Обзор gps маячков для слежения за автомобилем

Assisted GPS

Одной из таких вспомогательных систем является Assisted GPS или AGPS. Этот метод использует беспроводные (наземные) сети для ретрансляции сигнала спутника, когда он слаб или его невозможно принять. AGPS помогает в двух вещах. Во-первых, предоставляет получателю данные альманаха и точное время. И во-вторых, использует более высокую вычислительную мощность и хороший спутниковый сигнал наземной базы для интерпретации получаемой фрагментированной информации, чтобы обеспечить более достоверное определение местоположения. AGPS в основном осуществляется внешними GPS-приемниками, установленными на вышках сотовой связи. Связь с ними позволяет быстрее настроиться на спутник, а также получить более точную информацию. Этот метод используется в GPS-приемниках для «Андроида» в мобильных телефонах. Вот почему смартфоны часто бывают точнее специализированных продуктов. AGPS присутствует в камерах, геодезических GPS-приемниках и некоторых автомобилях. Его использование наиболее выгодно в городах, где сигнал в лабиринте зданий иногда довольно трудно принять.

[править] Применение GPS


GPS-приёмник

Несмотря на то, что проекты построения GPS-систем внедрялись военными ведомствами, сейчас кроме приемников специального назначения выпускаются приборы, встроенные в разнообразную мелкую технику: наручные часы, мобильные телефоны, ручные радиостанции, портативные компьютеры и фотоаппараты, с помощью которых можно ориентироваться на местности или фиксировать местонахождение пользователя. Их используют альпинисты, спасатели, туристы.

Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, которые позволяют видеть свое местоположение на электронной карте; имеющих возможность прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, разрешенных поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и другие объекты инфраструктуры.

Отдельный класс устройств, GPS-трекеры, предназначены для получения информации о движении оборудованных ими автомобилей или других подвижных объектов в пункте наблюдения. Использование GPS-трекеров позволяет строить диспетчерские системы наблюдения и управления движением, системы GPS- мониторинга транспорта.

Сферы применения GPS:

Городское хозяйство. GPS является эффективным при съемке канализационных, газовых и водяных трубопроводах, а также электрических и телефонных линий. Аварийные машины и ремонтные бригады могут использовать GPS для навигации непосредственно к месту аварии коммуникаций. Время их прибытия и отправления точно регистрируется, вместе с их комментариями и планом выполнения сервисных работ.
Сельское хозяйство. GPS картографические системы помогают описывать особенности участков полей, находящихся в интенсивном сельскохозяйственном использовании. Вы можете точно связать такие характеристики как микроклимат, тип почвы, участки урожая поврежденные насекомыми или болезнями, объем продукции.
Природные ресурсы. GPS помогает в сборе данных о типах почв, которые в сочетании с трехмерными моделями территорий позволяют выделить отдельные аспекты для предсказания областей, требующих специального управления. Кроме того, GPS можно использовать для картографирования местоположения колодцев и других источников воды; записи размеров озер и их состояния; регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных; изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон.
Археология, история. Археологи и историки могут использовать картографические GPS системы для навигации и регистрации раскопок и исторических мест.
Военно-морская навигация. Военное применение сигналов GPS позволяет улучшать контроль вооруженных сил посредством точного наведения оружия или армии на цель

На океанском дне GPS необходима для поисков затонувших кораблей или выполнения других технических операций, на суше использование навигационных устройств не менее важное.

Спорт и игры. Широкое распространение приемников GPS привело к появлению спортивной спутниковой навигации, соревнований по ориентированию на автомобилях и игры геокэшинг (поиск сокровищ и тайников с известными координатами).
GPS-мониторинг подвижных объектов

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой достаточно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, виды GPS приемников также разнообразны. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:
Персональные GPS-приемники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.
Автомобильные GPS-приемники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешнего приемо-передающего оборудования для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
Морские GPS-приемники, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
Авиационные GPS-приемники, используемые для определения маршрута летательных аппаратов коммерческой авиации.

