Спутниковое навигационное устройство

редактировать

Карманный GPS-приемник Magellan Trailblazer XL 1993 года Автомобильная навигация на персональном помощнике по навигации Garmin eTrex10 edition портативное

A устройство спутниковой навигации, в просторечии называемое GPS-приемником, или просто GPS, представляет собой устройство, способное получать информацию от GNSS спутники, а затем вычислить географическое положение устройства. Используя подходящее программное обеспечение, устройство может отображать положение на карте и предлагать маршруты. Глобальная система позиционирования (GPS) - одна из немногих глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), состоящих из сети как минимум из 24, но в настоящее время 30, спутники, выведенные на орбиту США Министерство обороны.

GPS изначально была разработана для использования в вооруженных силах Соединенных Штатов, но в 1980-х годах правительство Соединенных Штатов разрешило использовать эту систему в гражданских целях. Хотя спутниковые данные GPS предоставляются бесплатно и работают в любой точке мира, устройство GPS и соответствующее программное обеспечение необходимо покупать или арендовать.

Спутниковое навигационное устройство может извлекать (из одной или нескольких спутниковых систем) информацию о местоположении и времени при любых погодных условиях в любом месте на Земле или рядом с ней. Для приема GPS требуется беспрепятственная прямая видимость четырех или более спутников GPS, а также условия плохого спутникового сигнала. В исключительно плохих условиях сигнала, например в городских районах, спутниковые сигналы могут проявлять многолучевое распространение, когда сигналы отражаются от конструкций или ослабляются из-за метеорологических условий. Препятствия для прямой видимости могут возникать из-за кроны деревьев или внутри конструкции, например, в здании, гараже или туннеле. Сегодня большинство автономных приемников GPS используются в автомобилях. Возможности GPS смартфонов могут использовать технологию Assisted GPS (A-GPS), которая может использовать базовую станцию ​​или вышки сотовой связи для обеспечения более быстрой Время до первого исправления (TTFF), особенно когда сигналы GPS плохие или недоступны. Однако часть мобильной сети технологии A-GPS не будет доступна, когда смартфон находится за пределами диапазона мобильной сети приема, в то время как в противном случае аспект GPS будет оставаться доступным.

Российская глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС ) была разработана одновременно с GPS, но до середины 2000-х годов страдала от неполного покрытия земного шара. ГЛОНАСС может быть добавлен к устройствам GPS, чтобы сделать больше спутников доступным и обеспечить более быстрое и точное определение местоположения с точностью до 2 метров.

Другие услуги спутниковой навигации с (предполагаемым) глобальным охватом - европейские Galileo и китайский BeiDou.

Содержание

  • 1 Автомобильная навигационная система
  • 2 История
  • 3 Чувствительность
  • 4 Потребительские приложения
    • 4.1 Специализированные навигационные устройства GNSS
    • 4.2 Интеграция со смартфонами
    • 4.3 Palm, карманные и портативные ПК
    • 4.4 GPS-модули
  • 5 Авиаторы
  • 6 Военные
  • 7 Последовательные приемники
  • 8 Неполадки
  • 9 Проблемы конфиденциальности
  • 10 См. Также
  • 11 Ссылки

Автомобильная навигационная система

Используя спутниковую информацию и при условии сложности установленного программного обеспечения, устройство GPS, используемое в качестве автомобильной навигационной системы, может использоваться в ряд контекстов, в том числе:

Навигационные устройства могут указывать:

  • доступные дороги или пути,
  • заторы и альтернативные маршруты,
  • дороги или пути, по которым можно добраться до пункта назначения,
  • если некоторые дороги загружены (в настоящее время или исторически), лучший маршрут,
  • Расположение продуктов питания, банков, гостиниц, топлива, аэропортов или других достопримечательностей,
  • кратчайший маршрут между двумя точками,
  • различные варианты движения по шоссе или проселочным дорогам.

