gps navigáció mit. GPS okostelefonban: mi ez és hogyan működik? Mikor váltja fel a "Flying Gondola" a normál repülőgépet?

Ez egy számítógép és egy vevő egy közös tokban. A vevő a pályán lévő műholdak jeleit veszi, a számítógép pedig dekódolja ezeket a jeleket, és jelzi a vevő helyét. A GPS-t 1977-ben indították el. Magának a programnak a fejlesztői – az amerikaiak – indították el. A GPS-rendszert 1983-ig csak a katonaság használta, ezt követően vált elérhetővé a hétköznapi emberek számára is.

Sok GPS-navigátor-tulajdonos észrevette, hogy olyan helyeken, ahol sok magas építmény és épület található, a készülék meglehetősen hosszú ideig keresi a műholdakat. A probléma megoldása az A-GPS rendszer volt.

Fontolja meg, mi az A-GPS, és mikor van rá szükség.

Tekintettel arra, hogy ez a rendszer meglehetősen fiatal (debütálása 2001-ben volt), jelenleg aktuális az a kérdés, hogy mi az A-GPS. A GPS-hez hasonlóan az Egyesült Államokban fejlesztették ki. Az A-GPS egy olyan rendszer, amely felgyorsítja a GPS-vevő munkáját a pozíció meghatározásában. Ez a rendszer a cellatornyokból kiinduló jelet használja fel, minél jobban láthatóak ezeknek a tornyoknak az eszközei, annál pontosabb a távolság meghatározása. Az A-GPS minden egyes kezdeti műholdakereséskor speciális szervereken keresztül biztosítja a navigátor számára a legközelebbi műholdak helyét. Tanulja meg, mi az A-GPS , világossá válik, hogy segítségével a GPS-navigátor munkája sokkal hatékonyabb lesz. Két készülék közös munkájának köszönhetően ugyanis időnként felgyorsul a helymeghatározás.

Miután eldöntötte, mi az A-GPS és a GPS-navigátor, figyeljen a GPS-követőre. Ezt az eszközt arra tervezték, hogy műholdon keresztül figyelje egy objektum mozgását, amelyre ez a kis elektronikus eszköz van „telepítve”. A GPS nyomkövető egyfajta "bug", amely könnyen elrejthető például egy autóban, és így nyomon követheti ennek az objektumnak az összes további mozgását.

A GPS nyomkövető alapvetően 2 eszközt tartalmaz: egy GPS-vevőt és egy GSM-modemet. Segítségével meg tudja határozni a mozgás és a sebesség koordinátáit, majd ezeket az adatokat a GPRS csatornán (celluláris kommunikáción keresztül) továbbítja a megfigyelőnek.

Miután cikkünkből mindent megtudott a navigátorokról, biztonságosan megvásárolhatja ezt az eszközt, mert egy modern városban, különösen akkor, ha ez a technológia nélkül egyszerűen lehetetlen.

Ahogy az a high-tech projekteknél lenni szokott, a GPS (Global Positioning System – globális helymeghatározó rendszer) fejlesztésének és bevezetésének kezdeményezője a katonaság volt. A világ bármely pontján valós idejű koordináták meghatározására szolgáló műholdhálózati projektet Navstarnak (Navigációs rendszer időzítéssel és időzítéssel - navigációs rendszer az idő és hatótávolság meghatározására) hívták, míg a GPS rövidítés később jelent meg, amikor a rendszert nem csak használni kezdték. védelemben, de civil célokra is.

A navigációs hálózat kiépítésének első lépései a hetvenes évek közepén történtek, míg a rendszer kereskedelmi üzemeltetése jelenlegi formájában 1995-ben kezdődött. Jelenleg 28 műhold üzemel, egyenletesen elosztva a 20 350 km magasságú pályákon (24 műhold elegendő a teljes körű működéshez).

Kicsit előre futva elmondom, hogy a GPS történetének igazán kulcsfontosságú pillanata volt az Egyesült Államok elnökének döntése, mely szerint 2000. május 1-jétől megszüntette az úgynevezett szelektív hozzáférési (SA - szelektív elérhetőség) rendszert. műholdjelekbe mesterségesen bevitt hiba a polgári GPS-vevők pontatlan működése miatt. Az amatőr terminál mostantól több méteres pontossággal tudja meghatározni a koordinátákat (korábban több tíz méter volt a hiba)! Az 1. ábra a navigáció hibáit mutatja a szelektív hozzáférési mód letiltása előtt és után (adatok ).

Próbáljuk meg általánosságban megérteni a globális helymeghatározó rendszer működését, majd érintsünk meg néhány felhasználói szempontot. A mérlegelés a hatótávolság meghatározásának elvével kezdődik, amely az űrnavigációs rendszer működésének alapja.

Algoritmus a megfigyelési pont és a műhold közötti távolság mérésére.

A hatótávolság a rádiójel műholdtól a vevőig terjedő terjedésének késleltetése közötti távolság kiszámításán alapul. Ha ismeri egy rádiójel terjedési idejét, akkor könnyen kiszámíthatja a megtett utat, egyszerűen megszorozva az időt a fénysebességgel.

A GPS rendszer minden műholdja folyamatosan két frekvenciájú rádióhullámokat generál - L1=1575,42MHz és L2=1227,60MHz. Az adó teljesítménye 50, illetve 8 watt. A navigációs jel egy fáziseltolásos PRN-kód (pszeudo-véletlenszámú kód). A PRN kétféle: az első, C / A-kód (durva adatgyűjtési kód - durva kód) polgári vevőkészülékekben használatos, a második P-kód (precíziós kód - pontos kód) katonai célokra szolgál, és esetenként geodéziai és térképészeti problémák megoldására. Az L1 frekvencia C/A és P-kóddal is modulált, az L2 frekvencia csak a P-kód továbbítására létezik. A leírtakon kívül van még egy Y-kód, ami egy titkosított P-kód (háborús időben a titkosítási rendszer változhat).

A kódismétlési periódus meglehetősen hosszú (például egy P-kódnál 267 nap). Minden GPS-vevőnek saját oszcillátora van, amely ugyanazon a frekvencián működik, és ugyanazon törvény szerint modulálja a jelet, mint a műhold oszcillátora. Így a műholdról vett és egymástól függetlenül generált kód ugyanazon szakaszai közötti késleltetési időből ki lehet számítani a jel terjedési idejét, és ennek következtében a műholdtól való távolságot.

A fent leírt módszer egyik fő technikai nehézsége a műhold és a vevő óráinak szinkronizálása. A közönséges szabványok szerint még egy apró hiba is hatalmas hibához vezethet a távolság meghatározásában. Minden műhold egy nagy pontosságú atomórát hordoz a fedélzetén. Nyilvánvaló, hogy lehetetlen minden vevőegységbe ilyet telepíteni. Ezért a vevőbe épített óra hibáiból adódó koordináta-meghatározási hibák kijavítása érdekében némi redundanciát alkalmaznak a terephez való egyértelmű kötéshez szükséges adatokban (erről később).

Magukon a navigációs jeleken kívül a műhold folyamatosan továbbít különféle szolgáltatási információkat. A vevő fogadja például az efemeriszeket (pontos adatokat a műhold pályájáról), a rádiójel ionoszférában való terjedési késleltetésének előrejelzését (mivel a fénysebesség megváltozik, amikor áthalad a légkör különböző rétegein), valamint információk a műhold teljesítményéről (az úgynevezett "almanach", amely 12,5 percenként frissítéseket tartalmaz az összes műhold állapotáról és pályájáról). Ezeket az adatokat 50 bit/s sebességgel továbbítják L1 vagy L2 frekvencián.

A koordináták GPS segítségével történő meghatározásának általános elvei.

A GPS-vevő koordinátáinak meghatározásának ötletének alapja az, hogy kiszámítsák a távolságot több műholdtól, amelyek helyét ismertnek tekintik (ezeket az adatokat a műholdról kapott almanach tartalmazza). A geodéziában trilaterációnak nevezik azt a módszert, amikor egy objektum helyzetét úgy számítják ki, hogy megmérik a távolságát adott koordinátákkal. 2. ábra.

