GPS-навигатор. Что это? Самое главное о GPS-навигации: что такое GPS и зачем он нужен

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.

GPS (сокращение от английского Global Positioning System — система глобального позиционирования) — это спутниковая система навигации, работающая во всемирной системе координат WGS 84. GPS позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любом месте Земли. Интересно, что система была разработана и реализована Министерством обороны США, однако в настоящее время используется и для гражданских целей. Россией был создана своя собственная спутниковая система навигации, которая называется и мы о ней уже писали. Системы работают аналогично, однако спутники ГЛОНАСС имеют большую стабильность.

Некоторое время назад GPS в телефонах использовался редко, а потому представлял из себя некую диковинку, которой можно было удивлять людей. Но те времена давно прошли и сегодня нужно хорошенько потрудиться, чтобы найти смартфон, в котором отсутствует поддержка GPS.

Для чего нужен GPS в телефоне/смартфоне/планшете?

GPS используется в первую очередь для определения местоположения устройства. Уже исходя из этого, пользователь может понимать, где находится в данный момент. На этом принципе основаны навигационные карты, которые используются, к примеру, автолюбителями. А вкупе с интернетом карты могут показывать не только местоположение устройства и путь к цели, но и загруженность дорог. Яркий пример — Яндекс.Карты.

Смартфоны с GPS используются не только простыми автомобилистами, они очень популярны у курьеров, а также у таксистов — особенно когда речь идет о крупных городах.

Функция местоположения используется в некоторых сервисах. Например, в социальной сети вы можете разместить фотографию и уточнить координаты, где она была только что запечатлена. Есть сервисы, которые позволяют отмечать свое местоположение не на простых картах, а в магазине или кафе — таким образом пользователь может послать свое сообщение друзьям и пригласить их.

Есть даже сервисы знакомств, основанные на местоположении пользователя в данный момент. Так, пользователь указывает, где он находится и на карте видит других пользователей. К примеру, пользователи могут познакомиться друг с другом, если они находятся в непосредственной близости на карте.

Есть ли недостатки у GPS?

Как таковых недостатков у GPS не существует, однако стоит помнить, что местоположение не всегда может быть достоверным, так как есть пределы погрешности. Для более точного позиционирования можно использовать сразу обе навигационных системы — GPS и ГЛОНАСС, тем более, что они обе используются во многих устройствах.

В остальном GPS имеет сплошные плюсы. К тому же система фактически никак не сказывается на стоимости устройства, что вы можете проследить по стоимости смартфонов: даже самые недорогие устройства оснащаются GPS.

GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения координат - Global Positioning System.

Что это за система?

Это система, позволяющая с точностью не хуже 100 м определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.

Из чего состоит GPS?

GPS состоит из совокупности определенного количества искусственных спутников Земли (спутниковой системы NAVSTAR) и наземных станций слежения, объединенных в общую сеть. В качестве абонентского оборудования служат индивидуальные GPS-приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение.

Что представляет собой спутниковая система NAVSTAR?

В состав спутниковой системы NAVSTAR входят 24 ИСЗ, находящихся на 6 различных круговых орбитах, которые расположены под углом 60 градусов друг к другу. Период обращения одного спутника - 12 часов. Вес каждого спутника около 787 кг, размер более 5 м, включая солнечные батареи. На борту каждого спутника установлены атомные часы, обеспечивающие точность 10-9 сек, вычислительно кодирующее устройство и передатчик мощностью 50 Вт, излучающий на частоте 1575.42 МГц.
Рождением NAVSTAR можно считать февраль 1978 года, когда на орбиту был выведен первый спутник системы. Средний срок службы одного спутника приблизительно 10 лет, поэтому в программу входит постоянное производство и выведение на орбиту новых спутников, на смену использовавшим свой ресурс. Стоимость постройки и запуска 24 спутников - 12 миллиардов долларов.

Какую информацию спутники передают на Землю?

Каждую миллисекунду спутники передают на Землю:

Свой статус (сообщение об исправности или неисправности);
текущую дату;
текущее время;
данные альманаха;
точное время отправки всей совокупности сообщений.

Что такое альманах?

Это информация о том, в каком месте небесной сферы должен находиться каждый спутник в любое момент времени в течение суток, т.е. орбитальные данные всех спутников.

Как происходит определение координат?

GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с четырёх.

Как GPS-приемник определяет расстояние до спутников?

Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приемнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приемника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Каковы источники погрешности при определении местоположения?

Основным источником было наличие, так называемого, режима "ограниченного доступа". В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 - 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим "ограниченного доступа" был отключён.
Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Что представляет собой GPS-приемник?

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, исполнение GPS-приемников также весьма разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:

Персональные GPS приемники индивидуального применения.
Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.
Автомобильные GPS приемники , которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приемо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
Морские GPS приемники , оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
Авиационные GPS приемники , используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.

Существуют ли другие системы определения местоположения?

Да. Отечественной военно-космической промышленностью создана альтернативная спутниковая система ГЛОНАСС. Однако, несмотря на более высокую точность определения местоположения, ее надежность и потребительские характеристики существенно ниже, чем у NAVSTAR, и на сегодняшний день широкого распространения эта система не получила.

В этой рубрике мы расскажем вам, как пользоваться навигатором в телефоне. Ответим на связанные с этим вопросы, в частности: нужна ли предварительная настройка gps на телефоне, будет ли работать gps навигатор без интернета? Обзоры лучших gps программ и трекеров - в этой рубрике. Скачать программы для GPS навигации

Краткий обзор популярных GPS-навигаторов для iOS

Владельцы устройств от компании Apple, находясь в путешествиях, нередко сталкиваются с необходимостью оперативного ориентирования на местности – в этом помогают приложения-навигаторы. Но каждое приложение отличается своими уникальными функциями, которые могут не пригодиться пешеходу или же будут лишними для водителей. Рассмотрим наиболее популярные навигаторы, работающие на базе iOS:

Выбираем лучший навигатор для Андроид. Бесплатные gps-навигаторы

GPS-навигация – одна из стратегически важных функций на любом девайсе. Пользоваться навигатором - одно удовольствие (в особенности, если вы плохо ориентируетесь по городу и вам проще идти по спланированному маршруту). Проведя тестирование приложений, мы постарались выбрать лучшую GPS программу-навигатор для Андроид. Исследование навигаторов проведенона основании нескольких факторов.

Бесплатные gps-навигаторы для Андроид с offline-картами

В этой серии попытаемся найти бесплатный навигатор для Андроид, позволяющий работать с картами без интернета. Сделаем акцент именно на оффлайн-функциях навигаторов и gps-трекеров. В обзоре представлены лучшие gps программы, функционирующие без привязки к интернету.

Выбираем лучший gps-навигатор для автомобиля

GPS-навигатор – главный помощник каждого автомобилиста. Даже если в городе вы живете давно, знаете его хорошо, неприятные и просто неожиданные сюрпризы не исключены. Чтобы не заблудиться, быстро находить нужный адрес, купите навигатор.

Что лучше – Google Maps или Яндекс Навигатор?

Перейдя от одного навигатора к другому (после длительного использования), четко распознаешь достоинства и недостатки каждого из них. Я поделюсь своими впечатлениями после перехода с на Яндекс Навигатор. Сразу скажу, что последний мне нравится больше, и вот почему.

Как построить автомобильный маршрут в Яндекс.Навигаторе без Интернета

Для того, чтобы построить автомаршрут, нужно установить gps навигатор от Яндекс и прочесть нашу инструкцию. Конечно, есть и другие gps навигаторы (Навител, Waze), которые также умеют строить автомобильные маршруты, но о них мы поговорим в следующий раз.

Скачать Яндекс Навигатор для Андроид

На этой страничке вы можете скачать приложение "Яндекс Навигатор" для ОС Андроид. По нашему мнению, Навигатор от Яндекс - один из лучших gps-навигаторов для Android.

Яндекс навигация: как построить пеший маршрут на карте по точкам

Загрузите Яндекс Навигатор и постройте пеший маршрут, используя автономные карты. В этой инструкции мы покажем, как это быстро сделать. Как использовать функционал навигатора от Yandex.

Карты Навител для России: где скачать, особенности лицензионной и пиратской версий карт

Есть несколько способов заполучить карты России для Навител Навигатора. И в этом руководстве вы узнаете, как скачать карты - бесплатно или платно, легально или через торренты.

Скачать бесплатно Навител Навигатор для Андроида

На этой странице, кроме описания преимуществ, можно скачать бесплатно навигатор Навител. Внимательно изучите описание автонавигатора, затем переходите по ссылке. Устанавливайте на телефон и пользуйтесь. Перед использованием, не забудьте установить gps на Андроид в положение "Включено".

Какой gps навигатор по Европе – лучший?

Выбираем удобный, бесплатный навигатор для путешествий по Европе - с оффлайн картами, голосовым управлением и отличной детализцией. Скачайте навигаторы по представленной ссылке.

Яндекс Пробки онлайн - где сейчас пробки на дорогах

Для того, чтобы узнать ситуацию на дорогах, не обязательно скачивать автонавигатор на планшет. Вспользуйтесь онлайн-сервисом Яндекс Пробки. Он расскажет вам о ДТП, загруженности автодорог, спрогнозирует транспортную сируацию на ближайшее время. Работает "Яндекс Пробки" по тому же принципу, что и gps навигаторы.

Скачать Google Maps (Гугл Карты) - программу навигатор для Андроид

Google Карты (или Google Maps) - известная программа навигатор, качественное приложение для работы с картами. Сервис Google Maps отлично зарекомендовал себя на мобильных устройствах. Последние версии этого навигатора поддерживают оффлайновые карты.

GPS — это аббревиатура от английского названия Global Positioning System , что означает «система глобального позиционирования», или, в более правильном техническом переводе, — «глобальная система определения координат». Основные ее взаимодействующие элементы — это 24 космических спутника NavStar (запущены и принадлежат США) и миллионы приемников на поверхности Земли.

Работает система так: приемник ловит сигнал от 3 и более спутников, замеряет время задержки прохождения сигнала от каждого из них и автоматически рассчитывает свое местоположение — географические координаты: широту, долготу, а также высоту над уровнем моря. Эти данные процессор устройства соотносит с электронной картой, загруженной в память прибора. Благодаря этому пользователь видит на дисплее изображение географической карты, на которой показывается и двигается «точка» — это он сам со своим GPS-приемником.

1. Что представляют собой GPS-приемники, какие они бывают?
Это группа электронных приборов, которые объединяет только одно — наличие специального модуля для приема сигнала со спутников. По техническому же исполнению GPS-устройства могут быть очень разными. В зависимости от предназначения, GPS-навигаторы бывают автомобильные, морские, авиационные, портативные туристские, профессиональные геодезические.

Существуют и т. н. GPS-модули — устройства, содержащие только приемник, подключаемый к ноутбуку или КПК. Часто GPS модуль уже штатно на заводе встраивается в мультимедийную систему автомобиля. Также стоит упомянуть электронику со встроенным GPS-приемником: КПК, ноутбуки, сотовые телефоны, рации.

2. В чем заключаются особенности автомобильных GPS-навигаторов?

Прежде всего, это конструкция устройства. Автомобильные навигаторы представляют собой, чаще всего, моноблок на манер маленького телевизора, который ставится на кронштейне на торпедо или подвешивается на солнцезащитный козырек. Питание — от прикуривателя либо от собственного аккумулятора. Также стоит упомянуть простоту их интерфейса, специально «заточенного» под управление навигатором во время езды. Автомобильные GPS имеют мощный процессор, позволяющий быстро и без запозданий за движением машины «перерисовывать» и «двигать» карту на дисплее.

Одной из характерных функций автомобильных GPS является сопровождение голосовыми подсказками и автоматическое прокладывание маршрута с описанием вариантов и дорожной инфраструктуры.

Однако этот функционал в России пока недоступен — все это начинает действовать только на территории Европы и Скандинавии. Единственным исключением являются Москва и Подмосковье, где маршрутизация и подсказки работают. (Правда, по утверждению пользователей, в несколько недоработанном виде).

3. Почему в России автомобильная навигация функционирует не так полноценно, как в Европе?

Все дело — в электронных картах. Именно они дают возможность реализовать функции навигатора. Для России же такие карты пока не созданы. На отечественных картах автопутешественник может видеть только типы дорог и населенные пункты. Хотя, по разным сведениям, работы уже ведутся, и возможно, полнофункциональные российские карты скоро появятся.

4. Какова точность GPS-навигации?

Сам навигатор, по заявлениям производителей, определяет местоположение с точностью до 3-5 м. Однако очень многое тут зависит от числа спутников, которые «видят» прибор и, опять-таки, от электронных карт. Дело в том, что в России для гражданского использования разрешены карты масштабом не крупнее чем 1:1000, т. е. в 1 см карты — 1 км местности. На практике же это значит, что 100 м будут умещаться в 1 мм на экране.

Впрочем, для автомобильных путешествий такой масштаб карт и точность навигации вполне приемлемы, ведь на машине ездят за многие сотни километров.

5. Легальны ли GPS-навигаторы?

Любительские GPS-приемники у нас не запрещены. Изделия допущены к свободной продаже.

6. Не нужно ли регистрировать прибор, получать лицензию на пользование?

Нет. Любительским GPS-навигатором можно пользоваться без всяких допусков. Лицензия требуется только на высокоточное профессиональное GPS-оборудование. Впрочем, оно слишком дорогое, сложное в пользовании, довольно громоздкое и обычному человеку, в принципе, ни к чему.

7. Взимается ли абонентская плата за пользование GPS-навигацией?

Никакой платы нет. После покупки прибора все дальнейшее его использование абсолютно бесплатно.

8. Кто производит автомобильные GPS-навигаторы?

В мире производителей такого оборудования очень много. Из представленных на нашем рынке брендов можно назвать американские Garmin и Magellan, голландский TomTom, российский «Глобал Ориент» (GPS-модули) и тайваньский Novogo.
Электронный Сусанин // 13 вопросов об автомобильной GPS-навигации Электронный Сусанин // 13 вопросов об автомобильной GPS-навигации

9. Сколько стоят такие GPS?

От $300 до 700. На цену навигатора влияет, прежде всего, его функциональность. Это объем памяти, от которого зависит количество загружаемых карт, мощность процессора, отвечающая за быстродействие и поддержку трехмерных карт, наличие сенсорного экрана, русификация меню, поддержка голосовых подсказок. Помимо этого, цена зависит от производителя: так, тайваньские навигаторы дешевле примерно на $50-100.

10. Где брать электронные карты для загрузки информации?

Практически всегда они продаются там же, где и сами навигаторы. Дополнительным источником приобретения может быть Интернет.

11. Поможет ли GPS-навигатор проехать от Петербурга до Владивостока?