1. Главная страница » Компьютеры » Gps receiver что это

Gps receiver что это

Автор: | 16.12.2019

Спутниковый приёмник (также GNSS-приёмник) — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками навигационных систем. В зависимости от используемой системы навигации разделяются на GPS-приёмники, ГЛОНАСС-приёмники и так далее, однако в настоящее время большинство потребительских и профессиональных спутниковых приёмников умеют работать с несколькими спутниковыми системами навигации.

Содержание

Точность измерения [ править | править код ]

Существует два принципиальных источника ошибок. Первый, это то, что в приёмнике, в отличие от спутника, используются менее точные кварцевые часы, требующие регулярной синхронизации. Устранить ошибку можно, если использовать атомные часы, аналогичные размещенным на спутнике. Но, во-первых, это громоздко, во-вторых, дорого — их стоимость около 100 000 долларов. Другое решение — математически вычесть погрешность часов приёмника, приняв сигналы точного времени от минимум четырёх спутников. Этот метод и применяется в системах спутниковой навигации [2] .

Второй источник ошибки — время обработки сигнала в приёмнике, так называемый бит-тайм. Для обычных GNSS-устройств заложена точность в один процент от бит-тайма, это соответствует 10 наносекундам, для скорости света — это расстояние 3 метра. Такая точность достаточна для ориентирования на местности, но не годится для строительства. Более продвинутые приёмники в профессиональных геодезических устройствах или для военных целей имеют точность на несколько порядков выше и определяют положение с точностью до 300 мм [3] .

Остальная погрешность набирается при прохождении сигналом атмосферы, то есть зависит от облачности и погоды, от различных препятствий, — лес, здания, тело самого владельца прибора и пр. На практике максимальная точность измерения бытовых приёмников всегда ограничена бит-таймом и составляет 3—5 м даже при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок от наземной станции на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). До 1 мая 2000 года точность GPS искусственно занижалась путём внесения в сигналы, передаваемые спутником, ложных поправок [4] .

Классификация [ править | править код ]

Устройства, использующие в своей работе сигнал со спутников GNSS, можно разделить на профессиональные, обладающие высокой точностью определения местоположения, и бытовые. Первые в основном используются в военных целях, для геодезии и картографии, а вторые получили широкое применение в различных сферах современной жизни.

Профессиональное GNSS-оборудование отличается качеством изготовления компонентов (особенно антенн), используемым программным обеспечением (ПО), поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1 + L2), алгоритмами подавления интерференционных зависимостей, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou), увеличенным запасом электропитания и, разумеется, ценой.

Профессиональные GNSS-приёмники классифицируются как приёмники геодезического класса и приёмники ГИС-класса:

  • геодезические приёмники — устройства, используемые для геодезических работ;
  • приёмники ГИС-класса — представляют собой промышленный вариант КПК, в который встроено приёмо-передающее устройство и антенна, с предустановленным специализированным ПО;

В целом, геодезические приёмники дают лучшую точность определения координат, однако развитие технологий позволяет некоторым моделям ГИС-класса успешно их заменять.

Основа любого GPS-приёмника — это чипсет, на котором он работает. Долгое время все приёмники выпускались с 12-канальными чипсетами. Кроме того, что 12 каналов недостаточно для быстрого «холодного старта» — первоначального определения своего местоположения, такие приёмники нуждались в открытом небе, так как работали только с прямой видимостью спутников (минимум 3; чем больше, тем точнее). На сегодняшний день все подобные приёмники считаются устаревшими и сняты с производства. В настоящий момент максимальное число каналов на профессиональном приёмнике — 440 (два чипсета по 220 каналов в приёмнике). Поскольку навигационные спутники вещают на разных частотах, для повышения точности, профессиональное оборудование определяет координаты с помощью всех доступных каналов всех видимых в данный момент времени спутников. Несмотря на то, что теоретически, количество каналов профессионального геодезического оборудования как отечественного, так и зарубежного, можно повышать за счет установки дополнительных чипсетов, в ближайшее десятилетие это нецелесообразно, так как 440 каналов хватит на одновременное слежение за всеми запущенными спутниками (что в принципе невозможно, так как приёмник получает сигнал от спутников, находящихся в ограниченном секторе небесной сферы).

Спутниковые приёмники для широкого круга пользователей можно классифицировать следующим образом:

  • портативные устройства — автомобильные (отдельное портативное устройство или встроенное в транспортное средство в качестве бортового компьютера (онбордера)), туристические, спортивные;
  • встроенные как функциональный узел в другие устройства — в КПК, ноутбук или мобильный телефон;
  • GNSS-трекеры, GNSS-логгеры, которые ведут запись и передачу координат на серверный центр и используются для спутникового мониторинга автомобилей, людей, других объектов.

Первые имеют собственный процессор для выполнения навигационных функций, а вторые, даже будучи оснащёнными собственными GNSS-чипсетами, используют для своей работы навигационные приложения, предназначенные для конкретной операционной системы основного устройства. Как правило GNSS-трекеры и GNSS-логгеры не оснащаются собственными дисплеями для отображения информации, и служат исключительно для сбора, передачи и хранения данных, которые впоследствии могут быть обработаны и использованы в самых разных целях, например для спутникового мониторинга автомобилей.

Вероятно, каждый прямо или косвенно пользовался GPS-приемниками. Они встречаются в большинстве смартфонов, многих новых автомобилях, применяются в коммерческих целях по всему миру. Эти крошечные устройства могут мгновенно и совершенно бесплатно определить точное местоположение и время почти в любой точке планеты. Все, что для этого нужно, – наличие самого GPS-приемника, а они с каждым днем становятся дешевле и меньше.

Читайте также:  Philips 39pfl3208t 60 прошивка

Однако не следует принимать эти небольшие и недорогие модули как должное. На то, чтобы всегда и везде иметь возможность точно определить местоположение, ушли десятилетия инженерных разработок. С конца 70-х запускались десятки GPS-спутников, каждый из которых оборудован прецизионными атомными часами, и они продолжают регулярно выводиться на околоземную орбиту. Они непрерывно посылают данные на Землю по выделенным радиочастотным каналам. Карманные GPS-приемники оборудованы крошечными антеннами и процессорами, которые непосредственно принимают сигнал, отправленный спутниками, и на лету вычисляют положение и время.

Как работает GPS?

Для определения положения и времени почти в любом месте Земли используется орбитальная группировка и наземные станции. На высоте более 19 тыс. км над Землей постоянно развернуто по меньшей мере 24 активных спутника. Их позиции рассчитаны таким образом, чтобы в небе над любой точкой планеты всегда находилась ровно половина из них. Основной целью спутников является передача информации на Землю на частотах в диапазоне 1,1–1,5 ГГц. С помощью этих данных и математических расчетов наземный приемник или модуль GPS могут вычислять свое местоположение и текущее время.

В 2010 г. была восстановлена альтернативная система глобального позиционирования ГЛОНАСС. Она также насчитывает 24 спутника и вещает на частотах 1,2–1,6 ГГц.

Каналы

Число каналов, с которыми работает GPS-модуль, влияет на время первого исправления (TTFF). Поскольку неизвестно, какие спутники находятся в поле зрения, чем больше частот можно проверить сразу, тем быстрее будет произведена коррекция. После установления связи или получения исправления некоторые модули отключают дополнительные каналы для экономии энергии. Если пользователь не против того, чтобы немного дольше подождать, 12 или 14 каналов достаточно для отличной работы приемника.

Трилатерация

Это математический метод, используемый для вычисления позиции с несколькими контрольными точками. Чтобы GPS-приемник мог вычислить точное положение и время, он должен установить связь по крайней мере с 4 спутниками. Для вычисления расстояния до объекта методом триангуляции нужны 2 точки. Но в случае GPS нужно определить 4 значения – широту, долготу, высоту и время.

Определение местоположения и времени

Данные, передаваемые на Землю с каждого спутника, содержат несколько разных фрагментов информации, которые позволяют GPS-приемнику точно рассчитать свое местоположение и время. Важным элементом оборудования на каждом из них являются чрезвычайно точные атомные часы. Данные о времени посылаются на Землю вместе с орбитальным положением и временем прибытия в разные точки орбиты. Другими словами, GPS-модуль получает временную метку от всех видимых спутников, а также информацию об их местонахождении. Из этих данных можно вычислить расстояние до каждого из них. Если антенна видит не менее 4 спутников, то можно точно рассчитать положение приемника.

Есть еще сторона глобальной системы позиционирования. Наряду с вышеперечисленными элементами существуют наземные станции, которые могут взаимодействовать со спутниковой сетью и некоторыми приемниками GPS. Такая система называется сегментом управления и повышает точность измерений. Ее примерами являются WAAS и DGPS. Первая используется большинством приемников и снижает ошибку до 5 м. Вторая требует наличия ресивера определенного типа и обеспечивает сантиметровую погрешность. Устройства данного типа дорогие и имеют тенденцию быть более крупными, поскольку требуют дополнительной антенны.

Точность геопозиционирования

Погрешность измерений приемника GPS или GLONASS зависит от ряда переменных, в первую очередь от отношения сигнал/шум, положения спутника, погодных условий и наличия препятствий, таких как здания и горы. Эти факторы могут создавать ошибки расчета местоположения пользователя. Шум обычно создает ошибку от 1 до 10 м. Горы, здания и другие предметы, которые могут препятствовать прохождению сигнала от спутника, могут вызывать в 3 раза большую ошибку. Для нормальной работы GPS-приемник должен иметь возможность принимать сигнал от 4 спутников. Связь с первым из них позволяет получить данные об альманахе и, следовательно, доступности остальных. Хотя и можно определить местонахождение и с меньшим, чем 4, числом спутников, погрешность измерений может быть довольно большой. Самое точное определение местоположения происходит, когда есть открытый обзор ясного неба, свободный от любых препятствий, c более чем 4 спутниками над головой. Для борьбы с этими ошибками создано несколько вспомогательных средств.

Assisted GPS

Одной из таких вспомогательных систем является Assisted GPS или AGPS. Этот метод использует беспроводные (наземные) сети для ретрансляции сигнала спутника, когда он слаб или его невозможно принять. AGPS помогает в двух вещах. Во-первых, предоставляет получателю данные альманаха и точное время. И во-вторых, использует более высокую вычислительную мощность и хороший спутниковый сигнал наземной базы для интерпретации получаемой фрагментированной информации, чтобы обеспечить более достоверное определение местоположения. AGPS в основном осуществляется внешними GPS-приемниками, установленными на вышках сотовой связи. Связь с ними позволяет быстрее настроиться на спутник, а также получить более точную информацию. Этот метод используется в GPS-приемниках для «Андроида» в мобильных телефонах. Вот почему смартфоны часто бывают точнее специализированных продуктов. AGPS присутствует в камерах, геодезических GPS-приемниках и некоторых автомобилях. Его использование наиболее выгодно в городах, где сигнал в лабиринте зданий иногда довольно трудно принять.

Дифференциальный GPS

Другим методом является дифференциальная система геопозиционирования DGPS. Данная система определения местоположения также использует наземные станции. Однако она отличается тем, что находит разницу между показаниями спутника и приемника. Станции могут находиться на расстоянии до 370 км от ресивера, и важно отметить, что по мере удаления от них точность измерений ухудшается. DGPS осуществляется наземной станцией, передающей сигнал, который диктует ошибку между фактической и измеренной псевдодальностью. Это значение рассчитывается путем умножения скорости света на время прохождения сигнала со спутника на приемник.

Читайте также:  2 Компрессора в холодильнике чем лучше

Примером одного из видов DGPS является система широкого радиуса действия WAAS. Первоначально она была разработана для помощи авиационным GPS-приемникам. В WAAS используется система специально построенных наземных станций. Предусмотрен набор стандартов точности, которым измерения должны отвечать. В горизонтальном и вертикальном направлениях в 95% случаев их погрешность не должна превышать 7,6 м. Наземные станции отправляют свои измерения на головные станции, которые посылают исправления на спутники WAAS каждые 5 секунд или чаще. Со спутника сигнал транслируется обратно на приемники на Земле, где скорректированные данные используются для повышения точности GPS. В некоторых местах WAAS может обеспечить погрешность до 1 м по горизонтали и 1,5 м по вертикали. Хотя WAAS присутствует только в Северной Америке, подобные системы существуют во многих других частях мира.

Форматы сообщений

Данные GPS отображаются в разных форматах через последовательный интерфейс. Существуют стандартные и нестандартные (проприетарные) форматы сообщений. Почти все GPS-приемники выводят данные NMEA. Это стандарт форматирования информации в виде строк, называемых предложениями. Каждое из них содержит различные данные, разделенные запятыми. Всего насчитывается 19 видов таких предложений. Вот пример NMEA-строки, полученной от приемника, установившего связь со спутником:

В предложении содержится следующая информация:

  • время по Гринвичу: 23:53:17;
  • широта: северная, 40,039039°;
  • долгота: западная, 10,5125793°;
  • количество спутников: 08;
  • высота: 1577 м.

Данные разделяются запятыми, чтобы упростить чтение и анализ компьютерами и микроконтроллерами. Они отправляются на последовательный порт с интервалом, называемым скоростью обновления. Большинство ресиверов обновляют эту информацию один раз в секунду (т. е. с частотой 1 Гц), но лучшие GPS-приемники способны выполнять несколько обновлений в секунду. Для современных моделей это значение равно 5–20 Гц.

Чтение данных

Большинство модулей GPS оборудованы последовательным портом, который позволяет подключить их к микроконтроллеру или компьютеру.

После включения устройства данные NMEA (или сообщения в другом формате) отправляются из последовательного передающего разъема (TX) с определенной скоростью передачи и скоростью обновления, даже при отсутствии приема со спутника. Чтобы микроконтроллер считывал информацию, необходимо подключить вывод TX GPS ко входу RX. Чтобы настроить модуль, нужно подключить его вход RX к выходу TX устройства управления.

Микроконтроллер обычно анализирует данные NMEA. Разбор предложения производится путем простого выделения из него части информации.

Например, микроконтроллеру требуется прочитать только высоту GPS. Вместо того чтобы иметь дело со всем текстом, он анализирует предложение GPGGA и выбирает только высоту. Как только необходимая информация будет отобрана, ею можно манипулировать, чтобы выполнять другие действия.

Платформа Arduino также может легко анализировать данные NMEA с помощью библиотеки Tiny GPS.

Подключение к компьютеру

Простым способом непосредственного просмотра данных NMEA является использование GPS-приемника для ноутбука или компьютера. Для создания соединения необходимо лишь запитать устройство геопозиционирования и подключить вывод TX внешнего модуля ко входу RX компьютера.

Также возможно подключение GPS-приемника к USB-порту. При этом он может питаться как от собственного источника, так и через соединение с ПК. В первом случае освободившаяся линия используется для обнаружения наличия подключения USB-GPS-приемника к хосту. При соединении с компьютером питание поступает через универсальную последовательную шину, поэтому дополнительного источника не требуется.

Кроме того, Bluetooth-GPS-приемник обеспечивает беспроводную связь как с ПК, так и с совместимыми устройствами того же производителя. Это позволяет производить быстрый обмен общими данными, такими как маршруты и путевые точки.

После подключения необходимо открыть программу последовательного терминала, установив скорость передачи, равной скорости GPS-модуля. Даже если приемник не установил связь со спутником, на экране появится поток NMEA-предложений.

Настройка ресивера

Для настройки приемника GPS и ГЛОНАСС важно знать тип чипсета, который в нем установлен. Набор микросхем содержит мощный процессор, который отвечает за пользовательский интерфейс, все вычисления, а также аналоговые схемы антенны. Кроме того, чипсет позволяет принимать данные для настройки таких параметров, как скорость обновления, скорость передачи, выбор предложения и т. д.

Чтобы отправлять команды на приемник через последовательный порт, понадобится набор команд или справочное руководство. Но перед тем как погружаться в изучение команд для конкретного модуля, необходимо проверить наличие программного обеспечения, которое значительно облегчает работу с устройством и его настройку.

Некоторые чипсеты позволяют использовать альтернативные протоколы, такие как бинарный SiRF, UBX или собственные сообщения. Эти протоколы содержат аналогичную информацию, но обмениваются данными в виде двоичного (вместо ASCII) кода для более быстрой связи.

При коммуникации с GPS-приемником команды должны завершаться контрольной суммой. В большинстве случаев для этого для каждого предложения нужно выполнить команду XOR.

Антенна

Маленький GPS-модуль получает сигналы от спутников, удаленных на расстояние 19 тыс. км, которые расположены не только над головой, но и в любом месте на небе. Для лучшей производительности между антенной и спутниками нужна прямая видимость. Погода, облака, снежные бури не должны влиять на сигнал, но деревья, здания, горы, крыша над головой будут создавать нежелательные помехи, и точность GPS от этого пострадает.

Разработано много вариантов антенн. Одним из самых распространенных является керамическая патч-антенна. Она отличается низким профилем, дешевизной и компактностью, но, по сравнению с другими типами, принимает хуже. Чтобы получить хороший сигнал, она должна быть направлена ​​вверх на открытое небо, т. е. когда усиление максимальное.

Читайте также:  Nubia z9 max 3gb

В некоторых GPS-модулях используются винтовые антенны. Они занимают больше места, но их форма позволяет получить лучший сигнал в любой ориентации за счет более низкого усиления.

В некоторых модулях применяются SMA-антенны. Это дает возможность монтировать их в местах, отличных от места расположения самого приемника, что пригодится в случаях, когда основная система не имеет доступа к открытому небу (например, в здании или автомобиле).

Помимо собственно широты, долготы и высоты современный GPS-приёмник способен сообщить:

  • точное время (некоторые приёмники имеют выход PPS);
  • ориентацию по сторонам света (в моделях без встроенного компаса — только направление скорости при движении);
  • высоту над уровнем моря (при условии приёма сигнала более четырёх спутников или при наличии встроенного баровысотомера);
  • направление на точку с координатами, заданными пользователем;
  • текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость;
  • данные с информацией о состоянии дороги — пробки, дорожные работы и т. д. (в моделях, оснащённых TMC-приёмником и при наличии службы Канал автодорожных сообщений);
  • текущее положение на электронной карте местности (модели, оснащённые картами);
  • текущее положение относительно трека (маршрута).

Информация о пути перемещения (трек) может быть скопирована в файл, а затем передана (в частности, через Интернет) другим пользователям GPS, желающим двигаться тем же маршрутом.(подробнее. )

При использовании GPS-приставки информация может быть выведена на КПК, сотовый телефон или компьютер, к которому подключена эта приставка с помощью навигационного программного обеспечения. Физически соединение, как правило, осуществляется через последовательный порт (RS-232, USB, Bluetooth). Для связи GPS-приёмника с компьютером может использоваться двоичный (текстовый) протокол производителя приёмника (Garmin, Magellan и другие), либо производителя GPS-чипсета (Magellan, Sirf, Trimble и другие), при этом абсолютное большинство GPS-приёмников поддерживают обмен информацией с помощью текстового протокола NMEA.

Основные производители

Отделение раздела

Основные производители GPS-чипсетов:

Основные производители GPS/ГЛОНАСС-чипсетов и модулей:

Основные производители приёмников для массового применения:

Основные производители профессиональных (в том числе геодезических) приёмников:

Отделение раздела

Картографическое ПО для навигаторов и сотовых телефонов с GPS:

Поставщики информации о загруженности дорог (трафик, пробки) для навигаторов:

  • Навиком Трафик для навигаторов Garmin
  • Яндекс пробки для мобильных телефонов
  • СитиГид

См. также

Примечания

  1. NV08C-MCM-M — чип для будущих навигаторов ГЛОНАСС :: Железо :: Новости :: CyberStyle.ru
  2. CNews: Первые коммуникаторы с ГЛОНАСС почти готовы. ФОТО
  3. GPS-гонка: России не хватает спутников, cnews.ru, 4 июня 2003 г
  4. Беспроводной модуль GPS Nokia LD-3W. Описание. (рус.) . Nokia. — Описание товара на сайте производителя. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
  5. 123NavSync Integrated GPS Modules. Product list. (англ.) . NavSync. — Каталог продукции. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
  6. MR-350 Cable GPS. Product description. (англ.) . Globalsat Technology. — Описание товара на сайте производителя. Архивировано из первоисточника 1 июня 2012.Проверено 17 ноября 2009.
  7. Автомобильные контроллеры
  8. ГЛОНАСС — очередная битва титанов
  9. КБ «Навис»: до однокристального чипа остался один шаг
Спутниковая навигация
Системы
GPS • ГЛОНАСС • Галилео • Бэйдоу GPS-устройства Приёмник • Трекер • Логгер Чипсеты SiRFstar IIISiRFatlasIVSiRFatlasV Протоколы NMEA Технологии A-GPSS-GPS Проекты Геокэшинг • Поиск пересечений • AlterGeoGPS-Trace Orange Сервисы картографии Google Планета Земля • Карты Google • Яндекс.Карты • Карты Рамблера • Карты@Mail.Ru • Карты YahooOpenStreetMap • Викимапия • Геопортал Роскосмоса • Космоснимки Прочее Геоинформационная система • Геокодирование • Геоинформатика • Геоматика • Спутниковый мониторинг транспорта Навигационные программы PocketGIS • Навител Навигатор

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "GPS-приёмник" в других словарях:

ГЛОНАСС-приёмник — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы ГЛОНАСС. В России с развитием системы ГЛОНАСС… … Википедия

GPS-трекер — (также GPS контроллер) устройство приёма передачи данных для спутникового мониторинга автомобилей, людей или других объектов, к которым оно прикрепляется, использующее Global Positioning System для точного определения местонахождения… … Википедия

GPS — Спутник системы GPS на орбите GPS (англ. Global Positioning System система глобального по … Википедия

GPS-приемник — Пользовательский GPS приемник Garmin Etrex Vista с черно белым экраном имеет малые энергопотребление и вес GPS приёмник (GPS навигатор) радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника на … Энциклопедия туриста

GPS-навигатор — Навигационная программа с открытым исходным кодом для велосипедистов Gos … Википедия

GPS-мониторинг транспорта — GPS мониторинг транспорта одна из разновидностей систем спутникового мониторинга транспорта, основанная на использовании американских спутников GPS. Следует различать GPS мониторинг транспорта с использованием американских спутников GPS и… … Википедия

GPS-логгер — (GPS рекордер, пассивный трекер или GPS DATA логгер) особый класс GPS радиоприёмников, который может работать в режиме обычного GPS приёмника (принимая информацию от спу … Википедия

GPS-Trace Orange — GPS Trace Orange … Википедия

A-GPS — (англ. Assisted GPS) технология, ускоряющая «холодный старт»[прим. 1] GPS приёмника. Ускорение происходит за счет предоставления необходимой информации через альтернативные каналы связи. Часто используется в сотовых телефонах,… … Википедия

Список производителей GPS-навигаторов — Это служебный список статей, со … Википедия

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

×