История

Как и многие другие технологические прорывы последнего 20-го века, современную систему GNSS можно обоснованно считать прямым результатом холодной войны конца 20-го века. Изначально многомиллиардные расходы на американские и российские программы были оправданы военными интересами; напротив, европейский Galileo задумывался как чисто гражданский.

В 1960 году ВМС США приняли на вооружение навигационную систему на базе спутника Transit для помощи в морской навигации. ВМС США в середине 1960-х годов провели эксперимент по отслеживанию подводной лодки с помощью ракет с шестью спутниками и опорными полюсами и смогли наблюдать изменения спутников. В период с 1960 по 1982 год, как показали преимущества, военные США постоянно совершенствовали и совершенствовали свои спутниковые навигационные технологии и спутниковую систему. В 1973 году военные США начали планировать комплексную всемирную навигационную систему, которая в конечном итоге стала известна как GPS (глобальная система позиционирования). В 1983 году, после трагедии, когда самолет Korean Airlines, рейс 007, был сбит в советском воздушном пространстве из-за навигационной ошибки, президент Рейган использовал навигационные возможности существующего военная система GPS доступна для двойного гражданского использования. Однако первоначально использование в гражданских целях было лишь слегка ухудшенным сигналом позиционирования «Выборочная доступность ». Эта новая доступность военной системы GPS США для гражданского использования потребовала определенного технического сотрудничества с частным сектором в течение некоторого времени, прежде чем она могла стать коммерческой реальностью. В 1989 году Magellan Navigation Inc. представила свой Magellan NAV 1000, первый в мире коммерческий портативный GPS-приемник. Первоначально эти устройства продавались примерно по 2 900 долларов США за штуку. В 2000 году администрация Клинтона сняла ограничения на использование сигналов в военных целях, тем самым предоставив полный коммерческий доступ к спутниковой системе GPS США.

В 1990 году Mazda Eunos Cosmo была первым серийным автомобилем в мире со встроенной системой GPS-навигации. В 1991 году Mitsubishi представила автомобильную GPS-навигацию на Mitsubishi Debonair (MMCS: Mitsubishi Multi Communication System). В 1997 году была разработана навигационная система с использованием дифференциала GPS как опция, устанавливаемая на заводе на Toyota Prius.

. Поскольку системы GPS-навигации становились все более и более распространенными и популярными, цены на такие системы начали падать, и их доступность постоянно росла. Кроме того, несколько дополнительных производителей этих систем, такие как Garmin (1991), Benefon (1999), Mio (2002) и TomTom (2002) вышла на рынок. Mitac Mio 168 был первым карманным компьютером со встроенным GPS-приемником. Выход Benefon на рынок в 1999 году также представил пользователям первую в мире систему GPS-навигации на базе телефона. Позже, по мере развития технологий смартфонов, чип GPS в конечном итоге стал стандартным оборудованием для большинства смартфонов. На сегодняшний день все более популярные спутниковые навигационные системы и устройства продолжают пополняться новыми разработанными программными и аппаратными приложениями. Он был встроен, например, в камеры.

Хотя американская система GPS была первой системой спутниковой навигации, развернутой в глобальном масштабе и сделанной доступной для коммерческого использования, это не единственная система такого типа. Из-за военных и других соображений аналогичные глобальные или региональные системы были или скоро будут развернуты в России, Европейском Союзе, Китае, Индии и Японии.

GNSS сделала большой шаг вперед в современном мире. Теперь это может помочь в таких вещах, как родители, которые теперь используют устройства GNSS для подключения к своим детям, чтобы отслеживать их движения и всегда знать их местоположение. Также помогает в обнаружении движений и поведения животных, а также помогает офицерам в погоне за автомобилем и избавлении от необходимости преследовать преступника и, наконец, с помощью пуль GPS для поимки преступников.

Чувствительность

GNSS устройства различаются по чувствительности, скорости, уязвимости к многолучевому распространению и другим параметрам производительности. Высокочувствительные приемники используют большие группы корреляторов и цифровую обработку сигналов для очень быстрого поиска сигналов. Это приводит к очень быстрому времени для первого исправления, когда сигналы находятся на нормальном уровне, например, на улице. Когда сигналы слабые, например в помещении, дополнительная вычислительная мощность может использоваться для интегрирования слабых сигналов до такой степени, что их можно использовать для определения местоположения или временного решения.

Сигналы GNSS уже очень слабы, когда достигают поверхности Земли. Спутники GPS передают только 27 Вт (14,3 дБВт) с расстояния 20 200 км на орбите над Землей. К тому времени, когда сигналы поступают в приемник пользователя, они обычно достигают -160 дБВт, что эквивалентно одной десятой миллиардной доли ватта (100 аттоватт). Это значительно ниже уровня теплового шума в его полосе пропускания. На открытом воздухе сигналы GPS обычно имеют уровень -155 дБВт (-125 дБм ).

Обычные приемники GPS интегрируют принятые сигналы GPS в течение того же периода времени, что и продолжительность полного цикла кода C / A, которая составляет 1 мс. Это приводит к возможности захвата и отслеживания сигналов до уровня -160 дБВт. Приемники GPS с высокой чувствительностью могут интегрировать входящие сигналы до 1000 раз дольше, чем это, и, следовательно, принимать сигналы в 1000 раз слабее, что приводит к усилению интеграции 30 дБ. Хороший высокочувствительный GPS-приемник может принимать сигналы до −185 дБВт, а отслеживание может продолжаться до уровней, приближающихся к −190 дБВт.

GPS с высокой чувствительностью может обеспечить определение местоположения во многих, но не во всех помещениях. Сигналы либо сильно ослабляются строительными материалами, либо отражаются, как в многолучевом распространении. Учитывая, что высокочувствительные приемники GPS могут быть на 30 дБ более чувствительными, этого достаточно для отслеживания, например, через 3 слоя сухих кирпичей или до 20 см (8 дюймов) железобетона.

Примеры микросхем высокочувствительного приемника включают SiRFstarIII и MediaTek ʼs MTK II.

Потребительские приложения

Потребительские навигационные устройства GNSS включают:

  • специальные навигационные устройства GNSS;
  • модули, которые необходимо подключить к компьютеру для использования;
  • регистраторы, которые записывают информацию о поездке для загрузки. Такое GPS-слежение полезно для прокладки маршрутов, составления карт туристами и велосипедистами, а также для производства геокодированных фотографий.
  • конвергентных устройств, включая телефоны GPS и камеры GPS, в которых GNSS - это функция, а не основная цель устройства. Большинство устройств GNSS в настоящее время являются конвергентными устройствами и могут использовать GPS с поддержкой, автономные (не зависящие от сети) или и то, и другое. Уязвимость потребительских GNSS к радиочастотным помехам от запланированных услуг беспроводной передачи данных вызывает споры.

Специализированные навигационные устройства GNSS

Ручные приемники A такси с GPS

Выделенные устройства обладают разной степенью мобильности. Портативные, уличные или спортивные приемники имеют сменные батареи, которые могут работать в течение нескольких часов, что делает их пригодными для пеших прогулок, велосипедных прогулок и других занятий вдали от источника электроэнергии. Их экраны маленькие, а некоторые не отображают цвет, отчасти для экономии энергии. В некоторых используются трансфлективные жидкокристаллические дисплеи , позволяющие использовать их при ярком солнечном свете. Корпуса прочные, некоторые из них водонепроницаемы.

Другие приемники, часто называемые мобильными, предназначены в первую очередь для использования в автомобиле, но имеют небольшую перезаряжаемую внутреннюю батарею, которая может питать их в течение часа или двух вдали от автомобиля. Устройства специального назначения для использования в автомобиле могут быть стационарными и полностью зависят от электрической системы автомобиля.

Предустановленное встроенное программное обеспечение ранних приемников не отображало карты; Карты 21-го века обычно показывают интерактивные карты улиц (определенных регионов), на которых также могут отображаться достопримечательности, информация о маршруте и пошаговые инструкции по маршруту, часто в устной форме с функцией под названием «преобразование текста в речь ".

