На сегодняшний день навигация – вещь нужная и весьма популярная. За последние несколько лет навигационные чипы в мобильных гаджетах и другой электронике стали привычным делом. Существуют GPS и ГЛОНАСС навигационные системы, давайте разберемся, что представляет собой каждая из них и изучим принципы работы.
Что такое GPS?
GPS (расшифровывается как Global Positioning System, система глобального позиционирования) – система спутниковой навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Данная система позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любой точке планеты (за исключением приполярных областей).
Разработка GPS началась в 1950-е годы прошлого века для Министерства обороны США, однако сейчас технология используется не только военными, но и в повседневной жизни. В то время СССР запустил первый искусственный спутник Земли и американские ученые, наблюдавшие за этим событием, заметили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала возрастает при приближении спутника и снижается при увеличении его дистанции. Они пришли к выводу, что при наличии информации о своих точных координатах на Земле можно измерить положение и скорость спутника, а зная, где находится спутник – вычислить собственную скорость и координаты.
Wialon: платформа для ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта (русский перевод)
Система GPS состоит из искусственных спутников, которые вращаются на средней орбите Земли (спутниковая система NAVSTAR, разработанная в США), и наземных станций мониторинга, объединенных в общую сеть. Спутники непрерывно передают на Землю навигационный сигнал, включающий «псевдослучайный код», данные эфемерид (прогнозируемые координаты и параметры движения спутника на определенный момент времени) и альманаха (данные для вычисления приблизительного местоположения спутника). Этот сигнал принимают абонентские GPS-устройства, которые на основании полученных сведений вычисляют свою геопозицию.
Один из недостатков технологии GPS заключается в низкой скорости передачи данных (до 50 бит/с) из-за чего процесс вычисления координат может занимать несколько минут. Кроме того, система GPS неэффективна для определения координат устройства, которое находится в помещении, на территории, окруженной высокими строениями, в лесах и парках, туннелях и т.д.
Что такое A-GPS?
Для устранения этих проблем и получения возможности определять координаты любого мобильного устройства была создана технология A-GPS (Assisted GPS). При ее использовании GPS-приемник получает данные не со спутников, а из внешних источников (как правило, это сети сотовых операторов), причем распознавание сигнала A-GPS занимает менее 2 секунд.
GPS, ГЛОНАСС и GPS/ГЛОНАСС в видеорегистраторе. В чем разница? Что выбрать?
Авторами идеи создания A-GPS стали инженеры Джими Сеннота и Ральф Тейлор, которые в 1981 году запатентовали свою разработку. Система была представлена в октябре 2001 года в США, где начала использоваться по сети службы спасения 911.
A-GPS состоит из встроенного GPS приемника и сетевых компонентов мобильной сети. Для A-GPS предусмотрено два режима: A-GPS Online (основной) и A-GPS Offline (вспомогательный). Первый позволяет получить информацию о координатах спутников при необходимости быстрого определения геопозиции, если GPS-приемник не функционировал более 2 часов. Второй режим ускоряет время «горячего» и «холодного» старта GPS-приемника. A-GPS-приемник обновляет альманах, эфемериды и список видимых спутников.
Несмотря на свою эффективность, технология A-GPS имеет ряд минусов, в частности, функция ускоренного старта не работает вне зоны действия сотовой сети. Некоторые приемники с поддержкой A-GPS объединены с радиомодулем GSM и не могут стартовать, если последний отключен. При этом A-GPS приемник может стартовать без покрытия GSM (GPRS). При старте модули A-GPS потребляют мало трафика (5-7 КБ), но в случае потери сигнала потребуется повторная синхронизация, что повлечет за собой повышенные энергозатраты, особенно при нахождении в роуминге.
Что такое ГЛОНАСС?
В настоящее время в мире существуют две спутниковые навигационные системы — описанная выше GPS и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). По сути последняя является российским вариантом GPS. По аналогии с GPS ГЛОНАСС определяет трехмерные координаты (широта, высота, долгота) по всему миру.
Начало разработки на то время советской спутниковой системы датируется декабрем 1976 года. В октябре 1982 года с выводом на орбиту ГЛОНАСС спутника «Ураган» началось первое тестирование системы. Изначально она задумывалась для военных нужд, но впоследствии стала использоваться и для гражданских целей.
Сейчас ГЛОНАСС приемниками оснащаются гражданские/военные корабли и самолеты, общественный транспорт, автомобили экстренных служб и т.д. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приемники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Данные о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляются на сервер сбора данных.
Гражданское применение системы ГЛОНАСС стартовало в 1993 году, в 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника, а в 2010 году их число возросло до 26. На разработку системы в период с 2012 по 2020 годы российское правительство выделило 320 млрд рублей, направленных в том числе на создание 15 спутников «Глонасс-М» и 22 спутников «Глонасс-К». Работа над системой ГЛОНАСС была завершена в декабре 2015 года.
Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19,1 тыс. км над Землей. Приемники ГЛОНАСС позволяют определить горизонтальные (с точностью 50-70 м) и вертикальные координаты (70 м), вектор скорости (с точностью 15 см/сек), время с точностью 0,7 мкс. Система использует два типа навигационных сигналов – открытые с обычной точностью и защищенные с повышенной точностью. Первые могут принимать любые приемники ГЛОНАСС, а вторые – исключительно авторизованные пользователи, к примеру, оборудование ВС РФ.
Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?
«ЭРА-ГЛОНАСС» — российская система экстренного реагирования при авариях и других чрезвычайных ситуациях на дороге, позволяющая в кратчайшие сроки проинформировать о происшествии службы экстренного реагирования. «ЭРА-ГЛОНАСС» работает на базе спутниковой системы ГЛОНАСС. В эксплуатацию комплекс был введен в 2015 году, а с 1 января 2017 года автопроизводители обязаны устанавливать данную систему на свои транспортные средства, выходящие на российский рынок. Данная система сокращает время реагирования при авариях и чрезвычайных ситуациях, что приводит к снижению числа смертельных исходов, травматизма на дорогах и повышению грузовых/пассажирских перевозок.
«ЭРА-ГЛОНАСС» включает в себя два компонента: инфраструктуру оператора (навигационно-информационная платформа, сеть передачи данных, сеть мобильного оператора) и устройства, которыми оборудуются транспортные средства. В случае дорожно-транспортного происшествия (система распознает различные типы столкновения – лобовое, боковое или удар сзади), устройство определяет степень тяжести аварии, местоположение пострадавшего автомобиля на основе данных спутников систем ГЛОНАСС и/или GPS, устанавливает связь с системой «ЭРА-ГЛОНАСС» и передает информацию об аварии. Сигнал обладает приоритетным статусом и передается через любого мобильного оператора с максимально сильным в данном месте сигналом. При этом, если сеть перегружена телефонными звонками, они могут быть прерваны для передачи сигнала.
Для вызова помощи вручную в автомобилях с поддержкой «ЭРА-ГЛОНАСС» предусмотрена кнопка SOS, позволяющая связаться со специалистом колл-центра и сообщить об аварии. В случае подтверждения информации голосом или при отсутствии ответа оператор направляет службы экстренного реагирования (спасателей, карету Скорой помощи и ГИБДД). Система автоматически совершает вызов при срабатывании одной или нескольких подушек безопасности.
Система развернута в 83 субъектах РФ, для связи с экстренными центрами приема зарезервированы телефонные коды 941-949 и выделена первая серия номеров (941-111-1ххх). Деятельность контакт-центра обеспечивает «дочка» «Ростелекома» — «Ростелеком Контакт-центр».
Аналогом «ЭРА-ГЛОНАСС» является общеевропейская система eCall, с которой первая технологически совместима. Аналоги российской системы существуют и в других странах мира. В США это Е911, которая была запущена в 2001 году, в Японии – действующая с 1980-х годов интеллектуальная транспортная система (ECall), предназначенная для полной автоматизации управления дорожным движением, в Бразилии – SIMRAV. В Казахстане ведутся работы над проектом «ЭВАК» (экстренный вызов при авариях и катастрофах), который планируется запустить в 2018 году.
Источник: yablyk.com
Что будет, если перестанет работать спутниковая система навигации GPS?
Автомобильные навигаторы, приложения для заказа такси, фитнес-трекеры и другие сервисы работают при помощи спутниковой системы навигации GPS. Прямо сейчас на орбите нашей планеты находятся 32 спутника, которые обмениваются данными с нашими устройствами и позволяют нам в любое время узнавать свое местоположение с высокой точностью.
Обычным людям технология GPS позволяет ориентироваться на улицах незнакомых городов, заказывать такси не зная адреса ближайшего дома, узнавать данные о своих спортивных достижениях и так далее. Водители используют GPS для поиска наиболее короткого маршрута до места назначения, а военные полагаются на спутниковые данные для нанесения точных ударов по вражеской технике. Получается, что технология очень важная и играет большую роль в нашей повседневной жизни. Что же будет, если система навигации GPS внезапно исчезнет?
Система GPS играет в нашей жизни большую роль, но ее достаточно легко заметить другой технологией
Когда появилась технология GPS?
Спутниковая система навигации GPS была разработана в 1978 году и изначально использовалась только Министерством обороны США. Со временем она стала доступна и для обычных людей — чтобы определить собственное местоположение, достаточно иметь при себе навигатор с GPS-приемником или смартфон. Именно благодаря технологии GPS вы можете открыть приложение карт и сразу же узнать, на какой улице находитесь. Система работает практически при любых погодных условиях и может выдать ошибку разве что внутри помещения с толстыми стенами. Но и эта проблема вполне решаема — ранее мы рассказывали, что новая версия GPS III будет запущена в 2023 году и сможет точно определять координаты людей даже внутри помещений.
Один из первых спутников GPS
Как работает технология GPS?
Каждый из 32 спутников GPS, которые находятся на околоземной орбите, является маркерным объектом. По сути, это ориентиры, которые очень быстро движутся вместе с Землей, но их координаты постоянно отслеживаются и известны в каждый момент времени.
Когда вы запускаете приложение с картами или любой другой сервис с поддержкой GPS, спутники отправляют в смартфон сигналы с различными данными, в том числе и точным временем. От ближайших спутников к расположенному на Земле устройству моментально протягиваются невидимые линии, на пересечении которых вы и находитесь. Признаюсь, что это очень краткое описание принципа работы GPS. Если хотите узнать о работе спутниковой системы навигации, у нас есть про это подробное видео — смотрите тут.
Технология GPS постоянно улучшается
Последствия отключения GPS в России
По словам экспертов, отключения GPS не стоит бояться. Дело в том, что в России уже хорошо работает спутниковая система навигации ГЛОНАСС — она появилась в 1982 году и сначала тоже использовалась только в военных целях. Со временем система стала доступна обычным людям, и сегодня поддержка технологии есть практически в каждом современном смартфоне. Работая одновременно с GPS, она значительно повышает точность определения координат и позволяет узнавать местоположение там, где GPS не работает — это особенно актуально для южных и северных широт.
В России уже давно существует замена GPS — система ГЛОНАСС
При всем этом подчеркивается, что переход с неработающей GPS на отечественную систему может потребовать от некоторых людей денежных вложений. Водители и представители многих других профессий используют в работе полноценные навигаторы, а не просто приложения на смартфоне. Большинство моделей работает при помощи GPS, а варианты с ГЛОНАСС стоят чуть дороже. В качестве примера можно привести навигаторы Garmin, которые популярны среди дальнобойщиков, потому что доказали свою надежность. При отключении GPS они перестанут работать, и водителям придется покупать новое оборудование.
Возможно, дальнобойщикам придется покупать новые навигаторы
Примечательно, что технологию GPS можно будет отключить только на основной части России. Скорее всего, на граничащих с Европой территориях система продолжит работать, но со сбоями. Больше всего проблем испытают пользователи со старыми смартфонами и навигаторами, а остальные, возможно, даже не заметят изменений.
Что лучше: GPS или ГЛОНАСС?
Система ГЛОНАСС появилась гораздо позже GPS, но в полную силу они начали работать примерно в одно и то же время. Первые спутники GPS были запущены в 1974 году, тогда как космические аппараты ГЛОНАСС появились на околоземной орбите только в 1982 году. В полную мощность американская система заработала в 1993, а российская — двумя годами позже, в 1995 году. Система GPS быстро стала доступна для использования обычными людьми, а ГЛОНАСС в 1990-е никому не был нужен. Со временем все изменилось, и создатели начали выводить на орбиту больше спутников, чтобы российская система работала не хуже американской.
У GPS и ГЛОНАСС есть свои плюсы и минусы
Принцип работы системы ГЛОНАСС почти такой же, как у GPS. Разница заключается разве что в ней используется только 24 спутника, которые не движутся синхронно с Землей. Система работает более стабильно, чем американский аналог, но при этом уступает по точности позиционирования. Зато система ГЛОНАСС хорошо работает на Севере — технология GPS не может этим похвастаться, потому что его спутники имеет не подходящее расположение для покрытия южных и северных широт.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
В завершении статьи хочется поинтересоваться — насколько часто вы пользуетесь системой GPS и в каких целях? Пишите в комментариях.
Источник: hi-news.ru
Джипиэс что это такое
Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий
iGuides для смартфонов Apple
Как это работает: GPS
Александр Кузнецов — 24 августа 2013, 19:10
GPS (система глобального позиционирования) была разработана Министерством обороны США в семидесятых годах и поначалу применялась только в военных целях, позволяя наносить ракетные удары по неподвижным и движущимся объектам. С девяностых годов она начала получать распространение в гражданской технике.
Принцип работы GPS основан на эффекте Допплера — уменьшении частоты получаемого приемником сигнала при отдалении спутника и ее увеличении при приближении. В GPS три сегмента: спутники, наземные управляющие станции и приемники.
Управляющие станции осуществляют контроль за работой спутников и при необходимости отправляют им корректирующие сигналы. Приемник получает сигнал со спутников и корректирующих наземных станций. Свои координаты GPS-приемник определяет с помощью измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от спутников с учетом их местоположения.
Для нормального функционирования GPS достаточно всего 24 спутников. Каждый из них движется по собственной траектории на высоте примерно 20 тысяч километров от Земли со скоростью около 14 тысяч километров в час. Чтобы система работала без сбоев, запускают дополнительные спутники, в настоящий момент их более тридцати. Срок жизни спутника — от 7,5 до 15 лет.
Координаты GPS-приемника определяются с точностью до шести метров, а в некоторых странах — благодаря использованию корректирующих наземных станций — до одного метра. На точность позиционирования влияет несколько параметров: число видимых приемником спутников и их расположение, погодные условия, помехи от радиоволн. Сигнал GPS лежит в дециметровом диапазоне волн и не проникает сквозь бетонные стены, поэтому в зданиях система навигации чаще всего не работает.
До 2000 года алгоритм работы GPS был специально загрублен с целью недопущения использования системы в военных целях. В Китае за исключением Гонконга искажение по-прежнему действует — GPS в этой стране работает с погрешностью 200 метров.
Модулями GPS оснащаются автомобильные навигаторы и системы слежения, телефоны, велокомпьютеры, часы. Также GPS используется в картографии, геодезии и тектонике. Приемник GPS очень «прожорлив», он потребляет больше энергии, чем любой другой радиомодуль. Это происходит из-за того, ему продолжительное время приходится поддерживать связь одновременно с несколькими источниками сигнала.
Инициация соединения со спутником занимает до полуминуты, а получение детальных данных требует 10-12 минут. Устройство не уходит в спящий режим — приемник GPS препятствует этому. Частично проблему высокого энергопотребления решает модуль A-GPS, который получает данные о координатах приемника не через спутники, а от базы сотовой связи или точки Wi-Fi.
Источник: www.iguides.ru
Как работает GPS?
GPS (Global Positioning System) — это спутниковая навигационная система. Она предоставляет информацию о времени и местоположении для приемника GPS, расположенного в любом месте на поверхности земли или вблизи нее. GPS работает в любых погодных условиях при условии беспрепятственной связи на линии прямой видимости с 4 или более спутниками GPS.
GPS работает независимо от интернет-соединения пользователя или телефонного сигнала. Однако их наличие повышает эффективность GPS-позиционирования. Первоначально GPS был разработан для военных целей, но в настоящее время любой, у кого есть GPS-приемник, может получать радиосигналы со спутников GPS.
Примечание:
- Первоначально, когда GPS был разработан для военного использования, каждые 12 часов на высоте 20 180 км вокруг Земли вращались 24 спутника GPS.
- 4 спутника GPS были расположены на каждой из 6 орбит с ориентацией 60 градусов между собой. Эти орбитальные плоскости не вращаются относительно какой-либо звезды.
- Позже количество спутников было увеличено до 32, чтобы повысить точность определения местоположения.
- Локализация любого GPS-приемника осуществляется через измерение времени полета.
- Чем больше спутников от линии визирования до приемника GPS, тем выше точность определения положения приемника.
Как работает GPS?
В любой момент времени на земле есть как минимум 4 спутника GPS на линии видимости с приемником. Каждый из этих спутников GPS отправляет информацию о своем местоположении и текущем времени в приемник GPS в фиксированные регулярные моменты времени. Эта информация передается в приемник в виде сигнала, который затем перехватывается приемными устройствами. Эти сигналы являются радиосигналами, которые распространяются со скоростью света. Расстояние между приемником GPS и спутником рассчитывается путем нахождения разницы между временем, когда сигнал был отправлен со спутника GPS, и временем, когда приемник GPS получил сигнал.
Как только приемник получает сигнал по меньшей мере от трех спутников, он затем указывает свое местоположение, используя процесс трилатерации. GPS требует как минимум 3 спутника для расчета двухмерного положения (широта и долгота на карте). В этом случае приемник GPS предполагает, что он расположен на среднем уровне моря. Однако для нахождения 3-D положения приемников (широта, долгота и высота) требуется как минимум 4 спутника.
Что такое трилатерация?
Трилатерация — это процесс определения вашей позиции на основе пересечения сфер. Когда приемник получает сигнал от одного из спутников, он рассчитывает свое расстояние от спутника, учитывая трехмерную сферу со спутником, расположенным в центре сферы. Как только приемник проделает то же самое с 3 другими спутниками GPS, приемник затем приступает к поиску точки пересечения 3 сфер, чтобы вычислить его местоположение.
Технические проблемы, с которыми сталкивается GPS:
- Синхронизация времени между отдельными спутниками и приемником GPS
- Обновление в реальном времени точного местоположения спутника GPS
- Точное измерение времени полета
- Помехи другим сигналам
Синхронизация времени
Каждый из спутников GPS оборудован атомными часами, чтобы держать время обновленным и точным. Для обновления и обеспечения точного времени на приемнике, приемник использует четвертый спутник GPS, чтобы сохранить его точное время. С синхронизацией с приемником и спутниками GPS, поддерживаемыми атомными часами, точная разница во времени может быть вычислена приемником.
Спутники GPS постоянно управляются с наземных станций для разрешения синхронизации времени.
Значение ультра точности синхронизации времени
Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света. Точность положения прямо пропорциональна измерению времени, так как скорость * время = расстояние, поэтому даже небольшое отклонение в расчете времени может создать огромную разницу в расстоянии из-за большой скорости света.
Обновление в реальном времени точного местоположения спутника.
Это делается путем мониторинга спутников из ряда широко распространенных наземных систем.
Мастер станция анализирует все измерения и передает фактическое положение каждого спутника.
Дифференциальный GPS [DGPS]
DGPS — это улучшение по сравнению с GPS, которое обеспечивает повышенную точность определения местоположения.
Как он работает?
- Приемник GPS, также называемый базовой станцией, должен быть установлен в точно известном месте.
- Приемник базовой станции вычисляет свое местоположение на основе спутниковых сигналов и сравнивает свое местоположение с известным местоположением
- Разница между этими двумя местоположениями применяется к данным, записанным приемником GPS
- Обеспечивает точность позиционирования в диапазоне от метра до сантиметра
Источник: www.technodor.info