Amerikai navigációs rendszer. Hírek és elemző portál "electronics time". A rendszer fejlődésének története

A tartózkodási hely meghatározása mind a szárazföldön, mind a tengeren, az erdőben vagy a városban ugyanolyan aktuális kérdés ma, mint az elmúlt évszázadokban. A rádióhullámok felfedezésének korszaka jelentősen leegyszerűsítette a navigáció feladatát, és új távlatokat nyitott az emberiség számára az élet és a tevékenység számos területén, a világűr meghódításának lehetőségének felfedezésével pedig óriási áttörés történt a világűrben. egy objektum helyének koordinátáinak meghatározása a Földön. A koordináták meghatározásához műholdas navigációs rendszert használnak, amely megkapja a szükséges információkat a pályán lévő műholdaktól.

Jelenleg két globális koordináta-meghatározó rendszer létezik a világon - az orosz GLONASS és az amerikai NavStar, ismertebb nevén GPS (a Global Position System név rövidítése - globális helymeghatározó rendszer).

A GLONASS műholdas navigációs rendszert a Szovjetunióban találták fel még a múlt század 80-as éveinek elején, és az első tesztekre 1982-ben került sor. A Honvédelmi Minisztérium megbízásából fejlesztették ki, és földi mozgó objektumok operatív globális navigációjára specializálódott. .

Az amerikai GPS-navigációs rendszer felépítésében, céljában és funkcionalitásában hasonló a GLONASS-hoz, és szintén az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának megrendelésére fejlesztették ki. Képes pontosan meghatározni a földi objektum koordinátáit, és végrehajtani az idő- és sebességreferenciát. A NavStar 24 navigációs műholdat kering pályán, folyamatos navigációs mezőt biztosítva a Föld teljes felületén.

A műholdas navigációs rendszer vevőjelzője (GPS-navigátor vagy) fogadja a műholdak jeleit, méri a távolságot azokhoz, és a mért tartományok felhasználásával megoldja a koordináták meghatározását - szélesség, hosszúság és 4 vagy több műhold jeleinek vételekor - tengerszint feletti magasság, sebesség, irány (pálya), megtett távolság. A navigátor tartalmaz egy vevőt a jelek fogadására, egy számítógépet ezek feldolgozására és a navigációs számításokra, egy kijelzőt a navigációs és szervizinformációk megjelenítésére, valamint egy billentyűzetet a készülék működésének vezérlésére.

Ezeket a vevőegységeket kormányállásba és műszerfalba történő állandó beépítésre tervezték. Fő jellemzőik a következők: külső antenna jelenléte és külső egyenáramú forrásból származó tápellátás. Általában nagyméretű, folyadékkristályos monokróm képernyőkkel rendelkeznek, alfanumerikus és grafikus információk megjelenítésével.

:

Kompakt, vízálló, nagy teljesítményű GPS/DGPS/WAAS vevő kishajókhoz tervezve. Ez a cég GPS-vevője további DGPS/WAAS differenciálkorrekciós jelek fogadására és feldolgozására képes. Ez a képesség 5 méternél jobb pontosságot tesz lehetővé jeladóktól vagy WAAS geostacionárius műholdaktól érkező korrekciók vételekor.

Új (D)GPS navigátor beépített differenciálkorrekciós vevővel. Az ösvényfektetési technológia lehetővé teszi a hosszú távú útvonalak pontos létrehozását. Rövid távokra rhoxodromic pálya (RL), hosszú távra ortodromikus pálya (GC) választható.

Az útvonaltervezési technológia lehetővé teszi a hosszú távú útvonalak pontos létrehozását. Rövid távokra rhoxodromic pálya (RL), hosszú távra ortodromikus pálya (GC) választható.

A rögzített vevőkészülékek széles funkcionalitással rendelkeznek, különösen a tengeri használatra szánt professzionális eszközök. Nagy mennyiségű memóriával rendelkeznek, képesek különféle navigációs problémák megoldására, interfészük pedig lehetővé teszi a hajó navigációs rendszerébe való beillesztését.

:

Ez a GLONASS/GPS műholdas navigációs rendszerek modern vevőjelzője, amelyet minden típusú hajóhoz terveztek.

A Radio Complex cég szakemberei fejlesztették ki, felhasználva a tengeri navigáció területén elért legújabb vívmányokat. Az RK-2006 képes fogadni a már telepített műhold-konstellációk jeleit, mint például a GLONASS és a GPS, de az ígéretes európai és ázsiai helymeghatározó rendszerektől is, ez lehetővé teszi a koordináták meghatározását megnövelt zajtűrő képességgel és bármely rendszer meghibásodása elleni védelemmel. a hajó irányáról és sebességéről.

GPS és GLONASS globális navigációs műholdrendszerek vevője, a tengeri rádiónavigációs berendezések dél-koreai gyártójától, a Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Ha kombinált vevőkészülékekben GLONASS-t és GPS-t használunk (szinte az összes GLONASS vevő kombinálva van), a koordináták meghatározásának pontossága szinte mindig „kiváló” a látható űrjárművek nagy száma és jó relatív helyzetük miatt.

Navigációs információk megjelenítése

A GLONASS/GPS vevők kétféle információmegjelenítési módot használnak: alfanumerikus és grafikus (néha a „pszeudográfiai” kifejezést használják).

Az alfanumerikus módszer a kapott információk megjelenítésére a következőket használja:

• számok (koordináták, sebesség, megtett távolság stb.)
• betűkombinációk, amelyek megmagyarázzák a digitális adatokat - általában a kifejezések rövidítései (például MOV - „Man Over Board” vagy oroszul „Man Overboard!”
• szórövidítések (például SPD - sebesség, TRK - Track), útpontok nevei. A GPS technológia fejlesztésének kezdeti szakaszában az információk alfanumerikus megjelenítését tiszta formában használták.

A grafikus megjelenítési módszert a képernyőn kialakított képek segítségével hajtják végre, amelyek a hordozó (hajó, autó, személy) mozgásának jellegét reprezentálják. A különböző cégek készülékeinek grafikája szinte azonos, és általában a részletekben különbözik. A leggyakoribb kialakítások a következők:

• elektronikus iránytű (nem tévesztendő össze a mágnessel!)
• grafikus mozgásjelző
• közlekedési útvonal, útvonalak
• szimbólumok az útvonalpontokhoz
• hajó koordinátái
• irány az útponthoz
• sebesség

Jellemzők:

Helyi koordináták pontossága

A hely koordinátáinak pontos meghatározása minden navigációs rendszer alapvető mutatója, amelynek értéke határozza meg, hogy a hajó mennyire követi helyesen a lefektetett útvonalat, és nem ütközik-e közeli zátonyokba vagy sziklákhoz.

A műszerek pontosságát általában a négyzetes hiba (RMS) értékével értékelik - az az intervallum, amelybe a mérések 72%-a esik, vagy a 95%-nak megfelelő maximális hiba. A legtöbb gyártó 25 méteresre becsüli GPS-vevőinek szórását, ami maximum 50 méteres hibának felel meg.

Navigációs jellemzők

A GLONASS/GPS vevők navigációs képességeit a bennük lévő, az eszköz által tárolt útpontok, útvonalak és útpontok száma jellemzi. Útpontok alatt a navigációhoz használt felszín jellegzetes pontjait értjük, a modernek típustól függően 500-5000 útpontot és 20-50 útvonalat 20-30 ponttal képesek létrehozni és tárolni.

Az útpontokon kívül minden vevő rendelkezik a megtett útvonal rögzítéséhez és mentéséhez szükséges pontokkal. Ez a szám 1000-től több tízezer pontig terjedhet a professzionális navigátoroknál. A rögzített útvonalon vissza lehet navigálni rajta.

Az egyidejűleg követett műholdak száma

Ez a mutató a navigátor stabilitását és a legnagyobb pontosság biztosítására való képességét jellemzi. Figyelembe véve azt a tényt, hogy két pozíciókoordináta - hosszúsági és szélességi - meghatározásához egyszerre 3 műholdat kell követnie, a magasság meghatározásához pedig négyet. A modern GLONASS/GPS navigátorok, még a hordhatóak is, 8 vagy 12 csatornás vevőkkel rendelkeznek, amelyek képesek egyidejűleg akár 8, illetve 12 műhold jeleinek vételére és nyomon követésére.

Ma arról fogunk beszélni, hogy mi az a GPS, és hogyan működik ez a rendszer. Fordítsunk figyelmet e technológia fejlesztésére és funkcionális jellemzőire. Szó lesz arról is, hogy az interaktív térképek milyen szerepet játszanak a rendszer működésében.

A GPS története

A globális helymeghatározó rendszer, vagyis a koordináták meghatározásának története az Egyesült Államokban kezdődött még a távoli 50-es években, amikor az első szovjet műholdat felbocsátották az űrbe. Az indítást figyelő amerikai tudósok egy csoportja észrevette, hogy a műhold távolodásával fokozatosan megváltoztatta jelfrekvenciáját. Az adatok mélyreható elemzése után arra a következtetésre jutottak, hogy egy műhold segítségével részletesebben, annak elhelyezkedésével és kibocsátott jelével pontosan meg lehet határozni egy ember helyzetét és mozgási sebességét a Földön, mivel és fordítva, a műhold sebessége és helye a pályán a pontos emberi koordináták meghatározásakor. A hetvenes évek végére az amerikai védelmi minisztérium saját céljaira dobta piacra a GPS-rendszert, majd néhány év múlva már polgári használatra is elérhetővé vált. Hogyan működik most a GPS rendszer? Pontosan úgy, ahogy akkoriban, ugyanazon elvek és alapok szerint működött.

Műholdas hálózat

A Föld körüli pályán több mint huszonnégy műhold sugároz rádiójeleket. A műholdak száma változó, de a zavartalan működés érdekében mindig van a szükséges számú pályán, ráadásul ezek egy része tartalékban is van, hogy ha az elsők meghibásodnának, akkor átvegyék a funkcióikat. Mivel mindegyik élettartama megközelítőleg 10 év, új, korszerűsített változatok kerülnek forgalomba. A műholdak hat pályán forognak a Föld körül, kevesebb mint 20 ezer km magasságban, összefüggő hálózatot alkot, amelyet GPS-állomások irányítanak. Ez utóbbiak trópusi szigeteken helyezkednek el, és az Egyesült Államok fő koordinációs központjához kapcsolódnak.

Hogyan működik a GPS-navigátor?

Ennek a hálózatnak köszönhetően megtudhatja tartózkodási helyét a műholdak jelének késleltetésének kiszámításával, és ezen információk alapján meghatározhatja a koordinátákat. Hogyan működik most a GPS rendszer? Mint minden térbeli navigációs hálózat, ez is teljesen ingyenes. Nagy hatékonysággal működik bármilyen időjárási körülmények között és a nap bármely szakában. Csak magát a GPS-t vagy egy olyan eszközt kell megvásárolnia, amely támogatja a GPS funkciót. Valójában a navigátor működési elve egy régóta használt egyszerű navigációs sémán alapul: ha pontosan ismeri azt a helyet, ahol a tereptárgy szerepére leginkább megfelelő jelölő objektum található, és a távolságot attól Öntől. , rajzoljon egy kört, amelyen ponttal jelzi a helyét. Ha a kör sugara nagy, cserélje ki egy egyenesre. Rajzolj több ilyen csíkot a lehetséges helyedről a jelölők felé, a vonalak metszéspontja jelzi a koordinátáidat a térképen. A fent említett műholdak ebben az esetben ezeknek a jelölő objektumoknak a szerepét töltik be, amelyek távolsága körülbelül 18 ezer km. Bár óriási sebességgel forognak a pályán, helyzetüket folyamatosan figyelik. Minden navigátor rendelkezik egy GPS-vevővel, amely a kívánt frekvenciára van programozva, és közvetlen kölcsönhatásban van a műholddal. Minden rádiójel bizonyos mennyiségű kódolt információt tartalmaz, amely információkat tartalmaz a műhold műszaki állapotáról, a Föld pályáján elfoglalt helyéről és az időzónáról (pontos idő). Egyébként a pontos időre vonatkozó információ a legszükségesebb a koordináták adatainak megszerzéséhez: a rádiójel kibocsátása és vétele közötti idő folyamatos számítását megszorozzák magának a rádióhullámnak a sebességével, és rövid távú számítások kiszámítják a navigációs készülék és a pályán lévő műhold közötti távolságot.

Szinkronizálási nehézségek

A navigáció ezen elve alapján feltételezhető, hogy a koordináták pontos meghatározásához csak két műholdra van szüksége, amelyek jelei alapján könnyen megtalálhatja a metszéspontot, és végső soron azt a helyet, ahol tartózkodik. . De sajnos technikai okok miatt egy másik műholdat kell használni jelölőként. A fő probléma a GPS-vevő órája, amely nem teszi lehetővé a megfelelő szinkronizálást a műholdakkal. Ennek oka az időkijelzés különbsége (a navigátoron és a térben). A műholdak drága, jó minőségű atom alapú óráikkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik az idő rendkívüli pontosságú számlálását, míg a hagyományos vevőkészülékeken egyszerűen lehetetlen ilyen kronométert használni, mivel méretük, költségük és működésük bonyolultsága nem teszi lehetővé. mindenhol használható. Már egy kis, 0,001 másodperces hiba is több mint 200 km-rel oldalra tolhatja a koordinátákat!

Harmadik jelző

Ezért a fejlesztők úgy döntöttek, hogy elhagyják a kvarcórák szokásos technológiáját a GPS-navigátorokban, és más utat választanak, pontosabban - két műhold-tereptárgy helyett - három, illetve ugyanannyi vonalat használnak a későbbi kereszteződéshez. A probléma megoldása egy zseniálisan egyszerű megoldáson alapul: amikor a három kijelölt marker összes vonala metszi egymást, még az esetleges pontatlanságokkal is, egy háromszög alakú zóna jön létre, amelynek középpontja a középpontja. Ön tartózkodási helyét. Ez azt is lehetővé teszi, hogy azonosítsa a vevő és mindhárom műhold közötti időbeli különbséget (amelynél a különbség azonos lesz), ami lehetővé teszi a vonalak metszéspontjának pontos középpontban történő korrigálását, vagyis ez határozza meg a GPS koordináták.

Egy frekvencia

Azt is meg kell jegyezni, hogy minden műhold ugyanazon a frekvencián küld információkat a készülékére, ami meglehetősen szokatlan. Hogyan működik a GPS-navigátor, és hogyan érzékel minden információt helyesen, ha minden műhold folyamatosan és egyidejűleg küld neki információt? Minden nagyon egyszerű. A műhold adói önazonosításuk érdekében szabványos információkat is küldenek a rádiójelben, amely titkosított kódot tartalmaz. Jelenti a műhold maximális jellemzőit, és bekerül a készülék adatbázisába, amely lehetővé teszi a műhold adatainak összehasonlítását a navigátor adatbázisával. Még nagy számú műhold hatótávolságával is nagyon gyorsan és egyszerűen azonosíthatók. Mindez leegyszerűsíti a teljes sémát, és lehetővé teszi kisebb és gyengébb vételi antennák használatát a GPS-navigátorokban, ami csökkenti a költségeket és csökkenti a készülékek kialakítását és méreteit.

GPS térképek

A GPS-térképek külön töltődnek le készülékére, így Ön szabályozhatja a navigálni kívánt terepet. A rendszer csak beállítja az Ön koordinátáit a bolygón, a térképek funkciója pedig az, hogy a képernyőn újra létrehozza a grafikus változatot, amelyen a koordináták fel vannak tüntetve, ami lehetővé teszi a területen történő navigálást. Hogyan működik ebben az esetben a GPS? Ingyenes, továbbra is ebben az állapotban marad; egyes online áruházakban (és nem csak) a kártyákat továbbra is fizetik. Gyakran külön alkalmazásokat hoznak létre a térképekkel való munkavégzéshez egy GPS-navigátorral rendelkező eszközhöz: fizetős és ingyenes. A térképek sokfélesége kellemesen meglepő, és lehetővé teszi, hogy az A pontból B pontba vezető utat a lehető leginformatívabban és minden kényelemmel felállítsa: milyen látnivalók mellett halad el, a legrövidebb út az úticélhoz, egy hangos asszisztens, amely az irányt jelzi. , és mások.

Kiegészítő GPS felszerelés

A GPS-rendszer nem csak a helyes út megmutatására szolgál. Lehetővé teszi egy olyan objektum megfigyelését, amelyen úgynevezett beacon vagy GPS nyomkövető található. Magából a jelvevőből és egy gsm, 3gp vagy más kommunikációs protokollon alapuló adóból áll, amely egy objektum helyére vonatkozó információkat továbbít az irányítást végző szervizközpontoknak. Számos iparágban használják őket: biztonsági, egészségügyi, biztosítási, szállítási és sok más területen. Vannak olyan autókövetők is, amelyek kizárólag az autóhoz csatlakoznak.

Utazzon gond nélkül

A térkép és az állandó iránytű jelentése minden nap tovább nyúlik a múltba. A modern technológiák lehetővé teszik az ember számára, hogy minimális idő-, erőfeszítés- és pénzveszteséggel egyengesse az utat az útjára, miközben a legizgalmasabb és legérdekesebb helyeket látja. Ami körülbelül egy évszázaddal ezelőtt tudományos-fantasztikus volt, az mára valósággá vált, és szinte mindenki élhet vele: a katonáktól, tengerészektől és repülőgép-pilótáktól a turistákig és futárokig. Mostanra egyre nagyobb népszerűségnek örvend ezeknek a rendszereknek a kereskedelmi, szórakoztató- és reklámiparban való alkalmazása, ahol minden vállalkozó megjelölheti magát a világ globális térképén, és nem lesz nehéz megtalálni. Reméljük, hogy ez a cikk mindenkinek segített, aki érdeklődik a GPS iránt – hogyan működik, milyen elvek alapján határozzák meg a koordinátákat, mik az erősségei és gyengeségei.

A műholdas navigáció létrehozása az 50-es évekre nyúlik vissza. Abban a pillanatban, amikor a Szovjetunió felbocsátotta az első mesterséges Föld-műholdat, Richard Kershner vezette amerikai tudósok megfigyelték a szovjet műholdból kiáramló jelet, és felfedezték, hogy a Doppler-effektus miatt a vett jel frekvenciája a műhold közeledtével növekszik és csökken. ahogy távolodik. A felfedezés lényege az volt, hogy ha pontosan ismeri a koordinátáit a Földön, akkor lehetővé válik a műhold helyzetének mérése, és fordítva, pontosan ismerve a műhold helyzetét, meg tudja határozni saját koordinátáit.

Ez az ötlet 20 évvel később valósult meg. Az első tesztműholdat 1974. július 14-én állította pályára az Egyesült Államok, a földfelszín teljes lefedéséhez szükséges 24 műhold közül pedig az utolsót 1993-ban, így a Global Positioning System vagy röviden GPS szolgálatba állt. Lehetővé vált, hogy a GPS segítségével pontosan irányítsák a rakétákat álló, majd mozgó tárgyakra a levegőben és a földön. Ezenkívül a műholdakba épített rendszer segítségével lehetővé vált a bolygó felszínén található erős nukleáris töltések észlelése.

Kezdetben a GPS-t, egy globális helymeghatározó rendszert pusztán katonai projektként fejlesztették ki. Ám miután 1983-ban lelőtték a Korean Airlines repülőgépét 269 utassal a fedélzetén, Ronald Reagan amerikai elnök engedélyezte a navigációs rendszer polgári célokra való részleges használatát. A hangmagasságot egy speciális algoritmus csökkentette.

Aztán megjelent az információ, hogy egyes cégek megfejtették a pontosságcsökkentő algoritmust, és sikeresen kompenzálták a hiba ezen összetevőjét, majd 2000-ben az Egyesült Államok elnökének rendelete eltörölte ezt a pontossági durvítást.

1. Műholdas navigációs rendszer

Műholdas navigációs rendszer– földi és űrberendezésekből álló komplex elektronikus műszaki rendszer, amely a hely (földrajzi koordináták és tengerszint feletti magasság), valamint a mozgási paraméterek (sebesség és mozgás iránya stb.) meghatározására szolgál a talaj, a víz és a levegő esetében. tárgyakat.

1.1 Mi az a GPS?

A GPS műholdas navigációs rendszert eredetileg az Egyesült Államok katonai felhasználásra fejlesztette ki. A rendszer másik ismert neve „NAVSTAR”. A „GPS” név, amely már elterjedt főnévvé vált, a Global Positioning System (Global Positioning System) rövidítése, melynek fordítása Globális Navigációs Rendszer. Ez a név teljes mértékben jellemzi a rendszer célját - navigációt biztosít az egész világon. Nem csak a szárazföldön, hanem a tengeren és a levegőben is. A GPS-navigációs jelek segítségével bármely felhasználó nagy pontossággal meghatározhatja aktuális tartózkodási helyét.

Ez a pontosság nagyrészt az amerikai kormány lépéseinek köszönhető, amely 2000-ben elérhetővé és nyitottá tette a GPS-rendszert a civil felhasználók számára. Emlékezzünk vissza, hogy korábban egy speciális szelektív hozzáférési mód (SA - Selective Availability) segítségével torzításokat vittek be a továbbított jelbe, amivel a helymeghatározási pontosság 70-100 méterre csökkent. 2000. május 1. óta ez a mód le van tiltva, és a pontosság 3–10 méterre nőtt.

Valójában ez az esemény erőteljes lendületet adott a háztartási GPS-navigációs berendezések fejlesztésének, csökkentette annak költségeit és aktívan népszerűsítette a hétköznapi felhasználók körében. Jelenleg a különféle típusú GPS-vevőket aktívan használják az emberi tevékenység minden területén, a hétköznapi navigációtól a személyes vezérlésig és az izgalmas játékokig, mint pl. Geocaching" Számos tanulmány eredménye szerint a GPS-navigációs rendszerek használata nagy gazdasági hatást fejt ki a világgazdaság és a környezet szempontjából - növekszik a közlekedésbiztonság, javul az utak helyzete, csökken az üzemanyag-fogyasztás, csökken a légkörbe kerülő káros kibocsátások mennyisége. .

Az európai gazdaság növekvő függősége a GPS-rendszertől, és ennek eredményeként az Egyesült Államok kormányától, arra kényszerítette Európát, hogy megkezdje saját navigációs rendszerének, a Galilleo-nak a fejlesztését. Az új rendszer sok tekintetben hasonlít a GPS rendszerhez.

2. A GPS rendszer összetétele

2.1 Űrszegmens

A GPS rendszer űrszegmense navigációs jeleket kibocsátó műholdak orbitális konstellációjából áll. A műholdak 6 pályán helyezkednek el, körülbelül 20 000 km-es magasságban. A műholdak keringési ideje 12 óra, sebessége pedig körülbelül 3 km/s. Így minden műhold minden nap két teljes fordulatot tesz a Föld körül.

Az első műholdat 1978 februárjában bocsátották fel. Mérete nyitott napelemekkel 5 méter, tömege pedig több mint 900 kg. Ez volt a GPS-I első módosításának műholdja. Az elmúlt 30 évben a GPS műholdak számos módosítása megváltozott a pályán: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. A modernizáció során csökkent a műholdak tömege, javult a fedélzeti órák stabilitása, nőtt a megbízhatóság.

A GPS műholdak három navigációs jelet továbbítanak két L1 és L2 frekvencián. Az L1 frekvencián (1575,42 MHz) továbbított „civil” C/A jel minden felhasználó számára elérhető, és 3-10 méteres helymeghatározási pontosságot biztosít. A nagy pontosságú „katonai” P-kódot L1 és L2 (1227,60 MHz) frekvencián továbbítják, és a pontossága egy nagyságrenddel nagyobb, mint a „polgári” jelé. A két különböző frekvencián továbbított jel használata lehetővé teszi az ionoszférikus késések részleges kompenzálását is.

A GPS IIR-M műholdak legújabb módosítása egy új „civil” L2C jelet valósít meg, amelyet a GPS mérések pontosságának növelésére terveztek.

A navigációs jelek azonosítása egy „pszeudozaj kódnak” megfelelő számmal történik, amely minden műhold esetében egyedi. A GPS rendszer műszaki specifikációja kezdetben 32 kódot tartalmazott. A rendszer fejlesztési szakaszában és működésének kezdeti időszakában azt tervezték, hogy a működő műholdak száma nem haladja meg a 24-et. Az új GPS-műholdakhoz az üzembe helyezéskor ingyenes kódokat osztottak ki. Ez a mennyiség pedig elegendő volt a rendszer normális működéséhez. Jelenleg azonban már 32 műhold kering a pályán, ebből 31 üzemel, és navigációs jelet továbbít a Föld felé.

A műholdak „redundanciája” lehetővé teszi a felhasználó számára a pozíció kiszámítását olyan körülmények között, ahol az égbolt „láthatóságát” sokemeletes épületek, fák vagy hegyek korlátozzák.

2.2 Földi szegmens

A GPS rendszer földi szegmense 5 irányító állomásból és egy fő irányító állomásból áll, amelyek az Egyesült Államok katonai bázisain találhatók - a Csendes-óceáni Kwajalein és Hawaii szigeteken, az Ascension-szigeten, az Indiai-óceáni Diego Garcia-szigeten és Coloradóban. Springsbe költöztek át 1.ábra.A távfelügyeleti állomások feladatai közé tartozik a GPS műholdakról érkező navigációs jelek vétele és mérése, a különböző típusú hibák kiszámítása és ezeknek az adatoknak a vezérlőállomásra történő továbbítása. A kapott adatok együttes feldolgozása lehetővé teszi a műholdak pályáinak adott pályától való eltérését, a fedélzeti órák időeltolásait és a navigációs üzenetek hibáit. A GPS műholdak állapotának figyelése szinte folyamatosan történik. Az egyes műholdak előre jelzett pályáiból és órakorrekcióiból álló navigációs adatok „letöltése” 24 óránként történik, abban a pillanatban, amikor az a vezérlőállomás hozzáférési zónájában van.

A földi GPS-állomásokon kívül számos magán- és kormányzati nyomkövető hálózat is működik, amelyek GPS-navigációs jeleket mérnek a légköri viszonyok és a műholdpályák meghatározására.

1. kép

2.3 Felhasználói felszerelés

A felhasználói berendezés olyan navigációs vevőegységet jelent, amely GPS-műholdak jeleit használja az aktuális pozíció, sebesség és idő kiszámításához. A felhasználói berendezések „háztartási” és „professzionális” típusokra oszthatók. Ez a felosztás sok tekintetben önkényes, mivel néha meglehetősen nehéz meghatározni, hogy egy GPS-vevőt melyik kategóriába soroljunk, és milyen kritériumokat kell alkalmazni. A GPS-navigátorok egész osztálya használható túrázáshoz, autós utazáshoz, horgászathoz stb. Vannak légi és tengeri navigációs rendszerek, amelyek gyakran összetett navigációs rendszerek részét képezik. A közelmúltban a GPS-chipek széles körben elterjedtek, és PDA-kba, telefonokba és más mobileszközökbe integrálják.

Ezért a navigációban O A GPS-vevők „kódra” és „fázisra” való felosztása egyre elterjedtebbé vált. Az első esetben a navigációs üzenetekben továbbított információk alapján számítják ki a pozíciót. A legtöbb olcsó, 100–2000 dollárba kerülő GPS-navigátor ebbe a kategóriába tartozik.

A GPS-navigációs vevők második kategóriája nemcsak a navigációs üzenetekben található adatokat használja, hanem a vivőjel fázisát is. A legtöbb esetben drága egy- és kétfrekvenciás (L1 és L2) geodéziai vevőkről van szó, amelyek több centiméteres, sőt milliméteres relatív pontossággal képesek helyzetszámításra. Ez a pontosság RTK módban érhető el, amikor a GPS-vevő méréseit és a bázisállomás adatait együttesen dolgozzák fel. Az ilyen eszközök ára több tízezer dollár is lehet.

3. Munkahelyi GPS-navigátor A

Az egész GPS-rendszer alapelve egyszerű, és régóta használják navigációra és tájékozódásra: ha ismered valaminek a pontos helyét hivatkozási pontés a távolságot, akkor rajzolhatsz egy kört (3 dimenziós esetben egy gömböt), amelyen a pozíciód pontjának kell lennie. A gyakorlatban, ha a fenti távolság, pl. sugár elég nagy, akkor a kör ívét egy egyenes szakaszra cserélheti. Ha több ilyen vonalat rajzol, amelyek különböző referenciapontoknak felelnek meg, akkor a metszéspontjuk jelzi az Ön helyét. A GPS-ben az ilyen referenciapontok szerepét két tucat műhold tölti be, amelyek mindegyike a saját pályáján mozog a Föld felszíne felett ~ 17 000 km-es magasságban. Mozgásuk sebessége igen nagy, de a pályaparamétereket és pillanatnyi elhelyezkedésüket a fedélzeti számítógépek nagy pontossággal ismerik.Minden GPS-navigátor fontos része egy fix frekvencián működő, állandóan „hallgató” hagyományos vevő. a műholdak által sugárzott jelekre. Mindegyik műhold folyamatosan rádiójelet bocsát ki, amely adatokat tartalmaz a pályája paramétereiről, a fedélzeti berendezések állapotáról és a pontos időről. Mindezek közül a pontos fedélzeti időre vonatkozó adatok a legfontosabbak: a GPS-vevő a beépített processzor segítségével kiszámítja a jel küldése és vétele közötti időt, majd megszorozza a rádió terjedési sebességével. hullámok stb. megtudja a távolságot a műhold és a vevő között.

Talán ma már nincs olyan aktív életet élő ember, aki ne tudna a GPS-navigátorok létezéséről. Az elmúlt néhány évben ezek az eszközök drága autós játékból megbízható és nélkülözhetetlen útitárssá fejlődtek. A technológiai fejlődés olyannyira elárasztotta a piacokat ilyen rendszerekkel, hogy ma már bárki kipróbálhatja, mi is az a GPS-navigátor, megtalálva az igényeinek és anyagi lehetőségeinek megfelelő modellt.

Kétségtelen, hogy szinte minden autós ismeri azt a helyzetet, amikor egyszerűen nem nélkülözheti térképet az úton. Az útatlaszok most háttérbe szorulnak, és csak tartalékként érdemes őket magunkkal vinni - arra az esetre, ha az elektronika meghibásodik.

Miért van szüksége GPS-navigátorra?

A GPS-navigátor fő funkciója a pontos tartózkodási hely meghatározása. A színes monitoron részletes térképet mutat a környékről, utcákról, üzletek címeiről, benzinkutakról, látnivalókról és egyéb, az autós számára szükséges objektumokról. Ezenkívül a készülék kiválasztja az optimális útvonalat, sőt végigvezeti Önt azon, figyelmeztetve az esetleges akadályokra. Elmulasztotta a jobb kanyart? Nem kell pánikba esni! Az autós GPS-navigátor gyorsan kiszámítja és jelez egy alternatív útvonalat az úticélhoz. A sofőr figyelmét pedig nehogy elterelje, az elmúlt évek szinte minden fejlesztéséhez tartozik egy hangos felület, amely oroszul figyelmeztet a közelgő kanyarra vagy útvonalmódosításra.

Fő funkciók

Ha GPS-navigációs készüléke fel van szerelve a forgalommal és a forgalmi torlódásokkal kapcsolatos információk elemzésére szolgáló funkcióval, akkor garantáltan lehetősége nyílik az útakadályok legjobb elkerülésére. Ez különösen akkor hasznos, ha ismeretlen városokon halad át.

A GPS-navigátor megkönnyíti az éjszakai vezetést. Előre figyelmeztet minden közelgő kanyarra, kanyarra és lejtőre, lehetővé téve a vezetőnek, hogy időben reagáljon az út terepének változásaira.

A nagy sebességű, ismeretlen autópályán való vezetés egyik komoly problémája a sáv előzetes kiválasztása a megfelelő irányú későbbi lehajtóhoz. Egy tökéletes GPS-navigátor könnyen megmondja, hol és melyik sávba érdemes sávot váltani.

A GPS-navigátor másik egyedülálló képessége az, hogy képes látni az útjelző táblákat, és időben figyelmeztetni a jelenlétükre. Így elkerülhető a kellemetlen találkozás a közlekedési rendőrökkel, ha véletlenül figyelmen kívül hagyja valamelyik fontos táblát.

Mi a jobb?

Sokan gyakran felteszik a kérdést: „Miért vegyek autós GPS-navigátort, ha a mobiltelefonom (kommunikátorom) már rendelkezik a műholddal való kommunikációhoz szükséges összes funkcióval?” A kérdés teljesen helyénvaló, tekintve, hogy általában olyan emberek teszik fel, akik soha nem vezettek.

A különálló autós navigátor fő előnye a könnyű kezelhetőség a nagy képernyőnek köszönhetően. Egyetért azzal, hogy egyik szemével az utat nézni, a másikkal pedig egy öt hüvelykes okostelefont nézni, nem teljesen kényelmes, sőt nem is biztonságos. Jó, ha az üzenetrögzítőtől gondoskodó felszólításokat hallasz, de sokkal jobb, ha tisztán vizualizálod az út képét, amikor látod, hol tartasz, és mi vár még rád. Az érintőfelület lehetővé teszi a program vezérlését úgy, hogy az ujját a képernyőn csúsztatja anélkül, hogy levenné róla a tekintetét. Természetesen a modern kommunikátorok és személyi digitális asszisztensek (PDA) is rendelkeznek ezzel a képességgel. És minden rendben is lenne, ha nem lenne a kis képernyő és a gyengén érzékeny GPS modul.

Az autós navigátorba épített, erős antennával ellátott érzékeny GPS-vevő lehetővé teszi a műhold jeleinek megbízhatóbb vételét a teljes útvonalon.

Az autós navigátor szíve egy modern processzor, amelyet kifejezetten ilyen rendszerekhez (SIRFatlas) terveztek, és maximálisan a műholdas navigációs jelek elemzésére optimalizálták. Ez pedig lehetővé teszi nagyobb mennyiségű információ feldolgozását, a képernyőn megjelenítve a terület olyan apró részleteit, amelyeket a mobiltelefon processzora nem tud megfejteni.

További jellemzők

A legújabb generációs autós navigátorok CCTV kamera monitorként, valamint TV képernyőként működhetnek a műholdas televízió nézéséhez. A hangkimenet autós audiorendszerhez csatlakoztatható, amely lehetővé teszi az üzenetrögzítő navigációs utasításainak tisztán hallgatását bármilyen zajviszonyok között a hangerő és a hangszín beállításával.

Ha egy autó GPS-navigátoraként érintettünk egy ilyen eszközt, akkor nem lehet teljes mértékben leírni a képességeit, mint egy processzorral és monitorral rendelkező eszközt. Ezt a technológiát minden nap modernizálják. És nem lesz meglepő, ha hamarosan az autós navigátor egy olyan erős számítógép lesz, amely az autóhoz igazodik, és olyan képességekkel rendelkezik, amelyekről csak sejteni tudunk.

Ha az utazás közbeni kényelem és a magabiztosság az Ön számára fontos tényező, akkor először egy műholdas GPS-navigátort érdemes beszereznie. Végtére is, a nagy és tágas közúti infrastruktúrával rendelkező modern világ megnehezíti a járművezetők életét, akik kénytelenek folyamatosan figyelni az utat, néha rendkívüli idegfeszültségnek vannak kitéve. Vegyél magadnak egy tisztességes elektronikus útikönyvet - és az egykor stresszes autózás a zsúfolt autópályákon kikapcsolódássá, sőt talán kellemes szórakozássá is válik.

A navigáció az objektumok koordináta-idő paramétereinek meghatározása.

A navigáció első hatékony eszköze a látható égitestek (nap, csillagok, hold) általi helymeghatározás volt. Egy másik egyszerű navigációs módszer a georeferálás, azaz. a hely meghatározása az ismert tereptárgyak (víztornyok, villanyvezetékek, autópályák és vasutak stb.) vonatkozásában.

A navigációs és helymeghatározó rendszereket úgy tervezték, hogy folyamatosan figyeljék az objektumok helyzetét (állapotát). Jelenleg a navigációs és helymeghatározó segédeszközök két osztálya létezik: földi és űralapú.

A földi rendszerek közé tartoznak a helyhez kötött, hordozható és hordozható rendszerek, komplexumok, földi felderítő állomások és egyéb navigációs és helymeghatározási eszközök. Működésük elve a rádiós levegő vezérlése a pásztázó rádióállomásokhoz csatlakoztatott speciális antennákon keresztül, valamint a nyomkövető objektumok rádióadói által kibocsátott, vagy maga a komplexum (állomás) által kibocsátott, a nyomkövető objektumról vagy a nyomkövetőről visszaverődő rádiójelek elkülönítése. speciális címke vagy kódolt fedélzeti érzékelő (CBD), amely az objektumon található. Az ilyen jellegű technikai eszközök használatával információt nyerhetünk a vezérelt objektum helykoordinátáiról, irányáról és mozgási sebességéről. Ha a nyomkövető objektumokon speciális jelölés vagy CBD található, a rendszerekhez csatlakoztatott azonosító eszközök lehetővé teszik az irányított objektumok helyének elektronikus térképen történő megjelölését, de a megfelelő megkülönböztetést is.

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek két típusra oszthatók.

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek első típusát speciális érzékelők használata különbözteti meg a mobil nyomkövető objektumokon - a műholdas navigációs rendszerek, például a GLONASS (Oroszország) vagy a GPS (USA) vevőin. A mozgó nyomkövető objektumok navigációs vevői rádiójelet kapnak a navigációs rendszertől, amely tartalmazza a keringő műholdak koordinátáit (efemeridiát) és az időreferenciát. A navigációs vevő processzora a műholdak (legalább három) adatai alapján kiszámítja a helyének (a vevőnek) a földrajzi szélességi és hosszúsági fokát. Ez az információ (földrajzi koordináták) megjeleníthető mind magán a navigációs vevőn, ha van információs kimeneti eszköz (kijelző, monitor), mind a követési ponton, amikor egy mozgó objektum navigációs vevőjéből rádiókommunikáción keresztül továbbítják. (radiális, hagyományos, csatornás, cellás, műholdas).

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek második típusát a nyomkövető objektumra telepített rádióadókból érkező jelek pályán történő pásztázó vétele (csapágyazása) jellemzi. A rádióadóktól érkező jeleket fogadó műhold általában először felhalmozódik, majd a pálya egy bizonyos pontján információt továbbít a nyomkövető objektumokról egy földi adatfeldolgozó központba. Ebben az esetben az információ szállítási ideje kissé megnő.

A műholdas navigációs rendszerek lehetővé teszik, hogy:

• folyamatosan figyelni és nyomon követni minden mozgó tárgyat;
• megjeleníti a diszpécser elektronikus térképén az irányító és nyomkövető objektumok koordinátáit, útvonalát és mozgási sebességét (a koordináták és a tengerszint feletti magasság meghatározásának pontosságával 100 m-ig, differenciál üzemmódban pedig 2...5 m-ig) ;
• azonnal reagálni a vészhelyzetekre (a vezérlő és nyomkövető objektum várható paramétereinek változása vagy annak útvonala és ütemezése, SOS jelzés stb.);
• optimalizálja a vezérlő és nyomkövető objektumok útvonalait és mozgási ütemezését.

Jelenleg a speciális navigációs és helymeghatározó rendszerek funkciói (az előfizetői eszközök, kommunikációs terminálok aktuális helyzetének automatikus nyomon követése a roaming és a kommunikációs szolgáltatások biztosítása érdekében) viszonylagos pontossággal teljesíthetők műholdon és cellás úton (ha a bázisállomások rendelkeznek helymeghatározó berendezések) rádiókommunikációs rendszerek.

A navigációs és helymeghatározó rendszerek széles körű bevezetése, a megfelelő berendezések széles körű telepítése az orosz mobilhálózatokba a működő adók, járőrök, járművek és egyéb, a bűnüldöző szervek érdeklődésére számot tartó objektumok elhelyezkedésének meghatározására és folyamatos ellenőrzésére, jelentősen kibővítheti a a bűnüldözési tevékenységek képességei.

A műholdas navigációs rendszerekkel történő helymeghatározás alapelve a műholdak referenciapontként történő használata.

A földi vevő szélességi és hosszúsági fokának meghatározásához a vevőnek legalább három műhold jeleit kell vennie, és ismernie kell azok koordinátáit, valamint a műholdak és a vevő közötti távolságot (6.8. ábra). A koordinátákat a Föld középpontjához viszonyítva mérjük, amelynek koordinátája (0, 0, 0).

A műhold és a vevő közötti távolságot a jel mért terjedési idejéből számítják ki. Ezeket a számításokat nem nehéz elvégezni, hiszen köztudott, hogy az elektromágneses hullámok fénysebességgel terjednek. Ha három műhold koordinátái és a vevőtől való távolságok ismertek, akkor a vevő két lehetséges hely közül az egyiket tudja kiszámítani a térben (1. és 2. pont a 6.8. ábrán). Általában a vevő meg tudja határozni, hogy e két pont közül melyik az érvényes, mivel az egyik helyértéknek nincs értelme.

Rizs. 6.8. Helymeghatározás három műhold jelei alapján

A gyakorlatban az időkülönbség mérések pontosságát befolyásoló generátor órahibájának kiküszöböléséhez ismerni kell a negyedik műhold helyét és távolságát (6.9. ábra).

Rizs. 6.9. Helymeghatározás négy műhold jelei alapján

Jelenleg két műholdas navigációs rendszer létezik és aktívan használják - a GLONASS és a GPS.

A műholdas navigációs rendszerek három összetevőből állnak (6.10. ábra):

• űrszegmens, amely magában foglalja a mesterséges földi műholdak (más szóval a navigációs űrhajók) orbitális konstellációját;
• vezérlő szegmens, földi irányító komplexum (GCU) űrhajók orbitális konstellációjához;
• rendszer felhasználói berendezései.

Rizs. 6.10. Műholdas navigációs rendszerek összetétele

A GLONASS rendszer űrszegmensét 24 navigációs űrhajó (NSV) alkotja, amelyek körpályán helyezkednek el, 19 100 km magassággal, 64,5°-os dőléssel és 11 óra 15 perces keringési periódussal három pályasíkban (6.11. ábra). Minden pályasíkon 8 műhold található, amelyeknek egyenletes szélességi eltolódása 45°.

A GPS navigációs rendszer űrszegmense 24 fő műholdból és 3 tartalék műholdból áll. A műholdak hat körpályán helyezkednek el, körülbelül 20 000 km magasságban, 55°-os dőlésszöggel, 60°-onként egyenletesen elosztva a hosszúságban.

Rizs. 6.11. GLONASS és GPS műholdak pályája

A GLONASS rendszer földi vezérlési komplex szegmense a következő funkciókat látja el:

• efemerisz és idő-frekvencia támogatás;
• rádiónavigációs terepi megfigyelés;
• műholdak rádiótelemetriai megfigyelése;
• a műhold irányítása és rádióvezérlése.

A különböző műholdak időskáláinak a szükséges pontosságú szinkronizálására a műhold fedélzetén cézium frekvenciaszabványokat használnak, amelyek relatív instabilitása 10-13 s nagyságrendű. A földi vezérlőkomplexum 10-14 s relatív instabilitású hidrogénstandardot használ. Ezenkívül az NKU tartalmaz eszközöket a műhold időskáláinak a referenciaskálához viszonyított korrekciójára 3-5 ns hibával.

A földi szegmens efemerisz támogatást nyújt a műholdaknak. Ez azt jelenti, hogy a műhold mozgási paramétereit a földön határozzák meg, és ezeknek a paramétereknek az értékeit előre meghatározott időtartamra előrejelzik. A paramétereket és azok előrejelzését a műhold által a navigációs jel továbbításával együtt továbbított navigációs üzenet tartalmazza. Ez magában foglalja a műhold fedélzeti időskálájának idő-frekvencia korrekcióit is a rendszeridőhöz képest. A műhold mozgási paramétereinek mérése és előrejelzése a rendszer ballisztikus központjában történik a műhold távolságának és sugárirányú sebességének pályaméréseinek eredményei alapján.

A rendszer felhasználói berendezései olyan rádiótechnikai eszközök, amelyeket a navigációs űrhajóktól érkező rádiónavigációs jelek fogadására és feldolgozására terveztek a térbeli koordináták, a mozgási sebességvektor összetevőinek és a globális navigációs műholdrendszer felhasználójának időskáláinak korrekciója érdekében.

A vevő határozza meg a fogyasztó helyét, aki az összes megfigyelt műhold közül kiválasztja a navigációs pontosság biztosítása szempontjából legkedvezőbbet. A kiválasztott műholdakhoz mért távolságok alapján meghatározza a fogyasztó hosszúsági, szélességi és magassági fokát, valamint mozgásának paramétereit: irányt és sebességet. A kapott adatok digitális koordináták formájában jelennek meg a kijelzőn, vagy egy korábban a vevőre másolt térképen jelennek meg.

A műholdas navigációs rendszerek vevői passzívak, pl. nem adnak ki jeleket és nincs visszatérő kommunikációs csatornájuk. Ez lehetővé teszi, hogy korlátlan számú fogyasztója legyen a navigációs kommunikációs rendszereknek.

Mára széles körben elterjedtek az objektumok mozgásának megfigyelésére szolgáló, műholdas navigációs rendszereken alapuló rendszerek. Egy ilyen rendszer felépítése az ábrán látható. 6.12.

Rizs. 6.12. Monitoring rendszer felépítése

A nyomkövető objektumokra telepített navigációs vevők fogadják a műholdak jeleit, és kiszámítják azok koordinátáit. Mivel azonban a navigációs vevők passzív eszközök, a rendszernek biztosítania kell egy rendszert a számított koordináták továbbítására a megfigyelőközpont felé. VHF rádiómodemek, GSM/GPRS/EDGE modemek (2G hálózatok), UMTS/HSDPA protokollt használó harmadik generációs hálózatok, CDMA modemek, műholdas kommunikációs rendszerek stb. szolgálhatnak a megfigyelési objektum koordinátáira vonatkozó adatok továbbítására.

A műholdas navigációs és megfigyelőrendszer megfigyelő központja olyan objektumok megfigyelésére szolgál, amelyekre navigációs és kommunikációs berendezések vannak felszerelve (tartalmazott), hogy figyelemmel kísérje annak egyedi paramétereit (hely, sebesség, mozgás iránya), és döntéseket hozzon bizonyos műveletekről.

A felügyeleti központ szoftveres és hardveres információfeldolgozó eszközöket tartalmaz, amelyek:

• megfigyelési objektumokból származó információk fogadása, feldolgozása és tárolása;
• a megfigyelési objektumok elhelyezkedésére vonatkozó információk megjelenítése a terület elektronikus térképén.

A belügyi szervek navigációs és felügyeleti rendszere a következő feladatokat oldja meg:

• a szolgálati helyek személyzete általi automatizált ellenőrzés biztosítása a jármű személyzetének elhelyezése felett;
• a szolgálati hely személyzetének tájékoztatása a járművek elhelyezkedéséről a vezetői döntések meghozatalához a felelősségi körben bekövetkező eseményekre való gyors reagálás megszervezése során;
• grafikus formátumú információk megjelenítése a járművek helyzetéről és egyéb szolgáltatási információkról a kezelő automatizált munkaállomásán;
• archívum kialakítása és tárolása a járműszemélyzet mozgási útvonalairól szolgáltatásuk során;
• statisztikai jelentés kiadása a szolgálati műszakban kötelező erők és eszközök bevetésének normáinak teljesítéséről, az erők és eszközök alkalmazásának hatékonyságának összefoglaló paramétereiről, a felelősségi körök feletti ellenőrzés mutatóiról.

Az Orosz Belügyminisztérium egységek járművei fedélzeti berendezéseitől a szolgálati helyekre a rendszer részeként a felügyeleti információk továbbításának magas megbízhatósága és megbízhatósága érdekében biztonsági adatátviteli csatornát kell használni, amely használva, mint