Что такое gps глонасс
Технология глобальной спутниковой навигации: какие бывают системы, параметры и функции
В этой статье мы расскажем про глобальные системы позиционирования, разработанные в США, России, ЕС и Китае; объясним, как поддержка технологий глобальной спутниковой навигации реализована в электронных устройствах, а также опишем ключевые и дополнительные функции современных навигационных приемников.
Система GPS (Global Positioning System) создавалась для применения в военных целях. Она начала работать в конце 80-х — начале 90-х годов, однако до 2000 года искусственные ограничения на определение местоположения существенно сдерживали ее возможности использования в гражданских целях.
Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — это число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).
ГЛОНАСС
Российский аналог GPS — ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) — была развёрнута в 1995 году, но в связи с недостаточным финансированием и малым сроком службы спутников она не получила широкого распространения. Вторым рождением системы можно считать 2001 год, когда была принята целевая программа ее развития, благодаря которой ГЛОНАСС возобновил полноценную работу в 2010 году.
Сегодня на орбите работают 24 спутника ГЛОНАСС, они охватывают навигационным сигналом весь земной шар.
Новейшие потребительские устройства используют GPS и ГЛОНАСС как взаимодополняющие системы, подключаясь к ближайшим найденным спутникам, это значительно увеличивает скорость и точность их работы.
Пример: aвтомобильное GPS/ГЛОНАСС-навигационно-связное устройство на базе ОС Android, разработанное командой Promwad по заказу российского конструкторского бюро. Реализована поддержка GSM/GPRS/3G. Устройство автоматически обновляет информацию о дорожной обстановке в режиме реального времени и предлагает водителю оптимальный маршрут с учётом загруженности дорог.
Сейчас на стадии разработки находятся еще две спутниковые системы: европейская Galileo и китайская Compass.
Galileo
Галилео — совместный проект Европейского союза и Европейского космического агентства, анонсированный в 2002 году. Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников. Но этот план не был реализован. Сейчас предположительной датой начала эксплуатации Galileo считается 2014 год. Однако ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.
Compass
Это следующая ступень развития китайской региональной навигационной системы Beidou, которая была введена в эксплуатацию после запуска 10 спутников в конце 2011 года. Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.
Сравнение орбит спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass (средняя околоземная орбита — MEO) с орбитами Международной космической станции (МКС), телескопа Хаббл и серии спутников Иридиум (Iridium) на низкой орбите, а также геостационарной орбиты и номинального размера Земли.
Поддержка ГНСС
Ключевые параметры навигационных приемников
Производители приемников используют различные методы уменьшения TTFF, включая скачивание и сохранения альманаха и эфемерид по беспроводным сетям передачи данных (т.н. метод Assisted GPS или A-GPS), это быстрее чем извлечение этих данных из сигналов ГНСС.
Холодный старт описывает ситуацию, когда приемнику нужно получение всей информации для определения места. Это может занять до 12 минут.
Теплый старт описывает ситуацию, когда у приемника есть почти вся необходимая информация в памяти, и он определит место в течении минуты.
Одним из ключевых параметров навигационных модулей в мобильных устройствах является энергопотребление. В зависимости от режима работы модуль потребляет различное количество энергии. Фаза поиска спутников (TTFF) характеризуется большим, а слежение меньшим энергопотреблением. Также производители реализуют различные схемы уменьшения энергопотребления, например, путем периодического перевода модуля в режим сна.
Как правило, все модули выдают данные по текстовому протоколу NMEA-0183, но кроме указанного текстового протокола каждый производитель имеет свой собственный двоичный протокол (Binary), который позволяет изменять конфигурацию модуля под конкретное использование либо получать доступ к дополнительному функционалу, а также доступ к сырым измерениям. Двоичный протокол удобен для использования на микроконтроллерах, т.к. при этом нет необходимости выполнять преобразование из текста в двоичные данные, тем самым экономя программную память путем исключения библиотеки работы со строками и времени на преобразование.
Стандарт NMEA-2000 — это развитие протокола NMEA-0183. В качестве физического уровня в NMEA-2000 используется CAN-шина, которая была выбрана в виду большей защищенности по сравнению с RS-232. С точки зрения протокола передачи данныхNMEA-2000 существенно отличается от своего предшественника, т.к. использует двоичный протокол, базирующийся на стандарте SAE J1939.
Частота обновления данных о местоположении и скорости всех модулей составляет 1 Гц, но при необходимости ее можно поднять до 5 или 10 Гц.
В зависимости от области применения модуль можно сконфигурировать под определенные динамические характеристики, которые он должен отслеживать (например, максимальное ускорение объекта). Это позволяет использовать оптимальный алгоритм и улучшать качество измерений.
Для выполнения навигационной задачи модуль должен одновременно принимать сигналы от нескольких спутников, т.е. иметь несколько приемных каналов. На сегодняшний день это число лежит в диапазоне от 12 до 88.
Точность определения местоположения по GPS составляет в среднем 15 м, она обусловлена используемым неточным сигналом, влиянием атмосферы на распространение радиосигнала, качеством кварцевых генераторов в приемниках и пр. Но с помощью корректирующих методов возможно улучшить точность определения местоположения. Эта технология называется Differential GPS. Существует два метода коррекции: наземный и спутниковый DGPS.
В наземных методах коррекции наземные станции дифференциальных поправок постоянно сверяют свое заведомо известное местоположение и сигналы от навигационных спутников. На базе этой информации вычисляются корректирующие величины, которые могут быть переданы с помощью УКВ- или ДВ-передатчика на мобильные DGPS-приемники в формате RTCM. На основании полученной информации потребитель может корректировать процесс определения собственного местоположения. Точность этого метода составляет 1—3 метра и зависит от расстояния до передатчика корректирующей информации и качества сигнала.
Спутниковые методы, такие как система WAAS (Wide Area Augmentation System), доступная в Северной Америке, и система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), доступная в Европе, шлют корректирующие данные с геостационарных спутников, таким образом достигается большая область приема, чем при наземных методах.
Спутниковые системы дифференциальной коррекции (SBAS — Space Based Augmentation Systems) позволяют улучшить точность, надежность и доступность навигационной системы за счет интеграции внешних данных в процессе расчета
Демонстрация принципа работы системы WAAS (Wide Area Augmentation System) на территории США
Одним из основных параметров, влияющих на точность определения местоположения и стабильность приема является чувствительность. Она, как правило, определяется качеством малошумящего усилителя на входе приемника и сложностью реализованных алгоритмов цифровой обработки. Типовые значения современных приемников лежат в диапазоне 143 дБм для поиска и 160 дБм для слежения.
Кроме определения местоположения ГНСС предоставляют информацию о точном времени. Как правило, все приемники имеют выход PPS (pulse per second, импульсов в секунду) — секундная метка (1 Гц), которая точно синхронизирована с временной шкалой UTC.
Дополнительные функции навигационных устройств
Счисление пути. На основе информации о направлении движения и пройденном пути (предоставляется дополнительными датчиками) приемник может рассчитывать свои координаты при отсутствии сигналов от спутников (например, в туннелях, на подземных стоянках и в плотной городской застройке).
Некоторые модули имеют возможность напрямую подключать флэш-память (например, по SPI) к модулю для записи трека c необходимой периодичностью. Эта функция позволяет отказаться от использования отдельного микроконтроллера, либо она может быть полезной для минимизации энергопотребления (т.е. система на кристалле может находиться в состоянии сна).
На этом поверхностный обзор технологий глобальной спутниковой навигации завершен. Спасибо за внимание. Примеры реализованных проектов на базе этих ГЛОНАСС и GPS можно посмотреть на странице разработок компании Promwad.
О пользе железа, или знакомство с GPS/ГЛОНАСС трекерами
Основное направление деятельности нашей компании – разработка ПО для спутникового мониторинга. В связи с чем мы вплотную сотрудничаем с производителями GPS/ГЛОНАСС оборудования. Поэтому мы решили поделиться опытом и выпустить цикл тематических статей, посвященных GPS/ГЛОНАСС трекерам, в которых расскажем, как классифицируем навигационное оборудование, и подробно рассмотрим технические особенности устройств, наиболее популярных среди пользователей нашего продукта.
Первая статья посвящена базовым понятиям: что такое GPS трекер, как он работает и каким бывает. Цель ‒ познакомить читателей с принципами работы навигационного оборудования и классификацией GPS трекеров по назначению и особенностям технической реализации.
Что такое GPS трекер?
Аппаратный трекер — устройство, предназначенное для удаленного контроля передвижения автотранспорта, людей и других объектов, на которых оно установлено. Для точного определения местоположения объекта трекеры используют спутниковую навигацию.
GPS трекеры могут быть как самостоятельным электронным устройством, так и соответствующим программным обеспечением.
Софт трекер – программное обеспечение, позволяющее использовать смартфоны, планшеты и другие приборы в качестве аппаратной платформы GPS трекера. Приложение получает доступ к штатному GPS приемнику, а обмен сообщениями с навигационным сервером осуществляется посредством GSM и Wi-Fi модуля портативного устройства. Примером софт трекера может служить мобильное приложение GPS Tag.
За счет отсутствия аппаратной части программные трекеры выигрывают по стоимости у своих электронных собратьев. Однако функциональные возможности трекера-программы значительно уступают специально разработанным электронным устройствам и ограничиваются в основном определением и передачей местоположения. Поэтому мы подробно остановимся именно на аппаратных устройствах.
Трекер состоит из нескольких компонентов:
Типы трекеров по назначению
Многообразие GPS трекеров можно условно разделить на несколько групп по назначению: мониторинг транспорта, персональный трекинг и мониторинг иных объектов.
Трекеры для мониторинга транспорта
По типу подключения трекера к бортовым системам автомобиля устройства делятся на несколько видов.
Для улучшения приема сигнала GPS и GSM могут использоваться внешние антенны.
Кроме этого, данный тип устройства позволяет подключать к нему различные типы дополнительных систем автомобиля, такие как датчик уровня топлива (ДУТ), электронные тахографы, видеорегистраторы, системы управления зажиганием, температурные датчики в салоне и кузове автомобиля, системы контроля технического состояния автомобиля (например, считыватели CAN шины) и т.д.
Настройка и конфигурация устройства могут осуществляться удаленно через загрузку прошивки и отправку управляющих команд.
Достоинства: такие трекеры многофункциональны и надежны. Немаловажным плюсом данного типа устройств является возможность скрытого монтажа.
Недостатки: трудоемкость монтажа и ремонта.
Приблизительная стоимость проводных трекеров, в зависимости от функциональных возможностей, составляет 3000-18000 руб.
Примером популярного GPS/ГЛОНАСС трекера может служить GALILEOSKY 3G v 5.1.
Производители GPS трекеров не упустили возможность использовать эти преимущества и разработали устройства, подключаемые напрямую к разъему OBD II.
Достоинства: такие трекеры имеют множество функций и легко монтируются в автомобиль.
Недостатки: невысокая точность определения координат (без использования внешних антенн). Также считывание данных со штатных датчиков автомобиля не всегда предоставляет полную и достоверную информацию. Например, для повышения точности контроля расхода топлива целесообразней использовать специально разработанные расходомеры, датчики уровня топлива и интегрировать их с «проводными» трекерами для передачи данных на сервер обработки.
Приблизительная стоимость OBDII трекеров составляет 1500-9000 руб.
Примером OBD II трекера может служить ATrack AX7.
Достоинства: данный тип трекеров имеет компактные размеры и легко устанавливается в авто.
Недостатки: нельзя «спрятать» устройство, т.е. нет возможности для скрытого монтажа, а значит, недобросовестные водители легко могут вывести трекер из строя.
Примером GPS/ГЛОНАСС трекера с питанием от прикуривателя может служить Gosafe G717.
Приблизительная стоимость трекеров с питанием от прикуривателя составляет 6000-30000 руб.
Важно понимать, что сам по себе, трекер ‒ довольно ограниченное в своих функциях устройство. Он способен лишь аккумулировать данные о местоположении и показатели датчиков, а затем отправлять их на сервер для дальнейшей обработки. Именно на этом этапе, в связке с программным обеспечением бесконечные единицы, нули и прочий набор символов преобразуется в понятную простому человеку информацию. Классическая схема «автомобильный трекер+ПО» используется во многих сферах бизнеса и обычной жизни.
Транспортные компании и курьерские службы. Система мониторинга (трекер+ПО) позволяет экспедиторам оперативно отслеживать перемещение грузов, следить за состоянием автомобиля и водителя посредством дополнительных датчиков. Кроме этого, система помогает предотвращать несанкционированные рейсы и сливы топлива недобросовестными водителями.
Службы такси. Данные сервиса мониторинга позволяют диспетчеру определить ближайший свободный автомобиль и проложить оптимальный маршрут для водителя с учетом оперативной информации о дорожной обстановке.
Сельскохозяйственные предприятия и дорожные службы. Возможности современных систем мониторинга позволяют следить за использованием сельскохозяйственной и строительной техники для контроля моточасов и предотвращения сливов топлива.
Охранные службы. GPS/ГЛОНАСС трекер подключается к бортовой системе сигнализации автомобиля. Владелец или оператор охранной службы может отследить местоположение угнанного автомобиля и при необходимости отправить сигнал на остановку двигателя.
Страховые компании. Для определения стиля вождения и расчета страховых коэффициентов, страховые компании все чаще используют данные с GPS трекеров, установленных на автомобилях клиентов. GPS трекер отправляет собранные данные (пробег, скорость, ускорение, средний расход топлива, данные об оборотах двигателя и др.) на сервер системы мониторинга. Далее программное обеспечение обрабатывает данную информацию и позволяет детально проанализировать стиль вождения. На основании результатов анализа страховой агент может выставить повышающие или понижающие коэффициенты в страховом полисе. К слову, трекеры, подключаемые напрямую к OBD II разъему, прекрасно подходят для этих целей.
Организаторы спортивных соревнований. Трекеры позволяют судьям и маршалам отследить точное местоположение и скорость участников ралли-рейдов, парусных регат и других соревнований. С помощью данных, получаемых от трекеров, можно определить лидеров, предотвратить мошенничество и оперативно отреагировать на сигнал SOS в экстренных ситуациях.
Персональные GPS трекеры
Персональные трекеры широко используются для мониторинга людей и домашних животных. Как правило, они имеют компактные размеры и обязательно автономный источник питания. Принцип работы персональных трекеров аналогичен работе автомобильных. Различия заключаются лишь в форме, размерах и возможностях для анализа данных внешних датчиков. Например, в персональный трекер могут быть интегрированы дополнительные сенсоры (пульсометр и др.).
Часто в качестве персональных GPS трекеров используются приложения для мобильных устройств.
В каких сферах используются персональные трекеры?
Наблюдение за мобильными сотрудниками компаний: курьеры, торговые агенты, командированные лица и т.д.
Наблюдение за маленькими детьми, престарелыми родственниками. Примером компактных персональных GPS трекеров для мониторинга малышей и пожилых людей является SkyPatrol TT8850.
Наблюдение за домашними животными. Отличаются наличием влагозащищенного ударопрочного корпуса, источником питания повышенной емкости для длительной автономной работы. Такие трекеры часто используются для контроля за выпасом племенного скота на обширных территориях. Также устройства данного типа часто интегрируются в ошейники для охотничьих собак или домашних питомцев для удобства их поиска. Примером трекера-ошейника может служить Rilla G19. Стоимость персональных трекеров стартует от 1000 рублей.
Наблюдение за дикими животными (GPS маяки). GPS маяки предназначены для контроля за миграциями диких животных, что очень важно для ученых и природоохранных организаций. Отличаются влагозащищенным ударопрочным корпусом. Такие устройства определяют свое местоположение и выходят на связь крайне редко, что позволяет достичь длительной автономности в работе (до нескольких лет) при компактных размерах девайса.
Туризм, активный отдых. Позволяют анализировать информацию о маршруте путешествий и тренировок, прикреплять фотографии и видео к географической точке маршрута. Кроме этого, в экстренной ситуации можно отправить данные о местоположении для служб спасения.
Трекеры для мониторинга грузов
Трекеры, используемые для мониторинга грузов, очень похожи на персональные, однако обладают некоторыми особенностями.
Наиболее часто данные устройства используются для мониторинга морских контейнеров. Такие трекеры должны обладать герметичным корпусом, емкой батареей и мощной внешней антенной (GPS и GSM), т. к. металлический корпус контейнера является серьезным препятствием для проникновения внешних сигналов.
Для контроля за важными почтовыми отправлениями могут использоваться компактные GPS маяки.
Мониторинг стационарных объектов
Помимо контроля подвижных объектов, GPS трекеры используются для мониторинга стационарных объектов. В этом случае данные о местоположении не играют важной роли. Тем не менее, сигнал со спутников GPS может использоваться для синхронизации времени. В остальном при мониторинге стационарных объектов в первую очередь важны данные датчиков, подключенных к трекеру. Эти данные обрабатываются программным обеспечением и визуализируются в виде таблиц, диаграмм и отчетов.
В этом обзоре мы дали краткое описание основных видов GPS трекеров и сфер, где они используются. В ближайшее время мы планируем опубликовать серию подробных технических обзоров популярных моделей трекеров, а также перспективных новинок на рынке оборудования для GPS мониторинга.
Система ГЛОНАСС что это и как работает
Что такое ГЛОНАСС сегодня знают многие. Но как именно работает эта система, для чего она предназначена и что необходимо для ее эффективного использования, часто остается «за скобками».
Расценивать систему ГЛОНАСС просто как систему спутниковой навигации — значит, предельно упрощать ее функционал. Сегодня она может использоваться не только военными (как это было изначально задумано), но и владельцами коммерческих предприятий, а также рядовыми автолюбителями.
Что такое ГЛОНАСС и как работает система?
ГЛОНАСС – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.
Принцип работы системы:
При постоянной работе терминала (т.е. регулярной отправке запросов и анализе ответов) система ГЛОНАСС может определять не только положение, но и скорость движения объекта. При движении точность позиционирования снижается, но все равно остается достаточной для того, чтобы навигационное оборудования могло выполнить привязку координат объекта к электронной карте местности и построить маршрут.
Сравнение с основным аналогом — системой GPS
Дать полный ответ на вопрос «Что такое ГЛОНАСС?» невозможно без сравнения его с «ближайшим конкурентом» — системой глобального позиционирования GPS. Работы над обеими системами начались в СССР и США примерно в одно время – в начале 80х годов прошлого века. После того как спутниковая навигация вышла из-под полного контроля военных и стала применяться в коммерческих целях, ГЛОНАСС и GPS развивались по достаточно схожим сценариям.
Обе системы работают на базе группировок из 24 спутников на геостационарных орбитах. Но есть у них и отличия:
Сложно говорить об однозначном преимуществе одной из двух описанных навигационных систем. Тем более что чаще всего оборудование для удаленного позиционирования делают комбинированным: оно может работать как со спутниками GPS, так и с аппаратурой ГЛОНАСС.
Сфера применения
Аппаратура и программное обеспечение, которое дает возможность определять местонахождение объекта с помощью спутниковой сети, может решать несколько задач.
Основная функция, которую выполняют бытовые терминалы ГЛОНАСС — глобальная навигация для транспорта. Такое оборудование представляет собой усовершенствованную карту: координаты, определённые терминалом, накладываются на план местности и показывают оптимальное направление движения к заданному пункту.
Кроме этого оборудование может использоваться:
Кроме непосредственного отслеживания перемещения техники диспетчер получает возможность контролировать соблюдение скоростного режима, режима труда/отдыха шофера, сохранности груза в холодильных отсеках рефрижераторов, уровня горючего в баках/цистернах. Для решения этих задач может устанавливаться дополнительное оборудование, которое подключается к разъемам терминала.
ГЛОНАСС для контроля транспорта
Если в сегменте систем навигации для водителей GPS традиционно остается более популярным, то ГЛОНАСС занимает более выгодную нишу в коммерческом сегменте. Связано это с активным развитием систем удаленного мониторинга транспорта.
Такие системы традиционно включают сеть ГЛОНАСС-терминалов, установленных на технике, и диспетчерское программное обеспечение. Внедрение мониторинга предусматривает его интеграцией с логистической схемой предприятия.
Основная задача – координация работы транспортного департамента и отслеживание движения автомобилей, перевозящих пассажиров или грузы, в режиме реального времени. Координаты каждой машины определяются по спутнику с установленным интервалом и накладываются на карту, потому диспетчер или руководитель департамента получает максимально объективную и оперативную информацию.
Кроме этого, мониторинг транспорта может использоваться для:
Что такое ЭРА ГЛОНАСС?
Система определения координат с помощь спутников ГЛОНАСС может решать и еще одну задачу – экстренное оповещение об аварии. Для этого в машину устанавливается терминал ЭРА-ГЛОНАСС (УВЭОС) с SIM-картой для работы в мобильной сети, и «тревожная кнопка» для вызова диспетчера.
Если машина оборудуется ЭРА-ГЛОНАСС при производстве или поставке в РФ, то кроме терминала с кнопкой вызова в нее устанавливаются также датчики, реагирующие на повреждения и автоматически подающие сигнал тревоги при ударе или перевороте.
Основная задача системы — оповестить экстренные службы (ДПС ГИБДД, МЧС, Скорую Помощь) о ДТП, передав им координаты места аварии и базовые сведения о машине и пассажирах. При этом сигнал о произошедшем принимает диспетчер колл-центра, он же передает полученные сведения спасательным службам.
Особенности работы экстренного информирования
Автоматическая работа системы минимизирует время между аварией и прибытием помощи на место происшествия. Это значительно снижает смертность на дорогах, потому что у Скорой Помощи и спасателей появляется больше времени на оказание квалифицированной помощи.
Надежность системы очень высока: терминалы снабжаются автономными источниками питания, и даже при обесточивании бортовой сети во время аварии они сохраняют работоспособность в течение минимум нескольких часов. Этого вполне хватает для определения координат, а также для связи с колл-центром.
SIM-карта, установленная в терминале, обеспечивает устойчивую связь с диспетчером везде, где есть покрытие мобильной сети. Для обеспечения надежной связи приборы комплектуются эффективными антеннами для сотовой связи и спутников ГЛОНАСС. Обычно при хорошем качестве сигнала данные передаются по GPRS (используется 3G модем), при проблемах со связью терминала может отправлять служебные SMS с основной информацией для экстренных служб.
И сам сеанс связи с диспетчером, и вызов помощи путем активации экстренного информирования спасательных служб полностью бесплатны.
УВЭОС обязательны к установке для всех автомобилей, которые выпускаются в обращение на территорию РФ. Но если новые машины оснащаются терминалами, тревожными кнопками и датчиками на производстве, то при импорте техники владелец обязан за свой счет установить ЭРА-ГЛОНАСС, иначе эксплуатировать машину в РФ будет невозможно.
Один из аргументов против оборудования автомобиля ЭРА-ГЛОНАСС – возможное отслеживание перемещения техники по спутниковой сети (т.е. незаконная передача личных данных спецслужбам) или прослушка салона. На практике же в терминалах не реализована функция трекинга, потому без ведома владельца отследить движение машины нельзя.
По информации производителей, терминал собирает и передает только такие данные:
Также службам спасения передается информация, полученная диспетчером при разговоре с водителем.
Сегодня ГЛОНАСС — это не просто навигатор, который позволит не потеряться на незнакомых дорогах. Возможности спутникового позиционирования куда шире, и воспользоваться ими может как рядовой автовладелец, так и руководитель коммерческого предприятия с обширным парком автомобилей.