Ha ismert az A távolság egy műholdtól, akkor a vevő koordinátái nem határozhatók meg (a műhold körül leírt A sugarú gömb bármely pontján elhelyezhető). Legyen ismert a vevő B távolsága a második műholdtól. Ebben az esetben a koordináták meghatározása sem lehetséges - az objektum valahol egy körön van (a 2. ábrán kékkel látható), amely két gömb metszéspontja. A C távolság a harmadik műholdtól két pontra csökkenti a koordináták bizonytalanságát (ezt a 2. ábrán két félkövér kék pont jelzi). Ez már elegendő a koordináták egyértelmű meghatározásához - tény, hogy a vevő két lehetséges helye közül csak az egyik van a Föld felszínén (vagy annak közvetlen közelében), a második pedig hamis. vagy mélyen a Föld belsejében, vagy nagyon magasan a felszín felett. Így elméletileg a háromdimenziós navigációhoz elegendő ismerni a vevő és három műhold közötti távolságot.

Az élet azonban nem ilyen egyszerű. A fenti megfontolások arra az esetre vonatkoztak, amikor a megfigyelési pont és a műholdak távolsága abszolút pontossággal ismert. Természetesen bármilyen kifinomult mérnökök is, mindig történik valamilyen hiba (legalábbis az előző részben jelzett vevő és műholdórák pontatlan szinkronizálása, a fénysebesség légköri állapottól való függése stb. .). Ezért a vevő háromdimenziós koordinátáinak meghatározásához nem három, hanem legalább négy műhold vesz részt.

Miután négy (vagy több) műholdról vett jelet, a vevő megkeresi a megfelelő gömbök metszéspontját. Ha nincs ilyen pont, a vevőprocesszor elkezdi korrigálni az óráját egymást követő közelítésekkel, amíg el nem éri az összes gömb metszéspontját egy ponton.

Meg kell jegyezni, hogy a koordináták meghatározásának pontossága nemcsak a vevő és a műholdak közötti távolság pontos kiszámításához kapcsolódik, hanem a műholdak helyének beállításakor fellépő hiba nagyságához is. A műholdak pályájának és koordinátáinak ellenőrzésére négy földi nyomkövető állomás, kommunikációs rendszerek és egy irányítóközpont áll rendelkezésre, amelyet az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma irányít. A nyomkövető állomások folyamatosan figyelik a rendszerben lévő összes műholdat, és pályájuk adatait továbbítják a vezérlőközpontba, ahol finomított pályaelemeket és műhold órakorrekciókat számítanak ki. Ezeket a paramétereket beírják az almanachba, és továbbítják a műholdaknak, amelyek viszont elküldik ezt az információt az összes működő vevőnek.

A felsoroltakon kívül sok olyan speciális rendszer létezik, amelyek növelik a navigáció pontosságát - például a speciális jelfeldolgozási sémák csökkentik az interferencia okozta hibákat (közvetlen műholdjel kölcsönhatása visszavert jellel, például épületekről). Nem fogunk elmélyülni ezen eszközök működésének jellemzőiben, hogy ne bonyolítsuk feleslegesen a szöveget.

A fent leírt szelektív hozzáférési mód eltörlése után a polgári vevőkészülékek 3-5 méteres hibával "kötődnek a terephez" (a magasság meghatározása kb. 10 méteres pontossággal történik). A fenti ábrák 6-8 műhold egyidejű vételének felelnek meg (a legtöbb modern eszköz 12 csatornás vevővel rendelkezik, amely lehetővé teszi 12 műhold információinak egyidejű feldolgozását).

Minőségileg csökkenti a hibát (akár több centiméterig) a koordináták mérésénél lehetővé teszi az úgynevezett differenciálkorrekció (DGPS - Differential GPS) módot. A differenciál mód két vevő használatából áll - az egyik egy ismert koordinátájú ponton van rögzítve, és "bázisnak" nevezik, a második pedig, mint korábban, mobil. Az alapvevő által kapott adatok a rover által gyűjtött információk javítására szolgálnak. A javítás valós időben és „offline” adatfeldolgozással is elvégezhető, például számítógépen.

Az alapvevő általában egy navigációs vagy földmérő cég tulajdonában lévő professzionális vevőegység. Például 1998 februárjában, Szentpétervár közelében, a NavGeoCom telepítette Oroszország első differenciális GPS földi állomását. Az állomás adóteljesítménye 100 watt (frekvencia 298,5 kHz), ami lehetővé teszi a DGPS használatát az állomástól legfeljebb 300 km-es távolságban tengeren és 150 km-ig szárazföldön. A földi bázisvevők mellett az OmniStar műhold alapú differenciálszolgálati rendszere is használható GPS differenciálkorrekcióra. A korrekciós adatokat a vállalat több geostacionárius műholdjáról továbbítják.

