Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение. Что такое gps в планшете и что он может

Система глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) изначально была запланирована для пользования вооруженными силами США. В дальнейшем стала первой системой спутниковой навигации, применяемой для гражданских целей, и используется в настоящее время для навигации по всему миру.

Принцип работы GPS базируется на использовании группировки из 30 спутников, которая кроме 27 действующих включает еще на случай поломки одного из основных 3 запасных спутника. Рабочая орбита спутников равна примерно 19 000 км, за сутки каждый спутник делает два оборота вокруг Земли. Комплект спутников сконфигурирован таким образом, что обеспечивает круглосуточный прием сигнала из любой точки Земли, как минимум, четырьмя спутниками, то есть тем минимумом, который требуется для определения точного местоположения. GPS-приемник рассчитывает свое местоположение по отношению к видимым спутникам. Чем больше будет количество доступных спутников в зоне и чем сильнее будет уровень сигнала от них, тем точнее будут результаты определения координат.

GPS-приемник по задержке передачи сигнала определяет расстояние до каждого спутника. Далее, имея пространственные координаты 3 точек и 3 расстояния до искомой точки, легко находится место нахождения приемника на плоскости. Поскольку система работает в пространстве, а не на плоскости, требуется наличие четвертого спутника, который позволяет однозначно определить координаты точки в трехмерном пространстве. По сравнению с решением теоретической геометрической задачи, практическое определение отличается наличием погрешностей определения расстояния до спутников, что приводит к тому, что результатом определения может стать не точка, а область определенного радиуса. Однако, увеличение количества видимых спутников приведет к уменьшению этого радиуса и, следовательно, точность определения местоположения возрастет. На практике, система GPS в гражданском исполнении обеспечивает точность с радиусом 30 метров, а военные приемники – до 3 метров. Количество видимых спутников зависит от конкретной модели приемника. Кроме того, для качественной работы системы GPS необходима взаимная точная синхронизация спутника и GPS-приемника, чтобы точно рассчитать задержку от заранее определенного времени посылки сигнала со спутника.

Навигация GPS в наше время нашла самое широкое применение. В частности, в навигаторах, где она объединена и привязана к электронным картам. Такая технология позволяет не только определять координаты местонахождения абонента, но и планировать маршрут передвижения в соответствии со способом перемещения и другими исходными требованиями. Многие модели мобильных телефонов оснащаются GPS-навигаторами. Сочетание мобильной связи с системой глобального позиционирования GPS привело к созданию новой вспомогательной технологии – A-GPS (Assisted GPS), которая предполагает использование Интернета для улучшения качества работы базовой системы позиционирования по двум направлениям. Во-первых, GPS-приемник после включения первым делом определяет местоположение спутников. Иногда по причине слабого сигнала процедура может растянуться на несколько минут. При помощи технологии A-GPS информация о месторасположении спутников запрашивается через сеть Интернет в специальных дата центрах. Во-вторых, для вычисления местоположения от большого количества спутников при плохих условиях прохождения сигналов от спутников требуются производительные вычислительные мощности, которые присутствуют далеко не во всех терминалах. Отправка полученных предварительных значений в дата центры и получение готовых координат может существенно ускорить процесс первоначального позиционирования. Кроме этого, доступ к Интернету может использоваться для других целей. Это могут быть, например, синхронизация или получение информации об атмосферном состоянии, что может оказать заметное влияние на расчеты.

В последнее время многие страны проявляют интерес в создании систем глобального позиционирования собственного производства. Примерами могут служить Глонас в России или Галилео в Европе. Такие устремления вызваны желанием получить независимость от Американской системы, так как остается возможность отключения системы по инициативе ее собственника, что может привести к серьезным сбоям в функционировании важных систем внутри государства. В таких ответственных гражданских системах для повышения надежности и точности обычно используются спаренные двойные системы из 2-х и более систем позиционирования.

Недостатки GPS

При эксплуатации системы глобального позиционирования GPS могут возникать следующие проблемы:

• При первом определении координат время зависит от орбитальных данных и от актуальности хранящейся в приемнике истории. Другими словами, чем дольше устройство было отключено, тем больше оно должно получить информации до момента, когда определение позиции станет возможным. Например, если устройство было отключено 2 - 6 часов, то ему понадобится примерно 45 секунд. Если же устройство не работало несколько дней, либо при движении без получения информации более 300 км - до 12,5 минут.
• Существуют сильные ограничения видимости GPS спутников в городских условиях, а в туннелях или закрытых помещениях видимость вообще невозможна.
• Высокое энергопотребление GPS-приемника.

Функции A-GPS

Алгоритмы системы A-GPS требуют канала связи с удаленным сервером, предоставляющего информацию для приемника. Обычно для мобильных устройств таким каналом является сотовая связь. Для осуществления обмена информацией устройство должно располагаться в зоне действия базовой станции оператора мобильной связи и иметь доступ в сеть Интернет.

Существует два режима работы A-GPS:

• Базовый режим On-line, при котором приёмник получает информацию об орбитах спутников через инфраструктуру и вычисляет местоположение по полученным от пользователей данным. Данный режим требует от оператора сотовой связи высокой плотности покрытия.
• Вспомогательный режим Off-line, который ускоряет время холодного и горячего старта приёмника A-GPS, обновляющего альманах, эфемериды и перечень доступных спутников. Причем приём спутниковых сигналов и определение собственного местоположения GPS-приёмник выполняет самостоятельно. Однако некоторые A-GPS приёмники не могут работать в таком режиме.

Преимущества A-GPS

Среди преимуществ A-GPS стоит отметить быстрое получение местоположения сразу после включения и повышенную чувствительность приёма слабых сигналов в проблемных зонах (тоннелях, впадинах, в помещениях, на узких городских улицах, в густом лиственном лесу).

Недостатки A-GPS

A-GPS не может функционировать за пределами действия сотовой сети. Существуют приёмники с модулем A-GPS, объединенным с радиомодулем GSM, которые не могут стартовать при отключенном радиомодуле. Для старта самого модуля A-GPS наличие сети GSM не является обязательным. Модули A-GPS при запуске потребляют небольшой трафик 5-7 кБ, а вот при потере сигнала необходимо выполнение повторной синхронизации, что может увеличить затраты клиента, особенно в роуминге.

Навигация сегодня – услуга простая, нужная и невероятно популярная. Мало того, что навигаторы – почти что самый ходовой товар на мобильном рынке (обгоняют их только вездесущие телефоны), так еще и множество смартфонов за последние пару лет обзавелись собственными GPS и A-GPS чипами – и пользователи так к этому привыкли, что «смартфон без навигации» вызывает у них теперь, по меньшей мере, удивление. Все это, конечно, весьма радует (прогресс! цивилизация!), да только есть одна беда: производители так стараются продать свой товар, что часто выдают желаемое за действительное, заманивая покупателей не спецификациями своих товаров, а громкими словами на коробочках. О том, что эти слова значат, и какая на самом деле бывает навигация, мы и расскажем вам в этой статье.

Технология: как это работает?

На сегодняшний день существуют, по сути, всего две технологии, позволяющие пользователям мобильной техники не заблудиться в каменных джунглях: спутниковая и сотовая навигация. Первая – это собственно GPS, глобальная спутниковая система позиционирования, придуманная американскими учеными для американских военных, а потом подаренная ко дню Благодарения всему остальному миру. Вторая – AGPS (не путать с A-GPS), технология сотовой связи, позволяющая определить ваше примерное местоположение (с точностью до 500 метров), если вы находитесь в зоне покрытия сотовой сети.

GPS хорош прежде всего тем, что он точный (определяет ваше положение с точностью до пяти метров) и абсолютно бесплатный (добрые американцы позволяют пользоваться своими спутниками всем желающим). За конкретные навигационные программы и карты, конечно, придется заплатить – но плата эта будет единовременной, и никакой подписки на GPS-услуги не существует в природе. Плох же GPS тем, что он работает только на улице, и в основном в ясную погоду – если на небе пасмурно, найти нужное для работы количество спутников довольно сложно. Для того, чтобы бороться с тучами, была придумана специальная технология A-GPS (Assisted GPS): по этой технологии вместо того, чтобы посылать сигналы в небеса, навигатор просто подключался к некоему серверу, где скачивал информацию о местоположении спутников, и, пользуясь этими координатами, находил их куда быстрее. Сегодня A-GPS – непременный спутник любого GPS-приемника автомобильного навигатора. Наиболее популярные карты, работающие с сервисом GPS: iGo, «Автоспутник», «Навител», Be-On-Road.

Сотовая система AGPS (Alternative Global Position System) дает, конечно, куда менее точное определение положения объекта на карте, но зато абсолютно никак не зависит от погоды и степени углубленности в здание. Главное, чтобы ваш смартфон ловил сеть, у вашего номера была подключена услуга GPRS, а на вашем счету еще оставались деньги. Принцип работы AGPS аналогичен принципу работы спутниковой системы навигации: смартфон принимает сигналы от нескольких (минимум трех) базовых станций и, основываясь на силе сигнала каждой из них и принимая в расчет их местоположение, рассчитывает ваши координаты. Дешево и сердито: доехать с AGPS вы, конечно, никуда не сможете, но зато на карте точно не потеряетесь. Наиболее популярные карты, работающие с сервисом AGPS: Google Maps, «Яндекс.Карты».

Устройства: что бывает?

Самое простое из всех существующих в природе навигационных GPS-устройств – это внешний GPS-приемник. Сам по себе он только общается со спутниками, и никакой навигации, собственно, не обеспечивает. Но подсоединить его можно практически к любому устройству – ноутбуку, карманному компьютеру, телефону или смартфону – и тогда, при наличии правильного программного обеспечения, вы сможете ориентироваться в пространстве и прокладывать маршруты до места назначения. Приемники особенно полезны туристам, предпочитающим наезженным дорогам узкие горные или лесные тропки: приемники, в отличие от большинства других устройств, к карте не привязаны, и при большом желании могут водить вас даже по отсканированной миллиметровке с наложенной на нее навигационной сеткой. Если вы, конечно, найдете таковую для нужного вам региона.

Самое популярное из навигационных устройств на сегодняшний день – это автомобильный GPS-навигатор. Это, по сути, небольшой компьютер с сенсорным экраном, работающий на базе закрытой операционной системы. В навигаторе уже установлена производителем навигационная программа, сменить которую, не нарушая лицензий, обычно нельзя. Помимо собственно навигации, автонавигаторы часто умеют много чего еще: играть музыку, показывать фильмы, работать с электронными книгами и изображениями, и даже подключаться к интернету.

В последнее время на рынке появился новый класс устройств – смартфоны со встроенным GPS-приемником. С одной стороны, это устройства крайне удобные: и позвонить могут, и дорогу подскажут, и много чего еще умеют. С другой – программная составляющая у таких устройств пока еще очень слабая: в основном в качестве навигационных программ используются «онлайн-решения» вроде Nokia Maps или Google Maps, для работы с которыми нужно постоянное подключение к интернету (хотя на некоторые смартфоны можно поставить и настоящий навигационный софт). Да и подходят такие смартфоны скорее для пешеходной, нежели для автомобильной навигации – экранчик у них маленький, карту видно плохо, да и с картами нашей обширной родины все, мягко говоря, плохо. Только по городу и поездишь.

Последний тип навигационных устройств – смартфоны с сотовой навигацией (AGPS). У них нет встроенного GPS-чипа. Подходят они только тем, кто не хочет носить с собой бумажную карту – ни ведения по маршруту, ни даже точного определения вашего местоположения они не дают. Зато отлично помогают сориентироваться в пространстве во время длительной поездки или найти какой-нибудь особо незаметный переулок, про который слухом не слыхивал ни один из опрошенных вами прохожих.

