Как работает gps навигатор: С чего сделан GPS навигатор, как он определяет местоположение и может ли навигатор работать без Интернета

Как работает GPS-навигатор: особенности его комплектации

GPS навигатор — прибор, улавливающий сигналы от вселенской системы определений координат. Главная его цель – определять точку пребывания предмета на Земле, вычисляя данные о широте, долготе, высоте. На карте он показывает не только приемник, а и расположенные вокруг него объекты.

Из чего состоит GPS-навигатор

---

Чтобы узнать, как устроен GPS-навигатор, предлагаем рассмотреть его аппаратное и программное обеспечение. Аппаратная часть отвечает за электронные и механические детали вычисления. В то время, как программная часть обеспечивает исключительно информационную обработку.

 

Аппаратная часть

Программная часть

1. Встроенный чипсет получает и посылает спутниковые сигналы, а также определяет месторасположение. 2. Антенна. Деталь принимает информацию с частот спутника. 3. Дисплей отображает цифровые и буквенные данные о предмете. 4. Микропрограммы BIOS служат в качестве объединяющей цепи между аппаратной и программной частями. 5. Flash-накопитель сохраняет пользовательские и операционные данные

1. Система доступа API – ряд рабочих программ, к которым имеет доступ операционная система координатора. 2. ОС – чаще всего в устройствах установлена операционка на базе существующих ОС (Windows, Android и других). 3. Com port (ком порт). Не многие знают, что это такое, но его наличие в навигаторе очень важно. С его помощью можно подключиться к другим устройствам, а также настроить скорость передачи данных. 4. Программное обеспечение — ряд дополнительных программ, которыми оснащают механизм (Bluetooth, игры, аудио и видео плееры)

Как работает GPS-навигатор

---

Конструкция действует по принципу отправки запроса и получения ответа. Пребывание ориентировщика определяется за счет передающихся сигналов спутника. Сигналы содержат эфимерис, альманах и псевдослучайный код. 

• Эфимерис заключают данные о рабочем состоянии спутника, нынешнем времени и месте его пребывания. 
• Альманах содержит информацию о том, где на протяжении суток должны находиться спутники.
• Псевдослучайный код называет спутник числом от 1 до 32, это надо для того, чтобы узнавать нужную систему среди остальных.

 

Когда GPS приемник получает информации о эфимерисе и альманахе, он использует ее и сохраняет для дальнейшего пользования. Важную роль в определении местонахождения играет время. Погрешность атомных часов в одну тысячу секунд грозит ошибочным подсчитывание в радиусе 250 км. Точность координатора зависит от количества принятых сигналов, местности пребывания предмета и типа приемника.

Совет: Для туристических целей выбирайте устройства с водонепроницаемым корпусом. К таким относят модель“GPS GARMIN GPSMAP 78s”, механизм в активном режиме способен работать 20 часов.

Читайте также: Какие навигационные программы выбрать? ТОП-5 лучших карт для GPS навигаторов

Поскольку установка способна устранять неясности на дорожном пути, к нему привыкли многие автомобилисты и путешественники. Для них дилемма выбора планшет или навигатор давно решена. Ясно, что лучше — навигатор, потому что планшет подвержен температурным влияниям, а летом машина может нагреваться до 50-ти градусов, он требует постоянной сетевой поддержки, и это — тоже “очко” не в его пользу. Из-за дополнительного программного оснащения планшеты долго грузятся и глючат. В топовый обиход вошли ориентировщики Garmin  и Prestigio, как они работают увидим в статье.

Совет: Одной из лучших функций навигатора является опция “запись маршрута”, с ее помощью можно запоминать пройденный путь в виде отмеченных точек на карте.

Также будет полезно узнать: Топ-3 лучших производителей GPS-навигаторов: кому стоит доверять

Производитель Garmin выпускает линейку туристических, спортивных и автомобильных навигационных систем. Лучшей портативной моделью считают туристический прибор «GARMIN GPSMAP 64S». Помимо экрана на 2.6 дюймов, устройство отличается высоким качеством картинки, которую видно при прямом солнечном свете. Пользователи оценили удобство компаса трехосевого типа, который оснащен барометрическим альтиметром и высокими характеристическими данными GPS. Аппарат принимает сигнал даже в лесных зонах, овраге и далеких уголках страны. 

В качестве транспортного ориентировщика хорошо подойдет модель «GARMIN DriveLuxe 50 EU LMT». Его работа отличается встроенным видеорегистратором и беспроводным подключением к Bluetooth. Важно отметить, механизмы компании Garmin продолжают работать даже при плохих погодных условиях (буре, дожде и других).

 

Читайте также: ТОП-3 производителей GPS-навигаторов в 2017 

Prestigio — бренд, который уже 15 лет поставляет не только навигаторы, видеорегистраторы, но и ноутбуки, смартфоны, технику для дома, образования, бизнеса. Производитель стал популярным  из-за невысокой стоимости и долгого срока работы. Почти все устройства оснащены операционной системой Android или же Windows. Интерактивные дисплеи Prestigio с успехом продаются в 30 странах мира. Достоинство компании —  большой технический выбор и постоянное усовершенствование товаров.  

Особенным качеством сигнала отличается модель «Prestigio GeoVision 5056». Устройство оснащено 5-дюймовым экраном, который позволяет детализировать карту. Его мощности хватит, чтобы вы получили быстрый и бесперебойный доступ к мультимедийному контенту: процессор Mstar на 800 МГц позволяет без заминки смотреть фильмы, слушать музыку, серфить интернет. Удобства добавляют программное обеспечение от Navitel, возможность смотреть видео с 3D-графикой и руководствоваться голосовыми подсказками. Модель поддерживает Micro SD, Micro SDHC до 32Gb и имеет встроенную память в 4 Гб.

Как функционирует «GPS» и «ГЛОНАСС»

---

Спутник ГЛОНАСС — представитель мощнейших ориентировочных систем. Его основное задание – предоставлять данные о земных и космических пространствах. К системе подключено 24 спутника, которые вращаются на 3-х траекториях. Детально, что такое Глонасс навигатор и чем он отличается от GPS рассмотрим прямо сейчас.

GLONASS

GPS

— Изобретен в России (бывшем СССР). — Система более точно вычисляет данные (среднее время поиска спутника — 1 минута 20 сек.) — Сигналы передаются с помощью частотного способа. — На орбиту выпустили более 100 спутников. — Система также производит 2 сигнала с высокой и гражданской точностью. — Количество орбитальных плоскостей: три по 8 спутников. — Орбита расположена на высоте 19 000 км. Более точные данные устройство показывает в северных широтах.

— Страна-производитель – США. — В отличии от глонасса среднее время поиска спутника займет 2 минуты. — Сигналы излучаются в качестве кодовой информации. — На орбиту выпустили около 50-ти спутников. — Производит два сигнала, один из которых для цивильного пользования. Некоторые модели способны передавать 3 сигнала. — Движется по 6-ти с 4 спутниками. — Высота орбиты: 20 180 км. Точные измерения припадают на южные широты, это обеспечивает наклон орбиты.

Совет: Для навигационных систем используйте топографические карты с масштабом 1:24000.

Читайте также: Какие проблемы бывают у навигаторов: 11 видов  неисправностей

Нужны ли интернет и сотовые вышки для правильной работы GPS-навигатора?

---

Нет, они не нужны. Устройство нормально работает без вышек или интернета — достаточно загрузить самую простую карту местности и пользоваться навигатором через спутниковую систему. Большинство моделей, оснащенных дополнительными функциями, могут выходить в интернет. Но такая опция не обязательна, она только служит дополнением в качестве широких возможностей вашего аппарата.

Читайте также: Навигатор Garmin Nüvi 2597LMT: карты Украины и Европы включены

Ранее системы «Яндекс» и «Google» производили навигационные устройства, которые работали от мобильной сети. Вскоре разработчики осознали недочеты механизмов: долгая загрузка карт, неимение сетевого подключения за городом и погрешность в нескольких сотнях километров.

Подытоживая, можно отметить,  что координаторные приборы имеют значимую бытовую роль. Аппараты способны определить местонахождение, узнать о транспортных указателях и проблемах на дорожном потоке в незнакомой для водителя территории. Помимо этого, устройства служат отличным помощником для туристов, рыболовов и охотников. 

Смотрите видео: Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС

Как работает GPS | Keddr.com

Мы каждый день пользуемся системами навигации. Кому-то нужно проложить маршрут в незнакомое место, кто-то ищет новые пути дом-работа-дом, кто-то просто страдает топографическим кретинизмом. Мы редко задумываемся о том, как это работает и вспоминаем, что это как-то связано со спутниками только тогда, когда все рьяно тупит и маршрут не строится. А все же, как это работает и нужен ли для корректной работы GPS Интернет?

Нет, Интернет не нужен. С этим разобрались. На самом деле, вокруг нашей планеты кружит 24 спутника (запущено почти 60, но не все уже в работе), с помощью которых каждый из нас может определить свое местоположение. У каждого спутника есть своя орбита, и за космические сутки (23 часа 56 минут) он успевает облететь Землю два раза. И все же, как люди додумались до создания спутниковой системы?

В 80-х российские учёные занялись разработкой системы навигации по спутникам, которую в будущем назовут «ГЛОНАСС». Первый спутник со стороны России был запущен в 1982 году, но идея не взлетела, потому что финансирование закончилось. Зато в это время подсуетились в США, заметив, что их соперник уже во всю выводит что-то на орбиту. Их проект начался еще в 1973 году, но шел неспешно, не торопясь, а после того, как «противник» вплотную занялся делом, американцы до 1993 года быстренько вывели  на орбиту Земли 24 спутника и покрыли всю площадь планеты сигналом. Изначально, GPS задумывался исключительно как военная технология, но в процессе работы над проектом было решено дать возможность каждому использовать систему. Для этого абсолютная точность наведения была изменена с помощью специального алгоритма.

Принцип работы

24 спутника на высоте около 20 тысяч километров, вокруг планеты они расположены так, что в любой момент времени из любой точки Земли точно видно 4 спутника, максимум их может быть видно 12. В каждом спутнике имеются атомные часы, точность которых определена до наносекунд. Любой объект на Земле или над ней (самолеты, к примеру) определяют свое положение в зависимости от получаемых сигналов времени от разных спутников. Расстояние от трех спутников определяет точку на земном шаре. Для корректного определения вашего местоположения необходимы как минимум 3 спутника, но чем их больше, тем точность выше. Три сигнала дают нам три точки, вокруг которых мы можем начертить воображаемую сферу с радиусом, равным расстоянию до объекта. Пересечение двух сфер дает окружность возможных положений искомого объекта, а наличие третьей сферы дает возможность свести данные до одной конкретной точки — вашего местоположения. В целом каждое устройство с GPS-приемником ориентируется на данные от 3 до 12 спутников. Когда пользователь задает запрос (в машине, в смартфоне, просто gps-навигатор), он получает «ответочку» от трех-четырех и больше спутников с орбиты. Сигнал содержит данные о координатах спутника и времени на его часах. Получая сигналы из разных источников, учитывая разницу времени на Земле и в космосе, зная скорость передачи радиоволн, приемник рассчитывает с помощью уравнения расстояние до спутника (называется она псевдодальность) и, анализируя данные, определяет точное местоположение. Таким образом каждый человек может прокладывать маршруты и находить себя в пространстве в режиме реального времени.

Интересным моментом в работе GPS является вопрос коррекции времени. Ведь точность в вопросах определения геолокации важна, особенно если речь идет о военной технологии, пусть она и стала общественным достоянием. Для корректной работы спутников была учтена теория относительности. Из-за того, что с Земли мы видим спутники в движении, специальная теория относительности утверждает, что часы на них должны идти медленнее на 7 микросекунд из-за меньшей скорости хода времени. Кроме того, положение спутника относительно Земли заставило ученых брать в расчет кривизну пространства и времени, ведь масса планеты меньше влияет на часы на спутнике, чем на ее территории (ход часов, расположенных ближе к массивному объекту, кажется медленнее, чем часов, находящихся дальше от объекта). Короче говоря, с Земли кажется, что время на спутнике идет медленнее с разницой в 38 миллисекунд в сутки. Ведь даже разность данных на 20 наносекунд привела бы к погрешностям в вычислениям геолокации каждые пару минут, и эта ошибка накапливалась бы. К примеру, за день точность определения местоположения объектов сбилась бы приблизительно на 10 км!

Конечно, погрешности имеются. Каждый знает, что сигнал очень плохо считывается в помещении, ведь он плохо проходит через бетонные стены и металлические укрепления, в тоннеле или подвале не принимается совсем. Даже повышенная облачность может сбить точность информации. К тому же, если часы вашего GPS идут неверно, это тоже может привести к неправильным результатам.

 

GPS навигатор. Виды и работа. Применение и карты. Особенности

GPS навигатор – это электронное устройство с экраном, предназначенное для получения спутникового сигнала с целью позиционирования своего местонахождения на дисплее. Он определяет точные координаты по широте и долготе, а также вычисляет высоту своего нахождения над уровнем моря. Основным предназначением прибора является прокладывание маршрутов с точки нахождения по требуемому адресу.

Как работает GPS навигатор

Принцип действия устройства основывается на том, что оно получает точные данные о своем местонахождении, на основании которых находит себя на карте местности, загруженной в его память. Прибор автоматически совмещает эту информацию и отображает на своем мониторе план улиц и дорог с обозначением своего местонахождения на них. При передвижении устройства данные на дисплее меняются. На карте отображается переход между улицами. Благодаря этому данная техника дает возможность держа ее при себе двигаться в любом направлении, исключая вероятность потерять ориентировку и заблудиться.

Что касается карт навигатора, то они загружаются в его память. Графические планы городов или целых регионов записываются, после чего устройство может в любой момент указать на плане где именно оно располагается. Чтобы проводить позиционирование осуществляется подключение к спутникам глобальной системы GPS. Они постоянно находятся на орбите Земли в большом количестве, поэтому почти с любой точки планеты имеется прямая видимость на них. Спутники транслируют сигналы, которые улавливает навигатор и по ним определяет свое текущее расположение.

Чтобы GPS навигатор мог определять широту, долготу и высоту, ему нужно получать сигнал сразу от 4 спутников. Именно поэтому все устройства без исключения поддерживают минимум 4 канала. При этом многие из них способны одновременно улавливать сразу до 9 сигналов. Это позволяет повысить точность и убрать вероятность кратковременной потери необходимых радиоволн в том случае, если один из четырех спутников находится не в прямой видимости, к примеру, обзор к нему закрывает многоэтажный дом.

Использование навигационных технологий дает возможность путешествовать без риска заехать в тупик, попасть на улицу с односторонним движением и ехать против направления основного потока автомобилей, а также позволит заранее узнать о множестве неприятностей и избежать их. При этом технические возможности прибора ограничены. Он не может полноценно воспринимать сигналы находясь в длинном туннеле, или в окружении высотных домов расположенных рядом друг к другом.

На что способны навигаторы

Эти устройства помимо выполнения своего прямого предназначения, а именно определения координат и прокладывания маршрута с визуальным сопровождением при движении на экране, могут поддерживать и другие функции.

GPS навигатор способен:

• Проигрывать музыкальные и видеофайлы.
• Отображать картинки и фото.
• Давать голосовые подсказки.
• Читать текстовые форматы.
• С помощью специального FM передатчика транслировать звук на штатную магнитолу.
• Давать громкую связь при разговоре по телефону без необходимости удерживать смартфон в руке.
• Записывать видео как видеорегистратор.
• Отображать изображение с камеры заднего вида.

Конечно, всеми этими функциями владеют только более дорогие навигаторы из высшего ценового сегмента. При этом самые базовые помимо составления маршрутов и определения своего местонахождения способны проигрывать видео и музыку. Отдельные устройства предусматривают специальный слот для установки обыкновенной SIM-карты, которую используют на смартфоне. Такие устройства могут используя 3G или 4G подключаться к интернету. Это позволяет просматривать видео прямо из сети, читать книги, новости и делать все, что и на планшете. Кроме этого, такие навигаторы могут загружать новые карты и обновлять старые без необходимости подключения к компьютеру.

Операционные системы

Обеспечением работы технического оснащения навигатора занимается операционная система. Именно она позволяет составлять маршруты, отвечает за передачу изображения и все другие операции, требующие расчета.

Самые распространенные серийные навигаторы действуют под управлением ОС:

Операционная система Windows СЕ была одной из первых успешных, но на данный момент уже уступает по своей функциональности и удобству. Ее ставят на бюджетные устройства, которые имеют небольшие показатели оперативной и встроенной памяти. Навигаторы под ее управлением зачастую немного зависают, обладают низкой скоростью переключения режимов, медленно увеличивают изображение и дольше строят маршрут.

Данные недостатки являются сравнительными, и не зная о более совершенной системе Android можно считать Windows более чем функциональной и хорошей операционной системой. Пользуясь навигатором под ее управлением, удастся применять все его функции, хотя это будет и не так удобно.

Операционная система Android уже более привычна для многих, поскольку ставится на множество смартфонов и планшетов. Она очень быстрая, к тому же поддерживает сотни приложений, способных в разы расширить функционал навигатора. Такая ОС гораздо легче для технического оснащения устройства, поэтому карты загружаются быстрее, изображение выглядит более качественным, к тому же в случае увеличения масштаба картинка не зависает.

Виды навигаторов по предназначению

Устройства позиционирования отличаются между собой. По предназначению их разделяют на следующие виды:

• Автомобильные.
• Пешеходные.
• Универсальные.
• Специализированные.

Автомобильные

GPS навигатор для машины является самым массивным. У него имеется крупный дисплей, что позволяет водителю с удобством просматривать карты, двигаясь при этом по автостраде. Прибор может монтироваться на панель приборов авто или на лобовое стекло. Его ставят таким образом, чтобы не закрывать обзор дорожного полотна. Обычно дисплей таких приборов превышает 5 дюймов. Конечно, чем он больше, тем комфортнее можно рассматривать мелкие детали на карте. При этом избыточно крупный навигатор закроет видимость, что небезопасно.

Автомобильные устройства разделяются на переносные и инсталлируемые. Съемные внешне напоминают обыкновенный планшет. В них имеется собственный встроенный аккумулятор, поэтому навигатор в любой момент можно снять и унести с собой. Убрав с панели приборов машины дорогое оборудование, минимизируя вероятность того, что на авто позарятся злоумышленники. Для обеспечения питания на протяжении большого периода времени в комплектации устройства предусматривается кабель, который с одной стороны подключается к прикуривателю, а вторым концом присоединяется к навигатору.

Инсталлируемые или встраиваемые навигаторы внешне имеют параметры крупной автомагнитолы. Они устанавливаются непосредственно в посадочное гнездо в автомобиле. Конечно, далеко не каждая машина предусматривает в своей конструкции столь много места для монтажа, что делает такие приборы не универсальными. У них не имеется собственной батареи питания. Они подключаются к бортовой сети машины.

Пешеходные

GPS навигатор для пеших прогулок обладает скромными габаритами, что обусловлено необходимостью максимально уменьшить массу прибора для его удобной переноски. Данные устройства зачастую очень маленькие, и даже выполняются в виде обыкновенных наручных часов. Их используют туристы, которые отправляются в путешествие в незнакомую местность, и стремятся исключить возможность заблудиться.

Такие навигаторы встречаются в городском варианте и для более активного отдыха. В обыкновенной базовой комплектации они применяются для путешествий в обустроенной местности, а в усиленном варианте имеют влаго- и пылезащищенный корпус, что дает возможность брать их с собой на прогулку по лесам и другим необжитым зонам.

Универсальный GPS навигатор

В продаже встречаются навигаторы, которые могут использоваться для пеших прогулок и для автомобильных поездок. Они имеют средние размеры, поэтому изображения на них вполне возможно просматривать за рулем. При этом доехав по предназначению. Возможно снять прибор и применять его для ориентирования в пеших прогулках.

Специализированные

Также в продаже можно встретить GPS навигатор, конструкция которого максимально адаптирована под определенные условия применения. Имеются специальные устройства для установки на велосипед и мотоцикл. У них более мощная конструкция для гашения вибрации, а также предусматривается надежное крепление, подсоединяемое к рулю. Обычно они имеют влагозащищенный корпус, что обусловлено их эксплуатацией во влажных погодных условиях. Существуют и специализированные навигаторы для установки на мелкие морские суда или рыбацкие лодки. Зачастую у них имеется функция эхолота для определения глубины на водоеме и поиска рыбы.

Выбор карт

Чтобы GPS навигатор работал корректно, необходимо чтобы в его память были загружены детальные карты. Даже если устройство является технически совершенным, и имеет большой ресурс встроенной памяти, а также мощный передатчик, оно будет не настолько хорошим если поставить на него плохую карту.

Обычно на навигаторах можно встретить карты:

• Навител.
• iGo8.
• СитиГид.
• Автоспутник.
• Гармин.

Сложно определить какая карта является безусловным лидером. Говоря упрощенным языком, определенный город может иметь планировку в картах нескольких разработчиков или даже у всех из них. При этом одни отображают только план, в то время как другие также могут указывать на нумерацию домов, что позволяет сделать адресный маршрут. Третьи навигационные карты еще и дают информацию об имеющихся пробках, сообщают о наличии впереди камеры для фиксации превышения скорости и т.д. В одних населенных пунктах лучше одни карты, в то время как для других они малопригодны. В связи с этим важно предварительно поинтересоваться – что лучше на интересующей местности.

Похожие темы:

Принципы работы GPS-навигаторов — Ferra.ru

В состав спутниковой системы GPS входят как минимум 24 искусственных спутника Земли, находящихся на различных круговых орбитах, плоскости которых разнесены по долготам через 60° и наклонены к плоскости экватора на 55°. Период обращения одного спутника составляет порядка 12 часов.

Регулярно спутники передают на Землю:

• свой статус (сообщение об исправности или неисправности)
• текущую дату
• текущее время
• данные альманаха (орбитальные данные всех спутников)
• точное время отправки всей совокупности сообщений
• бортовые эфемериды (расчётные координаты своего положения в этот момент времени)

GPS-приёмник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом для определения двух координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над поверхностью Земли – с четырёх.

С учётом распространения радиосигналов расстояние до спутников определяется по задержке времени приёма сообщения GPS-приёмником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приёмнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приёмника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Основным источником погрешности в системе GPS было наличие так называемого режима «ограниченного доступа». В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30-100 м, хотя принципиально точность GPS-систем может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим «ограниченного доступа» был отключён. Теперь любой человек в любой точке Земли может пользоваться этой системой. Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотражённых радиоволн на приёмник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве.

Как уже упоминалось, изначально система GPS была разработана для военных целей. Однако через некоторое время стало ясно, что эта система может очень сильно помогать людям для достижения других, «гражданских» целей.

На сегодняшний день система GPS очень широко используется в решении навигационных и картографических (геодезических) целей.

Спутниковые методы определения пространственных координат нашли массовое применение в современных геодезических измерениях, в первую очередь благодаря системе GPS, стабильно работающей на протяжении всего своего существования и ставшей доступной широкому кругу гражданских пользователей. Однако всё чаще возникают обсуждения того, что дальнейшее повышение точности и надёжности определения пространственных координат в любой точке Земли может быть обеспечено только за счёт совместного использования различных глобальных навигационных спутниковых систем, таких, например, как российская ГЛОНАСС и разворачиваемая в Европе Galileo.

Несмотря на то что уровень развёртывания ГЛОНАСС в настоящее время не находится в полном функциональном состоянии, приём и совместная обработка сигналов ГЛОНАСС и NAVSTAR позволяют увеличить производительность при выполнении спутниковых геодезических измерений в сложных условиях (например, городской застройки), когда число видимых спутников системы NAVSTAR сокращается. Поэтому в настоящее время многие разработчики аппаратуры пользователей создают спутниковые приёмники, способные работать одновременно с различными системами (например, компания Topcon Positioning System). Эти приёмники, в отличие от приёмников GPS, принимающих только сигналы NAVSTAR, называют GNSS-приёмниками (Global Navigation Satellite System, аналог русского обозначения ГНСС), а используемые методы обработки – GNSS-технологиями.

Система GPS выглядит предпочтительнее для навигационных целей, чем ГЛОНАСС. Это связано с тем, что навигационных решений под ГЛОНАСС для обычных пользователей практически не существует и рынок ГЛОНАСС пока слабо развит.

Современные геодезические измерения невозможно представить без использования спутниковых технологий определения пространственных координат. Первые GPS-приёмники появились ещё в начале 1980-х годов. За время существования они претерпели серьёзные изменения, но неизменным остался способ определения координат. Главной особенностью современного развития геодезического оборудования является стремление упростить процесс измерений и объединить всё необходимое в одном приборе.

Итак, в зависимости от характера решаемых задач GPS-системы можно разделить на два класса – навигационные приёмники и системы геодезической точности.

Навигационные приёмники обеспечивают устойчивое определение текущих координат с точностью десятков метров и являются относительно недорогими устройствами. Приборы этого класса просты в эксплуатации, портативны, а время, необходимое для получения координат в точке, составляет секунды или единицы минут.

Геодезические GPS-системы являются значительно более сложными устройствами, но они позволяют достигать точности привязки объекта до долей сантиметра, соответственно, стоимость таких систем существенно выше и может составлять десятки тысяч долларов.

Хотя повышение точности результатов желательно в любой раgботе, для задач привязки на местности различных объектов точность, обеспечиваемая навигационными приёмниками, является вполне удовлетворительной, а в особо критичных случаях может быть повышена за счёт проведения большого числа измерений и их последующей статистической обработки.

В целом весь спектр моделей GPS-приёмников по особенностям использования можно разделить на четыре большие группы.

• Персональные GPS-приёмники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчёта маршрутов следования, до функции приёма и передачи электронной почты.
• Автомобильные GPS-приёмники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приёмо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
• Морские GPS-приёмники, оснащённые ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
• Авиационные GPS-приёмники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.

Важно отметить, что использование GPS в навигационных целях тесно связано с применением современных информационных технологий – компьютерных баз данных и Геоинформационных систем (ГИС).

Как можно понять, далеко не все из вышеперечисленных устройств интересны нашим читателям, а, как следствие, и нам. Поэтому сложнейшие геодезические приборы мы учитывать не будем. А своё внимание сконцентрируем на персональных, автомобильных и, возможно, морских GPS-приёмниках, а также на аксессуарах для них.

Как работает навигация на смартфоне и что такое двухчастотный GPS

Оценка этой статьи по мнению читателей:

Эта статья должна была стать ответом на один из самых распространенных вопросов касательно новых смартфонов Xiaomi с их загадочной поддержкой двойного или двухчастотного (L1+L5) GPS. Но в процессе исследования вместо ясных ответов стали появляться лишь новые вопросы.

Как оказалось, многие производители также устанавливают на свои смартфоны самые современные GPS-приемники, способные в теории определять местоположение пользователя с точностью до 30 сантиметров. Однако эта возможность не только не афишируется, но даже скрывается!

Что же такое двухчастотный (двойной) GPS на смартфонах от Xiaomi и других брендов, почему эти смартфоны работают с точностью обычных смартфонов, как вообще работает GPS и что влияет на точность позиционирования — обо всем этом мы и поговорим дальше.

Как и все наши статьи из серии «Как это работает?», текущий материал будет написан максимально простым языком с рядом упрощений, чтобы даже самый неподготовленный читатель смог разобраться в теме.

Как работает GPS на любом смартфоне?

Прежде, чем обсуждать двухчастотный GPS, давайте поговорим о том, как вообще смартфон определяет свое местоположение.

Естественно, делает он это благодаря сигналу от спутников, летающих в космосе на высоте примерно в 20,000 км от земли. Чтобы лучше осознать, где именно они находятся, посмотрите следующую иллюстрацию:

GPS-модуль в смартфоне — это приемник, не способный передавать сигналы. Другими словами, с помощью GPS-модуля смартфон даже теоретически не может секретно отправлять ваши координаты в Google или другие заинтересованные организации. Делает он это через интернет.

Но каким образом это маленькое устройство может определить, где оно сейчас находится, только принимая радиосигнал?

Давайте рассмотрим простой пример. Представьте, что вам нужно определить координаты человека, зная только одну единственную информацию — он находится в 200 км от радиовышки А:

Это невыполнимая задача! Фактически, человек может быть где угодно в радиусе 200 км от вышки. Да, мы точно знаем, что он не дальше и не ближе, но от этого не легче, ведь количество вариантов очень большое. Мы можем просто начертить круг и наш человек может оказаться в любой точке этой окружности:

Теперь у нас появляется дополнительная информация. Оказывается, человек находится также в 145 км от радиовышки Б. То есть, он может также быть где-угодно в радиусе 145 км от этого места. Но теперь из бесконечного количества вариантов, у нас появляется только два возможных — на пересечении двух окружностей:

Если мы возьмем любую другую точку, кроме этих двух, она не будет отвечать главному требованию — чтобы человек одновременно находился в 200 км от радиовышки А и в 145 км от радиовышки Б.

