Ваш GPS-приемник получает это сообщение и запоминает эфимерис и альманах для дальнейшего использования. Эта же информация используется для установки или коррекции часов приемника. Итак, для определения местоположения GPS-приемник сравнивает время отправки сигнала со спутника со временем его получения на Земле. Эта разница во времени говорит приемнику о расстоянии до конкретного спутника. Если добавить к этому информацию о расстоянии, измеренном до нескольких других спутников, то можно триангулировать свое местоположение. Это в точности то, что делает GPS-приемник. Имея сигналы от минимум трех спутников, он может определить широту и долготу - это называется двумерной фиксацией. Если же спутников четыре или более, то GPS-приемник может определить положение в 3-х мерном пространстве, т.е. указать широту, долготу и высоту. Постоянно отслеживая Ваше местоположение в течение некоторого времени, приемник также может рассчитать скорость и направление Вашего движения (имеется в виду т.н. "наземная скорость" и "наземный курс").

Это были хорошие новости, теперь - плохие! Что же заставляет GPS-приемник работать хуже своих предельных возможностей? Существует несколько факторов, вносящих ошибку в определение местоположения, не позволяющих получить наилучшую точность. Первым и наиболее существенным из них является т.н. "избирательный доступ" (SA - Selective Availability). SA - это преднамеренное уменьшение точности гражданских GPS-навигаторов, осуществляемое Министерством обороны США. SA приводит к уменьшению точности максимум до 100 метров. Конечно, внесенная ошибка обычно не достигает этой величины, но значения в 30 и более метров - не так уж редки.

Почему существует SA? Первоначально GPS была разработана и создана для военных целей. По мере ее внедрения стало ясно, что она может успешно применяться и для ряда гражданских задач. В начале 80-х годов в своей президентской речи Рональд Рейган заявил, что GPS будет доступна каждому - с тем только исключением, что наилучшая точность будет оставлена для военных. С этого времени начался регулярный запуск спутников с возможностью SA. Сегодня все существующие GPS-спутники имеют возможность и применяют на практике SA. Рациональное зерно в SA - не дать военному противнику или террористическим организациям использовать максимальную точность GPS.

Другим фактором, влияющим на точность GPS, является геометрия спутников. Простыми словами, понятие "геометрия спутников" означает то, как они расположены относительно друг друга и GPS-приемника. Если, например, приемник "видит" четыре спутника и все четыре расположены в северном и западном направлениях, то спутниковая геометрия скорее плохая. Причем вплоть до того, что приемник вообще не сможет определить местоположение. Почему? Потому что все расстояния, измеренные до спутников, будут лежать в одном глобальном направлении. Это означает, что триангуляция будет плохой и что область пересечения построенных прямых будет довольно большой (т.е. область вероятного положения будет занимать значительное пространство и точно указать координаты невозможно). В этом случае, даже если приемник выдает некоторые значения координат, их точность не будет достаточно хороша (возможно, 100 - 150 м).

Если же эти четыре спутника будут находиться в разных направлениях, то точность значительно возрастет. Предположим, что они расположены равномерно по сторонам горизонта - на севере, востоке, юге и западе. Тогда, очевидно, геометрия будет очень хорошей. Область, определяемая пересечением соответствующих прямых, будет невелика, и мы можем быть уверены в правильности рассчитанного местоположения. В таком случае, даже если принять во внимание действие SA, точность может быть не хуже 30 м.

Геометрия спутников становится особенно важной при использовании GPS-приемника в автомобиле, среди высоких зданий, в горах или в глубоких ущельях. Если сигналы от некоторых спутников оказываются экранированы, то точность определения местоположения будет зависеть от оставшихся "видимыми" спутников (а от их количества - возможность провести расчеты вообще). Чем большая часть неба заслонена искусственными или естественными предметами, тем более сложно определить положение. Хорошие модели GPS-приемников показывают не только сколько спутников находится в зоне видимости, но и где они расположены на небе (направление и высоту над горизонтом) для того, чтобы Вы могли определить, не экранируется ли сигнал от данного спутника.

Другим источником ошибок является переотражение спутникового сигнала от различных объектов. (В быту мы встречаемся с эти явлением в виде появления раздвоенного изображения на экране телевизора.) В случае GPS переотражение возникает при взаимодействии сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому. Это увеличение времени заставляет приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем на самом деле и это увеличивает ошибку при определении положения. Такие переотражения, если происходят, то могут добавить около 5 м в общую ошибку.

Существуют ли другие источники погрешностей? Конечно. Например, задержка прохождения сигнала из-за различных атмосферных феноменов. Или ошибка хода часов приемника. Однако GPS-приборы спроектированы так, чтобы, по возможности, компенсировать их и, надо сказать, они справляются с этой задачей вполне успешно. Однако, небольшие искажения все же возможны. Для тех, кто интересуется, можно заметить, что задержка прохождения сигнала означает уменьшение скорости распространения радиоволн при прохождении ионосферы и тропосферы Земли. В космосе радиосигналы распространяются со скоростью света, однако при попадании их в ионизированные слои атмосферы Земли они существенно замедляются.

Насколько же точна GPS на практике? Обычные гражданские GPS-приемники обеспечивают точность от 20 до 70 м в зависимости от действующего на данный момент SA, количества видимых спутников и их геометрии. Более сложные и дорогие приборы, стоящие несколько тысяч долларов, могут обеспечить точность до нескольких сантиметров, используя не оду, а несколько радиочастот. Однако точность даже обычных гражданских GPS-приемников может быть увеличена до 4 м и более (в ряде случаев - до 1 м) с помощью т.н. дифференциальной GPS (DGPS). DGPS использует дополнительный, фиксированный в одной точке GPS-приемник для определения коррекции спутниковых сигналов. Как же величина необходимой коррекции сообщается Вашему GPS-приемнику? В настоящее время в мире существует несколько бесплатных и платных служб такого рода.

Так, например, Береговая охрана США и Инженерный корпус Армии США передают GPS-коррекции через морские радиобуи. Они работают в диапазоне 283.5 - 325.0 кГц и пользоваться ими можно бесплатно. Вашими единственными расходами, если Вы захотите пользоваться услугами этих служб, будет приобретение DGPS-приемника. Этот приемник подключается к Вашему GPS-навигатору с помощью 3-х проводного кабеля, по которому поправка передается в обычном последовательном виде в формате, называемом RTCM SC-104.

Платные DGPS-службы работают в УКВ-диапазоне или осуществляют вещание через спутники. Естественно, и в этих случаях Вам понадобится специальный DGPS-приемник для приема поправок и передачи их на GPS-навигатор. Цена зависит от требуемой точности.

Какой же GPS-приемник будет для Вас наилучшим? Вот он, главный вопрос, не так ли? И, конечно, самый сложный, т.к. на ответ влияет множество различных факторов.

Как предполагается его использовать? Ведь самое трудное - это найти прибор, подходящий для Ваших конкретных задач. Если Вам нужен приемник для установки в приборную панель планера, то ручной навигатор для отдыха на воде не будет представлять никакого интереса. Для того чтобы сузить диапазон поиска, Вам надо внимательно посмотреть, какие приборы выпускаются для Ваших специфических задач.

После этого в некоторых случаях Вы все еще можете иметь достаточно широкий выбор моделей. Например, если Вы предпочитаете пеший туризм или охоту, то Вам подойдет прибор в герметичном исполнении - в прочем, с тем же успехом, что и портативная модель, предназначенная для яхтсменов или летчиков-любителей. В такой ситуации Вам придется более подробно изучить их специфические особенности. Если Вы не собираетесь пилотировать самолет, то вся дополнительная информация об аэропортах мира, хранящаяся в памяти ручных авиационных GPS-приемников, не будет оправдывать разницы в цене. Морские навигаторы со сменными картриджами, хранящими точные данные о навигационных знаках и глубинах, также не очень Вам помогут (если Вы, конечно, не захотите использовать его также на Вашей яхте). Каков ценовой диапазон? Как только Вы определили небольшой перечень подходящих приборов, Вам все еще предстоит определиться с приемлемой ценой. Внимательно изучите каждую модель и постарайтесь понять, что имеют более дорогие модели, чего нет в более дешевых? Нужны ли Вам дополнительные функции или принадлежности, присущие более дорогим моделям, или дешевой вполне достаточно для выполнения задачи?