Хронология

Запуск спутника GPS-IIR-14 ракетой Delta 7925. 25.09.2005, Мыс Канаверал, США

1973 Решение о разработке спутниковой навигационной системы
1974—1979 Испытание системы
1977 Приём сигнала от наземной станции, имитирующей спутник системы
1978—1985 Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I)
1979 Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24.
1980 В связи с решением свернуть программу использования спутников Vela системы отслеживания ядерных взрывов, эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащённых датчиками регистрации ядерных взрывов.
1980—1982 Дальнейшее сокращение финансирования программы
1983 После гибели самолёта компании Korean Airline, сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам
1986 Гибель космического челнока Space Shuttle «Challenger» приостановила развитие программы, так как планировалось использование космических челноков для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта»
1988 Решение о развёртывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы.
1989 Активация спутников второй группы
1990—1991 Временное отключение SA (англ. selective availability — искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приёмников. Включение SA 1 июня 1991 года.
08.12.1993 Сообщение о первичной готовности системы (англ. Initial Operational Capability). В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам
1994 Спутниковая группировка укомплектована
17.07.1995 Полная готовность системы (англ. Full Operational Capability)
01.05.2000 Отключение SA для гражданских пользователей, таким образом точность определения выросла со 100 до 20 метров
26.06.2004 Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости Galileo и GPS
Декабрь 2006 Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

[править] Принцип действия

Основой системы является 24 спутника NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging), работающих в единой сети, находящихся на шести разных круговых орбитах, расположенных под углом 60° друг от друга таким образом, чтобы из любой точки земной поверхности были видны от четырех до двенадцати таких спутников. На каждой орбите находится по 4 спутника, высота орбит примерно равна 20200 км.

Такая система работает не автономно, она под контролем станций, расположенных на Земле. Размещаются такие станции на Колорадо-Спрингс, Диего-Гарсия, острове Вознесения, атолле Кваджелейн и на Гаваях. Вся информация, проходящая через эти станции записывается ими и передается на главную станцию, расположенную на военной базе под названием Falcon в Колорадо.

GPS приемник вычисляет собственное положение, измеряя время прохождения сигнала от GPS спутников. Каждый спутник постоянно присылает сообщение, в котором содержится информация о времени отправки сообщения, точку орбиты спутника, с которого было отправлено сообщение, и общее состояние системы и приблизительные данные орбит всех остальных спутников группировки системы GPS. Эти сигналы распространяются со скоростью света во Вселенной, и с несколько меньшей скоростью через атмосферу. Приемник использует получение сообщения для вычисления расстояния до спутника, исходя из которой, путем применения геометрических и тригонометрических уравнений исчисляется положение приемника. Полученные координаты превращаются в более наглядную форму, такую ​​как широта и долгота, или положения на карте, и отображается пользователю.

Поскольку для вычисления положения необходимо знать время с высокой точностью, необходимо получать информацию из 4-х или более спутников для устранения необходимости в сверхточных часах. Иными словами, GPS-приемник использует четыре параметра для вычисления четырех неизвестных: x, y, z и t .

В некоторых отдельных случаях может потребоваться меньшее количество спутников. Если заранее известна одна переменная (например, высота над уровнем моря лодки в океане равна 0), приемник может вычислить положение используя данные из трех спутников. Также, на практике, приемники используют различную вспомогательную информацию для вычисления положения с меньшей точностью в условиях отсутствия четырех спутников.

Спутниковая система ГЛОНАСС и мониторинг транспорта

Советский Союз  не остался в стороне от «гонки навигационных вооружений». С появлением информации о разработке в США навигационной системы NavStar-GPS СССР начинает проект ГЛОНАСС — «ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система», которая должна заменить устаревшую низкоорбитальную дифференциальную систему навигации «Цикада». В 1982 года начинается запуск спутников космической группировки ГЛОНАСС. Несмотря на тяжёлый экономический кризис начала 90-х, Военно-Космическими Силами России в 1995 году система ГЛОНАСС была успешно развёрнута до штатного состава в 24 навигационных спутника. Первоначально система проектировалась чисто военной.В отличие от навигации GPS, система ГЛОНАСС использовала не кодовое, а частотное разделение сигнала. Это несколько упрощало и удешевляло «космический» сегмент системы, но делало более громоздкими спутниковые приёмники первых поколений.В первой половине 2000-х годов космический сегмент системы ГЛОНАСС был практически утрачен (на смену выходившим из строя космическим аппаратам новые не запускались). В 2006-2007 годах в системе осталось всего несколько спутников. В этот момент на волне подъёма интереса к GPS навигации и высоким технологиям в целом было принято решение о реанимации ГЛОНАСС и о превращении её в систему двойного — военного и гражданского — назначений, широкой публичной рекламе и государственной поддержке, и за прошедшие 6 лет достигнут значительный прогресс.Современная спутниковая система ГЛОНАСС обеспечивает надёжное глобальное  покрытие, а при использовании совместно с GPS — и исключительно высокую точность позиционирования. Активное развитие системы ГЛОНАСС позволило российским разработчикам систем мониторинга транспорта предложить рынку не только GPS трекеры и GPS мониторинг, но и возможность использования более надежных гражданских двусистемных спутниковых трекеров — устройств GPS / ГЛОНАСС мониторинга. Российским правительством был издан ряд постановлений, обязующих оснастить системами ГЛОНАСС / GPS мониторинга транспорта общественный и муниципальный транспорт, перевозчиков крупногабаритных и опасных грузов, железнодорожный транспорт, авиатранспорт, а также системы спасения и обеспечения безопасности. Цель такой законодательной поддержки – обеспечить безопасность перевозок и создать условия, при которых ГЛОНАСС мониторинг транспорта сможет не только составить полноценную конкуренцию, но и серьезно потеснить спутниковые системы GPS мониторинга на рынке мониторинга транспорта.

Элементы платы

Модуль NL3333

Приемник использует весь спектр GNSS систем: GPS, GLONASS и Galileo. NL3333 отличается высокой чувствительностью, малым энергопотреблением и быстрым временем первой фиксации (TTFF). Связь с модулем осуществляется через UART, данные выводятся по протоколу NMEA.

Контакты подключения трёхпроводных шлейфов

На модуле выведены две группы Troyka-контактов.

Нижняя группа

  • Сигнальный (TX) — цифровой выход GPS-модуля. Подключите к пину RX микроконтроллера.
  • Питание (V) — соедините с рабочим напряжением микроконтроллера.
  • Земля (G) — соедините с землёй микроконтроллера.

Верхняя группа

  • Сигнальный (RX) — цифровой вход GPS-модуля. Подключите к пину TX микроконтроллера.
  • Сигнальный (P) — пин синхронизации GPS-модуля. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.

Антенна

Пассивная антенна GPS/GLONAS на керамической подложке необходима для приёма сигнала навигационным приемником GPS/GLONASS.

Преобразователь логических уровней

Необходим для сопряжения устройств с разными напряжениями логических уровней.

В нашем случае это может быть управляющее устройство Arduino с 5 вольтовой логикой и GPS/GLONASS модуль с 3,3 вольтовой логикой.

Имя светодиода Назначение
RX и TX Мигают при обмене данными между GPS/GLONASS модулем и управляющим устройством.
P Индикатор приёма спутниковых сигналов. Мигает если GPS-модуль «нашёл себя»

Точность

См. также: DOP

Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже:

Источник погрешности Среднеквадратичноезначение погрешности, м
Нестабильность работы генератора 6,5
Задержка в бортовой аппаратуре 1,0
Неопределённость пространственного положения спутника 2,0
Другие погрешности космического сегмента 1,0
Неточность эфемерид 8,2
Другие погрешности наземного сегмента 1,8
Ионосферная задержка 4,5
Тропосферная задержка 3,9
Шумовая ошибка приёмника 2,9
Многолучёвость 2,4
Другие ошибки сегмента пользователя 1,0
Суммарная погрешность 13,1

Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих, а складывается квадратично: Δ=δ12+δ22+…+δn2,{\displaystyle \Delta ={\sqrt {\delta _{1}^{2}+\delta _{2}^{2}+…+\delta _{n}^{2}}},} поскольку составляющие погрешности считаются независимыми.

Коэффициент корреляции погрешностей двух рядом стоящих GPS приёмников(при работе в кодовом режиме) составляет 0,15—0,4 в зависимости от соотношения сигнал/шум. Чем больше соотношение сигнал/шум, тем больше корреляция. При затенении части спутников и переотражении сигнала корреляция может падать вплоть до нуля и даже отрицательных величин. Также коэффициент корреляции погрешностей зависит от геометрического фактора. При PDOP < 1,5 корреляция может достигать значения 0,7. Так как погрешность GPS складывается из многих составляющих, она не может быть представлена в виде нормального белого шума. По форме распределения погрешность есть сумма нормальной погрешности, взятой с коэффициентом 0,6—0,8 и погрешности, имеющей распределение Лапласа с коэффициентом 0,2—0,4. Автокорреляция суммарной погрешности GPS падает до значения 0,5 в течение приблизительно 10 секунд.

Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6—8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS, EGNOS, MSAS и т. д., передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1—2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат можно довести до 10 см.
Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.

Начиная с 2010 года, запускаются космические спутники версии GPS IIF, которые обеспечивают гораздо более высокую точность определения координат. Если аппараты GPS IIA/IIR/IIR-M имеют погрешность 6 метров, то с помощью новых спутников возможно определять местоположение с погрешностью не более 60—90 см. Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (круговая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для трилатерации.

Первоначально планировалось запустить 33 спутника нового поколения, но из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. На сентябрь 2018 года на орбиту выведены все двенадцать спутников из новой версии: GPS IIF SV-1 (запущен 28 мая 2010 года), GPS IIF-2 (запущен 16 июля 2011 года), GPS IIF-3 (запущен 4 октября 2012 года), GPS IIF-4 (запущен 15 мая 2013 года), GPS IIF-5 (запущен 21 февраля 2014 года), GPS IIF-6 (запущен 17 мая 2014 года), GPS IIF-7 (запущен 2 августа 2014 года), …GPS IIF-8 (запущен 29 октября 2014 года), GPS IIF-9 (запущен 25 марта 2015 года), GPS IIF-10 (запущен 15 июля 2015 года), GPS IIF-11 (запущен 30 октября 2015 года), GPS IIF-12 (запущен 5 февраля 2016 года).

Однако даже точности в 10 см недостаточно для ряда задач геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в 10 см площадь участка в 600 м² может уменьшиться или увеличиться на 10 м². В настоящее время для геодезических работ всё чаще применяют GPS приёмники, работающие в режиме RTK. В таком режиме приёмник получает как сигнал со спутников, так и сигналы с наземных базовых станций. Режим RTK обеспечивает в реальном времени точность порядка 1 см в плане и 2 см по высоте.

Модуль ЭРА-ГЛОНАСС – альтернатива маяку

В качестве альтернативы трекеру используется модуль ЭРА-ГЛОНАСС. В нем также встроен передатчик, позволяющий получить координаты авто. Кроме того, с его помощью в случае бедствия подается информация соответствующим службам.

В модуле предусмотрена громкая связь. Фиксируются точное время и место аварии, определяется степень тяжести ДТП. Также у ЭРА-ГЛОНАСС есть и ряд других возможностей:

  • поиск машины в случае ее угона;
  • мониторинг транспорта с определением расстояния и маршрута;
  • удаленное слежение за автомобилем и получение информации о его движении.

По сути, модуль ЭРА-ГЛОНАСС выполняет схожие с маяком функции, но при этом его возможности гораздо более широкие.

Система ЭРА ГЛОНАСС

Немного теории

Самым энергоемким режимом в процессе работы навигационного модуля является обнаружение спутниковых сигналов. При этом вычислительное ядро модуля несет наибольшую нагрузку, вычисляя одновременно огромное количество двумерных автокорреляционных функций (рис. 1). После синхронизации хотя бы с одним из спутников модуль должен получить альманах (параметры орбиты) всех спутников системы. Последнее занимает около 25 с, что связано с очень низкой скоростью передачи данных в канале. Для получения пространственных координат необходимо синхронизироваться минимум с четырьмя спутниками (рис. 2).

Рис. 2. Механизм получения пространственных координат

В результате холодный старт (при полном отсутствии какой-либо предварительной информации) составляет минимум 30 с, а в случае плохой обсервации, переотраженных сигналов, наличия помех и прочего это время намного увеличивается. Кроме того, каждый спутник передает собственные эфемериды (параметры отклонения от заданной орбиты), они необходимы для более точного вычисления координат. Полный цикл передачи эфемерид составляет около 12 мин., при этом процессор модуля также несет дополнительную нагрузку, что не может не отражаться на энергопотреблении. Все вышеуказанное приведено лишь для одной GNSS (в данном случае GPS), мультисистемные же модули производят аналогичные вычисления для каждой из используемых систем, что еще более усугубляет ситуацию с энергопотреблением. Так, двухсистемные модули при работе в совмещенном режиме при обнаружении потребляют примерно на 20–50% больше тока, чем при работе только с одной спутниковой группировкой. В качестве примера на рис. 3 показан типичный холодный старт модуля Telit SL869 V2. Характерно, что пространственное решение получено с использованием трех спутников GPS и одного ГЛОНАСС, что наглядно иллюстрирует преимущества мультисистемных приемников даже без использования A-GPS.

Рис. 3. Холодный старт (модуль SL869 V2)

Орбитальная группировка

Штатная орбитальная группировка GPS состоит из 32 основных космических аппаратов, расположенных на шести круговых орбитах, обозначаемых латинскими буквами от A до F.
Дополнительно на некоторых орбитах может находиться один или два резервных КА, предназначенных для сохранения параметров системы при выходе из строя основных КА.
Наклонение орбитальных плоскостей 55°, долготы восходящих узлов различаются на 60°.
Высоте орбит 20 200 км соответствует период обращения 11 ч 58 мин, т. е. орбиты космических аппаратов GPS являются синхронными.

ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА GPS
КОЛИЧЕСТВО ШТАТНЫХ КА 32
ВЫСОТА ОРБИТЫ 20 200 км
КОЛИЧЕСТВО ПЛОСКОСТЕЙ 6
БОЛЬШАЯ ПОЛУОСЬ 26 560 км
ПЕРИОД 11 ч 58 мин
НАКЛОНЕНИЕ 55°

О системе GPS

Исходящие сообщения NMEA

Данные с GPS-модуля передаются на управляющую электронику в текстовом формате NMEA, состоят из последовательного набора данных, разделенных запятыми. Каждое NMEA сообщение начинается с , заканчивается (перевод строки) и не может быть длиннее 80 символов.

Список сообщений

  • AAM – Прибытие в путевую точку
  • ALM – Данные альманаха
  • АPA – Данные автопилота «А»
  • APB – Данные автопилота «В»
  • BOD – Азимут на пункт назначения
  • DTM – Используемый датум
  • GGA – Информация о фиксированном решении
  • GLL – Данные широты и долготы
  • GSA – Общая информация о спутниках
  • GSV – Детальная информация о спутниках
  • MSK – Передача управлению базовому приемнику
  • MSS – Статус базового приемника
  • RMA – Рекомендованный набор данных системы «Loran»
  • RMB – Рекомендованный набор навигационных GPS данных
  • RMC – Рекомендованный минимальный набор GPS данных
  • RTE – Маршрутная информация VTG – Вектор движения и скорости
  • WCV – Данные скорости вблизи путевой точки
  • WPL – Данные путевой точки
  • XTC – Ошибка отклонения от трека
  • XTE – Измеренная ошибка отклонения от трека
  • ZTG – UTC время и оставшееся время до прибытия в точку назначения
  • ZDA – Дата и время.

Некоторые из NMEA сообщений могут содержать одинаковые поля данных, либо полностью содержать данные других, меньших по размеру, NMEA сообщений.

GGA — информация о фиксированном решении

Самое популярное и наиболее используемое NMEA сообщение с информацией о текущем фиксированном решении – горизонтальные координаты, значение высоты, количество используемых спутников и тип решения.

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47
  • GGA – NMEA Заговолок
  • 123519 –UTC время 12:35:19
  • 4807.038, N – Широта, 48 градусов 7.038 минуты северной широты
  • 01131.000, Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минуты восточной долготы
  • 1 – тип решение, StandAlone решение
    • 0 – нет решения,
    • 1 – StandAlone,
    • 2 – DGPS,
    • 3 – PPS,
    • 4 – фиксированный RTK,
    • 5 – не фиксированный RTK,
    • 6 – использование данных инерциальных систем,
    • 7 – ручной режим,
    • 8 – режим симуляции
  • 08 – количество используемых спутников
  • 0.9 – геометрический фактор, HDOP
  • 545.4, М – высота над уровнем моря в метрах
  • 46.9, М – высота геоида над эллипсоидом WGS 84
  • – время прошедшее с момента получения последней DGPS поправки. Заполняется при активизации DGPS режима
  • – идентификационный номер базовой станции. Заполняется при активизации DGPS режима.

RMC — рекомендованный минимальный набор GPS данных

Это NMEA сообщение содержит весь наборы, так называемых «PVT» данных. «PVT» — общепринятое сокращение от «position, velocity, time» (позиция, скорость, время).

$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A
  • RMC – NMEA заголовок
  • 123419 – UTC время, 12:34:59
  • А – статус (А- активный, V- игнорировать)
  • 4807.038,N – Широта, 48 градусов 07.038 минут северной широты
  • 01131.000,Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минута восточной долготы
  • 022.4 – Скорость, в узлах
  • 084.4 – Направление движения, в градусах
  • 230394 – Дата, 23 марта 1994 года
  • 003.1,W – Магнитные вариации

Факты об A-GPS

Технология A-GPS дополняет стандарт GPS сразу в нескольких аспектах. В первую очередь — в части ускорения работы используемых в навигации приемников. Дело в том, что определение координат только через спутники предполагает значительную нагрузку на аппаратные ресурсы данного устройства. Но если дать приемнику возможность задействовать вспомогательные источники определения своего месторасположения (те, что применяются в инфраструктуре A-GPS), то он будет работать заметно быстрее.

GPS-навигатор, поддерживающий технологию A-GPS, загружается значительно быстрее тех девайсов, что не совместимы с соответствующим стандартом. Кроме того, A-GPS позволяет ощутимо улучшить стабильность непрерывного отслеживания координат приемника: сигнал со спутника не всегда устойчив (особенно в условиях города), и задействование вспомогательных каналов определения месторасположения навигатора в этом смысле может стать критическим условием выполнения приемником своих пользовательских функций.

Какие конкретно вспомогательные каналы для определения координат навигатора задействуются при использовании технологии A-GPS? Как правило, это мобильный интернет — по технологии 3G или 4G. В ряде случаев подойдет связь и через Wi-Fi.

Если 3G, 4G или Wi-Fi-каналы недоступны, то определение координат может осуществляться через базовые станции сотовых операторов. Правда, такой метод имеет сравнительно небольшую точность — до 20 метров, часто — в несколько сотен метров.

Спутниковая система GPS и мониторинг транспорта

Cпутниковый GPS мониторинг и навигация берут начало из 1973 года, когда в США было принято стратегическое решение по созданию глобальной спутниковой навигационной системы GPS. Первоначально система GPS (тогда проходила под именем NAVSTAR) планировалась для быстрого и точного определения координат подводных лодок в момент подготовки к поражению цели и должна была заменить устаревшую дифференциальную систему навигации TRANSIT.В 1983 году, после известного инцидента со сбитым над нашим Дальнем Востоком южнокорейским самолётом KAL-007 администрация США приняла решение сделать систему GPS доступной и для гражданских пользователей. С этого момента начинается проникновение спутниковой навигации во все отрасли мирового хозяйства. В 2000 году, после отмены дифференциальной поправки SA точность системы GPS достигла 5-20 м, что оказалось вполне достаточным для широкого внедрения решений на её основе в промышленность, сельское хозяйство, транспорт и логистику.Создание и распространение систем спутникового GPS-мониторинга началось в 1990-е годы, одновременно с совершенствованием и удешевлением технологий мобильной связи и передачи данных. В 2000-х годах рынок GPS-мониторинга (телематики) многократно расширился, а решения для мониторинга на базе GPS трекеров стали доступны не только для крупных логистических корпораций, но и для мелких автоперевозчиков. Импульс развитию рынка придало появление большого числа доступных трекеров для GPS мониторинга транспорта, людей и грузов, а также глобальное развитие мобильной связи и сетей передачи данных.В России в 2000-х годах происходило постепенное ослабление контроля за радиоэлектронными и навигационными средствами общего пользования. Де-факто ушли в прошлое ограничения точности спутниковых приёмников, что придало характер взрывного развития отечественному рынку спутникового GPS мониторинга и навигации.Сегодня GPS мониторинг стремительно выходят за границы корпоративного мониторинга транспорта, используясь для обеспечения личной безопасности, присмотра за детьми, наблюдения за пожилыми людьми, поиска дорогих собак и для множества других применений во всех областях человеческой жизни.

Дифференциальный GPS

Другим методом является дифференциальная система геопозиционирования DGPS. Данная система определения местоположения также использует наземные станции. Однако она отличается тем, что находит разницу между показаниями спутника и приемника

Станции могут находиться на расстоянии до 370 км от ресивера, и важно отметить, что по мере удаления от них точность измерений ухудшается. DGPS осуществляется наземной станцией, передающей сигнал, который диктует ошибку между фактической и измеренной псевдодальностью

Это значение рассчитывается путем умножения скорости света на время прохождения сигнала со спутника на приемник.

Примером одного из видов DGPS является система широкого радиуса действия WAAS. Первоначально она была разработана для помощи авиационным GPS-приемникам. В WAAS используется система специально построенных наземных станций. Предусмотрен набор стандартов точности, которым измерения должны отвечать. В горизонтальном и вертикальном направлениях в 95% случаев их погрешность не должна превышать 7,6 м. Наземные станции отправляют свои измерения на головные станции, которые посылают исправления на спутники WAAS каждые 5 секунд или чаще. Со спутника сигнал транслируется обратно на приемники на Земле, где скорректированные данные используются для повышения точности GPS. В некоторых местах WAAS может обеспечить погрешность до 1 м по горизонтали и 1,5 м по вертикали. Хотя WAAS присутствует только в Северной Америке, подобные системы существуют во многих других частях мира.

Техническая реализация

Спутники
Блок Период запусков Запуски спутников Работают сейчас В резерве На техобслу-живании
Все-го Успе-шно Неус-пешно Гото-вится Заплани-ровано
I 1978—1985 11 10 1
II 1989—1990 9 9
IIA 1990—1997 19 19 7
IIR 1997—2004 13 12 1 10
IIR-M 2005—2009 8 8 7 1
IIF 2010—2016 12 12 12
III 2018—2023 2 2 8 2
IIIF 2025—2034 22
Всего 74 72 2 30 31 7 1
(Последнее обновление данных: 07 апреля 2020)

Подробнее см. Список запусков спутников GPS

GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.

Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли.

По состоянию на 07 апреля 2020 года используются по целевому назначению 31 космический аппарат (КА). На этапе ввода в систему 0 КА, выведены на техобслуживание 1 КА.

Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.

Пользовательский сегмент представлен приёмниками GPS, находящихся в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов приёмных устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.

Орбиты спутников

Сравнение орбит разных НС

Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле)

Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой около 20 200 км (радиус орбиты около 26 600 км) является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий