Наличием навигатора даже в бюджетном смартфоне сегодня никого не удивить.
Мы привыкли использовать GPS для поиска нужного адреса или для определения своего местоположения. GPS - аббревиатура от английских слов Global Positioning System. Именно так называется самая первая и самая известная , которая была разработана в США. С 2000 года она стала доступна для гражданского населения всех стран, хотя до этого времени работала исключительно на военные структуры.
Ее популярность настолько велика, что геолокацию наших смартфонов в повседневной жизни мы все-равно называем GPS, хотя в настоящее время используем сигналы и от других систем - российской ГЛОНАСС и . Сегодня мы поговорим о ГЛОНАСС.
История ГЛОНАСС
Разработка ГЛОНАСС началась в Советском Союзе в 1976 году, а с 1986 года стартовали летные испытания первых спутников и их макетов. В конце 90-х годов XX века эти работы приостановились из-за недостатка финансирования.
В 2001 году Российская Федерация вновь взяла курс на запуск собственной навигационной системы, приняв федеральную программу «Глобальная навигационная система». К 2010 году общее количество спутников ГЛОНАСС на орбите составило 26 штук - они обеспечили полное покрытие планеты.
ГЛОНАСС в смартфонах
Вслед за запуском полного функционирования ГЛОНАСС российский провайдер сотовой связи МТС в 2011 году представил свой смартфон с одноименным названием, сделав акцент на поддержку отечественной спутниковой системы. Сам телефон признания не получил, зато известные производители гаджетов стали реализовывать возможность приема сигналов от российских спутников.
Первой после МТС это сделала корпорация Apple, а вслед за ней - Nokia и Samsung. Правда, для рядового пользователя это осталось практически незаметным, так как у большинства смартфонов в меню отсутствуют кнопки, непосредственно связанные с ГЛОНАСС. В большинстве из них включение и настройка спутникового модуля стало осуществляться через пункт меню «Геоданные», в то время как раньше он назывался «GPS».
Навигационные приложения при запуске стали обнаруживать больше спутников с доступным сигналом, а точность местонахождения на карте повысилась в разы. Сам процесс поиска спутников значительно ускорился.
GPS или ГЛОНАСС
К счастью, в повседневной жизни такой выбор делать не нужно, так как геопозиционирование в смартфонах определяется теми спутниками, сигнал от которых сильнее в данный момент времени. Сравнивая эти две системы геолокации, будет сложно сказать, какая из них лучше. Если оценивать точность определения местонахождения, то GPS делает это достовернее - погрешность составляет 1,5 метра, в то время как у ГЛОНАСС - 2,5 метра. Но этот показатель относителен, так как в разное время и в разных местностях может меняться.
Что касается стабильности сигналов, то в северных широтах ГЛОНАСС опережает GPS, так как американская спутниковая система ориентирована на умеренные и экваториальные пояса. В целом, удобно, что в смартфонах GPS и ГЛОНАСС работают одновременно. Как говорится, одна голова хорошо, а две лучше.
Чтобы узнать в зоне действия каких спутников мы находимся, рекомендуем установить одно из приложений с Google Play, например «GPS Info», «GPS test» или «GPS Status». Они осуществляют мониторинг доступных спутников, их количества, названия спутниковых систем и силу сигнала.
Сегодня политическую ситуацию в мире нельзя назвать стабильной. Если США наложит запрет на использование GPS, то у нас есть отличная альтернатива - отечественная система ГЛОНАСС.
Необходимость определения своего местоположения, а еще лучше точных географических координат, во все времена была первоочередной задачей мореплавателей, путешественников и военных. Именно для решения военных задач во второй половине 20 века и была задумана глобальная навигационная система. Зародилась идея в США, где уже в 1964 году появилась первая позиционирования, предназначенная для военных целей. В СССР своя система определения местоположения была запущена в 1967 году.
Первые системы были очень несовершенны, точность определения координат была слабой, навигационные спутники часто выходили из строя и свое местоположение можно было узнать примерно раз в 2 часа. Но сама идея была прорывной, и именно на этих первых системах отрабатывалось и доводилось до ума то, что сегодня мы называем навигационной системой определения местоположения. Давайте разберемся, как же работает спутниковая система навигации.
Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС
Физические принципы работы навигационной системы
Общий алгоритм работы системы GPS и ГЛОНАСС
- Основная идея;
- Определение расстояния до спутников;
- Синхронизация по времени;
- Определение положения спутника на орбите;
- Корректировка погрешностей.
Основная идея
С появлением искусственных спутников Земли и установкой на них передатчиков радиосигнала гигагерцовой частоты, появилась возможность принимать от них этот сигнал над достаточно обширной территорией. Если измерить точное расстояние до 3-х спутников, то при совмещении 3-х сфер, радиус которых и есть расстояние до спутников, они пересекутся в единственной точке, которая и будет вашим местоположением. Дальнейшие расчеты показали, что для гарантированного наблюдения 3-х спутников с территории любой точки Земли, необходимо запустить 18 передатчиков. А для дополнительного определения положения над поверхностью Земли и точной корректировки времени необходимы данные еще с одного спутника. Соответственно 24 спутника будет достаточно для полного определения координат в любой точке земного шара.
Ударная сила №115: «Космический навигатор»
Определение расстояния до спутников
Из школы мы знаем, что для определения расстояния необходимо скорость объекта умножить на время. Соответственно, зная скорость распространения сигнала, а в вакууме это скорость света, и время его прохождения можно легко рассчитать путь, те есть расстояние до спутника. Чтобы определить промежуток времени необходимо знать точное время подачи и приема сигнала. Для этого на спутнике устанавливаются очень точные атомные часы, и время подачи сигнала записывается и передается отдельным пакетом данных.
На земле навигационный приемник, принимая сигнал, засекает время приема и отнимает от него полученное отдельно время подачи сигнала. Полученный отрезок времени и будет временем прохождения сигнала от спутника до приемника. После умножения данного временного отрезка на скорость света и получится искомое расстояние до спутника.
Система GPS слежения
Синхронизация по времени
Итак, для определения местоположения теоретически необходимо провести измерения расстояний до трех любых спутников. Но в бытовых приемниках навигационных сигналов стоят обычные кварцевые часы, имеющие определенную погрешность. Поэтому для того, чтобы на практике правильно определить местоположение необходимо произвести еще одно измерение до четвертого спутника. Имея четыре измерения расстояний можно с помощью специально созданной компьютерной программы синхронизировать время спутников со временем приемника и определить точное местоположение.
Определение положения спутника на орбите
При проведении расчетов очень важно знать точное место спутника в момент подачи радиосигнала. С помощью компьютеров производится расчет точного положения спутника на орбите через заданные очень маленькие промежутки времени. Эта информация заноситься в память компьютера установленного на спутнике и передается в излучаемом им сигнале.
Корректировка погрешностей
- При любых измерениях существует вероятность ошибок . Источниками ошибок в нашем случае являются преимущественно два фактора: погрешности измерения времени и прохождения радиосигнала через ионосферу Земли.
- Погрешности при измерении времени будут всегда . Просто невозможно сделать часы, сохраняющие точность на протяжении всего времени эксплуатации – все равно понадобиться корректировка набегающей погрешности измерения.
- Еще одно узкое место при расчете расстояния – наличие у Земли ионосферы. Через ионосферу по законам физики радиосигнал не может распространяться со скоростью света, поэтому формула определения пути на этом участке будет рассчитываться неправильно.
- Для того чтобы минимизировать влияние этих факторов вводят так называемые корректировочные коэффициенты , с помощью которых удается значительно улучшить точность вычисления местоположения.
Существующие навигационные системы
В настоящее время есть всего две полностью глобальные системы – GPS и ГЛОНАСС. Физические принципы работы их полностью идентичны, а системы различаются только высотой орбит эшелонов спутников и частотами используемых радиосигналов, кроме того обе системы оснащены дополнительным более точным кодированным радиосигналом используемым только для военных целей. Навигационная система – это комплекс высокотехнологичных, дорогих и очень сложных в обслуживании устройств, располагают которыми пока только США и Россия.
