Невинномысск в Интернете.

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Невинномысск в Интернете. » Сотовая связь » Что такое GPS


Что такое GPS

Сообщений 1 страница 4 из 4

1

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.

«Новое чудо» или «все гениальное – просто»
aGPS.

На рынке появились мобильные телефоны, работающие с AGPS (Assisted Global Positioning System), системой определения местоположения с внешней поддержкой.
AGPS – это новая система определения местоположения или географических координат абонента сотовой сети, которая существенно отличается от привычной многим GPS по принципу работы, но базируется на действующей сети GPS. Система AGPS утверждена как стандарт для сотовых сетей связи комиссией 3GPP (3-rd Generation Partnership Project). AGPS обеспечивает высокую точность позиционирования объекта и работает не только на открытом пространстве, но и в закрытых помещениях – в машинах, квартирах и гаражах.
То есть, по сути, везде, гле ловит сеть мобильный телефон
Точность позиционирования: в закрытых помещениях – до 50 м, на открытом пространстве – до 15 м.
В системе используются 24 спутника, задействованные в глобальной сети GPS (Global Positioning System). AGPS может быть реализована только в сотовых сетях и только на базе специальных мобильных терминалов. При этом тип сотовой сети роли не играет, но требуется, чтобы ее оператор имел возможность определения местоположения абонента с точностью как минимум до соты/сектора.
Сегодня система AGPS в телефонах, как правило, имеет два режима работы:
• режим постоянного слежения, когда AGPS активна, и абонент в любой момент может контролировать свое местонахождение или работать в одном из приложений – спутниковый приемник в этом режиме работает постоянно;
• режим экстренного вызова, когда положение абонента определяется только в момент обращения в службу спасения Е911 (в США) или Е112 (в России и Европе).
В чем отличие AGPS от GPS
AGPS имеет несколько важных отличий от GPS, которыми объясняются все преимущества новой системы. Главных преимуществ – два:
• увеличенное быстродействие
• повышенная чувствительность
Увеличение быстродействия в AGPS объясняется тем, что чип-микросхема, на которой реализована система, содержит 16 тыс приемников, ведущих параллельную обработку радиосигналов. Да и алгоритм определения местоположения упрощается – входные данные о спутниках уже получены с сервера, в отличии от GPS навигации. Высокая чувствительность позволяет принимать чрезвычайно слабые сигналы со спутников и определять местоположение абонентов в любых закрытых помещениях: в подвалах, туннелях, квартирах, гаражах и пр. Следовательно, почти везде, где обычная GPS не работает, AGPS работать будет.
Однако российские сотовые операторы "большой тройки"– МТС, "Вымпелком" ("Билайн") и "Мегафон"– пока не собираются включать поддержку AGPS в своих сетях. Представители этих компаний ссылаются на то, что сегодня в продаже слишком мало AGPS-терминалов.

увеличить

увеличить

0

2

Как работает GPS
Над планетой на высоте 20 000 километров вращаются 24 спутника американской системы NAVSTAR. Задача всех этих спутников - непрерывная передача своего идентификационного номера и точного времени, которое отсчитывается по атомным часам, установленным на каждом спутнике. При излучении сигнала используется фазовая модуляция, использование которой совместно с шумоподобным типом сигнала позволяет применять передатчики относительно малой мощности, избавиться от многих помех, возникающих при преодолении немаленького расстояния от спутника до GPS-приемника при прохождении через слои атмосферы, и многих других природных и искусственных помех, встающих на пути сигнала.
Для того чтобы определить координаты любой точки в пространстве, необходимо знать координаты как минимум трех спутников и расстояние от спутников до искомой точки. Если все это известно, то точка пересечения трех сфер вращения, образованных их радиусами длиной в расстояние от спутника до GPS-приемника, и есть местоположение точки в пространстве. Путем несложных математических вычислений эта информация преобразовывается в любую систему координат. Остается единственная задача - узнать расстояние от спутника до GPS-приемника. Траектории всех спутников рассчитаны с огромной точностью на десятки лет вперед, т.е. в любой момент времени известно, где и какой спутник находится. Это необходимо для синхронизации точного времени спутников с обычными часами GPS-приемника. Как только время синхронизировано, начинается непосредственное определение расстояния до спутников. Еще из курса школы известно, что, зная скорость и время, всегда можно найти расстояние. Скорость распространения сигнала, опять же, известна заранее с достаточной точностью, время посчитать не составляет труда, т.к. известно с точностью атомных часов, во сколько сигнал был отправлен спутником и во сколько он был принят GPS-приемником. Все неизвестные найдены, остается измерить расстояния еще несколько сотен раз для достижения заданной точности.
Учитывая вышесказанное, мы видим, что для определения точного местоположения в двумерном пространстве (т.е. по широте и долготе) необходимо получить сигналы минимум от 3-х спутников. К счастью, сегодня количество GPS-спутников достаточно велико даже для того, чтобы в любой точке земного шара определить не только двумерные, но и трехмерные координаты - широту, долготу и высоту над уровнем моря. Для этого нужно получать сигналы минимум от 4-х спутников. При этом, чем больше спутников "видит" ваш GPS-приемник, тем точнее он может определить координаты местоположения - вплоть до максимального предела, определяемого точностью системы. Из этого, в частности, следует, что точность работы GPS-навигатора снижается, если сигналы от некоторых спутников экранируются местными предметами (рельефом местности, деревьями с плотной кроной, высокими зданиями и т.п.).
Способ радиообмена между спутниками и GPS-приемником также достаточно необычен. Дело в том, что все спутники вещают одновременно на одной и той же частоте. Для того чтобы GPS-приемник мог определить, от какого спутника исходит данная информация, бортовые передатчики посылают в составе своего сигнала стандартный идентификационный код, который сравнивается с кодами, находящимися в памяти приемника. Таким образом, независимо от того, сколько и каких спутников находятся в поле зрения приемника, последний может без труда идентифицировать источники сигналов. Такой подход не только упрощает схему GPS-приемника, но и, несмотря на малый уровень радиосигналов, позволяет использовать в них малогабаритные приемные антенны.
Как известно, спутниковая GPS-система оплачивается и контролируется Департаментом обороны США, который зарезервировал предельную точность исключительно для своих военных целей. Для этого передаваемый спутниками сигнал кодируется с помощью специального Р-кода, который может быть декодирован только военными GPS-приемниками. В дополнение к этому в сигналы времени от спутниковых атомных часов добавляется случайная ошибка, которая искажает полученные значения координат. В результате точность гражданских GPS-приемников ухудшается в несколько раз по сравнению с военными. Если бы была хоть какая-нибудь возможность отследить желающих принимать сигналы спутников, GPS-навигация наверняка была бы платной. Но, учитывая, что на данный момент развития науки это невозможно в принципе, и то, что после запуска спутников практически никаких расходов на поддержание их в рабочем состоянии не требуется, система оставалась, остается и останется бесплатной.
Немного терминологии
Рассматривая технические характеристики того или иного приемника, вы можете увидеть различные термины, вроде Cold Start или Warm Start (холодный и теплый старт). Что же означают эти термины?
При холодном старте время и координаты приемнику известны с некоторыми ограничениями, а альманах и эфемерида не известны.
При теплом старте время, координаты и альманах известны, опять же, с ограничениями. Эфемерида как минимум от 3-х спутников известна после последнего выключения приемника.
Что такое альманах и эфемерида? Давайте попробуем разобраться. Спутники постоянно передают два типа данных: альманах и эфемериду.
• Альманах – данные об орбитах всех спутников. Каждый спутник передает альманах для всех спутников. Эти данные не всегда точны и обновляются примерно один раз в несколько месяцев.
• Эфемерида - сравнительно более точные данные об орбите спутника. Часы корректируются отдельно для каждого спутника, что очень важно для максимально точного позиционирования, а каждый спутник передает только собственную эфемериду. Достоверность этих данных определяется особенностями конкретного спутника, а сами данные актуальны в течение короткого времени - от 30 минут до 4-6 часов. Каждый набор эфемерид имеет свой индикатор, сообщающий о том, как долго эти данные будут оставаться актуальными. Эфемериды передаются спутником каждые 30 секунд. Такой промежуток времени выбран для того, чтобы GPS-приемники успевали принимать и обрабатывать эту информацию.

Когда вы включаете GPS-приемник, он начинает искать спутники там, где, по его мнению, они должны находиться. Это мнение основывается на альманахе и текущем времени, и, исходя из этих данных, приемником выбираются спутники для первоначального поиска. Эфемериды принимаются от каждого спутника, видимого приемником, проверяются на достоверность и достаточность информации для определения координат.
Если питание приемника выключить и сразу же включить, эфемериды будут считаться актуальными, и приемник быстро найдет спутники, так как ему нет необходимости обновлять данные. Такая ситуация называется «теплый» старт. Если же эфемериды устарели, GPS-приемник начнет заново собирать новые эфемериды для всех спутников с устаревшими данными, хотя в реальности GPS-приемники постоянно собирают свежие эфемериды.
Рассмотрим ситуацию, когда на момент включения приемника «свежие» эфемериды были менее, чем для трех спутников – в таком случае определение координат местоположения станет невозможным, пока не будет пойман хотя бы еще один дополнительный спутник.
Если приемник перемещается, например, находясь в автомобиле, то сбор эфемерид займет более длительное время, чем при неизменном местоположении, а если GPS-приемник увезти на расстояние нескольких сотен километров в выключенном состоянии, или если в нем сбилось точное время, то эфемериды окажутся недостоверными, и приемник попытается найти спутники там, где их уже нет.
Когда вы приобретаете GPS-приемник и включаете его в первый раз, то он «находится в растерянности», потому что не знает, где находится. Чтобы определить свое местоположение, приемник начинает сканировать частотный диапазон GPS в поисках сигналов спутников. Такой процесс принято называть «холодным» стартом. Холодный старт состоит из поиска спутника, декодирования получаемых сигналов и проведения необходимых расчетов, что в совокупности может занимать от 5 до 20 минут. Точная продолжительность процесса зависит от множества факторов, которые включают количество видимых спутников и алгоритм поиска, реализованный в отдельно взятой модели.
Если же приемник знает свое местоположение, то процесс определения местоположения сокращается в несколько раз, а при наличии в памяти устройства ранее запомненного альманаха точные координаты будут определены в течение нескольких секунд. Такую ситуацию называют «горячий» старт.
Довольно часто можно услышать или прочитать в описаниях программ и самих устройств аббревиатуры, такие как NMEA, SiRF, WAAS, DGPS. А иногда у обывателя возникает вопрос: "Зачем в приемниках одновременно и NMEA, и SiRF?" Чтобы ответить на этот вопрос, вернемся к терминологии.
NMEA – протокол передачи сообщений между приборами, установленными на судах. Большинство из существующих навигационных приемников выдают данные в стандарте NMEA-0183, который является международным стандартом, разработанным «Национальной Ассоциацией Морской Электроники» для обмена данными между морскими электронными приборами. Данные NMEA-0183 - это самый обычный текст в кодах ASCII, пересылаемый со скоростью 4800 бод.
SiRF - главный электронный компонент в GPS-чипе приемника. Этот чип производит обработку получаемых от спутников сигналов, пытаясь принять сигналы от всех видимых спутников. Спутники с самыми слабыми сигналами будут проигнорированы чипом, который попытается выделить только спутники с наиболее сильными сигналами.
Большинство GPS-приемников изготовлено на чипсетах американской компании SiRF Technology, а самая последняя разработка – чип SiRF STAR III, который отличается в лучшую сторону пониженным энергопотреблением и способностью принимать до 20 параллельных каналов.
WAAS - "Wide Area Augmentation System" - комплекс спутниковых и наземных средств, обеспечивающий навигаторы GPS корректирующими сигналами, что резко повышает точность определения координат, примерно в пять раз. Навигаторы с возможностями WAAS способны в 95% случаев определять координаты точнее 3 м. Система WAAS бесплатна, и для ее использования никакого дополнительного оборудования приобретать не потребуется.

На данный момент система WAAS действует только на территории Северной Америки. В Южной Америке и Европе нет наземных станций, так что даже если ваш GPS-навигатор и может принимать сигналы WAAS, то на территории нашей страны отсутствует возможности получать подобный сигнал, а потому точность стандартной GPS-навигации не повысится.
В Европе существует аналог WAAS - система EGNOS, сокращение от «European Geostationary Navigation Overlay Service» (Европейская геостационарная навигационная оверлейная служба). Эта система разрабатывалась для улучшения точности передачи навигационных сигналов американских спутников GPS и российских ГЛОНАСС. Система EGNOS должна принимать сигналы со спутников обеих систем и обрабатывать их, используя метод коррекции сигнала, повышая точность получаемой информации до 2-3 метров. На самом деле EGNOS - это лишь начало реализации европейской глобальной спутниковой навигационной системы Galileo, которая, как предполагается, будет состоять из 30 собственных спутников и начнет работу в 2006-2008 годах.

DGPS – Differential GPS. Для DGPS используются координаты от двух GPS-приемников, рабочего и эталонного - стационарно установленного в строго определенном месте, координаты которого измерены с высокой точностью. Оба приемника пеленгуют GPS-спутники в один и тот же промежуток времени, что дает возможность вычислить поправку и довести точность до 3-5 метров. Для приема поправок необходимо иметь специальный приемник в дополнение к стандартному. Система трансляции поправок через FM-радиостанции является платной услугой. Подписчики данной услуги получают специальный FM-приемник, работающий в связке с GPS-приемником, но, опять же, – на территории нашей страны это неактуально.

На что обратить внимание при выборе приемника?
Выбор GPS-приемника для работы с карманным компьютером – дело, требующее рассмотрения всех плюсов и минусов. На рынке присутствует огромное множество GPS-приемников, различающихся типом соединения с КПК, протоколом и просто внешним видом, что тоже важно.
Вариант исполнения целиком и полностью зависит от ваших предпочтений и, соответственно, наличия того или иного разъема в вашем КПК. Например, если в вашем компьютере есть только разъем SD, то скорее всего он занят картой памяти, поэтому имеет смысл обратить внимание на SD-приемник со встроенной памятью или рассмотреть вариант с использованием Bluetooth.
Качество работы приемника определяется и зависит от характеристик применяемого чипсета. Важно знать:
• Число принимаемых каналов – то есть сигналов со спутника, которые приемник в состоянии принимать и обрабатывать одновременно. Чем больше таких каналов, тем лучше, так как точность определения координат повышается.
• Чувствительность антенны, dBm - чем выше, тем более слабый сигнал со спутника может быть принят.
• Потребляемая мощность, mW – от этого параметра зависит время работы приемника или связки «приемник + КПК».
Помните, что характеристики GPS-приемников напрямую зависят от характеристик используемых чипсетов. В идеальных условиях, т.е. при отсутствии внешних факторов, влияющих на прием навигационного сигнала, все приемники будут работать примерно одинаково, но в городе, при наличии поблизости деревьев и высотных зданий, присутствие помех может сказаться негативно на качестве приема сигнала.

0

3

Повторюсь, подобное уже есть в Интернет ссылках, но здесь это тоже по-теме.
Официальный сайт Прикладного потребительского Центра (ППЦ) на базе Информационно-аналитического центра (ИАЦ) ЦНИИмаш. Распределенный ППЦ создаётся на базе информационных центров Роскосмоса ИАЦ и МНИЦ.
http://www.glonass-ianc.rsa.ru/pls/htmldb/f?p=201:1:335328801656143577::NO
Основной задачей сайта является информационная поддержка потребителей по вопросам спутниковой навигации на базе систем ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США).
На сайте в разделе ЦУС ГЛОНАСС представлена официальная информация, полученная из Центра Управления Системы ГЛОНАСС Минобороны России (ЦУС) с целью оповещения гражданских потребителей.
В остальных разделах сайта представлены результаты ИАЦ ЦНИИмаш по независимому мониторингу систем ГЛОНАСС и GPS.
Сайт содержит информацию о текущем состоянии орбитальных группировок систем ГЛОНАСС и GPS, карты доступности навигации с использованием ГЛОНАСС и GPS в текущие сутки, результаты мониторинга навигационных полей в районе города Москвы в режиме реального времени и ряд других данных.

0

4

Admin написал(а):

Повторюсь, подобное уже есть в Интернет ссылках, но здесь это тоже по-теме.Официальный сайт Прикладного потребительского Центра (ППЦ) на базе Информационно-аналитического центра (ИАЦ) ЦНИИмаш. Распределенный ППЦ создаётся на базе информационных центров Роскосмоса ИАЦ и МНИЦ. -- задачей сайта является информационная поддержка потребителей по вопросам спутниковой навигации на базе систем ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США). На сайте в разделе ЦУС ГЛОНАСС представлена официальная информация, полученная из Центра Управления Системы ГЛОНАСС Минобороны России (ЦУС) с целью оповещения гражданских потребителей. В остальных разделах сайта представлены результаты ИАЦ ЦНИИмаш по независимому мониторингу систем ГЛОНАСС и GPS. Сайт содержит информацию о текущем состоянии орбитальных группировок систем ГЛОНАСС и GPS, карты доступности навигации с использованием ГЛОНАСС и GPS в текущие сутки, результаты мониторинга навигационных полей в районе города Москвы в режиме реального времени и ряд других данных.

Кстати хорошо что на сайте есть Альманах и Эфемерида.. Да вот пару дней с холодного пытался запустить  полчаса лежал не одного спутника, решил пойти другим путем- настроил GPRS и как часики 30 сек и готово вот наши спутники..

0


Вы здесь » Невинномысск в Интернете. » Сотовая связь » Что такое GPS