К сожалению, идеальной карты в природе не существует (хотя бы просто потому, что у каждого свои представления об идеале), поэтому для начала придется понять, зачем вам в принципе нужен навигатор и что вы с ним будете делать: для туристических походов подойдет один тип устройств и карт, для автомобильной навигации – другой, для пешеходной навигации – третий. Кроме того, нужно обратить внимание на саму картографическую базу: у самой симпатичной на вид программы может вдруг не оказаться карты вашего города, а самая «городская» из карт будет показывать вам белые пятна сразу за окружной автодорогой. В общем, как ни крути, а придется все-таки уделить некоторое время процессу выбора. О том, как выбрать карту для навигатора, вы можете прочитать в статье «Какие бывают навигационные карты?»

Понравилось?
Расскажите друзьям!

Статьи и Лайфхаки

Интересно, что такое gps в планшете , миниатюрном переносном компьютере, который прочно вошел в нашу жизнь? Для современного человека уже стало привычным использование в обыденной жизни всевозможных приборов с gps чипом. К таким устройствам относятся: трекеры, телефоны, навигаторы и др. Благодаря усовершенствованию технологии производства этих устройств, gps модули становятся значительно дешевле. Их используют в фотоаппаратах и видеорегистраторах, включая видеокамеры.

Особенности gps, встроенной в планшетный компьютер

Такая система глобального позиционирования (gps) позволяет с достаточно высокой точностью определять в трёхмерном пространстве месторасположение как неподвижных объектов, так и объектов, находящихся в движении.

Отечественный рынок позитивно отреагировал на появление устройств подобного класса. В последнее время намечается тенденция объединения планшетного компьютера и навигационной системы для автомобилей. По замыслу изготовителей, призвание такого “комбайна” - в развитии планшетных компьютеров, привносящих черты навигационной системы и видеорегистратора. Разберемся, что такое gps в планшете. Изучая характеристики планшета с gps модулем, понимаем, что он способен принимать сигналы с навигационных спутников. Следовательно, при закачке в планшет карт он может обрабатывать выходящую с модуля информацию, т.е. служить навигатором.

Такое устройство обыватель может использовать не только в автомобиле, но и в домашних условиях, на рабочем месте или на отдыхе. Данный прибор, предоставляющий широкий спектр возможностей, является прекрасным помощником, поскольку делает жизнь пользователя гораздо проще. Преимущество автомобильных планшетов - удобное расположение кнопок и компактный экран.

Что такого может gps планшет?

Развивая рынки планшетных компьютеров, японские производители попытались встроить gps чип в планшет, но это привело к существенному удорожанию аппарата. Однако подобные компьютеры получили широкое распространение среди пользователей. С таким популярным устройством можно: читать книжки в электронном варианте, просматривать фильмы, играть в игры, прослушивать радио (музыку), работать на программах для офисов, а также пользоваться функцией видеорегистратора и навигатора. Помимо этого, можно в любом месте, где имеется покрытие gps оператора, выйти в интернет, а также отправить mms или sms.

Через gps можно осуществить видео-звонок (хотя и недостаточно качественно). Подобные устройства получили широкую популярность среди людей, ведущих активную жизнь. Значительная часть бюджетных устройств не поддерживает даже 50% из вышеуказанных функций.

Наконец-то видеорегистраторы прочно и, несомненно, надолго вошли в российскую автомобильную жизнь. Однако если для некоторых они лишь возможность запуска приключения в Youtube , чтобы «прославиться» своим дорожным «подвигом», то для миллионов других водителей это реально действующее средство в выяснениях спорных транспортных ситуаций.

Вот на этом важнейшем их применении стоит остановиться. Для чего? Записывать картинки могут любые регистраторы. Однако для проверки подлинности зафиксированных видеофактов, большое значение будут иметь доказательства места и времени записей. Поэтому связка навигатора с видеорегистратором работает как «свидетели» лучше.

Модуль GPS по форме подобен таблетке, в точности копирующей основание видеорегистратора, и соединенный с ним кабелем-хвостиком. Особенно выгодно купить регистратор с вертикальным корпусом. Подобный форм-фактор способствует установке аппарата между зеркалом заднего вида и стеклом. Главное, чтобы у прибора не закрывались кнопки управления, и чтобы камера больше «смотрела» в сектор очистки стекла правым дворником.

Достаточно, если крепление этого хозяйства обеспечивает двухсторонний скотч. Так, при необходимости ваш регистратор можно снять, оставляя на стекле лишь GPS-модуль. Хотя, разумеется, скотч-соединение обуславливает стационарность конструкции, потому что не рассчитано на многократные снятия. Важное достоинство «продвинутых» регистраторов — возможность синхронного подключения второй камеры.

Не обязательным кажется наличие отдельной клавиши включения, если вам по нраву автоматическое начало записи (в режиме запуска от подачи питания). С первым включением GРS-модуль может ловить спутники дольше минуты, но со следующим вводом в действие сигнал обработается быстрее.

Между тем, есть смысл подключать регистраторы не к прикуривателю, но, к постоянному источнику питания. Тогда после нескольких минут стояния и, соответственно, отсутствия вибраций, активизируется парковочный режим.

Такие видеорегистраторы сами перевоплощаются в камеры слежения. Их записи ведутся не постоянно, а только при срабатывании встроенных датчиков удара. Иногда для такой опции требуется докупить опциональный CVR/DPC-кабель, с блоком контроля напряжения, отключающим регистратор, если аккумулятор начнет садиться.

Предпочтительнее выбрать видеорегистратор, который в обычном режиме умеет делать скриншоты, а также сохранять фрагменты отдельно, записывая при этом эпизод за несколько секунд до и несколько секунд после нажатия одной кнопки. Каждый файл должен содержать данные о координатах места и времени записи.

Хорошо, если «начинка-программа» способна привязывать координаты к Google Maps. С ее помощью открывается возможность по картам отслеживать маршрут в наглядном и удобным виде. Разрешения видео должно хватать для прочтения номера недалеко идущей впереди машины.

Итак, если вам захотелось купить видеорегистратор, чтобы отслеживать ситуацию на дороге, оценивайте все перечисленные параметры. Но какой из них самый важный в качестве свидетеля, не сомневайтесь – это навигационный модуль.

Невероятно нужной современным автомобилистам стала услуга GPS навигации, позволяющая определять с точностью до 500 метров нахождение автомобиля, скорость, с которой он движется. Не заблудиться в каменных джунглях пользователям мобильной техники позволяют две технологии, в основе которых лежит gps модуль. Чтобы понять, что это gps модуль, нужно поближе познакомиться с технологиями.

{ ArticleToC: enabled=yes }

• Первая из них – это спутниковая глобальная система, которую придумали для военных американские ученые. Позже она стала доступна простым пользователям мобильными устройствами. Это и есть собственно GPS.
• Вторая – технология AGPS, которую не стоит сравнивать с A-GPS. Определить координаты с ее помощью можно, если пользователь пребывает в зоне, где есть сотовое покрытие.

Достоинством GPS модуля и в целом навигатора является точность – координаты определять возможно с вероятностью до пяти метров. Несмотря на то, что пользоваться спутниками могут все желающие, заплатить единовременную плату придется за навигационные карты и специальные программы.

Есть у GPS и недостатки – он функционирует только в ясную погоду, поскольку в пасмурные дни трудно отыскать необходимое число спутников. На этот случай имеется иная технология, по которой навигатор подключается к специальному серверу, вместо того, чтобы посылать сигналы на спутники.

Данные о нахождении спутников он скачивает с этого сервера и, пользуется этим, гораздо быстрее обнаруживает последние. С помощью сотовой программы местоположение определяется с меньшей точностью, но погодные условия не влияют на работу.

Принципы работы схожи с работой спутниковой навигационной системы: с трех базовых (минимум) станций сигналы поступают на смартфон. По их силе вычисляются координаты. С AGPS куда-либо добраться получится вряд ли, но не потеряться на карте получится.

Устройство GPS

Она наиболее простое их всех. При помощи GPS-приемника происходит общение со спутниками, но навигацию он не обеспечивает. Если же его подсоединяют к компьютеру, ноутбуку, смартфону и т.д., и имеется соответствующее программное обеспечение, можно попасть в любое место. Очень помогает он туристам, передвигающимся по лесным и горным тропам, где легко потеряться.

Автомобильные навигаторы

Среди навигационных устройств наиболее популярны автомобильные навигаторы с модулем GPS, представляющий собой небольшого размера сенсорный экран, работа которого осуществляется от операционной системы. Навигационную программу устанавливает производитель. Заменить ее, не нарушая лицензии, невозможно.

Сматрфоны с модулем GPS

Но, уже на ранках появился и другой класс устройств. Это смартфоны со встроенным модулем GPS. Помимо того, что они подсказывают дорогу, устройства позволяют сделать звонок и многое иное. Пока у них несколько существенных недостатков: малый экран, слабая программная база, требующая частого соединения с Интернет, плохая видимость на карте, да и сами карты хороши не совсем. Поэтому их пока лучше использовать не для навигации автомобильной, а для пешеходной и городской.

Устройства с сотовой навигацией

Последний тип без встроенного GPS модуля– смартфоны AGPS (с сотовой навигацией), который, правда, не определяет местонахождения, но незаменим для нахождения какого-нибудь неизвестного переулочка.

Как выбрать навигатор?

Поскольку существует масса моделей навигаторов, сложно разобраться какая лучше. Поэтому рекомендуется при покупке выбрать их несколько, чтобы сопоставить характеристики.

Основные функции автонавигатора GPS

Их не так мало:

• прослушивание MP3-файлов посредством записи любимых композиций на встроенную память или с помощью флеш-карты, вставляемой в навигационное устройство. В большей части устройств размер памяти составляет 2-4 Гб;
• просмотр фильмов на экране навигатора и клипов в разных форматах, которое в пробках поможет скоротать время. При этом, нужно помнить, что эта функция основной не является и не в состоянии сравниться с полноценным проигрывателем DVD;
• нередко в приборах присутствует функция просмотра изображений в графическом файле типа GIF и JPEG;
• устройство, транслирующее голосовые подсказки и музыку на автомобильную аудиосистему — FM-трансмиттер. Удобна потому, что динамики час то не могут заглушить шум работающего двигателя;
• еще одна функция «свободные руки» дает возможность пользоваться за рулем телефоном — Hands-Free. Реализована «громкая связь» через Bluetooth, т.е. соединение навигатора с мобильным телефоном с динамиком и микрофоном. Помимо этого, Bluetooth дает возможность загрузки в навигатор новых карты и маршрутов;
• очень востребованная функция загрузки пробок, которая помогает маршрут проложить так, чтобы не попасть в дорожный затор;
• ТВ-тюнер, встроенный в устройство, принимающий цифровое и аналоговое телевидение;
• поддерживающий сим-карту сотовой сети модуль GSM/GPRS, позволяющий навигатору быть одновременно интернет-браузером и мобильным телефоном. Оснащенные модулемGPRS навигаторы предоставляют данные о пробках;
• разъем AV.

При его помощи от внешних источников данные можно передавать на навигатор:

• с приставки игровой;
• DVD – плеера;
• камеры заднего вида, используемой для парковки.

Характеристики навигаторов

Основные:

• время работы прибора, в течение которого он способен работать на сменных батареях или встроенной батарее аккумуляторной;
• величина постоянной памяти (встроенной). Особое значение имеет характеристика в случае отсутствия слота для памяти дополнительной;
• память оперативная, служащая непосредственно для работы (расчета маршрута и пр.), а не для хранения информации. Характеристика определяет быстродействие навигатора и равна в большинстве моделей 128 Мб, хотя может достигать и 512;
• чипеет – главный элемент устройства, благодаря которому происходит связь со спутниками, определяется местонахождения авто;
• количество каналов приемника, которое соответствует числу спутников, работающих одновременно с навигатором (минимум их должно быть три). Если их больше, возрастает точность. В некоторых навигаторах их от 20 до 32;
• частота процессора, означающая, как и для компьютера, число операций, одновременно выполняемых за секунду.

Видео: Как подключить GPS-модуль к Arduino