Главная > Коммуникации и связь > GPS-навігація
GPS-навігація25-01-2012, 10:51. Разместил: tester2 |
|
Зміст Введення 1. Історія 2. Принципи роботи GPS 3. Функції GPS приймачів 4. Як вибрати GPS приймач 5. Альтернативні системи GPS Висновок Список літератури
Введення
GPS - абревіатура від англійського Global Positioning System, проект був реалізований і належить військовому відомству США і спочатку замислювався лише для військових цілей. Основним завданням проекту є високоточне позиціонування різних рухливих і статичних об'єктів на місцевості. Основою системи є 24 NAVSTAR База стеження за супутниками. (Navigation Satellite Time and Ranging) супутника працюють в єдиній мережі, що знаходяться на шести різних кругових орбітах розташованих під кутом 60 В° один до одного, таким чином, щоб з будь-якої точки земної поверхні було видно від чотирьох до дванадцяти таких супутників. На кожній орбіті перебуває по 4 супутника, висота орбіт приблизно рівна 20200 км, а період обертання кожного супутника навколо землі 12:00. Система не повністю автономна, її працездатність контролюється станціями спостереження із Землі. Територіально станції спостереження знаходяться на Гаваях, атолі Кваджелейн, островах Вознесіння, Дієго-Гарсія і в Колорадо-Спрінгс, вся інформація записується і передається на головну командну станцію, розташовану на військовій базі Falcon в Колорадо, звідки здійснюється коректування орбіт і навігаційної інформації. Супутникова Система Навігації (GPS) є американською системою, заснованою на радіонавігації місцевості, яка забезпечує надійне розташування, навігацію, і вибір часу послуг цивільним користувачам на безперервній міжнародній основі - вільний доступ для всіх. Для будь-якої людини, що має приймач GPS, система забезпечить можливість визначення місця розташування і часу. GPS забезпечує інформацією щодо точного місця розташування та інформацію про час для необмеженої кількості людей незалежно від погоди, часу доби, і в будь-якому місці на планеті. GPS складений з трьох частин: супутники, що обертаються навколо Землі; контроль і станцій на Землі; та приймачі GPS належать користувачам. Супутники GPS передають сигнали з місця, які сприймаються і ідентифікуються приймачами GPS. Кожний приймач GPS потім забезпечує тривимірне розташування (широта, довгота, і висота) плюс час. Люди можуть купити мобільні телефони з GPS, які доступні через мережу комерційних роздрібних продавців. Користувачі, які мають приймач, GPS може точно визначити місцезнаходження, і легко визначити, куди потрібно йти далі згідно попередньо вибраному маршруту. GPS став оплотом систем транспортування в усьому світі, забезпечуючи навігацію для авіації, наземного транспорту, і морських повідомлень. Допомагаючи під час катастроф і лиха, GPS допомагає аварійним службам для визначення місця розташування і можливості вибору часу для своїх рятувальних місій. Щоденні дії, такі як банківська справа, діяльність мобільних операторів, і навіть контроль мережі енергопередачі, полегшені завдяки точному вибору часу, наданими системою GPS. Фермери, інспектори, геологи і незліченні інші експерти виконують свою роботу більш ефективно, благополучно, економно, завдяки використанню сигналів GPS. Мета даного реферату розглянути такі питання як: історія виникнення GPS, принципи роботи GPS, основні функції GPS, як вибирати GPS і альтернативні системи GPS. Історія
Ідея створення супутникової навігації народилася ще в 50-і роки. У той момент, коли СРСР був запущений перший штучний супутник Землі, американські вчені під чолі з Річардом Кершнер, спостерігали сигнал, що виходить від радянського супутника і виявили, що завдяки ефекту Доплера частота прийнятого сигналу збільшується при наближенні супутника і зменшується при його віддаленні. Суть відкриття полягала в тому, що якщо точно знати свої координати на Землі, то стає можливим виміряти положення і швидкість супутника, і навпаки, точно знаючи положення супутника, можна визначити власну швидкість і координати. Реалізована ця ідея була через 20 років. Датою народження технології, без якої сьогодні вже важко уявити сучасний світ, вважається лютий 1978 року - дата, коли був виведений на орбіту перший супутник поклав початок тому, що зараз називається GPS, а в повну потужність система запрацювала тільки в грудні 1993 року. Кожен супутник важить більше 900 кг і з розкритими сонячними батареями має розмір близько 5 метрів, потужність радіопередавача складає 50 ватів. Середній термін служби кожного супутника системи приблизно 10 років, і у міру того як супутник виробляє свій ресурс, на заміну йому на орбіту виводиться новий супутник. В основу роботи всієї системи закладена ідея визначення координат місця розташування об'єктів на землі, на основі розрахунку відстаней до групи супутників у космосі виміряних системою, при цьому супутники виконують роль точно координованих точок відліку. Відстань розраховується по звичайній формулі, відомої з курсу математики початкової школи, відстань є швидкість, помножена на час, швидкість в даному випадку дорівнює швидкості поширення радіохвиль 300000 км/с, і якщо точно знати час, коли цей сигнал був відправлений з супутника, то можна розрахувати відстань до нього. Для визначення розташування об'єкта в горизонтальній площині досить розрахунку заснованого на прийомі сигналів від трьох супутників системи. Для того, щоб зрозуміти, як це відбувається, потрібно трохи просторового мислення, припустимо, відстань від одного супутника відомо, і ми можемо описати сферу заданого радіуса навколо нього, коли стає відомим відстань і до другого супутника, то визначуване місце розташування буде розташовано десь в колі, задається перетином двох сфер, а третій супутник визначає дві точки на окружності, залишається розрахувати яка з них, і є шукане місце розташування? Одна з точок завжди може бути відкинута, оскільки вона має високу швидкість переміщення, або знаходиться під поверхнею Землі. Таким чином, знаючи відстань до трьох супутників, можна обчислити координати визначуваної точки. Узгодження часу, в якому працює передавач супутника і часу, по якому працює приймач на землі у всій цій ланцюга розрахунків, мабуть, сама складне завдання, оскільки мова йде про швидкість світла (300000 км/с), сигнал з висоти 20 тисяч кілометрів до землі доходить за нікчемно короткий час, рівне приблизно 0.06 секунди! При таких малих інтервалах часу розсинхронізація шкал часу системи навіть на 0.01 секунду, викличе похибка вимірювання координат на величини, вимірювані тисячами кілометрів. Ця проблема була вирішена шляхом відносної прив'язки часу приймачів до часу супутників. На борту кожного супутника встановлений атомний годинник. Це виключно точний прилад, точність ходу якого складає близько однієї наносекунди. Причому на кожному супутнику встановлені не одні такі години, а кілька, це зроблено для того, щоб абсолютно точно гарантувати правильність відліку часу. Важливий момент як В«нашВ» приймач розуміє, де знаходиться супутник, по відношенню до Землі? Всі відносно просто, в сигналі, переданому супутником міститься інформація про параметри орбіти, на якій він знаходиться, і інформація про всіх інших супутники системи, умовно кажучи, супутник передає інформацію про те, що я супутник такий те, знаходжуся там-то, повідомлення було послане в такий-то час, це звичайно дуже спрощено, але суть приблизно така. GPS-приймач, отримуючи це повідомлення, запам'ятовує передану супутником інформацію для подальшого використання. Ця ж інформація використовується для установки або корекції годинника приймача. Крім того, існує спосіб, завдяки якому є можливість, щоб точність ходу годинника, за якими працює приймач, не була настільки точною як в годиннику супутників, суть у тому, щоб виміряти дальність ще до одного супутника, і якщо три виміри дозволяють визначити місце розташування в просторі, т...о чотири дозволять виключити відносний зсув шкали часу приймача. Взагалі кажучи, сам приймач являє собою вузькоспеціалізований міні комп'ютер здатний не тільки визначати місце, але і обчислювати швидкість руху. Може показувати напрям руху і розраховувати час необхідне для досягнення конкретного пункту призначення, час сходу і заходу сонця, і багато ще чого, це вже швидше питання програмного забезпечення, ніж можливостей самої системи. Принципи роботи GPS GPS навігатор - це приймач і комп'ютер в одному корпусі. Приймач приймає сигнали, що передаються супутниками, що знаходяться на орбіті, а комп'ютер розшифровує сигнал і визначає місце розташування приймача. GPS розроблена і запущена американськими військовими взамін навігаційної системи TRANSIT. Перший супутник був запущений в 1978 році. До 1983 року система використовувалася тільки військовими. Всі моделі відображають на екрані поточне положення, географічні координати точки, в якій знаходиться прилад, траєкторію пройденого шляху і відзначені точки. Всі прилади мають кілька сторінок, що відображають різну інформацію: Положення супутників на небозводі, карту з точками і пройденими шляхами, сторінку меню з виходом на різні налаштування і пошук, сторінку навігації, де в режимі навігації (слідування до певної точки) зображений покажчик у вигляді стрілки і сторіночку колійного комп'ютера, де відображаються пройдена відстань, швидкість руху і т.д. Щоб знайти точку, досить вибрати потрібну точку з списку та натиснути кнопку В«ЙтиВ». На сторінці В«навігаціяВ» з'явиться стрілка з напрямком руху. А для запам'ятовування координати точки у всіх моделях для цього достатньо натиснути і деякий час утримувати кнопку. Так само це можна зробити через головне меню. Ще в GPS навігаторах є шляхи і маршрути. Шлях (трек) - це В«слідВ», пройдений Вами шлях. У пам'ять приладу записується за замовчуванням (заводські настройки). Але можна відключити, якщо треба. Маршрут - (Роут) - це шлях, заздалегідь намічений по точкам. Прилад може провести Вас в режимі навігації, як по маршруту, так і за треку (в режимі трек бек). Маршрут можна побудувати на комп'ютері, потім ввести в прилад. Можна побудувати і безпосередньо в приладі. Режим Track back це режим, в якому в якому прилад в режимі навігації веде Вас назад точно по пройденого шляху. При цьому стрілка на сторінці В«навігаціяВ» показує повороти . Всі прилади визначають не тільки координати на площині, але і вертикальні координати. При цьому визначається піднесення над теоретичною геометричній фігурою землі. Щоб визначати точну висоту над рівнем моря або інший поверхнею застосовується барометричний висотомір дозволяє визначати висоту з точністю до 3м. Вбудований барометричний висотомір мається на моделях eTrex Summit, eTrex Vista, Map76S, map60CS, Map76CS eTrex Vista С. Для рибалок важлива не висота, а наявність в приладі графіка зміни тиску. В режимі навігації або при відображенні карти прилад показує напрямок на точку тільки в русі, коли комп'ютер може розрахувати напрямок руху і зорієнтуватися. Іноді необхідно зорієнтуватися стоячи на місці або по карті. Для цього є вбудований електронний компас. Він мається на моделях eTrex Summit, eTrex Vista, GPSMap76S, map60CS, Map76CS eTrex Vista С.
Функції GPS приймачів
Таблиця 1. Основні функції GPS приймачів Основні Властивість Варіанти Пояснення Приймач Мультиплексний Мультиплексний приймач має тільки один канал. В один момент часу він приймає сигнали тільки одного супутника, перемикаючись між декількома доступними. Такі приймачі краще працюють на відкритому просторі, тому сигнал легко може бути втрачений через будов або інших перешкод. Мультиплексні приймачі вже практично не використовуються. Паралельний Паралельний приймач має декілька каналів (зазвичай - 12), за допомогою яких може одночасно приймати сигнали від декількох супутників. Такий приймач набагато краще "тримає" сигнали супутників і більш точно визначає координати. Якщо Ви плануєте використовувати GPS у великому місті або горах, Ваш вибір - паралельний приймач. Антена Зовнішня Зовнішня антена типу "четирехзаходная спіраль" представляє собою спіральну котушку в пластиковому корпусі, винесену з корпусу приймача. Така антена найбільш пристосована до прийому сигналів супутників, розташованих близько горизонту, і гірше приймає сигнали супутників зверху. Зазвичай ця антена є знімною, замість неї можна підключити виносну антену, розташувавши її, наприклад, на даху автомобіля, для більш якісного прийому. Патч-антена Патч-антена - плоска антена, вбудована в корпус приймача. На противагу зовнішньої вона більше пристосована для прийому сигналів супутників вгорі і гірше приймає сигнали супутників, розташованих близько горизонту. Джерело живлення Батареї Більшість портативних GPS приймачів працюють від батарей. Це і забезпечує їх портативність. При виборі навігатора звернете увагу на тип і кількість використовуваних батарей, тривалість їх роботи. Зовнішнє джерело Багато портативні GPS приймачі мають можливість підключення зовнішнього джерела живлення. Це зручно, наприклад, якщо Ви збираєтеся весь день їхати в машині по GPS приймачу і не хочете витрачати батарейки. Автомобільні, морські і авіаційні GPS, вбудовувані в приладову панель, харчуються від зовнішнього джерела. Дисплей РКІ панель Все GPS приймачі відображають інформацію на ЖКИ дисплеї. Варіанти: 2 кольори або 4 градації сірого. Кольорова РКІ панель На кольоровому дисплеї набагато легше читаються карти, ніж на звичайному екрані з градаціями сірого. Однак, кольорові ЖКИ дисплеї споживають набагато більше електроенергії, відповідно батарейки сідають швидше.
Таблиця 2. Стандартні функції GPS приймачів Властивість Пояснення Вбудована карта Більшість GPS приймачів відображають Вашу довготу, широту і висоту, але вони не зможуть показати Ваше положення на детальній карті. Перед покупкою приймача Ви повинні визначитися, який вид карт підходить Вам найбільше і переконається, що вибраний приймач підтримує ці карти. Багато GPS приймачі вже містять загальну карту світу (Базова карта), але на ній відображені тільки великі міста, дороги і ділянки води. Деякі навігатори можуть зберігати в пам'яті більш якісні карти або дозволяють завантажувати необхідні карти. Карти пам'яті Деякі навігатори дозволяють використовувати спеціальні картриджі (флеш-карти), з більш детальними картами районів. Завантаження карт Деякі GPS приймачі дозволяють завантажувати собі в пам'ять векторні карти з комп'ютера. Маршрутні точки Ви можете зберігати в пам'яті навігатора деяку кількість (500 і більше) ш...ляхових точок - на ходу або, задаючи їх координати по карті - і складати з них маршрути. Ваш GPS зможе провести Вас уздовж цього маршруту від точки до точки. Ви також можете спланувати маршрути по паперовій карті, зберегти всю інформацію в навігаторі і ходити на місцевості по складеному маршруту. Запис треку (Track Log) GPS приймачі з такою функцією можуть записувати трек (шлях), по якому Ви рухаєтеся. Ця функція нагоді, якщо Ви заблукали чи хочете зберегти пройдений трек, щоб пройти його коли-небудь ще раз. Також по треку можна визначити, наскільки далеко Ви пройшли за маршрутом. Пам'ять Якщо Ви збираєтеся активно використовувати планування маршрутів і запис треків, Ви повинні вибирати GPS з достатнім обсягом пам'яті. Продумайте, скільки може Вам знадобитися точок і виберіть відповідний навігатор. Так само упевніться, що GPS не зітре Ваші дані під час заміни батарей. Останні моделі навігаторів мають енергонезалежну пам'ять для зберігання точок, треків і маршрутів. Роз'єм даних Одним із шляхів, побачити своє положення на детальній карті місцевості, є підключення навігатора до комп'ютера (Настільному, портативного або КПК). Роз'єм даних дозволяє сполучати GPS з великою кількістю програмного забезпечення. У зв'язку з обмеженістю пам'яті приймача ця функція може бути дуже корисна, тому що дозволяє зберегти на ПК практично не обмежений обсяг даних (точки, треки, маршрути). Час сходу/заходу Сонця Деякі GPS приймачі можуть відобразити час сходу/заходу Сонця в будь заданій точці. Це дозволить Вам так спланувати маршрут, щоб Ви не подорожували в темноті. Корисно для скелелазів, моряків, пілотів тощо Одометр У більшості сучасних навігаторів є одометр, який дозволяє Вам контролювати пройдену відстань. Як і одометр в автомобілі, цей в деяких випадках може бути корисний. Спідометр Більшість GPS приймачів можуть показувати швидкість Вашого руху. Це корисно знати для розрахунку тривалості шляху при поточній швидкості. Приймачі, що мають спідометр, Це
Вибір 1. 2. моделей. 3. ціною. 4. Іноді Один з використанні. Альтернативні Робота участь: Міністерство Науково-виробниче академіка М.Ф. Російський Російський Виробниче За Розвиток Основними В Будь Перший року. В В 2 В 25 27 Висновок
З перше, вартість. друге, третє, користувачів. Можна поставлені питання.
Список літератури
1. 2. 3. 4. 5. В.С. 6. - С. 7. та ін; під ред.
|