4582

31

Когда GPS приемник получает серию измерений, которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приемнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведет все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание.

ры.

Министерство Обороны США осуществляет непрерывное слежение за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы с собственным уникальным идентификационным кодом. Министерство Обороны США имеет 4 станции слежения за спутниками, три станции связи и центр осуществляющий кон-

32

троль и управление за всем наземным сегментом системы. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. В центре управления вычисляются уточненные координаты спутниковых орбит и коэффициенты поправок спутниковых шкал времени, после чего эти данные передаются по каналам станций связи на спутники по крайней мере один раз в сутки.

Коррекция ошибок

Некоторые источники ошибок возникающих при работе GPS являются трудноустранимыми. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако в реальности все гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130290 км) и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерения дальности. В современных GPS приемниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек.

Иногда возникают ошибки в ходе атомных часов и орбитах спутников, но они обычно незначительны и тщательно отслеживаются со станций слежения.

Многолучевая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов расположенных на земной поверхности, что создает заметную интерференцию с сигналами приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок.

Недостатки системы GPS

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приема сигнала от спутников может серьезно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приему сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55 ) серьезно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

33

Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США. Во время боевых действий гражданский сектор GPS может быть отключен.

2.Изучение системы GPS

Влабораторной работе требуется изучить работу GPS приемника в виде коммуникатора Gigabyte MW700 (рис. 7) с программой Навител Навигатор 3.

Рис. 7. Внешний вид коммуникатора Gigabyte MW700

Включение и выключение коммуникатора осуществляется кнопкой в верхнем торце аппарата

34

Управление аппаратом осуществляется с помощью пера.

Спутниковая навигация GPS осуществляется GPS-чипом SiRF Star III. Время холодного старта приемника в Gigabyte MW700 составляет 2 минуты. При движении время холодного страта увеличивается в несколько раз. На прием сигнала уходит, как правило, от 10 до 25 секунд на улице. Точность приема 1-2 метра.

В качестве навигационного ПО используется программа Навител Нави-

гатор 3 (NaviTel).

Навител Навигатор – уникальная и точ-

ная система навигации, которая отображает текущее местоположение пользователя на карте и способен голосом подсказывать водителю (пешеходу), когда и куда необходимо повернуть на автоматически проложенном маршруте, предсказать время прибытия в точку назначения, сообщить актуальную скорость движения, а так же поддерживает многие другие навигационные функции.

Основные возможности «Навител Навигатор»:

1. «Навител. Пробки» бесплатный сер-

вис по всей России. Все пользователи системы Навител Навигатор являются активными участниками определения дорожных заторов

и свободных дорог. При включенном сервисе Пробки, данные о скорости передвижения автомобиля собираются и передаются в аналитический центр, где эти сведения обрабатываются и предоставляются пользователям программы в виде обозначенных на карте «пробок».

2.Поиск – «найдется ВСЕ». Поиск по картам осуществляется по принципу «найдется ВСЕ», с учетом Российской специфики адресации (корпуса, строения, владения, двойная адресация и т.д.). Зная точный адрес, пользователи Навител Навигатор легко найдут его на карте города, а предсказательная система поиска позволит еще быстрее и удобнее набирать название улиц и городов на телефонной клавиатуре.

3.Маршруты. Одной из главных функций навигационной системы является построение маршрутов для движения по городу и вне города. В программе Навител Навигатор реализован гибкий алгоритм построения маршрутов, позволяющий пользователю строить маршруты с учетом собственных предпочтений.

4.«SPEEDCAM». Известно, что на наиболее опасных участках дорог России все чаще устанавливаются системы контроля скорости (SPEEDCAM). Для того, чтобы вовремя предупредить водителя о приближении к опасному участку, разработана система заблаговременных оповещений. Благодаря этой

36

Для загрузки программы Навител следует нажать правую нижнюю кноп-

ку коммуникатора. После загрузки отображается окно программы с картой.

Сверху на экране находятся значки выбора режима отображения карты (2D, 3D, ночной или дневной режимы), включение и отключение громкости, уровень заряда батареи, активность сервиса «Навител Пробки» и иконка для отправления сообщения с вашими текущими координатами выбранному адресату. В правом углу – значение скорости. Блок слева снизу позволяет менять угол наклона карты (если вы находитесь в режиме 3D), а также начать поиск требуемого адреса. Блок справа снизу – функция масштабирования карты и переход в меню настроек. По умолчанию в дневном режиме основные дороги отображаются бледно-желтым цветом, второстепенные – белым, а дворовые проезды – серым. Фон светло-серый, а здания темно-серые. Лесопарки отмечены бледно-зелеными участками.

При нажатии на иконку в нижнем правом углу открывается Главное меню (рис. 9). Подменю Страницы состоит из пунктов: карта, маршрут, датчики, спутники. Меню Датчики (рис. 10) содержит:

1.Значение текущей скорости движения;

2.Величина пройденного пути;

3.Среднюю скорость движения;

4.Время движения;

5.Максимальную скорость перемещения;

6.Одометр – прибор для измерения количества оборотов колеса;

7.HDOP – параметр снижения точности в горизонтальной плоскости.

8.Высота над уровнем моря;

9.Текущее время;

10.Состояние аккумулятора коммуникатора.

Рис. 9. Главное меню Навител Навигатор

38

Ведение по маршруту задается различными способами подменю Найти

().

При первом поиске адреса вначале нужно задать требуемый город, нажав пером на иконку

внизу экрана, а уже затем начинается поиск ули-

При желании ввод улицы можно оставить на середи-

не и, открыв список, вручную найти требуемую улицу среди предложенных в списке вариантов. Ввод названий и адресов производится с помощью фирменной клавиатуры навигационной программы. После прокладки маршрута весь путь отмечается маркером на карте, а слева сверху на экране появляется дополнительный блок данных: иконка ближайшего маневра (порот, разворот и т.д.), оставшееся до точки назначения расстояние и текущее время. В верхней части экран также отображается улица, по которой вы движетесь в данный момент, а в нижней – направление движения.

Для сброса ведения маршрута следует нажать на иконку ближайшего ма-

невра и выбрать Выключить ведение.

Подменю Путевые точки предназначено для прокладки маршрута между точками на карте отмеченными пользователем. Для задания путевой точки сле-

дует нажать пером на карте и на значке внизу экрана. В подменю Путевая точка задается название точки и отображаются ее широта и долгота. Отметив

вторую точку и нажав на значек получим проложенный маршрут. Индивидуальное задание выполняется группой студентов и включает в

себя следующие действия:

1.Подготовка GPS-приемника к работе: включение коммуникатора Gigabyte MW700 и загрузка навигационного ПО Навител Навигатор 3.

2.Сброс всех датчиков Навител Навигатор 3 (подменю Датчики).

3.Выход на начальную точку пути (ул. Морозова, дом 4).

4.Определение времени холодного старта GPS-приемника – требуется замерить время до установления связи со спутниками.

39

5.Запись количества используемых спутников, широты/долготы начальной точки, схема расположения видимых спутников (подменю Спутники).

6.Отметка первой путевой точки на карте (начальная точка).

7.Добавление второй точки по заданию преподавателя (N51.72441 , E39.22626 ) и создание проложенного маршрута.

8.Рисование схемы местности и проложенного пути.

9.Следование ко второй путевой точке согласно проложенного пути.

10.На месте второй путевой точки записывание данных всех датчиков На-

вител Навигатор 3 (подменю Датчики), а так же количества используемых спутников, широты/долготы второй точки, схема расположения видимых спутников (подменю Спутники).

11.Рисование схемы местности вокруг второй путевой точки.

12.Задание третьей путевой точки по адресу (N51.72339 , E39.22092 ), предложенным преподавателем и создание проложенного маршрута.

13.Повторение пунктов 8-10 для третьей путевой точки.

4.Задание по работе

4.1.Изучить теоретические сведения принципов работы системы глобального позиционирования GPS.

4.2.Ознакомиться с управлением коммуникатора Gigabyte MW700.

4.3.Изучить работу навигационного ПО Навител Навигатор 3 (NaviTel).

4.4.Выполнить ведение по маршруту по заданию преподавателя.

5.Содержание отчета

5.1.Теоретические сведения вычисления координаты для места на поверхности.

5.2.Сведения о передаваемых данных со спутника GPS.

5.3.Краткие сведения о недостатках GPS.

5.4.Время холодного старта GPS-приемника. Карты местности, данные датчиков, координаты путевых точек.

5.5.Фотографии местности путевых точек.

6.Контрольные вопросы

6.1.Состав системы GPS?

6.2.Определение местоположения приемника по данным со спутников

GPS.

6.3.Использование данных четвертого спутника.

6.4.Недостатки системы GPS.

6.5.Функциональные возможности Навител Навигатор 3.

40

Библиографический список

Основная литература

1.Санников, В.Г. Основы теории систем инфокоммуникаций [Электронный ресурс] : учеб. пособие / В.Г. Санников. - М. : Гор. Линия-Телеком, 2017. - 176 с. // ЭБС «Знаниум». – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/973997. – Загл. с экрана.

Дополнительная литература

2.Нефёдов, С.В. Преобразование измерительных сигналов [Электронный ресурс] : учебник / С.В. Нефёдов, А.П. Тарасенко, В.М. Чернова. – М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. – 224 с. // ЭБС «Знаниум». – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/553607. – Загл. с экрана.

3.Грибанов А. А. Системы телемеханики [Электронный ресурс] : метод. указания к лаб. работам для студентов по направлению подгот. 15.03.04 - Автома-

тизация технологических процессов и производств / А. А. Грибанов;

ВГЛТУ. - Воронеж, 2018. – 40 с. – ЭБС ВГЛТУ.

4.Грибанов, А. А. Системы телемеханики [Электронный ресурс] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. - Воронеж, 2016. – 7 с. – ЭБС ВГЛТУ.

Грибанов Андрей Анатольевич

Системы телемеханики

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»