Для определения местоположения в настоящее время наиболее широкое применение нашли глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): российская ГЛОНАСС и американская GPS .
В первую очередь это связано с доступностью и миниатюризацией устройств навигации. Персональный навигатор сегодня стал таким же обыденным устройством, как мобильный телефон или компьютер.
Кроме того, ГНСС обладают высокой точностью определения навигационных параметров и имеют глобальное покрытие.
Принцип работы ГНСС
Принцип определения местоположения потребителя довольно прост, как все гениальное. Зная местоположения спутников (информация содержится в навигационном сигнале спутника) и расстояние до них можно путем несложных алгебраических вычислений однозначно определить свое местоположение в некоторой трехмерной системе координат. В идеале, чтобы получить три координаты потребителя, достаточно знать информацию о трех навигационных космических аппаратах (НКА).
Однако, не все так просто оказывается на практике. Все дело в том, что в ГНСС реализован принцип беззапросных измерений дальности, т.е. определяется время прохождения информационного сигнала от спутника до потребителя. А для того, чтобы это время определить с высокой точностью необходимо синхронизировать часы спутника и навигационной аппаратуры потребителя (НАП). В связи с этим для нахождения координат и рассогласования часов НАП и ГНСС необходимо знать параметры не менее чем о 4-х спутниках.
|
При создании ГНСС в первую очередь учитывались такие требования, как глобальность, всепогодность, непрерывность и круглосуточность, помехозащищенность, компактность, доступность. Обеспечить выполнение всех перечисленных требований, а также достижение высоких эксплуатационных характеристик позволяет совместное функционирование трех основных сегментов: космического; наземного; пользовательского. |
| Узнайте больше
Актуальную информацию о состоянии группировки ГЛОНАСС можно узнать на сайте Информационно-аналитического центра координатно-временного
|
Космический сегмент ГЛОНАСС представляет собой орбитальную группировку из 24 НКА, расположенных в трех плоскостях по 8 спутников в каждой с высотой орбиты 19100 км и наклонением - 64,8°. Кроме того, в каждой плоскости должен находиться один резервный спутник. НКА излучают радиосигналы на собственных частотах.
Наземный сегмент состоит из космодрома, командно-измерительного комплекса и центра управления.
Ну и наконец сегмент, представляющий наибольший интерес потребителю, – пользовательский, в который входит НАП.
ГНСС сегодня
Современные отечественные приемники гражданского применения, устанавливаемые на НАП транспортных средств, работают по сигналам ГЛОНАСС (L1-диапазон, СТ-код) и GPS (L1, С/А-код) и позволяют определять (по уровню вероятности 0,95 при значении геометрического фактора не более 3):
координаты в плане с погрешностью не более 10 м и по высоте – не более 15 м;
плановую скорость с погрешностью не более 0,15 м/с.
На сегодняшний момент применение односистемных приемников ГНСС в НАП (только ГЛОНАСС или только GPS) практически сошло на нет. В первую очередь это связано с тем, что в условиях современного городского ландшафта неизбежно затенение радиовидимости спутников. Примером является работа НАП вблизи стены дома, когда физически половина небосвода закрыта. В конечном счете это приводит к тому, что возможности по точному позиционированию объекта снижаются, а иногда становится невозможным. Использование двух навигационных систем улучшает и расширяет возможности для потребителей.
В таких условиях использование ГЛОНАСС совместно с GPS существенно повышает надежность и достоверность работы НАП по определению координат.
Многие автовладельцы используют навигаторы в своих автомобилях. При этом некоторые из них не знают о существовании двух различных спутниковых систем – российской ГЛОНАСС и американской GPS. Из этой статьи вы узнаете, в чем же их отличия и какой следует отдать предпочтение.
Как работает навигационная система
Навигационная система в основном используется для того, чтобы определить местоположение объекта (в данном случае автомобиля) и скорость его движения. Иногда от неё требуется и определение некоторых других параметров, например, высоты над уровнем моря.
Вычисляет она эти параметры, устанавливая расстояние между самим навигатором и каждым из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. Как правило, для эффективной работы системы необходима синхронизация с четырьмя спутниками. По изменению этих расстояний она и определяет координаты объекта и другие характеристики движения. Спутники ГЛОНАСС не синхронизируются с вращением Земли, из-за чего обеспечивается их стабильность на большом промежутке времени.
