Система глобального позиціонування

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Московський коледж управління і нових технологій
Реферат
по предмету «Периферійні пристрої»
Тема реферату:
«Система глобального позиціонування»
Спеціальність «Обчислювальні машини, системи, комплекси та мережі (230101)»
Виконав: Скиті А. В.
Група: Е4-1
Перевірив: Куковський Б.Л.
Москва 2009

План роботи:
Введення
1. Історія GPS
2.Введеніе в основи GPS
2.1 Як працює GPS
2.2 Компоненти GPS картографічних систем
2.3 Диференціальна корекція
2.4 Застосування GPS
3. Обладнання для користування послугами GPS системи
3.1 GPS-приймач
3.2 GPS-навігатор
3.3 GPS-трекер
3.4 GPS-логгер
Висновок
Список використаної літератури
Список використаних технічних засобів

Введення
Абревіатура GPS в даний час на вустах практично у кожного користувача мобільного телефону, але не кожен розуміє, що це таке і як працює. Даний матеріал допоможе розібратися, що таке GPS навігація і як вона працює!? Почнемо з історії і цілей створення системи глобального позиціонування GPS.
Коли у нас нарешті з'явився яскраво-жовтий гаджет, на якому великими літерами було написано Garmin, радості не було меж. Хоча за сьогоднішніми мірками можливості того простенького приладу були дуже і дуже обмеженими - доводилося знімати координати, а потім самостійно знаходити їх на карті. Сучасні GPS-приймачі здатні на набагато більше.
Це як приклад того, як зараз пішли вперед технології системи глобального позиціонування, але сам основний принцип такий же як багато років тому, тому рассмотр основ я зроблю починаючи з найпростіших механізмів системи.
Також я проведу аналіз того за яким конкретно схемами і послідовностей працюють ці пристрої за допомогою яких ми бачимо своє місцезнаходження на екранах самих приймачів.
Розгляну де і як можна застосовувати GPS технології, як вони можуть стати в нагоді в повсякденному житті. Виявлено її недоліки і особливості.
А також дам деякі історичні довідки і власні коментарі щодо деяких розділів цього реферату.

1. Історія розвитку системи GPS (Global Positioning System)
Навігаційна система Global Positioning System (GPS) є частиною комплексу NAVSTAR, який розроблений, реалізований і експлуатується Міністерством оборони США. Розробка комплексу NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range - навігаційна система визначення часу і дальності) була розпочата ще в 1973 році, а вже 22 лютого 1978 року був проведений перший тестовий запуск комплексу, а в березні 1978 року комплекс NAVSTAR почали експлуатувати. Перший тестовий супутник був виведений на орбіту 14 липня 1974 року, а останній з 24 необхідних супутників для повного покриття земної поверхні, був виведений на орбіту в 1993 році. Цивільний сегмент військової супутникової мережі NAVSTAR прийнято називати абревіатурою GPS, комерційна експлуатація системи в сьогоднішньому вигляді розпочалася в 1995 році.
Через більш 20-ти років з моменту тестового запуску системи GPS і 5-ти років з моменту початку комерційної експлуатації Глобальної системи позиціонування GPS, 1 травня 2000 року Міністерство оборони США скасувало особливі умови користування системою GPS, що існували до тих пір. Американські військові вимкнули перешкоду (SA - selective availability), штучно знижує точність цивільних GPS приймачів, після чого точність визначення координат за допомогою побутових навігаторів зросла як мінімум у 5 разів. Після скасування американцями режиму селективного доступу точність визначення координат за допомогою найпростішого громадянського GPS навігатора становить від 5 до 20 метрів (висота визначається з точністю до 10 метрів) і залежить від умов прийому сигналів в конкретній точці, кількості видимих ​​супутників і ряду інших причин. Наведені цифри відповідають одночасного прийому сигналу з 6-8 супутників. Більшість сучасних GPS приймачів мають 12-канальний приймач, що дозволяє одночасно обробляти інформацію від 12 супутників. Військове застосування навігації на базі NAVSTAR забезпечує точність на порядок вище (до декількох міліметрів) і забезпечується зашифрованим P (Y) кодом. Інформація в C / A коді (стандартної точності), що передається за допомогою L1, поширюється вільно, безкоштовно, без обмежень на використання.
Основою системи GPS є навігаційні супутники, що рухаються навколо Землі по 6 круговим орбітальним траєкторіями (по 4 супутника в кожній), на висоті 20180 км. Супутники GPS обертаються навколо Землі за 12 годин, їх вагу на орбіті складає близько 840 кг, розміри - 1.52 м. завширшки і 5.33 м. в довжину, включаючи сонячні панелі, що виробляють потужність 800 Ватт. 24 супутники забезпечують 100% працездатність системи навігації GPS в будь-якій точці земної кулі. Максимальне можливе число одночасно працюючих супутників в системі NAVSTAR обмежено числом 37. На даний момент на орбіті перебуває 32 супутника, 24 основних і 8 резервних на випадок збоїв.
Стеження за орбітальної угрупованням здійснюється з головної керуючої станції (Master Control Station - MCS), яка знаходиться на базі ВПС Шрівер, шт. Колорадо, США. З неї здійснюється управління системою навігації GPS у світовому масштабі. База ВПС Шрівер (Schriever) є місцем розміщення 50-го космічного з'єднання США - підрозділи командування повітряно-космічних сил.
