sistem de navigație american. Portalul de știri și analitic „timpul electronic”. Istoria dezvoltării sistemului

Determinarea locației dvs., atât pe uscat, cât și pe mare, într-o pădure sau într-un oraș, este o întrebare la fel de relevantă astăzi, precum a fost în ultimele secole. Epoca descoperirii undelor radio a simplificat semnificativ sarcina navigației și a deschis noi perspective pentru umanitate în multe domenii ale vieții și activității, iar odată cu descoperirea posibilității de cucerire a spațiului cosmic, s-a făcut o descoperire uriașă în domeniul determinarea coordonatelor locației unui obiect pe Pământ. Pentru determinarea coordonatelor se folosește un sistem de navigație prin satelit, care primește informațiile necesare de la sateliții aflați pe orbită.

Acum există două sisteme globale de determinare a coordonatelor în lume - GLONASS-ul rusesc și NavStar-ul american, mai bine cunoscut sub numele de GPS (abreviere pentru denumirea Global Position System - sistem global de poziționare).

Sistemul de navigație prin satelit GLONASS a fost inventat în Uniunea Sovietică la începutul anilor 80 ai secolului trecut și primele teste au avut loc în 1982. A fost dezvoltat din ordinul Ministerului Apărării și a fost specializat pentru navigația globală operațională a obiectelor în mișcare la sol. .

Sistemul american de navigație GPS este similar ca structură, scop și funcționalitate cu GLONASS și a fost, de asemenea, dezvoltat la ordin al Departamentului de Apărare al Statelor Unite. Are capacitatea de a determina cu precizie atât coordonatele unui obiect de la sol și de a efectua referințe de timp și viteză. NavStar are 24 de sateliți de navigație pe orbită, oferind un câmp de navigație continuu pe întreaga suprafață a Pământului.

Indicatorul receptor al unui sistem de navigație prin satelit (navigator GPS sau) primește semnale de la sateliți, măsoară distanțele până la aceștia, iar utilizarea intervalelor măsurate rezolvă problema determinării coordonatelor sale - latitudine, longitudine și, atunci când primește semnale de la 4 sau mai mulți sateliți - altitudinea deasupra nivelului mării, viteza, direcția (cursul), distanța parcursă. Navigatorul include un receptor pentru recepționarea semnalelor, un computer pentru procesarea acestora și a calculelor de navigație, un afișaj pentru afișarea informațiilor de navigare și servicii și o tastatură pentru controlul funcționării dispozitivului.

Aceste receptoare sunt proiectate pentru instalarea permanentă în timonerie și tablouri de bord. Principalele lor caracteristici sunt: ​​prezența unei antene externe și puterea de la o sursă externă DC. De obicei, au ecrane mari monocrome cu cristale lichide, cu afișare alfanumerice și grafică a informațiilor.

:

Receptor GPS/DGPS/WAAS compact, rezistent la apă, de înaltă performanță, conceput pentru bărci mici. Acest receptor GPS de la companie este capabil să primească și să proceseze semnale suplimentare de corecție diferențială DGPS/WAAS. Această capacitate permite o precizie mai bună de 5 metri atunci când se primesc corecții de la un far sau sateliți geostaționari WAAS.

Nou navigator (D)GPS cu receptor de corecție diferențială încorporat. Tehnologia de așezare a căilor vă permite să creați cu precizie rute pe distanțe lungi. Este posibil să alegeți un curs roxodromic (RL) pentru distanțe scurte și un curs ortodomic (GC) pentru distanțe lungi.

Cu tehnologia de planificare a traseelor ​​vă permite să creați cu precizie rute pe distanțe lungi. Este posibil să alegeți un curs roxodromic (RL) pentru distanțe scurte și un curs ortodomic (GC) pentru distanțe lungi.

Receptoarele fixe au o funcționalitate largă, în special dispozitive profesionale pentru uz maritim. Au o cantitate mare de memorie, capacitatea de a rezolva diverse probleme de navigație, iar interfața lor permite includerea în sistemul de navigație al navei.

:

Acesta este un indicator de recepție modern al sistemelor de navigație prin satelit GLONASS/GPS conceput pentru nave de toate tipurile.

Dezvoltat de specialiștii companiei Radio Complex folosind cele mai recente realizări în domeniul navigației maritime. RK-2006 are capacitatea de a primi semnale de la constelații de sateliți deja desfășurate, precum GLONASS și GPS, dar și de la promițătoare sisteme de poziționare europene și asiatice, acest lucru permite, cu imunitate sporită la zgomot și protecție împotriva defecțiunii oricărui sistem, să se determine coordonatele. a navei și cursul și viteza acestuia.

Receptor al sistemelor globale de navigație prin satelit GPS și GLONASS, de la producătorul sud-coreean de echipamente de radionavigație marină Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Când utilizați GLONASS și GPS în receptoare combinate (aproape toate receptoarele GLONASS sunt combinate), precizia determinării coordonatelor este aproape întotdeauna „excelentă” datorită numărului mare de nave spațiale vizibile și a poziției lor relativ bune.

Afișarea informațiilor de navigare

Receptoarele GLONASS/GPS folosesc două metode de afișare a informațiilor: alfanumerice și grafică (uneori se folosește termenul „pseudografic”).

Metoda alfanumerica de afisare a informatiilor primite foloseste:

• numere (coordonate, viteza, distanta parcursa etc.)
• combinații de litere care explică datele digitale - de obicei abrevieri ale expresiilor (de exemplu, MOV - „Man Over Board” sau, în rusă, „Man Overboard!”
• abrevieri de cuvinte (de exemplu, SPD - viteză, TRK - Track), nume de puncte de referință. Afișarea alfanumerice a informațiilor în forma sa pură a fost utilizată în stadiul inițial de dezvoltare a tehnologiei GPS.

