Что такое gps приемник

GPS — это аббревиатура от Global Positioning System (система глобального позиционирования). Её придумали в США в 1970-х годах, чтобы военные могли получать точные координаты объектов на Земле. В 2000 году этой системой разрешили пользоваться всем. Сейчас благодаря GPS-модулям мы пользуемся картами в телефонах и указываем место доставки даже не вводя свой адрес. Рассказываем, как работает эта технология и что для этого нужно.

В этой статье мы говорим об американской GPS, но аналогичная была в СССР и есть в России — ГЛОНАСС. Принцип действия такой же, поэтому в современных навигационных чипах используется одновременно и GPS, и ГЛОНАСС.

Триангуляция

В основе GPS лежит идея триангуляции точки в пространстве. Чтобы было проще, начнём издалека.

Чтобы определить положение точки в пространстве, достаточно знать расстояние от неё до трёх других точек с заранее известными координатами. В геодезии и радиосвязи это называется триангуляция — когда мы по координатам трёх точек можем вычислить, где находится четвёртая (наша). В сотовых телефонах без GPS-модуля это работает так:

Полный обзор + тест GNSS приемника SOUTH Galaxy G1 Plus (IMU) — работа в поле и городских условиях!

1. Сотовый телефон ловит сигналы от трёх вышек радиосвязи.
2. В этих сигналах передаются, в числе прочего, координаты самих вышек.
3. Телефон замеряет время, за которое проходит сигнал до каждой вышки.
4. На основе этого времени высчитывает координаты своего местоположения с точностью 10–20 метров.

Теперь, когда мы знаем основную идею, переходим к спутникам.

Как работает GPS

В GPS-позиционировании вместо вышек связи спутники. Задача такого спутника — постоянно передавать на землю свои координаты, информацию о времени и другие служебные данные. Всё это отправляется со спутника в виде радиосигналов на частоте примерно 1,5 гигагерца со скоростью 50 бит в секунду. Постоянно. Круглосуточно.

Вот прямо сейчас у вас над головой висит спутник и говорит: я вот тут, время такое-то; я вот тут, время такое-то; я вот тут, время такое-то.

Чтобы рассчитать точное расстояние до спутника, нужно очень точно измерять время прохождения сигнала. Для этого в каждый спутник ставят атомные часы, которые передают время с точностью 10 −11 секунды. Это позволяет вычислить положение каждого спутника с точностью до нескольких метров.

За работу GPS в телефонах отвечает отдельный радиомодуль — он настроен на частоты спутников, и в нём есть все нужные алгоритмы расчётов. И вот теперь нам пригодится логика триангуляции, которая в случае со спутниками называется трилатерацией:

1. Телефон получает сигнал от первого спутника, но это ему ничего не даёт.
2. После получения сигнала от второго спутника телефон понимает примерную окружность, в которой он находится. При этом окружность может иметь сотню километров в диаметре, поэтому точных координат пока нет.
3. После сигнала от третьего спутника телефон может посчитать примерное местоположение с точностью около 10 метров.
4. А вот после сигнала от четвёртого и всех последующих спутников — с точностью до метра.

GPS приемник GY-NEO6MV2, обзор и подключение

Технически можно определить местоположение и по трём спутникам, только оно будет неточным и нужно долго стоять на одном месте. Четвёртый спутник сильно упрощает вычисления и даёт как раз нужную точность. Все остальные найденные спутники помогают уточнить позицию и служат для подстраховки — если один уйдёт из зоны видимости, телефон пересчитает местоположение по оставшимся.

Наземные станции GPS

Чтобы спутники всегда знали свои координаты и были синхронизированы по времени, они поддерживают связь с наземными станциями. Там установлены большие антенны, которые передают на спутники уточнённые данные об их местоположении, о соседних спутниках, параметрах движения и прочую информацию, нужную для работы системы. Эти данные наземные станции рассчитывают на основе информации от всех спутников в режиме реального времени.

Если бы не было этих станций, из-за постоянного смещения орбиты, влияния атмосферы и космических помех спутники бы начали давать неверные данные. В итоге со временем точность позиционирования падала бы всё сильнее, пока не испортилась бы окончательно. Чтобы этого не произошло, каждые несколько часов на спутники отправляется новая порция данных.

Глонасс, Бэйдоу и Галилео

GPS — первая, но не единственная система глобального позиционирования. Сейчас в мире работают ещё три подобные системы такого уровня. У них разные рабочие частоты, но одинаковый принцип действия:

• ГЛОНАСС — российская система, в которой 27 спутников (у GPS — 32). У неё выше точность, чем у GPS;
• Бэйдоу — принадлежит Китаю, сейчас туда входит 15 спутников — это минимальное количество для стабильной работы навигации;
• Галилео — европейская система, 23 спутника.

С какой системой работать — зависит от того, какой модуль стоит в приёмнике (в телефоне или навигаторе). Сейчас большинство смартфонов поддерживают работу всех систем, кроме Галилео, — это значит, что для позиционирования могут использоваться сразу 20–30 спутников. Это не даёт прироста к точности, зато даёт надёжность — если спутники одной системы будут недоступны, можно сориентироваться по другим.

Холодный и горячий запуск

При первом поиске точных координат телефон может потратить на это около минуты, обычно — секунд 30–40. За это время телефон находит сигналы от спутников, рассчитывает расстояние, вычисляет своё местоположение и уточняет его по другим спутникам. Параллельно с этим, если есть интернет или мобильная связь, телефон вычисляет своё примерное местоположение — это ускоряет получение более точных координат. Такой запуск называется холодным — когда связи со спутниками не было долгое время. В приложении это выглядит как точка, которая постоянно движется по карте, пока не замирает в одном месте.

Горячий запуск — это когда с момента последнего определения координат по спутникам прошло не больше 10–15 минут. Телефон уже помнит свои последние координаты и на основе старых данных и схеме движения спутников примерно рассчитывает своё местоположение. В это же время он связывается со спутниками, получает данные и уточняет свои координаты. При горячем запуске на это уходит 5–10 секунд.

Почему в помещении GPS работает плохо (или не работает совсем)

Многие думают, что для работы GPS-приёмника нужно находиться на открытом воздухе, чтобы было видно небо (или чтобы не было преград между телефоном и небом). На самом деле радиоволнам всё равно, видите вы небо или нет: они распространяются по законам физики и могут доходить до приёмника сквозь стёкла машин, листву, навес сарая или даже стены.

На этих частотах работает правило, что чем толще препятствие, тем сложнее радиосигналу проникнуть внутрь. Проще говоря, чем толще стены и чем глубже вы находитесь внутри, тем хуже будет GPS-позиционирование (или его не будет вообще). Но даже в помещении недалеко от окна вполне реально поймать несколько спутников и точно определить свои координаты.

Другое дело — спутниковая телефонная связь. Там на самом деле нужно быть на открытом месте, потому что требования к частотам и качеству связи там совсем другие.

Источник: thecode.media

Что такое GPS-приемник: описание и принцип работы

Вероятно, каждый прямо или косвенно пользовался GPS-приемниками. Они встречаются в большинстве смартфонов, многих новых автомобилях, применяются в коммерческих целях по всему миру. Эти крошечные устройства могут мгновенно и совершенно бесплатно определить точное местоположение и время почти в любой точке планеты. Все, что для этого нужно, – наличие самого GPS-приемника, а они с каждым днем становятся дешевле и меньше.

Однако не следует принимать эти небольшие и недорогие модули как должное. На то, чтобы всегда и везде иметь возможность точно определить местоположение, ушли десятилетия инженерных разработок. С конца 70-х запускались десятки GPS-спутников, каждый из которых оборудован прецизионными атомными часами, и они продолжают регулярно выводиться на околоземную орбиту. Они непрерывно посылают данные на Землю по выделенным радиочастотным каналам. Карманные GPS-приемники оборудованы крошечными антеннами и процессорами, которые непосредственно принимают сигнал, отправленный спутниками, и на лету вычисляют положение и время.

Как работает GPS?

Для определения положения и времени почти в любом месте Земли используется орбитальная группировка и наземные станции. На высоте более 19 тыс. км над Землей постоянно развернуто по меньшей мере 24 активных спутника. Их позиции рассчитаны таким образом, чтобы в небе над любой точкой планеты всегда находилась ровно половина из них. Основной целью спутников является передача информации на Землю на частотах в диапазоне 1,1–1,5 ГГц. С помощью этих данных и математических расчетов наземный приемник или модуль GPS могут вычислять свое местоположение и текущее время.

В 2010 г. была восстановлена альтернативная система глобального позиционирования ГЛОНАСС. Она также насчитывает 24 спутника и вещает на частотах 1,2–1,6 ГГц.

Каналы

Число каналов, с которыми работает GPS-модуль, влияет на время первого исправления (TTFF). Поскольку неизвестно, какие спутники находятся в поле зрения, чем больше частот можно проверить сразу, тем быстрее будет произведена коррекция. После установления связи или получения исправления некоторые модули отключают дополнительные каналы для экономии энергии. Если пользователь не против того, чтобы немного дольше подождать, 12 или 14 каналов достаточно для отличной работы приемника.

Трилатерация

Это математический метод, используемый для вычисления позиции с несколькими контрольными точками. Чтобы GPS-приемник мог вычислить точное положение и время, он должен установить связь по крайней мере с 4 спутниками. Для вычисления расстояния до объекта методом триангуляции нужны 2 точки. Но в случае GPS нужно определить 4 значения – широту, долготу, высоту и время.

Определение местоположения и времени

Данные, передаваемые на Землю с каждого спутника, содержат несколько разных фрагментов информации, которые позволяют GPS-приемнику точно рассчитать свое местоположение и время. Важным элементом оборудования на каждом из них являются чрезвычайно точные атомные часы. Данные о времени посылаются на Землю вместе с орбитальным положением и временем прибытия в разные точки орбиты.

Другими словами, GPS-модуль получает временную метку от всех видимых спутников, а также информацию об их местонахождении. Из этих данных можно вычислить расстояние до каждого из них. Если антенна видит не менее 4 спутников, то можно точно рассчитать положение приемника.

Есть еще сторона глобальной системы позиционирования. Наряду с вышеперечисленными элементами существуют наземные станции, которые могут взаимодействовать со спутниковой сетью и некоторыми приемниками GPS. Такая система называется сегментом управления и повышает точность измерений. Ее примерами являются WAAS и DGPS.

Первая используется большинством приемников и снижает ошибку до 5 м. Вторая требует наличия ресивера определенного типа и обеспечивает сантиметровую погрешность. Устройства данного типа дорогие и имеют тенденцию быть более крупными, поскольку требуют дополнительной антенны.

Точность геопозиционирования

Погрешность измерений приемника GPS или GLONASS зависит от ряда переменных, в первую очередь от отношения сигнал/шум, положения спутника, погодных условий и наличия препятствий, таких как здания и горы. Эти факторы могут создавать ошибки расчета местоположения пользователя.

Шум обычно создает ошибку от 1 до 10 м. Горы, здания и другие предметы, которые могут препятствовать прохождению сигнала от спутника, могут вызывать в 3 раза большую ошибку. Для нормальной работы GPS-приемник должен иметь возможность принимать сигнал от 4 спутников. Связь с первым из них позволяет получить данные об альманахе и, следовательно, доступности остальных.

Хотя и можно определить местонахождение и с меньшим, чем 4, числом спутников, погрешность измерений может быть довольно большой. Самое точное определение местоположения происходит, когда есть открытый обзор ясного неба, свободный от любых препятствий, c более чем 4 спутниками над головой. Для борьбы с этими ошибками создано несколько вспомогательных средств.

Assisted GPS

Одной из таких вспомогательных систем является Assisted GPS или AGPS. Этот метод использует беспроводные (наземные) сети для ретрансляции сигнала спутника, когда он слаб или его невозможно принять. AGPS помогает в двух вещах. Во-первых, предоставляет получателю данные альманаха и точное время.

И во-вторых, использует более высокую вычислительную мощность и хороший спутниковый сигнал наземной базы для интерпретации получаемой фрагментированной информации, чтобы обеспечить более достоверное определение местоположения. AGPS в основном осуществляется внешними GPS-приемниками, установленными на вышках сотовой связи.

Связь с ними позволяет быстрее настроиться на спутник, а также получить более точную информацию. Этот метод используется в GPS-приемниках для «Андроида» в мобильных телефонах. Вот почему смартфоны часто бывают точнее специализированных продуктов. AGPS присутствует в камерах, геодезических GPS-приемниках и некоторых автомобилях. Его использование наиболее выгодно в городах, где сигнал в лабиринте зданий иногда довольно трудно принять.

Дифференциальный GPS

Другим методом является дифференциальная система геопозиционирования DGPS. Данная система определения местоположения также использует наземные станции. Однако она отличается тем, что находит разницу между показаниями спутника и приемника. Станции могут находиться на расстоянии до 370 км от ресивера, и важно отметить, что по мере удаления от них точность измерений ухудшается.

DGPS осуществляется наземной станцией, передающей сигнал, который диктует ошибку между фактической и измеренной псевдодальностью. Это значение рассчитывается путем умножения скорости света на время прохождения сигнала со спутника на приемник.

Примером одного из видов DGPS является система широкого радиуса действия WAAS. Первоначально она была разработана для помощи авиационным GPS-приемникам. В WAAS используется система специально построенных наземных станций. Предусмотрен набор стандартов точности, которым измерения должны отвечать.

В горизонтальном и вертикальном направлениях в 95% случаев их погрешность не должна превышать 7,6 м. Наземные станции отправляют свои измерения на головные станции, которые посылают исправления на спутники WAAS каждые 5 секунд или чаще. Со спутника сигнал транслируется обратно на приемники на Земле, где скорректированные данные используются для повышения точности GPS. В некоторых местах WAAS может обеспечить погрешность до 1 м по горизонтали и 1,5 м по вертикали. Хотя WAAS присутствует только в Северной Америке, подобные системы существуют во многих других частях мира.

Форматы сообщений

Данные GPS отображаются в разных форматах через последовательный интерфейс. Существуют стандартные и нестандартные (проприетарные) форматы сообщений. Почти все GPS-приемники выводят данные NMEA. Это стандарт форматирования информации в виде строк, называемых предложениями. Каждое из них содержит различные данные, разделенные запятыми.

Всего насчитывается 19 видов таких предложений. Вот пример NMEA-строки, полученной от приемника, установившего связь со спутником:

В предложении содержится следующая информация:

• время по Гринвичу: 23:53:17;
• широта: северная, 40,039039°;
• долгота: западная, 10,5125793°;
• количество спутников: 08;
• высота: 1577 м.

Данные разделяются запятыми, чтобы упростить чтение и анализ компьютерами и микроконтроллерами. Они отправляются на последовательный порт с интервалом, называемым скоростью обновления. Большинство ресиверов обновляют эту информацию один раз в секунду (т. е. с частотой 1 Гц), но лучшие GPS-приемники способны выполнять несколько обновлений в секунду. Для современных моделей это значение равно 5–20 Гц.

Чтение данных

Большинство модулей GPS оборудованы последовательным портом, который позволяет подключить их к микроконтроллеру или компьютеру.

После включения устройства данные NMEA (или сообщения в другом формате) отправляются из последовательного передающего разъема (TX) с определенной скоростью передачи и скоростью обновления, даже при отсутствии приема со спутника. Чтобы микроконтроллер считывал информацию, необходимо подключить вывод TX GPS ко входу RX. Чтобы настроить модуль, нужно подключить его вход RX к выходу TX устройства управления.

Микроконтроллер обычно анализирует данные NMEA. Разбор предложения производится путем простого выделения из него части информации.

Например, микроконтроллеру требуется прочитать только высоту GPS. Вместо того чтобы иметь дело со всем текстом, он анализирует предложение GPGGA и выбирает только высоту. Как только необходимая информация будет отобрана, ею можно манипулировать, чтобы выполнять другие действия.

Платформа Arduino также может легко анализировать данные NMEA с помощью библиотеки Tiny GPS.

Подключение к компьютеру

Простым способом непосредственного просмотра данных NMEA является использование GPS-приемника для ноутбука или компьютера. Для создания соединения необходимо лишь запитать устройство геопозиционирования и подключить вывод TX внешнего модуля ко входу RX компьютера.

Также возможно подключение GPS-приемника к USB-порту. При этом он может питаться как от собственного источника, так и через соединение с ПК. В первом случае освободившаяся линия используется для обнаружения наличия подключения USB-GPS-приемника к хосту. При соединении с компьютером питание поступает через универсальную последовательную шину, поэтому дополнительного источника не требуется.

Кроме того, Bluetooth-GPS-приемник обеспечивает беспроводную связь как с ПК, так и с совместимыми устройствами того же производителя. Это позволяет производить быстрый обмен общими данными, такими как маршруты и путевые точки.

После подключения необходимо открыть программу последовательного терминала, установив скорость передачи, равной скорости GPS-модуля. Даже если приемник не установил связь со спутником, на экране появится поток NMEA-предложений.

Настройка ресивера

Для настройки приемника GPS и ГЛОНАСС важно знать тип чипсета, который в нем установлен. Набор микросхем содержит мощный процессор, который отвечает за пользовательский интерфейс, все вычисления, а также аналоговые схемы антенны. Кроме того, чипсет позволяет принимать данные для настройки таких параметров, как скорость обновления, скорость передачи, выбор предложения и т. д.

Чтобы отправлять команды на приемник через последовательный порт, понадобится набор команд или справочное руководство. Но перед тем как погружаться в изучение команд для конкретного модуля, необходимо проверить наличие программного обеспечения, которое значительно облегчает работу с устройством и его настройку.

Некоторые чипсеты позволяют использовать альтернативные протоколы, такие как бинарный SiRF, UBX или собственные сообщения. Эти протоколы содержат аналогичную информацию, но обмениваются данными в виде двоичного (вместо ASCII) кода для более быстрой связи.

При коммуникации с GPS-приемником команды должны завершаться контрольной суммой. В большинстве случаев для этого для каждого предложения нужно выполнить команду XOR.

Антенна

Маленький GPS-модуль получает сигналы от спутников, удаленных на расстояние 19 тыс. км, которые расположены не только над головой, но и в любом месте на небе. Для лучшей производительности между антенной и спутниками нужна прямая видимость. Погода, облака, снежные бури не должны влиять на сигнал, но деревья, здания, горы, крыша над головой будут создавать нежелательные помехи, и точность GPS от этого пострадает.

Разработано много вариантов антенн. Одним из самых распространенных является керамическая патч-антенна. Она отличается низким профилем, дешевизной и компактностью, но, по сравнению с другими типами, принимает хуже. Чтобы получить хороший сигнал, она должна быть направлена ​​вверх на открытое небо, т. е. когда усиление максимальное.

В некоторых GPS-модулях используются винтовые антенны. Они занимают больше места, но их форма позволяет получить лучший сигнал в любой ориентации за счет более низкого усиления.

В некоторых модулях применяются SMA-антенны. Это дает возможность монтировать их в местах, отличных от места расположения самого приемника, что пригодится в случаях, когда основная система не имеет доступа к открытому небу (например, в здании или автомобиле).

Источник: www.syl.ru

GPS-приёмник

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

Максимальная точность измерения составляет 3—5 м, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции — до 1 мм (обычно 5—10 мм) на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). Точность коммерческих GPS-навигаторов составляет от 150 метров (у старых моделей при плохой видимости спутников) до 3 метров (у новых моделей на открытом месте). Кроме того, при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок точность может быть повышена до 1—2 метров по горизонтали. До 1 мая 2000 года точность искусственно занижалась путем внесения в передаваемые спутником данные помех. [3]

Классификация

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

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

Основа любого GPS-приемника — это чипсет, на котором он работает. Долгое время все приёмники выпускались с 12-канальными чипсетами. Кроме того, что 12 каналов не достаточно для быстрого «Холодного старта» — первоначального определения своего местоположения, такие приёмники нуждались в открытом небе, так как работали только с прямой видимостью спутников (минимум 3; чем больше, тем точнее). На сегодняшний день все подобные приёмники считаются устаревшими и сняты с производства.

GPS приёмники для широкого круга пользователей можно классифицировать следующим образом:

• портативные устройства — автомобильные (отдельное портативное устройство или встроенное в транспортное средство в качестве бортового компьютера (онбордера)), туристические, спортивные;
• встроенные как функциональный узел в другие устройства — в КПК, ноутбук или мобильный телефон;
• GPS-трекеры, GPS-логгеры, которые ведут запись и передачу координат на серверный центр и используются для спутникового мониторинга автомобилей, людей, других объектов.

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

GPS-навигаторы

Основная статья: GPS-навигатор

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

• GPS чипсет — процессор, самая важная часть любого навигатора.
• GPS-антенна
• Дисплей
• Память Оперативная, BIOS и Flash-память
• Операционная система
• Навигационная программа

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

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

GPS-трекеры

Основная статья: GPS-трекер

Отличительной особенностью GPS-трекеров можно считать GPS-приёмник, совмещённый с системой электропитания и набором программных интерфейсов, которые не выполняют самостоятельных расчётов и предназначены для регистрации спутниковых сигналов и передачи результатов измерения в устройство обработки, например компьютер или серверный центр. По способу подключения такие приёмники бывают беспроводные GPRS, SMS, спутниковые, Bluetooth [4] , Wi-Fi [5] , и проводные (USB [5] , RS-232 [5] , PS/2 [6] ) [7] . В связи с удешевлением GPRS трафика проводные и Bluetooth трекеры используются всё реже.

Пользовательские приёмники

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

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

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

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

Основные производители

Возможно, необходимо отделить раздел в новую статью, и там раскрыть эту тему подробнее.

Основные производители GPS-чипсетов:

• SiRF — SiRF — SiRFstar III, SiRFatlasIV, SiRFatlasV
• U-blox
• Trimble Navigation
• Nemerix
• Mediatek — MediaTek — MTK, MTK-II, MT3329
• Javad

Основные производители GPS/ГЛОНАСС-чипсетов и модулей:

• М2М телематика — ГеоС-1, ГеоС-1М, ГеоС-3 [8]
• Спирит Телеком — DuoStar-2000
• КБ «Навис» — NV08C-MCM-M (поддерживается ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и COMPASS)[9]

Основные производители приёмников для массового применения:

Основные производители профессиональных (в том числе геодезических) приёмников:

• Ashtech, ранее Magellan Professional, ранее Thales Navigation.
• Javad
• Leica
• NovAtel
• Trimble Navigation
• Topcon
• Sokkia
• Septentrio
• МКБ «Компас»
• ОАО «РИРВ»
• ОАО «НИИ КП»

Возможно, необходимо отделить раздел в новую статью, и там раскрыть эту тему подробнее.

Картографическое ПО для навигаторов и сотовых телефонов с GPS:

• Maps.ua
• Навиком
• Nav N Go (en) (второе название — IGO)
• Be On Road
• OziExplorer
• Автоспутник
• Навител Навигатор
• ПроГород
• Visicom
• СитиГид
• PocketGIS
• TourMap
• Microsoft AutoRoute
• Navigon

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

• Навиком Трафик для навигаторов Garmin
• Яндекс пробки для мобильных телефонов
• СитиГид

См. также

Примечания

1. ↑NV08C-MCM-M — чип для будущих навигаторов ГЛОНАСС :: Железо :: Новости :: CyberStyle.ru
2. ↑CNews: Первые коммуникаторы с ГЛОНАСС почти готовы. ФОТО
3. ↑GPS-гонка: России не хватает спутников, cnews.ru, 4 июня 2003 г
4. ↑Беспроводной модуль GPS Nokia LD-3W. Описание. (рус.) . Nokia. — Описание товара на сайте производителя. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
5. ↑ 123NavSync Integrated GPS Modules. Product list. (англ.) . NavSync. — Каталог продукции. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
6. ↑MR-350 Cable GPS. Product description. (англ.) . Globalsat Technology. — Описание товара на сайте производителя. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
7. ↑Автомобильные контроллеры
8. ↑ГЛОНАСС — очередная битва титанов
9. ↑КБ «Навис»: до однокристального чипа остался один шаг

• GPS
• Туристское снаряжение

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Стюарт, Чарльз, 5-й граф Леннокс
• Мультипликативная функция

Источник: dic.academic.ru

GPS-координирование в геодезии

⇓Спутниковые приемники прочно укрепились в списках обязательного оборудования для геодезических изысканий и кадастровых работ, поэтому стоит разобраться в их предназначении и особенностях. В этой статье мы объясним принцип действия GPS приемников (система ГЛОНАС работает аналогично), как они помогают в геодезических работах, а также отличия геодезических от обычных GPS модулей на телефонах и навигаторах.

Что из себя представляет GPS?

Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System, что означает «Система глобального позиционирования». Изначально эта система разрабатывалась военными армии США. Но со временем «ушла в народ», где нашлось для неё множество мирных применений. Спутниковое позиционирование очень плотно вошло в нашу жизнь, только об этом многие не задумываются. Для работы системе нужно три составляющие:

1. GPS состоит из 24-х искусственных спутников Земли семейства NAVSTAR, первый из которых отправился на орбиту ещё в 1978 году. Именно такое количество спутников нужно для обеспечения работоспособности системы навигации. Чтобы система работала бесперебойно, на орбите кружит еще пара спящих аппаратов, готовых заменить вышедших из строя «собратьев». Основа их функциональной составляющей является работающий на частоте 1575,42 МГц и 1227,6 МГц передатчик мощностью 50 Вт, передающий пучок данных на Землю и атомные часы, обеспечивающие постоянную абсолютную координацию всей группы. То есть время на всех спутниках строго синхронизировано до милинаномикросекунд (но это не точно). Именно такая точность в определении времени дает возможность всей системе выполнять свои задачи. Это что касается космического флота.
2. Все движение спутников и данные, которые они посылают на землю, контролируются и корректируются с наземных станций слежения. У них работа самая важная, и в то же время, самая незаметная. Их работа и опасна и трудна, и на первый взгляд как будто не видна..Многие забывают об этой составляющей, хотя она является сердцем основной вычислительной работы системы вцелом.
3. В систему также входят и спутниковые приемники. Их может быть бессчетное множество. Как самых простых, установленных в навигаторах, так и технически сложных, находящихся в геодезическом и другом высокоточном оборудовании. Задача приемников уловить, записать и обработать данные, принимаемые от спутниковых передатчиков. Если проводить параллель, то спутник — это передающая антенна, а приемник — это радио в Вашей машине. Антенна транслирует аудио сигнал, а радио обрабатывает его в необходимую нам музыку. Так же и GPS приемники выдают нам в итоге конечную информацию в виде геопозиционирования.

Задача GPS измерений в геодезии

С помощью GPS решается много задач. Рассмотрим вкратце:

• в масштабах планеты GPS измерения используют еще для наблюдения за глобальными геологическими процессами. Например за движением тектонических плит. Стоя на движущейся плите, нельзя с помощью обычных приборов оценить ее движение. А с помощью спутниковых наблюдений — можно.
• создание или реконструкция различных опорных и съемочных сетей . Это одно из основных направлений использования. Смысл заключается в том, что с помощью спутниковых приемников определяют местоположение опорных пунктов, которые, впоследствии будут использоваться в качестве исходных при строительстве или других геодезических работах. Далее в бой вступают уже тахеометры, нивелиры и некоторые другие геодезические приборы.
• GPS приемники могут использоваться и для проведения непосредственно геодезических работ. Если позволяет местность и сигнал от спутников стабильный, то можно непосредственно проводить топографические съемкиразных масштабов , выносить в натуру различные проекты минуя стадию закладки опорных пунктов.
• в кадастровых работах также часто используются GPS технологии при межевании и выносе в натуру границ земельного участка . В настоящее время подавляющее большинство кадастровых инженеров использует геодезические приемники для обеспечения определения кадастровых координат относительно пунктов геодезической государственной сети (ГГС).

Как же определяются координаты при помощи приемников, и при чем тут ГГС?

Принцип работы GPS приемников

Чтобы определить просто положение на местности (широту и долготу), потребуется поймать сигнал минимум трёх спутников, а если нужна ещё и высота над уровнем моря — минимум четырёх. Это относится к ЛЮБЫМ спутниковым приемникам. Конечно, чем больше сигналов ловит приемник — тем точнее и быстрее определяется его местоположение.

Также нужно знать, что практически все геодезические спутниковые приемники обрабатывают не только сигналы GPS (США). Для более устойчивого определения местоположения используются одновременно и спутниковые системы ГЛОНАСС (Российская), Galileo (Европейская) и Compass (ранее Beidou — Китайская). С учетом всех четырех созвездий спутников точность и скорость работы повышается в несколько раз. В нашей полосе в открытом поле можно одновременно наблюдать до 60 спутников.

GPS-приемник получает от спутников их орбитальные координаты, время с точностью до наносекунды, текущие дату и точное время отправки сигнала. Такую информацию отправляет каждый спутник. GPS-приемник рассчитывает расстояние до него, а при получении информации от нескольких спутников — взаимное их расположение, а также собственные координаты.

Принцип определения координат приемника достаточно прост. Они получаются методом обратных засечек от передатчиков спутников. Обо всем по порядку. Передатчик и приемник имеют высокоточные часы. В спутнике они атомные с погрешностью 10¯9 секунды/год. В геодезических приемниках часы попроще, но тоже гораздо точнее наручных.

Передатчик высылает кодированный сигнал с данными о времени передачи, своей орбите и координатах и многое другое. Сигнал со скоростью света достигает приемника и обрабатывается им. Время передачи и приема различается на незначительную величину, но именно по этим данным можно определить расстояние до спутника. Поэтому и часы должны быть очень точными.

Расстояние есть скорость помноженная на время. Перемножив скорость света и время прохождения сигнала и определяется псевдодальность до спутника. И так происходит со всеми спутниковыми сигналами.

Получается, что в каждый момент времени приемник получает одновременно сигналы от нескольких спутников и определяет свое местоположение относительно них. Понятно, что спутники постоянно движутся по разным орбитам, и приемник не стоит на месте. Учет этих и других факторов ложится на вычислительную мощь приемника и наземных центров управления системой.

Этот принцип един и для геодезических и для любых других гражданских приемников (навигаторы в телефонах, часах и т.д). Но отличия все же есть, и они достаточно критичны. Иначе любой бы смог с помощью телефона проводить геодезические работы.

Разница в GPS приемниках геодезических и обычных

Сначала необходимо немного рассказать о сигналах, которые передают спутники. На самом деле сигналы передаются в закодированном виде на двух модулированных частотах, названных выше. Навигационные приемники, не имеющие специальных дешифраторов (платных), могут обработать только «грубый» открытый код, посылаемый передатчиками.

В него преднамеренно введена случайная незначительная ошибка. И именно она обуславливает столь невысокую точность обычных навигаторов. Сделано это из коммерческих соображений- «неиспорченную частоту» нужно покупать. И цена на данный момент каждой частоты превышает 100 тыс. рублей. Бытовым навигаторам достаточно точности открытого кода, поэтому они не так дороги, как геодезические приемники.

Второе различие- приемники в навигаторах работают в одиночку и определяют свое абсолютное местоположение. То есть без дополнительных уравниваний и других приемников. Они самодостаточны. Точность определения может достигать 20 и более метров. А геодезические приемники работают минимум в паре.

Один находится на пункте с известными координатами (база), а второй- на определяемом пункте (ровер). Они находятся в относительной близости друг от друга (до 50 км) и должны получать сигналы от одинаковых спутников. Получается, что координаты определяемого пункта вычисляются не относительно летающих спутников, а относительно известного пункта. За счет этого точность определения положения приемника достигает 1-2 сантиметра.

Важным в этом случае является выбор пунктов ГГС (где база стоит), к которым будут привязываться спутниковые измерения. Эти пункты нужно знать, где искать. Нужно иметь их координаты в необходимой системе и знать, какие можно использовать для расчетов, а какие нет.

Так как закладывались пункты ГГС в середине прошлого столетия, и многие из них утеряны или имеют большую ошибку в местоположении. Для исключения погрешности самих исходных пунктов приходится пользоваться сразу несколькими и проводить уравнивание, исключая совсем бракованные экземпляры. Пункты находятся на расстоянии в среднем 5- 15 км друг от друга в европейской части России. Представьте, какую работу нужно сначала провести, чтобы в итоге на объекте приемник показывал среднеправильные значения координат для данной местности.

Также из отличий можно отметить цену (многократная разница), мощность, внутреннюю начинку и размер (геодезические значительно больше).

Источник: domzem.su