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Satellite Navigation GPS Il constitue depuis longtemps une norme pour la création de systèmes de positionnement et est activement utilisé dans divers trackers et navigateurs. DANS Projets Arduino Le GPS est intégré à l'aide divers modules, qui ne nécessitent pas de connaissance des fondements théoriques. Mais un véritable ingénieur devrait être intéressé à comprendre le principe et le circuit Fonctionnement du GPS pour mieux comprendre les capacités et les limites de cette technologie.

Schéma de fonctionnement du GPS

Le GPS est satellite système de navigation, développé par le département américain de la Défense, qui détermine des coordonnées et une heure précises. Fonctionne partout sur Terre dans toutes les conditions météorologiques. Le GPS se compose de trois parties : les satellites, les stations sur Terre et les récepteurs de signaux.

L'idée de créer un système de navigation par satellite est née dans les années 50 du siècle dernier. Un groupe de scientifiques américains observant le lancement de satellites soviétiques a remarqué qu'à mesure que le satellite s'approche, la fréquence du signal augmente et diminue à mesure qu'il s'éloigne. Cela a permis de comprendre qu'il est possible de mesurer la position et la vitesse d'un satellite connaissant ses coordonnées sur Terre, et vice versa. Le lancement de satellites en orbite terrestre basse a joué un rôle important dans le développement du système de navigation. Et en 1973, le programme DNSS (NavStar) a été créé, dans le cadre de ce programme, des satellites ont été lancés sur une orbite terrestre moyenne. Nom Programme GPS reçu dans le même 1973.

Système GPS activé à l'heure actuelle Il est utilisé non seulement dans le domaine militaire, mais aussi à des fins civiles. Les domaines d'application du GPS sont nombreux :

• Communications mobiles ;
• Tectonique des plaques – suivi des fluctuations des plaques ;
• Détermination de l'activité sismique ;
• Suivi par satellite des transports – vous pouvez surveiller la position, la vitesse des transports et contrôler leur mouvement ;
• Géodésie - déterminer les limites exactes des parcelles terrestres ;
• Cartographie;
• Navigation;
• Jeux, géolocalisation et autres espaces de divertissement.

L'inconvénient le plus important du système peut être considéré comme l'incapacité de recevoir un signal dans certaines conditions. Les fréquences de fonctionnement du GPS sont en plage décimétrique flots Cela conduit au fait que le niveau du signal peut diminuer en raison de nuages ​​élevés et du feuillage dense des arbres. Sources radio, brouilleurs et, dans de rares cas, même orages magnétiques peut également interférer avec la transmission normale du signal. La précision de la détermination des données se détériorera dans les régions polaires, car les satellites s'élèvent bas au-dessus de la Terre.

Navigation sans GPS

Le principal concurrent du GPS est système russe GLONASS (navigation mondiale système satellitaire). Mon emploi à temps plein le système a débuté en 2010, des tentatives pour l'utiliser activement ont été faites depuis 1995. Il existe plusieurs différences entre les deux systèmes :

• Différents encodages - les Américains utilisent CDMA, pour le système russe, FDMA est utilisé ;
• Différentes tailles d'appareils - GLONASS en utilise davantage modèle complexe, par conséquent, la consommation d'énergie et la taille des appareils augmentent ;
• Placement et mouvement des satellites en orbite - le système russe offre une couverture plus large du territoire et une détermination plus précise des coordonnées et de l'heure.
• Durée de vie des satellites – Les satellites américains sont de meilleure qualité et durent donc plus longtemps.

En plus du GLONASS et du GPS, il existe d'autres systèmes de navigation moins populaires - le Galileo européen et le Beidou chinois.

Description du GPS

Comment fonctionne le GPS

Le système GPS fonctionne de la manière suivante : le récepteur de signal mesure le délai de propagation du signal du satellite au récepteur. À partir du signal reçu, le récepteur obtient des données sur la localisation du satellite. Pour déterminer la distance entre le satellite et le récepteur, le retard du signal est multiplié par la vitesse de la lumière.

D'un point de vue géométrique, le fonctionnement du système de navigation peut être illustré comme suit : plusieurs sphères, au milieu desquelles se trouvent des satellites, se croisent et l'utilisateur se trouve dedans. Le rayon de chaque sphère, respectivement égale à la distanceà ce satellite visible. Les signaux de trois satellites fournissent des informations sur la latitude et la longitude ; le quatrième satellite fournit des informations sur la hauteur d'un objet au-dessus de la surface. Les valeurs obtenues peuvent être réduites à un système d’équations à partir duquel les coordonnées de l’utilisateur peuvent être trouvées. Ainsi, pour obtenir une localisation précise, il faut effectuer 4 mesures de distances au satellite (si l'on exclut les résultats invraisemblables, trois mesures suffisent).

Les modifications des équations résultantes sont introduites par l'écart entre la position calculée et réelle du satellite. L’erreur qui en résulte est appelée éphéméride et varie de 1 à 5 mètres. L'interférence contribue également pression atmosphérique, humidité, température, influence de l'ionosphère et de l'atmosphère. La combinaison de toutes les erreurs peut amener l'erreur à 100 mètres. Certaines erreurs peuvent être éliminées mathématiquement.

Pour réduire toutes les erreurs, utilisez le différentiel Mode GPS. Dans celui-ci, le récepteur reçoit par canal radio toutes les corrections nécessaires aux coordonnées de station de base. La précision de mesure finale atteint 1 à 5 mètres. En mode différentiel, il existe 2 méthodes pour corriger les données reçues : la correction des coordonnées elles-mêmes et la correction des paramètres de navigation. La première méthode est peu pratique à utiliser, puisque tous les utilisateurs doivent travailler avec les mêmes satellites. Dans le second cas, la complexité de l'équipement de localisation lui-même augmente considérablement.

Existe nouvelle classe systèmes, ce qui augmente la précision des mesures à 1 cm. L'angle entre les directions des satellites a un impact énorme sur la précision. Avec un angle plus grand, l'emplacement sera déterminé avec une plus grande précision.

La précision des mesures peut être artificiellement réduite par le département américain de la Défense. Pour ce faire, installez sur les appareils de navigation mode spécial S/A – accès limité. Le mode a été développé à des fins militaires afin de ne pas donner à l'ennemi un avantage dans la détermination coordonnées exactes. Depuis mai 2000, le régime d'accès restreint a été aboli.

Toutes les sources d'erreur peuvent être divisées en plusieurs groupes :

• Erreur dans les calculs d'orbite ;
• Erreurs liées au récepteur ;
• Erreurs associées à de multiples réflexions du signal provenant d'obstacles ;
• Ionosphère, retards de signal troposphérique ;
• La géométrie des satellites.

Principales caractéristiques

Le système GPS comprend 24 satellites artificiels de la Terre, un réseau de stations de suivi au sol et des récepteurs de navigation. Les stations d'observation sont nécessaires pour déterminer et contrôler les paramètres orbitaux, calculer les caractéristiques balistiques, ajuster les écarts par rapport aux trajectoires de mouvement et contrôler les équipements à bord des engins spatiaux.

Caractéristiques des systèmes de navigation GPS:

• Nombre de satellites – 26, 21 principaux, 5 de réserve ;
• Nombre de plans orbitaux – 6 ;
• Altitude orbitale – 20 000 km ;
• La durée de vie des satellites est de 7,5 ans ;
• Fréquences de fonctionnement – ​​L1=1 575,42 MHz ; L2=12275,6 MHz, puissance 50 W et 8 W, respectivement ;
• La fiabilité de la détermination de la navigation est de 95 %.

Il existe plusieurs types de récepteurs de navigation : portables, fixes et aéronautiques. Les récepteurs sont également caractérisés par un certain nombre de paramètres :

• Nombre de canaux – les récepteurs modernes utilisent de 12 à 20 canaux ;
• Type d'antenne ;
• Disponibilité d'un support cartographique ;
• Type d'affichage ;
• Fonctionnalités supplémentaires ;
• Diverses caractéristiques techniques - matériaux, résistance, protection contre l'humidité, sensibilité, capacité de mémoire et autres.

Le principe de fonctionnement du navigateur lui-même est que l'appareil essaie tout d'abord de communiquer avec le satellite de navigation. Dès que la connexion est établie, l'almanach est transmis, c'est-à-dire des informations sur les orbites des satellites situés au sein du même système de navigation. La communication avec un seul satellite ne suffit pas pour obtenir une position précise, donc les satellites restants transmettent leurs éphémérides au navigateur, ce qui est nécessaire pour déterminer les écarts, les coefficients de perturbation et d'autres paramètres.

Démarrage à froid, à chaud et à chaud du navigateur GPS

Lorsque vous allumez le navigateur pour la première fois ou après une longue pause, une longue attente commence pour recevoir les données. Pendant longtemps L’attente est due au fait que l’almanach et les éphémérides sont manquants ou obsolètes dans la mémoire du navigateur, l’appareil doit donc effectuer une série d’actions pour obtenir ou mettre à jour les données. Le temps d'attente, ou temps dit de démarrage à froid, dépend de divers indicateurs - la qualité du récepteur, l'état de l'atmosphère, le bruit, le nombre de satellites dans la zone de visibilité.

Pour commencer à travailler, le navigateur doit :

• Trouver un satellite et établir le contact avec lui ;
• Recevez l'almanach et enregistrez-le en mémoire ;
• Recevez les éphémérides du satellite et enregistrez-les ;
• Trouvez trois autres satellites et établissez le contact avec eux, recevez-en des éphémérides ;
• Calculez les coordonnées à l’aide des éphémérides et des emplacements satellite.

Ce n'est qu'après avoir parcouru tout ce cycle que l'appareil commencera à fonctionner. Ce type de lancement s'appelle démarrage à froid.

Un démarrage à chaud est très différent d'un démarrage à froid. La mémoire du navigateur contient déjà l'almanach et les éphémérides actuellement pertinents. Les données de l'almanach sont valables 30 jours, les données des éphémérides sont valables 30 minutes. Il s'ensuit que l'appareil a été éteint pendant une courte période. Avec un démarrage à chaud, l'algorithme sera plus simple : l'appareil établit une connexion avec le satellite,, si nécessaire, met à jour les éphémérides et calcule la localisation.

Il y a un démarrage à chaud - dans ce cas, l'almanach est à jour, mais les éphémérides doivent être mises à jour. Cela prend un peu plus de temps que démarrage à chaud, mais nettement moins que le froid.

Restrictions sur l'achat et l'utilisation de modules GPS faits maison

La législation russe oblige les fabricants à réduire la précision de la détection du récepteur. Travailler avec une précision irréprochable ne peut être effectué que si l'utilisateur dispose d'une licence spécialisée.

Interdit dans Fédération de Russie Il existe des moyens techniques spéciaux conçus pour obtenir secrètement des informations (STS NPI). Il s'agit notamment des trackers GPS, qui sont utilisés pour un contrôle secret du mouvement des véhicules et d'autres objets. Le principal signe d'illégalité moyens techniques- son secret. Par conséquent, avant d'acheter un appareil, vous devez étudier attentivement ses caractéristiques, apparence, pour la disponibilité fonctions cachées, et consultez également les certificats de conformité requis.

Il est également important de savoir sous quelle forme l'appareil est vendu. Une fois démonté, l'appareil ne peut pas appartenir au STS NPI. Mais lors de la collecte appareil fini peut déjà être classé comme interdit.

La technologie GPS n'est pas seulement utilisée par les passionnés de voitures et les chauffeurs de taxi. Il est également populaire parmi les amateurs de plein air, les pêcheurs et les simples conducteurs. image active la vie et marcher/conduire constamment d'avant en arrière. Si quelqu'un a besoin de savoir où il se trouve, où se trouve l'emplacement dont il a besoin, à quelle vitesse il se déplace et dans combien de temps il atteindra son objectif, le GPS viendra à la rescousse.

La raison de la grande popularité de cette technologie réside dans les éléments suivants :

• la zone de couverture couvre la totalité globe;
• la technologie est utilisée non seulement dans les traceurs GPS sécurisés et coûteux, mais également dans les navigateurs GPS relativement bon marché pour les voitures et même dans les smartphones ;
• Il n'est pas nécessaire de payer pour utiliser le GPS.

En savoir plus sur ce qu'est le GPS

GPS est l'abréviation du concept anglais Global Positioning System, qui se traduit en russe par « système de positionnement global ». Ce projet a été conçu et mis en œuvre par l'armée américaine exclusivement à des fins militaires, mais est ensuite devenu largement utilisé pour les besoins civils.

La base du système GPS est constituée de 24 satellites de navigation NAVSTAR, qui composent réseau unique et situé sur l'orbite terrestre de telle manière qu'au moins 4 satellites soient accessibles depuis n'importe quel point du globe.

Performance système mondial le positionnement est surveillé depuis le sol par des stations d'observation situées dans les îles hawaïennes, dans la ville de Colorado Springs (Colorado), dans l'atoll de Kwajalein et sur les îles de l'Ascension et de Diego Garcia. Toutes les informations collectées par ces stations sont enregistrées puis transmises à poste de commandement, qui est situé sur la base aérienne de Shriver (Colorado). Ici, les informations de navigation et les orbites des satellites sont ajustées.

Les coordonnées du tracker GPS sont calculées selon le principe suivant. Un signal radio passe de chaque satellite de navigation vers un récepteur situé dans leur zone d'accès. Le retard de ce signal est mesuré, et à partir de ces mesures, la distance à chaque satellite est calculée. L'emplacement du récepteur est calculé en mesurant la distance qui le sépare de tous satellites disponibles(en géodésie cette méthode est appelée triangulation), dont les coordonnées sont connues et contenues dans les signaux qu'elles transmettent.

Le récepteur GPS est capable non seulement de déterminer son emplacement, mais également de calculer la vitesse de déplacement, le temps nécessaire pour atteindre l'endroit désigné et d'indiquer la direction. Mais cela ne s'applique déjà pas tant aux capacités du système GPS lui-même, mais logiciel navigateur.

À propos de l'histoire du GPS et des satellites de navigation

L'idée de créer un système navigation par satellite Les Américains ont pris feu dans les années 1950, lorsque le premier satellite artificiel de la Terre a été lancé en URSS. En 1973, le programme DNSS est lancé, rebaptisé plus tard Navstar-GPS, puis simplement GPS. Le premier satellite (test) a été mis en orbite en 1974.

Après la mise en orbite du premier satellite de navigation soviétique GLONASS (Global Navigation Satellite System) en 1982, le Congrès américain a alloué des fonds à l'armée américaine pour accélérer les travaux. Le premier satellite GPS opérationnel a été lancé en février 1978 et fonctionne en pleine force le système a débuté fin 1993, lorsque les 24 satellites ont pris place en orbite terrestre.

Chaque satellite de navigation pèse environ 900 à 1 000 kg et atteint 5 mètres de long avec les panneaux solaires déployés. Durée moyenne durée de vie du satellite - 10 ans. Passé ce délai, un nouveau est lancé pour remplacer le satellite épuisé.

À propos des récepteurs GPS

La vitesse de calcul des coordonnées lorsque le récepteur est allumé, sa sensibilité et sa précision de positionnement sont déterminées par le chipset dont il est équipé. Les chipsets pour appareils GPS sont fabriqués par plusieurs fabricants, mais le plus courant est SiRFstarIII de la technologie SiRf.

Les récepteurs équipés du chipset SiRfstarIII ont un temps de démarrage à froid court (quelques secondes) et peuvent recevoir simultanément les signaux de 20 satellites. Ils sont très sensibles et permettent de déterminer les coordonnées avec une grande précision.

Quelle est la différence entre le GPS et l'A-GPS

La liste des caractéristiques de certains smartphones indique la présence d'un module GPS, d'autres - A-GPS. En quoi ces modules sont-ils différents ?

Appareil avec GPS régulier- lors d'un démarrage à froid (lorsque le système de navigation n'a pas été utilisé depuis longtemps), le récepteur peut rechercher des satellites pendant une longue période - le temps d'attente atteint parfois 10 minutes ou plus. En effet, le récepteur GPS recherche les satellites sans connaître leur emplacement.

À en utilisant l'A-GPS l'appareil reçoit immédiatement une partie des informations nécessaires via le réseau GPRS/3G (trafic ne dépassant pas 10 Ko). Ainsi, A-GPS est un complément logiciel au récepteur GPS, qui réduit considérablement le temps nécessaire à la recherche des satellites lors d'un démarrage à froid. De plus, ce module complémentaire vous permet d'augmenter la précision de la localisation dans les zones avec signal faibleà partir des satellites.

Cependant, l'A-GPS présente un petit inconvénient. Contrairement au GPS, dont l'utilisation est totalement gratuite, l'A-GPS doit être payé selon le tarif fixé par votre fournisseur, car il consomme du trafic Internet (aussi petit soit-il).

Comme cela arrive souvent dans les projets de haute technologie, les initiateurs du développement et de la mise en œuvre du système GPS (Global Positioning System) positionnement global) est devenu militaire. Le projet d'un réseau satellitaire permettant de déterminer des coordonnées en temps réel partout sur le globe s'appelait Navstar (Système de navigation avec timing et télémétrie - système de navigation pour déterminer l'heure et la distance), tandis que l'abréviation GPS est apparue plus tard, lorsque le système a commencé à être utilisé. non seulement à des fins défensives, mais aussi à des fins civiles.

Les premières mesures visant à déployer un réseau de navigation ont été prises au milieu des années 70 et l'exploitation commerciale du système sous sa forme actuelle a commencé en 1995. Actuellement, 28 satellites sont en service, répartis uniformément sur des orbites à une altitude de 20 350 km (24 satellites suffisent pour une fonctionnalité complète).

En regardant un peu vers l'avenir, je dirai que c'est vrai point clé V Historique GPSétait la décision du président américain d'abolir à partir du 1er mai 2000 le régime dit d'accès sélectif (SA - disponibilité sélective) - une erreur artificiellement introduite dans signaux satellites pour un fonctionnement imprécis des récepteurs GPS civils. Désormais, le terminal amateur peut déterminer des coordonnées avec une précision de plusieurs mètres (auparavant l'erreur était de plusieurs dizaines de mètres) ! La figure 1 montre les erreurs de navigation avant et après la désactivation du mode d'accès sélectif (données).

Essayons de comprendre aperçu général, comment fonctionne le système de positionnement global, puis nous aborderons un certain nombre d'aspects utilisateur. Commençons notre réflexion par le principe de détermination de la portée, qui sous-tend le fonctionnement du système de navigation spatiale.

Algorithme de mesure de la distance du point d'observation au satellite.

La télémétrie est basée sur le calcul de la distance à partir du délai de propagation du signal radio du satellite au récepteur. Si vous connaissez le temps de propagation d'un signal radio, le chemin parcouru peut être facilement calculé en multipliant simplement le temps par la vitesse de la lumière.

Chaque satellite GPS génère en continu des ondes radio de deux fréquences : L1=1 575,42 MHz et L2=1 227,60 MHz. La puissance de l'émetteur est respectivement de 50 et 8 watts. Le signal de navigation est un code pseudo-aléatoire déphasé PRN (Pseudo Random Number code). Il existe deux types de PRN : le premier, le code C/A (Coarse Acquisition code) est utilisé dans les récepteurs civils, le second le code P (Precision code) est utilisé à des fins militaires, et aussi, parfois, pour résoudre des problèmes de géodésie et de cartographie. . La fréquence L1 est modulée à la fois par C/A et le code P, la fréquence L2 existe uniquement pour transmettre le code P. En plus de ceux décrits, il existe également un code Y, qui est un code P crypté (en temps de guerre, le système de cryptage peut changer).

La période de répétition du code est assez longue (par exemple, pour un code P elle est de 267 jours). Chaque récepteur GPS possède son propre générateur, fonctionnant à la même fréquence et modulant le signal selon la même loi que le générateur satellite. Ainsi, à partir du temps de retard entre des sections identiques du code reçues du satellite et générées indépendamment, il est possible de calculer le temps de propagation du signal, et, par conséquent, la distance au satellite.

L'une des principales difficultés techniques du procédé décrit ci-dessus est la synchronisation des horloges du satellite et du récepteur. Même une infime erreur par rapport aux normes ordinaires peut conduire à une énorme erreur dans la détermination de la distance. Chaque satellite transporte des données de haute précision horloge atomique. Il est clair qu'il est impossible d'installer un tel élément dans chaque récepteur. Par conséquent, pour corriger les erreurs de détermination des coordonnées dues à des erreurs dans l'horloge intégrée au récepteur, une certaine redondance dans les données nécessaires à un géoréférencement sans ambiguïté est utilisée (nous en parlerons un peu plus tard).

En plus des signaux de navigation eux-mêmes, le satellite transmet en permanence divers types d'informations de service. Le récepteur reçoit par exemple des éphémérides (données précises sur l'orbite du satellite), une prévision du retard de propagation d'un signal radio dans l'ionosphère (puisque la vitesse de la lumière change lorsqu'elle traverse les différentes couches de l'atmosphère), ainsi que des informations sur les performances du satellite (le soi-disant « almanach », qui est mis à jour toutes les 12,5 minutes, des informations sur l'état et les orbites de tous les satellites). Ces données sont transmises à 50 bps sur les fréquences L1 ou L2.

Principes généraux de détermination des coordonnées à l'aide du GPS.

L'idée de déterminer les coordonnées d'un récepteur GPS repose sur le calcul de la distance qui le sépare de plusieurs satellites dont la localisation est considérée comme connue (ces données sont contenues dans l'almanach reçu du satellite). En géodésie, la méthode de calcul de la position d'un objet en mesurant sa distance par rapport à des points ayant des coordonnées données est appelée trilatération. Fig2.

Si la distance A à un satellite est connue, alors les coordonnées du récepteur ne peuvent pas être déterminées (il peut être situé en tout point sur une sphère de rayon A décrite autour du satellite). Connaître la distance B du récepteur au deuxième satellite. Dans ce cas, il n'est pas non plus possible de déterminer les coordonnées - l'objet est situé quelque part sur un cercle (représenté en bleu sur la figure 2), qui est l'intersection de deux sphères. La distance C au troisième satellite réduit l'incertitude des coordonnées à deux points (indiqués par deux points bleus épais sur la figure 2). Cela suffit déjà pour déterminer sans ambiguïté les coordonnées - le fait est que des deux points possibles Localisation du récepteur, un seul est situé à la surface de la Terre (ou à proximité immédiate de celle-ci), et le second, faux, s'avère être soit profondément à l'intérieur de la Terre, soit très haut au-dessus de sa surface. Ainsi, théoriquement, pour une navigation tridimensionnelle, il suffit de connaître les distances du récepteur à trois satellites.

Cependant, dans la vie, tout n'est pas si simple. Les considérations ci-dessus ont été faites pour le cas où les distances du point d'observation aux satellites sont connues avec précision absolue. Bien entendu, aussi sophistiqués que soient les ingénieurs, une erreur se produit toujours (au moins en termes de synchronisation imprécise des horloges du récepteur et des satellites indiquée dans la section précédente, de la dépendance de la vitesse de la lumière sur l'état de l'atmosphère, etc.). Par conséquent, pour déterminer les coordonnées tridimensionnelles du récepteur, non pas trois, mais au moins quatre satellites sont impliqués.

Après avoir reçu un signal de quatre (ou plus) satellites, le récepteur recherche le point d'intersection des sphères correspondantes. S'il n'existe pas de tel point, le processeur récepteur commence à ajuster son horloge par approximations successives jusqu'à ce qu'il atteigne l'intersection de toutes les sphères en un point.

Il convient de noter que la précision de la détermination des coordonnées est associée non seulement au calcul précis de la distance entre le récepteur et les satellites, mais également à l'ampleur de l'erreur dans la spécification de l'emplacement des satellites eux-mêmes. Pour surveiller les orbites et les coordonnées des satellites, il existe quatre stations de suivi au sol, des systèmes de communication et un centre de contrôle contrôlé par le département américain de la Défense. Les stations de suivi surveillent en permanence tous les satellites du système et transmettent des données sur leurs orbites au centre de contrôle, où les éléments de trajectoire mis à jour et les corrections de l'horloge des satellites sont calculés. Les paramètres spécifiés sont inscrits dans l'almanach et transmis aux satellites, qui à leur tour envoient ces informations à tous les récepteurs en fonctionnement.

En plus de ceux répertoriés, il en existe bien d’autres systèmes spéciaux, augmentant la précision de la navigation - par exemple, des circuits spéciaux de traitement du signal réduisent les erreurs dues aux interférences (interaction d'un signal satellite direct avec un signal réfléchi, par exemple provenant de bâtiments). Nous n'entrerons pas dans les détails du fonctionnement de ces appareils, afin de ne pas compliquer inutilement le texte.

Après avoir annulé le mode d'accès sélectif décrit ci-dessus, les récepteurs civils sont « verrouillés sur le terrain » avec une erreur de 3 à 5 mètres (la hauteur est déterminée avec une précision d'environ 10 mètres). Les chiffres donnés correspondent à la réception simultanée d'un signal provenant de 6 à 8 satellites (la plupart appareils modernes disposer d'un récepteur à 12 canaux qui vous permet de traiter simultanément les informations de 12 satellites).

Le mode dit de correction différentielle (DGPS - Differential GPS) permet de réduire qualitativement l'erreur (jusqu'à plusieurs centimètres) dans la mesure des coordonnées. Le mode différentiel consiste à utiliser deux récepteurs : l'un est stationnaire en un point de coordonnées connues et est appelé « base », et le second, comme précédemment, est mobile. Les données reçues par le récepteur de base sont utilisées pour corriger les informations collectées par l'appareil mobile. La correction peut être effectuée aussi bien en temps réel que lors du traitement des données « hors ligne », par exemple sur un ordinateur.

En règle générale, comme base, on utilise un récepteur professionnel appartenant à une entreprise spécialisée dans la fourniture de services de navigation ou engagée dans la géodésie. Par exemple, en février 1998, près de Saint-Pétersbourg, la société NavGeoCom a installé la première station au sol GPS différentielle de Russie. La puissance d'émission de la station est de 100 watts (fréquence 298,5 kHz), ce qui permet d'utiliser le DGPS à une distance allant jusqu'à 300 km de la station par mer et jusqu'à 150 km par voie terrestre. En plus des récepteurs de base au sol, le système de service différentiel par satellite OmniStar peut être utilisé pour la correction différentielle des données GPS. Les données à corriger sont transmises à partir de plusieurs satellites géostationnaires entreprises.

Il convient de noter que les principaux clients de la correction différentielle sont les services géodésiques et topographiques - pour un utilisateur privé, le DGPS n'a pas d'intérêt en raison de coût élevé(le package de services OmniStar en Europe coûte plus de 1 500 $ par an) et l'encombrement de l'équipement. Et il est peu probable que des situations surviennent dans la vie quotidienne lorsque vous avez besoin de connaître votre absolu. coordonnées géographiques avec une erreur de 10-30 cm.

En conclusion de la partie traitant des aspects « théoriques » du fonctionnement du GPS, je dirai que la Russie, dans le cas de la navigation spatiale, a suivi sa propre voie et développe propre système GLONASS (Système mondial de navigation par satellite). Mais faute d’investissements adéquats, seuls sept satellites sur les vingt-quatre nécessaires sont actuellement en orbite. fonctionnement normal systèmes...

Brèves notes subjectives d'un utilisateur de GPS.

Il se trouve que j'ai découvert la possibilité de déterminer ma position à l'aide d'un appareil portable de la taille d'un téléphone portable en 1997 dans un magazine. Cependant, les merveilleuses perspectives dessinées par les auteurs de l'article ont été impitoyablement écrasées par le prix de l'appareil de navigation indiqué dans le texte - près de 400 dollars !

Un an et demi plus tard (en août 1998), le destin m'a amené dans un petit magasin de sport de la ville américaine de Boston. Imaginez ma surprise et ma joie lorsque, sur l'une des fenêtres, j'ai accidentellement remarqué plusieurs navigateurs différents, dont le plus cher coûtait 250 $ (des modèles simples étaient proposés à 99 $). Bien sûr, je ne pouvais plus quitter le magasin sans l'appareil, j'ai donc commencé à torturer les vendeurs sur les caractéristiques, les avantages et les inconvénients de chaque modèle. Je n’ai rien entendu d’intelligible de leur part (et pas du tout parce que je ne connais pas bien l’anglais), j’ai donc dû le découvrir moi-même. Et en conséquence, comme cela arrive souvent, les plus avancés et modèle cher- Garmin GPS II+, ainsi qu'un étui spécial et un cordon d'alimentation provenant de la prise allume-cigare de la voiture. Le magasin avait deux autres accessoires pour mon appareil actuel : un dispositif pour monter le navigateur sur un guidon de vélo et un cordon pour se connecter à un PC. J'ai longtemps joué avec ce dernier, mais j'ai finalement décidé de ne pas l'acheter en raison de son prix élevé (un peu plus de 30$). Comme il s'est avéré plus tard, je n'ai pas acheté le cordon tout à fait correctement, car toute l'interaction de l'appareil avec l'ordinateur se résume à « estomper » l'itinéraire parcouru dans l'ordinateur (ainsi que, je pense, les coordonnées en temps réel , mais il existe certains doutes à ce sujet), et même alors sous réserve de l'achat d'un logiciel chez Garmin. Malheureusement, il n'existe aucune option permettant de charger des cartes sur l'appareil.

Donner description détaillée Je n'aurai pas mon propre appareil, ne serait-ce que parce qu'il est déjà arrêté (ceux qui souhaitent se familiariser avec les spécifications techniques détaillées peuvent le faire). Je noterai seulement que le poids du navigateur est de 255 grammes, les dimensions sont de 59x127x41 mm. Grâce à sa section triangulaire, l'appareil est extrêmement stable sur une table ou un tableau de bord de voiture (du velcro est inclus pour un maintien plus sûr). L'alimentation est fournie par quatre Piles AA AA (ils ne suffisent que pour 24 heures de fonctionnement continu) ou une source externe. Je vais essayer de parler des principales capacités de mon appareil, qui, je pense, possède la grande majorité des navigateurs du marché.

À première vue, le GPS II+ peut être confondu avec téléphone mobile, sorti il ​​y a quelques années. Dès qu'on y regarde de plus près, on remarque une antenne inhabituellement épaisse, un écran immense (56x38 mm !) et un petit nombre de touches, par rapport aux normes téléphoniques.

Lorsque vous allumez l'appareil, le processus de collecte d'informations provenant des satellites commence et une simple animation (un globe en rotation) apparaît à l'écran. Après l'initialisation initiale (qui prend quelques minutes dans un endroit ouvert), une carte du ciel primitive avec des chiffres apparaît à l'écran. satellites visibles, et à côté se trouve un histogramme indiquant le niveau du signal de chaque satellite. De plus, l'erreur de navigation est indiquée (en mètres) - plus l'appareil voit de satellites, plus les coordonnées seront bien sûr précises.

L'interface GPS II+ est construite sur le principe du « tournage » des pages (il existe même un bouton PAGE spécial pour cela). La « page satellite » a été décrite ci-dessus, et à côté d'elle, il existe une « page de navigation », une « carte », une « page de retour », une « page de menu » et bien d'autres. Il convient de noter que l'appareil décrit n'est pas russifié, mais même avec une mauvaise connaissance de l'anglais, vous pouvez comprendre son fonctionnement.

La page de navigation affiche : les coordonnées géographiques absolues, la distance parcourue, la vitesse instantanée et moyenne, l'altitude, le temps de trajet et, en haut de l'écran, une boussole électronique. Il faut dire que l'altitude est déterminée avec une erreur bien plus grande que deux coordonnées horizontales (il y a même une note particulière à ce sujet dans le manuel d'utilisation), ce qui ne permet pas d'utiliser le GPS, par exemple, pour déterminer l'altitude par les parapentistes. . Mais la vitesse instantanée est calculée de manière extrêmement précise (notamment pour les objets en mouvement rapide), ce qui permet d'utiliser l'appareil pour déterminer la vitesse des motoneiges (dont les compteurs de vitesse ont tendance à mentir de manière significative). Je peux donner" mauvais conseil" - après avoir loué une voiture, éteignez son compteur de vitesse (pour qu'il compte moins de kilomètres - après tout, le paiement est souvent proportionnel au kilométrage), et déterminez la vitesse et la distance parcourue à l'aide du GPS (heureusement, il peut mesurer à la fois en miles et en kilomètres).

La vitesse moyenne de déplacement est déterminée à l'aide d'un algorithme quelque peu étrange - le temps d'inactivité (lorsque la vitesse instantanée est nulle) n'est pas pris en compte dans les calculs (plus logique, à mon avis, il serait simplement de diviser la distance parcourue par temps total voyages, mais les créateurs du GPS II+ ont été guidés par d'autres considérations).

La distance parcourue est affichée sur la « carte » (la mémoire de l'appareil dure 800 kilomètres - avec plus de kilométrage, les marques les plus anciennes sont automatiquement effacées), ainsi si vous le souhaitez, vous pouvez voir le schéma de vos pérégrinations. L'échelle de la carte varie de quelques dizaines de mètres à des centaines de kilomètres, ce qui est sans aucun doute extrêmement pratique. Le plus remarquable est que la mémoire de l'appareil contient les coordonnées du principal colonies dans le monde entier! Les États-Unis, bien sûr, sont présentés plus en détail (par exemple, toutes les zones de Boston sont présentes sur la carte avec leurs noms) que la Russie (l'emplacement de seules des villes telles que Moscou, Tver, Podolsk, etc. est indiqué ici). Imaginez, par exemple, que vous vous rendiez de Moscou à Brest. Recherchez « Brest » dans la mémoire du navigateur, appuyez sur le bouton spécial « GO TO », et la direction locale de votre déplacement apparaît à l'écran ; direction globale vers Brest ; le nombre de kilomètres (en ligne droite, bien sûr) restant jusqu'à la destination ; vitesse moyenne et l'heure d'arrivée estimée. Et ainsi partout dans le monde – même en République tchèque, même en Australie, même en Thaïlande…

Non moins utile est la fonction dite de retour. La mémoire de l'appareil vous permet d'enregistrer jusqu'à 500 points clés (waypoints). L'utilisateur peut nommer chaque point à sa discrétion (par exemple, DOM, DACHA, etc.), et diverses icônes sont également fournies pour afficher des informations sur l'écran. En activant la fonction de retour à un point (n'importe lequel des points préenregistrés), le propriétaire du navigateur reçoit les mêmes capacités que dans le cas de Brest décrit ci-dessus (c'est-à-dire la distance jusqu'au point, l'heure d'arrivée estimée et tout le reste ). Par exemple, j'ai eu un tel cas. Arrivés à Prague en voiture et installés dans un hôtel, mon ami et moi sommes allés au centre-ville. Nous avons laissé la voiture sur le parking et sommes allés nous promener. Après trois heures de marche sans but et un dîner dans un restaurant, nous avons réalisé que nous n'avions absolument aucun souvenir de l'endroit où nous avions laissé la voiture. Il fait nuit dehors, nous sommes dans une des petites rues ville inconnue... Heureusement, avant de quitter la voiture, j'ai enregistré sa localisation dans le navigateur. Maintenant, après avoir appuyé sur quelques boutons de l'appareil, j'ai découvert que la voiture était garée à 500 mètres de nous et après 15 minutes, nous écoutions déjà de la musique douce alors que nous nous dirigions vers l'hôtel en voiture.

En plus de se déplacer vers une marque enregistrée en ligne droite, ce qui n'est pas toujours pratique en ville, Garmin propose la fonction TrackBack - revenant sur votre propre chemin. En gros, la courbe de mouvement est approximée par un certain nombre de sections droites et des marques sont placées aux points de rupture. Sur chaque tronçon droit, le navigateur conduit l'utilisateur jusqu'au repère le plus proche, et une fois atteint, il passe automatiquement au repère suivant. Exclusivement fonction pratique lorsque vous conduisez une voiture dans une zone inconnue (le signal des satellites, bien sûr, ne traverse pas les bâtiments, donc pour obtenir des données sur vos coordonnées dans des conditions densément bâties, vous devez rechercher un endroit plus ou moins ouvert ).

Je n'entrerai pas plus loin dans la description des capacités de l'appareil - croyez-moi, en plus de celles décrites, il possède également de nombreux gadgets agréables et nécessaires. Le simple fait de changer l'orientation de l'affichage en vaut la peine - vous pouvez utiliser l'appareil à la fois en position horizontale (voiture) et verticale (piéton) (voir Fig. 3).

Je considère que l'un des principaux avantages du GPS pour l'utilisateur est l'absence de frais d'utilisation du système. J'ai acheté l'appareil une fois et j'en profite !

Conclusion.

Je pense qu'il n'est pas nécessaire d'énumérer les domaines d'application du système de positionnement global considéré. Les récepteurs GPS sont intégrés aux voitures, aux téléphones portables et même aux montres ! Récemment, je suis tombé sur un message concernant le développement d'une puce combinant un récepteur GPS miniature et Module GSM- il est proposé d'équiper les colliers pour chiens de dispositifs basés sur celui-ci, afin que le propriétaire puisse facilement localiser un chien perdu via un réseau cellulaire.

Mais dans chaque baril de miel il y a une mouche dans la pommade. Dans ce cas, les lois russes jouent le rôle de ces dernières. Je n'entrerai pas dans les détails aspects juridiques l'utilisation de navigateurs GPS en Russie (on peut trouver quelque chose à ce sujet), je noterai seulement que théoriquement les appareils de navigation de haute précision (qui, sans aucun doute, sont même des récepteurs GPS amateurs) sont interdits dans notre pays, et leurs propriétaires le feront s'expose à la confiscation de l'appareil et à une amende considérable.

Heureusement pour les utilisateurs, en Russie, la sévérité des lois est compensée par le caractère facultatif de leur mise en œuvre - par exemple, il voyage à Moscou quantité énorme limousines avec antenne lave-glace pour récepteurs GPS sur le couvercle du coffre. Tous les navires maritimes plus ou moins sérieux sont équipés de GPS (et toute une génération de plaisanciers a déjà grandi qui ont du mal à s'orienter à l'aide d'une boussole et d'autres moyens de navigation traditionnels). J'espère que les autorités ne nous mettront pas des bâtons dans les roues progrès technique et dans un avenir proche, ils légaliseront l'utilisation des récepteurs GPS dans notre pays (ils ont annulé les permis pour les téléphones portables), et donneront également le feu vert à la déclassification et à la réplication cartes détaillées terrain nécessaire à la pleine utilisation des systèmes de navigation automobile.

"GPS" dans la liste caractéristiques techniques les comprimés sont déjà pris pour acquis. Et aucun modèle moderne ne peut s'en passer. Seuls les modules GPS peuvent être différents types, et donc ils offrent des fonctions différentes. Quelles sont les différences et quoi de mieux choisir ?

Ainsi, l'A-GPS (Assisted Global Positioning System), une technologie qui a modernisé le GPS conventionnel, en l'améliorant à certains égards. A-GPS vous permet de déterminer rapidement l'emplacement de l'appareil, tout en consommant moins d'énergie. De plus, avec l'A-GPS, le signal peut être capté dans des zones difficiles d'accès, par exemple à l'intérieur, dans les rues bondées d'une métropole et même dans les tunnels. Comment?

Technologies

Le temps qu'il faudra pour déterminer votre emplacement dépend de l'actualité de l'almanach stocké dans le récepteur et des éphémérides. L'almanach est transmis via un signal GPS et représente des informations globales sur les paramètres des orbites des satellites. Le deuxième type de données (éphémérides) est un ajustement des paramètres de l'horloge, ainsi que des orbites des satellites, sans lesquels il serait impossible de déterminer les coordonnées. Les éphémérides sont transmises de manière cyclique : toutes les 30 secondes, les satellites envoient des données aux récepteurs.

Lorsque vous utilisez un récepteur GPS classique, la vitesse de détermination de la localisation dépendra de la durée pendant laquelle il est resté éteint : plus vous étiez hors de contact, plus plus d'informations il faudra assembler le module pour ne pas se tromper dans les calculs. Ainsi, 6 heures d'inactivité vous feront attendre environ une minute, et plusieurs jours « hors ligne » nécessiteront jusqu'à 12 minutes.

Il existe des démarrages GPS « à froid », « à chaud » et « à chaud », en fonction de l'actualité de l'almanach et des éphémérides.

Un module GPS classique reçoit ces données directement des satellites, tandis que l'A-GPS fonctionne via des « intermédiaires ».

L'essence des changements

En plus du temps d'attente, un GPS classique nécessite également une consommation d'énergie considérable. C'est pourquoi, enterré dans Google Cartes Vous ne remarquerez peut-être même pas à quel point la batterie est faible. A-GPS résout ces deux problèmes, mais seulement à une condition très importante : si vous avez accès à Internet. Sans communication avec un serveur distant qui fournit des données à la tablette, les algorithmes A-GPS ne fonctionneront hélas pas.

Pour les tablettes équipées d'une carte 3G et les phablettes équipées d'une carte SIM, des stations de base sont utilisées, grâce auxquelles la précision de localisation peut atteindre 20 m. Plus il y a de stations de base dans la zone (ce qui est typique des grandes villes), plus la précision est grande. les données du navigateur le seront. C'est grâce à eux que le module est capable de recevoir si rapidement des données sur la localisation de votre appareil.

Comparaison

Logiquement, l’A-GPS est meilleur qu’un module GPS classique : la précision de détermination des coordonnées de la tablette, la vitesse de traitement des données et la consommation modérée de la batterie auraient dû rendre cette technologie omniprésente. Cependant, l'A-GPS est un phénomène courant parmi tablettes économiques(surtout ceux fabriqués en Chine), tandis que modèles phareséquipé d'un GPS classique. Quel est le piège ?

Comme mentionné ci-dessus, Technologie A-GPS nécessite une connexion à un réseau opérateur - toutes les tablettes ne disposent pas d'un emplacement pour les cartes SIM et ne sont pas toujours à portée ouvrir le Wi-Fi. De plus, le calcul de la localisation à l’aide de l’A-GPS implique toujours le trafic. Oui, c'est insignifiant et certains opérateurs fournissent gratuitement les données nécessaires à la navigation, mais il y a toujours le risque de payer pour l'envie de savoir où l'on se trouve.

Modèles et prix

Si vous envisagez d'utiliser plus que le Wi-Fi et êtes prêt à payer les factures pour la 3G, vous pouvez opter en toute sécurité pour des modèles avec A-GPS. Avoir une carte SIM change la donne : vous obtenez un appareil plein d’avantages. Par exemple, Apple iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular : le système de navigation fonctionne rapidement et correctement.

Ou un autre exemple : dans certaines configurations le même Asus Bloc-notes 7 est livré avec A-GPS, mais il n’y a pas d’emplacement pour carte SIM. Le modèle est l'un des plus abordables dans sa catégorie de puissance, mais il ne peut déterminer votre emplacement que si Wi-Fi disponible. Donc, disons, ce n'est certainement pas adapté à une voiture en tant que navigateur.

Attention, la part du lion des boutiques en ligne ne précise pas quel module se trouve dans telle ou telle tablette : il y a une « coche » à côté du GPS - et c'est tout. Si vous n'avez pas à vous soucier des tablettes de marque, « GPS » dans la liste des caractéristiques techniques désigne le module GPS. Vous devez être prudent avec les « employés de l'État » - vous pouvez acheter quelque chose qui n'est absolument pas ce dont vous avez besoin.

il y a 2 ans