Какая модель Вам больше нравится? Выбор правильного навигатора - это на две трети рациональные рассуждения, и на одну треть - просто чувство. Если логика подсказывает Вам остановиться на двух или трех моделях, попробуйте поработать с каждой из них. Иногда разница в удобстве эксплуатации может показаться очень большой. Один из приборов Вам может представиться понятным и удобным, а другой - чересчур сложным в использовании. Выбирайте тот GPS-приемник, который Вам больше нравится! Больше шансов, что Вы по-прежнему будете довольны своим выбором и через месяц, и через год! 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 рыбаками 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 абсолютно 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 чрезвычайно 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 движется и когда доберется до цели - может легко пользоваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

Приобрести gps-навигаторы Garmin Вы можете на сайте www.garmin-nn.ru . Либо в специализированном магазине GARMIN-NN.
GARMIN-NN – официальный представитель Garmin в Нижнем Новгороде. gps-навигаторы и эхолоты Garmin не только на сайте, но и в магазине, расположенном по адресу - г.Н.Новгород, ул.Пятигорская, 4а, В магазине представлен весь ряд автомобильных и туристических навигаторов. Так же оказываем услуги по перепрошивке навигаторов и обновлению карт.

Наши контакты:

Адрес: г.Н.Новгород, ул.Пятигорская, 4а, офис 7. - nn . ru

Режим работы интернет-магазина: круглосуточно

Режим работы офиса-магазина:
Понедельник-Пятница: с 10:00 до 19:00.

Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт.

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?

Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).

Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.

GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.

Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.

Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.

Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.

Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.

На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.

Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.

Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.

Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.

Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.

Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.

Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.

Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.

Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.

Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS -приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .

Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.

Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования.

Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приему сигналов GPS .

Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, но и своим собственным глазам.

Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Прецеденты уже были.

У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.

GPS-навигатор. Что это?

Что же такое GPS? Дорогая игрушка военных или действительно полезный сервис, который можно и нужно использовать в повседневной жизни? Для начала немного истории: давайте разберемся, что это такое и откуда появилось.

История появления GPS

GPS , или Global Positioning System (глобальная система позиционирования), ведет свое существование с середины прошлого века. Американские ученые очень внимательно следили за успехами СССР в области освоения космоса. Естественно, что для них не остался незамеченным запуск первого спутника 4 октября 1957 года. Во время наблюдений за полетом спутника американские ученые зафиксировали старый добрый эффект Доплера: частота принимаемого сигнала от спутника увеличивалась при его приближении и, соответственно, уменьшалась при его удалении. Они сообразили, что этим можно воспользоваться, ведь, зная точные координаты объекта на Земле, можно определить точные координаты спутника, и наоборот.

Для того чтобы точно определить координаты движущегося объекта на Земле, необходимо получать сигнал как минимум от четырех спутников. А чтобы иметь возможность определять координаты в любой точке Земли, таких спутников должно быть как минимум 24. В 70-е годы в США было принято решение о старте проекта глобальной спутниковой навигации и запущен первый тестовый спутник. В 1993 году, с запуском последнего спутника, было объявлено о первичной готовности системы.

Первоначальное использование GPS

Так как система GPS была создана и поддерживалась на деньги американского Министерства обороны, первоначальное использование, начиная с запуска первого тестового спутника, было возможно исключительно в военных целях: наведение баллистических ракет, военная картография, навигация во время планирования и проведения военных операций и т. д.

Возможно, GPS так и осталась бы закрытой системой, но, как ни парадоксально, первым шагом для использования глобальной системы позиционирования в гражданских целях стала катастрофа. В 1983 году из-за ошибки навигации корейский гражданский самолет попал на территорию Советского Союза и был сбит силами ПВО. После этого случая Рональд Рейган подписал указ, позволяющий частично использовать GPS в гражданских целях. Чтобы ограничить возможности и не допустить использования системы навигации другими странами в военных целях, передаваемый со спутников сигнал намеренно искажался для понижения точности в определении местоположения. В среднем погрешность составляла 100-150 метров, что не позволяло использовать GPS для точных измерений.

В 2000 году президентом США Биллом Клинтоном было принято решение, отменяющее постановление о намеренном искажении передаваемого сигнала со спутников. Этим решением были открыты двери к использованию системы навигации практически всем желающим. Точность позиционирования возросла до 6-8 метров, а после обновления спутников на орбите планируется достичь точности в 60-80 см.

Возможности GPS

С помощью системы глобального позиционирования, помимо текущих координат, можно узнать много полезных данных:

• точное время;
• ориентацию по сторонам света;
• высоту над уровнем моря;
• направление на точку с координатами, заданными пользователем;
• текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость;
• текущее положение на электронной карте местности;
• текущее положение относительно маршрута.

Для работы с системой глобального позиционирования необходимо устройство, принимающее сигналы со спутников, - GPS-приемник. Само по себе это устройство малополезное, так как получаемые им данные способны сбить с толку даже подготовленного человека. На первый взгляд это просто набор цифр. Необходимо преобразовать эти данные в понятный для человека вид, поэтому GPS-приемники совмещают с другими устройствами, которые разрабатывались для конкретных задач. Самый распространенный способ применения GPS - это автомобильная навигация.

GPS-навигатор представляет собой устройство, которое совмещает в себе: GPS-приемник для получения сигнала, процессор для обработки полученной информации, память для хранения полученных данных и электронных карт местности, дисплей для отображения необходимой информации.

Автомобильные навигаторы в наше время нельзя назвать дорогой игрушкой или роскошью - это устройство должно быть в автомобиле каждого уважающего себя водителя. Казалось бы, что еще может уметь GPS-навигатор, кроме поиска кратчайшего маршрута из одной точки в другую? Но современные решения предлагают просто колоссальные возможности для планирования и облегчения поездок: планирование маршрута с учетом дорожной разметки, радаров и знаков, сохранение прошлых маршрутов, приблизительный расчет топлива - и это далеко не все.

Чтобы в полной мере воспользоваться всеми преимуществами, навигатору, как и любому другому электронному устройству, необходимо соответствующее программное обеспечение. На рынке существует несколько программных решений для автомобильной навигации. Самые распространенные из них: iGO, Navitel, Garmin, TomTom. Преимущества и недостатки данных решений - тема для отдельной статьи, но основные требования к ним схожи. Это наличие подробных карт местности и обновляемая база достопримечательностей.

Карты

Хорошие и подробные карты - это самое главное для автомобильного навигатора. При использовании устаревших или некачественных карт теряется весь смысл GPS. Электронные карты, используемые в навигаторах, бывают растровые и векторные.

Растровые карты представляют собой снимок местности со спутника, и качество карты напрямую зависит от качества исходного снимка. Подобные карты довольно неудобно использовать для автомобильной навигации. Во-первых, довольно проблематично найти хорошие исходные изображения, так как наиболее качественно представлены только большие города. Во-вторых, для прокладки маршрута по такой карте необходима точная привязка к координатам, выдаваемым GPS-навигатором. Список недостатков можно продолжать, но явных плюсов для автомобильной навигации в использовании растровых карт нет.

Векторные карты представляют собой базу данных, содержащую информацию о местности в виде точек, линий, многоугольников. В отличие от растровых карт, которые, по сути, являются фотографиями местности, векторные похожи на чертеж или схематический план. Благодаря такому представлению не существует никаких проблем с масштабированием векторных карт: любой участок может быть неограниченно увеличен без потери качества.

Помимо географических данных векторные карты могут содержать любую дополнительную информацию, которую разработчики сочтут нужным добавить: номера домов, названия населенных пунктов, водоемов и т. д. Прелесть векторных карт состоит также в том, что можно самостоятельно добавлять необходимые точки на карту и помечать их.

Векторная карта

Для автомобильной навигации векторные карты значительно удобнее растровых. Производители карт регулярно (в среднем раз в квартал) обновляют, добавляют и актуализируют информацию. К векторным картам можно подключать дополнительные информационные базы, значительно облегчающие ориентирование, например POI.

POI , или Point of Interest (буквально: интересное место, достопримечательность), - координаты местонахождения объекта, который может быть интересен или полезен. В GPS-навигации используются базы данных POI, которые подключаются к векторным картам местности и содержат полезную и необходимую информацию о текущем регионе: рестораны, заправки, отели, театры, местные достопримечательности и т.д. Подобная информация просто незаменима для облегчения поиска объектов, особенно в незнакомой местности.

Простой пример: вы находитесь проездом в незнакомом городе, ночью, с практически пустым баком. Как найти ближайшую заправку? Можно, конечно, спросить у кого-нибудь, но, во-первых, тяжело найти в небольшом городе глубокой ночью случайного прохожего, а во-вторых, можно попасть на не совсем доброжелательных граждан. Проще всего выбрать в навигационной программе фильтр по автозаправкам, и, исходя из текущего местоположения, программа покажет несколько ближайших вариантов. После этого проложить маршрут к ближайшей из них, заправиться и без приключений продолжить свою поездку. Удобно, не правда ли?

Выводы

Актуальность и востребованность автомобильных навигаторов трудно переоценить. Находитесь вы в своем городе, соседнем населенном пункте или даже в другой стране - использование навигатора поможет изрядно сэкономить время на поездку и деньги на топливо. А если есть дополнительное время и топливо, почему бы не потратить их на то, чтобы отправиться всей семьей в какое-нибудь интересное место, которых вокруг нас множество. Вот только времени на них обычно не хватает...

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.

23.04.2016 / 1619

С появлением новых технологий для прокладывания маршрутов и ориентирования на местности традиционная бумажная карта и компас используются все реже, ведь на смену им пришло высокоточное электронное устройство – навигатор, позволяющий определить свое местоположение с точностью до нескольких метров. Воспользоваться им может каждый - от пользователя не требуется никаких особых навыков, при этом не имеет значения, где находится объект: в мегаполисе, горах или лесу.

GPS-навигатор является электронным прибором, оснащенным специальным модулем для приема сигналов со спутников от глобальной системы позиционирования NAVSTAR, с помощью которых он определяет свое текущее местоположение на Земле. В мире существует две системы спутниковой навигации: GPS (Global Positioning System), являющаяся разработкой Министерства обороны США и находящаяся под его управлением, и российский аналог ГЛОНАСС. В зависимости от предназначения GPS-навигаторы бывают геодезические, морские, авиационные, автомобильные, портативные и имеют различное техническое исполнение.

Устройство GPS-навигатора

Аппаратная часть GPS-навигатора включает плато с процессором, антенну, дисплей, память, источник питания. Программное обеспечение состоит из операционной системы, программной оболочки, BIOS, навигационных программ и дополнительных приложений.

Карты в GPS-навигаторах

Основой любого навигатора служат карты, поскольку с помощью спутников система может лишь определить координаты объекта, но только с помощью карт на экране воссоздается графическая версия, позволяющая ориентироваться на местности. Карты в GPS-навигатор загружаются отдельно, и их выбор определяет сам владелец устройства. Разновидность карт может включать, помимо маршрута до пункта назначения, встречающиеся на пути следования достопримечательности, АЗС, отели, кафе и пр.

Принцип работы GPS-навигатора

Навигатор связывается со спутниками, получает от них сигналы, с помощью которых определяет параметры долготы, широты и высоты, подбирает соответствующую им карту и определяет местонахождение объекта. Спутники должны оставаться в зоне видимости, на качество сигнала влияет местность и погодные условия. Радиосигналы привязки передают более 24-х спутников, расположенных на 6-и околоземных орбитах. Спутники образуют взаимосвязанную сеть, которой управляют расположенные на тропических островах станции GPS, связанные с находящимся в США координационным центром.

В каждом навигаторе установлен приемник, который находится в прямом взаимодействии со спутниками. В поступающих со спутников радиосигналах содержится закодированная информация, включающая номер передающего спутника, его техническое состояние, местонахождение на орбите Земли, текущие дату и время. Для определения местоположения объекта GPS-навигатор вычисляет время, прошедшее с момента отправки сигнала со спутника до его получения на Земле. Полученная разница во времени, умноженная на скорость радиоволны, позволяет приемнику получить данные о расстоянии до конкретного спутника. Собрав информацию от нескольких спутников, GPS-навигатор может вычислить координаты своего местоположения. Имея сигналы от 3-х спутников, устройство может определить широту и долготу - так называемая «двумерная фиксация». Если спутников 4 и более, то навигатор может определить расположение объекта в 3-х мерном пространстве, то есть указать долготу, широту и высоту.

Область применения GPS-навигаторов

Этот прибор может пригодиться везде, за исключением мест, в которых недоступны спутниковые сигналы (под водой, под землей и т.п.). GPS-навигаторы нашли применение в военной отрасли, авиации, мореплавании, геодезии, на автомобильном транспорте, для туризма, охоты и рыбалки, спасательных работ, научной и исследовательской деятельности.

По своему назначению навигаторы можно разделить на профессиональные и бытовые. Профессиональные устройства характеризуются особым программным обеспечением и системами навигации, высокой точностью позиционирования и длительным временем автономной работы. Бытовые GPS-навигаторы получили широкое распространение после 01.05. 2000 г., т.к. до этой даты точность позиционирования искусственно понижалась с помощью специальной погрешности (SA), которая составляла ± 50-100 м. В настоящее время предельная точность бытового навигатора ± 3-5 м, а профессионального до нескольких см при условии корректирующего сигнала от наземной станции.

Виды GPS-навигаторов

Авиационные навигаторы. Эти приборы устанавливаются на различных летательных аппаратах и выполняют ряд специальных функций. У них особые карты и базы данных.

Морские навигаторы. Эти устройства содержат специальные морские карты, отражающие базу данных о глубинах, опасностях судоходства (мель, рифы), названиях островов, портов, заливов. Устанавливаются на всех видах морского транспорта и часто оснащаются эхолотами.

Автомобильные навигаторы. Эти самые популярные и распространенные бытовые навигаторы помогут найти нужный адрес, проложить самый короткий путь, избежать пробок. Они практичные и функциональные, простые и удобные в использовании, оснащены звуковыми интерактивными подсказками и большим количеством дополнительных функций.

Туристические (портативные) навигаторы. Эти компактные устройства имеют небольшой вес, есть модели с противоударным и влагонепроницаемым корпусом. Дисплей у них чаще черно-белый для экономии энергии. На экране прибора отображаются маршрут, особенности рельефа, высоты. Некоторые модели могут иметь дополнительные функции: высотомер, компас, солнечный и лунный календари, датчик температуры и др.

Спортивные навигаторы. Они используются спортсменами в циклических видах спорта на открытом воздухе (бег, лыжи, велогонки). Эти приборы обеспечивают регистрацию параметров организма спортсмена совместно с параметрами движения (скорость, траектория, пройденный путь). Устройства выполняются в виде наручных часов или с креплением на руль велосипеда, во влагонепроницаемом, противоударном корпусе, с минимальными габаритами и весом. Спортивные навигаторы оснащаются внешними датчиками, регистрирующими ЧСС, число оборотов педалей велосипеда, количество шагов и др., которые передают данные по радиоканалу в собственную энергонезависимую память.

Автомобильные GPS-навигаторы

Автонавигаторы внешне похожи на маленький телевизор, который крепится на кронштейне на приборную панель или подвешивается на лобовое стекло. Питание прибора осуществляется от собственного аккумулятора или прикуривателя. Навигаторы имеют мощный процессор, позволяющий быстро и без задержек «перерисовывать» карту и двигать машину на дисплее. Предназначением автомобильных GPS-навигаторов является автоматическое прокладывание маршрута с учетом его вариантов и дорожной инфраструктуры, сопровождаемое голосовыми подсказками.

Стандартными функциями автомобильного GPS-навигатора служат прокладка маршрута, адресный поиск, голосовая помощь. К дополнительным опциям относятся запоминание маршрутов, оповещение о ДТП, пробках и радарах по ходу движения, сенсорный дисплей, видеорегистратор, доступ к мультимедийным приложениям, проигрывание MP3-файлов, FM-трансмиттер, видеоплеер, Bluetooth, GSM/GPRS-модуль, ТВ-тюнер. Расширение функционала влечет за собой повышение стоимости прибора.

Самые популярные бренды автомобильных GPS-навигаторов

Garmin

Продукция американской компании Garmin отличается высоким качеством, надежностью и многофункциональностью. При этом устройства не оснащаются ненужными функциями, поскольку, по мнению разработчиков, навигатор служит исключительно для того, чтобы прокладывать точный маршрут. В автонавигаторах Garmin интуитивно понятное меню, встроена функция прокладки маршрута, загружены самые масштабные карты России, а наличие FM-антенны поможет отследить расположенные на маршруте движения пробки и светофоры. Одними из наиболее популярных моделей стали Garmin nuvi 2455, Garmin Nuvi 3597LMT и Garmin Nuvi 1410T.

Prestigio

Модели китайской компании Prestigio отличаются высокой степенью надежности, стильно выглядят, легко устанавливаются, хорошо вписываются в интерьер кабины автомобиля. Это верные помощники водителя, удобные и простые в использовании с программным обеспечением от Navitel. Автонавигаторы Prestigio оснащены навигационной программой с потрясающей 3-хмерной визуализацией зданий и достопримечательностей, голосовыми инструкциями, уведомлениями о дорожной обстановке. Лучшими моделями считаются Prestigio GeoVision 5056, Prestigio GeoVision 7777 и Prestigio GeoVision 5660GPRSHD.

TomTom

GPS-навигаторы бренда TomTom производятся в Нидерландах из высококачественных материалов, оснащены удобными креплениями, громким динамиком, полностью русифицированы. У них простой интерфейс, легкое интеллектуальное меню, собственное программное обеспечение и карты, расчет самого быстрого маршрута, информация о дорожной обстановке, голосовые команды, быстрый поиск объектов и бесплатное пожизненное обновление карт. Наиболее популярными моделями считаются TomTom Start 60, TomTom GO 610 World, TomTom GO 6000, TomTom Urban Rider 5, TomTom VIA 135 и др.

Отечественные производители представлены наиболее популярными брендами Lexand, Navitel, Explay, ТМ Shturmann, Prology, TeXet.

Lexand

Под маркой Lexand продаются недорогие и функциональные навигаторы, единственным недостатком которых можно назвать низкую антибликовую защиту. Покупатели оценили их за высокие возможности встроенной памяти, хорошее программное обеспечение, разнообразие функций и наличие видеорегистратора. Лучшими моделями являются Lexand D6HDR, LEXAND SA5 HD+ и Lexand ST-5650 PROHD.

Российскую марку TeXet можно отнести к бюджетному сегменту, тем не менее, устройства оснащены видеорегистратором, встроенной памятью в 4 Гб, программным обеспечением СитиГид и Навител. Лучшими навигаторами являются модели TeXet TN-522HD DVR и TeXet TN-515DVR.

Explay

Навигаторы Explay можно смело назвать надежной, удобной и качественной техникой. В линейке представлены как компактные бюджетные приборы с минимальным набором необходимых для навигации функций по доступной цене, так и дорогие мультифункциональные модели с камерой, Bluetooth, ТВ-тюнером, GSM/GPRS-модулем и богатым выбором мультимедийных приложений. Все устройства оснащены большим широкоформатным экраном и крупным динамиком. Лучшими моделями являются Explay Patriot, Explay ND-41, Explay ND-52B, Explay PN-965 и Explay PN-955.

Navitel

В навигаторы компании Navitel уже загружены карты, охватывающие Россию и еще 11 стран. В некоторых моделях предусмотрена возможность получать информацию о пробках. Именно российская компания Navitel является разработчиком программы «Навител Навигатор», отличающейся точностью карт и актуальностью информации о дорожной обстановке, радарах и камерах. Лучшими навигаторами являются модели Navitel A730, Navitel A501.

ТМ Shturmann

У навигаторов ТМ Shturmann понятный полностью русифицированный интерфейс, возможность работать с мультимедийными приложениями, в том числе получение информации о пробках на дорогах с интернет-сервиса Яндекс. В приборы загружены карты и атласы, которыеявляются собственными разработками компании. Одними из наиболее популярных моделей стали Shturmann Link 500 FM, Shturmann Link 700HD, SHTURMANN Mini 100.

Prology

Российская компания Prology изготавливает свою продукцию в Китае, но GPS-навигаторы Prology так же, как и , отличаются хорошим качеством и надежной сборкой. Установленное программное обеспечение «Навител Навигатор» не требует дополнительной покупки карт. Есть модели со встроенным видеорегистратором, FM-модулятором и Bluetooth. Наиболее популярными моделями считаются Prology iMap-5600 Black, Prology iMap-7300, Prology iMAP-4300, Prology iMap-580TR, Prology iMap-4020M.

Туристические GPS-навигаторы

Портативные GPS-навигаторы предназначены для того, чтобы их брать с собой в пеший или велосипедный поход, на рыбалку, охоту и т.д. Это компактные легкие устройства с небольшим экраном, емким аккумулятором и мощным приемником. Многие устройства оснащены дополнительными опциями, среди которых компас, барометр, высотомер, датчик температуры и др. В качестве альтернативного источника питания могут использоваться обычные батарейки, что очень удобно, когда нет доступа к электроэнергии. Портативные навигаторы выполняются в виде небольших планшетов или мобильных телефонов, в удобных узких форматах, позволяющих закрепить их на плече, запястье или руле велосипеда и в формате наручных часов. Для экстремальных условий выпускаются защищенные навигаторы в прорезиненном противоударном, пыле- и водонепроницаемом корпусе.

Самые популярные модели туристических GPS-навигаторов

Безусловным лидером на рынке туристических навигаторов является компания «Garmin», выпускающая ряд популярных серий: eTrex, GPSMAP, Fenix, Monterra, Dakota, Montana и Oregon.

В этой серии представлены наручные часы-навигатор, оснащенные высотомером, барометром, компасом, секундомером, датчиком температуры. Этот легкий, компактный, удобный и надежный прибор со стабильным приемом спутникового сигнала весит всего 82 г. К сожалению, отображение карты на маленьком черно-белом экране оставляет желать лучшего. Русского языка нет, поэтому все сообщения поступают на английском (французском, немецком, испанском, итальянском) языке. Fenix может обмениваться накопленными данными с помощью BlueTooth, беспроводного сервиса Garmin ANT, через USB с компьютером.

Monterra

Это навигатор на базе ОС Android использует 2 навигационные системы: GPS и GLONASS и предустановленный набор карт. Устройство оснащено большим дисплеем с прочным минеральным стеклом, имеет встроенную фотокамеру и вспышку-фонарик. Водонепроницаемый корпус стандарта IPX7 гарантирует работоспособность прибора на глубине до 1 м в течение 30 минут.

Gpsmap 64

У прибора цветной экран, быстрый процессор, Bluetooth, слот для карты памяти, массивная антенна. Gpsmap 64 использует 2 навигационные системы: GPS и GLONASS и предустановленный набор карт. Кнопки расположены на передней панели прибора, корпус крепко собран, надежно защищен от ударов, пыли, погружения в воду и отрицательных температур.

Montana 650t

У этого навигатора память 3Гб, слот для карты памяти, большой сенсорный экран с антибликовым покрытием и простой интерфейс. Влагонепроницаемый корпус имеет повышенную прочность. Встроенный фотоаппарат (5 Mpx) позволяет делать фотографии с привязкой к координатам съемки. Устройство можно использовать в качестве автомобильного навигатора. Благодаря разъему для подключения наушников можно слушать в дороге голосовые подсказки.

Как выбрать GPS-навигатор

Отправной точкой при выборе GPS-навигатора является его предназначение и тот спектр задач, для выполнения которых предполагается использовать устройство. Как только вы определите перечень подходящих приборов, нужно определиться с приемлемым ценовым диапазоном. Внимательно изучите наиболее популярные модели и определите, что имеют более дорогие устройства и чего нет в дешевых. Затем решите, нужны ли вам дополнительные функции, присущие более дорогим моделям, или дешевого аналога будет вполне достаточно. При первом знакомстве с автомобильным навигатором уделите внимание диагонали дисплея и качеству картинки, выберите навигационное программное обеспечение. Остановившись на 2-х или 3-х моделях, обязательно попробуйте поработать с каждой, поскольку разница в удобстве эксплуатации может оказаться довольно большой. Один навигатор будет для вас понятным и удобным в использовании, а другой - чересчур сложным.