GPS - система глобального позиціонування. (Лекція 7)

1. Тема 7. GPS - систе́ма глоба́льного позиціонува́ння

Лекція 7
Луцький Національний Технічний Університет
Інтернет-технології та телекомунікації в бізнесі
Тема 7. GPS - систе́ма
глоба́льного позиціонува́ння
Викладач:
к.т.н., доц. Герасимчук О.О.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

2. GPS система

Лекція 7
GPS система
GPS, Систе́ма глоба́ льного
позиціонува́ ння (англ. Global
Positioning System) — сукупність
супутників, обладнаних
радіочастотним приймальнопередавальним обладнанням та
запущених на замовлення
військового відомства — Управління
Оборони США, що
використовуються для визначення
розташування об'єкта на поверхні
Землі під час наведення ракет на
Рух GPS супутників Землі, наша
ціль та координації пересування
планета сама обертається.
підрозділів авіаційного, морського і
Зауважте, що в різний час
наземного базування.
кількість видимих супутників для
певної точки поверхні різна (для
прикладу взято 45° пн.ш.)
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

3. Принцип дії

Лекція 7
Принцип дії
GPS приймач обчислює власне положення, вимірюючи час,
коли було послано сигнал із GPS супутників. Кожен супутник
постійно надсилає повідомлення, в якому міститься інформація
про час відправки повідомлення, точку орбіти супутника, з якої
було надіслано повідомлення (ефемеріс), та загальний стан
системи і приблизні дані орбіт всіх інших супутників угрупування
системи GPS (альманах). Ці сигнали розповсюджуються зі швидкістю світла у всесвіті, та із трохи меншою швидкістю через
атмосферу. Приймач використовує час отримання повідомлення
для обчислення відстані до супутника, виходячи з якої, шляхом
застосування геометричних та тригонометричних рівнянь обчислюється положення приймача. Отримані координати перетворюються в більш наочну форму, таку як широта та довгота,
або положення на карті, та відображається користувачеві.
Знаючи відстань до трьох супутників, можна визначити
поточне місце розташування, як крапку перетин трьох кіл.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

4.

Лекція 7
Віддаль до супутників визначається простим рівнянням
R = t *с,
де t – час поширення
радіосигналу від супутника до
спостерігача,
с – постійна величина, рівна
швидкості світла.
Відповідно, знаючи час, за
який сигнал дійшов від
супутника до GPS приймача і,
помноживши її на швидкість
світла, можна визначити
відстань.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

5. Часова затримка

Лекція 7
Часова
затримка
Щоб визначити момент, в який сигнал був «відправлений» з
супутника, навігаційне повідомлення модулюється
«псевдошумовим» PRN-кодом, відповідним номеру супутника.
Аналогічна послідовність генерується в GPS приймачі в строгій
тимчасовій синхронізації з кодом супутника. Прийнятий з
супутника код порівнюється з кодом приймача, і визначається
«як давно» в приймачі згенерована схожа послідовність.
Виявлене таким чином зрушення одного коду по відношенню до
іншого відповідатиме часу проходження сигналом відстані від
супутника до приймача. Перевагою кодових посилок є те, що
виміри тимчасового зрушення можуть бути проведені у будьякий момент часу.
Варто відзначити, що для точного обчислення відстані
годинник GPS приймача і GPS супутника має бути синхронізовані
з високою точністю.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

6.

Лекція 7
Але якщо на GPS супутниках
встановлений атомний годинник, що
має дуже високу точність і вартість,
то в звичайних навігаторах GPS
використовуються недорогі кварцеві
генератори, які мають істотно
меншу точність. Тому для
обчислення «відходів» кварцу при
рішенні навігаційної задачі
використовуються виміри 4-го
супутника. Фактично, виходить
завдання з 4-мя невідомими –
координатами X, Y, Z і часом T.
Саме з цієї причини зміряну відстань
до супутників називають
«псевдодальністю», маючи на увазі,
що воно містить помилку пов'язану
з неточністю годинника. В даний
час, багатоканальні навігатори GPS
одночасно відстежують до 8-10
супутників, що дозволяє швидко
вирішити більшість
невизначеностей.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

7. Джерела помилок

Лекція 7
Джерела помилок
Можна виділити три категорії помилок:
Помилки системи
Помилки пов’язані з
поширенням навігаційного
сигналу
Помилки приймальної
апаратури.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

8. ГЛОНАСС

Лекція 7
ГЛОНАСС
ГЛОНАСС (Глобальна Навігаційна Супутникова Система) —
радіонавігаційна супутникова система Російської Федерації.
Координати визначаються за принципом, узятим за аналогією
американської системи глобального позиціонування GPS. Як
альтернатива обом системам у Європі розробляється система Галілео.
Супутники системи ГЛОНАСС стало розповсюджують (передають)
радіовипромінювання двох типів: навігаційний сигнал СТ діапазону L1
(1,6 ГГц) та навігаційний сигнал високої точності ВТ діапазонів L1 и L2
(1,2 ГГц).
В листопаді 2009 року було оголошено, що Науково-дослідний
інститут радіотехнічних вимірювань (Харків) та Російський науководослідний інститут космічного приборобудування (Москва) створять
спільне підприємство. Партнери створять систему супутникової
навігації заради обслуговування споживачив на території двух країн.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

9. Галілéо

Лекція 7
Галілéо
Галілéо (англ. Galileo) — проект супутникової системи
навігації Європейського Союзу та Європейської Космічної
Агенції, як альтернатива американській системі GPS та
російській ГЛОНАСС. Європейська система призначена для
вирішення навігаційних завдань для будь-яких рухомих
об'єктів з точністю менше одного метра. Крім країн
європейського співтовариства досягнуті домовленості на
участь в проекті з державами — Китай, Ізраїль, Південна
Корея і Україна. Крім того, ведуться переговори з
представниками Аргентини, Австралії, Бразилії, Чилі, Індії,
Малайзії і Росії. Очікується, що Галілео увійде до ладу в
2013, коли на орбіту буде виведено всі 30 запланованих
супутників (27 операційних і 3 резервних). Космічний
сегмент буде доповнений наземною інфраструктурою, що
включає два центри управління і глобальну мережу
передаючих і приймаючих станцій.
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

10. GPS тр́екер

Лекція 7
GPS тр́екер
GPS тр́екер (також GSM GPS трекер) – це приймальнопередавальний пристрій, який використовує дві системи:
Систему Глобального Позиціонування (англ. Global Positioning
System) для точного визначення місцезнаходження об’єкта та
систему стільникового зв'язку, задля передачі даних
місцезнаходження (через gprs, edge чи sms) до командного
центру.
Системи GPS-трекінгу використовуються для визначення
місцезнаходження автотранспорту, людей тощо.
Отримана інформація від GPS-трекера може передаватися:
в реальному часі (за допомогою каналів gprs, edge та інш.);
через певні інтервали;
тільки на sms запит (при цьому, координати трекеру
висилаються по sms на вказані заздалегідь номери).
Отримані координати співставляються комп’ютером з картами
багатьох типів (наприклад Google maps).
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

11. GPS тр́екер

Лекція 7
GPS тр́екер
©Герасимчук О.О., 2009
©www.elearning.lntu.info

12. Можливості використання трекерів включають:

Лекція 7
Можливості використання
трекерів включають:
Контроль за пересуванням транспорту. Наприклад,
транспортна компанія чи таксі-сервіс можуть встановити такий
пристрій на своїх автівках , отримуючи інформацію про час та
пройдений маршрут.
Пошук вкраденого авто. В деяких моделях є функція
дистанційної зупинки двигуна.
Спостереження за дітьми чи похилими людьми для контролю
пересування. При цьому у спостерігача, наприклад, батьків, є
можливість встановити зону, в якій може перебувати їх дитина.
При перетинанні заданої зони, на комп’ютер чи мобільний
телефон батьків буде висланий сигнал тривоги.
Спостереження за підлеглими. GPS-контроль допомагає
виявити маршрут пересування працівників. Це допомагає
оптимізувати робочий процес, знизити не цільове використання
робочого часу.
Деякі трекери, на сьогоднішній день, мають кнопку «SOS», яка
дозволяє людині відправити сигнал тривоги з точними
©Герасимчук О.О., 2009
координатами на декілька номерів у вигляді SMS повідомлення.
©www.elearning.lntu.info