Amerikansk navigasjonssystem. Nyhets- og analytisk portal "elektronikk tid". Historien om systemutviklingen

Å bestemme posisjonen din, både på land og til havs, i en skog eller i en by, er et spørsmål som er like relevant i dag som det har vært de siste århundrene. Tiden for oppdagelsen av radiobølger forenklet navigasjonsoppgaven betydelig og åpnet nye utsikter for menneskeheten på mange områder av liv og aktivitet, og med oppdagelsen av muligheten for å erobre verdensrommet, ble det gjort et stort gjennombrudd innen bestemme koordinatene til et objekts plassering på jorden. For å bestemme koordinater brukes et satellittnavigasjonssystem, som mottar nødvendig informasjon fra satellitter som befinner seg i bane.

Nå er det to globale koordinatbestemmelsessystemer i verden – det russiske GLONASS og det amerikanske NavStar, bedre kjent som GPS (en forkortelse for navnet Global Position System – globalt posisjoneringssystem).

GLONASS-satellittnavigasjonssystemet ble oppfunnet i Sovjetunionen tidlig på 80-tallet av forrige århundre og de første testene fant sted i 1982. Det ble utviklet etter ordre fra Forsvarsdepartementet og var spesialisert for operativ global navigering av objekter i bevegelse på bakken. .

Det amerikanske GPS-navigasjonssystemet ligner i struktur, formål og funksjonalitet til GLONASS og ble også utviklet etter ordre fra USAs forsvarsdepartement. Den har evnen til å nøyaktig bestemme både koordinatene til et bakkeobjekt og utføre tids- og hastighetsreferanser. NavStar har 24 navigasjonssatellitter i bane, og gir et kontinuerlig navigasjonsfelt over hele jordens overflate.

Mottakerindikatoren til et satellittnavigasjonssystem (GPS-navigator eller) mottar signaler fra satellitter, måler avstander til dem, og bruk av de målte områdene løser problemet med å bestemme koordinatene - breddegrad, lengdegrad og, når du mottar signaler fra 4 eller flere satellitter - høyde over havet, hastighet, retning (kurs), tilbakelagt distanse. Navigatoren inkluderer en mottaker for å motta signaler, en datamaskin for å behandle dem og navigasjonsberegninger, et display for visning av navigasjons- og serviceinformasjon, og et tastatur for å kontrollere driften av enheten.

Disse mottakerne er designet for permanent installasjon i styrehus og instrumentpaneler. Deres hovedtrekk er: tilstedeværelsen av en ekstern antenne og strøm fra en ekstern DC-kilde. De har vanligvis store monokrome flytende krystallskjermer med alfanumerisk og grafisk visning av informasjon.

:

Kompakt, vanntett, høyytelses GPS/DGPS/WAAS-mottaker designet for små båter. Denne GPS-mottakeren fra selskapet er i stand til å motta og behandle ytterligere DGPS/WAAS differensialkorreksjonssignaler. Denne egenskapen tillater nøyaktighet bedre enn 5 meter når du mottar korreksjoner fra et beacon eller WAAS geostasjonære satellitter.

Ny (D)GPS-navigator med innebygd differensialkorreksjonsmottaker. Baneleggingsteknologi lar deg lage langdistanseruter nøyaktig. Det er mulig å velge et rhoxodromic kurs (RL) for korte distanser og et ortodromic kurs (GC) for lange distanser.

Med stiplanleggingsteknologi kan du nøyaktig lage langdistanseruter. Det er mulig å velge et rhoxodromic kurs (RL) for korte distanser og et ortodromic kurs (GC) for lange distanser.

Faste mottakere har bred funksjonalitet, spesielt profesjonelle enheter for marin bruk. De har en stor mengde minne, evnen til å løse ulike navigasjonsproblemer, og grensesnittet deres tillater inkludering i fartøyets navigasjonssystem.

:

Dette er en moderne mottakerindikator for GLONASS/GPS satellittnavigasjonssystemer designet for fartøy av alle typer.

Utviklet av spesialister fra Radio Complex-selskapet ved å bruke de siste prestasjonene innen marin navigasjon. RK-2006 har evnen til å motta signaler fra allerede utplasserte satellittkonstellasjoner, som GLONASS og GPS, men også fra lovende europeiske og asiatiske posisjoneringssystemer, dette tillater, med økt støyimmunitet og beskyttelse mot svikt i ethvert system, å bestemme koordinatene av fartøyet og dets kurs og hastighet.

Mottaker av globale navigasjonssatellittsystemer GPS og GLONASS, fra den sørkoreanske produsenten av marint radionavigasjonsutstyr Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Når du bruker GLONASS og GPS i kombinerte mottakere (nesten alle GLONASS-mottakere er kombinert), er nøyaktigheten av å bestemme koordinater nesten alltid "utmerket" på grunn av det store antallet synlige romfartøyer og deres gode relative posisjon.

Viser navigasjonsinformasjon

GLONASS/GPS-mottakere bruker to metoder for å vise informasjon: alfanumerisk og grafisk (noen ganger brukes begrepet "pseudografisk").

Den alfanumeriske metoden for å vise den mottatte informasjonen bruker:

• tall (koordinater, hastighet, tilbakelagt distanse osv.)
• bokstavkombinasjoner som forklarer digitale data - vanligvis forkortelser av setninger (for eksempel MOV - "Man over bord" eller, på russisk, "Man over bord!"
• ordforkortelser (for eksempel SPD - hastighet, TRK - Spor), navn på veipunkt. Alfanumerisk visning av informasjon i sin rene form ble brukt i den innledende fasen av utviklingen av GPS-teknologi.

Den grafiske visningsmetoden utføres ved hjelp av bilder dannet på skjermen, som representerer arten av bevegelsen til transportøren (skip, bil, person). Grafikken i enheter fra forskjellige selskaper er nesten den samme og varierer som regel i detaljer. De vanligste designene er:

• elektronisk kompass (må ikke forveksles med magnetisk!)
• grafisk bevegelsesindikator
• trafikkvei, ruter
• symboler for veipunkter
• skipskoordinater
• retning til veipunkt
• hastighet

Kjennetegn:

Nøyaktighet av plasseringskoordinater

Nøyaktigheten av å bestemme koordinatene til et sted er en grunnleggende indikator for ethvert navigasjonssystem, hvis verdi vil avgjøre hvor riktig skipet vil følge den lagte ruten og om det ikke vil treffe nærliggende stimer eller steiner.

Nøyaktigheten til instrumenter vurderes vanligvis ut fra verdien av root mean square error (RMS) - intervallet som 72 % av målingene faller i, eller ved maksimal feil tilsvarende 95 %. De fleste produsenter anslår standardavviket til sine GPS-mottakere til 25 meter, noe som tilsvarer en maksimal feil på 50 meter.

Navigasjonsegenskaper

Navigasjonsmulighetene til GLONASS/GPS-mottakere er preget av antall veipunkter, ruter og veipunkter som er lagret av enheten. Med veipunkter mener vi karakteristiske punkter på overflaten som brukes til navigasjon.Moderne kan lage og lagre, avhengig av modell, fra 500 til 5000 veipunkter og 20–50 ruter med 20–30 punkter hver.

I tillegg til veipunkter har enhver mottaker en tilførsel av punkter for registrering og lagring av reist rute. Dette tallet kan nå fra 1000 til flere titusenvis av poeng hos profesjonelle navigatører. Den registrerte ruten kan brukes til å navigere tilbake langs den.

Antall satellitter som spores samtidig

Denne indikatoren karakteriserer stabiliteten til navigatoren og dens evne til å gi den høyeste nøyaktigheten. Med tanke på det faktum at for å bestemme to posisjonskoordinater - lengdegrad og breddegrad - må du spore 3 satellitter samtidig, og for å bestemme høyde - fire. Moderne GLONASS/GPS-navigatorer, selv bærbare, har 8- eller 12-kanals mottakere som samtidig kan motta og spore signaler fra henholdsvis opptil 8 eller 12 satellitter.

I dag skal vi snakke om hva GPS er og hvordan dette systemet fungerer. La oss ta hensyn til utviklingen av denne teknologien og dens funksjonelle funksjoner. Vi vil også diskutere hvilken rolle interaktive kart spiller i driften av systemet.

Historien om GPS

Historien om fremveksten av det globale posisjoneringssystemet, eller bestemmelse av koordinater, begynte i USA tilbake på de fjerne 50-tallet med lanseringen av den første sovjetiske satellitten i verdensrommet. Et team av amerikanske forskere som overvåket oppskytingen la merke til at etter hvert som satellitten beveget seg bort, endret den gradvis signalfrekvensen. Etter en dyp analyse av dataene kom de til den konklusjon at ved hjelp av en satellitt, mer detaljert, dens plassering og utsendte signal, er det mulig å nøyaktig bestemme plasseringen og bevegelseshastigheten til en person på jorden, som så vel som omvendt, hastigheten og plasseringen av satellitten i bane når man bestemmer de eksakte menneskelige koordinatene. På slutten av syttitallet lanserte det amerikanske forsvarsdepartementet GPS-systemet til egne formål, og noen år senere ble det tilgjengelig for sivilt bruk. Hvordan fungerer GPS-systemet nå? Akkurat slik det fungerte på den tiden, etter samme prinsipper og grunnlag.

Satellittnettverk

Mer enn tjuefire satellitter i jordbane sender radiobindingssignaler. Antall satellitter varierer, men det er alltid nødvendig antall i bane for å sikre uavbrutt drift, pluss at noen av dem er i reserve slik at hvis de første bryter sammen, vil de overta funksjonene deres. Siden levetiden til hver av dem er omtrent 10 år, lanseres nye, moderniserte versjoner. Satellittene roterer i seks baner rundt jorden i en høyde på mindre enn 20 tusen km, det danner et sammenkoblet nettverk kontrollert av GPS-stasjoner. Sistnevnte ligger på tropiske øyer og er knyttet til hovedkoordinasjonssenteret i USA.

Hvordan fungerer en GPS-navigator?

Takket være dette nettverket kan du finne ut hvor du befinner deg ved å beregne forsinkelsen til signalet fra satellittene, og ved å bruke denne informasjonen bestemme koordinatene. Hvordan fungerer GPS-systemet nå? Som ethvert romlig navigasjonsnettverk er det helt gratis. Den fungerer med høy effektivitet under alle værforhold og når som helst på dagen. Det eneste kjøpet du bør ha er selve GPS-en eller en enhet som støtter GPS-funksjonalitet. Egentlig er prinsippet for drift av navigatoren basert på et lenge brukt enkelt navigasjonsskjema: hvis du vet nøyaktig hvor markørobjektet som er best egnet for rollen som et landemerke er plassert, og avstanden fra det til deg , tegn en sirkel der du angir posisjonen din med en prikk. Hvis radiusen til sirkelen er stor, erstatt den med en rett linje. Tegn flere slike striper fra din mulige plassering mot markørene; skjæringspunktet mellom linjene vil indikere koordinatene dine på kartet. De ovennevnte satellittene i dette tilfellet spiller rollen som disse markørobjektene med en avstand fra din plassering på omtrent 18 tusen km. Selv om de roterer i bane med enorm hastighet, overvåkes deres plassering konstant. Hver navigator har en GPS-mottaker, som er programmert til ønsket frekvens og er i direkte interaksjon med satellitten. Hvert radiosignal inneholder en viss mengde kodet informasjon, som inkluderer informasjon om satellittens tekniske tilstand, dens plassering i jordens bane og tidssone (nøyaktig tid). Forresten, informasjon om det nøyaktige tidspunktet er det mest nødvendige for å få data om koordinatene dine: den pågående beregningen av tidslengden mellom utgivelsen og mottaket av radiosignalet multipliseres med hastigheten til selve radiobølgen, og med kortsiktige beregninger avstanden mellom navigasjonsenheten og satellitten i bane beregnes.

Synkroniseringsvansker

Basert på dette navigasjonsprinsippet kan det antas at for nøyaktig å bestemme koordinatene dine, trenger du kanskje bare to satellitter, basert på signalene som det vil være lett å finne skjæringspunktet, og til slutt stedet der du er . Men dessverre krever tekniske årsaker bruk av en annen satellitt som markør. Hovedproblemet er klokken til GPS-mottakeren, som ikke tillater tilstrekkelig synkronisering med satellitter. Grunnen til dette er forskjellen i tidsvisning (på navigatoren og i rommet). Satellittene har dyre atombaserte klokker av høy kvalitet, som lar dem holde oversikt over tiden med ekstrem nøyaktighet, mens det rett og slett er umulig å bruke slike kronometre på konvensjonelle mottakere, siden dimensjonene, kostnadene og kompleksiteten av operasjonen ikke ville la dem brukes overalt. Selv en liten feil på 0,001 sekunder kan flytte koordinatene med mer enn 200 km til siden!

Tredje markør

Så utviklerne bestemte seg for å forlate den vanlige teknologien til kvartsklokker i GPS-navigatorer og ta en annen vei, for å være mer presis - å bruke i stedet for to satellittlandemerker - henholdsvis tre samme antall linjer for påfølgende kryss. Løsningen på problemet er basert på en genialt enkel løsning: når alle linjene fra de tre utpekte markørene krysser hverandre, selv med mulige unøyaktigheter, opprettes en sone i form av en trekant, hvis sentrum tas som midten - posisjonen din. Dette lar deg også identifisere forskjellen i tid mellom mottakeren og alle tre satellittene (hvor forskjellen vil være den samme), som lar deg korrigere skjæringspunktet mellom linjene nøyaktig i midten; med andre ord, dette bestemmer din GPS-koordinater.

Én frekvens

Det bør også bemerkes at alle satellitter sender informasjon til enheten din på samme frekvens, noe som er ganske uvanlig. Hvordan fungerer en GPS-navigator og hvordan oppfatter den all informasjon riktig hvis alle satellitter kontinuerlig og samtidig sender informasjon til den? Alt er ganske enkelt. For å identifisere seg sender sendere på satellitten også standardinformasjon i radiosignalet, som inneholder en kryptert kode. Den rapporterer de maksimale egenskapene til satellitten og legges inn i databasen til enheten din, som deretter lar deg sammenligne dataene fra satellitten med navigatordatabasen. Selv med et stort antall satellitter innen rekkevidde, kan de identifiseres veldig raskt og enkelt. Alt dette forenkler hele ordningen og tillater bruk av mindre og svakere mottaksantenner i GPS-navigatorer, noe som reduserer kostnadene og reduserer utformingen og dimensjonene til enhetene.

GPS-kart

GPS-kart lastes ned til enheten din separat, slik at du kontrollerer terrenget du vil navigere. Systemet setter bare koordinatene dine på planeten, og funksjonen til kartene er å gjenskape en grafisk versjon på skjermen der koordinatene er plottet, som lar deg navigere i området. Hvordan fungerer GPS i dette tilfellet? Gratis, det fortsetter å forbli i denne statusen; kort i noen nettbutikker (og ikke bare) betales fortsatt. Ofte opprettes separate applikasjoner for arbeid med kart for en enhet med GPS-navigator: både betalt og gratis. Variasjonen av kart er hyggelig overraskende og lar deg sette opp veien fra punkt A til punkt B så informativt som mulig og med alle bekvemmeligheter: hvilke severdigheter du vil passere, den korteste ruten til destinasjonen din, en stemmeassistent som indikerer retningen , og andre.

Ekstra GPS-utstyr

GPS-systemet brukes ikke bare for å vise deg den rette veien. Den lar deg overvåke et objekt som kan ha en såkalt beacon eller GPS-tracker på seg. Den består av en signalmottaker i seg selv og en sender basert på gsm, 3gp eller andre kommunikasjonsprotokoller for overføring av informasjon om plasseringen av et objekt til servicesentre som utfører kontroll. De brukes i mange bransjer: sikkerhet, medisinsk, forsikring, transport og mange andre. Det finnes også biltrackere som kobles eksklusivt til bilen.

Reise uten problemer

Hver dag går betydningen av kartet og det permanente kompasset lenger inn i fortiden. Moderne teknologier lar en person bane vei for reisen sin med minimalt tap av tid, krefter og penger, mens han fortsatt ser de mest spennende og interessante stedene. Det som var science fiction for omtrent et århundre siden har blitt en realitet i dag, og nesten alle kan dra nytte av det: fra militært personell, sjømenn og flypiloter til turister og kurerer. Nå blir bruken av disse systemene for kommersielle, underholdnings- og reklamebransjene stor popularitet, der hver entreprenør kan indikere seg selv på det globale kartet over verden, og det vil ikke være vanskelig å finne ham i det hele tatt. Vi håper at denne artikkelen har hjulpet alle som er interessert i GPS - hvordan det fungerer, på hvilket prinsipp koordinater bestemmes, og hva dens styrker og svakheter er.

Opprettelsen av satellittnavigasjon dateres tilbake til 50-tallet. I det øyeblikket USSR lanserte den første kunstige jordsatellitten, observerte amerikanske forskere ledet av Richard Kershner signalet som kom fra den sovjetiske satellitten og oppdaget at frekvensen til det mottatte signalet øker når satellitten nærmer seg og avtar på grunn av Doppler-effekten. når den beveger seg bort. Essensen av oppdagelsen var at hvis du kjenner nøyaktig koordinatene dine på jorden, så blir det mulig å måle posisjonen til satellitten, og omvendt, ved å vite nøyaktig posisjonen til satellitten, kan du bestemme dine egne koordinater.

