po mnogo čemu sličan GPS sistemu.

2. Sastav GPS sistema

2.1 Svemirski segment

Svemirski segment GPS sistema sastoji se od orbitalne konstelacije satelita koji emituju navigacione signale. Sateliti se nalaze u 6 orbita na visini od oko 20.000 km. Orbitalni period satelita je 12 sati, a brzina je oko 3 km/s. Tako svaki dan svaki satelit napravi dvije pune revolucije oko Zemlje.

Prvi satelit lansiran je u februaru 1978. Njegova veličina sa otvorenim solarnim panelima bila je 5 metara, a težina više od 900 kg. Ovo je bio satelit prve modifikacije GPS-I. U proteklih 30 godina, nekoliko modifikacija GPS satelita se promijenilo u orbiti: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. Tokom procesa modernizacije smanjena je težina satelita, poboljšana je stabilnost ugrađenih satova i povećana pouzdanost.

GPS sateliti emituju tri navigaciona signala na dvije frekvencije L1 i L2. “Civilni” C/A signal, koji se emituje na L1 frekvenciji (1575,42 MHz), dostupan je svim korisnicima i pruža tačnost pozicioniranja od 3-10 metara. Visokoprecizni “vojni” P-kod se emituje na frekvencijama L1 i L2 (1227,60 MHz) i njegova je tačnost za red veličine veća od “civilnog” signala. Upotreba signala koji se emituje na dvije različite frekvencije također omogućava djelomičnu kompenzaciju jonosferskih kašnjenja.

Najnovija modifikacija GPS IIR-M satelita implementira novi "civilni" L2C signal, dizajniran da poveća tačnost GPS mjerenja.

Identifikacija navigacijskih signala vrši se brojem koji odgovara "pseudo-šumskom kodu", jedinstvenom za svaki satelit. Tehnička specifikacija GPS sistema u početku je sadržavala 32 koda. U fazi razvoja sistema i početnom periodu njegovog rada planirano je da broj radnih satelita ne prelazi 24. Besplatni kodovi su dodijeljeni za nove GPS satelite u fazi puštanja u rad. I ova količina je bila dovoljna za normalno funkcionisanje sistema. Ali trenutno su u orbiti već 32 satelita, od kojih 31 radi u radnom režimu, prenoseći navigacijski signal na Zemlju.

„Redundantnost“ satelita omogućava korisniku da izračuna poziciju u uslovima u kojima je „vidljivost“ neba ograničena visokim zgradama, drvećem ili planinama.

2.2 Prizemni segment

Zemaljski segment GPS sistema sastoji se od 5 kontrolnih stanica i glavne kontrolne stanice smještene u američkim vojnim bazama - na ostrvima Kwajalein i Havajima u Tihom okeanu, na ostrvu Ascension, na ostrvu Diego Garcia u Indijskom okeanu i u Koloradu Springs, oni su se prebacili u Slika 1.Zadaci nadzornih stanica uključuju prijem i mjerenje navigacijskih signala koji dolaze sa GPS satelita, izračunavanje različitih vrsta grešaka i prijenos ovih podataka do kontrolne stanice. Zajednička obrada primljenih podataka omogućava izračunavanje odstupanja satelitskih putanja od datih orbita, vremenskih pomaka satova na brodu i grešaka u navigacionim porukama. Praćenje statusa GPS satelita odvija se gotovo kontinuirano. “Preuzimanje” navigacijskih podataka, koji se sastoje od predviđenih orbita i korekcija sata za svaki od satelita, vrši se svaka 24 sata, u trenutku kada se nalazi u pristupnoj zoni kontrolne stanice.

Pored zemaljskih GPS stanica, postoji nekoliko privatnih i državnih mreža za praćenje koje mjere GPS navigacijske signale kako bi odredile atmosferske uvjete i satelitske putanje.

Slika 1

2.3 Korisnička oprema

Korisnička oprema odnosi se na navigacijske prijemnike koji koriste signale GPS satelita za izračunavanje trenutne pozicije, brzine i vremena. Korisnička oprema se može podijeliti na “kućnu” i “profesionalnu”. Na mnogo načina, ova podjela je proizvoljna, jer je ponekad prilično teško odrediti u koju kategoriju treba svrstati GPS prijemnik i koje kriterije koristiti. Postoji čitava klasa GPS navigatora koji se koriste za planinarenje, putovanja automobilom, ribolov, itd. Postoje vazdušni i pomorski navigacioni sistemi, koji su često deo složenih navigacionih sistema. Nedavno su GPS čipovi postali široko rasprostranjeni i integrisani su u PDA uređaje, telefone i druge mobilne uređaje.