Наземна частина системи GPS складається з десяти станцій спостереження, які знаходяться на островах Кваджалейн і Гавайях в Тихому океані, на острові Вознесіння, на острові Дієго-Гарсія в Індійському океані, а також у Колорадо-Спрінгс, в мисі Канаверел, шт. Флорида, тощо. Кількість наземних станцій безперервно росте, на всіх станціях стеження використовуються приймачі GPS для пасивного спостереження за навігаційними сигналами всіх супутників. Інформація із станцій спостереження обробляється на головної керуючої станції MCS і використовується для оновлення ефемерід супутників. Завантаження навігаційних даних, що складаються з прогнозованих орбіт і поправок годин, проводиться для кожного супутника кожні 24 години.
Система Глобального Позиціонування (GPS або Global Positioning System) є супутникової і працює під управлінням Міністерства Оборони США. Система є глобальною, всепогодної і забезпечує можливість отримання точних координат і часу 24 години на добу.

2. Введення в основи GPS
2.1 Як працює GPS
Основи системи GPS можна розбити на п'ять основних підпунктів:
Супутникове трилатерації - основа системи
Супутникове дальнометрія - вимірювання відстаней до супутників
Точна часова прив'язка - навіщо потрібно погоджувати годинник в приймальнику і на супутнику і для чого потрібно 4-й космічний апарат
Розташування супутників - визначення точного положення супутників в космосі
Корекція помилок - врахування помилок внесених затримками в тропосфері і іоносфері
1 Супутникове трилатерації
Точні координати можуть бути обчислені для місця на поверхні Землі за вимірюваннями відстаней від групи супутників (якщо їх положення в космосі відомо). У цьому випадку супутники є пунктами з відомими координатами. Припустимо, що відстань від одного супутника відомо і ми можемо описати сферу заданого радіусу навколо нього.
Якщо ми знаємо також відстань і до другого супутника, то визначається місце розташування буде розташоване десь у колі, що задається перетином двох сфер.
Третій супутник визначає дві точки на колі.
Тепер залишається тільки вибрати правильну точку. Проте одна з точок завжди може бути відкинута, так як вона має високу швидкість переміщення або перебуває на або під поверхнею Землі. Таким чином, знаючи відстань до трьох супутників, можна обчислити координати обумовленою точки.
2 Супутникове дальнометрія
Відстань до супутників визначається за вимірюваннями часу проходження радіосигналу від космічного апарату до приймача помноженим на швидкість світла. Для того, щоб визначити час поширення сигналу нам необхідно знати коли він покинув супутник.
Для цього на супутнику і в приймачі одночасно генерується однаковий псевдовипадковий Код *
* - Кожен супутник GPS передає два радіосигналу: на частоті L1 = 1575.42 МГц і L2 = 1227.60 МГц. Сигнал L1 має два далекомірних коду з псевдовипадковим шумом (PRN), P-код і C / A код. "Точний" або P-код може бути зашифрований для військових цілей. "Грубий" або C / A код не зашифровано. Сигнал L2 модулюється тільки з P-кодом. Більшість цивільних користувачів використовують C / A код при роботі з GPS системами. Деякі приймачі Trimble геодезичного класу працюють з P-кодом.
Приймач перевіряє вхідний сигнал з супутника і визначає коли він генерував такий самий код. Отримана різниця, помножена на швидкість світла (~ 300000 км / с) дає шукане відстань.
Використання коду дозволяє приймачу визначити тимчасову затримку в будь-який час. Крім того, супутники можуть випромінювати сигнал на одній і тій же частоті, тому що кожен супутник ідентифікується за своїм псевдослучайному коду (PRN або PseudoRandom Number code).
3 Точна часова прив'язка
Як видно зі сказаного вище, обчислення безпосередньо залежать від точності ходу годинника. Код повинен генеруватися на супутнику і приймачі в один і той же час. На супутниках встановлені атомні годинники мають точність близько однієї наносекунди. Однак це надто дорого, щоб встановлювати такі годинники в кожен GPS приймач, тому виміри від четвертого супутника використовуються для усунення помилок ходу годинника приймача.
Ці вимірювання можна використовувати для усунення помилок, які виникають якщо годинник на супутнику і в приймачі не синхронізовані. Для наочності, ілюстрації наведені нижче розглядають ситуацію на площині, так як тільки три супутника необхідно для обчислення місця розташування об'єкта.
Якщо годинник на супутнику і в приймачі мають однакову точність ходу, то точне місце розташування може бути знайдено за вимірюваннями відстані до двох супутників.
Якщо отримані вимірювання з трьох супутників і всі годинники точні, то коло описаний радіус-вектором від третього супутника буде перетинатися як показано на малюнку.
Однак, якщо годинник в приймачі поспішають на 1 секунду, то картина буде виглядати наступним чином.
Якщо зробити вимір до третього супутника, то отриманий радіус-вектор не перетнеться з двома іншими як показано на малюнку.
Коли GPS приймач отримує серію вимірів які не перетинаються в одній точці, то комп'ютер в приймачі починає віднімати (або додавати) час методом послідовних ітерації до тих пір, поки не зведе всі вимірювання до однієї точки. Після цього обчислюється поправка і робиться відповідне зрівнювання.
Якщо вам потрібно третій вимір, то необхідний четвертий супутник для усунення помилок ходу годинника в приймачі. Таким чином, при роботі в полі вам необхідно мати мінімум чотири супутники, щоб визначити тривимірні координати об'єкту.