Производители включают:

Интеграция со смартфонами

Почти все смартфоны теперь оснащены приемниками GNSS. Это было обусловлено как потребительским спросом, так и поставщиками услуг. Сейчас существует множество телефонных приложений, которые зависят от служб определения местоположения, таких как средства навигации, и множества коммерческих возможностей, таких как локализованная реклама. На раннем этапе развития доступ к службам определения местоположения пользователей был обеспечен европейскими и американскими службами экстренной помощи, чтобы помочь определить местонахождение звонящих.

Все операционные системы смартфонов предлагают бесплатные службы картографии и навигации, требующие данных подключение; некоторые разрешают предварительную покупку и загрузку карт, но спрос на это уменьшается, поскольку карты, зависящие от передачи данных, в любом случае могут быть кэшированы. Существует множество приложений для навигации, и постоянно появляются новые версии. Основные приложения включают Google Maps Navigation, Apple Maps и Waze, которые требуют подключения к данным, iGo для Android, Maverick и ЗДЕСЬ для Windows Phone, которые используют кэшированные карты и могут работать без подключения к данным. Следовательно, почти любой смартфон теперь квалифицируется как персональный помощник по навигации..

Использование мобильных телефонов в качестве навигационных устройств превзошло использование автономных устройств GPS. В 2009 году независимая аналитическая компания Berg Insight обнаружила, что количество мобильных телефонов GSM / WCDMA с поддержкой GPS в одних только США составило 150 миллионов единиц против продажи всего 40 миллионов автономных GPS-приемников.

Assisted GPS (A-GPS) использует комбинацию спутниковых данных и данных вышек сотовой связи, чтобы сократить время на первое исправление, уменьшить необходимость периодической загрузки спутникового альманаха и помочь определить местоположение, когда спутниковые сигналы нарушаются близостью больших зданий. Находясь вне зоны действия вышки сотовой связи, определение местоположения телефона с помощью A-GPS может снизиться. Телефоны с гибридной системой позиционирования на основе A-GPS могут поддерживать определение местоположения, когда сигналы GPS неадекватны из-за триангуляции вышек сотовой связи и местоположения точек доступа Wi-Fi. Большинство смартфонов загружают спутниковый альманах при подключении к сети, чтобы ускорить определение местоположения по GPS, находясь вне зоны действия вышек сотовой связи.

Некоторые старые телефоны с поддержкой Java без встроенного GPS могут по-прежнему использовать внешние GPS-приемники через последовательный или Bluetooth ) соединения, но необходимость в этом сейчас редкость.

При привязке к портативному компьютеру некоторые телефоны могут также предоставлять услуги локализации портативному компьютеру.

Наладонник, карманный компьютер и портативный компьютер

Компании-разработчики программного обеспечения сделали доступным программное обеспечение GPS-навигации для использования в транспортных средствах на портативных компьютерах. Преимущества GPS на ноутбуке включают увеличенный обзор карты, возможность использовать клавиатуру для управления функциями GPS, а некоторые программы GPS для ноутбуков предлагают расширенные функции планирования поездки, недоступные на других платформах, такие как остановки на полпути, возможность поиска альтернативных живописных маршрутов. а так только трасса вариант.

Пальмы и карманные компьютеры также могут быть оснащены GPS-навигацией. Карманный компьютер отличается от специального навигационного устройства тем, что он имеет собственную операционную систему и может запускать другие приложения.

GPS-модули

Современный 20-канальный GPS-приемник на базе микросхемы SiRFstarIII с поддержкой WAAS / EGNOS.

Другие GPS-устройства должны быть подключены к компьютеру для работы. Этим компьютером может быть домашний компьютер, портативный компьютер, КПК, цифровая камера или смартфон. В зависимости от типа компьютера и доступных разъемов подключение может выполняться с помощью кабеля последовательный или USB, а также Bluetooth, CompactFlash <232.>PCMCIA и более новая ExpressCard. Некоторые устройства PCMCIA / ExpressCard GPS также включают в себя беспроводной модем .