Видео: ГлоНаСС vs GPS
Что лучше ГЛОНАСС или GPS и в чем их разница
Системы навигации в первую очередь предполагали их использование в военных целях, и только потом стали доступны для обычных граждан. Очевидно, что военным необходимо использовать разработки своего государства, потому что иностранная система навигации может быть отключена властями этой страны в случае возникновения конфликтной ситуации. Более того, в России призывают использовать систему ГЛОНАСС и в повседневной жизни военным и государственным служащим.
В повседневной жизни обычному автомобилисту и вовсе не стоит переживать по поводу выбора навигационной системы. И ГЛОНАСС, и обеспечивают качество навигации, достаточное для использования в житейских целях. На северных территориях России и других государств, расположенных в северных широтах, спутники ГЛОНАСС работают эффективнее, из-за того, что их траектории передвижения находятся выше над Землей. То есть в Заполярье, в скандинавских странах ГЛОНАСС эффективнее и это признали шведы еще в 2011 году. В других регионах GPS немного точнее ГЛОНАСС в определение местоположения. По данным Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга ошибки GPS составляли от 2 до 8 метров, ошибки ГЛОНАСС от 4 до 8 метров. Но GPS, чтобы определить местоположение нужно поймать от 6 до 11 спутников, ГЛОНАСС хватит 6-7 спутников.
Также следует учесть, что система GPS появилась на 8 лет раньше и ушла в солидный отрыв в 90-ые года. И за последнее десятилетие ГЛОНАСС этот отрыв сократила почти полностью, а к 2020 году разработчики обещают, что ГЛОНАСС не будет ни в чем уступать GPS.
На большинство современных устанавливается комбинированная система, которая поддерживает как российскую спутниковую систему, так и американскую. Именно такие устройства являются наиболее точными и обладают самой низкой ошибкой в определении координат автомобиля. Также возрастает и стабильность принимаемых сигналов, ведь такой аппарат может «увидеть» больше спутников. С другой стороны, цены на такие навигаторы намного выше односистемных аналогов. Оно и понятно – в них встраиваются два чипа, способные принимать сигналы от каждого типа спутников.
Видео: тест GPS и GPS+ГЛОНАСС приемников Redpower CarPad3
Таким образом, наиболее точными и надежными навигаторами являются двухсистемные устройства. Однако их преимущества связаны с одним существенным недостатком – стоимостью. Поэтому при выборе нужно подумать – а нужна ли настолько высокая точность в условиях каждодневного использования? Также для простого автолюбителя не очень важно, какой навигационной системой пользоваться – российской или американской. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не дадут вам заблудиться и доставят к желаемому месту назначения.
Как правило, выбор системы, отвечающей за слежение транспорта – ответственный процесс. Некоторые автомобилисты отдают предпочтение ГЛОНАСС, другие GPS. Разработчики каждой из этих систем предоставляют собственный алгоритм сбора и предоставления данных, отличаются особой точностью и надежностью, а также индивидуальными настройками. Какую систему лучше выбрать, поможет определить наша статья, где будут описаны все преимущества и недостатки каждой из них.
Как известно, сегодня и наша страна, и США, и другие государства имеют на орбите спутники. Эти самые аппараты нужны для того чтобы определять текущие координаты автомобиля, наблюдая сверху. Естественно, что на машине должен быть установлен специальный прибор определенной системы. Чем больше у определенной системы спутников, тем точнее она может дать координаты.
Что собой представляет спутниковая система
Любая современная система, будь это ГЛОНАСС или тот же GPS, старается определить местоположение объекта. Каждая система подразумевает наличие специального прибора, посредством которого и определяется местоположение транспортного средства относительно местности. Это навигатор или точнее, навигационная система, которая встраивается в автомобиль. Что делает навигатор? Он взаимодействует со спутниками орбиты Земля, где каждый из них дает навигатору индивидуальный сигнал, чтобы прибор смог отличить один от другого. Современному навигатору, чтобы точнее определить трехмерные пространственные координаты, необходимо получать одновременно данные с четырех спутников.
Если быть более точнее, то навигатору должно быть известно расстояние до этих спутников, чтобы рассчиталось его положение. Навигатор по умолчанию непросто автомобильный прибор, а один из сегментов системы космического позиционирования.
Аппараты на орбите располагаются по особой схеме и называется она альманахом. На основе этой самой схемы и проводятся вычисления. Когда машина движется, то координаты навигатора все время меняются. С этой целью сигнал от спутников постоянно обновляется и расстояние пересчитывается через определенные промежутки времени (несколько секунд). Все это дает преимущество современным системам отслеживать перемещение объекта, в этом случае автомобиля, вычисление его скорости и пройденного пути.
Не стоит говорить о том, что каждый автомобильный штурман, каковым является , держит в своей памяти альманах даже после выключения. Это очень удобно и каждый раз ему не нужно вновь искать их. К тому же, если прибор используется в течение дня, то следующая привязка к спутникам происходит за считанные секунды. «Горячий старт» − именно так называется эта опция, которую частенько рекламируют производители навигаторов. Если навигатор не включался долгое время, то привязка к спутникам займет больше времени (10-20 минут) и уже опция будет называться «холодным стартом».
Итак, ГЛОНАСС или GPS – что лучше? Давайте начнем с истории создания систем и уже затем рассмотрим их преимущества и недостатки.
История
GPS возникла практически сразу же, когда запустили первый спутник земли, кстати советский. Американцы первыми заметили, что сигнал от спутника меняется по мере его перемещения. Благодаря этому удалось создать систему, позволяющую вычислять координаты не только спутника, но и объекта на земле, привязанного к нему.
В 1964 году начинает работу первая в мире навигационная система TRANZIT. Использовали ее тогда только лишь в военных целях. С помощью этой навигации осуществлялся запуск военных ракет с подводных лодок. Но для гражданских целей TRANZIT совершенно не годился. Точность расположения какого-либо объекта, к тому же неподвижного, ограничивалось пятьюдесятью метрами. Про подвижные объекты и не мечтали. К тому же первый в мире навигатор не мог обеспечить непрерывного определения координат, так как, находясь на низкой орбите, был в поле зрения с Земли всего один час.
Уже через три года запускается новый спутник, более усовершенствованный. Располагался он на более высокой орбите – Тиматион-1, а затем запустили еще и второй Тиматион. Эти два спутника объединили и создали систему, которая известна под названием «Навстар». Опять же вначале эта система использовалась, как чисто военная, а с 1993 года было разрешено сделать ее полностью бесплатной, нацеленной лишь на гражданские нужды.
Сегодня система Навстар превосходно функционирует и состоит из 32 спутников, среди которых 24 считаются основными. Орбитальные аппараты системы обеспечивают полное покрытие нашей планеты, но на всякий случай в резерве имеются еще 8. Движутся спутники GPS на немалом расстоянии от земли по нескольким орбитам. Полный оборот вокруг Земли спутник совершает почти за целый день.
Теперь про ГЛОНАСС. Создавалась система еще со времен СССР (как бы ни ругали этот союз недальновидные люди, факт мощи государства опровергнуть никак не возможно). После того как на орбиту вывели искусственный спутник Земли, начались работы по проектированию системы позиционирования.
Первый навигационный спутник с территории Советского Союза был выведен в 1967 году. Он подразумевал всего только один спутник для определения координат, но впоследствии уже была создана целая система, которая оборудовалась приемниками, получающими сигнал. Это был еще не ГЛОНАСС. Называлась она Цикада (гражданский вариант) и Циклон (военный вариант). Система предназначалась для определения координат объектов, терпящих бедствие.
Сама система ГЛОНАСС была выведена в 1982 году. Проходит целых 11 лет и только после этого система вводится в эксплуатацию, уже после развала СССР. Двадцать четыре спутника, среди которых из-за бедственного положения страны в плане экономики, некоторые до сих пор полностью не работают. Именно этот факт и определял в 90-х то, что российская система конкуренцию американской составить не могла. Сегодня, напротив, после запуска целевой программы «ГНС», ГЛОНАСС рассматривается уже, как прямой конкурент.