4 Розташування супутників
Система NAVSTAR має 24 робочих супутника з орбітальним періодом о 12 годині на висоті приблизно 20200 км від поверхні Землі. У шести різних площинах мають нахил до екватора в 55 °, розташоване за 4 супутники. Вказана висота необхідна для забезпечення стабільності орбітального руху супутників і зменшення фактора впливу опору атмосфери.
Міністерство Оборони США (DoD) здійснює безперервне спостереження за супутниками. На кожному супутнику розташовано декілька високоточних атомних годинників і вони безперервно передають радіосигнали з власним унікальним ідентифікаційним кодом *. МО США має 4 станції спостереження за супутниками, три станції зв'язку і центр здійснює контроль і управління за всім наземним сегментом системи. Станції стеження безперервно відстежують супутники і передають дані в центр управління. У центрі управління обчислюються уточнені елементи супутникових орбіт і коефіцієнти поправок супутникових шкал часу, після чого ці дані передаються по каналах станцій зв'язку на супутники принаймні один раз на добу.
* - Кожен супутник GPS передає два радіосигналу: на частоті L1 = 1575.42 МГц і L2 = 1227.60 МГц. Сигнал L1 має два далекомірних коду з псевдовипадковим шумом (PRN), P-код і C / A код. "Точний" або P-код може бути зашифрований для військових цілей. "Грубий" або C / A код не зашифровано. Сигнал L2 модулюється тільки з P-кодом. Більшість цивільних користувачів використовують C / A код при роботі з GPS системами. Деякі приймачі Trimble геодезичного класу працюють з P-кодом.
5 Корекція помилок
Деякі джерела помилок що виникають при роботі GPS є трудноустранімимі. Обчислення припускають, що сигнал поширюється з безперервною швидкістю, яка дорівнює швидкості світла. Проте в реальності все набагато складніше. Швидкість світла є константою тільки в вакуумі. Коли сигнал проходить через іоносферу (шар заряджених частинок на висоті 130-290 км) і тропосферу, його швидкість розповсюдження зменшується, що призводить до помилок у виміри дальності. У сучасних GPS приймачах використовують всілякі алгоритми усунення цих затримок.
Іноді виникають помилки в ході атомних годин і орбітах супутників, але вони зазвичай незначні і ретельно відстежуються зі станцій стеження.
Багатопроменева інтерференція також вносить помилки у визначення місця розташування за допомогою GPS. Це відбувається, коли сигнал відбивається від об'єктів розташованих на земній поверхні, що створює помітну інтерференцію з сигналами приходять безпосередньо зі супутників. Спеціальна техніка обробки сигналу і продумана конструкція антен дозволяє звести до мінімуму це джерело помилок.
Раніше існував ще одне джерело помилок - це Виборчий Доступ (Selective Availability або S / A), штучне зниження точності супутникового сигналу вводиться МО США. Це призводило до того, що точність отриманих координат за допомогою GPS знижувалася до 100 метрів. Проте 1 травня 2000 року за рішенням президента США "Виборчий Доступ" був відключений.
Висновки:
1) Відстань до супутників визначається за вимірюваннями часу проходження радіосигналу від космічного апарату до приймача помноженим на швидкість світла. Для того, щоб визначити час поширення сигналу нам необхідно знати коли він покинув супутник.
2) багатопроменева інтерференція також вносить помилки у визначення місця розташування за допомогою GPS. Це відбувається, коли сигнал відбивається від об'єктів розташованих на земній поверхні, що створює помітну інтерференцію з сигналами приходять безпосередньо зі супутників.
3) Як видно зі сказаного вище, обчислення безпосередньо залежать від точності ходу годинника. Код повинен генеруватися на супутнику і приймачі в один і той же час.
2.2 Компоненти GPS картографічних систем
Trimble Navigation Limited виробляє широкий спектр продуктів розроблених спеціально для картографування і ГІС додатків. Ці системи дозволяють швидко і точно збирати дані для створення та оновлення географічних баз даних. Картографічні продукти включають в себе GPS приймачі, накопичувачі даних, і програмне забезпечення. У цьому розділі обговорюються ці компоненти.
Приймачі
GPS приймачі можуть обчислювати положення з періодом менше однієї секунди і забезпечують точність від дециметрів до 5 метрів при роботі в диференціальному режимі вимірювань. Приймачі разлічаються за вагою, розміром, об'ємом пам'яті для зберігання даних і кількості каналів які вони використовують для стеження за супутниками.
У той час як Ви стоїте на одному місці або переміщаєтеся, приймач отримує сигнали з GPS супутників і потім обчислює Ваше місце розташування. Результати обчислень відображаються у вигляді координат на головному блоку. GPS приймачі обчислюють також швидкість і напрямок руху дозволяючи вирішувати навігаційні завдання.
Накопичувачі даних
Накопичувачі даних (контролери) це портативні комп'ютери працюють під управлінням спеціального програмного забезпечення призначеного для збору даних. Деякі контролери записують додаткову інформацію (наприклад, аттрібути об'єктів) разом з координатами, а інші зберігають тільки координати. Програмне забезпечення виконує контроль за установками GPS приймача найважливішими з яких є інтервал вимірювань і кількість збережених GPS даних.
Накопичувачі даних розрізняються за розмірами, вагою і типом записуваних даних, можливостям витримувати несприятливі умови навколишнього середовища і кількості інформації яку можна записати на них. Деякі накопичувачі даних повинні бути з'єднані з окремим GPS приймачем, а інші інтегровані з приймачами в одному корпусі.
