Основы gps-навигации

GPS - Global Positioning System - Система глобального позиционирования - это система, позволяющая с большой точностью определить местоположение (широта, долгота), а также высоту над уровнем моря и время с точностью до одной наносекунды.

В настоящее время, на орбите находится уже 32 спутника, из которых 31 функционирует в рабочем режиме, передавая навигационный сигнал на Землю.

Т.е. спутники только передают радиосигналы, а GPS-приемник их только принимает и ничего на спутник НЕ передает. Спутникам совершенно не важно, сколько приемников принимают их сигнал, они просто его транслируют. Именно поэтому использование GPS полностью бесплатно (мы же не платим за то, что слушаем, например радио «Максимум»).

Принцип действия спутниковой GPS навигации основан на определении расстояния от текущего положения до группы спутников. Точное местоположение GPS спутников известно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей.

Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = t * c, где t –время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с – постоянная величина, равная скорости света. Соответственно, зная время, за которое сигнал дошел от спутника до GPS приемника и, умножив ее на скорость света, можно определить расстояние.

В случае, когда спутники расположены «вокруг» GPS приемника, область пересечений окружностей и соответственно величина неопределенностей уменьшаются.

Теоретически, для определения координат достаточно данных с трех спутников. Но из-за различных ошибок при определении координат нужны данные с четвертого спутника.

Для того, чтобы GPS-приемник нашел спутники и определил координаты нужно находится либо на улице, либо у окна, иначе радиосигнал от спутника не дойдет до GPS-приемника.

При GPS навигации возможны ошибки, которые могут возникать из-за:

• Ошибки системы – ошибки синхронизации время

• Ошибки связанны с распространением навигационного сигнала – из-за ионосферных и тропосферных задержек и различных внешних помех в условиях города

• Ошибки приемной аппаратуры.

При первом включении GPS-приемник может довольно долго искать спутники и обрабатывать их данные (иногда до 30-40 минут). Это называется «холодный старт». Так же «холодный старт» будет, если не использовать GPS-приемник долгое время (месяц и больше). Если не использовать GPS-приемник больше 6 часов, то при включении он найдет спутники намного быстрее, т.к. знает их примерные координаты. Это называется «теплый старт» и время определения координат занимает не больше минуты. Ну а если со времени последнего включения устройства прошло не больше 4 часов, то определение координат занимает несколько секунд и это называется «горячий старт».

Точность определения координат в среднем составляет около 10 метров.

Но просто так GPS-приемник нам показывает только наши координаты - градусы северной широты и восточной долготы, - которые нормальному человеку малоинтересны. Пользователю необходимо определение своего месторасположения прямо на карте города и прокладка маршрута по нужному адресу. Для прокладки маршрута в устройстве с GPS-приемником должна быть карта (города, области и т.д.) и программа для работы с ней. Существует несколько программ, которые отличаются между собой в основном интерфейсом и количеством карт (городов), которые можно загрузить.

Все платные навигационные программы поддерживают:

- Маршрутизацию – возможность прокладки маршрута от точки А до точки Б, например проложить оптимальный маршрут в зависимости от времени или по самому короткому маршруту от моего дома до работы или до дачи, при этом есть возможность ведения по маршруту вовремя сообщая о поворотах, как голосом, так информацией на экране устройства.

- Отображение карт в 2D/3D режимах

- Ночной режим – возможность инверсии фона в ночное время, чтобы у нас на темном фоне у нас отображалась карта, что в принципе в темное время суток лучше воспринимается человеческим глазом.

- POI – точки интереса на карте, т.е. готовые адреса аэропортов, вокзалов, магазинов, театров, музеев и других интересных мест в городе. Необходимы для того, чтобы не усложнять себе поиском места по адресу, не вводить адрес, а просто выбрать точку интереса и она будет показана на карте или проложить до нее маршрут. Также возможен поиск ближайших POI к текущему месту положения. Есть возможность добавлять свои точки интереса.

- Запись треков и путевых точек – есть возможность запомнить какой-то маршрут, который мы проложили на будущее. И если нам потребуется опять ехать таким же маршрутом нам не нужно создавать маршрут заново, а просто выбрать уже сохраненный трек.

- Отображение скорости перемещения и времени в пути.