Устройство и принцип работы автомобильных GPS-навигаторов. Принцип работы автомобильного навигатора

Сегодня мы поговорим о том, что такое GPS, как работает эта система. Уделим внимание развитию данной технологии, ее функциональным особенностям. Также обсудим, какую роль в работе системы играют интерактивные карты.

История появления GPS

История появления глобальной системы позиционирования, или определения координат, началась в США еще в далеких 50-х годах при запуске первого советского спутника в космос. Бригада американских ученых, следивших за запуском, заметила, что при отдалении спутник равномерно меняет свою частоту сигнала. После глубокого анализа данных они пришли к выводу, что при помощи спутника, если говорить более подробно, то его расположения и издаваемого сигнала, можно точно определить нахождение и скорость передвижения человека на земле, как и наоборот, скорость и нахождение спутника на орбите при определении точных координат человека. К концу семидесятых годов Минобороны США запустило систему GPS в своих целях, а еще через несколько лет она стала доступна для гражданского применения. Система GPS как работает сейчас? Точно так, как и работала в то время, по тем же принципам и основам.

Сеть спутников

Более двадцати четырех спутников, находящихся на околоземной орбите, передают радиосигналы привязки. Количество спутников варьируется, но на орбите всегда находится нужное их число для обеспечения бесперебойной работы, плюс некоторые из них есть в запасе, чтобы в случае поломки первых принять их функции на себя. Так как срок службы каждого из них приблизительно около 10 лет, производится запуск новых, модернизированных версий. Вращение спутников происходит по шести орбитам вокруг Земли на высоте менее 20 тысяч км, оно образует взаимосвязанную сеть, которой управляют станции GPS. Находятся последние на тропических островах и связаны с основным координационным центром в США.

Как работает GPS-навигатор?

Благодаря этой сети можно узнать местонахождение при помощи вычисления задержки прохождения сигнала от спутников, и при помощи этой информации определить координаты. Система GPS как работает сейчас? Как и любая сеть навигации в пространстве - она совершенно бесплатна. Она с высокой эффективностью работает при любых погодных условиях и в любое время суток. Единственная покупка, которая должна у вас быть, это сам GPS-навигатор или устройство, которое поддерживает функции GPS. Собственно, принцип работы навигатора строится на давно используемой простой схеме навигации: если точно знаете место, где находится маркерный объект, наиболее подходящий на роль ориентира, и расстояние от него до вас, нарисуйте окружность, на которой точкой обозначьте ваше месторасположение. Если радиус окружности велик, то замените ее прямой линией. Проведите несколько таких полос от возможного вашего расположения в сторону маркеров, точка пересечения прямых обозначит ваши координаты на карте. Вышеупомянутые спутники в таком случае как раз и играют роль этих маркерных объектов с расстоянием от вашего месторасположения около 18 тысяч км. Хотя вращение их по орбите и происходит с огромной скоростью, местоположение постоянно отслеживается. В каждом навигаторе установлен GPS-приемник, который запрограммирован на нужную частоту и находится в прямом взаимодействии со спутником. В каждом радиосигнале содержится определенное количество закодированной информации, которая включает в себя ведомости о техническом состоянии спутника, местонахождении его на орбите Земли и часовом поясе (точное время). К слову, информация о точном времени и является наиболее нужной для получения данных о ваших координатах: происходящее вычисление отрезка времени между отдачей и приемом радиосигнала умножается на скорость самой радиоволны и путем недолговременных подсчетов рассчитывается расстояние между вашим навигационным прибором и спутником на орбите.

Сложности синхронизации

Исходя из этого принципа навигации, можно предположить, что для точного определения ваших координат могут понадобиться всего два спутника, на основе сигналов которых легко будет найти точку пересечения, и в итоге — место, где вы находитесь. Но, к сожалению, технические причины требуют применения еще одного спутника как маркера. Главная проблема заключается в часах GPS-приемника, что не позволяет провести достаточную синхронизацию со спутниками. Причиной этому является разница в отображении времени (на вашем навигаторе и в космосе). На спутниках присутствуют дорогие высококачественные часы на атомной основе, что позволяет им вести подсчет времени с предельной точностью, тогда как на обычных приемниках такие хронометры применить попросту невозможно, так как габариты, стоимость, сложность в эксплуатации не позволили бы применять их повсюду. Даже малая ошибка в 0.001 секунды может сместить координаты более чем на 200 км в сторону!

Третий маркер

Так что разработчики решили оставить обычную технологию кварцевых часов в GPS-навигаторах и пойти по другому пути, если говорить точнее - использовать вместо двух ориентиров-спутников — три, соответственно, столько же линий для последующего пересечения. Решение проблемы строится на гениально простом выходе: при пересечении всех линий с трех обозначенных маркеров, даже при возможных неточностях, создается зона в форме треугольника, за центр которого берется его середина - ваше расположение. Также это позволяет выявить отличие во времени приемника и всех трех спутников (для которых отличие будет одинаковым), что позволяет скорректировать пересечение линий ровно в центре, проще говоря — это определяет ваши координаты GPS.

Одна частота

Следует также заметить, что все спутники посылают на ваше устройство информацию на одной частоте, и это довольно необычно. Как работает GPS-навигатор и как воспринимает всю информацию корректно, если все спутники беспрерывно и одновременно посылают на него информацию? Все довольно-таки просто. Передатчики на спутнике для определения себя посылают в радиосигнале еще и стандартную информацию, в которой находится зашифрованный код. Он сообщает максимум характеристик спутника и заносится в базу данных вашего устройства, что потом позволяет сверять данные со спутника с базой данных навигатора. Даже при большом количестве спутников в зоне досягаемости очень быстро и легко их можно определить. Все это упрощает всю схему и позволяет использовать в GPS-навигаторах меньшие по размеру и более слабые антенны приема, что удешевляет и уменьшает дизайн и габариты устройств.

GPS-карты

Карты GPS загружаются на ваше устройство отдельно, так как вы сами влияете на выбор местности, по которой хотите передвигаться. Система всего лишь устанавливает ваши координаты на планете, а уже функцией карт является воссоздание на экране графической версии, на которую наносятся координаты, что и позволяет вам ориентироваться на местности. GPS как работает в данном случае? Бесплатно, это так и продолжает оставаться в таком статусе, карты в некоторых интернет-магазинах (и не только) все же платные. Зачастую для прибора с GPS-навигатором создаются отдельные приложения для работы с картами: как платные, так и бесплатные. Разновидность карт приятно удивляет и позволяет настроить дорогу из точки A в точку Б максимально информативно и со всеми удобствами: какие достопримечательности вы будете проезжать, кратчайший путь до пункта назначения, голосовой помощник, указывающий направление и другие.

Дополнительное GPS-оборудование

Применяется система GPS не только для указания вам нужного пути. Она позволяет производить слежку за объектом, на котором может находиться так называемый маячок, или GPS-трекер. Состоит он из самого приемника сигналов и передатчика на основе gsm, 3gp или иных протоколов связи для передачи информации о расположении объекта в сервисные центры, осуществляющие контроль. Применяются они во многих отраслях: охранной, медицинской, страховой, транспортной и многих других. Также существуют автомобильные трекеры, которые подключаются исключительно к автомобилю.

Путешествия без проблем

С каждым днем значения карты и бессменного компаса уходят все дальше в прошлое. Современные технологии позволяют человеку проложить дорогу для своего странствия с минимальными потерями времени, усилий и средств, при этом увидеть наиболее захватывающие и интересные места. То, что было фантастикой около столетия назад, сегодня стало реальностью, и воспользоваться этим может практически каждый: от военных, моряков и пилотов самолетов до туристов и курьеров. Сейчас большую популярность набирает и использование этих систем для коммерческой, развлекательной, рекламной отраслей, где каждый предприниматель может указать себя на глобальной карте мира, и его будет совсем нетрудно найти. Надеемся, что эта статья помогла всем, кто интересуется тем, GPS - как работает, по какому принципу происходит определение координат, какие его сильные и слабые стороны.

21 век войдёт в историю человечества как век цифровых технологий, которые буквально взорвали спектр технологических возможностей по всем направлениям производства и потребления.
В этом перечне завоеваний цифровой информационной революции на одном из первых мест стоит и навигационная система глобального позиционирования, с использованием навигационных спутников.

Ещё несколько лет назад подобные навигационные системы определения местоположения объекта на местности были прерогативой исключительно военных ведомств, но цифровые технологии позволили учёным создать мобильные, компактные и достаточно недорогие навигационные приборы, использующие привязку к местности с помощью орбитальных спутников.

К их числу относятся и автомобильные навигаторы, которые разделяются по привязке к той или иной орбитальной группировке навигационных спутников, и которых действующих на сегодня всего две: американская GPS и российская ГЛОНАСС.

Автомобильные навигаторы представляют собой навигационный прибор, определяющий местоположение автомобиля на местности, скорость движения, стороны света, расход топлива, предоставляет возможность оптимального выбора маршрута и информацию по всем сервисам на пути следования. Всё это происходит в автоматическом режиме и выдаётся на дисплей прибора-навигатора в реальном времени.

Все автомобильные навигаторы состоят из двух основных частей. Это:

1. Приёмник, задача которого принимать сигналы с навигационных спутников и с помощью адаптированных программ встроенного в навигатор компьютера и определять географические координаты самого навигатора на местности.

2. Модуль отображения карт, основная функция которого - отображение на дисплее всей необходимой информации / отображение карт местности, координат местоположения приёмника, маршрута, скорости движения, времени и много другой информации/.
Как правило, указанные выше части навигатора смонтированы в одном корпусе и настроены соответственно на работу с передатчиками спутников своей орбитальной группировки, будь то GPS, или ГЛОНАСС. В последнее время навигаторы производятся универсальные, то есть - работающие с обеими группировками спутников одновременно, что значительно расширяет их возможности.

Автомобильные навигаторы GPS и ГЛОНАСС оснащены мультиплексными или многоканальными приёмниками сигналов от спутников. Первые – автоматически переключаются на приём сигналов от того спутника, который находится в зоне приёма. Вторые - имеют несколько модулей, которые, принимают сигналы от нескольких спутников одновременно.

Точность определения местоположения гражданских GPS-навигаторов несравненно ниже, чем военных, и составляет 30 – 150 м, в то время как для нужд военных точность достигает нескольких метров.

Автомобильных GPS-навигаторов производится большое число разных видов, разными фирмами и в различном ценовом сегменте. Подробную информацию по ним можно без труда найти в сети Интернет через поисковые системы. Выбор подходящего навигатора всегда остаётся за автомобилистом.

Не поверите, но самый дорогой компьютер в мире 2012 цена очень удивила на сайте http://crediteuropages.ru/richness/samyi-dorogoi-kompyuter.php . Стоимость этого огромного компьютера превышает цену десяти ноутбуков Luvaglio.

Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм -

(С. Бояр - Рыбацкое подворье - №2 -2005)

Принцип действия GPS-навигаторов. GPS-навигаторы для начинающих

Работая заведующим отделом в одном из магазинов, торгующим снаряжением для охотников и рыболовов Санкт-Петербурга, мне часто приходится стоять за прилавком и консультировать покупателей. Очень многие «продвинутые» рыболовы и охотники не только не пользуются навигаторами, но даже не представляют, на каком принципе основана их работа. Все дело в том, что информации по навигаторам в печати очень мало, а та, что есть, носит, в основном, рекламный характер.

Имея большой опыт общения с навигаторами, я попытаюсь наиболее доходчиво, не очень вдаваясь в сложные технические подробности, рассказать об их возможностях, наиболее популярных моделях, применении и системе GPS в целом.

Изобретение спутниковых систем навигации по своей значимости можно сравнить с изобретением мобильной связи, спутниковых телевидения и телефонии. Человек, который хоть один раз в жизни оказывался в незнакомой местности, вдали от дорог и других ориентиров, по достоинству оценит это величайшее изобретение 20 века.

Сегодня GPS - навигация становится чрезвычайно популярной среди любителей пешего, горного, водного и лыжного туризма, охотников и рыболовов, велосипедистов и многих других любителей активного отдыха. Тому, кому нужно знать, где он находится, откуда пришел, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он движется и когда доберется до цели - можно посоветовать воспользоваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

Навигация, в современном своем виде, основана на таких дисциплинах, как астрономия, картография, геодезия. Работа штурмана требует множества специальных знаний, навыков работы с навигационными приборами, картами, справочниками. Недаром на судне штурман является вторым человеком после капитана. Ошибки штурмана нередко приводят к трагическим последствиям.

Основные задачи, решаемые навигацией - выбор безопасного и кратчайшего пути, определение места, скорости и направления движения, оценка точности этих определений. Со всеми этими задачами с легкостью справится грамотный пользователь спутникового навигатора, не обремененный тем огромным объемом зна­ний, необходимых профессиональному штурману в его работе.

Система GPS (Global Positioning System - всемирная система определения координат) является наиболее ярким примером конверсии, и была разработана по заказу Министерства обороны США в конце семидесятых годов 20-го столетия. В восьмидесятых годах систему GPS (официальное название - NAVSTAR - NAVigation System with Timing And Ranging - навигационная система определения времени и дальности) открыли для гражданского использования.

Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов. За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение. Все, что нужно для пользования системой GPS - это приобрести GPS-приемник (спутниковый навигатор).

Система состоит из 24 спутников (на самом деле спутников больше, но некоторые из них находятся в резерве), вращающихся по б орбитам на высоте около 20 000 км с периодом обращения 12 часов, нескольких наземных станций слежения, систем связи и центрального пункта управления. Наклон орбит к земному экватору - 55 градусов, угол между плоскостями орбит - 60 градусов.

Каждый спутник весит меньше 1 т и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечными батареями). Мощность радиопередатчика - не более 50 Вт. Спутники рассчитаны на работу примерно в течение 10 лет. Новые спутники изготавливаются и запускаются на орбиту по мере необходимости. Спутники GPS способны передвигаться по орбитам, заполняя бреши в системе (если один из них вышел из строя). Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом.

Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты. Этим обеспечивается устойчивый прием сигнала от нескольких спутников повсеместно в любое время. "Увидеть"спутники можно даже на полюсах, правда, они не будут пролетать прямо над головой.

Наземная часть Системы GPS состоит из 4 станций слежения, расположенных на тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию управления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спрингс для обработки на сложных компьютерных программных моделях. Эти наборы данных называются эфемеридами. Через наземные станции данные передаются обратно на спутники, а затем спутник передает их приемникам GPS.

Определение местоположения GPS приемника основано на измерении задержки прохождения радиосигнала от нескольких спутников и вычисления на основе этих измерений географических координат и высоты над уровнем моря.

Сигнал каждого спутника содержит псевдослучайный код (PRN - PseudoRandom Number code), эфемериды (ephimeris) и альманах (almanach).

GPS - это аббревиатура, которая с английского расшифровывается, как Global Positioning System, что в переводе означает - глобальная система определения местоположения. Другими словами, это спутниковая навигационная система, которая может позволить определить точное местоположения, вплоть до нескольких метров, какого либо объекта (человека, автомобиля, корабля и т.д.) на карте. Было ли Вам хоть когда-то интересно, как работает навигатор в телефоне, например, или на подводной лодке? Ведь принцип работы один и тот же. Если да, то читайте дальше, ведь сейчас мы поговорим о том, как работает навигатор, и что представляют из себя основные принципы его работы, в чем они заключаются.

Где сегодня применяются GPS-навигаторы

На самом деле, проще перечислить отрасли, где навигаторы не используются. С большим успехом навигаторы применяются среди всех любителей пешего, водного, горного и лыжного туризма. Многие охотники уже давным-давно обзавелись навигаторами, равно, как и велосипедисты, автолюбители и конечно же рыболовы. Что уж говорить о военной отрасли? Все корабли, самолеты и другая военная техника, оснащена новейшими навигаторами. Ведь GPS навигатор не только показывает окружающую местность, но и способен "рассказать", с какой скоростью следует двигаться, чтобы достигнуть точки маршрута и другие, очень важные детали.

Как работает GPS-навигатор

Мы не будем вникать в дебри физики и механики, а дадим Вам лишь самые основные знания о принципах работы GPS-навигатора.

GPS-система была разработана аккурат в то самое время, как только человечество запустило искусственные спутники в космос. Сама система GPS по сути, работает измеряя время, за которое радиосигнал способен дойти от спутника до объекта на Земле. Затем, по времени, автоматически вычисляется и само расстояние. Для работы GPS системы нужно, как минимум, три спутника. Что касается максимума, то тут их число может доходить до десятки. Таким образом, используя информацию, полученную от трех спутников, GPS-навигатор показывает местоположение на карте, точные координаты, вплоть до метра. А при использовании ещё и четвертого искусственного спутника, навигатор покажет даже высоту над уровнем моря. Поэтому, получается так, что GPS-навигатор - это специальный прибор, который принимает сигналы от спутников, находящихся в космосе, и перерабатывает эти сигналы в информацию.

Основные виды GPS-навигаторов

• портативные навигаторы;
• компьютеры и смартфоны со специально встроенным GPS-модулем;
• автомобильные навигаторы;
• внешние GPS-приемники, разработанные для подключения к смартфонам, ноутбукам и КПК.

Интересно то, что использование навигатора абсолютно законно и не требует никаких лицензий. Таким образом, GPS-навигатор можно использовать в любом месте для определения своих географических координат.

Очень надеемся, что наша статья подарила Вам новые знания и Вы хоть примерно, но поняли, как работает GPS-навигатор.