Dakle, u navigaciji O Podjela GPS prijemnika na "kod" i "fazu" postala je sve raširenija. U prvom slučaju, informacije koje se prenose u navigacijskim porukama koriste se za izračunavanje položaja. Većina jeftinih GPS navigatora, koji koštaju 100-2000 dolara, spadaju u ovu kategoriju.

Druga kategorija GPS navigacijskih prijemnika koristi ne samo podatke sadržane u navigacijskim porukama, već i fazu signala nosioca. U većini slučajeva radi se o skupim geodetskim prijemnicima s jednom i dvije frekvencije (L1 i L2) koji mogu izračunati položaj s relativnom preciznošću od nekoliko centimetara, pa čak i milimetara. Ova tačnost se postiže u RTK režimu, kada se zajednički obrađuju merenja GPS prijemnika i podataka bazne stanice. Cijena takvih uređaja može biti nekoliko desetina hiljada dolara.

3. Radni GPS navigator A

Osnovni princip na kojem se temelji cijeli GPS sistem je jednostavan i dugo se koristi za navigaciju i orijentaciju: ako znate tačnu lokaciju nečega referentna tačka i udaljenosti do njega, onda možete nacrtati krug (u 3-dimenzionalnom slučaju, sferu) na kojem treba da se nalazi tačka vašeg položaja. U praksi, ako gornja udaljenost, tj. radijus je dovoljno velik, tada možete zamijeniti luk kruga ravnim segmentom. Ako nacrtate nekoliko takvih linija koje odgovaraju različitim referentnim točkama, tada će točka njihovog presjeka označavati vašu lokaciju. U GPS-u ulogu takvih referentnih tačaka ima dva tuceta satelita, od kojih se svaki kreće u svojoj orbiti na visini od ~ 17.000 km iznad površine Zemlje. Brzina njihovog kretanja je veoma velika, ali su orbitalni parametri i njihova trenutna lokacija sa velikom preciznošću poznati kompjuterima na brodu. Važan deo svakog GPS navigatora je konvencionalni prijemnik koji radi na fiksnoj frekvenciji i stalno „sluša“ na signale koje emituju ovi sateliti. Svaki od satelita neprestano emituje radio signal koji sadrži podatke o parametrima njegove orbite, stanju opreme na brodu i tačnom vremenu. Od svih ovih informacija najvažniji su podaci o tačnom vremenu na brodu: GPS prijemnik, koristeći ugrađeni procesor, izračunava vremenski interval između slanja i prijema signala, a zatim ga množi sa brzinom širenja radija talasi itd. saznaje udaljenost između satelita i prijemnika.

Možda danas ne postoji nijedna osoba koja vodi aktivan život, a koja ne zna za postojanje GPS navigatora. U proteklih nekoliko godina ovi uređaji su evoluirali od skupe automobilske igračke do pouzdanog i nezamjenjivog pratioca na putovanju. Tehnološki napredak preplavio je tržišta ovakvim sistemima do te mjere da sada svako može na djelu testirati šta je GPS navigator, pronalazeći model koji odgovara njegovim potrebama i finansijskim mogućnostima.

Bez sumnje, gotovo svaki vozač je upoznat sa situacijom kada jednostavno ne možete bez karte na cesti. Sada se atlasi puteva povlače u pozadinu i ima smisla nositi ih sa sobom samo kao rezervu - za svaki slučaj (ako elektronika zakaže).

Zašto vam je potreban GPS navigator?

Glavna funkcija GPS navigatora je da odredi vašu tačnu lokaciju. Na monitoru u boji prikazaće detaljnu mapu područja, ulica, adresa prodavnica, benzinskih pumpi, atrakcija i drugih objekata potrebnih vozaču. Osim toga, uređaj će odabrati optimalnu rutu i čak vas voditi duž nje, upozoravajući vas na moguće prepreke na putu. Promašili ste desno skretanje? Nema potrebe za panikom! GPS navigator automobila će brzo izračunati i ukazati na alternativnu rutu do vašeg odredišta. A kako bi se spriječilo ometanje vozača, skoro svaki razvoj u posljednjih nekoliko godina ima glasovni interfejs koji upozorava na ruskom o predstojećem skretanju ili promjeni rute.

Glavne funkcije

Ako je vaš GPS navigacijski uređaj opremljen funkcijom za analizu informacija o prometnim tokovima i prometnim zagušenjima, onda vam je zagarantirana prilika da na najbolji način izbjegnete prepreke na putu. Ovo je posebno korisno kada prelazite nepoznate gradove.

GPS navigator olakšava vožnju noću. Unaprijed upozorava na svako nadolazeće skretanje, krivinu i nagib, omogućavajući vozaču da na vrijeme reaguje na promjene terena na putu.

Jedan od ozbiljnih problema prilikom vožnje na nepoznatom autoputu velike brzine je preliminarni odabir trake za naknadni izlazak u pravom smjeru. Savršen GPS navigator će vam lako reći gdje i u koju traku trebate promijeniti traku.

Još jedna jedinstvena sposobnost GPS navigatora je mogućnost da vidi putokaze i na vrijeme upozori na njihovo prisustvo. Tako se može izbjeći neugodan sastanak sa saobraćajnom policijom ako neki važan znak slučajno ostane neprimijećen.

šta je bolje?

Mnogi ljudi često postavljaju pitanje: "Zašto kupiti GPS navigator za automobil ako moj mobilni telefon (komunikator) već ima sve funkcije za komunikaciju sa satelitom?" Pitanje je sasvim prikladno, s obzirom da ga po pravilu postavljaju ljudi koji nikada nisu vozili.

Glavna prednost odvojenog auto navigatora je jednostavnost korištenja zahvaljujući velikom ekranu. Slažete se da gledanje ceste jednim okom i gledanje u pametni telefon od pet inča drugim nije sasvim ugodno, pa čak i nesigurno. Lijepo je čuti brižne upute sa svoje telefonske sekretarice, ali mnogo je bolje da jasno vizualizirate sliku puta, kada možete vidjeti gdje ste i šta vas čeka. Dodirni interfejs vam omogućava da kontrolišete program klizanjem prsta po ekranu ne skidajući pogled sa njega. Naravno, moderni komunikatori i personalni digitalni asistenti (PDA) takođe imaju ovu mogućnost. I sve bi bilo u redu da nije malog ekrana i slabo osjetljivog GPS modula.

Osjetljivi GPS prijemnik sa snažnom antenom ugrađenom u auto navigator omogućava vam pouzdanije primanje signala sa satelita duž cijele rute.

Srce auto navigatora je moderan procesor specijalno dizajniran za takve sisteme (SIRFatlas) i maksimalno optimizovan za analizu satelitskih navigacionih signala. A to vam, zauzvrat, omogućava obradu veće količine informacija, prikazujući na ekranu tako male detalje područja koje procesor mobilnog telefona ne može dešifrirati.

Dodatne mogućnosti

Auto navigatori najnovije generacije mogu služiti kao monitor CCTV kamere, kao i TV ekran za gledanje satelitske televizije. Izlaz zvuka se može povezati na audio sistem automobila, koji će vam omogućiti da jasno slušate navigacijske upite telefonske sekretarice u svim uvjetima buke podešavanjem jačine i tona.

Ako smo se dotakli takvog uređaja kao što je GPS navigator za automobil, tada neće biti moguće u potpunosti opisati njegove mogućnosti kao uređaja s procesorom i monitorom. Ova tehnologija se svakodnevno modernizuje. I neće biti iznenađujuće ako uskoro auto navigator bude moćan kompjuter prilagođen automobilu sa mogućnostima o kojima možemo samo nagađati.

Ako vam je udobnost tokom putovanja i samopouzdanje na putu važan faktor, onda je satelitski GPS navigator ono što prvo trebate nabaviti. Uostalom, moderni svijet s velikom i prostranom cestovnom infrastrukturom otežava život vozačima koji su primorani stalno pratiti cestu, ponekad pod ekstremnom nervnom napetošću. Kupite sebi pristojan elektronski vodič - i nekada napeta vožnja po prepunim autoputevima pretvorit će se u opuštanje, a možda čak i u ugodnu zabavu.

Navigacija je određivanje koordinatno-vremenskih parametara objekata.

Prvo efikasno sredstvo navigacije bilo je određivanje lokacije po vidljivim nebeskim tijelima (sunce, zvijezde, mjesec). Još jedna jednostavna metoda navigacije je georeferenciranje, tj. određivanje lokacije u odnosu na poznate orijentire (vodotornjevi, dalekovodi, autoputevi i željeznice, itd.).

Sistemi za navigaciju i pozicioniranje su dizajnirani da stalno prate lokaciju (stanje) objekata. Trenutno postoje dvije klase pomagala za navigaciju i pozicioniranje: zemaljska i svemirska.

Sistemi zasnovani na zemlji uključuju stacionarne, prenosive i prenosive sisteme, komplekse, zemaljske izviđačke stanice i druga sredstva navigacije i pozicioniranja. Princip njihovog rada je da kontrolišu radio vazduh preko posebnih antena povezanih sa skenirajućim radio stanicama, i da izoluju radio signale koje emituju radio predajnici objekata praćenja ili koje emituje sam kompleks (stanica) i reflektuju se od objekta praćenja ili od posebna oznaka ili kodirani senzor na vozilu (CBD) koji se nalazi na objektu. Korištenjem ove vrste tehničkih sredstava moguće je dobiti informacije o koordinatama lokacije, smjeru i brzini kretanja kontroliranog objekta. Ako na objektima praćenja postoji posebna oznaka ili CBD, uređaji za identifikaciju priključeni na sisteme omogućavaju ne samo označavanje lokacija kontroliranih objekata na elektronskoj karti, već i njihovo razlikovanje.

Sistemi za svemirsku navigaciju i pozicioniranje podijeljeni su u dvije vrste.

Prvi tip sistema za svemirsku navigaciju i pozicioniranje odlikuje se upotrebom posebnih senzora na mobilnim objektima za praćenje - prijemnicima satelitskih navigacijskih sistema kao što su GLONASS (Rusija) ili GPS (SAD). Navigacioni prijemnici pokretnih objekata za praćenje primaju radio signal iz navigacionog sistema koji sadrži koordinate (efemeride) satelita u orbiti i vremensku referencu. Procesor navigacionog prijemnika, na osnovu podataka sa satelita (najmanje tri), izračunava geografsku širinu i dužinu svoje lokacije (prijemnika). Ove informacije (geografske koordinate) mogu se vizualizirati kako na samom navigacijskom prijemniku, ako postoji uređaj za izlaz informacija (displej, monitor), tako i na mjestu praćenja, kada se putem radio komunikacije prenosi sa navigacijskog prijemnika objekta u pokretu. (radijalni, konvencionalni, kanali, mobilni, satelitski).

Drugi tip sistema za svemirsku navigaciju i pozicioniranje razlikuje se po skeniranju prijema (usmjeravanja) u orbiti signala koji dolaze od radio farova instaliranih na objektu praćenja. Satelit koji prima signale od radio farova, u pravilu se prvo akumulira, a zatim u određenoj tački orbite prenosi informacije o objektima za praćenje u centar za obradu podataka na zemlji. U ovom slučaju, vrijeme isporuke informacija neznatno se povećava.

Satelitski navigacijski sistemi vam omogućavaju:

• vrši kontinuirano praćenje i praćenje bilo kakvih pokretnih objekata;
• prikaz na elektronskoj mapi dispečera koordinate, rutu i brzinu kretanja objekata kontrole i praćenja (sa preciznošću određivanja koordinata i nadmorske visine do 100 m, au diferencijalnom režimu - do 2...5 m) ;
• pravovremeno reagovati na vanredne situacije (promjene očekivanih parametara na objektu upravljanja i praćenja ili njegove rute i rasporeda, SOS signala i sl.);
• optimizirati rute i rasporede kretanja objekata kontrole i praćenja.