Группировка спутников ГЛОНАСС – это система двойного назначения, где, в первую очередь, ставятся военные цели. Сегодня задействованы 17 спутников, которые находятся на высоте 19,100 км. Оборот вокруг планеты чуть быстрее, чем у спутников GPS. ГЛОНАСС постоянно модернизируется, и российские разработчики поставили цель – догнать американцев.
Как становится ясно, ГЛОНАСС исторически отставала от американской системы. Но со временем разрыв был сокращен. Эпоха 90-х отрицательно сказалась на ГЛОНАСС, который стал не нужен, ведь в стране тогда бушевал . Система вновь попадает в спячку, откуда ее постепенно вытащили и модернизировали.
Одна голова хорошо, а две еще лучше
Теперь о том, что лучше выбрать? Говоря прямо, рядовому гражданину страны не имеет разницы, какая система применяется его навигатором. И даже не нужно забивать себе голову этим, так как для гражданских лиц оба спутника равнозначны. Как американская, так и российская спутниковая система без ограничений может быть использована автомобилистом. Доступ к ГЛОНАСС, в частности, предоставляется безвозмездно и без ограничений, впрочем, как и для GPS.
Если же рассматривать спутниковые системы с точки зрения военной сферы или государственной, то своя рубашка ближе к телу. В любой момент американцы способны отключить систему, ограничив ее только для своей армии. Так уже было, когда шла первая война в Ираке. Да и власти нашей страны прямо обязывают всех госслужащих пользоваться собственной навигацией, тогда как остальным только рекомендуют. Недавно даже в Думу хотели внести законопроект, запрещающий использование GPS в автомобилях, принадлежащих государственным органам.
С другой стороны, актуальным остается вопрос: какая же система более усовершенствована и лучше? Полезно будет знать россиянам, что шведская компания общенациональной сети спутников официально признала преимущество ГЛОНАСС, ведь в широтах, где располагается их страна, российская система работает эффективнее.
Но, опять же, сегодня любой навигатор или смартфон поддерживает и ГЛОНАСС, и GPS. Поэтому более правильней будет поставить такой вопрос: что лучше, GPS или ГЛОНАСС/GPS? Ответ однозначен, конечно же, второй вариант – спутниковая навигация GPS/ГЛОНАСС, тем более, если речь идет о точности местоопределения. Но имеются у двухсистемных аппаратов и минус – высокая цена, ведь в них установлено два микрочипа. Зато повышается надежность приема сигнала и точность определения координат. Погрешности по долготе и ширине при определении местоположения объекта, если используется двухсистемная навигация, снижается до полутора метров. Для сравнения, если навигатор будет функционировать только на GPS, погрешности составят в среднем 4 метра. У ГЛОНАСС – 6 метров.
Выбор навигатора
Как и было сказано выше, на сегодняшний день отечественных спутников немало, но американских больше. Именно поэтому большая часть навигаторов работает по GPS или же на них используется система GPS/ГЛОНАСС.
Чтобы определиться в выборе навигатора, надо знать, что их принято разделять на три группы, в зависимости от сферы применения и предлагаемым сервисам.
- Навигаторы для машин.
- Навигаторы для и .
- Универсальные туристические навигаторы.
Наша цель ознакомить читателя с автомобильными навигаторами, которые по ассортименту и многочисленности самые популярные.
Главная задача, которую должен решать автомобильный навигатор, это как проложить путь от одной точки до другой. При этом обязательно должны быть задействованы карты, дорожные знаки и т. д. Ниже представлен список того, чем должен обладать хороший навигатор. Используя его, можно подобрать себе хороший и качественный навигатор.
- Мощный процессор.
- Поддержка сенсорного ввода.
- Наличие голосовых подсказок.
- Возможность получения информации о пробках.
- Возможность .
- Необходимые мультимедийные возможности.
Руководствуясь лишь этими параметрами, подобрать для своего автомобиля навигатор не составит особого труда. Что касается , то как и было сказано выше, желательно приобретать устройства, поддерживающие одновременно ГЛОНАСС и GPS.