Как работает навигация в автомобиле?

Alex-Obukhov › Блог › Основы GPS навигации (Часть 1)

В последние годы системы спутниковой навигации (GPS) стоят почти в каждом автомобиле и уже мало кто отваживается поехать по незнакомому маршруту без такого устройства, вооружившись лишь атласом. Сами устройства и программное обеспечение сделали большой рывок в сторону доступности и понятности, но вместе с тем есть несколько базовых понятий, без знания которых поездка с навигатором может значительно затянуться. В первой части статьи мы рассмотрим, что представляет из себя спутниковая навигация и GPS, какие бывают GPS приемники и навигаторы, чем они отличаются и как работают. Во второй части статьи перейдем к практике, рассмотрим ряд вопросов, связанных с GPS навигацией и типичными ошибками, которые допускают новички.

Как это работает

В последнее время очень часто приходится слышать от разных людей весьма суровый бред (по-другому это назвать не могу) относительно принципов работы и возможностей GPS. Сразу приведу опровержение нескольких распространенных ошибочных тезисов: Прибор GPS ничего не передает и не запрашивает; отследить Ваше местоположение по прибору нельзя; прибор не излучает никаких специфических электромагнитных волн; никаких сильных помех не создает; не опасен для человека и его можно безопасно носить в кармане (прием только ухудшится). Нельзя отключить какой-то конкретный прибор, если один прибор показывает координаты, а другой нет — значит, он неисправен. Если возникают проблемы на спутниках, то перестают работать все приборы сразу.

На самом деле, GPS — это приемник и принимает он радиосигналы со спутников и не более того! Эти радиосигналы представляют собой сигналы точного времени. Поскольку радиосигнал в пространстве распространяется не мгновенно, то благодаря разнице в этих сигналах, приходящих со спутников, он вычисляет расстояние до них и потом вычисляет Ваше положение в пространстве относительно этих спутников.

От чего зависит точность координат

В первую очередь, конечно, от качества приема сигнала со спутников. Чем больше спутников «видит» (принимает и расшифровывает с них сигнал) Ваш GPS-приемник, тем больше входных данных для определения положения. Но это еще не все, поскольку положение вычисляется математическим способом, то все еще зависит от программы: насколько точно будет рассчитано положение. GPS приемники, как правило, выпускаются в виде модулей, которых не так много на самом деле. Из наиболее известных Sirf Star и Atlas. Если первый — это проверенный временем, надежный элемент, то второй — его более дешевый аналог. Разница весьма существенна, погрешность Atlas’a может доходить до десятков метров, когда Sirf Star выдает точность до нескольких метров. Другие производители чипов, как правило, еще хуже и приобретать приборы, собранные на их базе, надо очень осторожно, прочитав отзывы других покупателей.

Классический GPS. Как правило, это весьма громоздкое устройство, в прорезиненном корпусе из ударопрочного пластика. Наиболее распространены устройства фирмы Garmin различных моделей, от самых простых с черно-белым дисплеем, без встроенных карт, до самых сложных, с цветными дисплеями, встроенными картами. Работают такие приборы, как правило, на батарейках стандартных форматов. Никаких дополнительных сервисов типа «Пробки» не существует, и даже зачастую маршрут по дорогам они прокладывать не умеют. Но зато это очень надежные приборы, предназначенные для автономной работы в сложных условиях. Ими обычно пользуются охотники, рыбаки или люди, которым по долгу службы приходится проводить много время вне цивилизации — например, геологи. Также они пользуются популярностью у спортсменов и туристов.

PND (Персональное Навигационное Устройство). Наиболее распространенный вид, чаще всего его называют GPS-Навигатор. Представляет собой плоское устройство с дисплеем на всю площадь. Хоть и имеет встроенный аккумулятор, но держит он недолго, поскольку предназначен в основном для работы в автомобиле. Они умеют прокладывать кратчайший маршрут из точки А в точку Б, знают где находятся больницы, АЗС, магазины, автосервисы. Многие имеют сервис «Пробки». На таком устройстве стоит стороннее программное обеспечение в зависимости от страны и региона, где оно продается. В нашем регионе это, как правило, CityGuide или Навител-Навигатор, также популярна программа iGo. Недостатком таких приборов, кроме маленького времени автономной работы и физической уязвимости, является очень низкий уровень детализации карт вне населенных пунктов. В лучшем случае прорисованы крупные дороги между населенными пунктами. Особняком в этом ряду стоят навигаторы фирмы Garmin: у них свое программное обеспечение, оно не совместимо с другими устройствами, и другое ПО на эти навигаторы поставить нельзя. Но надо отдать должное: ПО и карты фирмы Garmin очень хороши для тех, кто путешествует вне городских просторов.

GPS-Приемник. Маленькая коробочка без дисплея, обычно снабжена светодиодом (одним или несколькими), отображающими режим работы. Предназначена для подключения к ноутбукам и ПК через порт USB или беспроводному интерфейсу Bluetooth (в этом случае снабжена аккумулятором, позволяющим работать, как правило, в течение нескольких десятков часов.). На ноутбуке или ПК, к которому подсоединен такой приемник, может стоять различное программное обеспечение для работы. Помимо узкоспециализированных программ, таких как OziExplorer, с такими приемниками умеют работать большинство простых картографических программ и сервисов, например Google Earth. Также на ноутбук можно поставить ПО фирмы Garmin. Преимуществом таких систем является гибкость, возможность использования нескольких программ одновременно, большой дисплей удобен для отображения детализированных карт. Недостаток: громоздкость — без помощника (штурмана) не обойтись.

Какой навигатор выбрать

Классический GPS — отлично подойдет, если Вы путешествуете не только на автомобиле, но и регулярно покидаете его. Грибникам, рыбакам, туристам.

Устройства PND — для тех, кто ездит исключительно по городу.
PND от фирмы Garmin — для тех, кто город знает в совершенстве, а путешествует по необъятным просторам нашей планеты, но только по дорогам общего пользования и хорошим грунтовкам.

Навигатор на базе ноутбука — для тех, кому дороги не нужны. Если Вы путешествуете на подготовленном внедорожнике, то без множества специальных программ, позволяющих работать с различными типами карт — не обойтись.

Принцип работы автомобильного навигатора

Современные разработки существенно облегчают жизнь автомобилистов. Работа одного небольшого прибора поможет сориентироваться на незнакомой местности, проложить оптимальный маршрут движения, рассчитать время в пути и миновать возникающие по дороге пробки. Речь идёт об автомобильном навигаторе. А ведь помимо основных функций в этом устройстве собран целый ряд дополнительных. Его можно использовать в качестве аудио- и видеоплеера, система Bluetooth объединит телефон и навигатор в систему громкой связи. Он оповестит о приближении АЗС, поста ГИБДД, камеры видеонаблюдения или других объектов.

Как работает автомобильный навигатор?

Автомобильный навигатор представляет собой устройство, состоящее из монитора, аккумуляторной батареи и печатной платы, объединяющей процессор, антенну, оперативную память. Принцип работы автомобильных навигаторов основан на обмене радиосигналами между приёмником и космическим спутником.

Основой всех подобных приборов служит система NAVSTAR GPS. Разработанная для нужд Министерства обороны США, впоследствии она была оборудована дополнительной частотой излучения сигнала для использования в гражданских целях. Систему GPS образуют двадцать четыре спутника плюс четыре наземные станции, контролирующие состояние спутников и корректирующие установленные в них часы.

Спутники расположены на своих орбитах таким образом, чтобы любой находящийся на поверхности Земли GPS-приёмник мог одновременно принимать сигналы минимум от четырёх из них. Такое условие необходимо для наиболее точного определения его положения в трёхмерной системе координат.

Непрерывный сигнал со спутников, содержащий информацию о параметрах их орбит, работе бортового оборудования и точном времени, посредством антенны попадает на процессор навигатора, совмещённый с дисководом и DVD с картой местности. Учитывая скорость прохождения сигнала между приёмником и каждым из спутников, процессор рассчитывает расстояние до них, определяет точные координаты автомобиля и переносит их на карту. Так же определяются координаты любой заданной точки для прокладывания к ней подходящего маршрута.

В 2011 году появились автомобильные приборы, работа которых помимо системы GPS опирается ещё и на российскую систему ГЛОНАСС. Точность таких моделей несколько выше.

Основные характеристики автомобильного навигатора

При выборе автомобильного навигатора рекомендуется учитывать следующие характеристики:

• Объём памяти. Если модель не рассчитана на работу с дополнительной картой памяти, очень важен размер встроенной памяти, так как в неё записываются карты и программа навигации. Размер «оперативки» в различных моделях колеблется от 32 до 512 Мб.
• Дисплей одна из важнейших характеристик. Качество получаемого изображения зависит от размера монитора и его разрешения. Диагональ современных приборов колеблется в диапазоне от 3,5 до 7 дюймов, наибольшее разрешение достигает 800х480 пикселей. Желательно наличие антибликового покрытия экрана.
• Частота процессора. От неё зависит быстродействие всей системы. Недостаточная частота (менее 500 МГц) плохо отражается на работе с картами, имеющими повышенную детализацию.
• Число каналов. Эта характеристика соответствует количеству спутников, с которым автомобильный навигатор может обмениваться информацией одновременно. Чем выше эта цифра, тем точнее показания прибора.
• Чипсет. Выбор производителя данного компонента влияет на скорость и точность, с которыми работает автомобильный навигатор, его энергопотребление и экономичность.
• Внешний вид. Сюда можно отнести способ крепления, возможность подключения внешней антенны и удобство подключения шнура питания к гнезду прикуривателя.

Помимо этого, при покупке автомобильного навигатора следует обращать внимание на технические характеристики, навигационную программу, ёмкость аккумулятора, ну и, конечно, его стоимость.

Как работает навигатор в машине, и нужен ли ему интернет?

Автор статьи: Богдан Денисов

Журналист, администратор сети онлайн-сайтов «Медицинские факты», автор множества статей об экономии для сайта «Экономим24».

Закончил журналистский факультет Киевского национального университета им. Т. Шевченко (КНУ) в 2013 году.

26.03.2017 2 комментария 19,033 Просмотры

Многие автолюбители, имея при себе или в своих средствах передвижения навигаторы, периодически задаются вопросами: как работает навигатор в машине и нужен ли для этого интернет? Кто-то говорит, что нужен сигнал от спутника, кто-то утверждает, что для этого нужен интернет.

Что должен делать навигатор

Для успешного использования навигатора рядовому водителю совсем не обязательно разбираться в его устройстве и принципе работы – достаточно всего лишь прочитать инструкцию. Однако разносторонне развитому человеку всегда интересно узнать больше о тех вещах, которыми он пользуется.

Навигационная система выполняет следующие функции:

1. Обеспечение безопасность вождения.
2. Построение оптимального маршрута от точки «А» до точки «Б».
3. Перестроение маршрута в объезд пробки.
4. Нахождение разного рода услуг.
5. Продажа собственных товаров и услуг.

Имея навигационное устройство на приборной панели авто или в смартфоне, можно легко воспользоваться картой и увидеть, где находится тот или иной объект, а также задать нужное направление.

Устройство навигатора

Навигатор представляет собой мини-компьютер и состоит из следующих частей:

• сенсорный дисплей;
• корпус;
• аккумулятор;
• плата;
• GPS приемник;
• процессор;
• память (оперативная, память BIOS и память данных);
• разъемы и дополнительные элементы.

Как не трудно догадаться, стоимость навигатора напрямую зависит от его характеристик, которые обеспечиваются следующими факторами:

• качеством и определенными свойствами составных частей;
• объемом памяти;
• частотой процессора и дополнительными функциями.

В качестве дополнительных функций могут выступать такие модули:

• GPRS модуль;
• bluetooth модуль;
• радиоприемник;
• микрофон.

Практически все навигаторы на данный момент выпускаются со встроенными динамиками, чтобы озвучивать ситуацию на дороге, а также с разъемами для внешнего питания, наушников и карт памяти.

Для справки! Также у определенных навигаторов могут отсутствовать некоторые части. Например, если навигатор встроен в сам автомобиль, то у него не будет собственного корпуса и аккумулятора.

Каждый навигатор имеет определенное программное обеспечение и встроенные карты. И то, и другое требует периодического обновления для корректной работы системы. Для корректной работы не рекомендуется «прошивать» навигатор программным обеспечением, которое для него не рассчитано.

Принцип работы навигационной системы

Даже для далекого от электроники человека не будет новостью то, что для работы такой сложной системы, как навигационное устройство, недостаточно самого навигатора и должно быть что-то еще. И этим «что-то» являются GPS спутники, без которых функционирование навигатора не представляется возможным.

Начиная с 1994 года около двух десятков GPS спутников находятся на орбите Земли на высоте

21 000 м. Они не являются стационарными и двигаются с запада на восток со скоростью около 12000 км/ч, и проходят по земной орбите через одно и то же место два раза в день. Каждый спутник непрерывно передает различные сигналы о своем местоположении и техническом состоянии. Принцип работы устройства следующий:

1. Приемник GPS фиксирует время прибытия сигнала спутника и время передачи сигнала от спутника до приемника.
2. Учитывая скорость света как известную величину, и точку, откуда был отправлен сигнал, приемник вычисляет место, где находится на земле принимающее устройство.
3. В зависимости от того, как устройство перемещается вдоль шоссе, спутник вычисляет скорость. Она, как правило, на несколько километров в час меньше той скорости, что показывает спидометр автомобиля.
4. Затем данные обрабатываются в самом навигаторе и отображаются на экране.
5. Спутниковый сигнал задерживается, проходя через ионосферу и атмосферу земли, в результате чего в расчетных системах GPS применяется поправочные коэффициенты.

Чтобы вычислить точное положение принимающего устройства, необходимо три или более сигнала GPS. Если приемник принимает больше спутников, качество определения местоположения улучшается.

Нюанс! В случае наличия помех сигналов со спутника применяются дополнительные поправочные коэффициенты при расчетах.

Отечественная система

На данный момент в России разработана собственная навигационная система, которая носит название «ГЛОНАСС». Количество спутников у нее меньше, чем у GPS, однако, это не мешает использовать современным навигаторам обе системы сразу и переключаться между ними в зависимости от силы сигнала спутников.

Согласно российскому законодательству автомобили должны соответствовать такому требованию, как наличие модуля «ГЛОНАСС» в целях безопасности.

Навигатор и интернет

На заре смартфонов такие поисковые системы как «Яндекс» и «Google» выпустили собственные навигаторы, которые действительно работали от сигналов мобильной сети. Точность такого сигнала напрямую зависела от расстояния до ближайшей сотовой вышки, что делало их абсолютно бесполезным за городом, где связь попросту «не ловит».

Еще довольно долгим являлся процесс «подргузки» карты в режиме онлайн. О погрешностях в несколько сотен метров даже и говорить не стоит. Однако впоследствии разработчики подобных навигаторов и смартфонов поняли свою ошибку и сейчас практически каждый подобный «девайс» может работать через следующие спутники:

• GPS;
• «ГЛОНАСС».

Для большинства устройств достаточно загрузить карту местности и использовать навигационную систему через спутники, без интернета, что еще раз подтверждает ответ на вопрос: как работает автомобильный навигатор, и нужен ли интернет.

С развитием «интернет вещей» сейчас многие навигаторы, да и автомобили имеют возможность выхода в интернет, что, безусловно, увеличивает их функционал. Совместное использование интернета и сигналов от спутников позволяют значительно увеличить точность геопозиционирования и предоставляет более полный отчет о ситуации на дороге. Развитие техники не стоит на месте и, в скором времени будут доступны более продвинутые технические средства в области геопозиционирования и навигации.

Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS
GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.
Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;

Определение сейсмической активности;

Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;

Геодезия – определение точных границ земельных участков;

Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Навигация без GPS.

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;

Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;

Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.

Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).
Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.
Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.
Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.
Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.
Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

Погрешность в вычислении орбит;

Ошибки, связанные с приемником;

Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;

Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;

Геометрия расположения спутников.

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.
Характеристики навигационных систем GPS:

Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;

Количество орбитальных плоскостей – 6;

Высота орбиты – 20000 км;

Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;

Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;

Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;

Наличие картографической поддержки;

Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.
Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.
Чтобы начать свою работу, навигатор должен:
Найти спутник и установить с ним связь;

Получить альманах и сохранить его в памяти;

Получить эфемериды от спутника и сохранить их;

Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;

Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом.
Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.
Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.
Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.
Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.
Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

Основные принципы работы GPS-навигатора

Практически у каждого автомобилиста сейчас есть навигатор – прибор, необходимый для определения собственного месторасположения, постройки маршрута до конкретной точки на карте или нахождения некой достопримечательности, которую необходимо посетить. Все умеют пользоваться прибором, однако далеко не все понимают, как работает навигатор.

Спутники – наше все

Небольшое отступление в историю. Еще в пятидесятые годы прошлого века в Америке родилась идея создания единой сети спутников, с помощью которой можно было бы определять положение на местности. Толчком к этому послужил запуск Советским Союзом первого искусственного спутника Земли, который передавал на планету сигналы, содержащие координаты и состояние объекта. Благодаря эффекту Доплера этот сигнал усиливался при уменьшении расстояния до поверхности, что натолкнуло ученых на мысль о прямой зависимости координат от времени прохождения сигнала, скорости и направлении движения объекта. На основании этих данных с Земли легко было определить положение спутника, но отталкиваясь от координат искусственного тела, можно было узнать свое месторасположение на поверхности планеты.

Идея завладела умами и Армия США в сотрудничестве с флотом и ВВС в 1978 году запустила на среднюю околоземную орбиту первый навигационный спутник. Для полного охвата планеты и определения точных координат необходима была группировка из 24-х объектов, последний из которых был введен в эксплуатацию в 1993 году.

Изначально система навигации рассматривалась исключительно с военной точки зрения и была необходима для более точного наведения ракет, проведения бомбардировок и упрощения работы на местности наземным группировкам. Но через время в ней усмотрели далеко идущие перспективы для гражданского сектора и в 1983 году был открыт доступ всем желающим.

На данный момент группировка спутников GPS на орбите составляет 31 единицу – 24 базовых станции и 7 дублирующих. Это количество с лихвой покрывает стандартные требования навигаторов, которым для определения собственного месторасположения достаточно принимать сигнал минимум с трех передатчиков в каждый момент времени.

Принцип работы навигатора

Чтобы понять, как работает автомобильный GPS-навигатор, нужно вспомнить школьную программу. Представьте, что вы – это точка на поверхности земли, над которой в зоне прямой видимости находятся два спутника. Мысленно проведите от себя к ним прямые линии. Потом очертите две окружности, используя прямые как радиусы. Эти окружности будут пересекаться, и ваше текущее месторасположение находится в области этого пересечения. Теперь необходимо найти третье измерение – высоту, для чего нам понадобился дополнительный спутник. Использование расстояния до него в качестве радиуса окружности и пересечение его с имеющимися двумя позволит сузить область, в которой вы находитесь. Третий спутник определит высоту вашего месторасположения, отбрасывая заведомо ненужные значения, если точка пересечения находится над поверхностью планеты. Увеличение количества видимых спутников позволяет еще сильнее сузить область пересечения всех окружностей, а значит, точнее определить точку реального месторасположения.

Об основных приемах ремонта кузова читайте тут.

Принцип работы автомобильного навигатора основывается на постоянной отправке и приеме текущих координат на базовую станцию. Вычисления производятся на основании двух главных параметров – времени прохождения сигнала до спутника и его текущего положения на орбите. Программа обрабатывает значения, вносит необходимые поправки и выдает определенную точку на карте, в которой вы находитесь. Однако стандартный гражданский навигатор не может определить это значение с высокой точностью и всегда будет иметь некоторую погрешность, которая составляет 3–10 (иногда больше) метров. Связано это с неравномерностью прохождения сигнала до спутника и обратно.

На этот параметр постоянно оказывается стороннее влияние. Его тормозят следующие факторы:

• Наличие препятствий в зоне прямой видимости (дома, деревья и прочие объекты достаточной высоты).
• Помехи в ионо- и тропосфере.
• Неблагоприятные погодные условия.

Суммарное воздействие этих и прочих помех увеличивает время, необходимое навигатору на прием и отправку сигнала. Отсюда и погрешность вашего месторасположения.

Работа с картами

Для корректной работы прибора мало определить собственное положение, необходимо соотнести его с реальной местностью. Поэтому в функции навигатора входит работа с картой – главная причина покупки прибора. Опираясь на имеющиеся данные, он может:

• Проложить оптимальный маршрут до указанной точки и при этом выбрать несколько вариантов: быстрый, короткий или проходящий через определенную местность.
• На основании вашей скорости и направления движения рассчитать среднее время, необходимое на поездку.
• Учесть наличие на пути пробок или иных препятствий и скорректировать проложенный маршрут, чтобы вы не застряли.

Все это возможно при наличии достаточно точной карты местности и регулярном обновлении данных на ней. Поставщики лицензионного программного обеспечения выпускают свежие карты примерно один раз в сезон. Такая невысокая частота связана с требующимися для сбора и анализа данными. Весь массив информации по поддерживаемым картам необходимо обработать и внести соответствующие поправки в программу, а это требует времени. Но это не единственный способ быть в курсе событий. Наряду с крупными компаниями, которые зарабатывают деньги на обслуживании навигаторов, частные энтузиасты регулярно скидывают в Интернет свежие карты, полученные на основании собственных поездок. Так как они работают только с одной местностью, то и скорость обновления бесплатных карт существенно выше.

Нельзя однозначно сказать, какой из способов лучше. С одной стороны, использование общедоступных данных позволит вам обладать актуальной информацией о ситуации на дорогах и рядом с ними, необходимой для корректной работы GPS. Можно гораздо быстрее узнать, что здание, раньше бывшее жилым домом, стало магазином, а проулок, через который вы регулярно сокращали путь, теперь недоступен. Для обновления этих данных на карте, занесенной в память вашего навигатора, не придется ждать три месяца.

Как настроить навигатор, узнайте из другой статьи.

С другой стороны, «левые» карты могут содержать вирусы или быть некорректно написанными, что приведет к системному сбою в приборе, удалит ваши личные данные или передаст их третьим лицам. Лицензионное ПО таких проблем лишено. Поэтому только вам решать: обладать безопасной, но не всегда актуальной, картой или скачать свежую информацию, которая может нанести вред вашему навигатору.