GPS-приёмник

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
GPS-навигаторы Magellan Blazer 12
GPS-приёмник, встроенный в iPhone

GPS-приёмник — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы NAVSTAR. В России с развитием системы ГЛОНАСС начался серийный выпуск ГЛОНАСС-приёмников рядом конструкторских бюро и организаций[1][2].

Точность измерения[править | править вики-текст]

Существует два принципиальных источника ошибок. Первый, это то, что в приемнике, в отличие от спутника, используются менее точные кварцевые часы, требующие регулярной синхронизации. Устранить ошибку можно, если использовать атомные часы, аналогичные размещенным на спутнике. Но во-первых это громоздко, во-вторых дорого — их стоимость около 100 000 долларов. Другое решение — математически вычесть погрешность часов приёмника, приняв сигналы точного времени от минимум трёх спутников. Этот метод и применяется в системе SatNav.

Второй источник ошибки — время обработки сигнала в приёмнике, так называемый бит-тайм. Для обычных GPS- устройств заложена точность в один процент от бит-тайма, это соответствует 10 наносекундам, для скорости света — это расстояние 3 метра. Такая точность достаточна для ориентирования на местности, но не годится для строительства. Более продвинутые приёмники в профессиональных геодезических устройствах или для военных целей имеют точность в десять раз выше и определяют положение с точностью до 300 мм[3].

Остальная погрешность набирается при прохождении сигналом атмосферы, то есть зависит от облачности и погоды, от различных препятствий, — лес, здания, тело самого владельца прибора и пр. На практике максимальная точность измерения бытовых приёмников составляет 3—5 м, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции — до 1 м (обычно 5—10 м) на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). Точность коммерческих GPS-навигаторов составляет от 150 метров (у старых моделей при плохой видимости спутников) до 3 метров (у новых моделей на открытом месте). Кроме того, при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок точность может быть повышена до 1—2 метров по горизонтали. До 1 мая 2000 года точность искусственно занижалась путем внесения в сигналы, передаваемые спутником , ложных поправок[4].

Классификация[править | править вики-текст]

Устройства, использующие в своей работе сигнал со спутников GPS, можно разделить на профессиональные, обладающие высокой точностью определения местоположения и бытовые. Первые в основном используются в военных целях, для геодезии и картографии, а вторые получили широкое применение в различных сферах современной жизни.

Профессиональное GPS оборудование отличается качеством изготовления компонентов (особенно антенн), используемым программным обеспечением (ПО), поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1 + L2), алгоритмами подавления интерференционных зависимостей, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou), увеличенным запасом электропитания и разумеется, ценой.

Профессиональные GPS-приемники классифицируются как приемники геодезического класса и приемники ГИС-класса:

  • Геодезические приемники — устройства, используемые для геодезических работ. Состоят из приемного блока (геодезической антенны, совмещенной с приемо-передающим устройством) и контроллера (портативного компьютера в промышленном исполнении). Общее название для таких приемников - полевой комплект или ровер;
  • Приемники ГИС-класса — представляют собой промышленный вариант КПК, в который встроено приемо-передающее устройство и антенна, с предустановленным специализированным ПО;

В целом, геодезические приемники дают лучшую точность определения координат, однако развитие технологий позволяет некоторым моделям ГИС-класса успешно их заменять.

Основа любого GPS-приемника — это чипсет, на котором он работает. Долгое время все приёмники выпускались с 12-канальными чипсетами. Кроме того, что 12 каналов не достаточно для быстрого «Холодного старта» — первоначального определения своего местоположения, такие приёмники нуждались в открытом небе, так как работали только с прямой видимостью спутников (минимум 3; чем больше, тем точнее). На сегодняшний день все подобные приёмники считаются устаревшими и сняты с производства. В настоящий момент максимальное число каналов на профессиональном приемнике - 440 (два чипсета по 220 каналов в приемнике). Поскольку навигационные спутники вещают на разных частотах, для повышения точности, профессиональное оборудование определяет координаты с помощью всех доступных каналов всех видимых в данный момент времени спутников. Несмотря на то, что теоретически, количество каналов профессионального геодезического оборудования как отечественного, так и зарубежного, можно повышать за счет установки дополнительных чипсетов, в ближайшее десятилетие это нецелесообразно, так как 440 каналов хватит на одновременное слежение за всеми запущенными спутниками (что в принципе невозможно, т.к. приемник получает сигнал от спутников, находящихся в ограниченном секторе небесной сферы).

GPS приёмники для широкого круга пользователей можно классифицировать следующим образом:

Первые имеют собственный процессор для выполнения навигационных функций, а вторые, даже будучи оснащёнными собственными GPS чипсетами, используют для своей работы навигационные приложения, предназначенные для конкретной операционной системы основного устройства. Как правило GPS-трекеры и GPS-логгеры не оснащаются собственными дисплеями для отображения информации, и служат исключительно для сбора, передачи и хранения данных, которые впоследствии могут быть обработаны и использованы в самых разных целях, например для спутникового мониторинга автомобилей.

GPS-навигаторы[править | править вики-текст]

Подавляющее большинство автомобильных и портативных GPS-навигаторов представляют собой устройство (англ. Shuttle Missions), в котором присутствуют несколько важных компонентов, от которых во многом зависит точность и качество работы прибора:

Современные автомобильные навигаторы способны прокладывать маршрут с учётом организации дорожного движения и осуществлять адресный поиск. Они могут обладать обширной базой объектов инфраструктуры, которая служит для быстрого поиска пунктов общественного питания, автозаправочных станций, мест для стоянок и отдыха. Некоторые модели способны принимать и учитывать при прокладке маршрута информацию о ситуации на дорогах, по возможности избегая серьёзных транспортных заторов. Данные о пробках могут быть получены навигатором посредством мобильной связи, по GPRS протоколу или из радио эфира по каналам RDS диапазона FM.

Портативные туристические навигаторы предназначены для туризма (водного, горного, пешего) и активного отдыха. Как правило такие навигаторы имеют водонепроницаемый корпус по стандарту (IPX7), способны работать и принимать спутниковый сигнал в самых сложных условиях густого леса и горной местности. Они подразумевают возможность использования специальных топографических карт местности. Кроме того, некоторые модели оснащаются дополнительными возможностями, которые могут пригодиться в дальнем походе, среди которых магнитный компас и барометрический высотомер.

GPS-трекеры[править | править вики-текст]

Отличительной особенностью GPS-трекеров можно считать GPS-приёмник, совмещённый с системой электропитания и набором программных интерфейсов, которые не выполняют самостоятельных расчётов и предназначены для регистрации спутниковых сигналов и передачи результатов измерения в устройство обработки, например компьютер или серверный центр. По способу подключения такие приёмники бывают беспроводные GPRS, SMS, спутниковые, Bluetooth[5], Wi-Fi[6], и проводные (USB[6], RS-232[6], PS/2[7])[8]. В связи с удешевлением GPRS трафика проводные и Bluetooth трекеры используются всё реже.

Пользовательские приёмники[править | править вики-текст]

Помимо собственно широты, долготы и высоты современный GPS-приёмник способен сообщить:

  • точное время (некоторые приёмники имеют выход PPS);
  • ориентацию по сторонам света (в моделях без встроенного компаса — только направление скорости при движении);
  • высоту над уровнем моря (при условии приёма сигнала более четырёх спутников или при наличии встроенного баровысотомера);
  • направление на точку с координатами, заданными пользователем;
  • текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость;
  • данные с информацией о состоянии дороги — пробки, дорожные работы и т. д. (в моделях, оснащённых TMC-приёмником и при наличии службы Канал автодорожных сообщений);
  • текущее положение на электронной карте местности (модели, оснащённые картами);
  • текущее положение относительно трека (маршрута).

Информация о пути перемещения (трек) может быть скопирована в файл, а затем передана (в частности, через Интернет) другим пользователям GPS, желающим двигаться тем же маршрутом. (подробнее...)

При использовании GPS-приставки информация может быть выведена на КПК, сотовый телефон или компьютер, к которому подключена эта приставка с помощью навигационного программного обеспечения. Физически соединение, как правило, осуществляется через последовательный порт (RS-232, USB, Bluetooth). Для связи GPS-приёмника с компьютером может использоваться двоичный (текстовый) протокол производителя приёмника (Garmin, Magellan и другие), либо производителя GPS-чипсета (Magellan, Sirf, Trimble и другие), при этом абсолютное большинство GPS-приёмников поддерживают обмен информацией с помощью текстового протокола NMEA.

Основные производители[править | править вики-текст]

Основные производители GPS-чипсетов:

Основные производители GPS/ГЛОНАСС-чипсетов и модулей:

Основные производители приёмников для массового применения:

Основные производители профессиональных (в том числе геодезических) приёмников:


Картографическое ПО для навигаторов и сотовых телефонов с GPS:

Поставщики информации о загруженности дорог (трафик, пробки) для навигаторов:

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. NV08C-MCM-M — чип для будущих навигаторов ГЛОНАСС :: Железо :: Новости :: CyberStyle.ru
  2. CNews: Первые коммуникаторы с ГЛОНАСС почти готовы. ФОТО
  3. http://eu.mio.com/fi_fi/maailmanlaajuinen-paikannusjarjestelma_4992.htm GPS:n tarkkuus ja virhelähteet (Точность GPS и источники ошибок)
  4. GPS-гонка: России не хватает спутников, cnews.ru, 4 июня 2003 г
  5. Беспроводной модуль GPS Nokia LD-3W. Описание. (рус.). Nokia. — Описание товара на сайте производителя. Проверено 17 ноября 2009. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
  6. 1 2 3 NavSync Integrated GPS Modules. Product list. (англ.). NavSync. — Каталог продукции. Проверено 17 ноября 2009. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
  7. MR-350 Cable GPS. Product description. (англ.). Globalsat Technology. — Описание товара на сайте производителя. Проверено 17 ноября 2009. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012.
  8. Автомобильные контроллеры
  9. ГЛОНАСС — очередная битва титанов
  10. КБ «Навис»: до однокристального чипа остался один шаг