Meg kell jegyezni, hogy a differenciálkorrekció fő ügyfelei a geodéziai és topográfiai szolgáltatások - magánfelhasználó számára a DGPS nem érdekes a magas költségek (az OmniStar szolgáltatáscsomag Európában több mint 1500 dollár évente) és a terjedelmes berendezések miatt. És nem valószínű, hogy a mindennapi életben olyan helyzetek merülnek fel, amikor 10-30 cm-es hibával kell tudni az abszolút földrajzi koordinátákat.

A GPS működésének "elméleti" vonatkozásait bemutató rész zárásaként elmondom, hogy Oroszország az űrnavigáció esetében a saját útját járta, és saját GLONASS-t (Global Navigation Satellite System) fejleszt. Ám megfelelő beruházás hiányában a rendszer normális működéséhez szükséges huszonnégy műholdból jelenleg mindössze hét műhold áll pályán...

Egy GPS felhasználó rövid szubjektív megjegyzései.

Történt ugyanis, hogy a kilencvenhetedik évben valamelyik magazinból értesültem arról, hogy egy mobiltelefon méretű hordható eszközzel meg lehet határozni a tartózkodási helyemet. A cikk szerzői által megrajzolt csodálatos távlatokat azonban kíméletlenül megtörte a navigációs készülék szövegben szereplő ára - közel 400 dollár!

Másfél évvel később (1998 augusztusában) a sors egy kis sportboltba hozott az amerikai Boston városában. Mi volt a meglepetésem és az örömöm, amikor az egyik ablakon véletlenül több különböző navigátort is észrevettem, amelyek közül a legdrágább 250 dollárba került (az egyszerű modelleket 99 dollárért kínálták). Természetesen a boltból már nem mehettem ki a készülék nélkül, így elkezdtem kínozni az eladókat az egyes modellek jellemzőiről, előnyeiről és hátrányairól. Semmi közérthetőt nem hallottam tőlük (és semmiképpen azért, mert nem tudok jól angolul), így mindent magamnak kellett kitalálnom. Ennek eredményeként, ahogy gyakran megtörténik, a legfejlettebb és legdrágább modellt vásárolták meg - a Garmin GPS II + -t, valamint egy speciális tokot és egy tápkábelt az autó szivargyújtó aljzatából. Az üzletben volt még két kiegészítő a készülékemhez - egy navigátort a kerékpár kormányához rögzítő eszköz és egy kábel a számítógéphez való csatlakoztatáshoz. Az utolsót sokáig forgattam a kezemben, de végül úgy döntöttem, hogy nem veszem meg a jelentős ára (kicsit több mint 30 dollár) miatt. Mint utóbb kiderült, nem egészen helyesen vettem meg a vezetéket, mert a készülék és a számítógép közötti interakció minden esetben a megtett útvonal számítógépében lévő „krém”-be (és szerintem a koordinátákba is) megy le. valós időben, de ezzel kapcsolatban vannak bizonyos kétségek), és még akkor is a Garmintól való szoftvervásárlás feltétele. Sajnos nincs lehetőség térképek betöltésére a készülékbe.

Nem adok részletes leírást a készülékemről, már csak azért sem, mert már megszűnt (aki meg akarja ismerni a részletes műszaki jellemzőket, megteheti). Csak annyit jegyzem meg, hogy a navigátor tömege 255 gramm, méretei 59x127x41 mm. Háromszög keresztmetszetének köszönhetően a készülék rendkívül stabilan áll az asztalon vagy az autó műszerfalán (tépőzár az erősebb rögzítés érdekében). Az áramellátást négy AA elem (csak 24 órás folyamatos működésre elegendő) vagy külső forrás biztosítja. Megpróbálom elmondani a készülékem főbb jellemzőit, amelyek szerintem a piacon lévő navigátorok túlnyomó többsége rendelkezik.

A GPS II + első ránézésre összetéveszthető egy pár éve megjelent mobiltelefonnal. Ha csak alaposan megnézzük, egy szokatlanul vastag antennát, egy hatalmas kijelzőt (56x38 mm!) és a telefonhoz mérten kevés billentyűt veszünk észre.

A készülék bekapcsolásakor megkezdődik a műholdakról történő információgyűjtés, és egy egyszerű animáció (egy forgó földgömb) jelenik meg a képernyőn. A kezdeti inicializálás után (ami nyílt helyen pár percet vesz igénybe) egy primitív égbolttérkép jelenik meg a kijelzőn a látható műholdak számával, mellette pedig egy hisztogram, amely jelzi az egyes műholdak jelszintjét. Ezenkívül a navigációs hiba is megjelenik (méterben) - természetesen minél több műholdat lát a készülék, annál pontosabb a koordináták meghatározása.

A GPS II+ interfész az oldalak "lapozásának" elvén épül fel (erre még egy speciális PAGE gomb is van). A „műhold oldalt” fentebb leírtuk, és ezen kívül van egy „navigációs oldal”, „térkép”, „visszatérő oldal”, „menüoldal” és még sok más. Meg kell jegyezni, hogy a leírt készülék nem oroszosított, de még gyenge angol nyelvtudással is megértheti a működését.

A navigációs oldalon a következők jelennek meg: abszolút földrajzi koordináták, megtett távolság, pillanatnyi és átlagos mozgási sebesség, magasság, mozgási idő és a képernyő tetején egy elektronikus iránytű. El kell mondanunk, hogy a magasság meghatározása sokkal nagyobb hibával történik, mint két vízszintes koordináta (még külön megjegyzés is van erre vonatkozóan a használati útmutatóban), ami nem teszi lehetővé például a GPS használatát a magasság meghatározásához. a siklóernyőkről. De a pillanatnyi sebességet rendkívül pontosan számítják ki (különösen gyorsan mozgó tárgyak esetén), ami lehetővé teszi a motoros szánok sebességének meghatározását az eszközzel (amelyek sebességmérői általában jelentősen hazudnak). Tudok "rossz tanácsot" adni - autóbérlésnél kapcsold ki a sebességmérőjét (hogy kevesebb kilométert számoljon - elvégre a fizetés sokszor a kilométerrel arányos), GPS segítségével határozd meg a sebességet és a megtett távolságot (szerencsére mérföldben és kilométerben is mérhető).

Az átlagsebességet egy kissé furcsa algoritmus határozza meg - az üresjárati időt (amikor a pillanatnyi sebesség nulla) nem veszik figyelembe a számításoknál (szerintem logikusabb lenne egyszerűen elosztani a megtett utat a teljes utazási idővel , de a GPS II + készítőit más szempontok is vezérelték).

A megtett távolság megjelenik a "térképen" (a készülék memóriája 800 kilométerre elegendő - nagyobb futásteljesítmény esetén a legrégebbi jelek automatikusan törlődnek), így ha kívánja, megtekintheti vándorlásának sémáját. A térkép léptéke több tíz méterről több száz kilométerre változik, ami kétségtelenül rendkívül kényelmes. A legfigyelemreméltóbb az, hogy a készülék memóriájában az egész világ főbb településeinek koordinátái vannak! Az USA-t természetesen részletesebben mutatjuk be (például Boston minden területe nevekkel szerepel a térképen), mint Oroszország (itt csak olyan városok helyét tüntettük fel, mint Moszkva, Tver, Podolszk stb.). Képzelje el például, hogy Moszkvából Bresztbe tart. Keresse meg a "Brest"-et a navigátor memóriájában, nyomja meg a speciális "GO TO" gombot, és a képernyőn megjelenik a mozgás helyi iránya; globális irány Brest felé; a célig hátralévő kilométerek száma (természetesen egyenes vonalban); átlagos sebesség és becsült érkezési idő. És így bárhol a világon - még Csehországban, még Ausztráliában, még Thaiföldön is...

