Навигация уже намного больше, чем просто GPS

Возрождение автомобильной промышленности пришло с ростом интереса покупателей к технологиям для повышения безопасности транспорта, удобства и повышения осведомленности о автомобиле.

GPS является одной из таких технологий, которая имеет сильный потребительский спрос. В то время как приемник GPS находится в центре любой навигационной системы, приложения для GPS распространяются на широкий спектр автомобильных систем. Практически все датчики могут воспользоваться данными GPS, такие как дата, время, высота, курс, скорость. Данные независимы от систем автомобиля и являются часто более точными. Но GPS не единственная спутниковая система в небе. Все больше и больше глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в настоящее время разработаны и внедрены. Навигаторы теперь часто имеют возможность одновременного использования нескольких систем, что повышает точность и надежность.

Эта статья поможет читателям понять тенденции развития мульти- навигационных спутниковых систем (GNSS) на примере системы России ГЛОНАСС в дополнение к GPS.

Приемники совместного использования глонасс и GPS практичны и растущая популярность и доступность тому прямое доказательство. Одним из самых больших преимуществ является улучшение работы в городском режиме, но преимущества можно отследить и в других ситуациях. Это повышает общую надежность и доступность сигнала. И если вы являетесь поставщиком навигаторов в Восточной Европе и других частях мира, которые не слишком заинтересованы в использовании системы GPS, поскольку она находится под контролем американских военных, использование двойного режима приемника с выбором альтернативного спутника может быть плюсом.

Внедрение ГЛОНАСС

Теперь, когда навигационная спутниковая система ГЛОНАСС обновлена новыми спутниками и в полном объеме, появилась альтернатива GPS. Купите ли Вы двойной приемник навигации? Скорее всего, да, но читайте дальше, чтобы разобраться в преимуществах и последствиях.

Во-первых, небольшое предисловие.

Хотя понятие GPS вошло в народ, как обозначение спутникового позиционирования, когда мы говорим о любой системе спутниковой навигации, более правильным является официально принятый термин ГНСС - Глобальная навигационная спутниковая система. Все большее число новых систем (ГНСС) GNSS запускаются в настоящее время. Основные системы ГЛОНАСС в России, Galileo от Европейского Союза, и Compass / Beidou из Китая. У Японии и Индии также есть планы по запуску систем для своих странах, но пройдет несколько лет, прежде чем мы увидим результаты. Основная мотивация для запуска этих систем первоначально была- независимость от США, от военно- управляемых систем GPS, но теперь есть дополнительные причины, чтобы использовать их, даже в США.

Мы ориентируемся на русскую систему ГЛОНАСС, поскольку она полностью вступила в строй в прошлом году, когда другие системы все еще находятся на ранних стадиях развертывания. Во времена холодной войны, оригинальная система ГЛОНАСС была современной с оригинальной системой GPS, но пришла постепенно в упадок после распада Советского Союза. В 2000-е десятилетие, вся система была активизирована с новых спутников и работает хорошо. Так как ГЛОНАСС передает в той же группе, как GPS (L1 и L2), хотя и на несколько более высоком диапазоне, навигаторы, работающие в двойном режиме, которые работают с обеими системами являются более практичными и поэтому растет их популярность и доступность.

Распространенный миф о ГЛОНАСС то, что он предназначен только для России. Это не так. Эта система работает во всем мире, она имеет 24 спутника на орбите земного шара в средней околоземной орбите (СОО) в около 12 часовом периоде, в чем она похожа на GPS. Покрытие немного оптимизировано для более высоких широт, но имеет более чем достаточное количество спутников для выбора качества позиции в любой точке Земли с полным обзором неба. Общая погрешность системы составляет немного меньше, чем GPS, но если вы используете GPS и ГЛОНАСС вместе, полученная точность повышается, особенно в шумной обстановке.

Для чего нужно такое большое количество спутников?

1. Узкий угол направленности спутников дает в результате ухудшение точности в широких диапазонах.

Обе системы ,GPS и ГЛОНАСС спутники работают по одному основному принципу: приемники (навигаторы) вычисляют их положение на земле путем измерения их диапазона от спутников, которые передают свои сигналы с точно известными орбитами. Диапазон измеряется по времени задержки сигнала от каждого спутника до приемника на поверхности земли. Для достижения 3-D результата, нужно как минимум четыре спутниковых измерения - по одному для каждого х, у, z направлениях, а четвертое- это время. Тем не менее, это тоже не просто. В идеале, спутники должны быть расставлены по всему горизонту и к зениту, так что все измерения находятся под прямым углом друг с другом. При углах, отличных от 90 (около 90 градусов), мы говорим, что это геометрическое снижения точности (GDOP).

Одни спутники расположены таким образом, что точность низкая, другие расположены так, что диапазоны измерений совпадают очень хорошо с X, Y, Z осями, так что точность разбавляется большим количеством факторов. С более видимых спутников при использовании обоих GPS и ГЛОНАСС, у вас больше возможностей для выбора лучшего спутника, чтобы снизить погрешность и улучшить вашу точность.

2. Проблема использования навигации в городе, где часто нет прямой видимости нескольких спутников.

Одним из самых больших преимуществ двойных приемников навигаторов является режим освещения в городских районах.

Высота зданий в городе, уход спутников за горизонт.

При двойном режиме навигаторов GPS + ГЛОНАСС, есть в два раза больше спутников, что делает менее вероятным возможность того, что вы будете отслеживать менее четырех спутников и терять точность своего местоположения.

3. При объединении систем, большие углы возвышения не сильно влияют на погрешность местоопределения.

Как только количество спутников в поле зрения навигатора падает ниже четырех происходит выбор альтернативного спутника. Конечно, ваша погрешность может быть достаточно высокой, но отслеживание с менее точным результатом лучше, чем потеря сигнала вообще. Кроме того, в 20 до 40 градусных диапазонах, наличие девяти спутников вместо пяти уменьшает погрешность, а получатель может выбрать лучшие четыре из девяти.

Улучшение сигнала наблюдается не только при недостаточной видимости. Постоянно отслеживая до 20 спутников, в присутствии шумов и помех система работает гораздо стабильнее. В таких ситуациях ошибки из-за общих погрешностей спутников стремятся к нулю (GDOP фактор = 1,0).

Более точное отслеживание означает, что время для местоопределения значительно сокращается, что повышает эффективность чувствительности приемника. Нужно поймать, что сигнал со спутника всегда очень слабый, ниже уровня шумов. Методы расширения спектра используются для отделения сигнала от шума. Сигнальный процессор приемника должен постоянно искать сигнал по времени и частоте. Изначально, время и частота входящего сигнала известены только приблизительно. Поскольку спутники движутся относительно Земли, а также приемник движется по поверхности Земли, то наблюдается «доплеровский» сдвиг частоты. Чтобы находить эти слабые сигналы, приемник должен найти ряд частотных диапазонов или "бункеры", как выше, так и ниже номинальной несущей частоты, так как доплеровский сдвиг может быть положительным или отрицательным. Чем лучше приемник знает свое положение и движение, тем лучше оно может предсказать, доплеровский сдвиг от каждого спутника, и, следовательно, тем меньше ошибка диапазона частот, в котором она должна искать. При меньшем диапазоне поиска, он найдет слабые сигналы быстрее.

Навигация уже намного больше, чем просто GPS (читать 2 часть)