Програмне забезпечення
Кожна GPS картографічна система поставляється з програмним забезпеченням для обробки. Після повернення з польових робіт Ви можете вивантажити координати і допоміжну інформацію з вашого накопичувача даних на комп'ютер. Після цього програма дозволяє підвищити точність даних використовуючи спеціальний метод обробки даних, під назвою диференціальна корекція. Цей метод буде обговорюється в главі 1.4
Програмне забезпечення виконує візуалізацію ваших GPS даних. Деякі програми дозволяють здійснювати редагування даних так що можна маніпулювати, зрівнювати і видаляти координати і атрибути даних. Деякі програми забезпечують можливість виведення отриманих матеріалів на друк (плоттер, принтер і т.д.). Програмне забезпечення розрізняється по кількості можливостей редагування і експорту даних.
GPS системи допомагають при зборі інформації про географічні об'єкти і атрибутивної інформації для введення в ГІС чи інші бази даних. Програмне забезпечення обробки GPS даних експортує ваші результати в ГІС програми де вони можуть бути об'єднані з інформацією з інших джерел для подальшої обробки та аналізу.
Висновки:
1) Trimble Navigation Limited виробляє широкий спектр продуктів розроблених спеціально для картографування і ГІС додатків. Ці системи дозволяють швидко і точно збирати дані для створення та оновлення географічних баз даних.
2) Деякі програми забезпечують можливість виведення отриманих матеріалів на друк (плоттер, принтер і т.д.). Програмне забезпечення розрізняється по кількості можливостей редагування і експорту даних.
3) Щоб дізнатися, коли сигнал покинув супутник, потрібно заміряти тимчасову затримку між однаковими ділянками коду.
2.3 Диференціальна корекція
Диференціальна корекція - це метод який значно збільшує точність збираних GPS даних. У цьому випадку використовується приймач розташований в точці з відомими координатами (базова станція), а другий приймач збирає дані в точках з невідомими координатами (пересувний приймач).
Дані, отримані в точці з відомими координатами, використовуються для визначення помилок містяться в супутниковому сигналі. Потім інформація з базової станції спільно обробляється з даними пересувного приймача, разом з урахуванням помилок містяться в супутниковому сигналі, що дозволяє усунути помилки в координатах отриманих на пересувному приймачі. Вам необхідно знати координати вашої базової станції як можна точніше, так як точність отримується в результаті диференціальної корекції безпосередньо залежить від точності координат базової станції.
Існує два методи виконання диференціальної корекції, в реальному часі і в постобробці. Нижче ми розглянемо їх більш докладно.
Диференціальна корекція у реальному часі
При роботі методом диференціального GPS у реальному часі, базова станція обчислює і передає (радіо) помилки для кожного супутника в той час як він збирає дані. Ці корекції прийняті пересувним приймачем використовуються для уточнення визначається місцеположення. У результаті ми можемо бачити на екрані приймача диференційно скориговані координати.
Це може бути корисно, коли вам необхідно знати де Ви знаходитеся безпосередньо в полі. Ці скориговані положення можуть бути збережені у файл на накопичувачі. Поправки передаються в реальному часі зазвичай використовують формат відповідно до рекомендацій RTCM SC-104. Всі сучасні картографічні продукти компанії Trimble можуть виконувати диференціальну корекцію в реальному часі.
Диференціальна корекція в постобробці
При роботі методом диференціального GPS в постобробці, базова станція записує помилки для кожного супутника прямо в комп'ютерний файл. Пересувний приймач також записує свої дані в комп'ютерний файл. Після повернення з поля, два файли обробляються разом з допомогою спеціального програмного забезпечення і на виході виходить диференційно скоригований файл даних пересувного приймача. Всі GPS картографічні системи Trimble включають в себе програму для виконання диференціальної корекції в постобробці.
Однією з чудових особливостей картографічних систем Trimble, є можливість використання диференціальної корекції як у реальному часі, так і в постобробці. Якщо, під час роботи в режимі реального часу, радіозв'язок перерветься (наприклад, Ви віддаліться від базової станції на дуже велику відстань) то приймач продовжить записувати нескоригований дані які можуть бути в подальшому оброблені за допомогою диференціальної корекції в постобробці.
Висновки:
1) Однією з чудових особливостей картографічних систем Trimble, є можливість використання диференціальної корекції як у реальному часі, так і в постобробці.
2) При роботі методом диференціального GPS у реальному часі, базова станція обчислює і передає (радіо) помилки для кожного супутника в той час як він збирає дані. Ці корекції прийняті пересувним приймачем використовуються для уточнення визначається місцеположення.
3) Дані, отримані в точці з відомими координатами, використовуються для визначення помилок містяться в супутниковому сигналі. Це дозволяє усунути помилки в координатах отриманих на пересувному приймачі.
2.4 Застосування GPS
Картографічні системи Trimble використовуються в різних областях. За допомогою них можна створювати й оновлювати бази даних ГІС для різних дисциплін. Зокрема вони знайшли широке застосування у сфері природних ресурсів, розвитку інфраструктури та контролю міського господарства, сільському господарстві і соціальних науках. Положення, час та додаткову інформацію можна збирати рухаючись по суші, воді і повітрю над цікавить вас місцем розташування.
Природні ресурси
Фахівці працюють в області природних ресурсів, такі як, геологи, географи, лісники та біологи використовую GPS картографічні системи для запису GPS положень і додаткової інформації про об'єкти. Наприклад, лісники в якості додаткової інформації можуть реєструвати вік, стан, кількість і тип лісу. Вони можуть також проводити зйомку територій підлягають вирубці або посадці. Біологи мають можливість реєструвати ареали розселення диких тварин, маршрути їх міграцій, чисельність популяцій та іншу інформацію.