Metoda de afișare grafică se realizează folosind imagini formate pe ecran, reprezentând natura mișcării transportatorului (navă, mașină, persoană). Grafica din dispozitivele de la diferite companii este aproape aceeași și diferă, de regulă, în detalii. Cele mai comune modele sunt:

• busolă electronică (a nu se confunda cu magnetică!)
• indicator grafic de mișcare
• rută de circulație, trasee
• simboluri pentru punctele de trecere
• coordonatele navei
• direcția către punctul de referință
• viteză

Caracteristici:

Precizia coordonatelor locației

Precizia determinării coordonatelor unui loc este un indicator fundamental al oricărui sistem de navigație, a cărui valoare va determina cât de corect va urma nava traseul stabilit și dacă nu va lovi bancurile sau stâncile din apropiere.

Precizia instrumentelor este de obicei evaluată prin valoarea erorii pătratice medii (RMS) - intervalul în care se încadrează 72% din măsurători, sau prin eroarea maximă corespunzătoare la 95%. Majoritatea producătorilor estimează abaterea standard a receptorilor lor GPS la 25 de metri, ceea ce corespunde unei erori maxime de 50 de metri.

Caracteristicile navigației

Capacitățile de navigare ale receptoarelor GLONASS/GPS sunt caracterizate de numărul de puncte de trecere, rute și puncte de referință conținute în acestea și care sunt stocate de dispozitiv. Prin puncte de referință înțelegem punctele caracteristice de pe suprafața folosită pentru navigație Cele moderne pot crea și stoca, în funcție de model, de la 500 la 5000 de puncte de referință și 20–50 de rute cu câte 20–30 de puncte fiecare.

Pe lângă punctele de trecere, orice receptor are o rezervă de puncte pentru înregistrarea și salvarea rutei parcurse. Acest număr poate ajunge de la 1000 la câteva zeci de mii de puncte la navigatorii profesioniști. Traseul înregistrat poate fi folosit pentru a naviga înapoi de-a lungul acestuia.

Numărul de sateliți urmăriți simultan

Acest indicator caracterizează stabilitatea navigatorului și capacitatea sa de a oferi cea mai mare precizie. Având în vedere faptul că pentru a determina două coordonate de poziție - longitudine și latitudine - trebuie să urmăriți simultan 3 sateliți și pentru a determina altitudinea - patru. Navigatoarele moderne GLONASS/GPS, chiar și cele portabile, au receptoare cu 8 sau 12 canale capabile să primească și să urmărească simultan semnale de la până la 8 sau, respectiv, 12 sateliți.

Astăzi vom vorbi despre ce este GPS-ul și cum funcționează acest sistem. Să acordăm atenție dezvoltării acestei tehnologii și caracteristicilor sale funcționale. Vom discuta, de asemenea, ce rol joacă hărțile interactive în funcționarea sistemului.

Istoria GPS-ului

Istoria apariției sistemului de poziționare globală, sau determinării coordonatelor, a început în Statele Unite în anii '50, odată cu lansarea primului satelit sovietic în spațiu. O echipă de oameni de știință americani care monitorizează lansarea a observat că, pe măsură ce satelitul s-a îndepărtat, și-a schimbat treptat frecvența semnalului. După o analiză profundă a datelor, au ajuns la concluzia că, cu ajutorul unui satelit, mai detaliat, locația acestuia și semnalul emis, este posibil să se determine cu exactitate locația și viteza de mișcare a unei persoane pe pământ, ca precum și invers, viteza și locația satelitului pe orbită atunci când se determină coordonatele umane exacte. Până la sfârșitul anilor șaptezeci, Departamentul de Apărare al SUA a lansat sistemul GPS pentru propriile sale scopuri, iar câțiva ani mai târziu a devenit disponibil pentru uz civil. Cum funcționează sistemul GPS acum? Exact așa cum funcționa la acea vreme, după aceleași principii și fundamente.

Rețea prin satelit

Peste douăzeci și patru de sateliți pe orbita Pământului transmit semnale de legare radio. Numărul de sateliți variază, dar există întotdeauna numărul necesar pe orbită pentru a asigura funcționarea neîntreruptă, plus unii dintre ei sunt în rezervă pentru ca dacă primii se strica, își vor prelua funcțiile. Deoarece durata de viață a fiecăruia dintre ele este de aproximativ 10 ani, sunt lansate versiuni noi, modernizate. Sateliții se rotesc în șase orbite în jurul Pământului la o altitudine mai mică de 20 de mii de km, formând o rețea interconectată controlată de stații GPS. Acestea din urmă sunt situate pe insule tropicale și sunt conectate la principalul centru de coordonare din Statele Unite.

Cum funcționează un navigator GPS?

Datorită acestei rețele, puteți afla locația dvs. calculând întârzierea semnalului de la sateliți și, folosind aceste informații, determinați coordonatele. Cum funcționează sistemul GPS acum? Ca orice rețea de navigație spațială, este complet gratuită. Funcționează cu eficiență ridicată în orice condiții meteorologice și în orice moment al zilei. Singura achiziție pe care ar trebui să o aveți este GPS-ul în sine sau un dispozitiv care acceptă funcționalitatea GPS. De fapt, principiul de funcționare al navigatorului se bazează pe o schemă simplă de navigare folosită de mult timp: dacă cunoașteți exact locul unde se află obiectul marcator care este cel mai potrivit pentru rolul unui reper și distanța de la acesta până la dvs. , desenați un cerc pe care vă indicați locația cu un punct. Dacă raza cercului este mare, înlocuiți-o cu o linie dreaptă. Desenați mai multe astfel de dungi din locația dvs. posibilă către marcatori; punctul de intersecție al liniilor va indica coordonatele dvs. pe hartă. Sateliții menționați mai sus în acest caz joacă rolul acestor obiecte marcatoare cu o distanță de la locația dvs. de aproximativ 18 mii km. Deși se rotesc pe orbită cu o viteză enormă, locația lor este monitorizată constant. Fiecare navigator are un receptor GPS, care este programat la frecvența dorită și este în interacțiune directă cu satelitul. Fiecare semnal radio conține o anumită cantitate de informații codificate, care include informații despre starea tehnică a satelitului, locația acestuia pe orbita Pământului și fusul orar (ora exactă). Apropo, informațiile despre ora exactă sunt cele mai necesare pentru obținerea datelor despre coordonatele dvs.: calculul în curs al intervalului de timp dintre eliberarea și recepția semnalului radio este înmulțit cu viteza undei radio în sine și cu calcule pe termen scurt se calculează distanța dintre dispozitivul dvs. de navigație și satelitul aflat pe orbită.

Dificultăți de sincronizare

Pe baza acestui principiu de navigare, se poate presupune că, pentru a vă determina cu exactitate coordonatele, este posibil să aveți nevoie doar de doi sateliți, pe baza semnalelor cărora va fi ușor să găsiți punctul de intersecție și, în cele din urmă, locul în care vă aflați. . Dar, din păcate, motive tehnice impun folosirea unui alt satelit ca marker. Principala problemă este ceasul receptorului GPS, care nu permite o sincronizare suficientă cu sateliții. Motivul pentru aceasta este diferența de afișare a timpului (pe navigator și în spațiu). Sateliții au ceasuri atomice scumpe, de înaltă calitate, ceea ce le permite să numere timpul cu o precizie extremă, în timp ce este pur și simplu imposibil să se utilizeze astfel de cronometre pe receptoare convenționale, deoarece dimensiunile, costul și complexitatea lor de operare nu le-ar permite. pentru a fi folosit peste tot. Chiar și o mică eroare de 0,001 secunde poate deplasa coordonatele cu mai mult de 200 km în lateral!

Al treilea marker

Așa că dezvoltatorii au decis să lase tehnologia obișnuită a ceasurilor cu quartz în navigatoarele GPS și să urmeze o altă cale, mai precis - să folosească în loc de două repere satelitare - trei, respectiv, același număr de linii pentru intersecția ulterioară. Soluția problemei se bazează pe o soluție ingenios de simplă: atunci când toate liniile de la cei trei marcatori desemnați se intersectează, chiar și cu posibile inexactități, se creează o zonă în formă de triunghi, al cărei centru este luat ca mijloc - locația ta. Acest lucru vă permite, de asemenea, să identificați diferența de timp dintre receptor și toți cei trei sateliți (pentru care diferența va fi aceeași), ceea ce vă permite să corectați intersecția liniilor exact în centru; cu alte cuvinte, aceasta vă determină Coordonatele GPS.

O singură frecvență

De asemenea, trebuie remarcat faptul că toți sateliții trimit informații către dispozitivul dvs. pe aceeași frecvență, ceea ce este destul de neobișnuit. Cum funcționează un navigator GPS și cum percepe corect toate informațiile dacă toți sateliții îi trimit informații în mod continuu și simultan? Totul este destul de simplu. Pentru a se identifica, emițătorii de pe satelit trimit și informații standard în semnalul radio, care conține un cod criptat. Raportează caracteristicile maxime ale satelitului și este introdus în baza de date a dispozitivului dvs., ceea ce vă permite apoi să comparați datele de la satelit cu baza de date a navigatorului. Chiar și cu un număr mare de sateliți în rază de acțiune, aceștia pot fi identificați foarte rapid și ușor. Toate acestea simplifică întreaga schemă și permit utilizarea unor antene de recepție mai mici și mai slabe în navigatoarele GPS, ceea ce reduce costul și reduce designul și dimensiunile dispozitivelor.

hărți GPS

Hărțile GPS sunt descărcate pe dispozitivul dvs. separat, astfel încât să controlați terenul pe care doriți să îl navigați. Sistemul vă setează doar coordonatele pe planetă, iar funcția hărților este de a recrea o versiune grafică pe ecran pe care sunt trasate coordonatele, care vă permite să navigați în zonă. Cum funcționează GPS-ul în acest caz? Gratuit, continuă să rămână în acest statut; cardurile din unele magazine online (și nu numai) sunt încă plătite. Adesea, pentru un dispozitiv cu navigator GPS sunt create aplicații separate pentru lucrul cu hărți: atât plătite, cât și gratuite. Varietatea hărților este plăcut surprinzătoare și vă permite să configurați drumul de la punctul A la punctul B cât mai informativ și cu toate facilitățile: ce obiective veți trece, cel mai scurt traseu până la destinație, un asistent vocal care indică direcția , si altii.

Echipament GPS suplimentar

Sistemul GPS este folosit nu numai pentru a vă arăta calea corectă. Vă permite să monitorizați un obiect care poate avea un așa-numit far sau tracker GPS pe el. Este format dintr-un receptor de semnal în sine și un transmițător bazat pe gsm, 3gp sau alte protocoale de comunicație pentru transmiterea informațiilor despre locația unui obiect către centrele de service care efectuează controlul. Sunt folosite în multe industrii: securitate, medical, asigurări, transport și multe altele. Există și trackere auto care se conectează exclusiv la mașină.

Călătorește fără probleme

În fiecare zi sensul hărții și al busolei permanente merge mai departe în trecut. Tehnologiile moderne permit unei persoane să prevadă calea călătoriei sale cu pierderi minime de timp, efort și bani, în timp ce văd în continuare cele mai interesante și mai interesante locuri. Ceea ce era science-fiction în urmă cu aproximativ un secol a devenit o realitate astăzi și aproape toată lumea poate profita de el: de la militari, marinari și piloți de avioane până la turiști și curieri. Acum, utilizarea acestor sisteme pentru industriile comerciale, de divertisment și de publicitate câștigă o mare popularitate, unde fiecare antreprenor se poate indica pe o hartă globală a lumii și nu va fi greu să-l găsești. Sperăm că acest articol i-a ajutat pe toți cei interesați de GPS - cum funcționează, pe ce principiu sunt determinate coordonatele și care sunt punctele sale forte și punctele slabe.

Crearea navigației prin satelit datează din anii 50. În momentul în care URSS a lansat primul satelit artificial de pe Pământ, oamenii de știință americani conduși de Richard Kershner au observat semnalul emanat de satelitul sovietic și au descoperit că, datorită efectului Doppler, frecvența semnalului recepționat crește pe măsură ce satelitul se apropie și scade. pe măsură ce se îndepărtează. Esența descoperirii a fost că, dacă vă cunoașteți exact coordonatele pe Pământ, atunci devine posibil să măsurați poziția satelitului și invers, știind exact poziția satelitului, vă puteți determina propriile coordonate.

Această idee a fost realizată 20 de ani mai târziu. Primul satelit de testare a fost lansat pe orbită pe 14 iulie 1974 de către Statele Unite, iar ultimul dintre toți cei 24 de sateliți necesari pentru a acoperi complet suprafața pământului a fost lansat pe orbită în 1993, astfel Sistemul de poziționare globală sau GPS pe scurt, a intrat în serviciu. A devenit posibilă utilizarea GPS-ului pentru a îndrepta cu precizie rachetele către obiecte staționare și apoi în mișcare în aer și pe sol. De asemenea, cu ajutorul unui sistem încorporat în sateliți, a devenit posibilă detectarea încărcărilor nucleare puternice situate pe suprafața planetei.

Inițial, GPS, un sistem de poziționare globală, a fost dezvoltat ca un proiect pur militar. Dar după ce un avion Korean Airlines cu 269 de pasageri la bord a fost doborât în ​​1983, președintele american Ronald Reagan a permis utilizarea parțială a sistemului de navigație în scopuri civile. Pitch-ul a fost redus printr-un algoritm special.

Apoi au apărut informații că unele companii au descifrat algoritmul de reducere a acurateței și au compensat cu succes această componentă a erorii, iar în 2000 această creștere a preciziei a fost anulată prin decret al președintelui SUA.

1. Sistem de navigație prin satelit

Sistem de navigație prin satelit– un sistem tehnic electronic complex, format dintr-un set de echipamente terestre și spațiale, destinate să determine locația (coordonatele geografice și altitudinea), precum și parametrii de mișcare (viteza și direcția deplasării etc.) pentru sol, apă și aer obiecte.

1.1 Ce este GPS-ul?

Sistemul de navigație prin satelit GPS a fost dezvoltat inițial de Statele Unite pentru uz militar. Un alt nume cunoscut pentru sistem este „NAVSTAR”. Numele „GPS”, care a devenit deja un substantiv comun, este o abreviere pentru Global Positioning System, care se traduce prin Global Navigation System. Acest nume caracterizează pe deplin scopul sistemului - oferind navigație pe tot globul. Nu numai pe uscat, ci și pe mare și în aer. Folosind semnalele de navigare GPS, orice utilizator își poate determina locația actuală cu mare precizie.

Această precizie a fost posibilă în mare măsură datorită pașilor guvernului american, care în 2000 a făcut ca sistemul GPS să fie accesibil și deschis utilizatorilor civili. Să reamintim că anterior, folosind un mod special de acces selectiv (SA - Selective Availability), au fost introduse distorsiuni în semnalul transmis, reducând precizia de poziționare la 70-100 de metri. Din 1 mai 2000, acest mod a fost dezactivat, iar precizia a crescut la 3–10 metri.

De fapt, acest eveniment a dat un impuls puternic dezvoltării echipamentelor de navigație GPS de uz casnic, reducându-i costul și popularizându-l în mod activ în rândul utilizatorilor obișnuiți. În prezent, receptoarele GPS de diferite tipuri sunt utilizate în mod activ în toate domeniile activității umane, de la navigație obișnuită până la control personal și jocuri interesante precum „ Geocaching" Conform rezultatelor multor studii, utilizarea sistemelor de navigație GPS oferă un efect economic mare pentru economia globală și pentru mediu - siguranța traficului crește, situația rutieră se îmbunătățește, scade consumul de combustibil și scade cantitatea de emisii nocive în atmosferă. .

Dependența tot mai mare a economiei europene de sistemul GPS și, ca urmare, de administrația SUA, a forțat Europa să înceapă să dezvolte propriul sistem de navigație - Galilleo. Noul sistem este similar în multe privințe cu sistemul GPS.

2. Compoziția sistemului GPS

2.1 Segmentul spațial

Segmentul spațial al sistemului GPS este format dintr-o constelație orbitală de sateliți care emit semnale de navigație. Sateliții sunt localizați pe 6 orbite la o altitudine de aproximativ 20.000 km. Perioada orbitală a sateliților este de 12 ore, iar viteza este de aproximativ 3 km/s. Astfel, în fiecare zi, fiecare satelit face două rotații complete în jurul Pământului.

Primul satelit a fost lansat în februarie 1978. Dimensiunea sa cu panouri solare deschise era de 5 metri, iar greutatea sa depășea 900 kg. Acesta a fost satelitul primei modificări a GPS-I. În ultimii 30 de ani, mai multe modificări ale sateliților GPS s-au schimbat pe orbită: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. În timpul procesului de modernizare, greutatea sateliților a fost redusă, stabilitatea ceasurilor de bord s-a îmbunătățit și fiabilitatea a crescut.

Sateliții GPS transmit trei semnale de navigație pe două frecvențe L1 și L2. Semnalul C/A „civil”, transmis pe frecvența L1 (1575,42 MHz), este disponibil tuturor utilizatorilor și oferă o precizie de poziționare de 3–10 metri. Codul P „militar” de înaltă precizie este transmis la frecvențele L1 și L2 (1227,60 MHz), iar acuratețea acestuia este cu un ordin de mărime mai mare decât semnalul „civil”. Utilizarea unui semnal transmis la două frecvențe diferite face, de asemenea, posibilă compensarea parțială a întârzierilor ionosferice.

Cea mai recentă modificare a sateliților GPS IIR-M implementează un nou semnal L2C „civil”, conceput pentru a crește acuratețea măsurătorilor GPS.

Identificarea semnalelor de navigație se realizează printr-un număr corespunzător unui „cod pseudo-zgomot”, unic pentru fiecare satelit. Specificația tehnică a sistemului GPS conținea inițial 32 de coduri. În stadiul de dezvoltare a sistemului și în perioada inițială a funcționării acestuia, s-a planificat ca numărul de sateliți funcționali să nu depășească 24. Au fost alocate coduri gratuite pentru noii sateliți GPS în etapa de punere în funcțiune. Și această sumă a fost suficientă pentru funcționarea normală a sistemului. Însă, în prezent, există deja 32 de sateliți pe orbită, dintre care 31 funcționează în modul de funcționare, transmitând un semnal de navigație către Pământ.

„Redundanța” sateliților permite utilizatorului să calculeze poziția în condiții în care „vizibilitatea” cerului este limitată de clădiri înalte, copaci sau munți.

2.2 Segment de sol

Segmentul de sol al sistemului GPS este format din 5 stații de control și o stație principală de control situate la bazele militare americane - pe insulele Kwajalein și Hawaii din Oceanul Pacific, pe Insula Ascension, pe Insula Diego Garcia din Oceanul Indian și în Colorado. Springs, s-au transferat la figura 1.Sarcinile stațiilor de monitorizare includ recepția și măsurarea semnalelor de navigație provenite de la sateliții GPS, calcularea diferitelor tipuri de erori și transmiterea acestor date către stația de control. Prelucrarea în comun a datelor primite face posibilă calcularea abaterii traiectoriilor sateliților de la orbitele date, a deplasărilor de timp ale ceasurilor de bord și a erorilor în mesajele de navigație. Monitorizarea stării sateliților GPS are loc aproape continuu. „Descărcarea” datelor de navigație, constând în orbite prezise și corecții de ceas pentru fiecare dintre sateliți, se efectuează la fiecare 24 de ore, în momentul în care se află în zona de acces a stației de control.

Pe lângă stațiile GPS de la sol, există mai multe rețele de urmărire private și guvernamentale care măsoară semnalele de navigație GPS pentru a determina condițiile atmosferice și traiectoriile satelitului.

Poza 1

2.3 Echipament utilizator

Echipamentul utilizatorului se referă la receptoarele de navigație care utilizează semnale de la sateliții GPS pentru a calcula poziția curentă, viteza și timpul. Echipamentul utilizatorului poate fi împărțit în „casnic” și „profesional”. În multe privințe, această împărțire este arbitrară, deoarece uneori este destul de dificil să se determine în ce categorie trebuie clasificat un receptor GPS și ce criterii să folosească. Există o întreagă clasă de navigatoare GPS folosite pentru drumeții, călătorii cu mașina, pescuit etc. Există sisteme de navigație de aviație și marină, care fac adesea parte din sisteme de navigație complexe. Recent, cipurile GPS s-au răspândit și sunt integrate în PDA-uri, telefoane și alte dispozitive mobile.

Prin urmare, în navigație OÎmpărțirea receptoarelor GPS în „cod” și „fază” a devenit mai răspândită. În primul caz, informațiile transmise în mesajele de navigație sunt folosite pentru a calcula poziția. Cele mai ieftine navigatoare GPS, care costă 100–2000 USD, se încadrează în această categorie.

A doua categorie de receptoare de navigație GPS utilizează nu numai datele conținute în mesajele de navigație, ci și faza semnalului purtătorului. În cele mai multe cazuri, acestea sunt receptoare geodezice scumpe cu o singură și dublă frecvență (L1 și L2), capabile să calculeze poziția cu o precizie relativă de câțiva centimetri și chiar milimetri. Această precizie este obținută în modul RTK, atunci când procesează împreună măsurătorile receptorului GPS și datele stației de bază. Costul unor astfel de dispozitive poate fi de zeci de mii de dolari.

3. Navigator GPS de lucru A

Principiul de bază care stă la baza întregului sistem GPS este simplu și a fost folosit de multă vreme pentru navigare și orientare: dacă știi locația exactă a ceva punct de referintași distanța până la acesta, apoi puteți desena un cerc (în cazul tridimensional, o sferă) pe care ar trebui să fie situat punctul poziției dvs. În practică, dacă distanța de mai sus, i.e. raza este suficient de mare, atunci puteți înlocui arcul de cerc cu un segment de linie dreaptă. Dacă desenați mai multe astfel de linii corespunzătoare unor puncte de referință diferite, atunci punctul de intersecție a acestora va indica locația dvs. În GPS, rolul unor astfel de puncte de referință este jucat de două duzini de sateliți, fiecare mișcându-se pe propria sa orbită la o altitudine de ~ 17.000 km deasupra suprafeței Pământului. Viteza de mișcare a acestora este foarte mare, dar parametrii orbitali și locația lor actuală sunt cunoscuți cu mare precizie de computerele de bord.O parte importantă a oricărui navigator GPS este un receptor convențional care funcționează la o frecvență fixă ​​și „ascultă” în mod constant la semnalele transmise de aceşti sateliţi. Fiecare dintre sateliți emite în mod constant un semnal radio, care conține date despre parametrii orbitei sale, starea echipamentului de bord și ora exactă. Dintre toate aceste informații, datele despre ora exactă la bord sunt cele mai importante: receptorul GPS, folosind procesorul încorporat, calculează intervalul de timp dintre trimiterea și primirea semnalului, apoi îl înmulțește cu viteza de propagare a radioului. valuri etc. află distanța dintre satelit și receptor.

Poate că astăzi nu există o singură persoană care să ducă o viață activă care să nu știe despre existența navigatoarelor GPS. În ultimii ani, aceste dispozitive au evoluat de la o jucărie scumpă pentru mașină la un tovarăș de călătorie de încredere și indispensabil. Progresul tehnologic a inundat piețele cu astfel de sisteme în așa măsură încât acum oricine poate testa în acțiune ce este un navigator GPS, găsind un model care să se potrivească nevoilor și capacităților financiare ale acestuia.

Fără îndoială, aproape fiecare șofer este familiarizat cu situația în care pur și simplu nu poți face fără o hartă pe drum. Acum, atlasele rutiere se retrag în fundal și are sens să le porți cu tine doar ca rezervă - pentru orice eventualitate (dacă electronica eșuează).

De ce ai nevoie de un navigator GPS?

Funcția principală a unui navigator GPS este de a determina locația dvs. exactă. Pe monitorul color va afișa o hartă detaliată a zonei, străzi, adrese de magazine, benzinării, atracții și alte obiecte necesare șoferului. În plus, dispozitivul va selecta traseul optim și chiar vă va ghida de-a lungul acestuia, avertizându-vă despre eventualele obstacole pe parcurs. Ai ratat virajul la dreapta? Nu trebuie să intrați în panică! Navigatorul GPS al mașinii va calcula rapid și va indica o rută alternativă către destinație. Și pentru a preveni distracția șoferului, aproape fiecare dezvoltare din ultimii ani are o interfață vocală care avertizează în rusă despre o viraj viitoare sau schimbarea rutei.

Functii principale

Dacă dispozitivul dvs. de navigație GPS este echipat cu o funcție de analiză a informațiilor despre fluxurile de trafic și congestionarea traficului, atunci vi se garantează oportunitatea de a evita cel mai bine obstacolele rutiere. Acest lucru este util în special atunci când traversați orașe necunoscute.

Navigatorul GPS facilitează conducerea pe timp de noapte. Acesta avertizează în avans cu privire la fiecare viraj, îndoire și înclinare viitoare, permițând șoferului să reacționeze în timp util la schimbările din terenul drumului.

Una dintre problemele grave atunci când conduceți pe o autostradă necunoscută de mare viteză este alegerea preliminară a unei benzi pentru ieșirea ulterioară în direcția corectă. Un navigator GPS perfect vă va spune cu ușurință unde și pe ce bandă ar trebui să schimbați benzile.

O altă abilitate unică a unui navigator GPS este capacitatea de a vedea semnele rutiere și de a avertiza despre prezența lor la timp. Așadar, o întâlnire neplăcută cu poliția rutieră poate fi evitată dacă orice semn important este lăsat accidental neobservat de dvs.

Ce e mai bine?

Mulți oameni își pun adesea întrebarea: „De ce să cumpărați un navigator GPS pentru mașină dacă telefonul meu mobil (comunicatorul) are deja toate funcțiile pentru a comunica cu un satelit?” Întrebarea este destul de potrivită, având în vedere că este pusă, de regulă, de oameni care nu au condus niciodată.

Principalul avantaj al unui navigator auto separat este ușurința în utilizare datorită ecranului mare. Sunteți de acord că a privi drumul cu un ochi și a privi un smartphone de cinci inchi cu celălalt nu este în întregime confortabil și chiar nesigur. Este plăcut să auzi îndemnuri de îngrijire de la robotul tău telefonic, dar este mult mai bine să vizualizezi imaginea căii în mod clar, când poți vedea unde te afli și ce urmează. Interfața tactilă vă permite să controlați programul glisând degetul pe ecran fără a vă lua ochii de la el. Desigur, comunicatorii moderni și asistenții digitali personali (PDA) au și ele această capacitate. Și totul ar fi bine dacă nu ar fi ecranul mic și modulul GPS slab sensibil.

Receptorul GPS sensibil, cu o antenă puternică încorporată în navigatorul mașinii, vă permite să primiți mai fiabil semnale de la satelit de-a lungul întregului traseu.

Inima navigatorului auto este un procesor modern special conceput pentru astfel de sisteme (SIRFatlas) și optimizat maxim pentru analiza semnalelor de navigație prin satelit. Și aceasta, la rândul său, vă permite să procesați informații mai încăpătoare, afișând pe ecran detalii atât de mici ale zonei pe care procesorul telefonului mobil nu le poate descifra.

Caracteristici suplimentare

Navigatoarele auto de ultimă generație pot acționa ca monitor de cameră CCTV, precum și ca ecran TV pentru vizionarea televiziunii prin satelit. Ieșirea de sunet poate fi conectată la un sistem audio pentru mașină, ceea ce vă va permite să ascultați în mod clar instrucțiunile de navigare ale robotului telefonic în orice condiții de zgomot prin reglarea volumului și a tonului.

Dacă am atins un astfel de dispozitiv precum un navigator GPS pentru o mașină, atunci nu va fi posibil să descriem pe deplin capacitățile sale ca dispozitiv cu procesor și monitor. Această tehnologie este modernizată în fiecare zi. Și nu va fi surprinzător dacă în curând navigatorul auto va fi un computer puternic adaptat mașinii, cu capacități despre care putem doar ghici.

Dacă confortul în timpul călătoriei și încrederea pe drum este un factor important pentru tine, atunci un navigator GPS prin satelit este ceea ce ar trebui să obții mai întâi. La urma urmei, lumea modernă cu o infrastructură rutieră mare și încăpătoare îngreunează viața șoferilor care sunt nevoiți să monitorizeze în permanență drumul, fiind uneori sub tensiune nervoasă extremă. Cumpărați un ghid electronic decent pentru dvs. - și călătoria cândva tensionată pe autostrăzile aglomerate se va transforma în relaxare și poate chiar în divertisment plăcut.

Navigarea este determinarea parametrilor coordonate-timp ai obiectelor.

Primul mijloc eficient de navigație a fost determinarea locației prin corpuri cerești vizibile (soare, stele, lună). O altă metodă simplă de navigare este georeferențiarea, adică. determinarea locației în raport cu reperele cunoscute (turnuri de apă, linii electrice, autostrăzi și căi ferate etc.).

Sistemele de navigație și poziționare sunt concepute pentru a monitoriza în mod constant locația (starea) obiectelor. În prezent, există două clase de ajutoare pentru navigare și poziționare: la sol și spațial.

Sistemele de la sol includ sisteme staționare, transportabile și portabile, complexe, stații de recunoaștere la sol și alte mijloace de navigație și poziționare. Principiul funcționării lor este de a controla aerul radio prin antene speciale conectate la stațiile radio de scanare și de a izola semnalele radio emise de emițătoarele radio ale obiectelor de urmărire sau emise de complexul (stația) în sine și reflectate de obiectul de urmărire sau de un etichetă specială sau senzor codificat la bord (CBD) situat pe obiect. La utilizarea acestui tip de mijloace tehnice, este posibil să se obțină informații despre coordonatele locației, direcția și viteza de mișcare a obiectului controlat. Dacă există o marcă specială sau CBD pe obiectele de urmărire, dispozitivele de identificare conectate la sisteme fac posibilă nu numai marcarea locației obiectelor controlate pe o hartă electronică, ci și distingerea acestora în consecință.

Sistemele de navigație și poziționare spațială sunt împărțite în două tipuri.

Primul tip de sisteme de navigație și poziționare spațială se distinge prin utilizarea unor senzori speciali pe obiecte mobile de urmărire - receptoare ale sistemelor de navigație prin satelit precum GLONASS (Rusia) sau GPS (SUA). Receptoarele de navigație ale obiectelor de urmărire în mișcare primesc un semnal radio de la sistemul de navigație, care conține coordonatele (efemeridele) sateliților aflați pe orbită și referința de timp. Procesorul receptorului de navigație, pe baza datelor de la sateliți (cel puțin trei), calculează latitudinea și longitudinea geografică a locației sale (receptorul). Aceste informații (coordonate geografice) pot fi vizualizate atât pe receptorul de navigație propriu-zis, dacă există un dispozitiv de ieșire a informațiilor (afișaj, monitor), cât și la punctul de urmărire, când este transmisă de la receptorul de navigație al unui obiect în mișcare prin comunicație radio. (radial, convențional, trunking, celular, satelit).

Cel de-al doilea tip de sisteme de navigație și poziționare spațială se distinge prin scanarea recepției (portării) pe orbită a semnalelor provenite de la balizele radio instalate la obiectul de urmărire. Un satelit care primește semnale de la balize radio, de regulă, se acumulează mai întâi și apoi la un anumit punct al orbitei transmite informații despre urmărirea obiectelor către un centru de procesare a datelor de la sol. În acest caz, timpul de livrare a informațiilor crește ușor.

Sistemele de navigație prin satelit vă permit:

• efectuează monitorizarea și urmărirea continuă a oricăror obiecte în mișcare;
• afișarea pe harta electronică a dispecerului coordonatele, traseul și viteza de deplasare a obiectelor de control și urmărire (cu o precizie de determinare a coordonatelor și altitudinii deasupra nivelului mării până la 100 m, iar în modul diferențial - până la 2...5 m) ;
• răspunde prompt la situațiile de urgență (modificări ale parametrilor așteptați la obiectul de control și urmărire sau în traseul și programul acestuia, semnal SOS etc.);
• optimizarea rutelor și programelor de mișcare ale obiectelor de control și urmărire.

În prezent, funcțiile sistemelor specializate de navigație și poziționare (urmărirea automată a locației curente a dispozitivelor de abonat, terminale de comunicații în vederea asigurării roamingului și furnizării serviciilor de comunicații) pot fi îndeplinite cu relativă precizie prin satelit și celular (dacă stațiile de bază au echipamente de determinare a locaţiei) sisteme de comunicaţii radio.

Introducerea pe scară largă a sistemelor de navigație și poziționare, instalarea pe scară largă a echipamentelor adecvate în rețelele celulare rusești pentru a determina și monitoriza în mod constant locația transmițătoarelor de lucru, patrulelor, vehiculelor și a altor obiecte de interes pentru agențiile de aplicare a legii, ar putea extinde semnificativ capacitățile activităților de aplicare a legii.

Principiul de bază al determinării locației cu ajutorul sistemelor de navigație prin satelit este utilizarea sateliților ca puncte de referință.

Pentru a determina latitudinea și longitudinea unui receptor de la sol, receptorul trebuie să primească semnale de la cel puțin trei sateliți și să cunoască coordonatele acestora și distanța de la sateliți la receptor (Fig. 6.8). Coordonatele sunt măsurate în raport cu centrul pământului, care are coordonatele (0, 0, 0).

Distanța de la satelit la receptor este calculată din timpul de propagare măsurat al semnalului. Aceste calcule nu sunt dificil de efectuat, deoarece se știe că undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii. Dacă sunt cunoscute coordonatele a trei sateliți și distanțele de la aceștia la receptor, atunci receptorul poate calcula una dintre cele două locații posibile în spațiu (punctele 1 și 2 din Fig. 6.8). De obicei, receptorul poate determina care dintre aceste două puncte este valid, deoarece o valoare a locației are o semnificație lipsită de sens.

Orez. 6.8. Determinarea locației folosind semnale de la trei sateliți

În practică, pentru a elimina eroarea ceasului generatorului, care afectează acuratețea măsurătorilor diferenței de timp, este necesar să se cunoască locația și distanța până la al patrulea satelit (Fig. 6.9).

Orez. 6.9. Determinarea locației folosind semnale de la patru sateliți

În prezent, două sisteme de navigație prin satelit există și sunt utilizate în mod activ - GLONASS și GPS.

Sistemele de navigație prin satelit includ trei componente (Fig. 6.10):

• segmentul spațial, care include constelația orbitală a sateliților artificiali ai Pământului (cu alte cuvinte, nave spațiale de navigație);
• segment de control, complex de control la sol (GCU) pentru constelația orbitală a navelor spațiale;
• echipamentul utilizatorului sistemului.

Orez. 6.10. Compoziția sistemelor de navigație prin satelit

Segmentul spațial al sistemului GLONASS este format din 24 de nave spațiale de navigație (NSV) situate pe orbite circulare cu o altitudine de 19.100 km, o înclinare de 64,5° și o perioadă orbitală de 11 ore și 15 minute în trei planuri orbitale (Fig. 6.11). Fiecare plan orbital găzduiește 8 sateliți cu o deplasare uniformă a latitudinii de 45°.

Segmentul spațial al sistemului de navigație GPS este format din 24 de sateliți principali și 3 de rezervă. Sateliții sunt amplasați pe șase orbite circulare cu o altitudine de aproximativ 20.000 km, o înclinare de 55°, distanțate uniform în longitudine la fiecare 60°.

Orez. 6.11. Orbitele sateliților GLONASS și GPS

Segmentul complex de control la sol al sistemului GLONASS îndeplinește următoarele funcții:

• suport efemeride și timp-frecvență;
• monitorizarea câmpului de radionavigație;
• monitorizare radiotelemetrică a sateliților;
• comandă și programează controlul radio al satelitului.

Pentru a sincroniza scalele de timp ale diferiților sateliți cu precizia necesară, la bordul satelitului sunt utilizate standarde de frecvență de cesiu cu o instabilitate relativă de ordinul a 10 -13 s. Complexul de control la sol folosește un standard de hidrogen cu o instabilitate relativă de 10 -14 s. În plus, NKU include mijloace pentru corectarea scărilor de timp ale satelitului în raport cu scara de referință cu o eroare de 3-5 ns.

Segmentul de sol oferă suport efemeridelor sateliților. Aceasta înseamnă că parametrii de mișcare a satelitului sunt determinați la sol, iar valorile acestor parametri sunt prezise pentru o perioadă de timp predeterminată. Parametrii și prognoza acestora sunt incluși în mesajul de navigație transmis de satelit odată cu transmiterea semnalului de navigație. Aceasta include, de asemenea, corecții timp-frecvență ale scalei de timp de la bord a satelitului în raport cu ora sistemului. Măsurarea și prognoza parametrilor de mișcare ai satelitului sunt efectuate în centrul balistic al sistemului pe baza rezultatelor măsurătorilor de traiectorie a distanței până la satelit și a vitezei radiale a acestuia.

Echipamentele utilizatorului de sistem sunt dispozitive de inginerie radio concepute pentru a recepționa și procesa semnale de navigație radio de la navele spațiale de navigație pentru a determina coordonatele spațiale, componentele vectorului viteză de mișcare și corectarea scărilor de timp ale utilizatorului sistemului global de navigație prin satelit.

Receptorul determină locația consumatorului, care îi selectează pe cei mai favorabili dintre toți sateliții observați în ceea ce privește asigurarea acurateței navigației. Pe baza distanțelor până la sateliții selectați, determină longitudinea, latitudinea și altitudinea consumatorului, precum și parametrii mișcării acestuia: direcția și viteza. Datele primite sunt afișate pe afișaj sub formă de coordonate digitale sau afișate pe o hartă copiată anterior pe receptor.

Receptoarele sistemelor de navigație prin satelit sunt pasive, adică nu emit semnale și nu au un canal de comunicare de întoarcere. Acest lucru vă permite să aveți un număr nelimitat de consumatori de sisteme de comunicații de navigație.

Sistemele de monitorizare a mișcării obiectelor bazate pe sisteme de navigație prin satelit au devenit acum larg răspândite. Structura unui astfel de sistem este prezentată în Fig. 6.12.

Orez. 6.12. Structura sistemului de monitorizare

Receptoarele de navigație instalate pe urmărirea obiectelor primesc semnale de la sateliți și calculează coordonatele acestora. Dar, deoarece receptoarele de navigație sunt dispozitive pasive, sistemul trebuie să ofere un sistem de transmitere a coordonatelor calculate către centrul de monitorizare. Modemurile radio VHF, modemurile GSM/GPRS/EDGE (rețele 2G), rețelele de a treia generație care funcționează folosind protocoale UMTS/HSDPA, modemurile CDMA, sistemele de comunicații prin satelit etc. pot servi ca mijloace de transmitere a datelor despre coordonatele unui obiect de observare.

Centrul de monitorizare al unui sistem de navigație și monitorizare prin satelit este conceput pentru a monitoriza obiectele pe care sunt instalate (conținute) echipamente de navigație și comunicații pentru a monitoriza parametrii individuali ai acestuia (locație, viteză, direcție de mișcare) și pentru a lua decizii cu privire la anumite acțiuni.

Centrul de monitorizare conține instrumente software și hardware de procesare a informațiilor care oferă:

• recepția, prelucrarea și stocarea informațiilor provenite de la obiecte de supraveghere;
• afișarea informațiilor despre locația obiectelor de observare pe o hartă electronică a zonei.

Sistemul de navigație și monitorizare al organelor de afaceri interne rezolvă următoarele sarcini:

• asigurarea controlului automatizat de către personalul la locul de muncă asupra amplasării echipajelor vehiculelor;
• furnizarea personalului de la locul de muncă cu informații despre amplasarea vehiculelor pentru luarea deciziilor de management atunci când se organizează un răspuns rapid la incidente din zona de responsabilitate;
• afișarea în format grafic a informațiilor despre poziționarea vehiculelor și a altor informații de service pe stația de lucru automatizată a operatorului;
• formarea și păstrarea unei arhive pe rutele de circulație a echipajelor vehiculelor în timpul serviciului acestora;
• emiterea de raportări statistice privind îndeplinirea normelor de desfășurare obligatorie a forțelor și mijloacelor în timpul schimbului de serviciu, parametri sumari ai eficienței utilizării forțelor și mijloacelor, indicatori de control asupra domeniilor de responsabilitate.

Pentru a asigura o fiabilitate ridicată și fiabilitate a transmiterii informațiilor de monitorizare de la echipamentul de bord al vehiculelor unităților Ministerului Afacerilor Interne din Rusia către locurile de muncă ca parte a sistemului, este necesar să se utilizeze un canal de transmitere a datelor de rezervă, care poate fi folosit ca