Denne ideen ble realisert 20 år senere. Den første testsatellitten ble skutt opp i bane 14. juli 1974 av USA, og den siste av alle 24 satellitter som trengs for å fullstendig dekke jordoverflaten ble skutt opp i bane i 1993, dermed Global Positioning System, eller GPS for kort, kom i tjeneste. Det ble mulig å bruke GPS til å nøyaktig peke missiler mot stasjonære og deretter bevegelige objekter i luften og på bakken. Ved hjelp av et system innebygd i satellitter ble det også mulig å oppdage kraftige kjernefysiske ladninger på overflaten av planeten.

I utgangspunktet ble GPS, et globalt posisjoneringssystem, utviklet som et rent militært prosjekt. Men etter at et Korean Airlines-fly med 269 passasjerer om bord ble skutt ned i 1983, tillot USAs president Ronald Reagan delvis bruk av navigasjonssystemet til sivile formål. Tonehøyden ble redusert med en spesiell algoritme.

Da dukket det opp informasjon om at noen selskaper hadde dechiffrert nøyaktighetsreduksjonsalgoritmen og kompenserte med hell for denne komponenten av feilen, og i 2000 ble denne nøyaktighetsgrovningen kansellert ved dekret fra den amerikanske presidenten.

1. Satellittnavigasjonssystem

Satellittnavigasjonssystem– et komplekst elektronisk teknisk system, bestående av et sett med bakke- og romutstyr, designet for å bestemme plasseringen (geografiske koordinater og høyde), samt bevegelsesparametere (hastighet og bevegelsesretning osv.) for bakke, vann og luft gjenstander.

1.1 Hva er GPS?

GPS-satellittnavigasjonssystemet ble opprinnelig utviklet av USA for militær bruk. Et annet kjent navn for systemet er "NAVSTAR". Navnet "GPS", som allerede har blitt et vanlig substantiv, er en forkortelse for Global Positioning System, som oversettes som Global Navigation System. Dette navnet karakteriserer til fulle formålet med systemet - å gi navigasjon over hele kloden. Ikke bare på land, men også til havs og i luften. Ved å bruke GPS-navigasjonssignaler kan enhver bruker bestemme sin nåværende posisjon med høy nøyaktighet.

Denne nøyaktigheten ble i stor grad muliggjort takket være grepene fra den amerikanske regjeringen, som i 2000 gjorde GPS-systemet tilgjengelig og åpent for sivile brukere. La oss huske at tidligere, ved bruk av en spesiell selektiv tilgangsmodus (SA - Selective Availability), ble forvrengninger introdusert i det overførte signalet, noe som reduserte posisjoneringsnøyaktigheten til 70-100 meter. Siden 1. mai 2000 har denne modusen vært deaktivert og nøyaktigheten har økt til 3–10 meter.

Faktisk ga denne begivenheten en kraftig drivkraft til utviklingen av husholdnings GPS-navigasjonsutstyr, reduserte kostnadene og populariserte det aktivt blant vanlige brukere. For tiden brukes GPS-mottakere av ulike typer aktivt i alle områder av menneskelig aktivitet, fra vanlig navigasjon til personlig kontroll og spennende spill som " Geocaching" I følge resultatene fra mange studier gir bruk av GPS-navigasjonssystemer en stor økonomisk effekt for den globale økonomien og miljøet - trafikksikkerheten øker, veisituasjonen forbedres, drivstofforbruket reduseres, og mengden skadelige utslipp til atmosfæren reduseres. .

Den økende avhengigheten av den europeiske økonomien av GPS-systemet, og som et resultat av den amerikanske administrasjonen, tvang Europa til å begynne å utvikle sitt eget navigasjonssystem - Galilleo. Det nye systemet ligner på mange måter GPS-systemet.

2. Sammensetning av GPS-systemet

2.1 Space segment

Romsegmentet til GPS-systemet består av en orbital konstellasjon av satellitter som sender ut navigasjonssignaler. Satellittene befinner seg i 6 baner i en høyde på ca. 20 000 km. Satellittenes omløpsperiode er 12 timer og hastigheten er ca. 3 km/s. Hver dag gjør altså hver satellitt to hele omdreininger rundt jorden.

Den første satellitten ble skutt opp i februar 1978. Dens størrelse med åpne solcellepaneler var 5 meter, og vekten var mer enn 900 kg. Dette var satellitten til den første modifikasjonen av GPS-I. I løpet av de siste 30 årene har flere modifikasjoner av GPS-satellitter endret seg i bane: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. Under moderniseringsprosessen ble vekten av satellittene redusert, stabiliteten til klokkene om bord ble forbedret, og påliteligheten økte.

GPS-satellitter sender tre navigasjonssignaler på to frekvenser L1 og L2. Det «sivile» C/A-signalet, sendt på L1-frekvensen (1575,42 MHz), er tilgjengelig for alle brukere og gir posisjoneringsnøyaktighet på 3–10 meter. Høypresisjon "militær" P-kode sendes ved frekvensene L1 og L2 (1227,60 MHz) og dens nøyaktighet er en størrelsesorden høyere enn det "sivile" signalet. Bruken av et signal som sendes med to forskjellige frekvenser gjør det også mulig å delvis kompensere for ionosfæriske forsinkelser.

Den siste modifikasjonen av GPS IIR-M-satellittene implementerer et nytt "sivilt" L2C-signal, designet for å øke nøyaktigheten til GPS-målinger.

Identifikasjon av navigasjonssignaler utføres med et nummer som tilsvarer en "pseudo-støykode", unik for hver satellitt. Den tekniske spesifikasjonen til GPS-systemet inneholdt i utgangspunktet 32 ​​koder. På utviklingsstadiet av systemet og den første driftsperioden var det planlagt at antallet arbeidssatellitter ikke skulle overstige 24. Gratiskoder ble tildelt for nye GPS-satellitter ved igangsettingsstadiet. Og dette beløpet var nok for normal funksjon av systemet. Men for tiden er det allerede 32 satellitter i bane, hvorav 31 opererer i driftsmodus, og sender et navigasjonssignal til jorden.

"Redundansen" til satellitter lar brukeren beregne posisjonen under forhold der "synligheten" til himmelen er begrenset av høyhus, trær eller fjell.

2.2 Bakkesegment

Bakkesegmentet til GPS-systemet består av 5 kontrollstasjoner og en hovedkontrollstasjon plassert ved amerikanske militærbaser - på øyene Kwajalein og Hawaii i Stillehavet, på Ascension Island, på Diego Garcia Island i Det indiske hav og i Colorado Springs, de overførte til Figur 1.Oppgavene til overvåkingsstasjoner inkluderer å motta og måle navigasjonssignaler som kommer fra GPS-satellitter, beregne ulike typer feil og overføre disse dataene til kontrollstasjonen. Felles behandling av de mottatte dataene gjør det mulig å beregne avviket til satellittbaner fra gitte baner, tidsforskyvninger av innebygde klokker og feil i navigasjonsmeldinger. Overvåking av statusen til GPS-satellitter skjer nesten kontinuerlig. "Nedlasting" av navigasjonsdata, bestående av forutsagte baner og klokkekorrigeringer for hver av satellittene, utføres hver 24. time, i det øyeblikket den er i tilgangssonen til kontrollstasjonen.

I tillegg til bakkebaserte GPS-stasjoner er det flere private og offentlige sporingsnettverk som måler GPS-navigasjonssignaler for å bestemme atmosfæriske forhold og satellittbaner.

Bilde 1

2.3 Brukerutstyr

Brukerutstyr refererer til navigasjonsmottakere som bruker signaler fra GPS-satellitter for å beregne gjeldende posisjon, hastighet og tid. Brukerutstyr kan deles inn i "husholdning" og "profesjonelt". På mange måter er denne inndelingen vilkårlig, siden det noen ganger er ganske vanskelig å bestemme hvilken kategori en GPS-mottaker skal klassifiseres i og hvilke kriterier som skal brukes. Det er en hel klasse med GPS-navigatorer som brukes til fotturer, bilreiser, fiske osv. Det er luftfart og marine navigasjonssystemer, som ofte er en del av komplekse navigasjonssystemer. Nylig har GPS-brikker blitt utbredt og er integrert i PDAer, telefoner og andre mobile enheter.

Derfor i navigasjon O Oppdelingen av GPS-mottakere i "kode" og "fase" har blitt mer utbredt. I det første tilfellet brukes informasjon som sendes i navigasjonsmeldinger til å beregne posisjonen. De fleste rimelige GPS-navigatorene, som koster $100–2000, faller inn i denne kategorien.

Den andre kategorien av GPS-navigasjonsmottakere bruker ikke bare dataene i navigasjonsmeldinger, men også fasen til bæresignalet. I de fleste tilfeller er dette kostbare geodetiske enkelt- og dobbelfrekvensmottakere (L1 og L2) som er i stand til å beregne posisjon med en relativ nøyaktighet på flere centimeter og til og med millimeter. Denne nøyaktigheten oppnås i RTK-modus ved felles behandling av GPS-mottakermålinger og basestasjonsdata. Kostnaden for slike enheter kan være titusenvis av dollar.

3. Arbeid GPS-navigator EN

Grunnprinsippet som ligger til grunn for hele GPS-systemet er enkelt og har lenge vært brukt til navigasjon og orientering: hvis du vet den nøyaktige plasseringen av noe referansepunkt og avstanden til den, så kan du tegne en sirkel (i det tredimensjonale tilfellet, en kule) som posisjonspunktet skal være plassert på. I praksis, hvis den ovennevnte avstanden, dvs. radius er stor nok, så kan du erstatte sirkelbuen med et rett linjestykke. Hvis du tegner flere slike linjer som tilsvarer forskjellige referansepunkter, vil skjæringspunktet deres indikere plasseringen din. I GPS spilles rollen til slike referansepunkter av to dusin satellitter, som hver beveger seg i sin egen bane i en høyde på ~ 17 000 km over jordens overflate. Bevegelseshastigheten er veldig høy, men baneparametrene og deres nåværende plassering er kjent med høy nøyaktighet for datamaskinene ombord. En viktig del av enhver GPS-navigator er en konvensjonell mottaker som opererer på en fast frekvens og konstant "lytter" til signalene som sendes av disse satellittene. Hver av satellittene sender konstant ut et radiosignal, som inneholder data om parametrene for dens bane, tilstanden til utstyret ombord og nøyaktig tid. Av all denne informasjonen er data om nøyaktig innebygd tid den viktigste: GPS-mottakeren, ved hjelp av den innebygde prosessoren, beregner tidsintervallet mellom sending og mottak av signalet, og multipliserer det deretter med forplantningshastigheten til radio bølger osv. finner ut avstanden mellom satellitten og mottakeren.

Kanskje i dag er det ikke en eneste person som lever et aktivt liv som ikke vet om eksistensen av GPS-navigatorer. I løpet av de siste årene har disse enhetene utviklet seg fra et dyrt billeketøy til en pålitelig og uunnværlig reisefølge. Teknologisk fremgang har oversvømmet markedene med slike systemer i en slik grad at alle nå kan teste i aksjon hva en GPS-navigator er, og finne en modell som passer deres behov og økonomiske muligheter.

Utvilsomt er nesten hver bilist kjent med situasjonen når du rett og slett ikke kan klare deg uten et kart på veien. Nå trekker veiatlassene tilbake i bakgrunnen, og det er fornuftig å bare ha dem med seg som reserve - i tilfelle (hvis elektronikken svikter).

Hvorfor trenger du en GPS-navigator?

Hovedfunksjonen til en GPS-navigator er å bestemme din nøyaktige posisjon. På fargemonitoren vil den vise et detaljert kart over området, gater, adresser til butikker, bensinstasjoner, attraksjoner og andre gjenstander som er nødvendige for bilisten. I tillegg vil enheten velge den optimale ruten og til og med guide deg langs den, og advare deg om mulige hindringer underveis. Gikk du glipp av høyresvingen? Ingen grunn til panikk! Bilens GPS-navigator vil raskt beregne og indikere en alternativ rute til destinasjonen. Og for å hindre at sjåføren blir distrahert, har nesten hver utvikling de siste årene et talegrensesnitt som varsler på russisk om en kommende sving eller ruteendring.

Hovedfunksjoner

Hvis din GPS-navigasjonsenhet er utstyrt med en funksjon for å analysere informasjon om trafikkstrømmer og trafikkbelastning, så er du garantert muligheten til best mulig å unngå veihindringer. Dette er spesielt nyttig når du krysser ukjente byer.

GPS-navigator gjør kjøring om natten enklere. Den varsler på forhånd om hver kommende sving, sving og stigning, slik at føreren kan reagere i tide på endringer i veiterrenget.

Et av de alvorlige problemene når du kjører på en ukjent motorvei med høy hastighet, er det foreløpige valget av et kjørefelt for den påfølgende avkjøringen i riktig retning. En perfekt GPS-navigator vil enkelt fortelle deg hvor og inn i hvilket kjørefelt du bør bytte felt.

En annen unik evne til en GPS-navigator er muligheten til å se veiskilt og varsle om deres tilstedeværelse i tide. Så et ubehagelig møte med trafikkpolitiet kan unngås hvis et viktig skilt ved et uhell blir ubemerket av deg.

Hva er bedre?

Mange stiller ofte spørsmålet: "Hvorfor kjøpe en bil GPS-navigator hvis mobiltelefonen min (kommunikatoren) allerede har alle funksjonene for å kommunisere med en satellitt?" Spørsmålet er ganske passende, med tanke på at det som regel stilles av folk som aldri har kjørt.

Den største fordelen med en separat bilnavigator er brukervennlighet takket være den store skjermen. Enig i at å se på veien med det ene øyet og se på en fem-tommers smarttelefon med det andre ikke er helt behagelig, og til og med utrygt. Det er hyggelig å høre omsorgsfulle meldinger fra telefonsvareren din, men det er mye bedre å visualisere bildet av stien tydelig, når du kan se hvor du er og hva som ligger foran deg. Berøringsgrensesnittet lar deg kontrollere programmet ved å skyve fingeren over skjermen uten å ta øynene fra den. Selvfølgelig har moderne kommunikatører og personlige digitale assistenter (PDAer) også denne muligheten. Og alt ville vært bra hvis det ikke var for den lille skjermen og den svakt følsomme GPS-modulen.

Den følsomme GPS-mottakeren med en kraftig antenne innebygd i bilnavigatoren lar deg mer pålitelig motta signaler fra satellitten langs hele ruten.

Hjertet til bilnavigatoren er en moderne prosessor spesialdesignet for slike systemer (SIRFatlas) og maksimalt optimalisert for analyse av satellittnavigasjonssignaler. Og dette lar deg i sin tur behandle mer omfattende informasjon, og vise på skjermen så små detaljer om området som mobiltelefonprosessoren ikke kan tyde.

Tilleggsfunksjoner

Den siste generasjonen bilnavigatorer kan fungere som en CCTV-kameramonitor, samt en TV-skjerm for å se på satellitt-TV. Lydutgangen kan kobles til et bilstereosystem, som lar deg tydelig lytte til telefonsvarerens navigasjonsmeldinger under alle støyforhold ved å justere volumet og tonen.

Hvis vi berørte en slik enhet som en GPS-navigator for en bil, vil det ikke være mulig å fullt ut beskrive dens evner som en enhet med en prosessor og en skjerm. Denne teknologien blir modernisert hver dag. Og det vil ikke være overraskende om bilnavigatoren snart vil være en kraftig datamaskin tilpasset bilen med funksjoner som vi bare kan gjette om.

Hvis komfort mens du reiser og selvtillit på veien er en viktig faktor for deg, så er en satellitt-GPS-navigator det du bør skaffe deg først. Tross alt gjør den moderne verdenen med en stor og romslig veiinfrastruktur livet vanskelig for sjåfører som er tvunget til å konstant overvåke veien, noen ganger under ekstreme nervøse spenninger. Kjøp en anstendig elektronisk guidebok til deg selv - og den en gang så stressende kjøreturen på overfylte motorveier vil bli til avslapning, og kanskje til og med til hyggelig underholdning.

Navigasjon er bestemmelse av koordinat-tidsparametere til objekter.

Det første effektive navigasjonsmiddelet var å bestemme plassering ved hjelp av synlige himmellegemer (sol, stjerner, måne). En annen enkel navigasjonsmetode er georeferering, dvs. fastsettelse av plassering i forhold til kjente landemerker (vanntårn, kraftledninger, motorveier og jernbaner, etc.).

Navigasjons- og posisjoneringssystemer er designet for å konstant overvåke plasseringen (tilstanden) til objekter. For tiden er det to klasser av navigasjons- og posisjoneringshjelpemidler: bakkebasert og rombasert.

Bakkebaserte systemer inkluderer stasjonære, transportable og bærbare systemer, komplekser, bakkerekognoseringsstasjoner og andre navigasjons- og posisjoneringsmidler. Prinsippet for deres operasjon er å kontrollere radioluften gjennom spesielle antenner koblet til skanneradiostasjoner, og å isolere radiosignaler som sendes ut av radiosendere av sporingsobjekter eller sendes ut av komplekset (stasjonen) selv og reflekteres fra sporingsobjektet eller fra en spesialbrikke eller kodet innebygd sensor (CBD) plassert på objektet. Ved bruk av denne typen tekniske midler er det mulig å få informasjon om plasseringskoordinatene, retningen og bevegelseshastigheten til det kontrollerte objektet. Hvis det er et spesielt merke eller CBD på sporingsobjektene, gjør identifikasjonsenheter koblet til systemene det mulig ikke bare å markere plasseringen av de kontrollerte objektene på et elektronisk kart, men også å skille dem deretter.

Romnavigasjon og posisjoneringssystemer er delt inn i to typer.

Den første typen romnavigasjons- og posisjoneringssystemer utmerker seg ved bruk av spesielle sensorer på mobile sporingsobjekter - mottakere av satellittnavigasjonssystemer som GLONASS (Russland) eller GPS (USA). Navigasjonsmottakere av bevegelige sporingsobjekter mottar et radiosignal fra navigasjonssystemet, som inneholder koordinatene (ephemeris) til satellittene i bane og tidsreferansen. Prosessoren til navigasjonsmottakeren, basert på data fra satellitter (minst tre), beregner den geografiske bredde- og lengdegraden til plasseringen (mottakeren). Denne informasjonen (geografiske koordinater) kan visualiseres både på selve navigasjonsmottakeren, hvis det er en informasjonsutgangsenhet (skjerm, monitor), og ved sporingspunktet, når den sendes fra navigasjonsmottakeren til et objekt i bevegelse via radiokommunikasjon (radial, konvensjonell, trunking, mobil, satellitt).

Den andre typen romnavigasjons- og posisjoneringssystemer utmerker seg ved å skanne mottak (peiling) i bane av signaler som kommer fra radiofyr som er installert ved sporingsobjektet. En satellitt som mottar signaler fra radiofyr, akkumulerer som regel først og sender deretter på et bestemt punkt i banen informasjon om sporingsobjekter til et bakkebasert databehandlingssenter. I dette tilfellet øker informasjonsleveringstiden litt.

Satellittnavigasjonssystemer lar deg:

• utføre kontinuerlig overvåking og sporing av bevegelige objekter;
• vis på avsenderens elektroniske kart koordinatene, ruten og bevegelseshastigheten til kontroll- og sporingsobjekter (med en nøyaktighet for å bestemme koordinater og høyde over havet opptil 100 m, og i differensialmodus - opptil 2...5 m) ;
• reagere umiddelbart på nødsituasjoner (endringer i de forventede parameterne ved kontroll- og sporingsobjektet eller i dets rute og tidsplan, SOS-signal, etc.);
• optimalisere ruter og bevegelsesplaner for kontroll- og sporingsobjekter.

For tiden kan funksjonene til spesialiserte navigasjons- og posisjoneringssystemer (automatisk sporing av gjeldende plassering av abonnentenheter, kommunikasjonsterminaler for å sikre roaming og levering av kommunikasjonstjenester) utføres med relativ nøyaktighet av satellitt og mobilnett (hvis basestasjonene har stedsbestemmelsesutstyr) radiokommunikasjonssystemer.

Den utbredte introduksjonen av navigasjons- og posisjoneringssystemer, den utbredte installasjonen av passende utstyr i russiske mobilnettverk for å bestemme og konstant overvåke plasseringen av fungerende sendere, patruljer, kjøretøy og andre objekter av interesse for rettshåndhevelsesbyråer, kan betydelig utvide kapasiteten til rettshåndhevelsesaktiviteter.

Det grunnleggende prinsippet for å bestemme plassering ved hjelp av satellittnavigasjonssystemer er å bruke satellitter som referansepunkter.

For å bestemme bredde- og lengdegraden til en bakkebasert mottaker, må mottakeren motta signaler fra minst tre satellitter og kjenne deres koordinater og avstanden fra satellittene til mottakeren (fig. 6.8). Koordinatene måles i forhold til jordens sentrum, som har koordinaten (0, 0, 0).

Avstanden fra satellitten til mottakeren beregnes ut fra den målte forplantningstiden til signalet. Disse beregningene er ikke vanskelige å utføre, siden det er kjent at elektromagnetiske bølger beveger seg med lysets hastighet. Hvis koordinatene til tre satellitter og avstandene fra dem til mottakeren er kjent, kan mottakeren beregne en av to mulige plasseringer i rommet (punkt 1 og 2 i fig. 6.8). Vanligvis kan mottakeren bestemme hvilket av disse to punktene som er gyldige, siden én plasseringsverdi har en meningsløs betydning.

Ris. 6.8. Bestemme plassering ved hjelp av signaler fra tre satellitter

I praksis, for å eliminere generatorklokkefeilen, som påvirker nøyaktigheten av tidsforskjellsmålinger, er det nødvendig å vite plasseringen og avstanden til den fjerde satellitten (fig. 6.9).

Ris. 6.9. Bestemme plassering ved hjelp av signaler fra fire satellitter

For tiden eksisterer to satellittnavigasjonssystemer og brukes aktivt - GLONASS og GPS.

Satellittnavigasjonssystemer inkluderer tre komponenter (fig. 6.10):

• romsegment, som inkluderer orbitalkonstellasjonen til kunstige jordsatellitter (med andre ord navigasjonsromfartøy);
• kontrollsegment, bakkekontrollkompleks (GCU) for banekonstellasjonen til romfartøy;
• systembrukerutstyr.

Ris. 6.10. Sammensetning av satellittnavigasjonssystemer

Romsegmentet til GLONASS-systemet består av 24 navigasjonsromfartøyer (NSV) plassert i sirkulære baner med en høyde på 19 100 km, en helning på 64,5° og en omløpsperiode på 11 timer og 15 minutter i tre baneplan (fig. 6.11). Hvert baneplan rommer 8 satellitter med en jevn breddegradsforskyvning på 45°.

Romsegmentet til GPS-navigasjonssystemet består av 24 hovedsatellitter og 3 reservesatellitter. Satellittene er plassert i seks sirkulære baner med en høyde på omtrent 20 000 km, en helning på 55°, jevnt fordelt i lengdegrad hver 60.°.

Ris. 6.11. Baner for GLONASS- og GPS-satellitter

Det komplekse bakkekontrollsegmentet til GLONASS-systemet utfører følgende funksjoner:

• ephemeris og tidsfrekvensstøtte;
• feltovervåking av radionavigasjon;
• radiotelemetrisk overvåking av satellitter;
• styre og programmere radiostyring av satellitten.

For å synkronisere tidsskalaene til forskjellige satellitter med nødvendig nøyaktighet, brukes cesiumfrekvensstandarder med en relativ ustabilitet i størrelsesorden 10 -13 s om bord på satellitten. Bakkekontrollkomplekset bruker en hydrogenstandard med en relativ ustabilitet på 10 -14 s. I tillegg inkluderer NKU midler for å korrigere satellitttidsskalaer i forhold til referanseskalaen med en feil på 3-5 ns.

Bakkesegmentet gir ephemeris-støtte til satellitter. Dette betyr at satellittbevegelsesparametrene bestemmes på bakken, og verdiene til disse parameterne er forutsagt for en forhåndsbestemt tidsperiode. Parametrene og deres prognose er inkludert i navigasjonsmeldingen som sendes av satellitten sammen med overføringen av navigasjonssignalet. Dette inkluderer også korrigeringer av tid og frekvens av satellittens innebygde tidsskala i forhold til systemtiden. Måling og prognose for bevegelsesparametrene til satellitten utføres i systemets ballistiske senter basert på resultatene av banemålinger av avstanden til satellitten og dens radielle hastighet.

Systembrukerutstyr er radiotekniske enheter designet for å motta og behandle radionavigasjonssignaler fra navigasjonsromfartøyer for å bestemme romlige koordinater, komponenter i bevegelseshastighetsvektoren og korrigering av tidsskalaene til brukeren av det globale navigasjonssatellittsystemet.

Mottakeren bestemmer plasseringen til forbrukeren, som velger de mest gunstige fra alle observerte satellitter når det gjelder å sikre navigasjonsnøyaktighet. Basert på avstandene til de valgte satellittene, bestemmer den forbrukerens lengdegrad, breddegrad og høyde, samt parametrene for bevegelsen: retning og hastighet. De mottatte dataene vises på displayet i form av digitale koordinater, eller vises på et kart som tidligere er kopiert til mottakeren.

Mottakere av satellittnavigasjonssystemer er passive, dvs. de sender ikke ut signaler og har ingen returkommunikasjonskanal. Dette lar deg ha et ubegrenset antall forbrukere avr.

Systemer for overvåking av objekters bevegelse basert på satellittnavigasjonssystemer har nå blitt utbredt. Strukturen til et slikt system er vist i fig. 6.12.

Ris. 6.12. Overvåkingssystemstruktur

Navigasjonsmottakere installert på sporingsobjekter mottar signaler fra satellitter og beregner deres koordinater. Men siden navigasjonsmottakere er passive enheter, må systemet gi et system for overføring av beregnede koordinater til overvåkingssentralen. VHF-radiomodemer, GSM/GPRS/EDGE-modemer (2G-nettverk), tredjegenerasjonsnettverk som opererer ved hjelp av UMTS/HSDPA-protokoller, CDMA-modemer, satellittkommunikasjonssystemer osv. kan tjene som midler for å overføre data om koordinatene til et observasjonsobjekt.

Overvåkingssenteret til et satellittnavigasjons- og overvåkingssystem er designet for å overvåke objekter som navigasjons- og kommunikasjonsutstyr er installert (inneholdt) på for å overvåke dets individuelle parametere (plassering, hastighet, bevegelsesretning) og ta beslutninger om visse handlinger.

Overvåkingssenteret inneholder informasjonsbehandlingsverktøy for programvare og maskinvare som gir:

• mottak, behandling og lagring av informasjon som kommer fra overvåkingsobjekter;
• visning av informasjon om plasseringen av observasjonsobjekter på et elektronisk kart over området.

Navigasjons- og overvåkingssystemet til organene for indre anliggender løser følgende oppgaver:

• å sikre automatisert kontroll av personell på vaktstasjon over plassering av kjøretøymannskaper;
• gi tjenestestedspersonellet informasjon om plasseringen av kjøretøy for å ta ledelsesbeslutninger når de organiserer en rask respons på hendelser i ansvarsområdet;
• vise i grafisk format informasjon om plassering av kjøretøy og annen serviceinformasjon på operatørens automatiserte arbeidsstasjon;
• dannelse og lagring av et arkiv på rutene for bevegelse av kjøretøymannskaper under deres tjeneste;
• utstedelse av statistisk rapportering om oppfyllelse av normer for obligatorisk utplassering av styrker og midler under vaktskiftet, sammendragsparametere for effektiviteten av bruken av styrker og midler, indikatorer for kontroll over ansvarsområder.

For å sikre høy pålitelighet og pålitelighet av overføringen av overvåkingsinformasjon fra utstyret om bord på kjøretøyer fra det russiske innenriksdepartementets enheter til tjenestestasjoner som en del av systemet, er det nødvendig å bruke en sikkerhetskopidataoverføringskanal, som kan brukt som