GPS допомагає при зборі даних про типи грунтів, які в комбінації з тривимірними моделями територій дозволяють виділити окремі шари і аспекти для передбачення областей, які потребують спеціального управління. Крім того, GPS можна використовувати для картографування місця розташування колодязів і інших джерел води; запису розмірів озер і їх стану; реєстрації ареалів поширення риби і диких тварин; змін берегової лінії, польових угідь і кліматичних зон.
Міське господарство
Програми у сфері міського господарства кар тографіческіх систем Trimble включають в себе контроль транспортних потоків та інфраструктури комунального господарства. Вулиці і проспекти можуть бути оцифровані при переміщенні по цих об'єктах з одночасним записом GPS координат. Стан доріг, небезпечні ділянки потребують ремонту ділянки вводяться у вигляді додаткової інформації для подальшого використання в програмах інвентаризації та ГІС.
GPS виявляється вкрай ефективним при зйомці каналізаційних, газових і водних трубопроводах, а також електричних і телефонних ліній. Такі об'єкти як, кришки колодязі і пожежні гідранти картографіруются як точки з відповідною атрибутивною інформацією.
Аварійні машини і ремонтні бригади можуть використовувати GPS для навігації безпосередньо до місця аварії комунікацій. Час їхнього прибуття і відправлення точно реєструється, разом з їх коментарями і планом виконання сервісних робіт.
Крім того, за допомогою GPS можна виконувати зйомку земельних ділянок, ділянок проведення будівельних робіт, об'єктів вулиць і заводів розташованих в межах міста.
Використання GPS у сільському господарстві
GPS картографічні системи допомагають описувати особливості ділянок полів перебувають в інтенсивному сільськогосподарському використанні. Ви можете точно пов'язати такі характеристики як мікроклімат, тип грунту, ділянки врожаю пошкоджені комахами або хворобами, обсяг збирається продукції і т. п. з їхнім місцем розташування.
Положення трактора або літака може бути використано спільно з даними про тип грунту для виконання більш економного витрати добрив або хімічних розпилювачів. Це безпосередньо знижує вартість витрат на добрива і зменшує забруднення природних водних джерел цими речовинами.
Технологія GPS надає агрономам істотну допомогу у створенні баз даних, після аналізу яких можна оцінити ефект впливу різних методик проведення сільськогосподарських робіт на збір вирощеної продукції.
Застосування у сфері соціальних наук
Археологи та історики можуть використовувати картографічні GPS системи для навігації та реєстрації розкопок та історичних місць. Коли бажана точка маршруту знайдена, в базу даних ГІС записуються вичерпні дані по об'єкту, що дозволяє в подальшому повністю відновити картину на певний момент часу.
Як приклад, можна навести дослідження виконані антропологами в джунглях Венесуели. Вчені досліджували "білі плями" в джунглях і використовували картографічні GPS системи для реєстрації місць проживання невідомих місцевих племен. Місця розташування та відповідні відомості про рівень культурного розвитку які були зібрані, допомогли надалі урядовим органам Венесуели створити резервації, щоб зберегти в недоторканності унікальний побут місцевих племен.
Інші області застосування
Картографічні GPS системи можна використовувати в будь-яких додатках вимагають точної часової прив'язки, положень та іншої атрибутивної інформації. Кінцевий результат не обмежується виводом на карту. Положення об'єктів і маркери часу можуть бути також передані в програмні пакети яким необхідна інформація для всілякого моделювання, наприклад створення цифрових моделей місцевості (ЦММ).
Висновки:
1) Система глобального позиціонування являє собою інструмент з величезним потенціалом і широким колом використання.
2) Навігаційні можливості систем можуть надати неоціненну допомогу в пошуку та порятунку людей, в роботі міліції та пожежників, а також геодезистам при екстреному пошуку певного місця розташування.
3) Встановивши картографічний GPS приймач на літак або вертоліт, можливо наприклад створити оперативний план меж ділянок з великою площею, наприклад, палаючого лісу. GPS можна використовувати для визначення меж поширення пожежі.

3. Обладнання для користування послугами GPS системи
3.1 GPS-приймач
GPS-приймач-радіоприймальний пристрій для визначення географічних координат поточного місцезнаходження антени приймача, на основі даних про тимчасові затримки приходу радіосигналів, випромінюваних супутниками групи NAVSTAR.
Максимальна точність вимірювання становить 3-5 метрів, а при наявності коригуючого сигналу від наземної станції - до 1 мм (звичайно 5-10мм) на 1 км відстані між станціями (диференціальний метод). Точність комерційних GPS-навігаторів становить від 150 метрів (у старих моделей при поганій видимості супутників) до 3 метрів (у нових моделей на відкритому місці). Крім того, при використанні систем SBAS і місцевих систем передачі поправок точність може бути підвищена до 1-2 метрів по горизонталі. До 1 травня 2000 року точність штучно занижувалася шляхом внесення до передаються супутником дані перешкод. [2]
Класифікація
На базі GPS-приймачів створюються як самостійні пристрої - GPS-навігатори, GPS-трекери, GPS-логгер мають власний процесор для необхідних розрахунків і (в основному, у навігаторів) дисплей для відображення інформації, і GPS-приставки до КПК і ноутбуків, які бувають бездротові (BlueTooth, Wi-Fi, IrDa) і провідні (USB, RS-232, PS / 2). Останні також жаргонно називають GPS-пахвами з-за зовнішньої схожості з комп'ютерними мишами. Крім цих пристроїв, для GPS-навігації використовуються онбордери (вбудовані автомобільні комп'ютери).
Обладнання умовно ділиться на користувальницьке і професійне. Професійне відрізняється якістю виготовлення компонент (особливо антен), ПЗ, підтримуваними режимами роботи (наприклад RTK, binary data output), робочими частотами (L1 + L2), алгоритмами придушення многолучевости, сонячної активності (вплив іоносфери), підтримуваними системами навігації (наприклад GPS - ГЛОНАСС приймачі) і, зрозуміло, ціною.
Користувальницькі приймачі
Крім власне широти, довготи і висоти такої GPS-приймач здатний повідомити:
точний час (деякі приймачі мають вихід PPS);
орієнтацію по сторонах світла (у моделях без вбудованого компасу - тільки напрямок швидкості при русі);
висоту над рівнем моря (за умови прийому сигналу більше чотирьох супутників або за наявності вбудованого баровисотомера);
напрям на точку з координатами, заданими користувачем;
поточну швидкість, пройдену відстань, середню швидкість;
дані з інформацією про стан дороги - пробки, дорожні роботи і т. д. (в моделях, оснащених TMC-приймачем і при наявності служби Канал автодорожніх повідомлень)
поточне положення на електронній карті місцевості (моделі, оснащені картами).
поточне положення щодо треку.
Інформація про шляхи переміщення (трек) може бути скопійована в файл, а потім передана (зокрема, через Інтернет) іншим користувачам GPS, бажаючим рухатися тим же маршрутом.
При використанні GPS-приставки інформація виводиться на КПК, стільниковий телефон або комп'ютер, до якого підключена ця приставка за допомогою навігаційного програмного забезпечення. Фізично з'єднання, як правило, здійснюється через послідовний порт (RS-232, USB, Bluetooth). Для зв'язку GPS-приймача з комп'ютером може використовуватися двійковий (текстовий) протокол виробника приймача (Garmin, Magellan і інші) або виробника GPS-чіпсета (Magellan, Sirf, Trimble і інші), при цьому абсолютна більшість GPS-приймачів підтримують обмін інформацією за допомогою текстового протоколу NMEA.
Карти в GPS-навігаторах
Наявність картки істотно покращує користувальницькі характеристики навігатора. Навігатори з картами показують положення не тільки самого приймача, але і об'єктів навколо нього.
Всі електронні GPS-карти можна поділити на два основних типи - векторні і растрові.
Растрові карти - це самий простий і доступний тип карт. Фактично це зображення місцевості, до якого прив'язуються географічні координати. Масштаб растрової карти безпосередньо залежить від початкового варіанту; чи це малюнок з супутника, або відсканована паперова карта. У Росії найкраще представлені растрові карти великих міст, для інших районів карти знайти проблематично. Також є проблема прив'язки координат карти до координат, що видаються приймачем (проблема датум). На платформах PC і Windows Mobile для використання растрових карт доступна популярна програма OziExplorer. Так само величезний масив растрових (фотографічних, і растеризувати векторних) карт і засоби роботи з ними, включаючи підтримку роботи з GPS-приймачами, надають такі інтернет-сервіси, як Google Maps.
Векторні карти представляють собою базу даних, де зберігається інформація про об'єкти, їх характеристики і взаємне розташування, географічних координатах і інше. У картах можуть зберігатися різноманітні характеристики місцевості: гори, річки, озера, западини, дороги, мости, рівні антропогенних забруднень, типи рослинності, розташування ліній ЛЕП. Також багато докладні карти зберігають безліч таких об'єктів як заправки, готелі, кафе і ресторани, стоянки, пости дорожньої поліції, заборонені до проїзду зони, пам'ятки та пам'ятники, культурні артефакти, лікарні.
Оскільки в них не міститься об'ємних графічних зображень, місця в пам'яті вони займають набагато менше, ніж растрові і швидше працюють. Безумовною перевагою векторних карт, є можливість шукати на карті конкретні будинки та вулиці, пам'ятки, кафе, лікарні, автозаправки та інші необхідні мандрівникові місця. Крім того, векторні карти дозволяють показувати різну деталізацію об'єктів при відображенні карти у різних масштабах.
Існують навігаційні системи, що дозволяють користувачеві доповнювати карти навігатора своїми власними об'єктами.
У спеціалізованих автомобільних GPS-навігаторах існує можливість прокладати маршрути з векторної навігаційній карті - з урахуванням дорожніх знаків, дозволених поворотів і навіть дорожніх пробок. Такі карти в Росії (за інформацією на вересень 2008) є тільки для великих міст:
Москва;
Санкт-Петербург;
Єкатеринбург;
Калінінград;
Калуга;
Краснодар;
Ростов-на-Дону;
Ставрополь;
Їх кількість і якість з часом збільшиться, але не швидко, тому що добре робити карти дуже занадто.
Висновки:
1) При підготовці туристичних походів у ряді випадків осмисленим є малювання власних карт району майбутньої подорожі. Така карта малюється за допомогою спеціалізованого векторного графічного редактора - і може бути збережена у векторному форматі, придатному для завантаження в GPS-приймач. Таким чином, кількість і якість туристичних карт для GPS також з часом зростає.
2) Наявність картки істотно покращує користувальницькі характеристики навігатора. Навігатори з картами показують положення не тільки самого приймача, але і об'єктів навколо нього.
3) Устаткування умовно ділиться на користувальницьке і професійне. Професійне відрізняється якістю виготовлення компонент (особливо антен), ПЗ, підтримуваними режимами роботи (наприклад RTK, binary data output), робочими частотами (L1 + L2), алгоритмами придушення многолучевости, сонячної активності (вплив іоносфери), підтримуваними системами навігації (наприклад GPS - ГЛОНАСС приймачі) і, зрозуміло, ціною.
3.2 GPS-трекер
GPS-трекер (також GPS-локатор, GSM-трекер або GPRS-трекер) - пристрій прийому-передачі даних для спостереження і контролю за пересуваннями об'єктів, до якого він прикріплюється, що використовує Global Positioning System для точного визначення місцезнаходження об'єкта.
Пристрій
GPS-трекер містить GPS-приймач, з допомогою якого він визначає свої координати, а також передавач для відправки їх користувачу.
Класифікація
По конструкції розрізняють два класи GPS-трекерів:
Персональний портативний GPS-трекер - зазвичай так називається GPS-трекер малих розмірів. Призначений для індивідуального використання.
Автомобільний GPS-трекер (часто званий: Автомобільний контролер) - це станційне пристрій, який підключається до бортової мережі автомобіля або іншого транспортного засобу.
Особливості застосування
Трекер може застосовуватися для визначення місцезнаходження людей, тварин, товарів або транспорту, а також інших об'єктів. Пристрій записує отриману інформацію з регулярними інтервалами, а потім може ці дані записувати або передавати їх за допомогою радіозв'язку, GPRS-або GSM-з'єднання, супутникового модему на сервер підтримки або інший комп'ютер (наприклад, у вигляді SMS або по мережі Інтернет). У разі використання сервера підтримки, він обробляє отримані дані і реєструє їх у своїй базі даних; потім користувач трекера може зайти на сервер системи в мережі Інтернет під своїм ім'ям і паролем, і система відображає місцезнаходження і географію переміщення на карті. Пересування трекера можна аналізувати або в режимі реального часу, або пізніше. Функція GPS трекінгу існує у деяких моделей стільникових телефонів.
Можливості застосування трекерів включають:
Контроль за пересуванням транспорту. Наприклад, транспортна компанія або таксі-сервіс можуть поставити такий пристрій на свої засоби пересування і, таким чином, отримувати інформацію про час і маршрут, шукати викрадений автотранспорт. Див GPS моніторинг транспорту
Контроль за пересуванням тварин. Такі трекери можуть бути у вигляді ошийників або використовуватися вченими або господарі домашніх тварин.
Контроль за ходом спортивних змагань. Трекер дозволяє дізнатися про порушення правил, якщо учасник змагань вирішить скоротити шлях (наприклад, в планеризм) або для визначення величини дистанції (наприклад, в джоггінг)
Спостереження за людьми. Можуть використовуватися для контролю за пересуваннями людини або його автомобіля для вивчення його звичок, для пошуку і захисту дітей або літніх людей. При цьому батьки на своєму комп'ютері можуть встановити зону, в якій може перебувати їх дитина. Якщо власник стільникового телефону з функцією GPS трекінгу покине цю зону, то на комп'ютер або на стільниковий телефон батьків буде виведений сигнал тривоги.
Спостереження за працівниками. GPS-контроль допомагає виявити маршрут виїзних працівників. Наприклад торгових представників, водіїв, мерчандайзерів та ін За допомогою програми для роботи торгових агентів, в якій встановлено GPS-контроль можна стежити чи дотримуються маршруту персонал компанії. Це допомагає оптимізувати робочий процес, знизити не цільове використання робочого часу.
Напівавтоматичне постачання цифрових фотографій геотегов в EXIF ​​/ IPTC, для прив'язки фотографій до глобальних координатах і подальшого перегляду на картах.
Некоротие трекери на сьогоднішній день підтримують кнопку «SOS», яка дозволяє дитині і будь-якому іншому користувачеві надіслати тривожний сигнал з точними координатами на декілька номерів у вигляді SMS повідомлення.
Контрзаходи проти GPS трекінгу
Проти GPS трекінгу використовуються засоби придушення сигналу від трекера, які можуть створювати перешкоди в роботі також інших пристроїв, що використовують ті ж частоти, що і трекер. Тому в багатьох країнах використання коштів придушення сигналу визнається незаконним. При цьому GPS трекер продовжує записувати своє місце розташування і ця інформація може бути отримана його власником пізніше.
Проти GPS трекерів можна використовувати також придушення GPS-сигналу, в результаті чого трекер не може визначити свого розташування, і втрачається його основна функція.
Проте, деякі виробники трекерів, вже передбачили і вдосконалюють інформування користувача у разі виявлення ймовірності придушення GPS-сигналу протиугінних комплексів.
Висновки:
1) Можливостей у трекера порівняно велика кількість, тому есь сенс вбудовувати його у всілякі апарати.
2) Некоротие трекери на сьогоднішній день підтримують кнопку «SOS», яка дозволяє дитині і будь-якому іншому користувачеві надіслати тривожний сигнал з точними координатами на декілька номерів у вигляді SMS повідомлення, що є відмінною функцією.
3) Пересування трекера можна аналізувати або в режимі реального часу, або пізніше.
3.4 GPS-логгер
GPS-логгер (GPS-logger, іншими словами: GPS recorder або GPS DATA-логгер) - особливий клас GPS-радіоприймачів, який може працювати в режимі звичайного GPS-приймача (тільки приймаючи інформацію від супутникового угруповання NAVSTAR) або - у режимі рекордера / логгер записуючи інформацію про пройдений шлях (треку) у свою вбудовану пам'ять. Згодом накопичену інформацію з приймача можна вивантажити в комп'ютер для її аналізу.