Trenutno se funkcije specijalizovanih sistema za navigaciju i pozicioniranje (automatsko praćenje trenutne lokacije pretplatničkih uređaja, komunikacionih terminala u cilju obezbeđivanja rominga i pružanja komunikacionih usluga) mogu sa relativnom tačnošću obavljati satelitskim i mobilnim (ako bazne stanice imaju oprema za određivanje lokacije) sistemi radio komunikacije.

Široko uvođenje sistema za navigaciju i pozicioniranje, široko rasprostranjena instalacija odgovarajuće opreme u ruskim ćelijskim mrežama u cilju utvrđivanja i stalnog praćenja lokacije radnih odašiljača, patrola, vozila i drugih objekata od interesa za agencije za provođenje zakona, moglo bi značajno proširiti sposobnosti provođenja zakona.

Osnovni princip određivanja lokacije pomoću satelitskih navigacijskih sistema je korištenje satelita kao referentnih tačaka.

Da bi odredio geografsku širinu i dužinu zemaljskog prijemnika, prijemnik mora primiti signale od najmanje tri satelita i znati njihove koordinate i udaljenost od satelita do prijemnika (slika 6.8). Koordinate se mjere u odnosu na centar zemlje, koji ima koordinate (0, 0, 0).

Udaljenost od satelita do prijemnika izračunava se iz izmjerenog vremena širenja signala. Ove proračune nije teško izvesti, jer je poznato da elektromagnetski talasi putuju brzinom svetlosti. Ako su koordinate tri satelita i udaljenosti od njih do prijemnika poznate, tada prijemnik može izračunati jednu od dvije moguće lokacije u prostoru (tačke 1 i 2 na slici 6.8). Obično primalac može odrediti koja je od ove dvije točke valjana, budući da jedna vrijednost lokacije ima besmisleno značenje.

Rice. 6.8. Određivanje lokacije pomoću signala sa tri satelita

U praksi, da bi se eliminisala greška sata generatora, koja utiče na tačnost merenja vremenske razlike, potrebno je znati lokaciju i udaljenost do četvrtog satelita (slika 6.9).

Rice. 6.9. Određivanje lokacije pomoću signala sa četiri satelita

Trenutno postoje i aktivno se koriste dva sistema satelitske navigacije - GLONASS i GPS.

Satelitski navigacioni sistemi uključuju tri komponente (slika 6.10):

• svemirski segment, koji uključuje orbitalnu konstelaciju veštačkih Zemljinih satelita (drugim rečima, navigacione letelice);
• kontrolni segment, zemaljski kontrolni kompleks (GCU) za orbitalnu konstelaciju svemirskih letjelica;
• korisnička oprema sistema.

Rice. 6.10. Sastav satelitskih navigacijskih sistema

Svemirski segment GLONASS sistema sastoji se od 24 navigacijske svemirske letjelice (NSV) smještene u kružnim orbitama sa visinom od 19.100 km, nagibom od 64,5° i orbitalnim periodom od 11 sati i 15 minuta u tri orbitalne ravni (slika 6.11). Svaka orbitalna ravnina ima 8 satelita sa ujednačenim pomakom geografske širine od 45°.

Svemirski segment GPS navigacionog sistema sastoji se od 24 glavna satelita i 3 rezervna satelita. Sateliti su smješteni u šest kružnih orbita sa visinom od oko 20.000 km, nagibom od 55°, ravnomjerno raspoređenih po dužini na svakih 60°.

Rice. 6.11. Orbite GLONASS i GPS satelita

Kompleksni segment zemaljske kontrole GLONASS sistema obavlja sljedeće funkcije:

• podrška za efemeride i vremenske frekvencije;
• praćenje radio navigacionog polja;
• radiotelemetrijski nadzor satelita;
• komandno i programsko radio upravljanje satelitom.

Za sinhronizaciju vremenskih skala različitih satelita sa potrebnom preciznošću, na satelitu se koriste cezijumski standardi frekvencije sa relativnom nestabilnošću reda veličine 10 -13 s. Kompleks zemaljske kontrole koristi standard vodonika sa relativnom nestabilnošću od 10 -14 s. Pored toga, NKU uključuje sredstva za korekciju vremenskih skala satelita u odnosu na referentnu skalu sa greškom od 3-5 ns.

Zemaljski segment pruža efemeridnu podršku satelitima. To znači da se parametri kretanja satelita određuju na tlu i da se vrijednosti ovih parametara predviđaju za unaprijed određen vremenski period. Parametri i njihova prognoza uključeni su u navigacijsku poruku koju prenosi satelit zajedno sa prijenosom navigacijskog signala. Ovo također uključuje korekcije vremenske frekvencije satelitske vremenske skale u odnosu na sistemsko vrijeme. Mjerenje i prognoza parametara kretanja satelita vrši se u balističkom centru sistema na osnovu rezultata mjerenja trajektorije udaljenosti do satelita i njegove radijalne brzine.

Korisnička oprema sistema su radiotehnički uređaji dizajnirani za prijem i obradu radio-navigacionih signala sa navigacionih svemirskih letelica za određivanje prostornih koordinata, komponenti vektora brzine kretanja i korekcije vremenskih skala korisnika globalnog navigacionog satelitskog sistema.

Prijemnik određuje lokaciju potrošača, koji od svih posmatranih satelita bira najpovoljnije u smislu obezbjeđivanja tačnosti navigacije. Na osnovu udaljenosti do odabranih satelita određuje geografsku dužinu, širinu i nadmorsku visinu potrošača, kao i parametre njegovog kretanja: smjer i brzinu. Primljeni podaci se prikazuju na displeju u obliku digitalnih koordinata, ili se prikazuju na karti koja je prethodno kopirana na prijemnik.

Prijemnici satelitskih navigacionih sistema su pasivni, tj. ne emituju signale i nemaju povratni komunikacijski kanal. To vam omogućava da imate neograničen broj korisnika navigacijskih komunikacijskih sistema.

Sistemi za praćenje kretanja objekata zasnovani na satelitskim navigacionim sistemima su postali široko rasprostranjeni. Struktura takvog sistema je prikazana na sl. 6.12.

Rice. 6.12. Struktura sistema za praćenje

Navigacijski prijemnici instalirani na objektima za praćenje primaju signale sa satelita i izračunavaju njihove koordinate. Ali, pošto su navigacioni prijemnici pasivni uređaji, sistem mora da obezbedi sistem za prenos izračunatih koordinata do centra za praćenje. VHF radio modemi, GSM/GPRS/EDGE modemi (2G mreže), mreže treće generacije koje rade koristeći UMTS/HSDPA protokole, CDMA modemi, satelitski komunikacioni sistemi itd. mogu poslužiti kao sredstva za prenos podataka o koordinatama objekta posmatranja.

Centar za praćenje satelitskog navigacijskog i nadzornog sistema dizajniran je za praćenje objekata na kojima je instalirana (sadržana) navigacijska i komunikaciona oprema kako bi se pratili njeni pojedinačni parametri (lokacija, brzina, smjer kretanja) i donijele odluke o određenim radnjama.

Centar za praćenje sadrži softverske i hardverske alate za obradu informacija koji pružaju:

• prijem, obrada i pohranjivanje informacija koje dolaze sa objekata nadzora;
• prikazivanje informacija o lokaciji objekata posmatranja na elektronskoj karti područja.

Sistem navigacije i nadzora organa unutrašnjih poslova rešava sledeće zadatke:

• obezbeđivanje automatizovane kontrole od strane osoblja dežurne stanice nad rasporedom posada vozila;
• davanje informacija osoblju dežurne stanice o lokaciji vozila za donošenje upravljačkih odluka prilikom organizovanja brzog reagovanja na incidente u zoni odgovornosti;
• prikaz u grafičkom formatu informacija o pozicioniranju vozila i drugih servisnih informacija na automatiziranoj radnoj stanici operatera;
• formiranje i čuvanje arhive o rutama kretanja posada vozila u toku njihovog služenja;
• izdavanje statističkih izvještaja o ispunjenosti normativa za obavezno raspoređivanje snaga i sredstava u toku dežurstva, zbirnih parametara efektivnosti upotrebe snaga i sredstava, pokazatelja kontrole nad zonama odgovornosti.

Da bi se osigurala visoka pouzdanost i pouzdanost prenosa informacija o praćenju sa opreme na vozilima jedinica ruskog Ministarstva unutrašnjih poslova do dežurnih stanica kao dijela sistema, potrebno je koristiti rezervni kanal za prijenos podataka koji se može koristi se kao