Что же нам остается сделать, чтобы со 100%-ной точностью указать местоположение? В принципе, ничего! Вспомним, что речь идет о GPS-навигации и вместо радиовышек у нас GPS-спутники в космосе. И теперь задачу можно считать решенной. Дело в том, что только одна из этих двух точек пересечения имеет смысл, так как вторая будет находиться в неправдоподобном месте (высоко в космосе):

Второе пересечение находится гораздо выше уровня земли

Просто мы рассматриваем двухмерный пример и в нем есть только 2 координаты: X (влево-право) и Y (вверх-вниз). Когда мы узнали координаты двух пересечений, у одного из них координата Y (вверх-вниз) оказалась слишком высокой, поэтому с уверенностью выбираем второе пересечение и рисуем на нашей двухмерной карте точную позицию человека.

Но так как мы живем в трехмерном мире, добавляется третья неизвестная координата Z (вперед-назад). Поэтому, нам нужно не два спутника, а уже три. Однако принцип остается тот же, только пересекаться будут 3 сферы, а не 2 круга. В итоге, такое пересечение 3 сфер также приведет нас только к двум точкам, одна из которых будет находиться в космосе.

Расстояние от смартфона до GPS-спутника

Только что мы рассмотрели упрощенную модель того, как смартфон определяет свое местоположение по 3 GPS-спутникам, зная расстояние до каждого из них. Вот только есть одна проблема: откуда смартфон знает расстояние до каждого спутника в любой точке мира? Ведь он лишь принимает сигнал, но откуда ему знать, на каком расстоянии находится тот или иной спутник?

В теории, узнать расстояние от смартфона до спутника — это задачка для детей 5 класса. Помните этот «автомобиль, который выехал из точки А в точку Б и двигался 2 часа…»? Если мы знаем скорость автомобиля и время в пути, тогда просто умножаем одно на другое и получаем расстояние: 100 км/час * 2 часа = 200 км.

В нашем случае, в качестве «автомобиля» выступает электромагнитная волна, излучаемая спутником и «перевозящая» определенную информацию. Точка А — это GPS-спутник, точка Б — смартфон. Скорость волны известна, ведь радиоволны распространяются со скоростью света или ~300,000 км/c:

Получается, чтобы «нарисовать» окружности, как в рассмотренных примерах, нужно определить расстояние до нескольких спутников. А для этого мы умножаем скорость света на время, за которое сигнал дошел до смартфона и готово!

Но теперь появляется еще одна проблема — откуда мы можем знать, сколько времени летел сигнал от спутника до смартфона? Мы ведь точно знаем только скорость света, а расстояние и время — нет.

Предположим, что GPS-спутник непосредственно в сам сигнал записывает время, когда он был послан (как известно, с помощью радиоволн можно переносить любую информацию). Теперь принимаем на смартфоне этот сигнал и смотрим текущее время. По идее, оно должно немножко отличаться от закодированного времени. А эта разница и будет временем полета. То есть, если сигнал был отправлен в 12:00:00, а получен в 12:00:05, значит он летел 5 секунд.

И когда, казалось бы, все вопросы решены и осталось подставить числа в уравнение, появляется новая «неразрешимая» проблема — с чего мы взяли, что часы на смартфоне и часы на GPS-спутнике работают синхронно (всегда показывают идентичное время до микросекунд)?

Ведь если часы на смартфоне отстают или спешат от часов на спутнике всего на 1 секунду, тогда с учетом сумасшедшей скорости сигнала, наше местоположение будет определяться с погрешностью в ~300 тысяч километров. Другими словами, с такой погрешностью мы можем оказаться либо возле Эйфелевой башни, либо на луне.

Что касается часов GPS-спутника, здесь проблем быть не должно, так как на спутнике используются самые точные в мире атомные часы, да еще и несколько штук сразу! Если быть более конкретным, точность таких часов составляет примерно +/- 1 секунда в 300 миллионов лет.

Минутка занимательной физики или причем здесь Эйнштейн?

Единственная проблема — такие часы идут не совсем «точно» по отношению к нам, людям на земле. Дело в том, что GPS-спутники летят по орбитам земли с огромной скоростью — около 14 тыс. км/час и за сутки облетают землю дважды. Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, время является относительной величиной и оно замедляется при такой скорости. Соответственно, наши суперточные часы «отстают» на 7 микросекунд в сутки по сравнению с тем, как если бы они шли на земле.

Но еще есть и общая теория относительности Эйнштейна, согласно которой, чем слабее гравитация, тем быстрее идет время. А так как спутники находятся достаточно далеко от земли (то есть, гравитация намного слабее), то и время там идет на целых 45 микросекунд быстрее!

Если сложить эти неточности, получится, что атомные часы спешат на 38 микросекунд в сутки. Казалось бы, пустяки! Но с учетом скорости света, при такой неточности накапливалась бы погрешность навигации в +11 километров каждый день!

Решили эту проблему очень просто. Атомные часы на земле настроили так, чтобы они отставали на 38 микросекунд. И когда такие «немножко сломанные» часы отправятся на орбиту и наберут нужную скорость, то снова начнут спешить на те самые 38 микросекунд, исправив отставание.

Нам не нужно синхронизировать часы смартфона по GPS

Так что же делать со смартфоном? Использовать атомные часы — слишком дорогое удовольствие (цены на эти устройства начинаются от $50 тысяч), да и громоздкое очень.

Решение снова оказалось элементарным — нужно вообще игнорировать синхронизацию и точное время на смартфоне, а вместо этого просто использовать еще один дополнительный спутник.

Чтобы было проще понять, как дополнительный спутник решает эту проблему, вернемся в наш двухмерный пример с двумя спутниками. Для решения проблемы синхронизации часов, добавим третий спутник (его сигнал изображен красным цветом). И теперь посмотрим, как совпали все 3 сигнала в одной точке. Только давайте вместо расстояния запишем время, за которое долетает сигнал (в реальности, конечно же, это время гораздо короче):

Как видим, ничего не изменилось. Все три окружности по-прежнему пересекаются в одной точке, изображенной зеленым цветом. Это и есть наше реальное местоположение, которое должен определить смартфон.

Но что будет, если часы на смартфоне спешат на 1 секунду относительно атомных часов на GPS-спутниках и даже не догадываются об этом? Тогда вместо трех, четырех и двух секунд мы получим 4, 5 и 3 секунды соответственно. В этом случае все круги уже не пересекутся в одной точке (светлым цветом показаны предыдущие правильные расстояния):

Как видим, в красной точке пересеклись только две окружности, а третий сигнал ушел куда-то в сторону. Все из-за того, что время на смартфоне расходится на секунду со временем на спутниках. Соответственно, все 3 расстояния до спутников высчитаны с ошибкой. Такие неточные расстояния называются псевдодальностями.

Просчитав все координаты и пересечения с учетом псевдодальностей, смартфон очень быстро понимает, что здесь что-то не то, так как все условные круги должны были пересекаться в одной точке. Ведь сигнал дошел со всех спутников, соответственно, смартфон находился в их поле зрения.

Значит, проблема с часами — они идут на смартфоне не синхронно со спутниками. Дело осталось за малым — откорректировать время. К примеру, если мы прибавим ко всем измерениям еще по 1 секунде — ошибка лишь усугубится, то есть, третья окружность еще сильнее отдалится от пересечения двух других. Значит, нужно убрать по 1 секунде. Убираем и теперь всё сошлось идеально. Вот теперь смартфон знает точное время на спутниках!

Конечно, смартфон не перебирает миллионы разных значений, подставляя и проверяя каждое из них. Он просто решает 3 уравнения с тремя неизвестными: X и Y (координаты смартфона в двухмерном пространстве), а также t (погрешность часов смартфона). Но если бы спутников было 2, мы бы не смогли определить погрешность часов ни геометрически (рисуя только две окружности, которые бы всегда пересекались), ни математически (пытаясь как-то решить два уравнения с тремя неизвестными).

И опять-таки, не забываем, что мы рассматривали для простоты двухмерный пример. В реальной жизни есть 3 координаты и соответственно нужны сигналы от 3 спутников, а для вычисления рассинхронизации часов смартфона и GPS дополнительно необходимо взять четвертый спутник (и уже легко решить четыре уравнения с четырьмя неизвестными).

Краткий итог

Теперь, точно зная время, за которое долетает GPS-сигнал, мы можем определить расстояние от смартфона до каждого конкретного спутника. Для этого нашему смартфону нужно видеть минимум 4 спутника, иначе он не сможет сделать поправку на время.

Именно по этой причине, количество и расположение спутников по орбитам таково, что в каждый момент времени в любой точке мира будут видны минимум 4 спутника.

Если смартфон получил сигнал с четырех спутников, тогда он легко определяет расстояние до каждого из них и вычисляет свои координаты по принципу, который мы рассмотрели в самом начале. Именно так и работает GPS.

Кое-что осталось «за кадром»

Дабы не перегружать материал, мне пришлось умолчать о многих вещах. Для самых пытливых читателей, я лишь вскользь их упомяну, но без подробных объяснений.

К примеру, как быть с тем фактом, что GPS-спутники не висят на одном месте, а постоянно находятся в движении? Или почему GPS-антенна в смартфоне такая маленькая, но без проблем принимает слабый сигнал от спутника? Ведь для спутникового телевидения мы используем огромные «тарелки», а здесь всего пара сантиметров внутри корпуса?

Дело в том, что радиосигнал от спутников несет определенную информацию. В частности, помимо точного времени отправки сигнала, местоположения конкретного спутника и параметров орбит всех спутников (альманах), также передаются эфемериды.

Это заранее просчитанные координаты движения спутника по своей орбите. Фактически, смартфону не нужно определять, где будет находиться спутник через пол часа или секунду после получения сигнала. Эта информация передается ему в закодированном сообщении, так как она известна заранее. Наземные станции следят за всеми спутниками и постоянно пересчитывают все координаты с учетом различных отклонений и обновляют эту информацию на спутниках.

Ответом на второй вопрос является псевдослучайный код. Но, к сожалению, эта тема для отдельного разговора.

Что такое двухчастотный (L1+L5) GPS?

Теперь мы подошли ко второму вопросу. Летом 2018 года компания Xiaomi с гордостью представила свой флагман Xiaomi Mi 8 с первым в мире двухчастотным GPS-модулем.

Все смартфоны до Xiaomi Mi 8 принимали сигнал от GPS-спутников только на одной частоте (1575 МГц), которая называется L1. Эту частоту поддерживают все до единого спутники: американские GPS, российские ГЛОНАСС, европейские Galileo и др.

Но в отличие от других смартфонов, Xiaomi Mi 8 умел принимать сразу два сигнала на разных частотах от одного и того же спутника.

Вторая частота (1176 МГц) получила название L5. Изначально она предназначалась для применения в ситуациях, от которых зависит жизнь человека, например, в авиации.

Такое одновременное использование двух частот позволяет устранить один из главных источников погрешности при определении координат — запаздывание сигнала, проходящего через ионосферу земли (атмосфера, ионизированная от облучения космическими лучами). Точно определить эту задержку невозможно. Но когда у нас появляется два сигнала разной частоты (а время запаздывания зависит от частоты), тогда определить влияние ионосферы нетрудно, исключив эту погрешность.

Кроме того, частота L5 на 3 дБ мощнее. То есть, этот сигнал мощнее в 2 раза сигнала L1, что упрощает его поиск и отслеживание. Также полоса пропускания частоты L5 в 10 раз шире частоты L1. И главное, этот сигнал менее подвержен искажениям от многолучевости (многочисленных отражений сигнала от зданий и других объектов, вызывающих искажения сигнала).

Все это позволяет действительно очень точно определять свои координаты. Однако по факту этого не происходит и многие пользователи Xiaomi Mi 8/9 на форумах жалуются на очень плохую работу GPS (даже хуже, чем в обычных устройствах).

В чем же дело?

Для точного позиционирования недостаточно лишь добавить поддержку второй частоты. Огромную роль играет качество самой антенны и, конечно же, программное обеспечение. И на Xiaomi Mi 8 (как и на Android в целом) оно оставляет желать лучшего. По этой ссылке можно почитать подробное исследование на эту тему, правда, текст на английском.

Очевидно, что спутники также должны отправлять сигналы на частоте L5, чтобы смартфоны могли их принимать. Но здесь не все так просто.

Российская система ГЛОНАСС вообще не поддерживает L5 (как и китайская BeiDou) и только планирует начать вещание на этой частоте после 2030 года.

Американская система NavStar (более известная под названием GPS) поддерживает частоту L5 только на 12 спутниках, но для полноценного покрытия всего земного шара их нужно минимум 24. Такое количество планируется запустить к 2021 году.

У европейской Galileo 22 рабочих GPS-спутника и все они поддерживают вещание на частоте L5a.

Японская система QZSS имеет всего 4 спутника, а к 2024 году их количество увеличится до 7 штук. Все они поддерживают L5 сигналы, но их количество ничтожно мало.

Кроме того, обработку двух сигналов должно поддерживать программное обеспечение. А с этим также не все понятно. К примеру, на момент старта продаж Google Pixel 4 на официальной странице продукта была указана поддержка двухчастотного GPS (L1+L5) с пометкой, что эта функция заработает позже с обновлением прошивки.

Более того, популярный флагманский чип Snapdragon 855 уже поставляется с двухчастотным GPS-модулем. То есть, технически все смартфоны, работающие на этом процессоре, поддерживают частоты L1 и L5, но во многих из них данная опция просто заблокирована программным путем.

То же касается и смартфонов от Samsung на платформе Exynos 9825. К примеру, Galaxy Note10 без проблем ловит спутники на частоте L5. Но об этой возможности производитель вообще нигде не упоминает. С флагманами от Huawei на базе Kirin такая же ситуация. Многие из них имеют поддержку двух частот.

Другими словами, полноценная поддержка смартфонами двухчастотного GPS на текущий момент еще не реализована, хотя и рекламируется очень активно некоторыми производителями, вводя в заблуждение многих пользователей.

Как определить, поддерживает ли мой смартфон двухчастотный GPS (L1+L5 частоты)?

Если вам интересно, поддерживает ли ваш смартфон двухчастотный GPS, вы можете самостоятельно это проверить. Для этого установите приложение GPS Test и запустите его:

После запуска приложения смартфон начнет поиск всех GPS-спутников в зоне видимости, отображая частоту сигнала. Если на скриншоте будут частоты L5 или E5a (аналог L5 на европейских спутниках Galileo), значит, ваше устройство поддерживает двухчастотный GPS. Но, как уже было сказано ранее, не спешите радоваться, так как на текущий день такие устройства не показывают точность, на порядок (в десять раз) превышающую точность обычных GPS-модулей.

На момент написания этих строк следующие устройства официально поддерживают двухчастотный GPS и должны отображать в указанном выше приложении частоты L1 и L5:

• Xiaomi Mi 8/9/10
• Samsung Galaxy Note 10/10+
• Huawei P30 Pro
• One Plus 7/7 Pro
• Huawei Mate 20/20 X/20 Pro

И последнее. Если вы хотите измерять точность работы GPS своего смартфона и используете для этого приложение GPS Test, как на скриншоте ниже:

Тогда вам следует кое-что знать. Цифра 4 метра на скриншоте говорит лишь о следующем: если нарисовать круг, радиусом 4 метра, тогда ваше местоположение будет находиться где-то внутри этого круга с вероятностью 68%. То есть, существует 32% вероятность, что в действительности точность вашего GPS гораздо ниже. Поэтому, для проверки точности GPS-смартфона эта методика не лучшая.

Алексей, главный редактор Deep-Review ([email protected])

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

Принцип и схема работы системы спутниковой навигации GPS

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

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.

Навигация без GPS

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.

Описание GPS

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

• Погрешность в вычислении орбит;
• Ошибки, связанные с приемником;
• Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
• Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
• Геометрия расположения спутников.

Основные характеристики

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.

Характеристики навигационных систем GPS:

• Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
• Количество орбитальных плоскостей – 6;
• Высота орбиты – 20000 км;
• Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
• Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
• Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких  типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

• Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
• Тип антенны;
• Наличие картографической поддержки;
• Тип дисплея;
• Дополнительные функции;
• Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.

Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных.  Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.

Чтобы начать свою работу, навигатор должен:

• Найти спутник и установить с ним связь;
• Получить альманах и сохранить его в памяти;
• Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
• Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
• Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом.

Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.

Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.

Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.

Под запретом в Российской Федерации  находятся специальные технические  средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.

Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

 

Как правильно пользоваться GPS-навигатором

Поздравляем вас с приобретением GPS-навигатора. Если это ваше первое устройство GPS (система глобального позиционирования), то вероятно у вас возникнут вопросы по его использованию. В статье в краткой форме даны советы как правильно пользоваться GPS-навигатором.

Четыре основные функции GPS-навигатора.

Практически у каждого портативного GPS-приёмника доступны четыре основные функции:

• Отображение местоположения: На основе данных со множества спутников GPS-навигатор точно определяет ваше местоположение в виде координат — широты и долготы, а также в системе координат UTM.
• Навигация от точки к точке: Место расположения или назначения называется «точка трека». Например, вы можете установить отправную точку маршрута с помощью функции отображения месторасположения. И если вам известны координаты места назначения, взятые с обычной или компьютерной карты, рекламного буклета, интернета и других источников, то GPS-навигатор может отобразить маршрут по прямой линии и расстояние к пункту назначения. Но так как маршруты редко идут по прямой линии, то по мере передвижения эта линия будет изменяться. Также с приближением к цели будет уменьшаться расстояние к месту назначения.
• Навигация по маршруту: Вы можете задать несколько промежуточных точек маршрута и передвигаться от точки к точке. На каждом этапе показывается направление и расстояние до следующей точки маршрута. То есть, как только вы достигнете первой заданной точки маршрута, GPS-приёмник автоматически направит вас к следующей точке или же вы сможете сделать это вручную.
• Запись маршрута: К одной из самых полезных функций GPS-навигатора относится его способность записывать маршрут в виде пройденных точек. Эта функция отличается от функции навигации по маршруту, которая подробно указывает в каком направлении вы идёте. Вы можете настроить GPS-навигатор так, чтобы он автоматически отмечал пройденные точки маршрута через определённые промежутки времени или расстояния. Чтобы пройти маршрут в обратном направлении, просто следуйте назад по записанной GPS-навигатором последовательности точек маршрута.

Базовые принципы использования GPS-навигатора.

GPS-приёмник не может заменить карту и компас, а также навыки по их использованию. Технологии GPS улучшают навигационные способности, но вы всё равно должны купить компас и подробную карту местности.

Не полагайтесь только на GPS-навигатор. Всегда носите с собой карту и компас.

GPS-приёмник необходимо использовать совместно с картой. Наиболее полезны топографические карты с масштабом 1:24000.

Перед использованием GPS-навигатора в качестве основного навигационного прибора попрактикуйтесь на незнакомой местности. Настройте себя на успешную и приятную поездку. Ознакомьтесь со всеми особенностями управления устройством. Прочитайте руководство по эксплуатации и потренируйтесь рядом с домом, пока вы полностью не разберётесь с GPS-навигатором.

Основные навыки эксплуатации GPS-навигатора.

Как поймать спутники.

Чтобы GPS-навигатор мог предоставить надёжные навигационные данные, в том числе ваши координаты, он должен получать хорошие сигналы по крайней мере от четырёх спутников. Чтобы «словить» спутник, включите GPS-навигатор и перейдите на экран спутники:

1. Отобразится текущая конфигурация спутников и мощность их сигналов. На установление связи со спутниками GPS-устройству может потребоваться несколько минут, так что наберитесь терпения.
2. Если GPS-навигатор «видит» только несколько спутников со слабыми сигналами, то указаниям GPS-навигатора доверять нельзя. Пользуйтесь только компасом и картой.
3. GPS-приёмник лучше всего «видит» спутники на фоне чистого неба. Получению сигнала могут препятствовать деревья, высокие здания и каньоны.
4. Чтобы быстрее поймать спутники, отключите и включите опять GPS-устройство.
5. Убедитесь, что батарея полностью заряжена.

Интерпретация координат.

Система координат используется с целью упрощения навигации по карте. Сетка координат на карте определяет конкретное место, указывая его положение по направлениям север / юг и восток / запад. Чтобы выбрать используемую систему координат, перейдите к экрану настроек. Наиболее распространенные системы координат, используемые в GPS-навигации:

• DMS (градусы / минуты / секунды): Это стандартный метод указания широты и долготы:
  Пример: N47° 37′ 12″ W122° 19′ 45″.
  В этом примере N47° 37′ 12″ означает, что по направлению север/юг вы находитесь на 47 градусов, 37 минут и 12 секунд к северу от экватора, а W122° 19′ 45″ указывает по направлению восток/запад на 122 градусов, 19 минут и 45 секунд к западу от нулевого меридиана (Гринвич, Англия).
• DDM (градусы/минуты): Это десятичная версия DMS. Используется во время игр с использованием GPS-устройств.
  Пример: N47° 37,216′ W122° 19,75′.
  Аналогично указывает координаты в направлениях север/юг и восток/запад. Различие состоит только в том, что секунды отображаются в десятичной системе, то есть делятся на 60.
• UTM (система координат UTM): Это военная система координат, не привязанная к широте и долготе. Карта делится на квадраты шириной по 1000 метров. На большинстве топографических карт нанесены линии UTM. Система работает на базе метрической системы и не требует преобразования минут и секунд.
  Пример: 10Т 0550368 5274319.
  Здесь «10Т» указывает зону карты, «восточный» номер «0550368» показывает расположение в направлении восток / запад, а «северный» номер «5274319» в направлении север / юг.
  
  Система координат UTM.

GPS-навигатор способен автоматически отображать координаты в любой из выбранной вами систем. Также он может преобразовывать координаты из одной системы в другую. Это полезно, если у вас есть координаты в одной системе (например, UTM), но вы хотите перейти в другую (например, DDM).

Навыки навигации.

Ввод точек маршрута.

Построить маршрут с помощью точек совсем несложно. Необходимо просто нажимать кнопку ТОЧКА (на некоторых устройствах требуется нажать и удерживать кнопку ВВОД). Отметить текущую точку маршрута можно всего лишь одним нажатием кнопки. Вы также можете добавить различное описание: название (например «начало маршрута» или «водопад»), координаты, высоту и даже короткую заметку. Это особенно полезно, если вы ещё дома отметите точки маршрута.

В качестве точек маршрута можно отметить ориентиры местности.

Совет: Независимо от того, откуда вы начинаете идти пешком, обязательно добавьте точку, где вы оставили свой автомобиль.

Следование по точкам маршрута.

Имея введённые точки маршрута, GPS-навигатор может направлять вас от точки к точке. Используйте кнопки НАЙТИ и ИДТИ ДО, чтобы определить конкретную целевую точку маршрута. Затем переключитесь на экран КОМПАС, где GPS-навигатор укажет направление движения, приблизительно оценит расстояние и время движения.

Запись маршрута.

Если вы совершаете поездки из базового лагеря по незнакомой местности без заранее утверждённого маршрута, то одной из самых полезных функций GPS-приёмника является «отслеживание маршрута». При задействовании функции отслеживания маршрута GPS-устройство начинает автоматически наносить точки маршрута по мере вашего движения, то есть создаёт цепочку посещённых точек.

Вы можете настроить определенный промежуток времени или расстояния, через которые навигатор будет отмечать точки. Чем короче расстояние между точками маршрута, тем точнее будет отмечен путь. Например, риск сбиться с курса выше, если отмечать точки маршрута через каждые 100 метров, чем через каждые три метра. Интервалы записи координат выбирайте исходя из наличия или отсутствия заранее разработанного маршрута, местности, погоды и других условий похода. Кроме записи трека также фиксируется пройденное расстояние и время.

Дополнительные полезные возможности GPS-навигатора.

Датчики.

GPS-навигатор содержит два типа датчиков: барометрический высотомер и магнитный компас.

Карты памяти.

Кроме предустановленных карт многие GPS-устройства позволяют загружать дополнительные карты с помощью программного обеспечения, идущего в комплекте на CD-ROM дисках. Некоторые GPS-навигаторы могут использовать сменные карты памяти microSD. На предустановленные карты обычно уже записана вся необходимая информация. Также вы можете отдельно купить карту памяти и с помощью компьютера загрузить на неё данные. Обязательно постарайтесь выбрать GPS-навигатор, позволяющий использовать карты памяти, так как это значительно упростит и облегчит работу с картами. Например, вы можете записать на карту памяти множество различных карт городов, топографических, морских и других карт.

Полезные советы по использованию GPS-навигатора.

Одна из самых распространенных жалоб от людей, которые только приобрели свой первый GPS-приёмник, заключается в сложностях приёма стабильного сигнала. Если вы испытываете подобные проблемы, то обратитесь к руководству пользователя или обратите внимание на следующее:

Установка связи со спутниками: Постарайтесь «поймать» спутники ещё перед заходом в лес, где добиться устойчивого приёма будет куда сложнее.

Расположение GPS-устройства: Чтобы обеспечить GPS-приёмнику беспрепятственный доступ к небу, прикрепите его к ремню рюкзака. Если вы несёте GPS-устройство в руках, то старайтесь не размахивать ими, чтобы не дезориентировать приёмник.

Избегайте препятствий: Точность и польза от GPS-приёмника полностью зависит от его способности принять чёткие сигналы от четырёх и более спутников. Если небо закрыто, то получить сигналы со спутников будет сложно и на данные GPS-устройства нельзя полностью полагаться. В этом случае просто постарайтесь подняться выше на открытый участок местности. Одновременно выключите энергосберегающий режим. GPS-навигаторы, оснащённые современными микросхемами, такими как SiRF Star III, позволяют практически в любых условиях получить мощный и стабильный сигнал.

Инициализация: Выполните эту простую процедуру, если ваш новый GPS-приёмник даже при чистом небе не очень хорошо принимает сигналы со спутников. Так как большинство GPS-навигаторов производится в Азии, то при первом включении он «помнит» азиатские спутники. При инициализации GPS-навигатор учтёт текущую обстановку и загрузит информацию с новых спутников, что поможет быстрее и эффективнее ловить спутники в будущем.

Инструкцию по инициализации вашего GPS-устройства можно получить из руководства пользователя.

Батареи: Перед началом путешествия убедитесь, что аккумулятор полностью заряжены и обязательно возьмите запасные. С целью экономии заряда батареи отключите ненужные функции, такие как прокладывание маршрута или подсветка.

Совет: Лучшим выбором для GPS-навигатора являются литий-ионные аккумуляторы из-за их долговечности. Однако следует учитывать, что совершенно новые литий-ионные аккумуляторы могут вызывать кратковременные скачки напряжения, что приводит к образованию неприятных горизонтальных полос на экранах некоторых GPS-навигаторов. Чтобы решить данную проблему, перед тем, как вставить литиевый аккумулятор в GPS-устройство, просто используйте их в других электронных устройствах в течение нескольких минут.

Как работает GPS? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей

Краткий ответ:

GPS — это система из 30+ навигационных спутников, вращающихся вокруг Земли. Мы знаем, где они находятся, потому что они постоянно посылают сигналы. Приемник GPS в вашем телефоне прослушивает эти сигналы. Как только приемник вычислит расстояние от четырех или более спутников GPS, он сможет определить, где вы находитесь.

Земля окружена навигационными спутниками.Кредит: NOAA.

С древних времен люди смотрели в небо, чтобы найти свой путь. Древние мореплаватели использовали созвездия в ночном небе, чтобы выяснить, где они находятся и куда направляются.

Сегодня все, что нам нужно, — это простой портативный приемник GPS (сокращенно от Global Positioning System), чтобы точно определить, где мы находимся в любой точке мира. Но нам все еще нужны объекты высоко в небе, чтобы понять, где мы находимся и как добраться до других мест.

Вместо звезд мы используем спутники. Высоко над Землей курсируют более 30 навигационных спутников. Эти спутники могут сказать нам, где мы находимся.

Что такое GPS?

Глобальная система позиционирования (GPS) состоит из спутников, наземных станций и приемников.

GPS — это система. Он состоит из трех частей: спутников, наземных станций и приемников.

Спутники действуют как звезды в созвездиях — мы знаем, где они должны быть в любой момент времени.

Наземные станции используют радар, чтобы убедиться, что они действительно находятся там, где мы думаем.

Приемник, который вы можете найти в своем телефоне или в машине родителей, постоянно прослушивает сигнал от этих спутников. Приемник определяет, как далеко они от некоторых из них.

После того, как приемник вычислит расстояние от четырех или более спутников, он точно знает, где вы находитесь. Престо! Ваше местоположение на земле может быть определено с невероятной точности за много миль в космос! Обычно они могут определить, где вы находитесь, в пределах нескольких ярдов от вашего фактического местоположения.Однако более высокотехнологичные приемники могут определить, где вы находитесь, с точностью до нескольких дюймов!

Древние мореплаватели были бы ошеломлены скоростью и легкостью определения вашего местоположения сегодня.

GPS в быту

Есть много важных вещей, для которых используется GPS, но, возможно, нет ничего важнее, чем найти самый быстрый кусок пиццы! Посмотрите нашу забавную Space Place в анимационном ролике Snap «GPS и поиски пиццы», чтобы узнать больше о том, как работает GPS.

Спутниковая навигация — GPS — Как это работает

Спутниковая навигация основана на глобальной сети спутников, передающих радиосигналы на средней околоземной орбите. Пользователи спутниковой навигации больше всего знакомы с 31 спутником глобальной системы позиционирования ( GPS ) ^* . Соединенные Штаты, которые разработали и эксплуатируют GPS , и Россия, разработавшая аналогичную систему, известную как ГЛОНАСС , предложили международному сообществу бесплатное использование своих соответствующих систем.Международная организация гражданской авиации ( ИКАО ), а также другие международные группы пользователей приняли GPS и ГЛОНАСС в качестве основы для возможностей международной гражданской спутниковой навигации, известной как Глобальная навигационная спутниковая система ( GNSS ). .

Рисунок: Земля со спутниками — объясняет, как работает GPS

Базовая услуга GPS обеспечивает пользователям точность приблизительно 7,8 метра в 95% времени в любом месте на поверхности земли или вблизи нее.Для этого каждый из 31 спутника излучает сигналы приемникам, которые определяют свое местоположение, вычисляя разницу между временем отправки сигнала и временем его приема. GPS Спутники оснащены атомными часами, которые обеспечивают чрезвычайно точное время. Информация о времени помещается в коды, транслируемые спутником, так что приемник может непрерывно определять время, в которое был передан сигнал. Сигнал содержит данные, которые приемник использует для вычисления местоположения спутников и для внесения других корректировок, необходимых для точного определения местоположения.Приемник использует разницу во времени между временем приема сигнала и временем вещания для вычисления расстояния или дальности от приемника до спутника. Приемник должен учитывать задержки распространения или уменьшение скорости сигнала, вызванное ионосферой и тропосферой. Имея информацию о дальностях до трех спутников и местоположении спутника, когда сигнал был отправлен, приемник может вычислить свое собственное трехмерное положение. Атомные часы, синхронизированные с GPS , необходимы для вычисления дальности по этим трем сигналам.Однако, выполняя измерения с четвертого спутника, приемник избавляется от необходимости в атомных часах. Таким образом, приемник использует четыре спутника для вычисления широты, долготы, высоты и времени.

GPS — Как это работает

На этой анимации показаны спутники GPS , которые вращаются вокруг Земли и затем принимаются самолетом в полете. Анимация не содержит звука.

GPS состоит из трех сегментов:

^* Обратитесь к тихо.usno.navy.mil ( TXT ) для получения обновленной информации об общем количестве спутников GPS на орбите.

Дополнительные

GPS Учебные пособия

Последнее изменение страницы: 22 июля 2020 г. 10:23:55 EDT

Спутниковая навигация — GPS — сегмент управления

GPS — сегмент управления

Контрольный сегмент GPS состоит из:

Главный пульт управления : Главный пульт управления станция, расположенная на базе ВВС Шривер в Колорадо-Спрингс, Колорадо, отвечает за общее управление удаленным мониторингом и сайты передачи.Эфемериды GPS представляют собой таблицу вычисленных положения, скорости и полученные прямые восхождение и склонение спутников GPS в определенное время, замените «положение» на «эфемериды», потому что Master Control Station вычисляет не только положение, но и скорость, параметры прямого восхождения и склонения для последующей загрузки в Спутники GPS.

Станции мониторов : Шесть мониторов станции расположены на базе ВВС Шривер в Колорадо, Кейп Канаверал, Флорида, Гавайи, остров Вознесения в Атлантическом океане, Атолл Диего-Гарсия в Индийском океане и остров Кваджалейн в южная часть Тихого океана.В 2005 году было добавлено шесть дополнительных станций мониторинга в Аргентине, Бахрейне, Великобритании, Эквадоре, Вашингтоне и Австралии. Каждая из станций мониторинга проверяет точная высота, положение, скорость и общее состояние орбиты спутники. Контрольный сегмент использует измерения, собранные станции мониторинга для прогнозирования поведения каждого спутника орбита и часы. Данные прогноза связаны или передаются, к спутникам для передачи обратно пользователям.Контроль сегмент также гарантирует, что орбиты спутника GPS и часы остаются в допустимых пределах. Станция может отслеживать до 11 спутников вовремя. Это «обследование» выполняется дважды в день каждой станцией по мере завершения работы спутников их путешествия по земле. Отмеченные вариации, такие как вызвано гравитацией луны, солнца и давлением солнечной излучения, передаются на главную станцию ​​управления.

Наземные антенны : Мониторинг четырех наземных антенн и отслеживайте спутники от горизонта до горизонта. Они также передают поправочная информация к отдельным спутникам.

Последнее изменение страницы: 13 ноября 2014 г. 11:24:32 AM EST

Спутниковая навигация — GPS — сегмент пользователя

GPS — сегмент пользователя

В пользовательский сегмент входит техника военного назначения. персонал и гражданские лица, принимающие сигналы GPS.Военное пользовательское оборудование GPS был интегрирован в истребители, бомбардировщики, танкеры, вертолеты, корабли, подводные лодки, танки, джипы и солдатское снаряжение. Помимо основных навигационная деятельность, военные приложения GPS включают целеуказание, непосредственная авиационная поддержка, «умное» оружие и рандеву.

С ростом популярности GPS-приемников за последние несколько лет гражданское сообщество имеет свой собственный большой и разнообразный сегмент пользователей.Геодезисты используют GPS, чтобы сэкономить время по сравнению со стандартными методами съемки. GPS используется самолетами и кораблями для навигации по маршруту и ​​для подходов к аэропорту или гавани. Системы GPS-слежения используются для направления и наблюдения за фургонами доставки и автомобилями скорой помощи. В методе, называемом точным земледелием, GPS используется для точного управления сельскохозяйственной техникой, занятой вспашкой, посадкой, внесением удобрений и уборкой урожая. GPS доступен как средство навигации в автомобиле и используется путешественниками и охотниками. Большинство смартфонов имеют GPS-карту или навигационные приложения.Поскольку пользователю GPS не нужно связываться со спутником, GPS может обслуживать неограниченное количество пользователей.

Авиационное сообщество широко использует GPS. Авиация навигаторы, оснащенные приемниками GPS, максимально точно используют спутники. ссылка указывает на трилатерацию положения самолета в любом месте или рядом с земной шар. GPS уже приносит пользу авиационным пользователям, но относительно раскрывая свой потенциал, эти преимущества — только начало.Предвиденное вклад GPS в авиацию обещает быть революционным. С воздуха путешествия почти удвоились в 21 веке, GPS может стать краеугольным камнем будущей системы организации воздушного движения (ОрВД), которая будет поддерживать высокий уровень безопасности при сокращении задержек и увеличении проходимости дыхательных путей емкость. Для продвижения этой будущей системы ОрВД цель FAA — создать и поддерживать возможность спутниковой навигации на всех этапах полета.

Последнее изменение страницы: 13 ноября 2014 г. 11:12:26 AM EST

Спутниковая навигация — GPS — Космический сегмент

GPS — Космический сегмент

Космический сегмент включает спутники и Ракеты «Дельта», запускающие спутники с мыса Канаверал во Флориде. Спутники GPS летают по круговым орбитам на высоте 10900 морских миль ( 20200 миль). км ) и с периодом 12 часов.Орбиты наклонены к экватору Земли на 55 градусов, чтобы обеспечить покрытие полярных регионов. Спутники, работающие от солнечных батарей, постоянно ориентируются направить свои солнечные панели на солнце, а антенну — на Земля. Каждый из 32 спутников, расположенных в 6 орбитальных плоскостях, дважды в день кружит над землей.

В состав спутников входят:

Солнечная Панели. Каждый спутник оборудован солнечными батареями. Эти панели улавливают энергию солнца, которое обеспечивает питание спутника на протяжении всей своей жизни.

Внешние компоненты , например антенны. На внешней стороне спутника GPS есть несколько антенн. Сигналы генерируемые радиопередатчиком отправляются на приемники GPS через Антенны L-диапазона. Другой компонент — радиопередатчик, который генерирует сигнал.Каждый из 32 спутников передает свой уникальный код в сигнале.

Внутренние компоненты такие как атомные часы и радиопередатчики. Каждый спутник содержит четыре атомных часа. Эти часы имеют точность не менее одной миллиардной секунды или наносекунды. Погрешность атомных часов в 1/100 секунды приведет к тому, что в ошибку измерения (или дальности) в 1860 миль до приемника GPS.

Последнее изменение страницы: 13 ноября 2014 г. 11:14:25 AM EST

Как работает спутниковая навигация GPS?

Как работает спутниковая навигация GPS? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 8 февраля 2021 г.

Let’s Get Lost — это название джазовой песни 1940-х годов. классно записан певцом и трубачом Четом Бейкером.Тогда, получив «потерянный» был не просто романтической идеей, но все же реалистичной. Сегодня это заблудиться практически невозможно, как ни старайся. Если вы едете по автостраде или карабкаетесь на Эверест, вы всегда видите спутники, вращающиеся в космосе это может сказать вам, где именно вы находитесь. Гуляя со смартфоном в кармане, вы иметь свободный доступ к приемнику GPS (Глобальная система позиционирования) , который может определить ваше местоположение в хороший день с точностью до нескольких метров.Ошибиться поверните машину, и решительный голос — также GPS — будет настаивать на том, чтобы «повернуть налево», «Поверните направо» или «Иди прямо», пока не вернетесь уверенно. отслеживать. Даже в автобусе или поезде невозможно выйти не в том месте. На удобных досках с дисплеем прокручивается название останавливаться вы хотите задолго до того, как вам нужно будет встать с места. Помимо помогая нам добраться до пункта назначения, спутниковая навигация может сделать всевозможные другие вещи, от отслеживания посылок и выращивания урожая до поиск потерянных детей и руководство слепыми.Но как именно это работай? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Заблудиться осталось в прошлом благодаря таким мобильным устройствам со встроенными GPS-приемниками и картографическими приложениями.

Что такое спутниковая навигация?

Спутниковая навигация («спутниковая навигация») означает использование портативного радио. приемник для приема сигналов скорости света с орбитальных спутников (иногда их называют космическими аппаратами или космическими аппаратами), чтобы вы может определить ваше местоположение, скорость и местное время.Как правило, это намного точнее, чем другие формы навигации, которые приходится бороться с надоедливыми проблемами, такими как точное хронометраж и непогода. Потому что это система вещания , основанная на радиосигналах которые достигают всех частей нашей планеты, любое количество людей может использовать их одновременно, где бы они ни находились.

Самая известная система спутниковой навигации, Navstar Global Система позиционирования (GPS) , использует около 24 активных спутников (включая резервные). День и ночь, 365 дней в году, они кружат вокруг Земли каждые 12 часов по орбитальным плоскостям, наклоненным под углом 55 градусов к экватору.Где бы вы ни были, вы обычно видите по крайней мере полдюжины из них, но вам нужны сигналы только от трех или четырех, чтобы определить вашу позицию с точностью до нескольких метров.

Фото: Спутник NAVSTAR GPS во время строительства на Земле в 1981 году. Вы можете получить представление о размерах спутника по изображению инженера на некотором расстоянии под ним. Изображение любезно предоставлено Министерство обороны США.

GPS была запущена военными США в 1973 году, и ее первоначальные спутники были рассчитаны на срок службы около 7 человек.5 лет, но ожидается, что последнее поколение прослужит вдвое дольше. Всего было запущено около 60 спутников Navstar в трех разных поколениях и нескольких отдельных группах, называемых блоками, хотя многие из них уже выведены из эксплуатации. На момент написания, последний запуск Navstar (первый спутник конструкции третьего поколения) состоялся 23 декабря 2018 года — спутник GPSIII SV01.

GPS состоит из трех основных компонентов, технически известных как «сегменты»: одна часть в космосе, одна часть на земле, а другая в кармане.24 спутника образуют так называемый «космический сегмент» GPS, но система также опирается на сложную наземную сеть антенн, мониторы и посты управления («сегмент управления»), сосредоточена на главной станции управления (MCS) на базе ВВС Шрайвер в Колорадо, США (с дублёром на базе ВВС Ванденберг в г. Калифорния). Помимо космического и контрольного сегментов, другая важная часть спутника Навигация — это «сегмент пользователя» — электронный приемник, который вы держите в руке или носите в автомобиле.

Фото: GPS в прежнем виде. В 21 веке большинство смартфонов имеют встроенные приемники GPS и легко помещаются в карман рубашки. Еще в 1978 году это было то самое современное оборудование GPS, которое вам понадобилось бы для того, чтобы делать то же самое: большой портативный приемник, гигантский рюкзак и очень большая антенна! Фото любезно предоставлено ВВС США.

Триангуляция

Определение вашего местоположения по спутниковым сигналам — высокотехнологичная версия старинного трюка мореплавателя, получившего название «триангуляция».Предположим, вы идете по лесу по совершенно ровной местности, но ты не знаешь, где ты. Если вы видите ориентир через деревья (может быть, дальний холм), и вы можете догадаться, как далеко он есть, вы можете посмотреть на карту и понять, что вы должны быть где-то на окружности, радиус которой (расстояние от холма) равен расстоянию вы уже догадались. Только одна достопримечательность не может сузить вашу позицию больше чем это. Но что, если вы вдруг увидите вторую веху в другое направление. Теперь вы можете повторить процесс: вы должны быть на определенном расстоянии от этого объекта, где-то на втором круге.Сложите эти две части информации вместе, и вы поймете, что должны быть где-то там, где встречаются два круга — один из двух места на земле. С помощью третьего ориентира вы можете сузить положение в единую точку. И в этом суть простая триангуляция (более подробное введение вы найдете на Компас Чувак). Триангуляция работает с прямой видимостью и небольшими предположениями, с компасом и картой, а также с более изощренными методами, такими как радиосигналы и радар. И это также работает более изощренно, используя космические спутники.

Фото: сэр Фрэнсис Дрейк (около 1540–1596 гг.) Был вторым человеком, совершившим кругосветное путешествие. завершение в 1580 году. Первым был Фердинанд Магеллан (1480–1521), португальский исследователь, который плавал вокруг земного шара с большим мастерством и храбростью. Между 1519 и 1521 годами Магеллан и его команда первыми обогнули планету, доказав, что «плоская Земля» на самом деле была более или менее сферической. Заманчиво представить, насколько легче была бы жизнь Магеллана со спутниковой навигацией, но это неверно интерпретирует логику вещей.Без проницательности Магеллана у нас вообще не было бы спутниковой навигационной технологии: чтобы создать ее и заставить работать, нам нужно было знать, что мы живем на круглой Земле с самого начала!

Трилатерация

Благодаря спутниковой навигации ваши навигационные «ориентиры» космические спутники, летящие по небу над вашей головой. Поскольку они находятся на расстоянии около 20 000 км (12 600 миль), далеко за пределами атмосферы Земли, и поскольку они постоянно движутся (а не неподвижны, как ориентиры на Земле), определение вашего местоположения от них немного сложнее.Если вы принимаете сигнал с одного спутника и знаете, что это На расстоянии 20000 км вы должны быть где-то на сфере (не круг) радиусом 20 000 км, с центром на этом спутнике. С два сигнала от двух разных спутников, вы должны быть где-то где встречаются две сферы (где-то в круге перекрытия). Три сигналы помещают вас в одну из двух точек на этом круге — и это обычно достаточно, чтобы понять, где вы находитесь, потому что одна из точек может быть в воздухе или посреди океана.Но с четырьмя сигналы, вы точно знаете свое положение. Определение вашего местоположения в этом способ называется трилатерацией .

Как работает GPS

Фото: Впечатление художника от 24 спутников NAVSTAR на орбите вокруг Земли. Изображение предоставлено Министерством обороны США.

Все системы спутниковой навигации в целом работают одинаково. Там состоят из трех частей: сеть спутников, станция управления где-то на Земле, которая управляет спутниками, и принимающим устройством, которое вы носить с собой.

Каждый спутник постоянно излучает радиоволны. сигнал к Земле. Приемник «прислушивается» к этим сигналам и, если он может принимать сигналы от трех или четырех разных спутников, он может определить ваше точное местоположение (включая вашу высоту).

Как это работает? Спутники остаются в известных положениях, а сигналы движутся со скоростью света. Каждый сигнал содержит информацию о спутнике, с которого он пришел, и отметке времени, в которой указано, когда он покинул спутник.Поскольку сигналы являются радиоволнами, они должны распространяться со скоростью света. Заметив, когда приходит каждый сигнал, приемник можно узнать, сколько времени потребовалось в пути и как далеко оно продвинулось — в Другими словами, как далеко он находится от передающего спутника. С тремя или четыре сигнала, приемник может точно определить, где он находится на Земле.

Где ты в мире?

1. Если ваш спутниковый ресивер принимает сигнал от желтого спутника, вы должны быть где-то на желтой сфере.
2. Если вы также принимаете сигналы от синих и красных спутников, вы должны быть в черной точке, где сигналы от встречаются три спутника.
3. Для определения местоположения таким образом необходим сигнал минимум от трех спутников. (и четыре спутника, если вы хотите определить свою высоту). Поскольку спутников GPS гораздо больше, у вас больше шансов найти себя, где бы вы ни находились.

Как спутниковая навигация рассчитывает расстояние от времени?

Предположим, у вас есть мобильный телефон с GPS или спутниковая навигация. в твоей машине.Как он узнает точное расстояние до трех или четыре спутника, которые он использует для вычисления вашего местоположения? Каждый спутник постоянно излучает сигналы, которые, по сути, записи о его положении в то время с отметками времени. Поскольку они переносятся радиоволнами, сигналы должны распространяться со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду). Теоретически, тогда, если приемник принимает сигналы через некоторое время и имеет собственные часы, он знает, сколько времени потребовалось сигналам, чтобы добраться от спутника, и как далеко они прошли (потому что расстояние = скорость × время).Это звучит как хорошее и простое решение, но оно порождает еще две проблемы.

Во-первых, сколько времени требуется сигналу на прохождение? Нет мы просто поменяли одну задачу на другую (время на расстояние)? В решение этой проблемы включает высокотехнологичный вариант «синхронизации часы »: каждый спутник несет четыре сверхточных атомные часы (два цезиевых и два рубидиевых, обычно с точностью до одной секунды за 100000 лет), в то время как приемники (которые имеют менее точные собственные часы) получают свои сигналы и компенсируют время, которое требуется чтобы они отправились вниз из космоса.Это означает, что каждый приемник может определить, сколько времени потребовалось каждому сигналу, чтобы достичь его, и следовательно, как далеко он проехал.

Во-вторых, хотя радиоволны действительно распространяются со скоростью света, они делают это только в вакууме (в совершенно пустом пространстве). Радиосигналы, поступающие к нам с космических спутников, не путешествовать через пустое пространство, но через атмосферу Земли, включая ионосферу (верхняя область земной атмосфера, содержащая заряженные частицы, которые помогают радиоволнам распространяться путешествия) и тропосферы (турбулентная, незаряженная область атмосфера, в которой бывает погода, которая простирается примерно на 50 или 30 км миль над поверхностью Земли).Ионосфера и тропосфера искажаются и задерживают спутниковые сигналы довольно сложными способами, разные причины, которые мы здесь не будем вдаваться, и у GPS-приемников для компенсации, чтобы гарантировать, что они могут делать точные измерения расстояния.

Военные и гражданские GPS отличаются?

Фото: Ракеты и дроны со спутниковым наведением используют версию GPS PPS военного уровня, которая теоретически более точна, чем гражданская GPS. Фото Николаса Мессины любезно предоставлено ВМС США.

GPS изначально задумывался как военное изобретение, которое дают силам США преимущество перед другими странами, но их изобретатели вскоре понял, что система будет столь же полезна для гражданского населения. Единственная проблема заключалась в том, что гражданские лица (или вражеские силы) могли подобрать те же сигналы, где это оставит их военное преимущество? По этой причине они разработали два разных «вкуса». GPS: высокоточный военный, известный как Precise Служба позиционирования (PPS) , а также несколько ухудшенная гражданская версия позвонил по номеру Standard Positioning Service (SPS) .Приемники с поддержкой PPS изначально мог определять местонахождение объектов с точностью около 22 м (72 фута), приемники SPS были намеренно сделаны примерно в пять раз менее точными (с точностью до длина футбольного поля, или около 100 м) с помощью настройки Selective Availability (SA). Он был отключен по приказу президента США Билла Клинтона в мае 2000 года, что значительно улучшило его положение. точность для гражданских пользователей, и во многом именно поэтому с тех пор GPS так быстро стал популярным. Даже гражданские SPS-приемники теперь официально имеют точность в пределах «13 метров (95 процентов) по горизонтали и 22 метра (95 процентов) по вертикали», хотя и разные различных ошибок (вызванных атмосферой, препятствиями, закрывающими прямую видимость спутников, отражениями сигналов, атмосферные задержки и т. д.) могут усугубляться, иногда делая их гораздо менее точными.

Теоретически военные и гражданские GPS могли бы быть такими же точными, как и друг друга, если бы нам не приходилось беспокоиться о их перемещении в атмосфере Земли. По официальному сайту GPS.gov: «Точность сигнала GPS в космосе фактически одинакова как для гражданской службы GPS (SPS), так и для военной службы GPS (PPS)». На практике, пока SPS-сигналы транслируются используя только одну частоту, PPS использует две. Сравнение двух частот позволяет GPS-приемники военного класса для точного расчета поправок на радио задержки и искажения, вызванные передачей через атмосферу, и это по-прежнему дает военному GPS преимущество перед гражданские системы.Со временем гражданские GPS будут становиться все более популярными. точным, особенно когда больше спутников (и больше разных спутников систем), но вполне вероятно, что военные системы всегда будут иметь преимущество по той или иной причине.

Спутниковые сигналы GPS

Спутники

Navstar постоянно транслируют две разные разновидности GPS, PPS и SPS, на двух разных радиочастотах (несущих волнах), известных как L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,6 МГц). L1 передает сигнал гражданского кода SPS (также известный как код C / A или код грубого обнаружения), который является относительно коротким и транслируется около 1000 раз в секунду, и так называемое сообщение с навигационными данными , которое включает в себя дата и время, сведения об орбите спутника и другие важные данные.L2 несет военный PPS-код , также известный как P-код (точный код), который является очень длинным и точным, и на его передачу уходит целая неделя. Он зашифрован, чтобы сформировать так называемый Y-код , частично для того, чтобы только авторизованные пользователи могли получить к нему доступ, а частично (потому что шифрование — это форма подписи вещей, подтверждающих их подлинность), чтобы помочь предотвратить такие вещи, как «спуфинг» (где третьи стороны передают поддельные, разрушительные сигналы, якобы исходящие от спутников GPS).Приемники GPS военного уровня улавливают обе частоты и сравнивают их, чтобы скорректировать влияние ионосферы. Гражданские приемники улавливают только одну частоту и вместо этого должны использовать математические модели для корректировки ионосферы.

Приложения спутниковой навигации

Большинство из нас используют спутниковую навигацию, чтобы добраться до мест, где мы никогда раньше не было, но это относительно тривиальное приложение. Один раз вы можете определить свое точное местоположение на Земле и многое другое становятся возможными интересные вещи.Прокатитесь вперед на несколько десятилетиями до того момента, когда все автомобили будут иметь на борту спутниковую навигацию и могут управлять сами автоматически. Теоретически, если машина знает, где она всегда и может передавать эту информацию какому-то централизованная система мониторинга, мы могли бы решить такие проблемы, как городские заторы, поиск мест для парковки и даже угон авто одним махом. Если каждая машина знает свое местонахождение и знает, где находятся ближайшие машины, движение по шоссе может стать более быстрым и более безопасным ; это не будет больше полагаться на бдительность подверженных ошибкам человеческих водителей, слишком легко смущает усталость и непогода, поэтому автомобили смогут путешествовать при гораздо более высоких плотностях.То же самое и с самолетами, где есть GPS. наконец-то стал неотъемлемой частью воздушного движения контроль — постепенно уменьшая нашу историческую чрезмерную зависимость от радар — в течение следующего десятилетия.

Фото: многие тракторы, комбайны и уборочные машины теперь оснащены GPS.

И не только автомобили и самолеты выиграют от точного определения местоположения. точность. Для аварийных служб и поисково-спасательных служб, навигация в отдаленные, иногда неизведанные места, в спешке, делает всю разницу между жизнью и смертью.Фермеры были использование GPS-систем на тракторах, комбайнах и уборочных машинах для составления карт, сажайте, управляйте и собирайте урожай эффективно и точно. По данным отраслевого органа под названием GPS Alliance, высокоточная спутниковая навигация увеличили урожайность сельскохозяйственных культур в США почти на 20 миллиардов долларов с 2007 по 2010 год и в настоящее время используется в 95 процентах случаев опудривания сельскохозяйственных культур. Между тем, сельскохозяйственные животные, домашних животных и редких диких животных отслеживать проще, чем когда-либо с помощью Ошейники и рюкзаки с функцией GPS. Слепые люди, традиционно руководимые Собаки-поводыри или локти друзей и родственников могут, наконец, обрести настоящую независимость, оснащенную портативными системами GPS, например, Trekker Breeze, который может объявлять названия улиц или читать устную направления от A до B.Излишне говорить, что система, задуманная военное дело по-прежнему используется во многих военных целях, от руководства так называемые «умные бомбы» по своим целям с высокой точностью. для помощи войскам в перемещении по незнакомой местности. GPS как стандартная часть современной военной техники в виде карт и компасов были 100 лет назад.

Фото: спутник GPS IIR-12 выведен на орбиту трехступенчатая космическая ракета Boeing Delta II, 23 июня 2004 г. Фото Карлтона Бейли любезно предоставлено ВВС США.

Rival спутниковые навигационные системы

В Соединенных Штатах GPS повсеместно используется как синоним любой вид спутниковой навигации; в других странах такие в Великобритании «спутниковая навигация» — более знакомый общий термин. Фактически, GPS это только одна из нескольких глобальных систем спутниковой навигации. Советский Союз запустила конкурирующую систему под названием ГЛОНАСС в 1982 г. (также использующая 24 спутники), и Россия продолжает его эксплуатировать сегодня. Европа была медленно строит свою собственную, более точную 30-спутниковую систему, называемую Galileo, строительство которого ожидается в 2021 году, и Китай. завершила работу над своей 13-спутниковой системой Beidou в августе 2020 года.Предпочитаемый зонт термин для глобальных систем спутниковой навигации — GNSS (Global Navigation Спутниковые системы). Помимо четырех больших глобальных систем, существуют также несколько более мелких региональных конкурентов, в том числе китайская BeiDou и IRNSS Индии.

Хотя данный спутниковый ресивер обычно предназначен для использования только одна из глобальных систем, нет причин, почему она нельзя использовать сигналы от двух или более одновременно. Теоретически объединение сигналов от GPS, ГЛОНАСС и Галилео может дать спутниковую навигацию что-то вроде 10-кратного увеличения точности, особенно в городские районы, где высокие здания могут блокировать или искажать сигналы, снижение точности какой-либо одной системы, используемой отдельно.Использование нескольких Systems также обещает сделать спутниковую навигацию намного быстрее: если больше спутников «в поле зрения», так называемое время до первого исправления (TTFF) — начальная задержка до того, как ваша спутниковая навигатор зафиксирует спутники, загружает необходимые данные и готов приступить к расчету вашего положение — уменьшено. Поскольку TTFF обычно варьируется примерно от 30 от секунд до нескольких минут, это имеет большое значение для обычного GPS пользователей (и это одна из первых функций, которую люди сравнивают, когда посмотрите на покупку нового приемника спутниковой навигации).

Проблемы и проблемы

Знание абсолютного положения чего угодно, в любое время и в любом месте приносит очевидные преимущества в глобализованном мире, который полагается на быстрые, безопасный и надежный транспорт. Но это тоже вызывает проблемы. Если гражданских транспортных систем рассчитаны на спутниковые системы, предоставленные США или Россией военный , не которые делают нас слишком уязвимыми для внезапных поворотов международного политика, особенно во время войны? Хотя американских военных нет дольше обычно ухудшает качество сигналов GPS и объявляет в сентябре 2007 г. будет удалена выборочная доступность вообще из будущих версий спутников GPS, в настоящее время еще может благородно система в любое время.Может ли будущий мир без водителя автомобили, сверхэффективная доставка посылок и автоматизированное воздушное сообщение быть ввергнутым в хаос чисто по прихоти сверхдержав? Европейский проект Galileo — это полностью гражданская система, которая должен вовремя исключить возможное военное вмешательство. Но для На данный момент это остается проблемой.

Быстро исчезающая конфиденциальность — это оборотная сторона одной медали. Если ваша машина и ваш мобильный телефон оснащены спутниковой навигацией, и вы всегда используя один или другой (или оба), ваши движения могут быть отслеживается постоянно.Это вызывает очевидные проблемы с конфиденциальностью, особенно в репрессивных государствах. Но каждая новая технология имеет свои плюсы и минусы, от двигателей внутреннего сгорания до пистолеты-пулеметы и атомные электростанции с антибиотиками. Прогресс предполагает поиск компромисса между выгодами и затратами в надежде на то, что делать вещи лучше, чем когда-либо раньше. Спутниковая навигация есть ничем не отличается, замена безопасной и ненадежной навигации на эффективный и эффективный транспорт, хотя и за счет конфиденциальности и (пока) продолжающаяся зависимость от военной инфраструктуры.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На других сайтах

Статьи

• В Америке проблема с GPS Кейт Мерфи. The New York Times, 23 января 2021 года. Нужно ли Соединенным Штатам лучшее резервное копирование GPS для защиты от помех, помех и сбоев?
• Файлы FAA выявляют неожиданную угрозу безопасности полетов: U.Тесты GPS S. Military, Марк Харрис. IEEE Spectrum, 21 января 2021 г. Как военные тесты на подавление сигналов GPS могут привести к катастрофе авиакомпании.
• Китай запускает Beidou, собственную версию GPS от Эндрю Джонса. IEEE Spectrum, 12 августа 2020 г. Как Китай построил своего конкурента GPS с 13 спутниками.
• Первый построенный Lockheed Martin спутник GPS III следующего поколения, реагирующий на команды: пресс-релиз Lockheed Martin, 23 декабря 2018 г. Краткий обзор спутников GPS последнего поколения.
• Почему ваш GPS-приемник не больше хлебной коробки от Tekla S.Перри. IEEE Spectrum, 19 апреля 2018 г. Интервью с Брэдфордом В. Паркинсоном, одним из пионеров технологии GPS.
• Сверхточный GPS-навигатор в смартфонах в 2018 году, автор Самуэль К. Мур. IEEE Spectrum, 23 октября 2017 г. Новое поколение смартфонов GPS будет иметь точность до 30 см (1 фут).
• Защита GPS от спуферов имеет решающее значение для будущего навигации Марк Л. Псиаки и Тодд Э. Хамфрис. IEEE Spectrum, 29 июля 2016 г. Трудно, но возможно, подделать сигналы GPS, что может привести к тому, что корабли и лодки окажутся на пути к катастрофе.Какие есть технические методы защиты от спуферов?
• Что автономные устройства GPS не могут сделать смартфоны Эрик А. Тауб. The New York Times, 15 июля 2015 г. По-прежнему есть веские причины для приобретения автономного устройства GPS, хотя теперь у смартфонов есть большие экраны, разрыв между двумя типами устройств быстро сокращается.
• Российская Глобальная Навигационная Система, ГЛОНАСС, Неудача Джеймс Оберг, IEEE Spectrum, 1 февраля 2008 г. Может ли альтернатива России когда-либо надеяться конкурировать с GPS?
• Конец задержки рейса? Исправление GPS FAA могло сломать Sky Gridlock Барбара С.Петерсон, Popular Mechanics, 19 июля 2007 г. Введение в использование GPS в управлении воздушным движением.

Книги

• Глобальная система позиционирования: общий национальный ресурс Совета по аэронавтике и космической технике Национального исследовательского совета. National Academies Press, 1995. Технический отчет, в котором оценивается успех GPS и даются рекомендации по его будущему развитию как совместной гражданской и военной системы.

Технические ссылки

Патенты

• Патент США 5663734: GPS-приемник и метод обработки GPS-сигналов Нормана Ф.Краснер, Precision Tracking, Inc. 2 сентября 1997 г. Подробное техническое описание того, как работает типичный приемник GPS.
• Патент США № 5841396: GPS-приемник, использующий канал связи, разработан Норманом Ф. Краснером, Snaptrack, Inc. Другой патент Краснера, касающийся вспомогательной GPS.
• Патент США 5841396: Определение местоположения мобильной станции с использованием множества беспроводных сетей и приложений для них Чарльз Л. Карр, Tracbeam LLC. 4 октября 2005 г. Другой патент, описывающий «GPS с поддержкой», который объединяет GPS и беспроводные сети.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2019) Спутниковая навигация. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howgpsworks.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работает спутниковая навигация GPS?

Как работает спутниковая навигация GPS? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 8 февраля 2021 г.

Let’s Get Lost — это название джазовой песни 1940-х годов. классно записан певцом и трубачом Четом Бейкером.Тогда, получив «потерянный» был не просто романтической идеей, но все же реалистичной. Сегодня это заблудиться практически невозможно, как ни старайся. Если вы едете по автостраде или карабкаетесь на Эверест, вы всегда видите спутники, вращающиеся в космосе это может сказать вам, где именно вы находитесь. Гуляя со смартфоном в кармане, вы иметь свободный доступ к приемнику GPS (Глобальная система позиционирования) , который может определить ваше местоположение в хороший день с точностью до нескольких метров.Ошибиться поверните машину, и решительный голос — также GPS — будет настаивать на том, чтобы «повернуть налево», «Поверните направо» или «Иди прямо», пока не вернетесь уверенно. отслеживать. Даже в автобусе или поезде невозможно выйти не в том месте. На удобных досках с дисплеем прокручивается название останавливаться вы хотите задолго до того, как вам нужно будет встать с места. Помимо помогая нам добраться до пункта назначения, спутниковая навигация может сделать всевозможные другие вещи, от отслеживания посылок и выращивания урожая до поиск потерянных детей и руководство слепыми.Но как именно это работай? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Заблудиться осталось в прошлом благодаря таким мобильным устройствам со встроенными GPS-приемниками и картографическими приложениями.

Что такое спутниковая навигация?

Спутниковая навигация («спутниковая навигация») означает использование портативного радио. приемник для приема сигналов скорости света с орбитальных спутников (иногда их называют космическими аппаратами или космическими аппаратами), чтобы вы может определить ваше местоположение, скорость и местное время.Как правило, это намного точнее, чем другие формы навигации, которые приходится бороться с надоедливыми проблемами, такими как точное хронометраж и непогода. Потому что это система вещания , основанная на радиосигналах которые достигают всех частей нашей планеты, любое количество людей может использовать их одновременно, где бы они ни находились.

Самая известная система спутниковой навигации, Navstar Global Система позиционирования (GPS) , использует около 24 активных спутников (включая резервные). День и ночь, 365 дней в году, они кружат вокруг Земли каждые 12 часов по орбитальным плоскостям, наклоненным под углом 55 градусов к экватору.Где бы вы ни были, вы обычно видите по крайней мере полдюжины из них, но вам нужны сигналы только от трех или четырех, чтобы определить вашу позицию с точностью до нескольких метров.

Фото: Спутник NAVSTAR GPS во время строительства на Земле в 1981 году. Вы можете получить представление о размерах спутника по изображению инженера на некотором расстоянии под ним. Изображение любезно предоставлено Министерство обороны США.

GPS была запущена военными США в 1973 году, и ее первоначальные спутники были рассчитаны на срок службы около 7 человек.5 лет, но ожидается, что последнее поколение прослужит вдвое дольше. Всего было запущено около 60 спутников Navstar в трех разных поколениях и нескольких отдельных группах, называемых блоками, хотя многие из них уже выведены из эксплуатации. На момент написания, последний запуск Navstar (первый спутник конструкции третьего поколения) состоялся 23 декабря 2018 года — спутник GPSIII SV01.

GPS состоит из трех основных компонентов, технически известных как «сегменты»: одна часть в космосе, одна часть на земле, а другая в кармане.24 спутника образуют так называемый «космический сегмент» GPS, но система также опирается на сложную наземную сеть антенн, мониторы и посты управления («сегмент управления»), сосредоточена на главной станции управления (MCS) на базе ВВС Шрайвер в Колорадо, США (с дублёром на базе ВВС Ванденберг в г. Калифорния). Помимо космического и контрольного сегментов, другая важная часть спутника Навигация — это «сегмент пользователя» — электронный приемник, который вы держите в руке или носите в автомобиле.

Фото: GPS в прежнем виде. В 21 веке большинство смартфонов имеют встроенные приемники GPS и легко помещаются в карман рубашки. Еще в 1978 году это было то самое современное оборудование GPS, которое вам понадобилось бы для того, чтобы делать то же самое: большой портативный приемник, гигантский рюкзак и очень большая антенна! Фото любезно предоставлено ВВС США.

Триангуляция

Определение вашего местоположения по спутниковым сигналам — высокотехнологичная версия старинного трюка мореплавателя, получившего название «триангуляция».Предположим, вы идете по лесу по совершенно ровной местности, но ты не знаешь, где ты. Если вы видите ориентир через деревья (может быть, дальний холм), и вы можете догадаться, как далеко он есть, вы можете посмотреть на карту и понять, что вы должны быть где-то на окружности, радиус которой (расстояние от холма) равен расстоянию вы уже догадались. Только одна достопримечательность не может сузить вашу позицию больше чем это. Но что, если вы вдруг увидите вторую веху в другое направление. Теперь вы можете повторить процесс: вы должны быть на определенном расстоянии от этого объекта, где-то на втором круге.Сложите эти две части информации вместе, и вы поймете, что должны быть где-то там, где встречаются два круга — один из двух места на земле. С помощью третьего ориентира вы можете сузить положение в единую точку. И в этом суть простая триангуляция (более подробное введение вы найдете на Компас Чувак). Триангуляция работает с прямой видимостью и небольшими предположениями, с компасом и картой, а также с более изощренными методами, такими как радиосигналы и радар. И это также работает более изощренно, используя космические спутники.

Фото: сэр Фрэнсис Дрейк (около 1540–1596 гг.) Был вторым человеком, совершившим кругосветное путешествие. завершение в 1580 году. Первым был Фердинанд Магеллан (1480–1521), португальский исследователь, который плавал вокруг земного шара с большим мастерством и храбростью. Между 1519 и 1521 годами Магеллан и его команда первыми обогнули планету, доказав, что «плоская Земля» на самом деле была более или менее сферической. Заманчиво представить, насколько легче была бы жизнь Магеллана со спутниковой навигацией, но это неверно интерпретирует логику вещей.Без проницательности Магеллана у нас вообще не было бы спутниковой навигационной технологии: чтобы создать ее и заставить работать, нам нужно было знать, что мы живем на круглой Земле с самого начала!

Трилатерация

Благодаря спутниковой навигации ваши навигационные «ориентиры» космические спутники, летящие по небу над вашей головой. Поскольку они находятся на расстоянии около 20 000 км (12 600 миль), далеко за пределами атмосферы Земли, и поскольку они постоянно движутся (а не неподвижны, как ориентиры на Земле), определение вашего местоположения от них немного сложнее.Если вы принимаете сигнал с одного спутника и знаете, что это На расстоянии 20000 км вы должны быть где-то на сфере (не круг) радиусом 20 000 км, с центром на этом спутнике. С два сигнала от двух разных спутников, вы должны быть где-то где встречаются две сферы (где-то в круге перекрытия). Три сигналы помещают вас в одну из двух точек на этом круге — и это обычно достаточно, чтобы понять, где вы находитесь, потому что одна из точек может быть в воздухе или посреди океана.Но с четырьмя сигналы, вы точно знаете свое положение. Определение вашего местоположения в этом способ называется трилатерацией .

Как работает GPS

Фото: Впечатление художника от 24 спутников NAVSTAR на орбите вокруг Земли. Изображение предоставлено Министерством обороны США.

Все системы спутниковой навигации в целом работают одинаково. Там состоят из трех частей: сеть спутников, станция управления где-то на Земле, которая управляет спутниками, и принимающим устройством, которое вы носить с собой.

Каждый спутник постоянно излучает радиоволны. сигнал к Земле. Приемник «прислушивается» к этим сигналам и, если он может принимать сигналы от трех или четырех разных спутников, он может определить ваше точное местоположение (включая вашу высоту).

Как это работает? Спутники остаются в известных положениях, а сигналы движутся со скоростью света. Каждый сигнал содержит информацию о спутнике, с которого он пришел, и отметке времени, в которой указано, когда он покинул спутник.Поскольку сигналы являются радиоволнами, они должны распространяться со скоростью света. Заметив, когда приходит каждый сигнал, приемник можно узнать, сколько времени потребовалось в пути и как далеко оно продвинулось — в Другими словами, как далеко он находится от передающего спутника. С тремя или четыре сигнала, приемник может точно определить, где он находится на Земле.

Где ты в мире?

1. Если ваш спутниковый ресивер принимает сигнал от желтого спутника, вы должны быть где-то на желтой сфере.
2. Если вы также принимаете сигналы от синих и красных спутников, вы должны быть в черной точке, где сигналы от встречаются три спутника.
3. Для определения местоположения таким образом необходим сигнал минимум от трех спутников. (и четыре спутника, если вы хотите определить свою высоту). Поскольку спутников GPS гораздо больше, у вас больше шансов найти себя, где бы вы ни находились.

Как спутниковая навигация рассчитывает расстояние от времени?

Предположим, у вас есть мобильный телефон с GPS или спутниковая навигация. в твоей машине.Как он узнает точное расстояние до трех или четыре спутника, которые он использует для вычисления вашего местоположения? Каждый спутник постоянно излучает сигналы, которые, по сути, записи о его положении в то время с отметками времени. Поскольку они переносятся радиоволнами, сигналы должны распространяться со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду). Теоретически, тогда, если приемник принимает сигналы через некоторое время и имеет собственные часы, он знает, сколько времени потребовалось сигналам, чтобы добраться от спутника, и как далеко они прошли (потому что расстояние = скорость × время).Это звучит как хорошее и простое решение, но оно порождает еще две проблемы.

Во-первых, сколько времени требуется сигналу на прохождение? Нет мы просто поменяли одну задачу на другую (время на расстояние)? В решение этой проблемы включает высокотехнологичный вариант «синхронизации часы »: каждый спутник несет четыре сверхточных атомные часы (два цезиевых и два рубидиевых, обычно с точностью до одной секунды за 100000 лет), в то время как приемники (которые имеют менее точные собственные часы) получают свои сигналы и компенсируют время, которое требуется чтобы они отправились вниз из космоса.Это означает, что каждый приемник может определить, сколько времени потребовалось каждому сигналу, чтобы достичь его, и следовательно, как далеко он проехал.

Во-вторых, хотя радиоволны действительно распространяются со скоростью света, они делают это только в вакууме (в совершенно пустом пространстве). Радиосигналы, поступающие к нам с космических спутников, не путешествовать через пустое пространство, но через атмосферу Земли, включая ионосферу (верхняя область земной атмосфера, содержащая заряженные частицы, которые помогают радиоволнам распространяться путешествия) и тропосферы (турбулентная, незаряженная область атмосфера, в которой бывает погода, которая простирается примерно на 50 или 30 км миль над поверхностью Земли).Ионосфера и тропосфера искажаются и задерживают спутниковые сигналы довольно сложными способами, разные причины, которые мы здесь не будем вдаваться, и у GPS-приемников для компенсации, чтобы гарантировать, что они могут делать точные измерения расстояния.

Военные и гражданские GPS отличаются?

Фото: Ракеты и дроны со спутниковым наведением используют версию GPS PPS военного уровня, которая теоретически более точна, чем гражданская GPS. Фото Николаса Мессины любезно предоставлено ВМС США.

GPS изначально задумывался как военное изобретение, которое дают силам США преимущество перед другими странами, но их изобретатели вскоре понял, что система будет столь же полезна для гражданского населения. Единственная проблема заключалась в том, что гражданские лица (или вражеские силы) могли подобрать те же сигналы, где это оставит их военное преимущество? По этой причине они разработали два разных «вкуса». GPS: высокоточный военный, известный как Precise Служба позиционирования (PPS) , а также несколько ухудшенная гражданская версия позвонил по номеру Standard Positioning Service (SPS) .Приемники с поддержкой PPS изначально мог определять местонахождение объектов с точностью около 22 м (72 фута), приемники SPS были намеренно сделаны примерно в пять раз менее точными (с точностью до длина футбольного поля, или около 100 м) с помощью настройки Selective Availability (SA). Он был отключен по приказу президента США Билла Клинтона в мае 2000 года, что значительно улучшило его положение. точность для гражданских пользователей, и во многом именно поэтому с тех пор GPS так быстро стал популярным. Даже гражданские SPS-приемники теперь официально имеют точность в пределах «13 метров (95 процентов) по горизонтали и 22 метра (95 процентов) по вертикали», хотя и разные различных ошибок (вызванных атмосферой, препятствиями, закрывающими прямую видимость спутников, отражениями сигналов, атмосферные задержки и т. д.) могут усугубляться, иногда делая их гораздо менее точными.

Теоретически военные и гражданские GPS могли бы быть такими же точными, как и друг друга, если бы нам не приходилось беспокоиться о их перемещении в атмосфере Земли. По официальному сайту GPS.gov: «Точность сигнала GPS в космосе фактически одинакова как для гражданской службы GPS (SPS), так и для военной службы GPS (PPS)». На практике, пока SPS-сигналы транслируются используя только одну частоту, PPS использует две. Сравнение двух частот позволяет GPS-приемники военного класса для точного расчета поправок на радио задержки и искажения, вызванные передачей через атмосферу, и это по-прежнему дает военному GPS преимущество перед гражданские системы.Со временем гражданские GPS будут становиться все более популярными. точным, особенно когда больше спутников (и больше разных спутников систем), но вполне вероятно, что военные системы всегда будут иметь преимущество по той или иной причине.

Спутниковые сигналы GPS

Спутники

Navstar постоянно транслируют две разные разновидности GPS, PPS и SPS, на двух разных радиочастотах (несущих волнах), известных как L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,6 МГц). L1 передает сигнал гражданского кода SPS (также известный как код C / A или код грубого обнаружения), который является относительно коротким и транслируется около 1000 раз в секунду, и так называемое сообщение с навигационными данными , которое включает в себя дата и время, сведения об орбите спутника и другие важные данные.L2 несет военный PPS-код , также известный как P-код (точный код), который является очень длинным и точным, и на его передачу уходит целая неделя. Он зашифрован, чтобы сформировать так называемый Y-код , частично для того, чтобы только авторизованные пользователи могли получить к нему доступ, а частично (потому что шифрование — это форма подписи вещей, подтверждающих их подлинность), чтобы помочь предотвратить такие вещи, как «спуфинг» (где третьи стороны передают поддельные, разрушительные сигналы, якобы исходящие от спутников GPS).Приемники GPS военного уровня улавливают обе частоты и сравнивают их, чтобы скорректировать влияние ионосферы. Гражданские приемники улавливают только одну частоту и вместо этого должны использовать математические модели для корректировки ионосферы.

Приложения спутниковой навигации

Большинство из нас используют спутниковую навигацию, чтобы добраться до мест, где мы никогда раньше не было, но это относительно тривиальное приложение. Один раз вы можете определить свое точное местоположение на Земле и многое другое становятся возможными интересные вещи.Прокатитесь вперед на несколько десятилетиями до того момента, когда все автомобили будут иметь на борту спутниковую навигацию и могут управлять сами автоматически. Теоретически, если машина знает, где она всегда и может передавать эту информацию какому-то централизованная система мониторинга, мы могли бы решить такие проблемы, как городские заторы, поиск мест для парковки и даже угон авто одним махом. Если каждая машина знает свое местонахождение и знает, где находятся ближайшие машины, движение по шоссе может стать более быстрым и более безопасным ; это не будет больше полагаться на бдительность подверженных ошибкам человеческих водителей, слишком легко смущает усталость и непогода, поэтому автомобили смогут путешествовать при гораздо более высоких плотностях.То же самое и с самолетами, где есть GPS. наконец-то стал неотъемлемой частью воздушного движения контроль — постепенно уменьшая нашу историческую чрезмерную зависимость от радар — в течение следующего десятилетия.

Фото: многие тракторы, комбайны и уборочные машины теперь оснащены GPS.

И не только автомобили и самолеты выиграют от точного определения местоположения. точность. Для аварийных служб и поисково-спасательных служб, навигация в отдаленные, иногда неизведанные места, в спешке, делает всю разницу между жизнью и смертью.Фермеры были использование GPS-систем на тракторах, комбайнах и уборочных машинах для составления карт, сажайте, управляйте и собирайте урожай эффективно и точно. По данным отраслевого органа под названием GPS Alliance, высокоточная спутниковая навигация увеличили урожайность сельскохозяйственных культур в США почти на 20 миллиардов долларов с 2007 по 2010 год и в настоящее время используется в 95 процентах случаев опудривания сельскохозяйственных культур. Между тем, сельскохозяйственные животные, домашних животных и редких диких животных отслеживать проще, чем когда-либо с помощью Ошейники и рюкзаки с функцией GPS. Слепые люди, традиционно руководимые Собаки-поводыри или локти друзей и родственников могут, наконец, обрести настоящую независимость, оснащенную портативными системами GPS, например, Trekker Breeze, который может объявлять названия улиц или читать устную направления от A до B.Излишне говорить, что система, задуманная военное дело по-прежнему используется во многих военных целях, от руководства так называемые «умные бомбы» по своим целям с высокой точностью. для помощи войскам в перемещении по незнакомой местности. GPS как стандартная часть современной военной техники в виде карт и компасов были 100 лет назад.

Фото: спутник GPS IIR-12 выведен на орбиту трехступенчатая космическая ракета Boeing Delta II, 23 июня 2004 г. Фото Карлтона Бейли любезно предоставлено ВВС США.

Rival спутниковые навигационные системы

В Соединенных Штатах GPS повсеместно используется как синоним любой вид спутниковой навигации; в других странах такие в Великобритании «спутниковая навигация» — более знакомый общий термин. Фактически, GPS это только одна из нескольких глобальных систем спутниковой навигации. Советский Союз запустила конкурирующую систему под названием ГЛОНАСС в 1982 г. (также использующая 24 спутники), и Россия продолжает его эксплуатировать сегодня. Европа была медленно строит свою собственную, более точную 30-спутниковую систему, называемую Galileo, строительство которого ожидается в 2021 году, и Китай. завершила работу над своей 13-спутниковой системой Beidou в августе 2020 года.Предпочитаемый зонт термин для глобальных систем спутниковой навигации — GNSS (Global Navigation Спутниковые системы). Помимо четырех больших глобальных систем, существуют также несколько более мелких региональных конкурентов, в том числе китайская BeiDou и IRNSS Индии.

Хотя данный спутниковый ресивер обычно предназначен для использования только одна из глобальных систем, нет причин, почему она нельзя использовать сигналы от двух или более одновременно. Теоретически объединение сигналов от GPS, ГЛОНАСС и Галилео может дать спутниковую навигацию что-то вроде 10-кратного увеличения точности, особенно в городские районы, где высокие здания могут блокировать или искажать сигналы, снижение точности какой-либо одной системы, используемой отдельно.Использование нескольких Systems также обещает сделать спутниковую навигацию намного быстрее: если больше спутников «в поле зрения», так называемое время до первого исправления (TTFF) — начальная задержка до того, как ваша спутниковая навигатор зафиксирует спутники, загружает необходимые данные и готов приступить к расчету вашего положение — уменьшено. Поскольку TTFF обычно варьируется примерно от 30 от секунд до нескольких минут, это имеет большое значение для обычного GPS пользователей (и это одна из первых функций, которую люди сравнивают, когда посмотрите на покупку нового приемника спутниковой навигации).

Проблемы и проблемы

Знание абсолютного положения чего угодно, в любое время и в любом месте приносит очевидные преимущества в глобализованном мире, который полагается на быстрые, безопасный и надежный транспорт. Но это тоже вызывает проблемы. Если гражданских транспортных систем рассчитаны на спутниковые системы, предоставленные США или Россией военный , не которые делают нас слишком уязвимыми для внезапных поворотов международного политика, особенно во время войны? Хотя американских военных нет дольше обычно ухудшает качество сигналов GPS и объявляет в сентябре 2007 г. будет удалена выборочная доступность вообще из будущих версий спутников GPS, в настоящее время еще может благородно система в любое время.Может ли будущий мир без водителя автомобили, сверхэффективная доставка посылок и автоматизированное воздушное сообщение быть ввергнутым в хаос чисто по прихоти сверхдержав? Европейский проект Galileo — это полностью гражданская система, которая должен вовремя исключить возможное военное вмешательство. Но для На данный момент это остается проблемой.

Быстро исчезающая конфиденциальность — это оборотная сторона одной медали. Если ваша машина и ваш мобильный телефон оснащены спутниковой навигацией, и вы всегда используя один или другой (или оба), ваши движения могут быть отслеживается постоянно.Это вызывает очевидные проблемы с конфиденциальностью, особенно в репрессивных государствах. Но каждая новая технология имеет свои плюсы и минусы, от двигателей внутреннего сгорания до пистолеты-пулеметы и атомные электростанции с антибиотиками. Прогресс предполагает поиск компромисса между выгодами и затратами в надежде на то, что делать вещи лучше, чем когда-либо раньше. Спутниковая навигация есть ничем не отличается, замена безопасной и ненадежной навигации на эффективный и эффективный транспорт, хотя и за счет конфиденциальности и (пока) продолжающаяся зависимость от военной инфраструктуры.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На других сайтах

Статьи

• В Америке проблема с GPS Кейт Мерфи. The New York Times, 23 января 2021 года. Нужно ли Соединенным Штатам лучшее резервное копирование GPS для защиты от помех, помех и сбоев?
• Файлы FAA выявляют неожиданную угрозу безопасности полетов: U.Тесты GPS S. Military, Марк Харрис. IEEE Spectrum, 21 января 2021 г. Как военные тесты на подавление сигналов GPS могут привести к катастрофе авиакомпании.
• Китай запускает Beidou, собственную версию GPS от Эндрю Джонса. IEEE Spectrum, 12 августа 2020 г. Как Китай построил своего конкурента GPS с 13 спутниками.
• Первый построенный Lockheed Martin спутник GPS III следующего поколения, реагирующий на команды: пресс-релиз Lockheed Martin, 23 декабря 2018 г. Краткий обзор спутников GPS последнего поколения.
• Почему ваш GPS-приемник не больше хлебной коробки от Tekla S.Перри. IEEE Spectrum, 19 апреля 2018 г. Интервью с Брэдфордом В. Паркинсоном, одним из пионеров технологии GPS.
• Сверхточный GPS-навигатор в смартфонах в 2018 году, автор Самуэль К. Мур. IEEE Spectrum, 23 октября 2017 г. Новое поколение смартфонов GPS будет иметь точность до 30 см (1 фут).
• Защита GPS от спуферов имеет решающее значение для будущего навигации Марк Л. Псиаки и Тодд Э. Хамфрис. IEEE Spectrum, 29 июля 2016 г. Трудно, но возможно, подделать сигналы GPS, что может привести к тому, что корабли и лодки окажутся на пути к катастрофе.Какие есть технические методы защиты от спуферов?
• Что автономные устройства GPS не могут сделать смартфоны Эрик А. Тауб. The New York Times, 15 июля 2015 г. По-прежнему есть веские причины для приобретения автономного устройства GPS, хотя теперь у смартфонов есть большие экраны, разрыв между двумя типами устройств быстро сокращается.
• Российская Глобальная Навигационная Система, ГЛОНАСС, Неудача Джеймс Оберг, IEEE Spectrum, 1 февраля 2008 г. Может ли альтернатива России когда-либо надеяться конкурировать с GPS?
• Конец задержки рейса? Исправление GPS FAA могло сломать Sky Gridlock Барбара С.Петерсон, Popular Mechanics, 19 июля 2007 г. Введение в использование GPS в управлении воздушным движением.

Книги

• Глобальная система позиционирования: общий национальный ресурс Совета по аэронавтике и космической технике Национального исследовательского совета. National Academies Press, 1995. Технический отчет, в котором оценивается успех GPS и даются рекомендации по его будущему развитию как совместной гражданской и военной системы.

Технические ссылки

Патенты

• Патент США 5663734: GPS-приемник и метод обработки GPS-сигналов Нормана Ф.Краснер, Precision Tracking, Inc. 2 сентября 1997 г. Подробное техническое описание того, как работает типичный приемник GPS.
• Патент США № 5841396: GPS-приемник, использующий канал связи, разработан Норманом Ф. Краснером, Snaptrack, Inc. Другой патент Краснера, касающийся вспомогательной GPS.
• Патент США 5841396: Определение местоположения мобильной станции с использованием множества беспроводных сетей и приложений для них Чарльз Л. Карр, Tracbeam LLC. 4 октября 2005 г. Другой патент, описывающий «GPS с поддержкой», который объединяет GPS и беспроводные сети.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2019) Спутниковая навигация. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howgpsworks.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

.