Деякі виробники для найменування вироблених GPS-Логгер використовують термін - пасивний трекер (Passive Tracker).
Особливості конструкції
GPS-логгер бувають портативні (з живленням від акумулятора малогабаріного) або автомобільні (для закріплення його в транспортному засобі, що працює від бортової мережі).
Наявність вбудованої пам'яті для запису шляху (треку, застави). У сучасних моделях GPS-Логгер обсяг пам'яті може досягати такої величини, що дозволяє записати в нього трек (і) розміром до 200 000 пікселів.
Інтерфейси: Bluetooth і / або USB.
Харчування портативного GPS-логгер може бути автономним (від акумуляторних батарей), від бортової мережі автомобіля або від USB-порту комп'ютера. Зустрічаються конструкції з комбінованим живленням - від акумуляторів і з живленням від сонячних батарей.
Деякі моделі GPS-Логгер мають кнопку, натиснувши на яку можна на записуваному шляху відзначити ту чи іншу важливу (цікаву) точку свого шляху. Зазначена точка буде відображена на пройденому шляху спеціальною міткою.
GPS-логгер може підтримувати технологію A-GPS.
Застосування
Спорт, туризм, рибальство, спостереження за рухомими об'єктами, міське орієнтування, геодезія, картографія та ін

Висновок
Отже провівши аналіз системи глобального позиціонування в цілому, можна сказати що ця система вже охопила величезну сферу людських інтересів, використовується повсюдно, і в неї ще є куди прагнути, і на чому розвернутися. Величезна сфера споживання, новітні технології роблять її однією з найбільш затребуваних на ринку технологій. На її основі зроблено безліч пристроїв і пристосувань, які дуже допомагають людям, починаючи від простих життєвих ситуацій, допомога в бізнесі, використання у військових цілях.
Перспектив для розвитку технологій достатньо, зробити її точніше, компактніші, дешевше, вбудовувати у всілякі пристрої та розширювати сферу застосування.
Російський уряд докладає великі зусилля, щоб відновити працездатність ГЛОНАСС. З великими труднощами, але все ж таки, розвивається європейська система Galilleo. У квітні був виведений на орбіту вже 5-й супутник китайської системи "Beidou".
Урядом США був розроблений довгостроковий план розвитку системи GPS. У найближчі кілька років планується виведення на орбіту нових модифікації GPS супутників (GPS-IIF, GPS-III) з новими військовими і цивільними сигналами (L5, M, L1C). Суттєвого удосконалення піддасться наземний сегмент системи.
Сьогодні область застосування системи глобального позиціонування GPS досить обширна. Все частіше GPS-приймачі вбудовують в мобільні телефони та комунікатори, в автомобілі, годинники і навіть в собачі нашийники. Люди звикають до такого блага як GPS навігація, і пройде зовсім небагато часу як вони вже не зможуть обійтися без неї. Саме тому варто сказати пару слів про недоліки GPS.
Недоліками GPS навігації є те, що за певних умов сигнал може не доходити до GPS-приймача, тому практично неможливо визначити своє точне місцезнаходження в глибині квартири всередині залізобетонного будинку, в підвалі або в тунелі. Робоча частота GPS знаходиться в дециметровому діапазоні радіохвиль, тому рівень прийому сигналу від супутників може погіршитися під щільною листям дерев, в районах з щільною міською забудовою або з-за великої хмарності, а це позначиться на точності позиціонування. Магнітні бурі й наземні радіоджерел теж здатні перешкодити нормальному прийому сигналів GPS. Карти, призначені для GPS навігації, швидко застарівають і можуть бути не точними, тому потрібно вірити не тільки даними GPS-приймача, а й своїм власним очам. Особливо варто відзначити, що робота глобальної системи навігації GPS повністю залежна від міністерства оборони США і не можна бути впевненим, що в будь-який момент часу США не включить перешкоду (SA - selective availability) або взагалі повністю відключить цивільний сектор GPS як в окремо взятому регіоні, так і взагалі. Претенденти вже були. Благо, що у GPS є альтернатива у вигляді навігаційних систем ГЛОНАСС (Росія) та Galileo (ЄС), які в перспективі повинні одержати широке поширення. Так само ведеться робота з розробки чіпів навігації підтримують відразу три системи позиціонування GPS, Galileo і ГЛОНАСС.

Список використаної літератури
1) Журнал Mobi № 4 квітня 2006
2) http://www.mobi.ru/ShowArticle.php?id=884&prn=1

Список використаних технічних засобів
1) http://www.navgeocom.ru/gps/gps1/
2) http://www.gpsportal.ru/articles_info/?nid Автор: GPSportal (c)
3) http://www.stariy.com/2008/10/15/gps-global-positioning-system-navstar/
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
86.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Економічні аспекти глобального потепління
Економічні проблеми глобального розвитку
Причини і наслідки глобального потепління клімату
Землетруси - друга небезпека глобального масштабу
Участь держав у міжнародній мережі глобального екологічного моніторингу
Участь держав у міжнародній мережі глобального екологічного моніторингу
Положення суб`єкта пізнання в контексті концепції глобального еволюціонізму
Положення суб`єкта пізнання в контексті концепції глобального Евола
Програмна модель пошуку глобального мінімуму нелінійних яружних функцій двох змінних
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru