Дополнительные возможности устройств. Gps навигация. Основы, принцип работы, обзор карт.

Введение

Спутниковая навигационная система GPS была изначально разработана США для использования в военных целях. Другое известное название системы – «NAVSTAR». Ставшее уже нарицательным название «GPS» является сокращением от Global Positioning System, которое переводится, как Глобальная Навигационная Система. Это название полностью характеризуется предназначение системы – обеспечение навигации на всей территории Земного шара. Не только на суше, но и на море и в воздухе. Используя навигационные сигналы системы GPS, любой пользователь может определить свое текущее местоположение с высокой точностью.

Такая точность, во многом, стала возможной благодаря шагам Американского правительства, которое в 2000 году сделало систему GPS доступной и открытой для гражданских пользователей. Сейчас точность определенияповысилась до 3-10 метров (но следует помнить, что точность определения местоположения напрямую зависит от программного обеспечения, то есть карт).

Растущая зависимость европейской экономики от системы GPS, и, как следствие, от администрации США, вынудила Европу начать разработку собственной навигационной системы – Galilleo. Новая система во многом похожа на систему GPS. В России действует своя система спутниковой Навигации – «Глонасс», но говорить о каких-либо значительных успехах или тем более о конкуренции с Navstar пока не приходится.

Принцип действия gps

Принцип действия спутниковой GPS навигации основан на определении расстояния от текущего положения до группы спутников.

Соответственно, зная время, за которое сигнал дошел от спутника до GPS приемника и, умножив ее на скорость света, можно определить расстояние.

Стоит отметить, что для точного вычисления расстояния часы GPS приемника и GPS спутника должны быть синхронизированы с высокой точностью. Потому что отличие даже в несколько микросекунд приводят к ошибке в несколько десятков километров, а это в свою очередь вносит погрешность в вычисление позиции.

Но если на GPS спутниках установлены атомные часы, имеющие очень высокую точность и стоимость которых составляет несколько сотен тысяч долларов, то в обычных GPS навигаторах использование таких дорогих источников частоты просто невозможно. В GPS навигаторах используются недорогие кварцевые генераторы, которые имеют существенно меньшую точность. Поэтому для вычисления «уходов» кварца при решении навигационной задачи используются измерения 4-го спутника. Данные которого являются контрольными для более верного определения себя на местности. На схеме точное время обозначено индексом «А».

Источники ошибок

В действительности, на практике все выглядит несколько сложнее, чем в теории. Это объясняется влиянием на GPS измерения различного рода ошибок. Можно выделить три категории ошибок:

• Ошибки системы

• Ошибки связанны с распространением навигационного сигнала

• Ошибки приемной аппаратуры.

Ошибки системы связаны точностью атомных часов спутников и соответствием реальной траектории спутников заданной орбите. Несмотря на то, что в каждом GPS спутнике используются высокоточные атомные часы, они тоже могут содержать ошибки и отклоняться от истинного значения системного эталона времени. Отклонение в 30 нс ведет к ошибке определения расстояния в 10 метров. Поэтому, все отклонения бортовых часов отслеживаются и их значения передаются в составе навигационных сообщений и учитываются GPS приемником в вычислениях позиции.

Листва деревьев, особенно после дождя, существенно ослабляет уровень принимаемого GPS приемником навигационного сигнала

Чаще погрешности определения на местности связаны с отражением навигационного сигнала от близкорасположенных объектов – зданий, металлических конструкций, деревьев и т.п.

Для того, чтобы устройство поймало сигналы со спутников, его необходимо расположить под открытым небом. Стоит ли говорить, что на подземных станциях метро, в тоннелях, подвальных помещениях GPS работать не будет.