Сообщение о gps и глонасс

Обновлено: 30.06.2024

Каадзе Анастасия Геннадьевна Ответственный редактор

Трекеры для мониторинга объектов на основе систем глобального позиционирования используются по большей части для контроля за транспортными средствами. Однако все чаще их стали применять для наблюдения за домашними животными и престарелыми людьми, отлучающимися из дома без сопровождения.

Где купить тахограф и сколько он стоит?

Контроль транспорта: технологии ГЛОНАСС и GPS для оптимизации транспортных расходов

Спутниковый мониторинг: обзор технологий, сферы применения

Система ГЛОНАСС за последние годы стала уже обыденным, а в некоторых случаях даже обязательным инструментом спутниковой навигации. Отечественный комплекс ГЛОНАСС лежит на принципах передачи данных со спутников, к которому открыт доступ всем пользователям нашей страны и территории ближнего зарубежья. На данный момент отечественная система считается одной из 2-х прогрессивных мировых систем, имеющих свободный доступ к навигационным услугам.
Какие же отличия ГЛОНАСС от GPS?

В 1986 году первые несколько наших спутниковых аппаратов были развернуты на орбите. А в 1991 году их количество выросло уже до 12.

Как работает наш российский комплекс.

Сейчас ГЛОНАСС применяется не только для военных целей, но и по большей части в коммерческом деле. Для работы комплекса применяются бортовые наземные устройства и спутники. На сегодняшний момент их насчитывается 27 единиц. Из них 24 применяется по их прямому назначению, два находятся на исследовании главного конструктора, а последний – в орбитальном резерве. С конечными потребителями они взаимодействуют через пользовательское оборудование – абонентские терминалы (АТТ), блоки навигации, gps трекеры или gps маяки и тому подобное.

Спутниковые аппараты, входящие в орбитальную группировку, работают на высоте 19.4 тыс. км. от земли и направлены по 3-м орбитальным плоскостям под углом 64.8 градусов.
Такое положение дает возможность для охвата наибольшей площади полярной зоны, на территории которой расположена немалая часть нашей страны.

Чтобы более точно определить местоположение объекта, необходимо подключиться хотя бы к 4 спутникам.

Что отличает ГЛОНАСС от GPS

ГЛОНАСС-мониторинг по принципу измерения схож с другим вариантом международной системы геолокации – NAVSTAR, которую чаще всего у нас называют GPS (Global Positioning System). Но несмотря на сходство эти комплексы имеют отличия. И принципиальное отличие это, так называемое, позиционирование группировок. Означающее, что спутниковые аппараты американской системы развернуты по 6-ти орбитальным плоскостям с радиальной траекторией вращения и это дает возможность в любой точке планеты обеспечить прием сигнала как минимум от 6 из 24 спутников, поэтому говорят, что точность у GPS лучше. Но у западного аналога точность геолокации будет напрямую зависеть от многих естественных причин, именно из-за этого фактора для качественного спутникового сигнала лучше применять обе эти глобальные системы.

траектории движения спутников GPS

траектории движения спутников ГЛОНАСС

Остальные отличительные особенности ГЛОНАСС:

В своем орбитальном движении стабильность спутниковых аппаратов ГЛОНАСС лучше, так как отсутствует резонанс по отношению к вращению Земли, настраивать их работу не требуется в течение всего срока использования;

невысокая стоимость пользовательских бортовых устройств, что ощутимо сказывается на рентабельности в коммерческом использовании;

степень защищенности наших спутников от помех выше поскольку возможно использование других рабочих частот с распределением радиосигнала, позволяя уменьшить риск потери связи и ухудшения сигнала от различных естественных препятствий и иных сооружений;

учет пользовательских потребностей согласно текущих правил и требований законодательства.

С помощью постоянной модернизации точность геолокации ГЛОНАСС близка к точности GPS, а в некоторых случаях даже может улучшить ее показатели.

Мониторинг, идентификация местонахождения стационарных или мобильных объектов является неотъемлемой частью комплекса. Спутниковый мониторинг, например, можно использовать для того, чтобы определить геопозицию пользователей, находящихся в зонах с плохой или отсутствующей мобильной связью.

Мониторинг транспорта это комплексная система контроля стационарных и контроль местоположения движущихся объектов, имеющая широкое применение в государственном, оборонном секторе и в различных сферах коммерческой деятельности для оптимизации работы корпоративного автотранспорта, например: таксопарки, каршеринг, техника сельхоз предприятия, строительная и спецтехника, авиа/железнодорожный, водный транспорт и т.п..
Бортовые терминалы для контакта со спутниками монтируют на гражданский либо коммерческий транспорт. В коммерческом варианте владелец предприятия, где происходит эксплуатация автомобилей, получает открытый доступ к прогрессивному способу оптимизации транспортных издержек. Тем более что наше постоянно меняющееся законодательство требует исполнения новых правил, чтобы определенные категории транспортных единиц были оснащены блоками спутниковой навигации АСН ГЛОНАСС или GPS ГЛОНАСС, помогающие определять дислокацию машин в режиме реального времени.

Важными задачами мониторинга транспорта в коммерческой деятельности является, так называемый, сквозной контроль за объектами, движущимися по заданным маршрутам.
Грубо говоря, мониторинг транспортных средств позволяет получать ключевые показатели бизнеса в одном окне:

определение местонахождения, отклонения автомобиля от заданного маршрута, простои в работе техники;
определение фактического расхода горючего в формате online с использованием соответствующих топливных датчиков;
контроль соблюдения скоростного ограничения и стиля вождения;
организация диспетчерской службы для постоянного мониторинга парка автомобилей предприятия;
выявление технического состояния транспортных средств компании;
защита от кражи, улучшение безопасности движения на дороге при транспортировке людей и грузов и многое другое.

ЭРА-ГЛОНАСС обязательный инструмент оперативного реагирования

Наш отечественный спутниковый комплекс наряду с зарубежными аналогами давно является неотъемлемой частью мониторинга транспорта. Его огромный потенциал широко применяется практически в каждой индустрии, где есть свой транспортный парк. К одному из наиболее важных навигационных инструментов относится ЭРА-ГЛОНАСС. Это наш российский автоматический комплекс, который сейчас необходим для неотложного вызова служб спасения в опасных случаях. Система нацелена на улучшение уровня безопасности на дороге и сокращение летальности при ДТП.

Такой результат достигается за счет уменьшения времени оповещения экстренных служб. Ведь своевременно оказанная медицинская помощь дает возможность максимально снизить риск для здоровья, а главное уменьшить смертность при несчастных случаях на дороге.

Российский спутниковый комплекс имеет сходство с европейской спутниковой разработкой под названием eСall и, технологически, даже совместима с ней.

Все современные автомобили, которые выходят с конвейера завода-изготовителя, обязательно должны быть оборудованы приборами для экстренной связи со службами спасения. Оборудование ЭРА ГЛОНАСС это готовый к оснащению набор, в который входит: микрофон, динамик, модем, навигационный терминал, антенна спутниковой навигации и специальный блок интерфейса с двумя кнопками.

Основная клавиша – это кнопка SOS, другая кнопка служит для активации режима самодиагностики (требуется проверять работоспособность системы в рамках проведения техосмотра).

специальные сенсоры, которыми оснащен автомобиль, срабатывают во время ДТП или удара машины о препятствие. Подача сигнала спасения возможна и при самостоятельном нажатии на клавишу SOS. Система также активируется при опрокидывании транспортного средства и т.п.;

бортовой модуль активируется и автоматически регистрируется в сотовой сети благодаря установленному SIM-чипу и совершает вызов на телефон службы 112, выставляется специальная метка вызова, что звонок является приоритетным;

диспетчер ЭРА ГЛОНАСС принимает входящий звонок и выясняет все обстоятельства случившегося у находящегося в машине человека;

в случае отсутствия возможности обратной связи, диспетчер уточняет, что сигнал не является ложным и передает вызов оперативно-спасательной службе;

оператор устанавливает местоположение объекта, сколько людей в машине, какова была скорость во время происшествия, физические перегрузки, данные об автомобиле и т.п.;

информация транслируется через сотовые вышки и попадает в центр обработки данных;

Весь процесс приема, обработки и передачи экстренной информации занимает считанные минуты, что является решающим значением.

Устройство остается активированным еще час (это указано в общем техническом требовании к устройству). В течение этого времени есть возможность повторно связаться с пострадавшими и уточнить другие детали происшествия. Через час устройство автоматически выйдет из сети и войдет в режим ожидания.

Спутниковый мониторинг транспорта и спецтехники: коммерческая польза, открытость ведения бизнеса и общая безопасность

Свою максимальную эффективность комплекс ГЛОНАСС показывает при внедрении его для нужд организаций или предприятий, чтобы существенно сэкономить свои материальные расходы. Имея небольшую рыночную стоимость устройств и оборудования, будет экономически выгодно устанавливать систему на корпоративном транспорте.
При этом стоимость этого телематического оборудования вкупе с технической поддержкой непрерывно оптимизируется, что усиливает коммерческую притягательность ГЛОНАСС мониторинга. А компании, организации и другие транспортные предприятия для своих задач могут найти максимальную выгоду прогрессивной спутниковой системы:

автоматическое определение пути следования, место дислокации, скорость передвижения ТС. При помощи терминалов, трекеров или "маячков" обеспечивается наиболее полный контроль сохранности авто, предупреждение во время отклонения от маршрутов, задержки и простои в работе, несоблюдение водителями или сотрудниками режима труда, от нецелевого использования служебного транспорта, несоблюдение скорости и многое другое;

моментальная обработка информации с одновременным сохранением дает возможность оперативно среагировать на внештатную ситуацию и получить в любой момент и любом месте онлайн доступ к развернутому анализу события, тем самым улучшая логистические процессы, а значит поднять профит предприятия;

опционально устанавливаемые датчики уровня топлива отслеживают и фиксируют количество расходуемого топлива. Бортовая аппаратура ГЛОНАСС устанавливает все места заправки автомобиля, что дает возможность прекратить все сливы горючего и топливные хищения среди шоферов, подмены его бензином или ДТ плохого качества и уменьшить до минимума издержки по корпоративному транспорту;

руководители организаций, собственники транспортных услуг и т.д. имеют прозрачную информацию о безопасности водителей и транспортировке грузов, стабильную связь с ними и другие плюсы.

за последнее десятилетие стала привычным, а во многих случаях обязательным инструментом глобальной навигации. Российский комплекс, основанный на трансляции сигнала со спутников, доступен пользователям из РФ и других государств. Сегодня это одна из двух глобально ориентированных систем, открывающих бесплатный доступ к навигационным сервисам. В чем же ее особенности отличия от второго комплекса — GPS — и практическая польза?

История развития

В 2001 году программа развития комплекса была принята на федеральном уровне, и после первой стадии модернизации наземного оборудования и увеличения количества спутников многократно возросла его точность. К 2010 году удалось развернуть систему для полного покрытия планеты.

Как работает система ГЛОНАСС

Спутники, которые используются в ГЛОНАСС:

находятся на высоте 19,4 тыс. км;
развернуты по трем орбитальным плоскостям и наклонены на 64,8 градуса — это сделано для более полного охвата полярной области, в которой находится немалая часть РФ;
передают сигнал с направленностью в 38 градусов, круговая поляризация правая.

Чем система отличается от GPS

ГЛОНАСС-мониторинг по принципу измерения практически аналогичен второму глобальному комплексу — GPS. Однако разница между ними есть. В первую очередь это положение группировок. Спутники у американской Navistar расположены по шести плоскостям, орбиты вращения у них круговые. Благодаря этому в каждой точке земного шара обеспечен прием минимум с 6 из 24 аппаратов, из-за чего говорят о большей точности GPS. Конкретный показатель зависит от многих факторов, поэтому для повышения качества измерений разумно использовать обе системы.