Ugyanilyen hasznos az úgynevezett return függvény. A készülék memóriája akár 500 kulcspont (útpont) rögzítését teszi lehetővé. A felhasználó saját belátása szerint elnevezheti az egyes pontokat (például DOM, DACHA stb.), különféle ikonok is rendelkezésre állnak az információk megjelenítéséhez a kijelzőn. A ponthoz való visszatérés funkció bekapcsolásával (bármelyik előre felvett) a navigátor tulajdonosa ugyanazokat a lehetőségeket kapja, mint a fentebb Brestnél leírt esetben (azaz a pont távolsága, becsült érkezési idő és minden más). Nekem például volt ilyen esetem. Autóval Prágába érkezve és egy szállodában letelepedve a barátommal a városközpontba mentünk. Az autót a parkolóban hagyva elmentünk sétálni. Egy háromórás céltalan séta és egy étteremben elfogyasztott vacsora után rájöttünk, hogy nem emlékszünk, hol hagytuk az autót. Kint éjszaka van, egy ismeretlen város egyik kis utcájában vagyunk... Szerencsére mielőtt elhagytam volna az autót, felírtam a helyét a navigátorba. Most a készüléken pár gomb megnyomásával megtudtam, hogy az autó 500 méterre van tőlünk, és 15 perc múlva már halk zenét hallgattunk, autóval a hotel felé vettük az irányt.

Amellett, hogy egyenes vonalban halad a rögzített jelig, ami nem mindig kényelmes a városban, a Garmin a TrackBack funkciót is kínálja – a saját ösvényen való visszatérés mellett. Nagyjából elmondható, hogy a mozgásgörbét egyenes szakaszok sorozata közelíti meg, és a töréspontokon jelek vannak elhelyezve. A navigátor minden egyenes szakaszon elvezeti a felhasználót a legközelebbi címkéhez, és annak elérésekor automatikusan a következő címkére vált. Rendkívül praktikus funkció, amikor ismeretlen terepen autózunk (a műholdak jele természetesen nem halad át az épületeken, ezért ahhoz, hogy sűrűn beépített körülmények között adatokat kapjunk a koordinátákról, többet kell keresni vagy kevésbé nyitott hely).

A készülék képességeinek ismertetésébe nem is mélyedek bele - higgyétek el, hogy a leírtakon kívül még sok kellemes és szükséges krém is van benne. A kijelző tájolásának egyetlen változtatása is ér valamit – a készüléket vízszintes (autó) és függőleges (gyalogos) helyzetben is használhatja (lásd 3. ábra).

A GPS egyik fő varázsa a felhasználó számára a rendszerhasználati díj hiányát tartom. Egyszer vásároltam a készüléket - és élvezd!

Következtetés.

Úgy gondolom, hogy nem szükséges felsorolni a vizsgált globális helymeghatározó rendszer alkalmazási területeit. A GPS-vevőket autókba, mobiltelefonokba és még karórákba is építik! Nemrég kaptam egy üzenetet egy miniatűr GPS-vevőt és GSM-modult egyesítő chip kifejlesztéséről - javasolják a kutyanyakörveket az erre épülő eszközökkel felszerelni, hogy a gazdi mobilhálózaton keresztül könnyen megtalálhassa az elveszett kutyát.

De minden hordó mézben van egy légy a kenőcsben. Ebben az esetben az orosz törvények az utóbbiként működnek. Nem tárgyalom részletesen a GPS-navigátorok oroszországi használatának jogi vonatkozásait (erről lehet találni valamit), csak azt jegyzem meg, hogy elméletileg a nagy pontosságú navigációs eszközök (amelyek kétségtelenül amatőr GPS-vevők is) tiltottak. hazánkban, tulajdonosaikat pedig a készülék elkobzása és jelentős pénzbírság várják.

Szerencsére a felhasználók számára Oroszországban a törvények szigorúságát kompenzálja a végrehajtásuk opcionális lehetősége - például hatalmas számú limuzin, GPS-vevők korongantennájával a csomagtartó fedelén közlekedik Moszkva körül. Minden többé-kevésbé komoly tengeri hajó fel van szerelve GPS-szel (és már a vitorlásosok egész generációja nőtt fel, akik nehezen tudnak navigálni az űrben iránytű és egyéb hagyományos navigációs eszközök segítségével). Remélem, hogy a hatóságok nem adnak küllőt a műszaki haladás kerekeibe, és hamarosan legalizálják hazánkban a GPS-vevők használatát (eltörölték a mobiltelefonok engedélyét), és engedélyt adnak a titkosítás feloldására és sokszorosítására. az autós navigációs rendszerek teljes körű használatához szükséges terület részletes térképei.

