Chinasp.ru

Авто Клондайк
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Система спутниковой навигации GPS; принцип, схема, применение

Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS

GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

История GPS

История GPS - с сайта www.glonass-iac.ru

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.

Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

  • Мобильная связь;
  • Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
  • Определение сейсмической активности;
  • Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
  • Геодезия – определение точных границ земельных участков;
  • Картография;
  • Навигация;
  • Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Читайте так же:
Регулировка схождения колес на валдае

Навигация без GPS

История ГЛОНАСС - glonass-iac.ru

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

  • Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
  • Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
  • Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
  • Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Как работает навигационная система

Навигационная система в основном используется для того, чтобы определить местоположение объекта (в данном случае автомобиля) и скорость его движения. Иногда от неё требуется и определение некоторых других параметров, например, высоты над уровнем моря.

Вычисляет она эти параметры, устанавливая расстояние между самим навигатором и каждым из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. Как правило, для эффективной работы системы необходима синхронизация с четырьмя спутниками. По изменению этих расстояний она и определяет координаты объекта и другие характеристики движения. Спутники ГЛОНАСС не синхронизируются с вращением Земли, из-за чего обеспечивается их стабильность на большом промежутке времени.

Видео: ГлоНаСС vs GPS

Международная деятельность

За последние годы своего развития ГНСС и их функциональные дополнения стали основой систем координатно-временного и навигационного обеспечения развитых стран, существенным элементом государственных и частных секторов мировой экономики. С одновременным функционированием нескольких ГНСС возрастает необходимость координации программ их развития между странами–владельцами таких систем, а также международными организациями, непосредственно связанными с развитием и использованием ГНСС. Международное сотрудничество в области ГНСС – важнейшая составная часть национальной политики Российской Федерации в области космической деятельности.

С целью обеспечения совместимости и взаимодополняемости системы ГЛОНАСС с другими ГНСС и продвижения ее использования за рубежом специалисты ИАЦ КВНО АО «ЦНИИмаш» участвуют самостоятельно и организуют участие российских представителей в мероприятиях:

  • Международного комитета по ГНСС, созданного по инициативе Генеральной Ассамблеи ООН;
  • Международной службы глобальных навигационных спутниковых систем (IGS), где ИАЦ КВНО является ассоциированным центром анализа службы IGS;
  • Международной службы лазерной дальнометрии (ILRS), где ИАЦ КВНО – ассоциированный центр анализа службы ILRS;
  • Международной службы вращения Земли (IERS), где ИАЦ КВНО – официальный центр анализа IERS;
  • Комиссии по авиационным радиотехническим средствам (RTCA), на заседаниях которой обсуждаются вопросы включения системы ГЛОНАСС в стандарты авиационной навигационной аппаратуры;
  • Международной организации гражданской авиации (ICAO), на заседаниях которой представляется информация о создаваемом в Российской Федерации Стандарте эксплуатационных характеристик открытых услуг системы ГЛОНАСС.
Читайте так же:
Регулировка уровня ксеноновых фар

Специалисты ИАЦ КВНО участвуют в двусторонних переговорах и консультациях с провайдерами зарубежных глобальных и региональных навигационных систем, а также в работах по созданию за рубежом наземного измерительного сегмента системы ГЛОНАСС, являющегося одним из важнейших факторов обеспечения ее конкурентоспособности и широкого применения.

Как работает GPS или ГЛОНАСС

Современные смартфоны часто не привязываются к одной системе, и несмотря на фразы вроде ”найти по GPS”, реальное позиционирование производится сразу по нескольким системам. Приемники мобильных устройств уже несколько лет могут ориентироваться на разные спутники.

Увеличение количества компонентов на орбите и базовых станций на Земле позволит нам получать более точные данные. Для работы навигации достаточно сигналов, полученных от трех спутников. Они знают свое положение и как линейкой замеряют расстояние до смартфона или навигатора. Так по трем точкам можно точно понять, где в пространстве находится гаджет и наложить его координаты на карту.

Не трудно догадаться, что дальнейшее увеличение покрытия позволит устройствам ”видеть” одновременно больше спутников. Чем больше их будет, тем больше будет ”замеров” и тем более точно будет определено местоположение устройства. Особенно важно это в крупных городах, где высокие здания могут перекрывать некоторые спутники и сильно снижать точность позиционирования. В итоге вместо точности до метра, она может снизиться до десятков метров. С этим и надо бороться.

Системы навигации постоянно развиваются и выпускаются новые спутники.

  • Печать
  • E-mail

Облетая нашу планету, навигационные спутники непрерывно шлют на нее потоки радиосигналов. Эти спутники принадлежат американской военно-морской навигационной спутниковой системе (ВМНСС), а с недавнего времени и американской глобальной системе нахождения местоположения (GSM).

Так же, как и российская глобальная система навигации ГЛОНАСС, Обе системы дают возможность кораблям на море днем и ночью с огромной точностью определять свои координаты.

Читайте так же:
Как отрегулировать сцепление на комбайне енисей

Принцип действия и GSM и ГЛОНАСС основан на том, что на борту корабля специальный приемник ловит радиоволны, посылаемые навигационными спутниками на определенных частотах. Сигналы с приемника непрерывно поступают в компьютер. Компьютер их обрабатывает, дополняя информацией о времени передачи каждого сигнала и положения навигационного спутника на орбите. (Такая информация попадает на ВМНСС-спутники от наземных станций слежения, а GSM-спутники и спутники ГЛОНАСС у себя на борту имеют приборы отсчета времени и орбиты).

Затем навигационный компьютер на корабле определяет расстояние между ними и летящим в небесах спутником. Эти вычисления компьютер повторяет через определенные промежутки времени и в конечном итоге получает данные о широте и долготе, то есть свои координаты.

Триангуляция в GPS и GLONASS

Двигаясь по орбите и посылая на Землю сигналы через определенные интервалы (t1—14), спутник как бы образует в небе невидимые радиоклинья или сектора. Зная длину дуги сектора и длины его боковых сторон, можно вычислить точку, где находится вершина угла этого сектора. Это и будет местоположение приемника. Еще необходимо сделать поправки на кривизну земной поверхности, как показано на рисунке сверху.

Поправка на кривизну земной поверхности

Из-за кривизны земной поверхности истинное положение корабля несколько отличается от спутниковых данных. Чтобы исправить погрешность, компьютеры строят кривые линии (параболы) от высот над уровнем моря С j и Сп и находят среднюю точку между ними. Точка пересечения этих высот и парабол — Р дает истинное значение координат.

Цепь передачи команд в GPS

Сигналы времени и орбитальные данные передаются на спутник с наземной станции слежения (рисунок выше, справа). Спутник ретранслирует эти сигналы на корабельный приемник, а компьютер использует их для вычисления долготы и широты.

Читайте так же:
Как отрегулировать предохранительный клапан пружинный

Слежение за спутниками

Станции спутникового слежения должны определять наибольшее удаление спутника от поверхности Земли, среднее удаление, угол наклона его орбиты по отношению к земной оси, самую низкую точку удаления (перигей), время прохождения этой точки и другие параметры.

Вы здесь: Главная Познавательное Все о транспорте Как работает спутниковая навигационная система GPS и ГЛОНАСС?

Как работает ГЛОНАСС в автомобиле?

Система ГЛОНАСС предназначена для определения координат любых объектов (в большинстве случаев – транспортных средств) с помощью сети из 24 спутников.

Как работает ГЛОНАСС на автомобиле?

Работает система по следующему принципу:

  • В автомобиле устанавливается специальное устройство — терминал, внутри которого находится трекер для спутниковой связи. За прием сигналов отвечает антенна — она может быть как внешней, так и внутренней.
  • При позиционировании автомобиля трекер принимает сигнал со спутниками и рассчитывает координаты ТС.
  • Полученные и обработанные координаты поступают в приложение для спутникового мониторинга. Передача осуществляется по мобильной сети (GSM), а сами данные поступают либо в формате GPRS, либо в виде SMS.
  • Если в момент передачи данных автомобиль находится вне зоны действия сети, то информация о позиционировании сохраняется во внутренней памяти трекера. Полученные данные передаются на сервер, как только ТС въезжает в зону GSM-покрытия.

Несмотря на относительно простое устройство, навигационный комплекс будет успешно работать только в том случае, если все его элементы – терминал, антенны и дополнительные модули – будут установлены и подключены правильно. Кроме того, для эффективного использования системы необходима соответствующая настройка программного обеспечения для мониторинга транспорта.

GPS приемник в автомобильном видеорегистраторе

Здесь двух мнений быть не может – GPS/ГЛОНАСС приемник не только желателен, но, по моему мнению, даже обязателен в видеорегистраторе. Для тех, кто впервые приобретает автомобильный видеорегистратор, необходимо уяснить разницу между GPS приемником, встроенным в авторегистратор и GPS-навигатором. Оба они работают по одинаковому принципу – фиксируют сигналы с космических спутников и на основании этих радиосигналов математически вычисляют свои координаты.

Читайте так же:
Змз 409 регулировка дроссельных заслонок

Разница между GPS-навигатором и GPS приемником:

  • GPS-навигатор получив координаты может связать их со специальными картами для навигации и указать на графическом дисплее ваше местоположение на этой карте. Ну а дальше все зависит лишь от типа карт, установленных на вашем навигаторе. Можно посмотреть визуально в каком городе, и на какой улице Вы находитесь, рассчитать дальнейший маршрут и многое другое.
  • GPS приемник в автомобильном видеорегистраторе играет совсем другую роль. Он также вычисляет свои координаты с помощью спутников, но дальше все происходит совсем по-другому. Полученные данные (а приемник получает их практически ежесекундно) пишутся в специальный файл, который синхронизируется с видеофайлом (эти GPS-данные могут быть интегрированы прямо в видеофайл), оба этих файла пишутся на карту памяти.

Кроме координат GPS приемник может вычислять скорость автомобиля, пройденное расстояние, высоту над уровнем моря и даже точное время (получает со спутника). В зависимости от модели автомобильного видеорегистратора, все данные, или только координаты как раз и фиксируются в этом специальном файле.

Видеорегистратор должен быть снабжен специальной программой для отображения маршрута вашего автомобиля на картах Google

Что же происходит дальше? В простейшем случае, координаты и скорость автомобиля можно вывести на дисплей и записать вместе с изображением. При просмотре видеозаписи можно увидеть поверх видео титры с координатами и скоростью автомобиля. Но лучшим вариантом будет наличие специального программного обеспечения, которое при просмотре видео на компьютере будет отображать маршрут вашего автомобиля на навигационной карте.

 Вот пример подобной программы, которая шла в комплекте с видеорегистратором, оснащенным GPS-приемником

Вот пример подобной программы, которая шла в комплекте с видеорегистратором, оснащенным GPS-приемником

Кроме самого видео, программа отображает положение автомобиля на карте Google, также в нижнем правом углу видны скорость автомобиля и даже направление движения в виде компаса.

На этом скриншоте все ещё красивее – видео синхронизовано с картой, которая переключена в режим спутник

На этом скриншоте все ещё красивее – видео синхронизировано с картой, которая переключена в режим спутник

Как видите, очень удобно. Если средства позволяют, обязательно приобретайте автомобильный видеорегистратор со встроенным GPS-приемником – не пожалеете.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector