Система GPS (Global Positioning System) — это радионавигационная спутниковая
система, часть комплекса NAVSTAR, которая создана и работает под руководством Министерства обороны США. GPS предоставляет сухопутным, морским и
воздушным пользователям возможность определять свои трехмерные координаты, скорость и время 24 часа в сутки, в любую погоду, в любой точке земного
шара с гораздо более высокой точностью, чем это возможно сделать с использованием других радионавигационных систем, которые доступны сегодня или
могут появится в ближайшее время.
Система GPS состоит из трех сегментов: космического, сегмента управления и пользовательского сегмента.
Космический сегмент состоит из 24 активных и 8 резервных спутников, размещенных на 6 круговых орбитах на высоте 20 180 км над Землей, наклон орбиты
составляет 55 градусов, а период вращения – 12 часов. Спутники разделены по орбитам таким образом, что в любой момент времени минимум 6 спутников
будут в поле зрения пользователя в любой точке Земли. Спутники постоянно передают данные о своем местоположении и времени пользователям во всем
мире. На каждом спутнике есть атомные часы, которые обеспечивают очень высокую точность отсчета времени. Синхронизацию времени всех атомных часов
на всех спутниках обеспечивает сегмент управления. В сегмент управления входит главная станция управления в Colorado Springs, около 10 станций
мониторинга и наземные антенны, размещенные в разных точках земного шара. Станции мониторинга отслеживают движение всех спутников системы GPS и
собирают информацию о дальности до спутников из их сообщений. Эта информация поступает на главную станцию, где очень точно рассчитываются орбиты
спутников. Далее эта информация в определенном формате поступает на каждый спутник через наземные антенны, которые также обеспечивают передачу
и прием сигналов для управления спутниками.
Пользовательский сегмент состоит из персональных навигационных приборов, которые предоставляют пользователям возможность принимать сигналы от спутников
и рассчитывать точные координаты, скорость и время.
Концепция GPS основана на измерении расстояния до спутников. Пользователь определяет свое местоположение на поверхности Земли благодаря измерению
расстояния до каждого из группы спутников. Спутники в этом случае играют роль опорных точек. Каждый спутник передает данные про точное местонахождение
спутника (эфемериды) и время. Приемник пользователя измеряет задержку сигнала от спутника к приемнику, что соответствует измерению расстояния до
спутника. Измерения, собранные от четырех спутников одновременно, позволяют точно рассчитать трехмерные координаты местоположения, скорость и время.
GPS (Global Positioning System) — это радионавигационная
спутниковая система, предназначенная для точного определения своего местоположения, скорости и времени.
GPRS (General Packet Radio Service) — система пакетной радиосвязи общего пользования —
надстройка над технологией сотовой связи GSM для обеспечения пакетной передачи данных.
GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи обмениваться данными с другими устройствами, подключенными к сети GSM с выходом на внешнюю сеть,
в том числе и в Интернет.
Таким образом, это совсем разные системы, которые не имеют прямого отношения одна к другой, несмотря на похожее звучание аббревиатур.
Сигнал от спутников, который передается на частоте L1=1575,42 МГц, предназначенный для гражданского использования, распространяется без ограничений, без какой-либо платы за использование.
Концепция работы системы GPS основана на измерении расстояния до группы спутников, которые играют роль опорных точек. Каждый из GPS спутников передает точные сведения о своем местонахождении и времени. Навигатор пользователя измеряет задержку сигнала от каждого спутника, что дает возможность определить расстояние до каждого из них. Одновременно собранные измерения от четырех или более спутников обрабатываются процессором для расчета трехмерных координат в пространстве, а также скорости и времени.
Система GPS обеспечивает два уровня обслуживания — Стандартный (SPS — Standard Positioning Service) для общего пользования и закодированный Точный (PPS — Precise Positioning Service), предназначенный, прежде всего, для использования Министерством обороны США. Точность определения местонахождения для Стандартного уровня (SPS) была значительно снижена с целью защиты национальных интересов США (так называемый режим Selective Availability (SA)). С 1 мая 2000 года США отключили режим Selective Availability (SA), который был предназначен для снижения точности определения координат гражданскими пользователями. После этого точность увеличилась примерно в пять раз и составляет от 5 метров и хуже в зависимости от количества спутников, сигнал от которых может принимать GPS-навигатор, а также от их взаимного расположения в пространстве (их конфигурации).
На сегодняшний день только система GPS работает в полнофункциональном режиме, то есть имеет полную
группу спутников, которая обеспечивает навигацию по всей Земле 24 часа в сутки для всех гражданских пользователей.
Российская Федерация развивает свою систему ГЛОНАСС. Как сообщает сайт ИАЦ, 8.12.2011 состав орбитальной группировки ГЛОНАСС доведен до 24 спутников, после чего эта группировка стала обеспечивать 100% покрытие поверхности Земли круглосуточно. Спутники размещены над Землей в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбиты 64,8° и высотой орбиты 19 100 км.
Европейское Космическое Агентство и Европейский Союз планируют запустить собственную спутниковую навигационную систему, которая получила название
Галилео (Galileo). Планируется, что система будет передавать сигнал в двух диапазонах и прием этого сигнала будет доступным для пользователей,
что позволит снизить погрешность определения координат до менее чем 1 метр.
16 июля 2009 года был подписан контракт о запуске четырех спутников системы Galileo на орбиту 23 600 км до конца 2010 года, что позволит перейти
ко второму этапу тестирования сегментов системы. Очевидно, что система еще далека от реального использования для навигации.
Системы Wide Area Augmentation System (WAAS) и European Geostationary Navigation Overlay Service
(EGNOS) являются составными частями системы Satellite Based Augmentation System (SBAS), предназначенной для улучшения определения координат приемниками
GPS. Система WAAS работает в Северной Америке, система EGNOS — в Европе. Кроме них существуют другие аналогичные региональные системы, которые
входят в SBAS, а именно GAGAN для Индии и MSAS для Японии.
Принцип работы всех этих систем основан на измерении незначительных отклонений в сигнале, который поступает от спутников системы GPS, наземными
базовыми станциями. На основании этих отклонений рассчитывается сигнал коррекции, который передается пользователям через систему геостационарных
спутников системы SBAS. Многие навигаторы дают пользователю возможность выбрать, учитывать эту поправку или нет. Если пользователь находится недалеко
от базовой станции SBAS, учет поправки может увеличить точность до 3-5 метров и даже лучше. Если же пользователь находится далеко от базовой станции,
это, напротив, может вызвать дополнительную погрешность, поскольку состояние атмосферы, которое влияет на изменения в сигнале от спутников, в этом
случае может существенно отличаться. Карты расположения базовых
станций системы EGNOS.
Для того чтобы GPS-навигатор вообще смог определить свои координаты, необходимо обеспечить прием
сигнала минимум от 3 (для 2D координат) или от 4 (для 3D координат) спутников GPS.
Точность определения координат будет тем лучше, чем больше спутников находится в поле зрения. Корме этого, точность зависит от взаимного расположения
спутников. Так, например, она будет максимальной, когда три спутника расположены чуть выше горизонта с азимутом 120 градусов один от другого относительно
пользователя и еще один — в зените. Самой низкой точность будет, когда все четыре спутника видны пользователю под одним телесным углом и близко
один к другому.
Следует принять во внимание, что сигнал от спутников не принимается в помещении на некотором отдалении от окна; не принимается или сильно ослабляется
под густыми кронами деревьев, а также в лесу, где практически закрыт от приема горизонт; не проходит через автомобильное и оконное стекло определенных
сортов, с добавками, которые обеспечивают стеклу атермальные свойства, или из-за нанесенных на стекло определенных пленок. В некоторых случаях
проблему можно решить, применив дополнительную выносную антенну.
Скорость по GPS определяется на основе точных данных о местонахождении и на основе эффекта Доплера. Погрешность может составлять всего 5 см/секунду (0,18 км/час). Скорость по спидометру зависит от калибровки самого спидометра (как правило, они завышают реальную скорость), давления в шинах, состояния дорожного покрытия, коэффициента сцепления и т.п.
Если переместить выключенный GPS-навигатор на расстояние более 300 км, либо включить навигатор,
который был в выключенном состоянии на протяжении долгого времени, он сначала попробует воспользоваться сохраненными в памяти альманахом и эфемеридами.
Поскольку эти данные будут недействительны для нового местоположения либо через длительный период времени, GPS-навигатор начнет «перебирать» по
очереди спутники, пока не получит от них новые данные об альманахе и эфемеридах. Этот процесс, который называется «холодным стартом», может длиться
5-20 минут, а иногда и дольше. Во время «холодного старта» необходимо оставаться на одном месте. В некоторых навигаторах для того, чтобы ускорить
процесс «холодного старта», через меню можно указать приблизительное местонахождение навигатора или воспользоваться другими опциями.
«Теплым» называют старт, при котором альманах сохраняет свою актуальность, в то время как эфемериды уже устарели. Длительность «теплого старта»
составляет около 1 минуты.
«Горячим» называют старт после того, как GPS-навигатор выключался на короткое время. Данные альманаха и эфемерид при этом не успевают потерять
свою актуальность, и навигатор быстро определяет свое местоположение.
Альманах — это информация о том, в каком месте должен быть каждый из спутников GPS в любой
момент времени. Эти данные передаются каждым спутником GPS и касаются всех спутников системы GPS. Данные альманаха не являются очень точными и
сохраняют свою актуальность в течение нескольких месяцев до корректирования орбит спутников.
Эфемериды — это набор данных с точной информацией о параметрах орбит и коррекции атомных часов, которые касаются только того спутника, который
и передает эти данные. Спутники передают свои эфемериды каждые 30 секунд, данные эфемерид действительны 30 минут.
В конце прошлого и в начале нынешнего десятилетия все чипсеты GPS принимали только прямой сигнал
от спутников, были, как правило, 12-канальными, и часто требовали тщательного выбора места, где были бы хорошие условия приема.
В середине этого десятилетия SiRF Technology Holdings, Inc. создали чипсет нового поколения SIRFstar III, который быстро стал бестселлером благодаря
тому, что он имеет более высокую чувствительность, меньшее потребление энергии и, кроме того, может принимать как прямой, так и отраженный сигнал
от спутников. Этот чипсет имеет 12 каналов и обеспечивает поддержку SBAS.
Компания MediaTec Inc. (МТК) сделала свои чипсеты МТ3328 и МТ3329, которые составили достойную конкуренцию SIRFstar III и имеют в целом похожие
технические характеристики, 30 каналов и несколько более высокую чувствительность.
Как SIRFstar III, так и чипсеты МТК от MediaTec Inc. на сегодняшний день являются наиболее популярными и обеспечивают наилучшие характеристики
GPS-навигаторов. Вместе с тем, нужно понимать, что возможность приема отраженного сигнала в целом несколько снижает точность определения местоположения.
Но при их использовании в навигации это не является проблемой для подавляющего большинства пользователей.
Для того чтобы GPS-навигатор смог определить свои координаты, необходимо обеспечить прием сигнала минимум от 3 (для 2D координат) или от 4 (для 3D координат) спутников GPS.
На самом деле, Земля имеет форму геометрического тела, которое не является шаром или даже эллипсоидом.
Ее форма более сложная, но в геодезии форму Земли моделируют именно эллипсоидом. Это дает возможность определить координаты каждой точки Земли,
не используя слишком сложных математических методов. Параметры эллипсоида подбирают так, чтобы среднеквадратическое отклонение модели от реальности
было минимальным для всей Земли или для какой-либо отдельной страны или региона. Именно поэтому насчитывается более ста опорных эллипсоидов. Выбранная
модель эллипсоида и система координат на основе этого эллипсоида составляют датум.
Система GPS использует систему координат WGS84, основанную на модели эллипсоида GRS80.
Определенная система координат, широта, долгота и высота однозначно определяют координаты любой точки на Земле.
Более подробно можно прочитать в ГИС глосарии.
Чаще всего используются полярная либо Декартова (прямоугольная) система координат.
В полярной системе координаты (широта и долгота) измеряются в градусах, минутах и секундах.
1 градус=60 минут, 1 минута=60 секунд. Часто вместо минут и секунд используют десятичные доли градуса, минуты или секунды. Таким образом, основные
форматы следующие:
ggg/mm/ss,ssss
ggg/mm,mmm
gg,gggggg
Это следует учитывать при использовании координат для обозначения или поиска какой-либо точки в навигаторе.
Декартова система координат связана с использованием проекции Гаусса-Крюгера и
предполагает развертку 6-градусных сегментов земной поверхности (зон) на плоскую поверхность. Координаты задаются номером зоны, расстоянием в км
от центрального меридиана зоны (координата Х) и от экватора (координата Y). Во избежание использования отрицательных чисел вводятся восточное
смещение и северное смещение для Южного полушария.
На сегодняшний день GPS широко используется в разных сегментах навигации. Их можно упрощенно
разделить на такие группы:
Отдельные специализированные навигаторы для туристов, охотников, рыбаков и т.п. Такие навигаторы имеют пользовательский интерфейс, требующий определенных
знаний в области навигации, а также влагозащитный корпус, некоторые из них не тонут в воде.
Специализированные навигаторы для использования в авиации.
Специализированные навигаторы для навигации на морских или речных судах.
Портативные (переносные) автомобильные и мотоциклетные навигаторы. Корпус автомобильных навигаторов не защищен от попадания влаги, корпус мотоциклетных
имеет такую защиту. Пользовательский интерфейс упрощен, чтобы минимизировать затраты времени на поиск необходимых функций при управлении автомобилем
либо мотоциклом.
Навигаторы, которые входят в состав встроенных автомобильных мультимедийных систем.
Блоки навигации, рассчитанные на подключение к встроенным автомобильным мультимедийным системам, в состав которых не входит GPS-навигатор. Подключаются
через видео и аудио входы. Многие из них поддерживают управление через сенсорный дисплей мультимедийной системы. Как правило, имеют также пульт
дистанционного управления.
Карманные персональные компьютеры и коммуникаторы, в состав которых входит GPS-модуль, либо которые могут подключаться к внешнему GPS-модулю через
Bluetooth, СОМ-порт либо USB-порт с использованием соответствующего программного обеспечения.
Ноутбуки или нетбуки с дополнительным GPS-модулем и соответствующим программным обеспечением.
Система А-GPS использует космический сегмент системы GPS, сети сотовой связи и мобильные телефоны или коммуникаторы, которые не обязательно имеют свой собственный настоящий модуль GPS, для определения координат. Услуги системы А-GPS платные. В режиме онлайн, который является основным, координаты определяются вне конечного устройства системы, то есть, наличие настоящего модуля GPS не обязательно. При этом необходимым является густое покрытие сети сотовой связи. В режиме офлайн система А-GPS используется для передачи через сеть сотовой связи альманаха и эфемерид, что сокращает время холодного и теплого старта настоящего GPS-приемника.
POI (Points of Interest) — это объекты на карте, которые касаются инфраструктуры общества, то есть магазины, аптеки, заправки, больницы, театры, природные достопримечательности и т.п. Как правило, POI разделены на группы. Они могут использоваться для поиска соответствующего учреждения во время путешествий. Визитка такого объекта может включать информацию о его адресе, телефоне, времени работы и т.п.
Карты на DVD имеют свой формат, который отличается от формата Garmin® либо iGO, в которых разрабатываются наши карты. И на сегодняшний день производители штатных (то есть установленных на заводе-производителе автомобиля) систем навигации не занимаются разработкой подробных карт Украины. Поэтому, как выход из ситуации можно рассмотреть установку дополнительного блока навигации, который будет подключаться к головному устройству через кабель тачскрина, аудио и видео входы и запускать навигационную программу CarteBlanche Navigator (на основе iGO 8) с карточки памяти SD.
Если вы обнаружили какие-либо неточности на карте, пожалуйста, заполните форму или
напишите нам письмо.
Очень желательно приложить актуальный трек и/или проиллюстрировать фрагмент карты другим образом. Все замечания будут рассмотрены нашими картографами
и учтены в одном из очередных обновлений карты.
Навигаторы ТомТом используют свой формат карты, который отличается от форматов Garmin® и iGO. Поэтому наша карта не подойдет ни к навигатору, ни к программным продуктам ТомТом.
Все торговые марки, упомянутые на сайте, являются собственностью их законных владельцев.
© 2005–2016 «Карт Бланш Украина»