Орбиты спутников GPS

Орбиты спутников ГЛОНАСС

Другие отличия ГЛОНАСС:

отсутствие у спутников резонанса — нет синхронности, поэтому стабильность аппаратов выше, корректировать их не нужно в течение всего срока эксплуатации (но он ниже, чем у американской системы);
большая, по сравнению с GPS, дешевизна оборудования для поддержки работы системы, что обеспечивает финансовую выгодность для коммерческих пользователей;
лучшая защита от сбоев благодаря функционированию на других частотах и разделению сигнала — это снижает опасность его потери и ухудшения из-за естественных, архитектурных и технических препятствий;
учет потребностей российских пользователей, актуального законодательства РФ и так далее.

Где используется ГЛОНАСС-мониторинг

Отслеживание местоположения стационарных и перемещающихся объектов — основная практическая функция системы. Ее можно применять для определения местоположения пользователей, находящихся в местах, где не работают мобильные телефоны. Расходы на эксплуатацию устройств, поддерживающих ГЛОНАСС, минимальны — она бесплатна.

Мониторинг — контроль положения и перемещения движущихся объектов — используют в государственном, оборонном секторе, а также в бизнес-целях, для оптимизации работы транспорта предприятий, компаний, служб логистики и грузоперевозок. Устройства для связи с ГЛОНАСС устанавливают на частные и коммерческие автомобили. Во втором случае предприятие-владелец автопарка получает доступ к гибкому и современному инструменту оптимизации транспортных расходов.

Основные функции мониторинговой бизнес-системы:

сквозное слежение за транспортом, движущимся по коммерческим маршрутам — определение местоположения, отклонений от заданного пути, простоев;

организация непрерывного диспетчерского контроля за работой автопарка;

защита транспорта от угона, повышение безопасности перевозки пассажиров и грузов и так далее.

ЭРА-ГЛОНАСС: обязательный комплекс экстренного реагирования

Система, схожая с европейским аналогом eСall и технически совместимая с ней, была введена в эксплуатацию в 2015 году. Она повышает безопасность пассажирских и грузоперевозок, и с 2017 года обязательна к применению по условиям техрегламента ТС. Транспорт, выпускающийся в обращение, должен оснащаться устройствами для связи со службами экстренного реагирования — смартфонами с картой, модемом, навигационным блоком и SOS-кнопкой. Сведения о них необходимо вносить в паспорт ТС. Документ-одобрение выдается на трехлетний срок, изготовители и импортеры должны получать на новые модели сертификаты соответствия.

Система работает по следующему принципу:

датчики, установленные в транспорте, срабатывают при ударах, нажатии на тревожную кнопку, опрокидывание кузова;
автотерминал определяет координаты местонахождения ТС, количество людей, скорость перед аварией, перегрузки, данные о машине;
информация передается по сотовой сети в центр обработки;
операторы связываются с людьми в ТС или, если это невозможно, удостоверяются, что вызов не ложный и передает вызов спасательной службе.

Транспортный мониторинг: безопасность, экономическая выгода и простота контроля

Наиболее наглядно преимущества системы ГЛОНАСС реализуются при ее применении для нужд бизнеса. Благодаря более доступной, чем у GPS, стоимости, комплексы выгодно размещать на коммерческом транспорте. Цена оборудования и поддержки постоянно оптимизируется, что повышает финансовую привлекательность ГЛОНАСС-мониторинга . При этом предприятия, транспортные и логистические компании могут оценить все преимущества прогрессивного спутникового слежения:

автоматическое определение маршрута, местоположения, скорости ТС с помощью трекеров-маяков обеспечивает полный контроль сохранности автотранспорта, позволяет предупредить отклонения от пути, простои и опоздания, нарушения водителями трудовой дисциплины и скоростного режима;
скоростная обработка, сохранение данных позволяют моментально отреагировать на внештатную ситуацию и получить доступ к развернутому анализу информации, чтобы улучшить логистику и, в конечном итоге, повысить прибыльность компании;
дополнительно устанавливаемые топливные датчики позволяют отследить количество горючего, его расход, ГЛОНАСС-комплекс определяет места заправки ТС, что минимизирует риски слива топлива, замены его менее качественным и уменьшает транспортные издержки предприятий;
владельцы компании, руководство транспортной службы получают информацию о безопасности грузов и сотрудников, надежную и постоянную связь с водителями и множество других преимуществ.

Системы GPS слежения

Сейчас спутниковый мониторинг в основном осуществляют две мировые системы позиционирования ‒ американская GPS и российская ГЛОНАСС. Они похожи по характеристикам и работают по одному принципу. Разница между ГЛОНАСС и GPS – в стране разработки и особенностях расположения спутников.

Спутниковые системы мониторинга

ГЛОНАСС вернулась в строй в 2000-х и начала развиваться. Министерство обороны США запустило проект GPS в 1993 году, он быстро приобрел планетарный масштаб.

Спутниковые системы

Сферы применения

Системы слежения посредством спутника были военной разработкой. Предполагалось использовать их для точного наведения вооружения на цель. Однако более широкое применение GPS и ГЛОНАСС получили среди гражданского населения. Купить навигационное оборудование может любой человек.

Навигационные технологии применяются в GPS-детекторах и трекерах для измерения текущей скорости автомобиля и предотвращения нарушений, которые могут зафиксировать полицейские радары и камеры ГИБДД. Мониторинг остается востребованным в горнодобывающей отрасли, при строительстве транспортных путей. Его используют службы, занимающиеся безопасностью граждан, и спасатели.

Функции

Обе системы осуществляют мониторинг, включающий вычисление координат и направления движения. Эти параметры позволяют узнать скорость автомобиля или расход топлива.

Благодаря географическому позиционированию можно ориентироваться в незнакомом населенном пункте или стране. Логистические компании следят за перемещением грузов или соблюдением работниками режима труда и отдыха.

Дополнительными функциями спутниковых систем считают:

Контроль. Организации используют системы наблюдения для отчетности по пробегу или расходу топлива, количеству остановок, посещению определенных районов, превышению скорости. Можно дистанционно отключить двигатель автомобиля, если он удалился от рабочей зоны.
Безопасность. ГЛОНАСС/GPS-приемники в автомобиле непросто обнаружить, чтобы быстро отключить. Их сигнал позволит найти машину, которая была угнана.

Сейчас системы навигации применяют даже для наблюдения за детьми или пожилыми людьми.

Принцип работы

Функционирование приемника, подключенного к ГЛОНАСС/GPS, заключается в отслеживании пространственных координат объекта, соотнесении их с показателем времени и анализе полученных данных. Навигационный модуль получает сигнал от спутников и вычисляет расстояние до них. Для максимальной точности достаточно 4 единиц. На основе сравнения расстояний определяются координаты объекта, отображаемые на карте.

Схема работы системы мониторинга

Отличия GPS и ГЛОНАСС

Водители при выборе навигационного оборудования задумываются о том, какая из спутниковых сетей точнее – GPS или ГЛОНАСС. Для обычного пользователя их отличие почти незаметно.

Количество космических аппаратов

Для покрытия земной поверхности необходимо 24 спутника. Сейчас космическая сеть GPS состоит из 32 единиц, но постоянно работают 26, 6 остаются в резерве.

НА ЗАМЕТКУ. В будущем число спутников GPS должно увеличиться до 48. ГЛОНАСС считает расширение нецелесообразным.

В ведении ГЛОНАСС 27 спутников, но 3 имеют статус резервных. Для слежения за всей территорией России достаточно 18 единиц.

Орбиты спутников GPS и GLONASS

Расположение спутников

Расположение спутников – основное отличие GPS от ГЛОНАСС. Стандартная высота у GPS ‒ 20180 км. Спутники сгруппированы по 4–6 единиц и размещены в 6 плоскостях. Наклон орбиты – около 55º.

Спутники вращаются синхронно относительно Земли, поэтому сигнал необходимо корректировать. Наземные станции передают информацию с поверхности и помогают точно определить координаты. У американской сети одна центральная станция и 10 корректирующих пунктов.

Космическая сеть ГЛОНАСС находится на высоте 19400 км, спутники расположены в 3 плоскостях по 8 единиц с наклоном 64,8º. Движение асинхронно вращению Земли способствует стабилизации орбиты, за счет чего оборудование хорошо управляется с поверхности. Коррекционных станций – 14, они размещены в России и Бразилии, есть база в Антарктиде.

Частота и доступность сигнала

Частота ГЛОНАСС практически такая же, как у GPS. В таблице рассмотрены 2 типа сигналов данных навигационных систем, в чем разница между ними – понять несложно.

Тип навигационного сигнала	ГЛОНАСС, ГГц	GPS, Ггц
Стандартной точности, диапазон L1	1,6	1,58
Высокой точности, диапазон L1 и L2	1,2	1,23

ВНИМАНИЕ. Разница диапазонов незначительна, но космические сети используют разные методы кодирования сигнала.

GPS опирается на кодировку CDMA, при которой радиоканалы характеризуются разной последовательностью, но общей полосой частот. Это дает менее защищенный, но стабильный и экономичный сигнал. ГЛОНАСС отличает принцип FDMA, позволяющий усиливать защиту за счет увеличения энергоемкости.

Точность позиционирования

Погрешность ГЛОНАСС при определении координат составляет 3–6 м. Однако разработчики утверждают, что модернизация системы в ближайшее время позволит снизить ее до 10 см.

GPS отличается точным позиционированием. Изначально погрешность составляла 2–4 м, но с появлением корректирующих станций на территории других государств показатель улучшили до 1–2 м. При дальнейшей модернизации планируется определять координаты с точностью 0,5–0,6 м.

Преимущества GPS и ГЛОНАСС

Рассматривая особенности ГЛОНАСС или GPS, решить, что лучше, непросто. Каждая из них имеет положительные и отрицательные черты.

ГЛОНАСС

Плюсами GPS считают:

меньше погрешность определения координат;
стабильный сигнал без крупных затрат энергии;
система первой разработана и приведена в полную готовность;
надежность работы обеспечивается большим количеством спутников.

асинхронное вращение относительно Земли облегчает управление спутниковой сетью и не требует частых корректив;
надежно работает в северных широтах, обеспечивая хороший сигнал за счет большего наклона орбиты.

Согласно отзывам, россияне считают преимуществом ГЛОНАСС ее независимость от действий правительства Америки.

Система спутниковой навигации GPS

Недостатки GPS и ГЛОНАСС

из-за заморозки проекта развивалась медленнее американской космической сети и отставала;
доступна не во всех точках мира:
спутникам чаще нужен ремонт, недостаточное количество единиц на орбите ведет к снижению точности позиционирования в некоторых районах;
спутниковый мониторинг дорогой из-за высокой цены на адаптированные к работе устройства.

НА ЗАМЕТКУ. Модули ГЛОНАСС проектировались для навигационной аппаратуры, поэтому в некоторых телефонах используется исключительно поддержка GPS.

синхронное вращение относительно орбиты Земли требует внесения поправок от корректирующих станций;
уровень сигнала падает в северных областях из-за угла наклона;
на качество сигнала влияют погодные условия и процессы в атмосфере.

Выбор в пользу двухсистемности

Одновременное использование взаимозаменяемых сетей GPS и ГЛОНАСС позволит добиться следующих результатов:

Стабильность. Так как обе спутниковые сети используют разные диапазоны радиосигналов и кодированные доступы, то помехи на одном из каналов не снизят качества позиционирования.
Точность. В северных широтах лучше определить координаты позволит ГЛОНАСС, на остальной территории преимущество за GPS.
Надежность. Управление GPS находится в ведении Министерства обороны США, поэтому военные могут отключить доступ для гражданских лиц при необходимости. Глушилка сигнала уже использовалась во время учений. Этим отличается ГЛОНАСС от GPS, так как при необходимости станет резервным вариантом.

Таким образом, выбирать между двумя системами нецелесообразно. Предпочтительнее будет навигатор, работающий с GPS и ГЛОНАСС одновременно. Тогда приемник получит доступ сразу к 15–20 спутникам, что обеспечит стабильный уровень сигнала и минимальную погрешность в определении координат.

В этой статье мы расскажем про глобальные системы позиционирования, разработанные в США, России, ЕС и Китае; объясним, как поддержка технологий глобальной спутниковой навигации реализована в электронных устройствах, а также опишем ключевые и дополнительные функции современных навигационных приемников.

Система GPS (Global Positioning System) создавалась для применения в военных целях. Она начала работать в конце 80-х — начале 90-х годов, однако до 2000 года искусственные ограничения на определение местоположения существенно сдерживали ее возможности использования в гражданских целях.

Определение точного местоположения
Навигация, движение по маршруту с привязкой к карте на основании реального местоположения
Синхронизация времени

Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — это число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).

ГЛОНАСС

Российский аналог GPS — ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) — была развёрнута в 1995 году, но в связи с недостаточным финансированием и малым сроком службы спутников она не получила широкого распространения. Вторым рождением системы можно считать 2001 год, когда была принята целевая программа ее развития, благодаря которой ГЛОНАСС возобновил полноценную работу в 2010 году.

Сегодня на орбите работают 24 спутника ГЛОНАСС, они охватывают навигационным сигналом весь земной шар.
Новейшие потребительские устройства используют GPS и ГЛОНАСС как взаимодополняющие системы, подключаясь к ближайшим найденным спутникам, это значительно увеличивает скорость и точность их работы.

Пример: aвтомобильное GPS/ГЛОНАСС-навигационно-связное устройство на базе ОС Android, разработанное командой Promwad по заказу российского конструкторского бюро. Реализована поддержка GSM/GPRS/3G. Устройство автоматически обновляет информацию о дорожной обстановке в режиме реального времени и предлагает водителю оптимальный маршрут с учётом загруженности дорог.

Сейчас на стадии разработки находятся еще две спутниковые системы: европейская Galileo и китайская Compass.

Galileo

Галилео — совместный проект Европейского союза и Европейского космического агентства, анонсированный в 2002 году. Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников. Но этот план не был реализован. Сейчас предположительной датой начала эксплуатации Galileo считается 2014 год. Однако ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.

Compass

Это следующая ступень развития китайской региональной навигационной системы Beidou, которая была введена в эксплуатацию после запуска 10 спутников в конце 2011 года. Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.

Сравнение орбит спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass (средняя околоземная орбита — MEO) с орбитами Международной космической станции (МКС), телескопа Хаббл и серии спутников Иридиум (Iridium) на низкой орбите, а также геостационарной орбиты и номинального размера Земли.

Поддержка ГНСС

Smart Antenna — модуль, состоящий из керамической антенны и навигационного приемника. Преимущества: компактность, не требует согласования, удешевляет разработку за счет сокращения сроков.
MCM (Multi Chip Module) — чип, включающий все компоненты навигационного приемника.
OEM — экранированная плата, включающая ВЧ интерфейсный процессор и процессор частот основной полосы (RF-frontend + baseband), SAW-фильтры и обвязку. Это наиболее популярное решение на данный момент.

Ключевые параметры навигационных приемников

Сигналы от спутников
Альманах — информация о приблизительных параметрах орбит всех спутников, а также данные для калибровки часов и характеристики ионосферы
Эфемериды — точные параметров орбит и часов каждого спутника

Производители приемников используют различные методы уменьшения TTFF, включая скачивание и сохранения альманаха и эфемерид по беспроводным сетям передачи данных (т.н. метод Assisted GPS или A-GPS), это быстрее чем извлечение этих данных из сигналов ГНСС.

Холодный старт описывает ситуацию, когда приемнику нужно получение всей информации для определения места. Это может занять до 12 минут.

Теплый старт описывает ситуацию, когда у приемника есть почти вся необходимая информация в памяти, и он определит место в течении минуты.

Одним из ключевых параметров навигационных модулей в мобильных устройствах является энергопотребление. В зависимости от режима работы модуль потребляет различное количество энергии. Фаза поиска спутников (TTFF) характеризуется большим, а слежение меньшим энергопотреблением. Также производители реализуют различные схемы уменьшения энергопотребления, например, путем периодического перевода модуля в режим сна.

Как правило, все модули выдают данные по текстовому протоколу NMEA-0183, но кроме указанного текстового протокола каждый производитель имеет свой собственный двоичный протокол (Binary), который позволяет изменять конфигурацию модуля под конкретное использование либо получать доступ к дополнительному функционалу, а также доступ к сырым измерениям. Двоичный протокол удобен для использования на микроконтроллерах, т.к. при этом нет необходимости выполнять преобразование из текста в двоичные данные, тем самым экономя программную память путем исключения библиотеки работы со строками и времени на преобразование.

Стандарт NMEA-2000 — это развитие протокола NMEA-0183. В качестве физического уровня в NMEA-2000 используется CAN-шина, которая была выбрана в виду большей защищенности по сравнению с RS-232. С точки зрения протокола передачи данныхNMEA-2000 существенно отличается от своего предшественника, т.к. использует двоичный протокол, базирующийся на стандарте SAE J1939.

Частота обновления данных о местоположении и скорости всех модулей составляет 1 Гц, но при необходимости ее можно поднять до 5 или 10 Гц.

В зависимости от области применения модуль можно сконфигурировать под определенные динамические характеристики, которые он должен отслеживать (например, максимальное ускорение объекта). Это позволяет использовать оптимальный алгоритм и улучшать качество измерений.

Для выполнения навигационной задачи модуль должен одновременно принимать сигналы от нескольких спутников, т.е. иметь несколько приемных каналов. На сегодняшний день это число лежит в диапазоне от 12 до 88.

Точность определения местоположения по GPS составляет в среднем 15 м, она обусловлена используемым неточным сигналом, влиянием атмосферы на распространение радиосигнала, качеством кварцевых генераторов в приемниках и пр. Но с помощью корректирующих методов возможно улучшить точность определения местоположения. Эта технология называется Differential GPS. Существует два метода коррекции: наземный и спутниковый DGPS.

В наземных методах коррекции наземные станции дифференциальных поправок постоянно сверяют свое заведомо известное местоположение и сигналы от навигационных спутников. На базе этой информации вычисляются корректирующие величины, которые могут быть переданы с помощью УКВ- или ДВ-передатчика на мобильные DGPS-приемники в формате RTCM. На основании полученной информации потребитель может корректировать процесс определения собственного местоположения. Точность этого метода составляет 1—3 метра и зависит от расстояния до передатчика корректирующей информации и качества сигнала.

Спутниковые методы, такие как система WAAS (Wide Area Augmentation System), доступная в Северной Америке, и система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), доступная в Европе, шлют корректирующие данные с геостационарных спутников, таким образом достигается большая область приема, чем при наземных методах.

Спутниковые системы дифференциальной коррекции (SBAS — Space Based Augmentation Systems) позволяют улучшить точность, надежность и доступность навигационной системы за счет интеграции внешних данных в процессе расчета

Демонстрация принципа работы системы WAAS (Wide Area Augmentation System) на территории США

Одним из основных параметров, влияющих на точность определения местоположения и стабильность приема является чувствительность. Она, как правило, определяется качеством малошумящего усилителя на входе приемника и сложностью реализованных алгоритмов цифровой обработки. Типовые значения современных приемников лежат в диапазоне 143 дБм для поиска и 160 дБм для слежения.

Кроме определения местоположения ГНСС предоставляют информацию о точном времени. Как правило, все приемники имеют выход PPS (pulse per second, импульсов в секунду) — секундная метка (1 Гц), которая точно синхронизирована с временной шкалой UTC.

Дополнительные функции навигационных устройств

Счисление пути. На основе информации о направлении движения и пройденном пути (предоставляется дополнительными датчиками) приемник может рассчитывать свои координаты при отсутствии сигналов от спутников (например, в туннелях, на подземных стоянках и в плотной городской застройке).

Некоторые модули имеют возможность напрямую подключать флэш-память (например, по SPI) к модулю для записи трека c необходимой периодичностью. Эта функция позволяет отказаться от использования отдельного микроконтроллера, либо она может быть полезной для минимизации энергопотребления (т.е. система на кристалле может находиться в состоянии сна).

На этом поверхностный обзор технологий глобальной спутниковой навигации завершен. Спасибо за внимание. Примеры реализованных проектов на базе этих ГЛОНАСС и GPS можно посмотреть на странице разработок компании Promwad.

Читайте также: