Americký navigačný systém. Spravodajský a analytický portál "čas elektroniky". História vývoja systému

Určenie vašej polohy na súši aj na mori, v lese alebo v meste je dnes rovnako aktuálna otázka, ako bola v minulých storočiach. Éra objavu rádiových vĺn výrazne zjednodušila úlohu navigácie a otvorila ľudstvu nové vyhliadky v mnohých oblastiach života a činnosti a s objavom možnosti dobývania vesmíru nastal obrovský prelom v oblasti určenie súradníc polohy objektu na Zemi. Na určenie súradníc sa používa satelitný navigačný systém, ktorý prijíma potrebné informácie zo satelitov umiestnených na obežnej dráhe.

Teraz sú na svete dva globálne systémy určovania súradníc – ruský GLONASS a americký NavStar, známejší ako GPS (skratka pre názov Global Position System – globálny polohový systém).

Satelitný navigačný systém GLONASS bol vynájdený v Sovietskom zväze ešte začiatkom 80. rokov minulého storočia a prvé testy sa uskutočnili v roku 1982. Bol vyvinutý na objednávku ministerstva obrany a bol špecializovaný na operačnú globálnu navigáciu pozemných objektov. .

Americký navigačný systém GPS je svojou štruktúrou, účelom a funkčnosťou podobný GLONASS a bol tiež vyvinutý na príkaz Ministerstva obrany Spojených štátov amerických. Má schopnosť presne určiť súradnice pozemného objektu a vykonávať časové a rýchlostné referencie. NavStar má na obežnej dráhe 24 navigačných satelitov, ktoré poskytujú nepretržité navigačné pole po celom povrchu Zeme.

Indikátor prijímača satelitného navigačného systému (GPS navigátor alebo) prijíma signály zo satelitov, meria ich vzdialenosti a pomocou nameraných rozsahov rieši problém určenia jeho súradníc - zemepisnej šírky, dĺžky a pri príjme signálov zo 4 alebo viacerých satelitov - nadmorská výška, rýchlosť, smer (kurz), prejdená vzdialenosť. Navigátor obsahuje prijímač na príjem signálov, počítač na ich spracovanie a navigačné výpočty, displej na zobrazenie navigačných a servisných informácií a klávesnicu na ovládanie činnosti zariadenia.

Tieto prijímače sú určené na trvalú inštaláciu v kormidlovniach a prístrojových paneloch. Ich hlavné vlastnosti sú: prítomnosť externej antény a napájanie z externého zdroja jednosmerného prúdu. Zvyčajne majú veľké monochromatické obrazovky z tekutých kryštálov s alfanumerickým a grafickým zobrazením informácií.

:

Kompaktný, vodotesný, vysoko výkonný GPS/DGPS/WAAS prijímač určený pre malé člny. Tento GPS prijímač od spoločnosti je schopný prijímať a spracovávať ďalšie signály diferenciálnej korekcie DGPS/WAAS. Táto schopnosť umožňuje presnosť lepšiu ako 5 metrov pri prijímaní korekcií z majáku alebo geostacionárnych satelitov WAAS.

Nový (D)GPS navigátor so zabudovaným prijímačom diferenciálnej korekcie. Technológia ukladania ciest vám umožňuje presne vytvárať trasy na veľké vzdialenosti. Na krátke vzdialenosti je možné zvoliť roxodromickú dráhu (RL) a na dlhé vzdialenosti ortodromickú dráhu (GC).

Vďaka technológii plánovania ciest môžete presne vytvárať trasy na veľké vzdialenosti. Na krátke vzdialenosti je možné zvoliť roxodromickú dráhu (RL) a na dlhé vzdialenosti ortodromickú dráhu (GC).

Pevné prijímače majú širokú funkčnosť, najmä profesionálne zariadenia pre námorné použitie. Majú veľké množstvo pamäte, schopnosť riešiť rôzne navigačné problémy a ich rozhranie umožňuje zahrnutie do navigačného systému plavidla.

:

Ide o moderný prijímačový indikátor satelitných navigačných systémov GLONASS/GPS určený pre plavidlá všetkých typov.

Vyvinuté špecialistami spoločnosti Radio Complex s využitím najnovších úspechov v oblasti námornej navigácie. RK-2006 má schopnosť prijímať signály z už rozmiestnených satelitných konštelácií, ako sú GLONASS a GPS, ale aj z perspektívnych európskych a ázijských systémov určovania polohy, čo umožňuje so zvýšenou odolnosťou proti šumu a ochranou pred zlyhaním akéhokoľvek systému určiť súradnice plavidla a jeho kurz a rýchlosť.

Prijímač globálnych navigačných satelitných systémov GPS a GLONASS od juhokórejského výrobcu námorných rádionavigačných zariadení Samyung ENC Co., Ltd - SGN-500.

Pri použití GLONASS a GPS v kombinovaných prijímačoch (takmer všetky prijímače GLONASS sú kombinované) je presnosť určenia súradníc takmer vždy „vynikajúca“ vďaka veľkému počtu viditeľných kozmických lodí a ich dobrej vzájomnej polohe.

Zobrazenie navigačných informácií

Prijímače GLONASS/GPS používajú dva spôsoby zobrazovania informácií: alfanumerický a grafický (niekedy sa používa termín „pseudografický“).

Alfanumerická metóda na zobrazenie prijatých informácií používa:

• čísla (súradnice, rýchlosť, prejdená vzdialenosť atď.)
• kombinácie písmen, ktoré vysvetľujú digitálne údaje - zvyčajne skratky fráz (napríklad MOV - „Muž cez palubu“ alebo v ruštine „Muž cez palubu!“)
• slovné skratky (napríklad SPD - rýchlosť, TRK - Trať), názvy trasových bodov. Alfanumerické zobrazovanie informácií v čistej forme sa používalo v počiatočnom štádiu vývoja technológie GPS.

Spôsob grafického zobrazenia sa vykonáva pomocou obrázkov vytvorených na obrazovke, ktoré predstavujú povahu pohybu nosiča (loď, auto, osoba). Grafika v zariadeniach od rôznych spoločností je takmer rovnaká a líši sa spravidla v detailoch. Najbežnejšie vzory sú:

• elektronický kompas (nezamieňať s magnetickým!)
• grafický indikátor pohybu
• dopravná cesta, cesty
• symboly pre trasové body
• súradnice lode
• smer k trasovému bodu
• rýchlosť

Charakteristika:

Presnosť súradníc polohy

Presnosť určenia súradníc miesta je základným ukazovateľom každého navigačného systému, ktorého hodnota určí, ako správne bude loď sledovať položenú trasu a či nenarazí na blízke plytčiny alebo skaly.

Presnosť prístrojov sa zvyčajne hodnotí hodnotou strednej kvadratickej chyby (RMS) - interval, do ktorého spadá 72 % meraní, alebo maximálnou chybou zodpovedajúcou 95 %. Väčšina výrobcov odhaduje štandardnú odchýlku svojich GPS prijímačov na 25 metrov, čo zodpovedá maximálnej chybe 50 metrov.

Charakteristiky navigácie

Navigačné schopnosti prijímačov GLONASS/GPS sú charakterizované počtom v nich obsiahnutých trasových bodov, trás a trasových bodov, ktoré sú uložené v zariadení. Trasovými bodmi rozumieme charakteristické body na povrchu využívanom na navigáciu. Moderné dokážu vytvoriť a uložiť v závislosti od modelu od 500 do 5000 trasových bodov a 20–50 trás, každá po 20–30 bodoch.

Okrem trasových bodov má každý prijímač zásobu bodov na zaznamenávanie a ukladanie prejdenej trasy. Toto číslo môže u profesionálnych navigátorov dosiahnuť od 1000 až po niekoľko desiatok tisíc bodov. Zaznamenanú trasu možno použiť na navigáciu späť po nej.

Počet súčasne sledovaných satelitov

Tento indikátor charakterizuje stabilitu navigátora a jeho schopnosť poskytovať najvyššiu presnosť. Vzhľadom na skutočnosť, že na určenie dvoch súradníc polohy - zemepisnej dĺžky a šírky - musíte súčasne sledovať 3 satelity a určiť nadmorskú výšku - štyri. Moderné navigátory GLONASS/GPS, dokonca aj nositeľné, majú 8 alebo 12-kanálové prijímače schopné súčasne prijímať a sledovať signály až z 8 alebo 12 satelitov.

Dnes si povieme, čo je GPS a ako tento systém funguje. Venujme pozornosť vývoju tejto technológie a jej funkčným vlastnostiam. Rozoberieme si aj to, akú úlohu zohrávajú interaktívne mapy pri fungovaní systému.

História GPS

História vzniku globálneho polohovacieho systému alebo určovania súradníc sa začala v Spojených štátoch vo vzdialených 50-tych rokoch vypustením prvého sovietskeho satelitu do vesmíru. Tím amerických vedcov monitorujúci štart si všimol, že ako sa satelit vzďaľoval, postupne menil frekvenciu signálu. Po hĺbkovej analýze údajov dospeli k záveru, že pomocou satelitu, podrobnejšieho jeho polohy a vysielaného signálu, je možné presne určiť polohu a rýchlosť pohybu človeka na zemi, ako napr. ako aj naopak rýchlosť a polohu satelitu na obežnej dráhe pri určovaní presných ľudských súradníc. Koncom sedemdesiatych rokov spustilo americké ministerstvo obrany systém GPS pre vlastné účely a o niekoľko rokov neskôr sa stal dostupným pre civilné použitie. Ako teraz funguje systém GPS? Presne tak, ako to vtedy fungovalo, podľa rovnakých princípov a základov.

Satelitná sieť

Viac ako dvadsaťštyri satelitov na obežnej dráhe Zeme vysiela rádiové spojovacie signály. Počet satelitov je rôzny, no na obežnej dráhe je vždy potrebný počet, aby bola zabezpečená nepretržitá prevádzka, plus niektoré z nich sú v zálohe, aby v prípade poruchy prvých prebrali ich funkcie. Keďže životnosť každého z nich je približne 10 rokov, na trh prichádzajú nové, modernizované verzie. Satelity rotujú na šiestich obežných dráhach okolo Zeme vo výške necelých 20-tisíc km, tvorí prepojenú sieť riadenú stanicami GPS. Tie sa nachádzajú na tropických ostrovoch a sú napojené na hlavné koordinačné centrum v USA.

Ako funguje GPS navigátor?

Vďaka tejto sieti môžete zistiť svoju polohu výpočtom oneskorenia signálu zo satelitov a pomocou týchto informácií určiť súradnice. Ako teraz funguje systém GPS? Ako každá priestorová navigačná sieť je úplne zadarmo. Pracuje s vysokou účinnosťou za akýchkoľvek poveternostných podmienok a kedykoľvek počas dňa. Jediným nákupom, ktorý by ste mali mať, je samotné GPS alebo zariadenie, ktoré podporuje funkciu GPS. Princíp fungovania navigátora je v skutočnosti založený na dlho používanej jednoduchej navigačnej schéme: ak presne poznáte miesto, kde sa nachádza značkovací objekt, ktorý je najvhodnejší pre úlohu orientačného bodu, a vzdialenosť od neho k vám , nakreslite kruh, na ktorom bodkou označíte svoju polohu. Ak je polomer kruhu veľký, nahraďte ho rovnou čiarou. Nakreslite niekoľko takýchto pruhov z vašej možnej polohy smerom k značkám; priesečník čiar bude označovať vaše súradnice na mape. Vyššie uvedené satelity v tomto prípade zohrávajú úlohu týchto značkovacích objektov so vzdialenosťou od vašej polohy asi 18 tisíc km. Hoci rotujú na obežnej dráhe obrovskou rýchlosťou, ich poloha je neustále monitorovaná. Každý navigátor má GPS prijímač, ktorý je naprogramovaný na požadovanú frekvenciu a je v priamej interakcii so satelitom. Každý rádiový signál obsahuje určité množstvo zakódovaných informácií, ktoré zahŕňajú informácie o technickom stave satelitu, jeho polohe na obežnej dráhe Zeme a časovom pásme (presný čas). Mimochodom, na získanie údajov o vašich súradniciach je najdôležitejšia informácia o presnom čase: priebežný výpočet dĺžky času medzi uvoľnením a príjmom rádiového signálu sa vynásobí rýchlosťou samotnej rádiovej vlny a krátkodobé výpočty vypočíta sa vzdialenosť medzi vaším navigačným zariadením a satelitom na obežnej dráhe.

Ťažkosti so synchronizáciou

Na základe tohto princípu navigácie sa dá predpokladať, že na presné určenie súradníc vám môžu stačiť dva satelity, na základe signálov ktorých bude ľahké nájsť priesečník a v konečnom dôsledku aj miesto, kde sa nachádzate. . Ale, bohužiaľ, technické dôvody vyžadujú použitie iného satelitu ako markera. Problémom sú hlavne hodiny GPS prijímača, ktoré neumožňujú dostatočnú synchronizáciu so satelitmi. Dôvodom je rozdiel v zobrazení času (na vašom navigátore a v priestore). Satelity majú drahé, vysokokvalitné atómové hodiny, čo im umožňuje počítať čas s extrémnou presnosťou, zatiaľ čo použitie takýchto chronometrov na konvenčných prijímačoch je jednoducho nemožné, pretože ich rozmery, cena a zložitosť prevádzky by im to neumožňovali. na použitie všade. Aj malá chyba 0,001 sekundy môže posunúť súradnice o viac ako 200 km na stranu!

Tretia značka

Vývojári sa teda rozhodli opustiť bežnú technológiu quartzových hodiniek v GPS navigátoroch a vydať sa inou cestou, presnejšie povedané - použiť namiesto dvoch satelitných orientačných bodov tri, respektíve rovnaký počet čiar na následné križovanie. Riešenie problému je založené na geniálne jednoduchom riešení: keď sa všetky čiary z troch určených značiek pretnú aj s prípadnými nepresnosťami, vznikne zóna v tvare trojuholníka, ktorej stred sa berie ako jeho stred - vašu polohu. To vám tiež umožňuje identifikovať rozdiel v čase medzi prijímačom a všetkými tromi satelitmi (pre ktoré bude rozdiel rovnaký), čo vám umožní opraviť priesečník čiar presne v strede; inými slovami, toto určuje vašu GPS súradnice.

Jedna frekvencia

Treba tiež poznamenať, že všetky satelity posielajú informácie do vášho zariadenia na rovnakej frekvencii, čo je dosť nezvyčajné. Ako funguje GPS navigátor a ako správne vníma všetky informácie, ak mu všetky satelity nepretržite a súčasne posielajú informácie? Všetko je celkom jednoduché. Na svoju identifikáciu vysielajú vysielače na satelite aj štandardné informácie v rádiovom signáli, ktorý obsahuje zašifrovaný kód. Hlási maximálne charakteristiky družice a zapisuje sa do databázy vášho zariadenia, ktorá vám následne umožňuje porovnávať údaje z družice s databázou navigátora. Dokonca aj pri veľkom počte satelitov v dosahu ich možno veľmi rýchlo a jednoducho identifikovať. To všetko zjednodušuje celú schému a umožňuje použitie menších a slabších prijímacích antén v GPS navigáciách, čo znižuje náklady a znižuje dizajn a rozmery zariadení.

GPS mapy

GPS mapy sa do vášho zariadenia sťahujú samostatne, takže máte pod kontrolou terén, po ktorom sa chcete pohybovať. Systém len nastaví vaše súradnice na planéte a funkciou máp je znovu vytvoriť grafickú verziu na obrazovke, na ktorej sú súradnice vykreslené, čo vám umožní navigovať v oblasti. Ako v tomto prípade funguje GPS? Zadarmo, naďalej zostáva v tomto stave; karty v niektorých internetových obchodoch (nielen) sú stále platené. Pre zariadenie s GPS navigátorom sa často vytvárajú samostatné aplikácie na prácu s mapami: platené aj bezplatné. Rozmanitosť máp je príjemne prekvapivá a umožňuje nastaviť cestu z bodu A do bodu B čo najinformatívnejšie a so všetkými vymoženosťami: aké pamiatky budete míňať, najkratšia cesta do cieľa, hlasový asistent udávajúci smer , a ďalšie.

Dodatočné vybavenie GPS

Systém GPS slúži nielen na to, aby vám ukázal správnu cestu. Umožňuje vám sledovať objekt, ktorý môže mať na sebe takzvaný maják alebo GPS tracker. Skladá sa zo samotného prijímača signálu a vysielača na báze gsm, 3gp alebo iných komunikačných protokolov na prenos informácií o polohe objektu do servisných stredísk, ktoré vykonávajú kontrolu. Používajú sa v mnohých odvetviach: bezpečnosť, zdravotníctvo, poisťovníctvo, doprava a mnoho ďalších. Existujú aj sledovače áut, ktoré sa pripájajú výhradne k autu.

Cestujte bez problémov

Každý deň ide význam mapy a trvalého kompasu ďalej do minulosti. Moderné technológie umožňujú človeku vydláždiť si cestu na cestu s minimálnou stratou času, úsilia a peňazí, pričom stále vidí tie najvzrušujúcejšie a najzaujímavejšie miesta. To, čo bolo pred storočím sci-fi, sa dnes stalo realitou a môže to využiť takmer každý: od vojenského personálu, námorníkov a pilotov lietadiel až po turistov a kuriérov. Veľkú obľubu si teraz získava využitie týchto systémov pre komerčný, zábavný a reklamný priemysel, kde sa každý podnikateľ môže vyznačiť na globálnej mape sveta a nebude ťažké ho nájsť. Dúfame, že tento článok pomohol všetkým, ktorých zaujíma GPS – ako funguje, na akom princípe sa určujú súradnice a aké sú jeho silné a slabé stránky.

Vznik satelitnej navigácie sa datuje do 50. rokov. V momente, keď ZSSR vypustil prvý umelý satelit Zeme, americkí vedci pod vedením Richarda Kershnera pozorovali signál vychádzajúci zo sovietskeho satelitu a zistili, že v dôsledku Dopplerovho efektu sa frekvencia prijímaného signálu zvyšuje, keď sa satelit približuje a klesá. ako sa vzďaľuje. Podstatou objavu bolo, že ak presne poznáte svoje súradnice na Zemi, potom je možné zmerať polohu satelitu a naopak, ak presne poznáte polohu satelitu, môžete určiť svoje vlastné súradnice.

Táto myšlienka bola realizovaná o 20 rokov neskôr. Prvý testovací satelit vypustili na obežnú dráhu 14. júla 1974 Spojené štáty americké a posledný zo všetkých 24 satelitov potrebných na úplné pokrytie zemského povrchu bol vypustený na obežnú dráhu v roku 1993, teda Global Positioning System alebo skrátene GPS. prišiel do služby. Bolo možné použiť GPS na presné nasmerovanie rakiet na stacionárne a potom pohybujúce sa objekty vo vzduchu a na zemi. Tiež pomocou systému zabudovaného do satelitov bolo možné odhaliť silné jadrové náboje umiestnené na povrchu planéty.

GPS, globálny systém určovania polohy, bol pôvodne vyvinutý ako čisto vojenský projekt. Ale po zostrelení lietadla Korean Airlines s 269 pasažiermi na palube v roku 1983, americký prezident Ronald Reagan povolil čiastočné používanie navigačného systému na civilné účely. Výška tónu bola znížená špeciálnym algoritmom.

Potom sa objavili informácie, že niektoré spoločnosti rozlúštili algoritmus znižovania presnosti a úspešne kompenzovali túto zložku chyby a v roku 2000 bolo toto zhrubnutie presnosti dekrétom prezidenta USA zrušené.

1. Satelitný navigačný systém

Satelitný navigačný systém– komplexný elektronický technický systém pozostávajúci zo súboru pozemných a kozmických zariadení určených na určenie polohy (geografické súradnice a nadmorská výška), ako aj parametrov pohybu (rýchlosť a smer pohybu atď.) pre zem, vodu a vzduch predmety.

1.1 Čo je to GPS?

Satelitný navigačný systém GPS pôvodne vyvinuli Spojené štáty na vojenské účely. Ďalším známym názvom systému je „NAVSTAR“. Názov „GPS“, ktorý sa už stal bežným podstatným menom, je skratkou pre Global Positioning System, čo v preklade znamená globálny navigačný systém. Tento názov plne charakterizuje účel systému – poskytovanie navigácie po celej zemeguli. Nielen na súši, ale aj na mori a vo vzduchu. Pomocou navigačných signálov GPS môže každý používateľ určiť svoju aktuálnu polohu s vysokou presnosťou.

Táto presnosť bola do značnej miery umožnená vďaka krokom americkej vlády, ktorá v roku 2000 sprístupnila a sprístupnila systém GPS aj civilným používateľom. Pripomeňme si, že predtým sa pomocou špeciálneho selektívneho režimu prístupu (SA - Selective Availability) do prenášaného signálu vniesli skreslenia, ktoré znížili presnosť určovania polohy na 70-100 metrov. Od 1. mája 2000 je tento režim deaktivovaný a presnosť sa zvýšila na 3–10 metrov.

V skutočnosti táto udalosť dala silný impulz vývoju domáceho GPS navigačného zariadenia, znížilo jeho náklady a aktívne ho popularizovalo medzi bežnými používateľmi. V súčasnosti sa GPS prijímače rôznych typov aktívne využívajú vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti, od bežnej navigácie až po osobné ovládanie a vzrušujúce hry ako „ Geocaching" Podľa výsledkov mnohých štúdií má používanie navigačných systémov GPS veľký ekonomický efekt pre globálnu ekonomiku a životné prostredie – zvyšuje sa bezpečnosť premávky, zlepšuje sa situácia na cestách, znižuje sa spotreba paliva, znižuje sa množstvo škodlivých emisií do atmosféry. .

Rastúca závislosť európskeho hospodárstva od systému GPS a v dôsledku toho od americkej administratívy prinútila Európu začať s vývojom vlastného navigačného systému – Galilleo. Nový systém je v mnohom podobný systému GPS.

2. Zloženie systému GPS

2.1 Vesmírny segment

Vesmírny segment systému GPS pozostáva z orbitálnej konštelácie satelitov vysielajúcich navigačné signály. Satelity sa nachádzajú na 6 obežných dráhach vo výške okolo 20 000 km. Doba obehu satelitov je 12 hodín a rýchlosť okolo 3 km/s. Každý deň teda každý satelit vykoná dve úplné otáčky okolo Zeme.

Prvý satelit bol vypustený vo februári 1978. Jeho veľkosť s otvorenými solárnymi panelmi bola 5 metrov a jeho hmotnosť bola viac ako 900 kg. Toto bol satelit prvej modifikácie GPS-I. Za posledných 30 rokov sa na obežnej dráhe zmenilo niekoľko modifikácií satelitov GPS: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. V procese modernizácie sa znížila hmotnosť satelitov, zlepšila sa stabilita palubných hodín a zvýšila sa spoľahlivosť.

Satelity GPS vysielajú tri navigačné signály na dvoch frekvenciách L1 a L2. „Civilný“ C/A signál, prenášaný na frekvencii L1 (1575,42 MHz), je dostupný pre všetkých používateľov a poskytuje presnosť určovania polohy 3–10 metrov. Vysoko presný „vojenský“ P-kód sa prenáša na frekvenciách L1 a L2 (1227,60 MHz) a jeho presnosť je rádovo vyššia ako u „civilného“ signálu. Použitie signálu vysielaného na dvoch rôznych frekvenciách tiež umožňuje čiastočne kompenzovať ionosférické oneskorenia.

Najnovšia modifikácia satelitov GPS IIR-M implementuje nový „civilný“ signál L2C, určený na zvýšenie presnosti meraní GPS.

Identifikácia navigačných signálov sa vykonáva pomocou čísla zodpovedajúceho „pseudošumovému kódu“, jedinečnému pre každý satelit. Technická špecifikácia systému GPS spočiatku obsahovala 32 kódov. Vo fáze vývoja systému a počiatočného obdobia jeho prevádzky sa plánovalo, že počet pracovných satelitov nepresiahne 24. Voľné kódy boli pridelené novým satelitom GPS vo fáze uvádzania do prevádzky. A toto množstvo stačilo na normálne fungovanie systému. Ale v súčasnosti je na obežnej dráhe už 32 satelitov, z ktorých 31 pracuje v prevádzkovom režime a vysiela navigačný signál na Zem.

„Redundancia“ satelitov umožňuje používateľovi vypočítať polohu v podmienkach, kde je „viditeľnosť“ oblohy obmedzená výškovými budovami, stromami alebo horami.

2.2 Pozemný segment

Pozemný segment systému GPS pozostáva z 5 riadiacich staníc a hlavnej riadiacej stanice umiestnenej na amerických vojenských základniach - na ostrovoch Kwajalein a Havaj v Tichom oceáne, na ostrove Ascension, na ostrove Diego Garcia v Indickom oceáne a v Colorade Pramene, preniesli do postava 1.Úlohy monitorovacích staníc zahŕňajú príjem a meranie navigačných signálov prichádzajúcich z GPS satelitov, výpočet rôznych typov chýb a prenos týchto údajov do riadiacej stanice. Spoločné spracovanie prijatých údajov umožňuje vypočítať odchýlku trajektórií satelitov od daných dráh, časové posuny palubných hodín a chyby v navigačných správach. Monitorovanie stavu satelitov GPS prebieha takmer nepretržite. „Sťahovanie“ navigačných údajov, ktoré pozostávajú z predpovedaných obežných dráh a korekcií hodín pre každý zo satelitov, sa vykonáva každých 24 hodín, v momente, keď sa nachádza v prístupovej zóne riadiacej stanice.

Okrem pozemných staníc GPS existuje niekoľko súkromných a vládnych sledovacích sietí, ktoré merajú navigačné signály GPS na určenie atmosférických podmienok a trajektórií satelitov.

Obrázok 1

2.3 Používateľské vybavenie

Používateľské vybavenie označuje navigačné prijímače, ktoré využívajú signály z GPS satelitov na výpočet aktuálnej polohy, rýchlosti a času. Používateľské vybavenie možno rozdeliť na „domáce“ a „profesionálne“. V mnohých ohľadoch je toto rozdelenie ľubovoľné, pretože niekedy je dosť ťažké určiť, do ktorej kategórie by mal byť prijímač GPS zaradený a aké kritériá použiť. Existuje celá trieda GPS navigátorov používaných na turistiku, cestovanie autom, rybolov atď. Existujú letecké a námorné navigačné systémy, ktoré sú často súčasťou zložitých navigačných systémov. V poslednej dobe sa GPS čipy rozšírili a sú integrované do PDA, telefónov a iných mobilných zariadení.

Preto v navigácii O Rozdelenie prijímačov GPS na „kódové“ a „fázové“ sa rozšírilo. V prvom prípade sa na výpočet polohy použijú informácie prenášané v navigačných správach. Do tejto kategórie patrí väčšina lacných GPS navigátorov, ktoré stoja 100 – 2 000 USD.

Druhá kategória GPS navigačných prijímačov využíva nielen dáta obsiahnuté v navigačných správach, ale aj fázu nosného signálu. Vo väčšine prípadov ide o drahé jedno- a dvojfrekvenčné (L1 a L2) geodetické prijímače schopné vypočítať polohu s relatívnou presnosťou niekoľkých centimetrov a dokonca milimetrov. Táto presnosť je dosiahnutá v režime RTK, keď sa spoločne spracovávajú merania GPS prijímača a dáta základňovej stanice. Náklady na takéto zariadenia môžu byť desiatky tisíc dolárov.

3. Pracovný GPS navigátor A

Základný princíp celého systému GPS je jednoduchý a dlho sa používa na navigáciu a orientáciu: ak poznáte presnú polohu niečoho referenčný bod a vzdialenosť k nej, potom môžete nakresliť kružnicu (v 3-rozmernom prípade guľu), na ktorej by sa mal nachádzať bod vašej polohy. V praxi, ak je uvedená vzdialenosť, t.j. polomer je dostatočne veľký, potom môžete oblúk kruhu nahradiť úsečkou. Ak nakreslíte niekoľko takýchto čiar zodpovedajúcich rôznym referenčným bodom, potom bod ich priesečníka bude označovať vašu polohu. V GPS zohrávajú úlohu takýchto referenčných bodov dva tucty satelitov, z ktorých každý sa pohybuje po vlastnej obežnej dráhe vo výške ~ 17 000 km nad povrchom Zeme. Rýchlosť ich pohybu je veľmi vysoká, no palubné počítače s vysokou presnosťou poznajú parametre dráhy a ich aktuálnu polohu Dôležitou súčasťou každého GPS navigátora je klasický prijímač pracujúci na pevnej frekvencii a neustále „počúvajúci“ na signály vysielané týmito satelitmi. Každý zo satelitov neustále vysiela rádiový signál, ktorý obsahuje údaje o parametroch jeho obežnej dráhy, stave palubného vybavenia a presnom čase. Zo všetkých týchto informácií sú najdôležitejšie údaje o presnom palubnom čase: GPS prijímač pomocou vstavaného procesora vypočíta časový interval medzi odoslaním a prijatím signálu a následne ho vynásobí rýchlosťou šírenia rádia. vlny atď. zisťuje vzdialenosť medzi satelitom a prijímačom.

Snáď dnes neexistuje jediný človek, ktorý vedie aktívny život, ktorý by nevedel o existencii GPS navigátorov. Za posledných pár rokov sa tieto zariadenia vyvinuli z drahej automobilovej hračky na spoľahlivého a nepostrádateľného spoločníka na cesty. Technologický pokrok zaplavil trhy takýmito systémami do takej miery, že teraz si každý môže v akcii vyskúšať, čo je to GPS navigátor, nájsť model, ktorý vyhovuje jeho potrebám a finančným možnostiam.

Bezpochyby takmer každý motorista pozná situáciu, keď sa na ceste bez mapy jednoducho nezaobídete. Teraz cestné atlasy ustupujú do úzadia a má zmysel nosiť ich so sebou len ako rezervu – pre prípad (ak by zlyhala elektronika).

Prečo potrebujete GPS navigáciu?

Hlavnou funkciou navigátora GPS je určiť vašu presnú polohu. Na farebnom monitore zobrazí podrobnú mapu okolia, ulíc, adries predajní, čerpacích staníc, atrakcií a ďalších objektov potrebných pre motoristu. Okrem toho zariadenie vyberie optimálnu trasu a dokonca vás po nej navedie, pričom vás upozorní na možné prekážky na ceste. Zmeškali ste správnu odbočku? Netreba prepadať panike! Auto GPS navigátor rýchlo vypočíta a ukáže alternatívnu trasu do vášho cieľa. A aby vodiča nerozptyľovali, takmer každý vývoj v posledných rokoch má hlasové rozhranie, ktoré v ruštine upozorňuje na blížiacu sa odbočku alebo zmenu trasy.

Hlavné funkcie

Ak je vaše navigačné zariadenie GPS vybavené funkciou analýzy informácií o dopravných tokoch a dopravných zápchach, máte zaručenú možnosť najlepšie sa vyhnúť prekážkam na ceste. To je užitočné najmä pri prechode neznámymi mestami.

GPS navigácia uľahčuje jazdu v noci. V predstihu varuje pred každou nadchádzajúcou zákrutou, zákrutou a stúpaním, čo umožňuje vodičovi včas reagovať na zmeny terénu na ceste.

Jedným z vážnych problémov pri jazde po vysokorýchlostnej neznámej diaľnici je predbežný výber jazdného pruhu pre následný výjazd v správnom smere. Dokonalý GPS navigátor vám jednoducho povie, kde a do ktorého pruhu by ste sa mali preradiť.

Ďalšou jedinečnou schopnosťou GPS navigátora je schopnosť vidieť dopravné značky a včas upozorniť na ich prítomnosť. Takže sa môžete vyhnúť nepríjemnému stretnutiu s dopravnou políciou, ak by ste náhodou nechali bez povšimnutia nejaký dôležitý znak.

čo je lepšie?

Mnoho ľudí si často kladie otázku: „Načo si kupovať GPS navigáciu do auta, keď môj mobilný telefón (komunikátor) už má všetky funkcie na komunikáciu so satelitom? Otázka je celkom namieste, ak vezmeme do úvahy, že ju kladú spravidla ľudia, ktorí nikdy nešoférovali.

Hlavnou výhodou samostatného autonavigátora je jednoduchosť používania vďaka veľkej obrazovke. Súhlaste s tým, že pozerať sa jedným okom na cestu a druhým hľadieť na päťpalcový smartfón nie je úplne pohodlné a dokonca nebezpečné. Je pekné počuť z vášho záznamníka starostlivé výzvy, ale oveľa lepšie je jasne si predstaviť obraz cesty, keď vidíte, kde ste a čo vás čaká. Dotykové rozhranie umožňuje ovládať program posúvaním prsta po obrazovke bez toho, aby ste z neho spustili oči. Túto schopnosť samozrejme majú aj moderné komunikátory a osobní digitálni asistenti (PDA). A všetko by bolo v poriadku, keby nebolo malej obrazovky a slabo citlivého modulu GPS.

Citlivý GPS prijímač s výkonnou anténou zabudovanou v autonavigácii umožňuje spoľahlivejšie prijímať signály zo satelitu po celej trase.

Srdcom autonavigátora je moderný procesor špeciálne navrhnutý pre takéto systémy (SIRFatlas) a maximálne optimalizovaný na analýzu signálov satelitnej navigácie. A to vám zase umožňuje spracovávať rozsiahlejšie informácie a zobrazovať na obrazovke také malé detaily oblasti, ktoré procesor mobilného telefónu nedokáže rozlúštiť.

Pridané vlastnosti

Autonavigátory najnovšej generácie môžu fungovať ako monitor CCTV kamery, ale aj ako TV obrazovka na sledovanie satelitnej televízie. Zvukový výstup je možné prepojiť s audiosystémom v aute, ktorý vám úpravou hlasitosti a tónu umožní zreteľne počúvať navigačné výzvy záznamníka v akýchkoľvek hlukových podmienkach.

Ak by sme sa dotkli takéhoto zariadenia, ako je GPS navigátor pre auto, potom nebude možné úplne opísať jeho schopnosti ako zariadenia s procesorom a monitorom. Táto technológia sa modernizuje každým dňom. A nebude prekvapením, ak už čoskoro bude autonavigátorom výkonný počítač prispôsobený autu so schopnosťami, o ktorých môžeme len hádať.

Ak je pre vás dôležitým faktorom pohodlie pri cestovaní a istota na ceste, potom by ste si mali zaobstarať satelitný GPS navigátor. Koniec koncov, moderný svet s rozsiahlou a priestrannou cestnou infraštruktúrou sťažuje život vodičom, ktorí sú nútení neustále sledovať cestu, niekedy sú pod extrémnym nervovým napätím. Kúpte si slušného elektronického sprievodcu – a niekdajšia napínavá jazda po preplnených diaľniciach sa zmení na relax a možno aj príjemnú zábavu.

Navigácia je určenie súradnicovo-časových parametrov objektov.

Prvým účinným prostriedkom navigácie bolo určovanie polohy podľa viditeľných nebeských telies (slnko, hviezdy, mesiac). Ďalšou jednoduchou navigačnou metódou je georeferencovanie, t.j. určenie polohy vzhľadom na známe orientačné body (vodárenské veže, elektrické vedenia, diaľnice a železnice atď.).

Navigačné a polohovacie systémy sú navrhnuté tak, aby neustále monitorovali polohu (stav) objektov. V súčasnosti existujú dve triedy navigačných a polohovacích pomôcok: pozemné a vesmírne.

Pozemné systémy zahŕňajú stacionárne, prenosné a prenosné systémy, komplexy, pozemné prieskumné stanice a iné prostriedky navigácie a určovania polohy. Princíp ich činnosti spočíva v ovládaní rádiového vzduchu pomocou špeciálnych antén pripojených k skenovacím rádiovým staniciam a na izoláciu rádiových signálov vysielaných rádiovými vysielačmi sledovacích objektov alebo vysielaných samotným komplexom (stanicou) a odrazených od sledovacieho objektu alebo od objektu. špeciálny štítok alebo kódovaný palubný senzor (CBD) umiestnený na objekte. Pri použití tohto druhu technických prostriedkov je možné získať informácie o súradniciach polohy, smere a rýchlosti pohybu riadeného objektu. Ak je na sledovaných objektoch špeciálna značka alebo CBD, identifikačné zariadenia napojené na systémy umožňujú nielen označiť polohu kontrolovaných objektov na elektronickej mape, ale ich aj príslušne rozlíšiť.

Vesmírne navigačné a polohovacie systémy sú rozdelené do dvoch typov.

Prvý typ vesmírnych navigačných a polohovacích systémov sa vyznačuje použitím špeciálnych senzorov na mobilných sledovacích objektoch - prijímačoch satelitných navigačných systémov, ako sú GLONASS (Rusko) alebo GPS (USA). Navigačné prijímače pohybujúcich sa sledovacích objektov prijímajú rádiový signál z navigačného systému, ktorý obsahuje súradnice (efemeridy) satelitov na obežnej dráhe a časovú referenciu. Procesor navigačného prijímača na základe údajov zo satelitov (najmenej troch) vypočítava zemepisnú šírku a dĺžku jeho polohy (prijímača). Tieto informácie (geografické súradnice) je možné zobraziť na samotnom navigačnom prijímači, ak je k dispozícii výstupné zariadenie informácií (displej, monitor), ako aj na mieste sledovania, keď sú prenášané z navigačného prijímača pohybujúceho sa objektu prostredníctvom rádiovej komunikácie. (radiálne, konvenčné, trunkingové, mobilné, satelitné).

Druhý typ vesmírnych navigačných a polohovacích systémov sa vyznačuje skenovaním príjmu (azimutu) na obežnej dráhe signálov prichádzajúcich z rádiových majákov inštalovaných na sledovanom objekte. Satelit prijímajúci signály z rádiových majákov sa spravidla najskôr hromadí a potom v určitom bode obežnej dráhy prenáša informácie o sledovaných objektoch do pozemného centra na spracovanie údajov. V tomto prípade sa čas dodania informácií mierne predĺži.

Satelitné navigačné systémy vám umožňujú:

• vykonávať nepretržité monitorovanie a sledovanie akýchkoľvek pohybujúcich sa objektov;
• zobrazenie na elektronickej mape dispečera súradnice, trasu a rýchlosť pohybu riadiacich a sledovacích objektov (s presnosťou určenia súradníc a nadmorskej výšky do 100 m a v diferenciálnom režime - do 2...5 m) ;
• pohotovo reagovať na mimoriadne situácie (zmeny predpokladaných parametrov na riadiacom a sledovacom objekte alebo v jeho trase a harmonograme, signál SOS a pod.);
• optimalizovať trasy a harmonogramy pohybu objektov kontroly a sledovania.

V súčasnosti možno funkcie špecializovaných navigačných a pozičných systémov (automatické sledovanie aktuálnej polohy účastníckych zariadení, komunikačných terminálov za účelom zabezpečenia roamingu a poskytovania komunikačných služieb) vykonávať s relatívnou presnosťou prostredníctvom satelitu a mobilnej siete (ak majú základňové stanice zariadenia na určovanie polohy) rádiokomunikačné systémy.

Rozsiahle zavedenie navigačných a polohovacích systémov, rozsiahla inštalácia vhodného vybavenia v ruských celulárnych sieťach s cieľom určovať a neustále monitorovať polohu fungujúcich vysielačov, hliadok, vozidiel a iných objektov záujmu orgánov činných v trestnom konaní by mohlo výrazne rozšíriť schopnosti činností presadzovania práva.

Základným princípom určovania polohy pomocou satelitných navigačných systémov je použitie satelitov ako referenčných bodov.

Aby bolo možné určiť zemepisnú šírku a dĺžku pozemného prijímača, prijímač musí prijímať signály z najmenej troch satelitov a poznať ich súradnice a vzdialenosť od satelitov k prijímaču (obr. 6.8). Súradnice sa merajú vzhľadom na stred zeme, ktorý má súradnicu (0, 0, 0).

Vzdialenosť od satelitu k prijímaču sa vypočíta z nameraného času šírenia signálu. Tieto výpočty nie je ťažké vykonať, pretože je známe, že elektromagnetické vlny sa šíria rýchlosťou svetla. Ak sú známe súradnice troch satelitov a vzdialenosti od nich k prijímaču, potom prijímač dokáže vypočítať jedno z dvoch možných umiestnení v priestore (body 1 a 2 na obr. 6.8). Prijímač môže zvyčajne určiť, ktorý z týchto dvoch bodov je platný, pretože jedna hodnota polohy má nezmyselný význam.

Ryža. 6.8. Určenie polohy pomocou signálov z troch satelitov

V praxi je na odstránenie chyby taktu generátora, ktorá ovplyvňuje presnosť meraní časového rozdielu, potrebné poznať polohu a vzdialenosť štvrtého satelitu (obr. 6.9).

Ryža. 6.9. Určenie polohy pomocou signálov zo štyroch satelitov

V súčasnosti existujú a aktívne sa používajú dva satelitné navigačné systémy – GLONASS a GPS.

Satelitné navigačné systémy obsahujú tri komponenty (obr. 6.10):

• vesmírny segment, ktorý zahŕňa orbitálnu konšteláciu umelých satelitov Zeme (inými slovami navigačné vesmírne lode);
• riadiaci segment, pozemný riadiaci komplex (GCU) pre orbitálnu konšteláciu kozmických lodí;
• zariadenie používateľa systému.

Ryža. 6.10. Zloženie satelitných navigačných systémov

Vesmírny segment systému GLONASS tvorí 24 navigačných kozmických lodí (NSV) umiestnených na kruhových dráhach s výškou 19 100 km, sklonom 64,5° a obežnou dobou 11 hodín 15 minút v troch obežných rovinách (obr. 6.11). Každá orbitálna rovina pojme 8 satelitov s rovnomerným posunom zemepisnej šírky o 45°.

Vesmírny segment navigačného systému GPS pozostáva z 24 hlavných satelitov a 3 rezervných. Satelity sa nachádzajú na šiestich kruhových dráhach s nadmorskou výškou asi 20 000 km, sklonom 55°, rovnomerne rozmiestnených v dĺžke každých 60°.

Ryža. 6.11. Obežné dráhy satelitov GLONASS a GPS

Segment pozemného riadiaceho komplexu systému GLONASS vykonáva nasledujúce funkcie:

• efemeridová a časovo-frekvenčná podpora;
• rádionavigačné monitorovanie poľa;
• rádiotelemetrické monitorovanie satelitov;
• príkazové a programové rádiové ovládanie satelitu.

Na synchronizáciu časových mier rôznych satelitov s požadovanou presnosťou sa na palube satelitu používajú cézne frekvenčné štandardy s relatívnou nestabilitou rádovo 10 -13 s. Pozemný riadiaci komplex využíva vodíkový štandard s relatívnou nestabilitou 10 -14 s. Okrem toho NKU obsahuje prostriedky na korekciu satelitných časových mierok vzhľadom na referenčnú stupnicu s chybou 3-5 ns.

Pozemný segment poskytuje efemeridovú podporu satelitom. To znamená, že parametre pohybu satelitu sa určujú na zemi a hodnoty týchto parametrov sa predpovedajú na vopred určené časové obdobie. Parametre a ich predpoveď sú zahrnuté v navigačnej správe vysielanej satelitom spolu s prenosom navigačného signálu. To zahŕňa aj časovo-frekvenčné korekcie palubnej časovej stupnice satelitu vo vzťahu k systémovému času. Meranie a prognóza pohybových parametrov satelitu sa vykonáva v Balistickom centre systému na základe výsledkov meraní trajektórie vzdialenosti k satelitu a jeho radiálnej rýchlosti.

Používateľské zariadenie systému sú rádiové inžinierske zariadenia určené na príjem a spracovanie rádionavigačných signálov z navigačnej kozmickej lode na určenie priestorových súradníc, komponentov vektora rýchlosti pohybu a korekcie časových mier používateľa globálneho navigačného satelitného systému.

Prijímač určí polohu spotrebiteľa, ktorý zo všetkých pozorovaných satelitov vyberie tie najpriaznivejšie z hľadiska zabezpečenia presnosti navigácie. Na základe vzdialeností k vybraným satelitom určuje zemepisnú dĺžku, zemepisnú šírku a nadmorskú výšku spotrebiteľa, ako aj parametre jeho pohybu: smer a rýchlosť. Prijaté údaje sa zobrazujú na displeji vo forme digitálnych súradníc, alebo sa zobrazujú na mape predtým skopírovanej do prijímača.

Prijímače satelitných navigačných systémov sú pasívne, t.j. nevysielajú signály a nemajú spätný komunikačný kanál. To vám umožňuje mať neobmedzený počet spotrebiteľov navigačných komunikačných systémov.

V súčasnosti sa rozšírili systémy na monitorovanie pohybu objektov založené na satelitných navigačných systémoch. Štruktúra takéhoto systému je znázornená na obr. 6.12.

Ryža. 6.12. Štruktúra monitorovacieho systému

Navigačné prijímače inštalované na sledovaných objektoch prijímajú signály zo satelitov a vypočítavajú ich súradnice. Ale keďže navigačné prijímače sú pasívne zariadenia, systém musí poskytovať systém na prenos vypočítaných súradníc do monitorovacieho centra. Ako prostriedky na prenos údajov o súradniciach pozorovacieho objektu môžu slúžiť VHF rádiové modemy, GSM/GPRS/EDGE modemy (2G siete), siete tretej generácie pracujúce s protokolmi UMTS/HSDPA, CDMA modemy, satelitné komunikačné systémy atď.

Monitorovacie centrum satelitného navigačného a monitorovacieho systému je určené na monitorovanie objektov, na ktorých je nainštalované (obsiahnuté) navigačné a komunikačné zariadenie za účelom sledovania jeho jednotlivých parametrov (poloha, rýchlosť, smer pohybu) a rozhodovania o určitých úkonoch.

Monitorovacie centrum obsahuje softvérové ​​a hardvérové ​​nástroje na spracovanie informácií, ktoré poskytujú:

• príjem, spracovanie a uchovávanie informácií prichádzajúcich z objektov sledovania;
• zobrazovanie informácií o polohe pozorovacích objektov na elektronickej mape územia.

Navigačný a monitorovací systém orgánov pre vnútorné záležitosti rieši tieto úlohy:

• zabezpečenie automatizovanej kontroly rozmiestnenia osádok vozidiel personálom na pracovisku;
• poskytovanie informácií personálu na pracovisku o umiestnení vozidiel na prijímanie manažérskych rozhodnutí pri organizovaní rýchlej reakcie na incidenty v oblasti zodpovednosti;
• zobrazovať v grafickom formáte informácie o polohe vozidiel a ďalšie servisné informácie na automatizovanom pracovisku operátora;
• vytvorenie a uloženie archívu na trasách pohybu osádok vozidiel počas ich služby;
• vydávanie štatistického výkazníctva o plnení noriem povinného nasadenia síl a prostriedkov počas služobnej zmeny, súhrnné parametre efektívnosti použitia síl a prostriedkov, ukazovatele kontroly nad oblasťami zodpovednosti.

Na zabezpečenie vysokej spoľahlivosti a spoľahlivosti prenosu monitorovacích informácií z palubného vybavenia vozidiel útvarov Ministerstva vnútra Ruskej federácie do služobných staníc v rámci systému je potrebné použiť záložný kanál prenosu dát, ktorý možno použiť ako