Что означает «GPS»?

GPS – начальные буквы названия глобальной системы определения местоположения и координат – Global Positioning System. Она была разработана для военных целей, но сегодня доступна для коммерческих и используется во всем мире. Система постоянно совершенствуется и модернизируется

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 Спутниковая группировка GPSNAVSTAR?

В состав спутниковой системы NAVSTAR входят 24 ИСЗ, находящихся на 6 различных круговых орбитах, которые расположены под углом 60 друг к другу. Вес каждого спутника около 900 кг, и размер более 5 м, включая солнечные батареи. На борту каждого спутника установлены 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 спутникам, использовавшим свой ресурс.

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 (широту и долготу) достаточно получить сигналы с трех спутников, а для определения высоты над уровнем моря – с четырех.

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 можно считать наличие, так называемого, режима «ограниченного доступа». В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводится погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 – 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. 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.

Они 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

Приемники, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.

- Авиационные GPS-приемники

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.

Кто использует GPS

Кто же и как использует GPS? Вообще говоря, GPS может найти применение везде, кроме мест, где нельзя принимать спутниковые сигналы, т.е. в зданиях, под землей, под водой и т.п. В авиации наиболее распространено применение GPS в качестве навигационного на коммерческих и любительских самолетах. На море GPS обычно также используется рыбакааи и любителями отдыха на море в качестве навигационного прибора. Наземное применение GPS очень разнообразно.

Достаточно интересным является использование GPS многими учеными и исследователями в качестве источника точного времени. Действительно, как уже говорилось выше, определение времени прохождения радиосигнала лежит в основе самой идеи GPS. С этой целью внутренние часы приемника постоянно синхронизируются с прецизионными атомными часами, установленными на спутниках. Это позволяет обеспечить точность измерения времени от микро- до наносекунд. Поэтому при проведении научных экспериментов становится возможным повсеместно иметь абсолютныо точные отметки времени. Нельзя, конечно забывать, что и информация о положении в ряде экспериментов тоже может представлять интерес.

Важное место занимает GPS в работе спасательных служб. GPS позволяет существенно сократить затраты, связанные с поисковыми работами и значительно сократить время проведения спасательных операций. Используемые этими службами GPS-приемники стоят около 3 000 $ и обеспечивают точность до 1 м. Существуют и еще более дорогие модели, обеспечивающие точность до нескольких сантиметров !

Цели, для которых GPS используется любителями отдыха на природе, так же разнообразны, как и виды такого отдыха. Сегодня GPS становится черезвычайно популярным среди любителей пешего, горного, водного и лыжного туризма, охотников, рыболовов, велосипедистов и еще многих других. Любой, кому нужно знать, где он находится и откуда пришел, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он дrnвижется и когда доберется до цели – может легко пользоваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

В очень скором будущем GPS станет стандартным оборудованием автомобилей. Некоторые базовые сис темы, как, например, вызов техпомощи и полиции на место аварии, уже начали внедряться (водитель нажал кнопку, GPS-приемник определил координаты и передал их вместе с сигналом вызова на диспетчерский центр и – выездная бригада уже знает, куда ехать). Внедряются также и другие системы, которые отображают на экране Ваше положение и помогают прокладывать маршрут через лабиринты улиц и дорог. Для контроля передвижения спецавтомобилей (например, инкассаторских) и для борьбы с угонами начали использоваться системы, постоянно отслеживающие положение движущегося объекта на карте местонсти.

Применение GPS в транспортной индустрии

Эффективность решений, принимаемых руководителями и специалистами транспортных предприятий, направленных на обеспечение безопасности и экономической эффективности транспортировки грузов, во многом зависит от знания точного расположения транспортных средств, их технического состояния, инфраструктуры, окружающей транспортные средства. Решение этой задачи стало возможным в специализированных системах с использованием GPS-технологий.

Точное определение местоположения груза без применения системы глобального позиционирования крайне затруднено, а во многих случаях практически невозможно. Это делает ее незаменимой в индустрии транспортных перевозок.

Системы диспетчерского управления и контроля транспортных средств (Automatic Vehicle Location)

Эти системы предназначены для обеспечения оперативного контроля и управления транспортными средствами предприятия, для обеспечения безопасности при перевозке особо опасных грузов, ценностей, пассажиров и т. д.

Системы функционируют следующим образом: на транспортные средства устанавливается бортовой комплект, включающий GPS-прибор, контроллер, средство передачи информации, с помощью которого осуществляется определение текущих координат, скорости, курса, сбор информации о состоянии датчиков. Все это обрабатывается и передается в диспетчерский центр, где осуществляется визуальный контроль за местонахождением и состоянием подчиненных транспортных средств по электронной карте местности.

Системы управления и контроля различаются методами определения координат объектов, способами обмена информацией между диспетчерским центром (ДЦ) и объектами контроля, логикой построения самого ДЦ и другими параметрами.

Однако наиболее удобно классифицировать такие системы по зоне предполагаемой работы и оперативности получаемой информации:

- системы глобального покрытия, работающие в реальном масштабе времени («дальние системы»);

- системы локального покрытия, работающие в реальном масштабе времени («ближние системы»);

- системы с получением информации в режиме пост-обработки («черный ящик»).

Спутниковые системы связи представлены двумя геостационарных спутников (Inmarsat и Eutelsat) и низкоорбитальных спутников (Iridium, Globalstar, Orbcomm). Следует отметить, что за низкоорбитальными системами большое будущее, но на полномасштабный эксплуатационный уровень они выйдут через несколько лет. Поэтому систем, построенных на базе такой связи, в ближайшее время ожидать не приходится.

Наиболее широко на рынке представлены системы, построенные с использованием связи стандарта Inmarsat-C. Этот стандарт предусматривает передачу цифровых сообщений определенной длины. Передача информации между ДЦ и объектом обеспечивается на всей территории земного шара, за исключением Приполярных областей. Время доставки сообщения адресату не превышает 5—7 минут.

Система, построенная на связи Eutelsat — EutelTracs, обладает примерно такими же функциями, но область связи ограничена Европой.

Системы глобального покрытия используются для контроля международных и междугородных перевозок, когда расстояние между ДЦ и объектами составляет десятки тысяч километров. Для таких систем наилучшим решением в качестве среды связи являются спутниковые каналы и сотовая телефония. Применение сотового канала связи затруднено из-за ограниченной зоны покрытия.

Комплект для объекта контроля состоит из спутниковой станции (размером с автомагнитолу), совмещенной спутниковой и навигационной антенны, бортового компьютера и набора различных датчиков. Бортовой компьютер обеспечивает передачу информации о местоположении через заданный промежуток времени, либо по запросу с ДЦ. Кроме этого, на ДЦ может передаваться информация о состоянии всех подключенных датчиков. Водитель и диспетчер могут обмениваться между собой текстовыми сообщениями произвольной формы, что практически полностью заменяет голосовую связь, которая является достаточно дорогой услугой, тем более на таких расстояниях. Точность определения местоположения составляет около 100 метров. Информация на ДЦ отображается на электронной карте той местности, где проходит маршрут транспортных средств. К тому же вся поступающая и исходящая информация архивируется и в любой момент может быть представлена как в графическом, так и в табличном виде для анализа.

Системы локального покрытия («ближние системы») предназначены для контроля и управления парком транспортных средств в городских условиях и сложных технологических комплексах. На таких расстояниях применение спутниковой связи экономически нецелесообразно. Поэтому в диспетчерских системах такого типа используются другие виды радиосвязи: выделенный УКВ-канал, транковые сети, сотовая телефония.

Преимущество «ближних систем» — оперативность доставки информации, а также поддержка голосовой связи (в последнее время вместо голосовой связи широко применяются формализованные текстовые сообщения). Скорость обмена информацией между ДЦ и объектами контроля может достигать 10 объектов в секунду. При этом обеспечивается приоритетная передача специальных сведений (тревожных сообщений) и состояния дискретных и аналоговых датчиков.

Бортовой комплект ближней системы состоит из бортового контроллера со встроенным навигационным приемником (иногда приемник может представлять собой отдельное устройство), бортовой радиостанции (или сотового телефона), навигационной антенны, связной антенны и комплекта датчиков. Функции управления бортовым комплектом возлагаются на контроллер, который обрабатывает информацию, поступающую от всех источников, а затем передает сформированный пакет на ДЦ.

Точность определения местоположения составляет менее 60 метров, но в подобных системах возможно использование так называемого дифференциального режима, повышающего точность относительного определения местоположения до нескольких метров. Суть данного метода в том, что используется базовая навигационная станция, относительно которой и производится уточнение положения транспортных средств. На базовой станции вычисляются соответствующие поправки, их либо передают на борт для генерации уточненных координат и передачи их на ДЦ (прямой дифференциальный метод), либо передают на ДЦ, где они используются для коррекции получаемых с бортов менее точных координат (инверсный дифференциальный метод). На ДЦ принятая информация также помещается в базу данных и отображается на электронной карте города или той местности, где проходят маршруты. Архивирование поступающих сведений позволяет в дальнейшем подвергнуть их анализу.

Упомянем здесь еще одну функцию, доступную оператору ДЦ. В случае получения информации о нападении на транспортное средство оператор может дистанционно выключить или включить один или несколько исполнительных механизмов (например, зажигание автомобиля). В принципе, такая возможность имеется и в дальней системе, но там она теряет всякий смысл — отправить оперативную группу поддержки за тысячу километров невозможно.

Системы с получением информации в режиме пост-обработки используются дrnля контроля перевозок, не требующих оперативного вмешательства в движение объекта. Зона движения транспортного объекта не ограничена. На транспортном средстве устанавливается бортовой комплект, включающий в свой состав GPS-прибор, с помощью которого осуществляется определение текущих координат, скорости, курса, и контроллер, обеспечивающий сбор сведений с датчиков объекта. Дорогостоящее оборудование передачи информации отсутствует. Передача ее осуществляется по прибытии или в местах расположения «пикетов», которые передают ее в ДЦ.

Сведения, полученные с помощью системы, используются для определения отклонений от графика движения, позволяют проводить оптимизацию режимов движения, маршрутов и т. д.

Снижение стоимости навигационных приборов, улучшение точности спутниковой навигации, достижения в области геоинформационных технологий, наличие цифровых карт крупных городов, наличие опытных специалистов, способных создать эффективные технические решения на основе этих достижений, делают применение GPS-технологий эффективными и экономически привлекательными.

Ваш коментарий будет первым

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять коментарии.
Пожалуйста зарегистрируйтесь или войдите в ваш аккаунт.