. Устройства обычно не поставляются с предустановленным программным обеспечением GPS-навигации, поэтому после покупки пользователь должен установить или написать собственное программное обеспечение.. Поскольку пользователь может выбирать, какое программное обеспечение использовать, оно может лучше соответствовать его личному вкусу. Приемник GPS на базе ПК очень часто поставляется вместе с пакетом программного обеспечения для навигации. Кроме того, модули GPS значительно дешевле, чем полные автономные системы (от евро до 100 евро). Программное обеспечение может включать карты только для определенного региона или всего мира, если используется такое программное обеспечение, как Google Maps.

Некоторые любители также сделали несколько устройств GPS и выложили их в открытый доступ. Примеры включают устройства Elektor GPS. Они основаны на микросхеме SiRFstarIII и сопоставимы со своими коммерческими аналогами. Также доступны другие микросхемы и программное обеспечение.

Авиаторы

Авиаторы используют GPS для повышения своей способности поддерживать уровень безопасности на должном уровне, а также для поддержания эффективности полета. Система GPS-навигации может помочь авиаторам всегда знать свое местоположение и свое окружение на всех этапах, начиная с момента вылета и до точки приземления. Кроме того, теперь GPS позволяет летчику от старта до финиша не зависеть от наземной инфраструктуры и позволяет им иметь возможность выбирать предпочтительный маршрут от точки вылета и посадки, но они не только играют роль в предпочтительных маршрутах, которые они используют. также помогают в аэропортах, в которых отсутствует оборудование для наземной навигации и наблюдения. Использование GPS для авиаторов позволяет сэкономить время и деньги, потраченные на топливо. Более эффективные воздушные маршруты продолжают расширяться с каждым днем. В настоящее время есть несколько устройств GPS, которые позволяют авиаторам получить более четкое представление в областях, где спутник расширен, чтобы иметь возможность безопасно приземляться в условиях плохой видимости. Теперь для GPS было создано два новых сигнала, первый из которых предназначен для помощи в критических условиях в небе, а второй сделает GPS более надежной навигационной службой. Многие службы авиаторов сделали использование GPS обязательным. Приложения коммерческой авиации включают устройства GPS, которые вычисляют местоположение и передают эту информацию в большие навигационные компьютеры с множеством входов для автопилота, информацию о курсе и дисплеи коррекции для пилотов, а также устройства отслеживания и записи курса.

Военное дело

Военное применение включает устройства, аналогичные потребительским спортивным товарам для пеших солдат (командиров и солдат), небольших транспортных средств и кораблей, а также устройства, аналогичные приложениям коммерческой авиации для самолетов и ракет. Примерами являются Commander's Digital Assistant вооруженных сил США и Soldier Digital Assistant . До мая 2000 года только военные имели доступ к полной точности GPS. Потребительские устройства были ограничены выборочной доступностью (SA), которая должна была быть постепенно прекращена, но была внезапно удалена президентом Клинтоном. Дифференциальный GPS - это метод устранения ошибки SA и повышение точности GPS, и было регулярно доступно в коммерческих приложениях, таких как тележки для гольфа. Даже без SA точность GPS ограничена до 15 метров. DGPS может быть в пределах нескольких сантиметров.

Последовательные приемники

A Последовательный GPS-приемник отслеживает необходимые спутники, обычно используя один или два аппаратных канала. Набор будет отслеживать один спутник за раз, пометить измерения по времени и объединить их, когда все четыре спутника псевдодальностей будут измерены. Эти приемники относятся к числу наименее дорогих из доступных, но они не могут работать в условиях высокой динамики и имеют самую низкую производительность времени до первого исправления (TTFF).

Неполадки

Карты и направления GPS иногда неточны. Некоторые люди заблудились, прося кратчайшего пути, как пара в Соединенных Штатах, которые искали кратчайший путь из Южного Орегона до Джекпота, Невада.

В августе 2009 года молодая мать и ее шестилетний ребенок -старый сын застрял в Долине Смерти после того, как последовал указаниям GPS, которые вели ее по грунтовой тупиковой дороге. Когда их нашли пять дней спустя, ее сын умер от воздействия жары и обезвоживания.

В мае 2012 года японские туристы в Австралии застряли во время поездки на остров Норт-Стрэдброук и их GPS-навигатор. Приемник приказал им заехать в Мортон-Бэй.

В 2008 году GPS отправил автобус команды по софтболу в 9-футовый туннель, разрезавший верхнюю часть автобуса, и вся команда была госпитализирована.

Мужчина Брэд Престон из Орегона, штат Орегон, некоторое время испытывал проблемы с GPS. Он говорит, что пять-восемь раз в неделю люди подъезжают к нему, потому что на GPS-навигаторе видна улица, проходящая через его собственность.

Джон и Старри Роудс, пара из Рино, штат Невада, ехали домой из Орегона, когда они начали движение. Видно, что в этом районе было много снега, но я решил продолжить движение, потому что они уже были в пути 30 миль. Но на самом деле GPS привел их к дороге, которая не была вспахана в лесу Орегона, и они застряли на 3 дня.

Женщина по имени Мэри Дэвис ехала в незнакомом месте, когда ее GPS сказал ей проехать повернуть направо на железнодорожные пути, пока спускался поезд. Мэри повезло, что там был местный полицейский, который заметил ситуацию и посоветовал ей как можно скорее выйти из машины. Мэри посчастливилось выйти из машины, оставив ее поезду, чтобы он врезался в нее и подсчитал. Офицер прокомментировал после и сказал, что есть очень большая вероятность того, что они могли попасть в смертельный исход из-за их рук.

Другие опасности включают переулок, обозначенный как улица, переулок, обозначенный как дорога или железная дорога. треков как дороги.

Устаревшие карты иногда приводят к тому, что объект ведет пользователя по косвенному, отнимающему много времени маршруту, потому что дороги могут со временем меняться. Информация GPS смартфона обычно обновляется автоматически и бесплатно. Производители отдельных устройств GPS также предлагают услуги обновления карт для своих товаров, обычно за определенную плату.

Вопросы конфиденциальности

Пользователь Конфиденциальность может быть нарушена, если приемники GPS в портативных устройствах, таких как мобильные телефоны, загружают данные о географическом местоположении пользователя через соответствующее программное обеспечение, установленное на устройстве. Геолокация пользователя в настоящее время является основой для навигационных приложений, таких как Карты Google, реклама на основе местоположения, которые могут продвигать близлежащие магазины и могут позволить рекламному агентству отслеживать движения и привычки пользователей. для будущего использования. Регулирующие органы различаются в зависимости от страны в отношении обработки геолокационных данных как привилегированных или нет. Конфиденциальные данные не могут быть сохранены или использованы иным образом без согласия пользователя.

GPS системы слежения за транспортными средствами позволяют работодателям отслеживать местонахождение своих сотрудников, вызывая вопросы относительно нарушения конфиденциальности сотрудников. Бывают случаи, когда работодатели продолжали собирать геолокационные данные, когда сотрудник был не на работе в частное время.

Услуги по аренде автомобилей могут использовать ту же технику для гео-ограждения своих клиентов в районах, за которые они заплатили, взимание дополнительной платы за нарушения. В 2010 году Союз гражданских свобод Нью-Йорка возбудил иск против Министерства труда за увольнение Майкла Каннингема после отслеживания его повседневной активности и местоположения с помощью GPS-устройства, прикрепленного к его машине. Частные детективы используют установили устройства GPS, чтобы предоставлять своим клиентам информацию о перемещениях цели.

См. Также

У Wikivoyage есть путеводитель по GPS-навигации.
В Wikimedia Commons есть материалы, связанные с GPS-приемниками.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-07 03:26:07
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте