Как работает GPS навигация. Принципы работы GPS-навигаторов

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Космический сегмент системы местонахождения работает за счет 24 спутников, которые стабильно вращаются на 6 орбитах, находящихся около земли на высоте 17.000 километров. Официальное название системы GPS – NAVSTAR, она работает при любой погоде каждый день без каких-либо сбоев. Работает система благодаря солнечным батареям, при сбоях активируются резервные батареи. Все спутники оснащены маленькими ракетными двигателями, которые подбирают подходящую траекторию движения по орбите.

Как работает GPS навигатор

Работает система GPS достаточно просто, когда находит тот или иной объект на территории земли. Через нее можно с максимальной достоверностью найти скорость движения объектов и их местоположение. Чтобы использовать систему GPS ненужно платить деньги за подключение или ежемесячную абонентскую плату. Все, что от вас требуется – купить приемник GPS. Перемещение спутников осуществляется со скоростью не менее 3 километров в секунду, тем самым, они совершают два оборота относительно планеты за сутки, при этом они дают информацию обо всем происходящем. Информация посылается в виде сигналов, которые попадают в приемники GPS и через триангуляцию дают данные о местоположении объектов. Навигатор различает время получения и отправки сигнала для увеличения достоверности данных, но благодаря данной информации можно посчитать расстояние до спутника. Через GPS навигатор можно измерить дистанцию до многих навигационных спутников в том случае, если параметры орбит заранее известны, после чего проводится сравнение с информацией о собственных координатах.

Все это осуществляется благодаря приемнику, процессору, антенне, клавиатуре с монитором, чтобы вести работу с навигатором. На данный момент в магазинах продается более сотни моделей с разными характеристиками, при этом можно насчитать около 100 производителей GPS навигаторов. В магазине вы найдете модели приемников и навигаторов GPS с разными характеристиками и внешним видом, но при этом возникает вопрос: «Как сэкономить на покупке и не потратиться на лишние функции или относительно устаревшую модель?». Чтобы вы смогли выбрать качественный навигатор по выгодной цене, мы расскажем вам обо всех моделях в мельчайших подробностях и поможем сделать выбор.

Виды GPS навигаторов

Для начала нужно понять, с какой целью вы будете использовать навигатор GPS? Его используют во многих целях, причем о многих вы, возможно, даже не догадываетесь. Заранее нужно сказать, что мы не будем говорить про встроенные модели, а заострим внимание на дополнительных и внешних навигаторах.

Пешеходные модели

Используются для продолжительного автономного использования во время походов и путешествий. Из-за этого и главные характеристики устройства адаптированы под данные цели: маленький дисплей в черно-белом цвете, низкое потребление энергии, небольшой корпус, защита от воды и пыли, сменные батареи (АА).

Автомобильные модели

Пользуются самым высоким спросом, поэтому стоят недешево и встречаются чаще всего. Определить автомобильный навигатор можно по следующим характеристикам: дисплей большого размера (цветной), зарядка от автомобильной бортовой сети, огромное количество карт, слабая защита от внешней среды, навигация сопровождается голосом. О данном виде навигаторов мы расскажем во всех подробностях далее.

Мотоциклетные модели

Примерно такие же, как автомобильные навигаторы, но немного от них отличаются: небольшой корпус с дополнительным креплением к рулю, автономная работа от батареек.

Встроенные в сотовый телефон модели

Конечно, это встроенная модель навигатора, но функций у него очень много, причем таких же, как у обычного автомобильного навигатора. Работает навигатор очень долго, при этом имеет небольшой размер.

С чего начать выбор туристического навигатора?

Для начала нужно определиться с производителем навигатора и программным обеспечением, отображающим карту. В магазинах вы встретите программное обеспечение от четырех разработчиков: Навител, Garmin, Автоспутник, iGO. Разумеется, все программы адаптированы под того или иного производителя. Выбор навигатора GPS напрямую зависит от выбора картографической базы. И все же, чем отличается программное обеспечение друг от друга?

Navteq
Огромный опыт компании в данной области обеспечил лучшее программное обеспечение для навигаторов GPS, это наиболее полные и корректно работающие картографические программы. Программу можно приобрести непосредственно у лучшего производителя навигаторов – Garmin. Разумеется, программное обеспечение подходит исключительно для моделей от Garmin. В чем заключаются основные плюсы программы?

Более 15 карт местности Центрального Федерального округа;

Не менее 7 карт местности Северо-западного Федерального округа;

Южный Федеральный округ изображен на двух картах.

Адреса и дорожные сети в том или ином округе показаны с высочайшей точностью, поэтому информация, полученная из навигатора – достоверна во всех случаях.

Навител
Данный разработчик адаптирует программное обеспечение под коммуникаторы и КПК, к тому же оно подходит для автомобильных JJ-Connect навигаторов. Благодаря функционалу программы можно увидеть векторные карты областей и городов России, где показаны номера домов, названия улиц, станции метро, а также любая другая информация, которая поможет вам уверенно перемещаться по территории. Программа сразу же находит ваше местоположение и сообщает голосом, в какую сторону нужно повернуть, и через какое время вы будете в назначенном месте. Также вы узнаете о скорости, с которой должны перемещаться на определенной дороге, если ваш навигатор относится к классу hi-end – вы будете в курсе пробок на дороге. Если вы загрузите новые карты в программу, то сможете уверенно перемещаться по областям, которые не включены в основной набор карт, доступный в стандартной версии программы.

iGO
Данную программу устанавливают непосредственно в навигаторы для автомобилей от Pioneer, Mitac, TiBO и так далее. Стоимость программы достаточно низкая, а интерфейс очень простой. Чаще всего устанавливать ее не приходится, так как она уже доступна на карте памяти формата miniSD. Дело в том, что она не установлена на один навигатор, а доступна на карте памяти, поэтому можно вставлять карту в навигаторы от Mitac и программа будет работать. Программа имеет не только карты формата 2D, но и 3D, к тому же вы можете выбрать голос мужчины или женщины, который будет звучать при подсказках. На карте вы найдете дороги между крупными улицами России, названия всех улиц, и не менее 19000 объектов, также можно ввести интересы (POI) для поиска.

Автоспутник
Данную программу создала российская компания и в качестве первоисточника использовала карты Телеатлас. Программа подходит для навигаторов от Hyundai и GlobalSat. В памяти программы содержится подробная информация обо всех улицах и дорогах Санкт-Петербурга, Москвы, Ростова-на-Дону и других крупных городов страны. Так как база POI очень крупная, вы можете найти интересующий объект за считанные секунды. Во время езды вы не будете отвлекаться на что-либо, так как навигатор сообщит о продолжительности поездки или повороте с помощью голоса. Один из главных плюсов данного программного обеспечения – показ пробок на дорогах. Но достоверность того, что пробка действительно на этой дороге – 80%.

Как правильно выбрать автомобильный GPS навигатор по параметрам

Экран

Во время езды все ваше внимание будет обращено на экран, поэтому он должен соответствовать вашим требованиям. Желательно иметь экран с высоким разрешением и большого размера. В основном встречаются модели с дисплеем от 2,5 до 7 по диагонали, разрешение экрана 320 на 240 точек, широкоформатное – 800 на 480 точек. Заранее нужно уточнить, есть ли защита от бликов у экрана, но, разумеется, современные модели имеют его практически всегда. Это помогает увидеть маршрут даже в те дни, когда солнце наиболее активно. Также выберите тип управления: можете нажимать кнопки под экраном или вести управление непосредственно через сенсор и нажатия на экран, в таком случае протестируйте отклик сенсора.

Память и карты

Во время покупки нужно смотреть на карту памяти, так как от нее зависит эффективность и качество работы. Сразу же уточните для себя, какие карты вам нужны во время езды. Очень часто карты нужного региона уже заранее есть в навигаторе, но если они отсутствуют – можно загрузить карты отдельно. Практически все карты России есть в программном обеспечении от Garmin. Во всех моделях навигаторов есть функция прокладки маршрутка без вашего вмешательства, но для этого нужно учитывать, есть ли подобная функция и насколько хорошо она работает. Иначе вы увидите конечный пункт назначения, но видеть дорогу, по которой нужно ехать, вы не сможете. Новые карты, которые устанавливают в модели GPS навигаторов, имеют отличное качество прорисовки и дают подробную информацию о той или иной местности, но из-за этого увеличивается их объем. В некоторых картах объем более 1 гигабайта, но самый маленький объем – 64 мегабайта. Чаще всего встречаются flash-карты, например, MMC, SD, CF. Приобрести их вы можете отдельно, хотя чаще они идут в комплекте с устройством. Чтобы подключить карту, потребуется отдельный разъем. Вам в любом случае понадобится дополнительная память, если у него есть возможность чтения мультимедиа файлов, например, фотографий или музыкальных композиций. Основные возможности карт: голосовое оповещение о маршруте, 3D изображение, POI, список полезных объектов и многое другое.

Дизайн

От внешнего вида будет зависеть способ крепления навигатора внутри автомобиля. Нужно учитывать, что при установке нужно выбирать место, где вы будете видеть экран и быстро получать информацию о маршруте, но с другой стороны приемник должен ловить навигационный сигнал. Лучше всего подключать устройство к приемнику внешней антенны, так как небо закрыто крышей машины, а стекла часто имеют систему обогрева, поэтому навигатор может просто напросто не уловить сигнал в нужный момент. Внешняя антенна крепится на крыше машины, что обеспечивает гарантированное получение сигналов. Также взгляните на количество кнопок на устройстве, лучше покупать модель без кнопок. Обязательно посмотрите, есть ли кабель для подключения к прикуривателю в комплекте с навигатором.

Указание подробного маршрута

Данную функцию называют AutoRouting – автоматическое указание маршрута до определенного объекта. Если вы приедете в неизвестную местность, вам сложно будет ориентироваться, но благодаря функции вы будете видеть дорогу во всех подробностях. Но функция будет работать лишь при наличии карт в навигаторе, на которых указывается список дорог, объектов, дорожных знаков и так далее. Для увеличения вашего комфорта можно выбрать тип маршрута: оптимальный, самый короткий, удобный, езда по главным дорогам и другие.

Эргономичность

За эргономичность отвечает несколько характеристик: способ крепления, голосовое управление, питание навигатора. Нужно отнестись к ним очень внимательно, так как благодаря голосовому управлению вы не будете отвлекаться на музыку или разговоры друзей, которые едут вместе с вами. Регулярно вы будете слышать о поворотах, количестве времени до нужного объекта и других нюансах. Задумайтесь, сколько питания вам понадобится, и куда вы собираетесь ездить? Возможно, при дальних поездках понадобится больше зарядки. Вполне возможно придется докупить зарядное устройство и АА элементы питания, но предпочтительнее сочетать несколько способов зарядки. Обязательно посмотрите на надежность крепления. Учтите, что навигатор должен быть надежным и комфортным в использовании, так как при дальних поездках без него будет очень сложно.

Возможность автоматически объезжать пробки

Если вы часто ездите на автомобиле и живете в мегаполисе – это одна из важнейших характеристик после качества карт. На данный момент современные модели имеют информацию о пробках и получают ее благодаря УПИ модулю, либо через соединение GPRS. Но зайти в сеть интернет нельзя через большинство моделей, используется для этого приемник GPRS или Bluetooth, если вы используете сотовый вместе с навигатором.

Звонки через GPS навигатор

В магазинах можно встретить модели навигаторов, которые не только заходят в интернет без вашего вмешательства, но и позволяют совершать звонки. В основном это удобно лишь по той причине, что официально разговаривать по телефону за рулем автомобиля запрещено. Благодаря Bluetooth в навигаторе можно вести разговор через громкоговоритель. Для этого нужно подключить свой телефон к навигатору и начать беседу, это очень удобно, ведь вам не придется держать телефон в руке и отвлекаться.

Сегодня очень быстрыми темпами развиваются и совершенствуются технологии для навигации с помощью систем глобального позиционирования. Каждому человеку доступны любые из многочисленных GPS-навигаторов – от самого простого до самого сложного и точного. С помощью GPS-устройств решаются и упрощаются многие задачи в различных отраслях деятельности человека.

Этот материал написан в качестве разовой справки, и все последующие материалы по GPS-приёмникам на нашем сайте будут на него ссылаться. Впоследствии этот материал мы будем расширять и дополнять.

Глобальная система позиционирования GPS – это система, позволяющая с точностью не меньше нескольких десятков метров определить местоположение объекта, то есть его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.

GPS состоит из совокупности определённого количества искусственных спутников Земли и наземных станций слежения, объединённых в общую сеть. В качестве пользовательского оборудования служат индивидуальные GPS-приёмники, способные принимать сигналы со спутников и по полученной информации вычислять своё местоположение.

Созвездие спутников GPS

В состав спутниковой системы GPS входят как минимум 24 искусственных спутника Земли, находящихся на различных круговых орбитах, плоскости которых разнесены по долготам через 60° и наклонены к плоскости экватора на 55°. Период обращения одного спутника составляет порядка 12 часов.

Регулярно спутники передают на Землю:

свой статус (сообщение об исправности или неисправности)
текущую дату
текущее время
данные альманаха (орбитальные данные всех спутников)
точное время отправки всей совокупности сообщений
бортовые эфемериды (расчётные координаты своего положения в этот момент времени)

GPS-приёмник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом для определения двух координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над поверхностью Земли – с четырёх.

С учётом распространения радиосигналов расстояние до спутников определяется по задержке времени приёма сообщения GPS-приёмником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приёмнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приёмника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Основным источником погрешности в системе GPS было наличие так называемого режима «ограниченного доступа». В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30-100 м, хотя принципиально точность GPS-систем может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим «ограниченного доступа» был отключён. Теперь любой человек в любой точке Земли может пользоваться этой системой. Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотражённых радиоволн на приёмник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве.

Как уже упоминалось, изначально система GPS была разработана для военных целей. Однако через некоторое время стало ясно, что эта система может очень сильно помогать людям для достижения других, «гражданских» целей.

На сегодняшний день система GPS очень широко используется в решении навигационных и картографических (геодезических) целей.

Спутниковые методы определения пространственных координат нашли массовое применение в современных геодезических измерениях, в первую очередь благодаря системе GPS, стабильно работающей на протяжении всего своего существования и ставшей доступной широкому кругу гражданских пользователей. Однако всё чаще возникают обсуждения того, что дальнейшее повышение точности и надёжности определения пространственных координат в любой точке Земли может быть обеспечено только за счёт совместного использования различных глобальных навигационных спутниковых систем, таких, например, как российская ГЛОНАСС и разворачиваемая в Европе Galileo.

Несмотря на то что уровень развёртывания ГЛОНАСС в настоящее время не находится в полном функциональном состоянии, приём и совместная обработка сигналов ГЛОНАСС и NAVSTAR позволяют увеличить производительность при выполнении спутниковых геодезических измерений в сложных условиях (например, городской застройки), когда число видимых спутников системы NAVSTAR сокращается. Поэтому в настоящее время многие разработчики аппаратуры пользователей создают спутниковые приёмники, способные работать одновременно с различными системами (например, компания Topcon Positioning System). Эти приёмники, в отличие от приёмников GPS, принимающих только сигналы NAVSTAR, называют GNSS-приёмниками (Global Navigation Satellite System, аналог русского обозначения ГНСС), а используемые методы обработки – GNSS-технологиями.

Система GPS выглядит предпочтительнее для навигационных целей, чем ГЛОНАСС. Это связано с тем, что навигационных решений под ГЛОНАСС для обычных пользователей практически не существует и рынок ГЛОНАСС пока слабо развит.

Современные геодезические измерения невозможно представить без использования спутниковых технологий определения пространственных координат. Первые GPS-приёмники появились ещё в начале 1980-х годов. За время существования они претерпели серьёзные изменения, но неизменным остался способ определения координат. Главной особенностью современного развития геодезического оборудования является стремление упростить процесс измерений и объединить всё необходимое в одном приборе.

Итак, в зависимости от характера решаемых задач GPS-системы можно разделить на два класса – навигационные приёмники и системы геодезической точности.

Навигационные приёмники обеспечивают устойчивое определение текущих координат с точностью десятков метров и являются относительно недорогими устройствами. Приборы этого класса просты в эксплуатации, портативны, а время, необходимое для получения координат в точке, составляет секунды или единицы минут.

Геодезические GPS-системы являются значительно более сложными устройствами, но они позволяют достигать точности привязки объекта до долей сантиметра, соответственно, стоимость таких систем существенно выше и может составлять десятки тысяч долларов.

Хотя повышение точности результатов желательно в любой раgботе, для задач привязки на местности различных объектов точность, обеспечиваемая навигационными приёмниками, является вполне удовлетворительной, а в особо критичных случаях может быть повышена за счёт проведения большого числа измерений и их последующей статистической обработки.

В целом весь спектр моделей GPS-приёмников по особенностям использования можно разделить на четыре большие группы.

Персональные GPS-приёмники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчёта маршрутов следования, до функции приёма и передачи электронной почты.
Автомобильные GPS-приёмники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приёмо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
Морские GPS-приёмники, оснащённые ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
Авиационные GPS-приёмники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.

Важно отметить, что использование GPS в навигационных целях тесно связано с применением современных информационных технологий – компьютерных баз данных и Геоинформационных систем (ГИС).

Как можно понять, далеко не все из вышеперечисленных устройств интересны нашим читателям, а, как следствие, и нам. Поэтому сложнейшие геодезические приборы мы учитывать не будем. А своё внимание сконцентрируем на персональных, автомобильных и, возможно, морских GPS-приёмниках, а также на аксессуарах для них.

У автовладельца возникает вопрос, как выбрать надёжный прибор. На рынке представлен большой выбор устройств, поэтому выбор навигатора становится трудной задачей.

Что такое GPS-навигатор

Чтобы легко и быстро ориентироваться на местности, нужен навигатор. При этом не имеет значения, где вы: в мегаполисе, горах или лесу. Автомобильные навигаторы всегда установят ваше месторасположение и укажут направление движения. А их правильный выбор уже при первом использовании оправдает себя.

Как работает навигатор

Чтобы определить ваше местонахождение, навигатор определяет координаты, в частности параметры долготы, широты и высоты, в которых вы находитесь, и соответствующую им карту. В основе работы навигатора - глобальная система позиционирования. Она состоит из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. С помощью специальной антенны навигатор получает сигнал с зашифрованными данными и определяет ваше месторасположение. Спутники должны оставаться в зоне видимости, а на качество сигнала влияет местность и погодные условия.

Параметры

Выбирая навигатор для автомобиля, обязательно нужно учитывать его параметры и функции.

Дисплей или экран . Именно на него смотрит водитель, уделяя при этом основное внимание дороге. Экран должен быть крупным и с высоким разрешением. Уточните, имеет ли экран антибликовое покрытие. С ним водитель имеет возможность хорошо видеть изображение даже в солнечную погоду. Не менее удобен сенсорный экран, когда управление осуществляется непосредственно через экран. Впрочем, клавишами на корпусе пользоваться не менее удобно.
Выбор карты и объём памяти - этот важный параметр определяет качество и эффективность навигатора. Заранее определитесь, карты какого региона будут использоваться в поездках, уточните, есть ли они в приглянувшемся вам приборе. Если нет, насколько реально установить их. Все автомобильные навигаторы оснащены функцией прокладки маршрута. В этом случае прибор покажет не только пункт назначения, но и подскажет, как лучше доехать до него. Карты, загружаемые в навигаторы, отличаются точностью детализации и содержат большое количество информации. Это и влияет на объёмы их памяти. Почти всегда в современных навигаторах используются флеш-карты, которые либо входят в комплект, либо их можно купить самостоятельно. Встроенная память необходима, если прибор обладает мультимедийными способностями. Сегодня возможности карт достаточно разнообразны: голосовое сопровождение, трёхмерное изображение, адреса общественных объектов и др.
Внешний вид прибора . Значение имеют способы крепления навигатора в салоне автомобиля. Его нужно располагать так, чтобы дисплей был виден водителю и при этом обеспечивался хороший приём сигнала. С учётом того, что лобовые стекла некоторых моделей с обогревом, а часть неба закрывается крышей, оптимальный вариант размещения навигатора - подключение к приёмнику внешней антенны. Последняя устанавливается на крыше и обеспечивает уверенный приём сигналов. Выбирая навигатор, посмотрите на его кнопки: чем они меньшего размера, тем удобнее пользоваться прибором. Также следует проверить наличие кабеля подключения к питанию автомобиля через .
Прокладка маршрута в автоматическом режиме . Эта функция актуальна, если вы находитесь в незнакомой местности. Она позволяет проложить маршрут до пункта назначения. Опция работает только при наличии специальных карт, на которых записана информация о дорогах и знаках дорожного движения.
Способность навигатора объезжать пробки . Для это очень важный параметр. Современные GPS-навигаторы через специальный УПИ-модуль способны получать информацию о пробках, но чаще используется GPRS-соединение.
Навигатор-телефон . Определённые модели, представленные на рынке, могут звонить, что удобно в большинстве ситуаций. Наличие Bluetooth значительно облегчит жизнь автомобилиста, благодаря ему навигатор превращается в комплект громкой связи. Достаточно подключить телефон к прибору и общаться.
Дополнительные опции . При выборе GPS-навигатора важно обратить внимание и на небольшие функции. К примеру, голосовые подсказки информируют о приближающемся повороте, расстоянии до конечной точки, прибытии в пункт назначения.
Путевые точки, количество которых должно быть не меньше 500. Описание каждой из них включает название и иконку, которая отображается на карте. Это могут быть автозаправочные станции, посты ДПС, магазины, больницы, а также конечный пункт назначения.
Компьютерный интерфейс обеспечивает связь GPS-навигатора с ПК, благодаря чему появляется возможность сохранять точки и маршруты на компьютере. Также можно загружать сторонние карты.
Встроенный МРЗ-плеер, видеопроигрыватель, переводчик.

Разновидности GPS-навигаторов

На видео рассказывается о том, как выбрать GPS навигатор:

Все существующие модели навигаторов можно разделить на классы:

заводские устройства - являются частью электронной системы автомобиля;
персональные приборы - приобретаются отдельно и крепятся на лобовом стекле машины с помощью присосок и подставок или к ;
навигаторы для пешеходов - компактные устройства размером не больше сотового телефона, предназначены для использования во время прогулок;
подключаемые модули навигации;
GPS-трекеры - устройства, позволяющие следить за перемещениями объекта.

Правила выбора GPS-навигатора

Задумываясь, какой выбрать навигатор для автомобиля, нужно чётко понимать, что это за прибор, знать, что навигаторы делятся на несколько видов, различающихся функциями и параметрами.

Прежде всего, определитесь, для чего вам необходим GPS-навигатор. Подумайте, где вы чаще всего будете ездить - в пределах страны или же будете . Для первого варианта подойдут приборы с отечественным программным обеспечением, во втором - более практичными будут зарубежные GPS-устройства.

На сегодняшний день большой ассортимент карт и программного обеспечения для автомобильных навигаторов предлагают многие фирмы. Это Garmin, PocketGPS Pro, TomTom, iGO, Navteq, Автоспутник, Навител. Определённые модели, именно благодаря ПО, способны работать с несколькими картами одновременно, причём неважно, от какого они производителя. Но есть и те, которые привязаны к собственному программному обеспечению, следовательно, загрузка других карт запрещена. Заранее предустановленные карты работают качественно, а дополнительно загруженные могут функционировать с перебоями и не раскрывают возможностей навигатора.

У каждого разработчика существует собственный сайт, где можно найти любую интересующую вас информацию. Благодаря этому работать с прибором очень легко. К таким сведениям относятся: территории, для которых предусмотрены карты с дорогами, возможности выполнять поиск в адресной строке и др. Для поездок по России можно выбрать практически любую навигационную программу, в других случаях проконсультируйтесь с менеджером магазина.

Значение имеет и материал, из которого выполнен корпус прибора. Чаще всего это пластик, реже алюминий. Конкретный выбор зависит от условий эксплуатации прибора. Комфортную работу навигатора обеспечивает мощный процессор. Лучше всего выбирать модель из новинок. В этом случае у него более современный процессор. Важно знать и объём ОЗУ.

При покупке навигатора следует выбрать подходящее навигационное программное обеспечение. Если предполагается использование нескольких картографических программ, желательно ознакомиться с особенностью каждой из них. Как правило, функционал у большинства из них одинаковый, но иногда встречаются особенности. К стандартным функциям относятся: адресный поиск, прокладка маршрута, в том числе с пробками, голосовая помощь. К более продвинутым опциям относятся: оповещение о по ходу движения, движение по полосам, запоминание маршрутов. Такой функционал характерен для более дорогих устройств.

При первой покупке следует учитывать диагональ дисплея, разрешение и качество картинки.

Самые популярные навигаторы

Видео поможет вам выбрать хороший GPS-навигатор:

Современный рынок предлагает большое разнообразие моделей. Среди них можно выделить:

Garmin - признанный лидер по производству автомобильных GPS-навигаторов. Компания работает на рынке давно, её продукция отличается надёжностью и многофункциональностью. Карты, используемые в устройствах - самые масштабные по территории России. Навигаторы этой компании покажут, есть ли на маршруте пробки и . Эта функция работает с помощью FM-антенны, которой оснащаются все устройства Гармин. Ассортимент продукции достаточно большой и представлен навигационными приборами для туризма, спорта, мореплавания и автомобильными GPS-навигаторами.
TomTom - этой фирме принадлежит пятьдесят процентов рынка в Европе, а продукция поставляется более чем в тридцать стран мира. В устройства устанавливается программное обеспечение собственного производства, а популярность обеспечивается разнообразием полезных опций.
Mio - фирма, продукция которой очень популярна в России. Лёгкость управления и стильный дизайн в сочетании с высоким уровнем качества выделяют эту компанию среди других и являются причиной неизменно высокого спроса.
Navitel - отечественная компания, которая постоянно совершенствует свою продукцию. Среди особенностей можно отметить размеры монитора и уже загруженные карты навигации России, Финляндии, Казахстана. В некоторых моделях предусмотрена возможность получать информацию о пробках.
ТМ Shturmann - отечественный производитель, который предлагает качественные устройства навигации. Продукция имеет понятный интерфейс, картография, используемая в приборах, является собственной разработкой компании. Среди отличительных особенностей - способность работать с мультимедийными приложениями, а также наличие дополнительных опций.

Автомобильный GPS-навигатор: цена

Один из немаловажных критериев выбора навигатора - его стоимость. Разделить приборы на ценовые категории можно достаточно условно. Несколько лет назад стоимость варьировалась от двух до десяти тысяч, что зависело от наличия дополнительных функций. Сегодня большинство моделей находятся в одной ценовой категории - от трёх до пяти тысяч рублей. И только отдельные из них выделяются за счёт новизны и передовых технологий. Поэтому к выбору навигатора следует подходить с практической точки зрения.

И топовая, и бюджетная модели свою основную функцию выполняют одинаково. Все изменения, как правило, касаются дополнительных функций. Но хороший недорогой навигатор - это не всегда возможно. Например, для устройств Гармин установлена совершенно другая ценовая градация. Эта фирма является мировым лидером в производстве навигационного оборудования, поэтому у неё нет дешёвых моделей, но есть очень дорогие. И гарантия на модели в три года неслучайна. Именно поэтому порядка десяти процентов покупателей отдают предпочтение именно этой марке.

Самый быстрый способ выбрать навигатор для автомобиля - составить небольшой список с указанием всех интересующих вас характеристик. После этого передайте его в специализированный магазин, где для вас подберут наиболее подходящие модели. Вам останется только выбрать автомобильный GPS-навигатор с учётом требований к дизайну и цене.