Спутниковый приёмник

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «GPS-приёмник»)
Перейти к: навигация, поиск
GPS-навигатор Magellan Blazer 12

Спутниковый приёмник (также GNSS-приёмник) — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками навигационных систем. В зависимости от используемой системы навигации разделяются на GPS-приёмники, ГЛОНАСС-приёмники и так далее.

Точность измерения[править | править вики-текст]

Существует два принципиальных источника ошибок. Первый, это то, что в приёмнике, 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 четырёх спутников. Этот метод и применяется в системах спутниковой навигации[1].

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 на несколько порядков выше и определяют положение с точностью до 300 мм[2].

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 всегда ограничена бит-таймом и составляет 3—5 м даже при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок от наземной станции на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). До 1 мая 2000 года точность GPS искусственно занижалась путём внесения в сигналы, передаваемые спутником, ложных поправок[3].

Очень частой ошибкой является сравнение разных навигаторов проносом их в «в одном кармане» с попыткой сравнить полученные треки. Кроме того, что тело человека закрывает часть спутников, тут проявляется сильная интерференция гетеродинов приёмников — они работают на одной частоте (похожий эффект наблюдается у двух FM-приёмников, настроенных на одну станцию). При правильном тестировании навигаторы располагаются на открытой площадке не ближе 4 метров друг от друга.

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 GNSS 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 GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou), увеличенным запасом электропитания и, разумеется, ценой.

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

  • геодезические приёмники — 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 приёмников — полевой комплект или ровер;
  • приёмники ГИС-класса — представляют собой промышленный вариант КПК, в который встроено приёмо-передающее устройство и антенна, с предустановленным специализированным ПО;

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

Основа любого GPS-приёмника — это чипсет, на котором он работает. Долгое время все приёмники выпускались с 12-канальными чипсетами. Кроме того, что 12 каналов недостаточно 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 приёмнике — 440 (два чипсета по 220 каналов в приёмнике). 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, так как приёмник получает сигнал от спутников, находящихся в ограниченном секторе небесной сферы).

Спутниковые 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.

Пользовательские приёмники[править | править вики-текст]

Помимо собственно широты, долготы и высоты современный спутниковый 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.

При использовании спутниковой 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 спутникового 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 спутниковых приёмников поддерживают обмен информацией с помощью текстового протокола NMEA.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Серапинас, 2002, с. 11.
  2. http://eu.mio.com/fi_fi/maailmanlaajuinen-paikannusjarjestelma_4992.htm GPS:n tarkkuus ja virhelähteet (Точность GPS и источники ошибок)
  3. GPS-гонка: России не хватает спутников, cnews.ru, 4 июня 2003 г

Литература[править | править вики-текст]

  • Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. — М. : ИКФ "Каталог", 2002. — 106 с.