Спутниковые навигационные системы - Разное - Каталог статей

Глобальные (спутниковые) навигационные системы ГЛОНАСС (Россия), GPS (США), Galileo (Евросоюз) – дают возможность определить, с помощью приборов-навигаторов, в том числе и портативных, текущее местоположение (координаты), дату и время, траекторию и скорость движения объектов на суше и на море, а так же в околоземном пространстве.

Российская ГЛОНАСС (Glonass) функционирует с начала 90-х годов. Сейчас в составе орбитальной группировки – более двух десятков действующих спутников. По проекту, спутниковую группировку составят порядка тридцати космических аппаратов, включая резервные (для функционирования системы достаточно работы 24-х спутников).

Новые спутники третьего поколения ГЛОНАСС-К имеют срок службы, примерно, 10 лет. Они выводятся на орбиту с 2010 года. Старые аппараты серии ГЛОНАС-М имеют ресурс 7 лет и будут эксплуатироваться, как минимум, до 2015 года, с их соответствующей точностью, с постепенной заменой на новые. Каждый спутник делает около двух оборотов в сутки вокруг земли. Высота трёх круговых орбит, от земной поверхности – порядка 19-20 тыс.км.

С 2007 года разрешено применение ГЛОНАСС для гражданских нужд. Сейчас система работает на всей территории России, внедряется и успешно применяется на транспорте, в том числе и пассажирском, для мониторинга и оптимизации графика движения автотранспорта и повышения эффективности грузоперевозок диспетчером автохозяйства. Системами навигации оснащается транспорт оперативных служб - полиции, МЧС, скорой помощи.

Разрабатывается проект ЭРА-ГЛОНАСС, подразумевающий, что весь автотранспорт в обязательном порядке оборудуют навигационно-связными терминалами ГЛОНАС/GPS, автоматически передающими, в случае аварии, свои координаты по каналам мобильной связи в дежурно-диспетчерскую службу. Ввод в эксплуатацию этой системы - планируется, ориентировочно, на 2013-й год.

Американская GPS (Global Positioning System) известна и под другим названием – NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Полнофункциональную работу начала с 1995 года, но применялась уже в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г. Состоит из, примерно, 30 спутников (включая неработающие, те, что в резерве) на 6 орбитах. С 2000 г в США снят запрет (режим селективного доступа для гражданских потребителей) на определение точных кординат с помощью сигнала GPS, что заметно уменьшило погрешность измерений горизонтальных координат – до нескольких метров.

Глонасом, точнее определяются координаты - в полярных широтах, американской джипиэс - ближе к экватору.

Спутниковые навигаторы, по способу эксплуатации и назначению, бывают автомобильные (автонавигаторы), переносные, морские и т.д. Наиболее распространённые, из импортных – Garmin, JJ-Connect и др. Для передачи данных используются разнообразные интерфейсы: быстрый – провод USB, разъём CF, беспроводной Bluetooth, медленный – COM-порт (RS-232). Многие модели современных телефонов оснащены GPS-приёмником. Некоторые новые смартфоны (МТС 945, Samsung Omnia W) и iPhone 4S - имеют, так же, поддержку российской системы ГЛОНАСС.

Есть абсолютно автономные варианты комплектации аппаратуры – с зарядкой аккумуляторов от солнечных батарей или миниатюрных термоэлектрических генераторов (термопары).

В России производятся многосистемные (GPS+, то есть - с несколькими приёмниками), трёхдиапазонные навигаторы Glospace SGK-70 и -72NV и другие модели, способные работать одновременно с несколькими навигационными системами – ГЛОНАСС, GPS, Галилео, и принимающие сигналы всех спутников, которые находятся в данный момент над потребителем, что повышает скорость и точность определения координат, особенно – в городских условиях, на узких улицах.

«Глоспейс» поддерживает систему SMILINK (показывает пробки на дорогах) и умеет прокладывать объездные маршруты. Приём сигналов может вестись сразу от нескольких спутниковых систем (гланасовской и джипиэс) - 20-канальным приёмником, что позволяет повысить точность определения координат, скорость и надёжность работы прибора. В случае потери сигнала, эти системы подстрахуют друг-друга. Дополнительные функции: возможность просматривать фильмы, фотографии, подключать внешние устройства. Есть встроенные часы и игры.

Новые приборы в линейке 20-канальных, двухсистемных (ГЛОНАСС/GPS) навигаторов Glospace:
SGK-43 с сенсорным TFT жидкокристаллическим экраном с диагональю 4.3 дюйма, карты 2D/3D, встроенным GSM (GPRS) модулем для приёма информации о пробках на дорогах. Windows CE 5.0;

SGK-72NV - моторизованный широкоформатный сенсорный TFT ЖК большой монитор размером 7 дюймов, карты 2D/3D, полнофункциональные пульты ДУ, мультимедийная система с TV-тюнером, радио-тюнер, DVD-плеер. Инструкция по эксплуатации.

Форматы данных:

NMEA 0183 - стандарт протокола передачи данных между GPS-приемником и
компьютером, формат, гарантирующий совместимость с программами.

Масштабы GPS-карт с примерами стандартной номенклатуры (обозначения) листов:

мелкомасштабные (географические, обзорные)
1 : 1 000 000 N-37 – в 1 сантиметре 10 километров ("миллионка", "десятикилометровка")
1 : 500 000 N-37-Б – в 1 см. 5 км. ("пятисотка", "пятикилометровка", сплошные горизонтали высот - проведены через 50 метров)
1 : 200 000 N-37-XVI – в 1 cm. 2 km. ("двухсотка", "двухкилометровка", горизонтали рельефа построены через 20 м.)

крупномасштабные (топографические карты и планы)
1 : 100 000 N-37-56 – в 1 см. 1 км. ("сотка", "километровка")
1 : 50 000 N-37-56-A – в 1 сантиметре 500 метров
1 : 25 000
1 : 10 000

детальные планы местности
1 : 5 000
1 : 2 000

GPS-карты - лист N - 37 (город Москва и юг мос. области)

Пример разграфки листа карты масштаба 1000000 ("миллионки") на листы м-ба 500000, 200000 и 100000

Карта России - схема листов (разграфка, номенклатура), навигаторы Glospace (ГЛОНАСС / GPS)

Схема листов масштаба 1:1.000.000 карты СССР / России и ближнего зарубежья.

Подробная схема, с городами и таблица международной разграфки листов масштаба 1:1000000 карт Европы, Азии, Центральной и Северной Африки, Индонезии – (сканированная старая советская карта, формат картинки - JPG, размер - 850 килобайт, названия и надписи – на русском языке) смотреть...

Карты "миллионки" по городам России:

N-37 - Москва и юг области
N-38 - Саранск
N-39 - Самара, Казань
N-40 - Уфа, Магнитогорск
N-41 - Челябинск.
N-43 - Омск
N-44 - Новосибирск
N-45 - Кемерово
N-46 - Абакан.
N-48 - Иркутск

K-52,53 - Владивосток

L-37 - Ростов-на-Дону, Краснодар
L-38 - Астрахань, Элиста, Пятигорск
L-54 - Южно-Сахалинск

M-37 - Воронеж
M-38 - Саратов, Волгоград.
M-40 - Оренбург
M-53 - Хабаровск

O-36 - Санкт-Петербург
O-37 - Ярославль
O-38 - Нижний Новгород.
O-39 - Ижевск
O-40 - Пермь
O-41 - Екатеринбург.
О-42 - Тюмень
О-45 - Томск
О-46 - Красноярск.

P-52 - Якутск

Q-37 - Архангельск

R-45 - Норильск

Международная разграфка карты мира на листы масштаба 1:1 000 000 для северного и южного полушарий Земли.

Международная разграфка карты мира на листы м-ба 1:1 000 000 (миллионные) для северного и южного полушарий Земли, симметричная. Колонны (по меридианам) нумеруются арабскими цифрами: 1 - 60. Широтные ряды (пояса) подписываются латинскими буквами: A - V.

На южных листах – справа от номенклатуры ставится обозначение ЮП (южн. полушарие). На импортных картах – слева ставится буква S (Юг). Пример обозначения в зарубежных картогр. материалах: SJ55-05 (город - Мельбурн, страна - Австралия, Ряд - J в южном полушарии, Колонна - 55, пятый планшет м-ба 1:250 000 (250К) на листе SJ55 миллионки (1М).

Найти, скачать GPS-карты нужного региона >>

Векторные карты для Глонасс / Gps имеют преимущества перед растровыми: возможность поиска по названию населённого пункта, хорошая читаемость при увеличении / уменьшении масштаба, тематические слои (их можно включать / отключать, наслаивать в определённой последовательности), получение объёмного трёхмерного изображения. Они, обычно, "легче" растровых и быстрее грузятся и обрабатываются. Оцифровка карт с бумажных носителей производится в ручном, полуавтоматическом, и редко - в полностью автоматическом режиме с помощью специальных программ векторизации, с сохранением в 3D-формате (трёхмерном, то есть - объёмном). Оцифровку проводят специализированные организации и фирмы, имеющие лицензию, после оформления соответствующих договоров на выполнение работ.

Основные векторные форматы:

AutoCAD - DXF (двоичный или ASCII (текстовый), большой по объёму), DWG (бинарный, стандартный формат Автокад).
DWF - Drawing Web Format, компактный 2D-формат Auto CAD, адаптирован для Интернет и вывода на экран монитора, а так же - для печати на бумагу двухмерных векторных изображений.

MapInfo - MIF, MID

OziExplorer - WPT (путевые точки), PLT (треки)

Garmin MapSource map - IMG

- и другие. Из файла одного формата можно конвертировать графические данные в другие форматы - с помощью специальных convert - программ.

Растровые сканы карт в формате JPG, GIF, BMP и др., в отличие от векторизованных – обычно, содержат больше визуальной информации (горизонтали рельефа местности, лес, полевые дороги, рисунки "от руки", надписи и пометки "на полях" бумажных носителей), значит – они должны включаться в комплект картографического материала (в том числе - на бумаге) и дублировать электронный "вектор". Растеризацией (есть такая опция в графических редакторах) можно перевести векторные материалы в точечный формат.

Информация на сканированных советских планшетах, в большинстве случаев – устарела. На них отсутствуют новые дороги, мосты и переезды, АЗС; не соответствуют контура населённых пунктов. Но остались актуальными, не изменились – горизонтали рельефа местности, реки, контура лесов и большинства крупных водоёмов. Старые топопланшеты советских времён отличает высокое качество и стандартные условные обозначения на топографической карте.

Основные современные программы для GPS-карт: GPSExplorer, OziExplorer. В них есть возможность импортировать карты и другие данные из форматов других систем.

Точность измерений с помощью ГЛОНАСС/GPS зависит от конструкции и класса приёмника, числа и расположения спутников (в реальном времени), состояния ионосферы и атмосферы Земли (сильной облачности и т.д.), наличия помех и других факторов.

"Бытовые" GPS-приборы, для "гражданских" пользователей, имеют погрешность измерения в диапазоне от ±3-5м до ±50м и больше (в среднем, реальная точность, при минимальной помехе, если новые модели, составляет ±5–15 метров в плане). Максимально возможная точность достигает +/- 2-3 метра на горизонтали. По высоте – от ±10-50м до ±100-150 метров. Высотомер будет точнее, если проводить калибровку цифрового барометра по ближайшей точке с известной точной высотой, (из обычного атласа, например) на ровном рельефе местности или по известному атмосферному давлению (если оно не слишком быстро меняется, при перемене погоды).

Измерители высокой точности "геодезического класса" – точнее на два-три порядка (до сантиметра, в плане и по высоте). Реальная точность измерений обусловлена различными факторами, например – удаленностью от ближайшей базовой (корректирующей) станции в зоне обслуживания системы, кратностью (числом измерений на точке), соответствующим контролем качества работ, уровнем подготовки и практическим опытом специалиста. Высокоточное оборудование может применяться только специализированными организациями, специальными службами и военными.

Для повышения точности навигации рекомендуется использовать многосистемный Glanas / GPS-приёмник – на открытом пространстве (нет рядом зданий или нависающих деревьев) с достаточно ровным рельефом местности, и подключать дополнительную внешнюю антенну.

Качество измерений джипиэс ухудшается, если спутники располагаются на небе плотным пучком или на одной линии и "далеко" – у линии горизонта (всё это называется "плохая геометрия") и есть помехи сигналу (закрывающие, отражающие сигнал высотные здания, деревья, горы поблизости).

Фактическая точность джипиэски зависит от типа GPS-приемника и особенностей сбора и обработки данных. Чем больше каналов (их должно быть не меньше 8) в навигаторе, тем точнее и быстрее определяются верные параметры. При получении "вспомогательных данных A-GPS сервера местоположения" по сети Интернет (путём пакетной передачи данных, в телефонах и смартфонах) - увеличивается скорость определения координат и расположения на карте.

WAAS (Wide Area Augmentation System, на американском континенте) и EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, в Европе) – дифференциальные подсистемы, передающие через геостационарные (на высоте от 36 тыс.км в нижних широтах до 40 тысяч километров над средними и высокими широтами) спутники корректирующую информацию на GPS-приёмники (вводятся поправки). Они могут улучшить качество позиционирования ровера (полевого, передвижного приемника), если поблизости располагаются и работают наземные базовые корректирующие станции (приёмники опорного сигнала). При этом полевой и базовый приёмник должны одновременно отслеживать одноимённые спутники.

Для повышения скорости измерений рекомендуется применять многоканальный (8-и канальный и более), многосистемный (Glonas / Gps) приёмник с внешней антенной. Должны быть видимы, как минимум, три спутника ГПС и два ГЛОНАСС. Чем их больше, тем лучше результат. Необходима, так же, хорошая видимость небосвода (открытый горизонт).

Для определения только горизонтальных координат (широта / долгота) может быть достаточно сигналов трёх спутников. Для получения трёхмерных (с высотой) координат - нужны, как минимум, четыре спутника.

Для чего нужна ГЛОНАСС?

Необходимость создания собственной, отечественной системы навигации связана с тем, что GPS – американская, наших потенциальных противников, которые могут в любой момент селективно ее отключить, "глушить" в каком-либо регионе или увеличить искусственную, систематическую ошибку в координатах, что и в мирное время всегда присутствует.