Domov Recenze

Americký navigační systém. Zpravodajský a analytický portál "čas elektroniky". Historie vývoje systému

Určení vaší polohy, jak na souši, tak na moři, v lese nebo ve městě, je otázka stejně aktuální dnes jako v minulých staletích. Éra objevu rádiových vln výrazně zjednodušila úkol navigace a otevřela lidstvu nové vyhlídky v mnoha oblastech života a činnosti a s objevem možnosti dobývání vesmíru byl učiněn obrovský průlom v oblasti určení souřadnic polohy objektu na Zemi. K určení souřadnic se používá satelitní navigační systém, který přijímá potřebné informace ze satelitů umístěných na oběžné dráze.

Nyní jsou na světě dva globální systémy určování souřadnic – ruský GLONASS a americký NavStar, známější jako GPS (zkratka pro název Global Position System – globální polohový systém).

Satelitní navigační systém GLONASS byl vynalezen v Sovětském svazu již na počátku 80. let minulého století a první testy proběhly v roce 1982. Byl vyvinut na objednávku Ministerstva obrany a byl specializován pro operační globální navigaci pozemních objektů. .

Americký navigační systém GPS je svou strukturou, účelem a funkčností podobný systému GLONASS a byl také vyvinut na objednávku Ministerstva obrany Spojených států. Má schopnost přesně určit jak souřadnice pozemního objektu, tak provádět časové a rychlostní reference. NavStar má na oběžné dráze 24 navigačních satelitů, které poskytují nepřetržité navigační pole po celém povrchu Země.

Indikátor přijímače satelitního navigačního systému (GPS navigátor nebo) přijímá signály ze satelitů, měří vzdálenosti k nim a pomocí naměřených vzdáleností řeší problém určení jeho souřadnic - zeměpisné šířky, délky a při příjmu signálů ze 4 a více satelitů - nadmořská výška, rychlost, směr (kurz), ujetá vzdálenost. Navigátor obsahuje přijímač pro příjem signálů, počítač pro jejich zpracování a navigační výpočty, displej pro zobrazení navigačních a servisních informací a klávesnici pro ovládání provozu zařízení.

Tyto přijímače jsou určeny pro trvalou instalaci v kormidelnách a přístrojových panelech. Jejich hlavní rysy jsou: přítomnost externí antény a napájení z externího stejnosměrného zdroje. Obvykle mají velké monochromatické obrazovky z tekutých krystalů s alfanumerickým a grafickým zobrazením informací.

:

Kompaktní, voděodolný, vysoce výkonný GPS/DGPS/WAAS přijímač určený pro malé lodě. Tento GPS přijímač od společnosti je schopen přijímat a zpracovávat další signály diferenciální korekce DGPS/WAAS. Tato schopnost umožňuje přesnost lepší než 5 metrů při příjmu korekcí z majáku nebo geostacionárních satelitů WAAS.

Nový (D)GPS navigátor s vestavěným přijímačem diferenciální korekce. Technologie pokládání cest umožňuje přesně vytvářet trasy na dlouhé vzdálenosti. Je možné zvolit rhoxodromickou dráhu (RL) na krátké vzdálenosti a ortodromní dráhu (GC) na dlouhé vzdálenosti.

Díky technologii plánování cest vám umožňuje přesně vytvářet trasy na dlouhé vzdálenosti. Je možné zvolit rhoxodromickou dráhu (RL) na krátké vzdálenosti a ortodromní dráhu (GC) na dlouhé vzdálenosti.

Pevné přijímače mají širokou funkčnost, zejména profesionální zařízení pro námořní použití. Mají velké množství paměti, schopnost řešit různé navigační problémy a jejich rozhraní umožňuje začlenění do navigačního systému plavidla.

:

Jedná se o moderní přijímačový indikátor družicových navigačních systémů GLONASS/GPS určený pro plavidla všech typů.

Vyvinuto specialisty společnosti Radio Complex s využitím nejnovějších poznatků v oblasti námořní navigace. RK-2006 má schopnost přijímat signály z již rozmístěných družicových konstelací, jako je GLONASS a GPS, ale také ze slibných evropských a asijských polohovacích systémů, což umožňuje se zvýšenou odolností proti šumu a ochranou před selháním jakéhokoli systému určit souřadnice plavidla a jeho kurzu a rychlosti.

Přijímač globálních navigačních satelitních systémů GPS a GLONASS od jihokorejského výrobce námořních radionavigačních zařízení Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Při použití GLONASS a GPS v kombinovaných přijímačích (téměř všechny přijímače GLONASS jsou kombinované) je přesnost určení souřadnic téměř vždy „výborná“ díky velkému počtu viditelných kosmických lodí a jejich dobré vzájemné poloze.

Zobrazení navigačních informací

Přijímače GLONASS/GPS používají dva způsoby zobrazování informací: alfanumerický a grafický (někdy se používá termín „pseudografický“).

Alfanumerická metoda pro zobrazení přijatých informací používá:

čísla (souřadnice, rychlost, ujetá vzdálenost atd.)
kombinace písmen, které vysvětlují digitální data - obvykle zkratky frází (například MOV - „Muž přes palubu“ nebo v ruštině „Muž přes palubu!“)
slovní zkratky (například SPD - rychlost, TRK - Track), názvy trasových bodů. Alfanumerické zobrazení informací v čisté podobě bylo použito v počáteční fázi vývoje technologie GPS.

Metoda grafického zobrazení se provádí pomocí obrázků vytvořených na obrazovce, které představují povahu pohybu nosiče (loď, auto, osoba). Grafika v zařízeních různých společností je téměř stejná a liší se zpravidla v detailech. Nejběžnější návrhy jsou:

elektronický kompas (neplést s magnetickým!)
grafický indikátor pohybu
dopravní cesta, cesty
symboly pro trasové body
souřadnice lodi
směr k waypointu
Rychlost

Vlastnosti:

Přesnost souřadnic polohy

Přesnost určení souřadnic místa je základním ukazatelem každého navigačního systému, jehož hodnota určí, jak správně loď pojede po vytyčené trase a zda nenarazí na blízké mělčiny nebo skály.

Přesnost přístrojů se obvykle posuzuje hodnotou střední kvadratické chyby (RMS) - interval, do kterého spadá 72 % měření, nebo maximální chybou odpovídající 95 %. Většina výrobců odhaduje směrodatnou odchylku svých GPS přijímačů na 25 metrů, což odpovídá maximální chybě 50 metrů.

Vlastnosti navigace

Navigační schopnosti přijímačů GLONASS/GPS jsou charakterizovány počtem v nich obsažených trasových bodů, tras a trasových bodů, které jsou v zařízení uloženy. Trasovými body rozumíme charakteristické body na povrchu používaném pro navigaci, moderní dokážou vytvořit a uložit v závislosti na modelu od 500 do 5000 trasových bodů a 20–50 tras po 20–30 bodech.

Kromě průjezdních bodů má každý přijímač zásobu bodů pro záznam a ukládání projeté trasy. Toto číslo může u profesionálních navigátorů dosahovat od 1000 do několika desítek tisíc bodů. Zaznamenanou trasu lze použít k navigaci zpět po ní.

Počet současně sledovaných satelitů

Tento indikátor charakterizuje stabilitu navigátoru a jeho schopnost poskytovat nejvyšší přesnost. Vzhledem k tomu, že pro určení dvou souřadnic polohy - zeměpisné délky a šířky - musíte současně sledovat 3 satelity a pro určení nadmořské výšky - čtyři. Moderní navigace GLONASS/GPS, dokonce i ty nositelné, mají 8 nebo 12kanálové přijímače schopné současně přijímat a sledovat signály až z 8 nebo 12 satelitů.

Dnes si povíme, co je to GPS a jak tento systém funguje. Věnujme pozornost vývoji této technologie a jejím funkčním vlastnostem. Probereme také, jakou roli hrají interaktivní mapy v provozu systému.

Historie GPS

Historie vzniku globálního polohového systému neboli určování souřadnic začala ve Spojených státech již ve vzdálených 50. letech vypuštěním prvního sovětského satelitu do vesmíru. Tým amerických vědců monitorující start si všiml, že jak se satelit vzdaloval, postupně měnil frekvenci svého signálu. Po hluboké analýze dat došli k závěru, že pomocí družice, podrobněji její polohy a vysílaného signálu, lze přesně určit polohu a rychlost pohybu člověka na zemi, jako stejně jako naopak rychlost a umístění satelitu na oběžné dráze při určování přesných lidských souřadnic. Koncem sedmdesátých let spustilo americké ministerstvo obrany systém GPS pro své vlastní účely a o několik let později se stal dostupným pro civilní použití. Jak nyní funguje systém GPS? Přesně tak, jak to tehdy fungovalo, na stejných principech a základech.

Satelitní síť

Více než dvacet čtyři satelitů na oběžné dráze Země vysílá rádiové vazebné signály. Počet satelitů je různý, ale vždy je na oběžné dráze potřebný počet, aby byl zajištěn nepřetržitý provoz, plus některé z nich jsou v záloze, aby v případě poruchy prvních přebraly jejich funkce. Vzhledem k tomu, že životnost každého z nich je přibližně 10 let, jsou uváděny na trh nové, modernizované verze. Družice rotují na šesti oběžných drahách kolem Země ve výšce necelých 20 tisíc km, tvoří propojenou síť řízenou stanicemi GPS. Ty se nacházejí na tropických ostrovech a jsou napojeny na hlavní koordinační centrum ve Spojených státech.

Jak funguje GPS navigace?

Díky této síti můžete zjistit svou polohu výpočtem zpoždění signálu ze satelitů a pomocí těchto informací určit souřadnice. Jak nyní funguje systém GPS? Jako každá prostorová navigační síť je zcela zdarma. Pracuje s vysokou účinností za jakýchkoli povětrnostních podmínek a v kteroukoli denní dobu. Jediný nákup, který byste měli mít, je samotná GPS nebo zařízení, které podporuje funkci GPS. Princip fungování navigátoru je ve skutečnosti založen na dlouho používaném jednoduchém navigačním schématu: pokud přesně znáte místo, kde se nachází objekt značky, který je nejvhodnější pro roli orientačního bodu, a vzdálenost od něj k vám , nakreslete kruh, na kterém tečkou označíte svou polohu. Pokud je poloměr kruhu velký, nahraďte jej rovnou čárou. Nakreslete několik takových pruhů ze svého možného umístění směrem ke značkám; průsečík čar bude označovat vaše souřadnice na mapě. Výše zmíněné satelity v tomto případě hrají roli těchto značkovacích objektů se vzdáleností od vaší polohy cca 18 tisíc km. Přestože rotují na oběžné dráze obrovskou rychlostí, jejich poloha je neustále monitorována. Každý navigátor má GPS přijímač, který je naprogramován na požadovanou frekvenci a je v přímé interakci se satelitem. Každý rádiový signál obsahuje určité množství zakódovaných informací, které zahrnují informace o technickém stavu družice, její poloze na oběžné dráze Země a časovém pásmu (přesný čas). Mimochodem, pro získání údajů o vašich souřadnicích je nejnutnější informace o přesném čase: průběžný výpočet doby mezi uvolněním a příjmem rádiového signálu se násobí rychlostí samotné rádiové vlny a krátkodobé výpočty Vypočítá se vzdálenost mezi vaším navigačním zařízením a satelitem na oběžné dráze.

Potíže se synchronizací

Na základě tohoto principu navigace lze předpokládat, že k přesnému určení vašich souřadnic vám mohou stačit pouze dva satelity, na základě jejichž signálů bude snadné najít průsečík a nakonec i místo, kde se nacházíte. . Ale bohužel technické důvody vyžadují použití jiného satelitu jako markeru. Hlavním problémem jsou hodiny GPS přijímače, které neumožňují dostatečnou synchronizaci se satelity. Důvodem je rozdíl v zobrazení času (na vašem navigátoru a v prostoru). Satelity mají drahé, vysoce kvalitní atomové hodiny, které jim umožňují počítat čas s extrémní přesností, zatímco na konvenčních přijímačích je prostě nemožné použít takové chronometry, protože jejich rozměry, cena a složitost provozu by jim to neumožňovaly. k použití všude. I malá chyba 0,001 sekundy může posunout souřadnice o více než 200 km do strany!

Třetí značka

Vývojáři se tedy rozhodli opustit obvyklou technologii quartzových hodinek v GPS navigacích a vydat se jinou cestou, přesněji řečeno - použít místo dvou satelitních orientačních bodů - tři, respektive stejný počet čar pro následné protnutí. Řešení problému je založeno na geniálně jednoduchém řešení: když se všechny čáry ze tří určených značek protnou i s případnými nepřesnostmi, vznikne zóna ve tvaru trojúhelníku, jejíž střed je brán jako její střed - vaše pozice. To vám také umožňuje identifikovat rozdíl v čase mezi přijímačem a všemi třemi satelity (pro které bude rozdíl stejný), což vám umožní opravit průsečík čar přesně ve středu; jinými slovy, to určuje vaši GPS souřadnice.

Jedna frekvence

Je třeba také poznamenat, že všechny satelity posílají informace do vašeho zařízení na stejné frekvenci, což je poměrně neobvyklé. Jak funguje GPS navigátor a jak správně vnímá všechny informace, pokud do něj všechny satelity nepřetržitě a současně posílají informace? Všechno je docela jednoduché. K identifikaci vysílají vysílače na satelitu také standardní informace v rádiovém signálu, který obsahuje zašifrovaný kód. Hlásí maximální charakteristiky družice a zapisuje se do databáze vašeho zařízení, která pak umožňuje porovnávat data z družice s databází navigátoru. I při velkém počtu satelitů v dosahu je lze velmi rychle a snadno identifikovat. To vše zjednodušuje celé schéma a umožňuje použití menších a slabších přijímacích antén v GPS navigacích, což snižuje náklady a snižuje design a rozměry zařízení.

GPS mapy

GPS mapy se do vašeho zařízení stahují samostatně, takže máte pod kontrolou terén, po kterém se chcete pohybovat. Systém pouze nastaví vaše souřadnice na planetě a funkcí map je znovu vytvořit grafickou verzi na obrazovce, na které jsou souřadnice vykresleny, což vám umožní navigovat v oblasti. Jak v tomto případě funguje GPS? Zdarma, v tomto stavu nadále zůstává, karty v některých internetových obchodech (nejen) jsou stále placené. Často se pro zařízení s GPS navigátorem vytvářejí samostatné aplikace pro práci s mapami: placené i bezplatné. Rozmanitost map je příjemně překvapivá a umožňuje nastavit cestu z bodu A do bodu B co nejinformativněji a se všemi vymoženostmi: jaké památky budete míjet, nejkratší cestu k cíli, hlasový asistent udávající směr , a další.

Doplňkové vybavení GPS

Systém GPS slouží nejen k tomu, aby vám ukázal správnou cestu. Umožňuje sledovat objekt, který na sobě může mít takzvaný maják nebo GPS tracker. Skládá se ze samotného přijímače signálu a vysílače založeného na gsm, 3gp nebo jiných komunikačních protokolech pro přenos informací o poloze objektu do servisních středisek, která provádějí kontrolu. Používají se v mnoha průmyslových odvětvích: bezpečnost, lékařství, pojišťovnictví, doprava a mnoho dalších. Existují také autotrackery, které se připojují výhradně k autu.

Cestování bez problémů

Každý den jde význam mapy a trvalého kompasu dále do minulosti. Moderní technologie umožňují člověku vydláždit si cestu na cestu s minimální ztrátou času, úsilí a peněz a přitom vidět ta nejzajímavější a nejzajímavější místa. To, co bylo před sto lety sci-fi, se dnes stalo realitou a může toho využít téměř každý: od vojenského personálu, námořníků a pilotů letadel až po turisty a kurýry. Nyní získává velkou oblibu využití těchto systémů pro komerční, zábavní a reklamní průmysl, kde se každý podnikatel může vyznačit na globální mapě světa a nebude těžké ho najít. Doufáme, že tento článek pomohl všem, kteří se o GPS zajímají – jak funguje, na jakém principu se určují souřadnice a jaké jsou její silné a slabé stránky.

Vznik satelitní navigace se datuje do 50. let. V okamžiku, kdy SSSR vypustil první umělou družici Země, američtí vědci pod vedením Richarda Kershnera pozorovali signál vycházející ze sovětské družice a zjistili, že v důsledku Dopplerova jevu se frekvence přijímaného signálu s přibližováním družice zvyšuje a snižuje. jak se vzdaluje. Podstatou objevu bylo, že pokud přesně znáte své souřadnice na Zemi, je možné změřit polohu satelitu a naopak, když přesně znáte polohu satelitu, můžete určit své vlastní souřadnice.

Tato myšlenka byla realizována o 20 let později. První testovací družice byla vypuštěna na oběžnou dráhu 14. července 1974 Spojenými státy a poslední ze všech 24 družic potřebných k úplnému pokrytí zemského povrchu byl vypuštěn na oběžnou dráhu v roce 1993, tedy Global Positioning System, zkráceně GPS, vstoupil do služby. Stalo se možné používat GPS k přesnému namíření raket na stacionární a poté se pohybující objekty ve vzduchu a na zemi. S pomocí systému zabudovaného do satelitů bylo také možné detekovat silné jaderné náboje umístěné na povrchu planety.

Zpočátku byl GPS, globální polohový systém, vyvinut jako čistě vojenský projekt. Ale poté, co bylo v roce 1983 sestřeleno letadlo Korean Airlines s 269 cestujícími na palubě, americký prezident Ronald Reagan povolil částečné využití navigačního systému pro civilní účely. Rozteč byla redukována speciálním algoritmem.

Poté se objevila informace, že některé společnosti rozluštily algoritmus snížení přesnosti a úspěšně kompenzovaly tuto složku chyby a v roce 2000 bylo toto zhrubnutí přesnosti zrušeno výnosem prezidenta USA.

1. Satelitní navigační systém

Satelitní navigační systém– komplexní elektronický technický systém sestávající ze souboru pozemních a kosmických zařízení, určený k určování polohy (geografické souřadnice a nadmořská výška), jakož i parametrů pohybu (rychlost a směr pohybu atd.) pro zemi, vodu a vzduch objektů.

1.1 Co je to GPS?

Satelitní navigační systém GPS byl původně vyvinut Spojenými státy pro vojenské účely. Dalším známým názvem systému je „NAVSTAR“. Název „GPS“, který se již stal běžným podstatným jménem, je zkratkou pro Global Positioning System, což v překladu znamená globální navigační systém. Tento název plně charakterizuje účel systému – poskytování navigace po celé zeměkouli. Nejen na souši, ale i na moři a ve vzduchu. Pomocí navigačních signálů GPS může každý uživatel určit svou aktuální polohu s vysokou přesností.

Tato přesnost byla z velké části umožněna díky krokům americké vlády, která v roce 2000 zpřístupnila a zpřístupnila systém GPS civilním uživatelům. Připomeňme, že dříve se pomocí speciálního selektivního přístupového režimu (SA - Selective Availability) do přenášeného signálu vneslo zkreslení, které snížilo přesnost určování polohy na 70-100 metrů. Od 1. května 2000 je tento režim deaktivován a přesnost se zvýšila na 3–10 metrů.

Ve skutečnosti tato událost dala silný impuls k vývoji domácích GPS navigačních zařízení, snížila jejich náklady a aktivně je popularizovala mezi běžnými uživateli. V současné době jsou GPS přijímače různých typů aktivně využívány ve všech oblastech lidské činnosti, od běžné navigace až po osobní ovládání a vzrušující hry jako „ Geocaching" Podle výsledků mnoha studií přináší používání navigačních systémů GPS velký ekonomický efekt pro globální ekonomiku a životní prostředí – zvyšuje se bezpečnost provozu, zlepšuje se situace na silnicích, snižuje se spotřeba paliva a snižuje se množství škodlivých emisí do ovzduší. .

Rostoucí závislost evropské ekonomiky na systému GPS a v důsledku toho na americké administrativě přiměla Evropu začít vyvíjet svůj vlastní navigační systém – Galilleo. Nový systém je v mnoha ohledech podobný systému GPS.

2. Složení systému GPS

2.1 Vesmírný segment

Vesmírný segment systému GPS se skládá z orbitální konstelace satelitů vysílajících navigační signály. Satelity se nacházejí na 6 drahách ve výšce asi 20 000 km. Doba oběhu satelitů je 12 hodin a rychlost asi 3 km/s. Každý den tak každý satelit provede dvě plné otáčky kolem Země.

První satelit byl vypuštěn v únoru 1978. Jeho velikost s otevřenými solárními panely byla 5 metrů a jeho hmotnost byla více než 900 kg. To byl satelit první modifikace GPS-I. Za posledních 30 let se na oběžné dráze změnilo několik modifikací satelitů GPS: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. Během modernizačního procesu došlo ke snížení hmotnosti družic, zlepšení stability palubních hodin a zvýšení spolehlivosti.

Satelity GPS vysílají tři navigační signály na dvou frekvencích L1 a L2. „Civilní“ C/A signál přenášený na frekvenci L1 (1575,42 MHz) je dostupný všem uživatelům a poskytuje přesnost určování polohy 3–10 metrů. Vysoce přesný „vojenský“ P-kód je vysílán na frekvencích L1 a L2 (1227,60 MHz) a jeho přesnost je řádově vyšší než u „civilního“ signálu. Použití signálu vysílaného na dvou různých frekvencích také umožňuje částečně kompenzovat ionosférická zpoždění.

Nejnovější modifikace satelitů GPS IIR-M implementuje nový „civilní“ signál L2C, určený ke zvýšení přesnosti GPS měření.

Identifikace navigačních signálů se provádí číslem odpovídajícím „pseudo-šumovému kódu“, jedinečnému pro každý satelit. Technická specifikace systému GPS zpočátku obsahovala 32 kódů. Ve fázi vývoje systému a počátečním období jeho provozu bylo plánováno, že počet pracovních satelitů nepřesáhne 24. Volné kódy byly přiděleny pro nové satelity GPS ve fázi uvádění do provozu. A toto množství stačilo pro normální fungování systému. Ale v současné době je na oběžné dráze již 32 satelitů, z nichž 31 pracuje v provozním režimu a vysílá navigační signál na Zemi.

„Redundance“ satelitů umožňuje uživateli vypočítat polohu v podmínkách, kdy je „viditelnost“ oblohy omezena výškovými budovami, stromy nebo horami.

2.2 Pozemní segment

Pozemní segment systému GPS se skládá z 5 řídicích stanic a hlavní řídicí stanice umístěné na amerických vojenských základnách – na ostrovech Kwajalein a Hawaii v Tichém oceánu, na ostrově Ascension, na ostrově Diego Garcia v Indickém oceánu a v Coloradu Springs, přenesli se do Obrázek 1.Úkoly monitorovacích stanic zahrnují příjem a měření navigačních signálů přicházejících ze satelitů GPS, výpočet různých typů chyb a přenos těchto dat do řídicí stanice. Společné zpracování přijatých dat umožňuje vypočítat odchylky trajektorií satelitů od daných drah, časové posuny palubních hodin a chyby v navigačních zprávách. Sledování stavu satelitů GPS probíhá téměř nepřetržitě. „Stahování“ navigačních dat, skládajících se z předpokládaných drah a korekcí hodin pro každou z družic, se provádí každých 24 hodin, v okamžiku, kdy se nachází v přístupové zóně řídicí stanice.

Kromě pozemních stanic GPS existuje několik soukromých a vládních sledovacích sítí, které měří navigační signály GPS k určení atmosférických podmínek a trajektorií satelitů.

Obrázek 1

2.3 Uživatelské vybavení

Uživatelským vybavením se rozumí navigační přijímače, které využívají signály ze satelitů GPS pro výpočet aktuální polohy, rychlosti a času. Uživatelské vybavení lze rozdělit na „domácí“ a „profesionální“. V mnoha ohledech je toto rozdělení libovolné, protože někdy je docela obtížné určit, do jaké kategorie by měl být přijímač GPS zařazen a jaká kritéria použít. Existuje celá třída GPS navigátorů používaných pro pěší turistiku, cestování autem, rybaření atd. Existují letecké a námořní navigační systémy, které jsou často součástí složitých navigačních systémů. V poslední době se GPS čipy rozšířily a jsou integrovány do PDA, telefonů a dalších mobilních zařízení.

Proto v navigaci Ó Rozšířilo se dělení GPS přijímačů na „kódové“ a „fázové“. V prvním případě se k výpočtu polohy použijí informace přenášené v navigačních zprávách. Většina levných GPS navigátorů, stojí 100-2000 $, spadá do této kategorie.

Druhá kategorie GPS navigačních přijímačů využívá nejen data obsažená v navigačních zprávách, ale také fázi nosného signálu. Ve většině případů se jedná o drahé jedno- a dvoufrekvenční (L1 a L2) geodetické přijímače schopné vypočítat polohu s relativní přesností několika centimetrů i milimetrů. Této přesnosti je dosaženo v režimu RTK, kdy se společně zpracovávají měření GPS přijímače a data základnové stanice. Náklady na taková zařízení mohou být desítky tisíc dolarů.

3. Pracovní GPS navigátor A

Základní princip celého systému GPS je jednoduchý a dlouho se používá pro navigaci a orientaci: pokud znáte přesnou polohu něčeho referenční bod a vzdálenost k němu, pak můžete nakreslit kružnici (v 3-rozměrném případě kouli), na které by se měl nacházet bod vaší pozice. V praxi, pokud výše uvedená vzdálenost, tzn. poloměr je dostatečně velký, pak můžete oblouk kruhu nahradit úsečkou. Pokud nakreslíte několik takových čar odpovídajících různým referenčním bodům, pak bod jejich průsečíku bude označovat vaši polohu. V GPS hrají roli takových referenčních bodů dvě desítky satelitů, z nichž každý se pohybuje po vlastní oběžné dráze ve výšce ~ 17 000 km nad povrchem Země. Rychlost jejich pohybu je velmi vysoká, ale parametry oběžné dráhy a jejich aktuální poloha jsou palubním počítačům známy s vysokou přesností Důležitou součástí každého GPS navigátoru je klasický přijímač pracující na pevné frekvenci a neustále „poslouchající“ na signály vysílané těmito satelity. Každý ze satelitů neustále vysílá rádiový signál, který obsahuje údaje o parametrech jeho oběžné dráhy, stavu palubního vybavení a přesného času. Ze všech těchto informací jsou nejdůležitější údaje o přesném palubním čase: GPS přijímač pomocí vestavěného procesoru vypočítá časový interval mezi odesláním a příjmem signálu a následně jej vynásobí rychlostí šíření rádia. vlny atd. zjišťuje vzdálenost mezi satelitem a přijímačem.

Snad dnes není jediný člověk, který vede aktivní život, který by nevěděl o existenci GPS navigátorů. Během několika posledních let se tato zařízení vyvinula z drahé automobilové hračky ve spolehlivého a nepostradatelného společníka na cesty. Technologický pokrok zaplavil trhy s takovými systémy do takové míry, že nyní může každý vyzkoušet v akci, co je to GPS navigátor, najít model, který vyhovuje jeho potřebám a finančním možnostem.

Téměř každý motorista zná bezesporu situaci, kdy se bez mapy na silnici prostě neobejdete. Nyní autoatlasy ustupují do pozadí a má smysl je vozit s sebou jen jako rezervu – pro případ (pokud by selhala elektronika).

Proč potřebujete GPS navigaci?

Hlavní funkcí GPS navigátoru je určit vaši přesnou polohu. Na barevném monitoru zobrazí podrobnou mapu okolí, ulice, adresy obchodů, čerpacích stanic, atrakce a další objekty potřebné pro motoristu. Zařízení navíc vybere optimální trasu a dokonce vás po ní povede a upozorní vás na možné překážky na cestě. Přehlédli jste správnou odbočku? Není třeba panikařit! Auto GPS navigátor rychle vypočítá a označí alternativní trasu k vašemu cíli. A aby nebyl řidič rozptylován, má téměř každý vývoj posledních let hlasové rozhraní, které v ruštině varuje před nadcházející odbočkou nebo změnou trasy.

Hlavní funkce

Pokud je vaše GPS navigační zařízení vybaveno funkcí pro analýzu informací o dopravních tocích a dopravních zácpách, pak máte zaručenou možnost co nejlépe se vyhnout překážkám na silnici. To je užitečné zejména při přejezdu neznámých měst.

GPS navigace usnadňuje jízdu v noci. V předstihu varuje před každou nadcházející zatáčkou, zatáčkou a stoupáním, což umožňuje řidiči včas reagovat na změny terénu na vozovce.

Jedním z vážných problémů při jízdě po vysokorychlostní neznámé dálnici je předběžný výběr jízdního pruhu pro následný výjezd ve správném směru. Perfektní GPS navigátor vám snadno řekne, kde a do kterého pruhu byste se měli přeřadit.

Další unikátní schopností GPS navigátoru je schopnost vidět dopravní značky a včas upozornit na jejich přítomnost. Nepříjemné schůzce s dopravní policií se tedy můžete vyhnout, pokud náhodou necháte nějakou důležitou značku bez povšimnutí.

co je lepší?

Mnoho lidí si často klade otázku: „Proč si kupovat GPS navigaci do auta, když můj mobilní telefon (komunikátor) již má všechny funkce pro komunikaci se satelitem? Otázka je to docela na místě, vezmeme-li v úvahu, že ji kladou zpravidla lidé, kteří nikdy neřídili.

Hlavní výhodou samostatné autonavigace je snadné ovládání díky velké obrazovce. Souhlaste s tím, že dívat se jedním okem na silnici a druhým koukat na pětipalcový smartphone není úplně pohodlné a dokonce nebezpečné. Je hezké slyšet starostlivé výzvy ze svého záznamníku, ale mnohem lepší je jasně si představit obrázek cesty, když vidíte, kde jste a co vás čeká. Dotykové rozhraní umožňuje ovládat program posunutím prstu po obrazovce, aniž byste z něj spustili oči. Tuto schopnost samozřejmě mají i moderní komunikátory a osobní digitální asistenti (PDA). A všechno by bylo v pořádku, nebýt malé obrazovky a slabě citlivého GPS modulu.

Citlivý GPS přijímač s výkonnou anténou zabudovanou v autonavigátoru umožňuje spolehlivější příjem signálů ze satelitu po celé trase.

Srdcem autonavigátoru je moderní procesor speciálně navržený pro takové systémy (SIRFatlas) a maximálně optimalizovaný pro analýzu signálů satelitní navigace. A to vám zase umožňuje zpracovávat prostornější informace a zobrazovat na obrazovce takové malé detaily oblasti, které procesor mobilního telefonu nedokáže rozluštit.

Další funkce

Autonavigátory nejnovější generace mohou fungovat jako monitor CCTV kamery i jako televizní obrazovka pro sledování satelitní televize. Zvukový výstup lze připojit k audiosystému automobilu, který vám úpravou hlasitosti a tónu umožní zřetelně poslouchat pokyny navigace záznamníku za jakýchkoliv hlukových podmínek.

Pokud bychom se dotkli takového zařízení, jako je GPS navigátor pro auto, pak nebude možné plně popsat jeho schopnosti jako zařízení s procesorem a monitorem. Tato technologie je každým dnem modernizována. A nebude divu, pokud brzy bude autonavigátorem výkonný počítač přizpůsobený vozu se schopnostmi, o kterých můžeme jen hádat.

Pokud je pro vás pohodlí na cestách a jistota na cestách důležitým faktorem, pak byste si měli nejprve pořídit satelitní GPS navigaci. Koneckonců, moderní svět s rozsáhlou a prostornou silniční infrastrukturou ztěžuje život řidičům, kteří jsou nuceni neustále sledovat vozovku, někdy pod extrémním nervovým napětím. Kupte si slušného elektronického průvodce – a kdysi napínavá jízda po přeplněných dálnicích se promění v relax a možná i příjemnou zábavu.

Navigace je určení souřadnicově-časových parametrů objektů.

Prvním účinným způsobem navigace bylo určování polohy podle viditelných nebeských těles (slunce, hvězdy, měsíc). Další jednoduchou navigační metodou je georeferencování, tzn. určení polohy vzhledem ke známým orientačním bodům (vodárenské věže, elektrické vedení, dálnice a železnice atd.).

Navigační a polohové systémy jsou navrženy tak, aby neustále monitorovaly polohu (stav) objektů. V současné době existují dvě třídy navigačních a polohovacích pomůcek: pozemní a vesmírné.

Pozemní systémy zahrnují stacionární, přenosné a přenosné systémy, komplexy, pozemní průzkumné stanice a další prostředky navigace a určování polohy. Principem jejich činnosti je ovládání rádiového vzduchu pomocí speciálních antén napojených na skenovací radiostanice a izolování rádiových signálů vysílaných rádiovými vysílači sledovacích objektů nebo vysílaných samotným komplexem (stanicí) a odražených od sledovacího objektu nebo od objektu. speciální štítek nebo kódovaný palubní senzor (CBD) umístěný na předmětu. Při použití tohoto druhu technických prostředků je možné získat informace o souřadnicích polohy, směru a rychlosti pohybu řízeného objektu. Pokud je na sledovacích objektech speciální značka nebo CBD, identifikační zařízení připojená k systémům umožňují nejen označit polohu kontrolovaných objektů na elektronické mapě, ale také je odpovídajícím způsobem rozlišit.

Vesmírné navigační a polohové systémy se dělí na dva typy.

První typ vesmírných navigačních a polohových systémů se vyznačuje použitím speciálních senzorů na mobilních sledovacích objektech - přijímačích satelitních navigačních systémů jako je GLONASS (Rusko) nebo GPS (USA). Navigační přijímače pohybujících se sledovacích objektů přijímají rádiový signál z navigačního systému, který obsahuje souřadnice (efemeridy) satelitů na oběžné dráze a časovou referenci. Procesor navigačního přijímače na základě dat ze satelitů (alespoň tří) vypočítá zeměpisnou šířku a délku jeho polohy (přijímače). Tyto informace (geografické souřadnice) lze zobrazit jak na samotném navigačním přijímači, pokud je k dispozici informační výstupní zařízení (displej, monitor), tak v místě sledování, kdy jsou přenášeny z navigačního přijímače pohybujícího se objektu prostřednictvím rádiové komunikace. (radiální, konvenční, trunking, celulární, satelitní).

Druhý typ vesmírných navigačních a polohovacích systémů se vyznačuje skenováním příjmu (azimutu) na oběžné dráze signálů přicházejících z rádiových majáků instalovaných na sledovacím objektu. Satelit přijímající signály z rádiových majáků se zpravidla nejprve shromažďuje a poté v určitém bodě oběžné dráhy přenáší informace o sledovaných objektech do pozemního centra pro zpracování dat. V tomto případě se doba doručení informace mírně prodlouží.

Satelitní navigační systémy vám umožňují:

provádět nepřetržité sledování a sledování jakýchkoli pohybujících se objektů;
zobrazit na elektronické mapě dispečera souřadnice, trasu a rychlost pohybu kontrolních a sledovacích objektů (s přesností určení souřadnic a nadmořské výšky do 100 m a v diferenciálním režimu - do 2...5 m) ;
pohotově reagovat na mimořádné situace (změny očekávaných parametrů na řídicím a sledovacím objektu nebo v jeho trase a harmonogramu, signál SOS apod.);
optimalizovat trasy a harmonogramy pohybu kontrolních a sledovacích objektů.

V současné době lze funkce specializovaných navigačních a pozičních systémů (automatické sledování aktuální polohy účastnických zařízení, komunikačních terminálů za účelem zajištění roamingu a poskytování komunikačních služeb) provádět s relativní přesností pomocí satelitu a mobilní sítě (pokud základnové stanice mají zařízení pro určování polohy) radiokomunikační systémy.

Rozsáhlé zavádění navigačních a polohovacích systémů, rozsáhlá instalace vhodných zařízení v ruských celulárních sítích za účelem určování a neustálého sledování polohy pracovních vysílačů, hlídek, vozidel a dalších objektů zájmu orgánů činných v trestním řízení, by mohlo výrazně rozšířit schopnosti činností činných v trestním řízení.

Základním principem určování polohy pomocí satelitních navigačních systémů je použití satelitů jako referenčních bodů.

Aby bylo možné určit zeměpisnou šířku a délku pozemního přijímače, musí přijímač přijímat signály alespoň ze tří satelitů a znát jejich souřadnice a vzdálenost od satelitů k přijímači (obr. 6.8). Souřadnice se měří vzhledem ke středu země, který má souřadnice (0, 0, 0).

Vzdálenost od satelitu k přijímači se vypočítá z naměřené doby šíření signálu. Tyto výpočty není obtížné provést, protože je známo, že elektromagnetické vlny se šíří rychlostí světla. Pokud jsou známy souřadnice tří satelitů a vzdálenosti od nich k přijímači, pak přijímač dokáže vypočítat jedno ze dvou možných umístění v prostoru (body 1 a 2 na obr. 6.8). Přijímač může obvykle určit, který z těchto dvou bodů je platný, protože jedna hodnota polohy má nesmyslný význam.

Rýže. 6.8. Určení polohy pomocí signálů ze tří satelitů

V praxi je pro odstranění chyby hodin generátoru, která ovlivňuje přesnost měření časového rozdílu, nutné znát polohu a vzdálenost čtvrté družice (obr. 6.9).

Rýže. 6.9. Určení polohy pomocí signálů ze čtyř satelitů

V současné době existují a jsou aktivně využívány dva satelitní navigační systémy – GLONASS a GPS.

Satelitní navigační systémy obsahují tři komponenty (obr. 6.10):

vesmírný segment, který zahrnuje orbitální konstelaci umělých družic Země (jinými slovy navigační kosmické lodě);
řídicí segment, pozemní řídicí komplex (GCU) pro orbitální konstelaci kosmických lodí;
zařízení uživatele systému.

Rýže. 6.10. Složení družicových navigačních systémů

Vesmírný segment systému GLONASS tvoří 24 navigačních kosmických lodí (NSV) umístěných na kruhových drahách s výškou 19 100 km, sklonem 64,5° a oběžnou dobou 11 hodin 15 minut ve třech oběžných rovinách (obr. 6.11). Každá orbitální rovina pojme 8 satelitů s rovnoměrným posunem zeměpisné šířky o 45°.

Vesmírný segment navigačního systému GPS tvoří 24 hlavních satelitů a 3 záložní. Satelity jsou umístěny na šesti kruhových drahách s výškou asi 20 000 km, sklonem 55°, rovnoměrně rozmístěných v zeměpisné délce každých 60°.

Rýže. 6.11. Dráhy družic GLONASS a GPS

Segment pozemního řídicího komplexu systému GLONASS plní následující funkce:

efemeridová a časově-frekvenční podpora;
monitorování radionavigačního pole;
radiotelemetrické monitorování satelitů;
příkazové a programové rádiové ovládání družice.

Pro synchronizaci časových měřítek různých družic s požadovanou přesností se na palubě družice používají cesiové frekvenční standardy s relativní nestabilitou řádově 10 -13 s. Pozemní řídicí komplex využívá vodíkový standard s relativní nestabilitou 10 -14 s. NKU navíc obsahuje prostředky pro korekci satelitních časových měřítek vzhledem k referenční stupnici s chybou 3-5 ns.

Pozemní segment poskytuje efemeridovou podporu satelitům. To znamená, že parametry pohybu satelitu jsou určovány na zemi a hodnoty těchto parametrů jsou predikovány na předem stanovenou dobu. Parametry a jejich předpověď jsou zahrnuty do navigační zprávy vysílané satelitem spolu s přenosem navigačního signálu. To také zahrnuje časově-frekvenční korekce palubního časového měřítka satelitu vzhledem k systémovému času. Měření a předpověď pohybových parametrů družice se provádí v Balistickém centru systému na základě výsledků měření trajektorie vzdálenosti k družici a její radiální rychlosti.

Uživatelské zařízení systému je radiotechnická zařízení určená k příjmu a zpracování radionavigačních signálů z navigačních kosmických lodí za účelem určení prostorových souřadnic, složek vektoru rychlosti pohybu a korekci časových měřítek uživatele globálního navigačního satelitního systému.

Přijímač určí polohu spotřebitele, který ze všech pozorovaných satelitů vybere ty nejvýhodnější z hlediska zajištění přesnosti navigace. Na základě vzdáleností k vybraným satelitům určuje zeměpisnou délku, šířku a nadmořskou výšku spotřebitele a také parametry jeho pohybu: směr a rychlost. Přijatá data se zobrazují na displeji ve formě digitálních souřadnic, nebo se zobrazují na mapě, která byla předtím zkopírována do přijímače.

Přijímače satelitních navigačních systémů jsou pasivní, tzn. nevysílají signály a nemají žádný zpětný komunikační kanál. To vám umožňuje mít neomezený počet spotřebitelů navigačních komunikačních systémů.

Systémy pro sledování pohybu objektů založené na družicových navigačních systémech se nyní rozšířily. Struktura takového systému je znázorněna na obr. 6.12.

Rýže. 6.12. Struktura monitorovacího systému

Navigační přijímače instalované na sledovacích objektech přijímají signály ze satelitů a vypočítávají jejich souřadnice. Ale protože navigační přijímače jsou pasivní zařízení, systém musí poskytovat systém pro přenos vypočítaných souřadnic do monitorovacího centra. Jako prostředky pro přenos dat o souřadnicích pozorovaného objektu mohou sloužit VHF radiomodemy, GSM/GPRS/EDGE modemy (2G sítě), sítě třetí generace pracující s protokoly UMTS/HSDPA, CDMA modemy, satelitní komunikační systémy atd.

Monitorovací centrum družicového navigačního a monitorovacího systému je určeno ke sledování objektů, na kterých je instalováno (obsaženo) navigační a komunikační zařízení za účelem sledování jeho jednotlivých parametrů (poloha, rychlost, směr pohybu) a rozhodování o určitých akcích.

Monitorovací centrum obsahuje softwarové a hardwarové nástroje pro zpracování informací, které poskytují:

příjem, zpracování a ukládání informací přicházejících z objektů sledování;
zobrazování informací o poloze pozorovacích objektů na elektronické mapě oblasti.

Navigační a monitorovací systém orgánů vnitřních záležitostí řeší tyto úkoly:

zajištění automatizované kontroly rozmístění osádek vozidel pracovníky služebních stanic;
poskytování informací personálu služebny o umístění vozidel pro přijímání manažerských rozhodnutí při organizování rychlé reakce na incidenty v oblasti odpovědnosti;
zobrazovat v grafickém formátu informace o poloze vozidel a další servisní informace na automatizovaném pracovišti operátora;
vytvoření a uložení archivu na trasách pohybu osádek vozidel během jejich služby;
vydávání statistického výkaznictví o plnění norem pro povinné nasazení sil a prostředků při směně služby, souhrnné parametry efektivnosti použití sil a prostředků, ukazatele kontroly nad oblastmi odpovědnosti.

Pro zajištění vysoké spolehlivosti a spolehlivosti přenosu monitorovacích informací z palubního vybavení vozidel útvarů Ministerstva vnitra Ruska do služebních stanic v rámci systému je nutné použít záložní kanál přenosu dat, který lze použít jako