Szinte minden modern okostelefon fel van szerelve GPS chippel. A navigációs modul a legtöbb Android operációs rendszert futtató táblagépben is megtalálható. Azonban nem minden felhasználó tudja, hogy a chip gyakran alapértelmezés szerint le van tiltva. Emiatt az ilyen emberek meglepődnek azon, hogy a fotók nincsenek geocímkével ellátva, és a Google Now nem mutatja a házhoz vezető útvonalat. Szerencsére minden erőfeszítés nélkül bekapcsolhatja a GPS-t táblagépén és okostelefonján.

Miért van szükség a GPS-re?

Évtizedekkel ezelőtt a GPS műholdak csak a hadsereg számára voltak elérhetőek. Az amerikaiak azonban hamar rájöttek, hogy a navigációs chipekkel, alkalmazásokkal és térképekkel sok pénzt lehet keresni. Ennek eredményeként a hétköznapi emberek hozzáfértek a technológiához - csak a megfelelő eszköz beszerzésére volt szükség. Kezdetben ezek speciális GPS-navigátorok voltak. És most a navigációs modul mérete jelentősen csökkent, ezért akár egy közönséges okostelefonba is beépíthető.

A GPS-jel segít megérteni, hogy éppen hol tartózkodik a világon. Ez több okból is hasznos:

• A navigációs alkalmazás segít abban, hogy ne tévedj el az erdőben;
• A navigációval még egy ismeretlen városban is navigálhat;
• Könnyen megtalálhatja a kívánt címet;
• Megmenekül a forgalmi dugóktól - a Traffic Jams szolgáltatás segít elkerülni őket;
• Különféle alkalmazások mutatják meg a közeli éttermeket és bevásárlóközpontokat;
• A GPS segít meghatározni a mozgás sebességét.

Egyszóval egy navigációs chip nagyon hasznos lehet. De a használatáért fizetni kell. Ha úgy dönt, hogy bekapcsolja a GPS-t Androidon, akkor készüljön fel a nagyobb energiafogyasztásra. Ez leginkább a régebbi eszközökön észlelhető, ahol nincs támogatás az A-GPS technológiához. Az olcsó készülékeken is probléma van a GPS-jel vételével. A miénk segít közelebb kerülni a megoldásához.

GPS aktiválás

De elég a dalszövegből... Lássuk, hogyan lehet a GPS-t engedélyezni egy Android telefonon. Ez nagyon egyszerűen történik:

1. lépés. Lépjen az eszköz menüjébe, és érintse meg a ikont " Beállítások».

2. lépés. Itt válassza ki a " Elhelyezkedés».

3. lépés. Kattintson " Mód».

4. lépés. Helymeghatározási mód kiválasztása " Minden forrás szerint"vagy" GPS műholdakkal».

Az Android újabb verzióit futtató okostelefonokon a GPS az értesítési panelen keresztül engedélyezhető. Ehhez egyszerűen aktiválja a gombot GPS(gyártótól függően eltérő lehet a neve). Ha hosszan megnyomja ezt az elemet, beléphet a helybeállításokhoz, és módosíthatja a többi paramétert. Például engedélyezze az energiatakarékos módot vagy a nagy pontosságot.

Jegyzet: okostelefonokon és néhány más elemen az elemek neve eltérhet. Például a " Elhelyezkedés"lehet neve" Geodata».

Szinte minden modern telefon rendelkezik már beépített GPS-vevő modullal, amellyel pontosan meg lehet határozni a Föld bolygón való tartózkodási helyét. A működéshez és a GPS helyének pontos meghatározásához nincs szükség internet- és mobilhálózati tornyokra. A rendszer még a civilizációtól távol eső sivatag közepén is működhet. Tudjuk, hogy ez a műholdaknak köszönhetően lehetséges – de hogyan is működik ez pontosan?

A GPS-rendszer alapját a Föld körül 6 körkörös pályapályán (egyenként 4 műhold) 20180 km magasságban mozgó navigációs műholdak képezik. A GPS-műholdak 12 óra alatt keringik meg a Földet, pályájuk súlya mintegy 840 kg, méreteik 1,52 m szélesek és 5,33 m hosszúak, beleértve a 800 watt teljesítményt termelő napelemeket.

24 műhold biztosítja a GPS navigációs rendszer 100%-os működőképességét bárhol a világon. Az egyidejűleg működő műholdak maximális száma a NAVSTAR rendszerben 37-re van korlátozva. Szinte mindig 32 műhold kering, 24 fő és 8 tartalék műhold üzemzavar esetén.

Mivel ismert, hogy a műholdak mindegyike naponta két-két fordulatot tesz a bolygó körül, könnyen kiszámítható, hogy mozgásuk sebessége körülbelül 14 000 km / h. A műholdak elhelyezkedése, valamint pályájuk dőlése egyáltalán nem véletlen: úgy helyezkednek el, hogy legalább négy műhold látható legyen a bolygó bármely nyitott pontjáról – ez a minimális szám, amelyre szükség van a meghatározásához. egy objektum elhelyezkedése a Földön. Miért pont négy és hogyan működik?

Egy nagyon nagy távolság megméréséhez jelet küldhetünk, és megmérhetjük azt az időt, ami alatt eléri a kívánt pontot, vagy visszapattanunk róla és újra elérünk (a lényeg, hogy pontosan tudjuk a jel sebességét). A második esetben az időt el kell osztani kettővel, mivel a jel kétszer akkora távolságot tett meg. Ezt a módszert echolokációnak nevezik, és alkalmazási köre igen széles: a tengerfenék alakjának vizsgálatától (itt a jel ultrahang) a radarokig (a jel elektromágneses hullámok).

A probléma az, hogy ennek a módszernek a használatakor előre tudnunk kell, hol található a vevő. GPS rendszer esetén Ön a Földön áll a jel vevője. A műholdnak fogalma sincs a tartózkodási helyéről, nem tudja, hol vagy, és soha nem is fogja tudni, ezért egyszerre küld jelet az alatta lévő bolygó teljes felületére. Ebben a jelben információt kódol arról, hogy hol tartózkodik, valamint azt, hogy saját órája szerint mikor küldték a jelet, és ezzel véget is ér a munkája.

Az Ön kezében lévő GPS-modul megkapta a műhold koordinátáit és a jel küldésének időpontjára vonatkozó információkat. A telefonon lévő szoftver megszorozza a jel sebességét (vagyis a fénysebességet) a vétel és a küldés időpontja közötti különbséggel, így kiszámítja az egyes műholdak távolságát. Ha a modul órája tökéletesen szinkronizálva lenne az összes műhold órájával, akkor további két műholdra lenne szükség a hely meghatározásához az úgynevezett háromszögelés segítségével.

A háromszögelés működésének megértéséhez ugorjunk egy másodpercre két dimenzióba. Képzeljünk el két pontot egy síkon, amelyek egymástól ismert távolságra, mondjuk 5 méterre helyezkednek el. Azt is tudja, hogy néhány új pont az első kettőtől ismert távolságra van - például 3, illetve 4 méter. Az új pont megtalálásához rajzoljon két 3 és 4 méter sugarú kört, amelyek középpontjában az első és a második pont áll. A kapott két kör pontosan két pontban metszi egymást, amelyek közül az egyik lesz a kívánt.

Térjünk vissza a 3D térhez. Most már három referenciapontra van szükségünk, amelyek a mi műholdaink, és nem köröket, hanem gömböket fogunk köréjük „rajzolni”. Mindhárom gömbnek egyszerre, általános esetben két metszéspontja lesz, de az egyik a műholdak helye „felett” található, nagyon magasan a térben - nyilvánvalóan nincs rá szükségünk. De a második csak a helyed.

A térbeli helymeghatározáshoz ismernie kell a pontos időt, és pontos eszközzel kell rendelkeznie a méréshez.

Az igazi feladatot nehezíti, hogy a telefon óráján az idő nem egyezik a műholdak óráival, és az órája több nagyságrenddel kevésbé pontos. Általánosságban elmondható, hogy az idő további bonyodalmakat okoz a probléma megoldásában. Például a műholdak ki vannak téve a relativisztikus és gravitációs időtorzulás hatásainak. Valójában az óra sebessége a relativitáselmélet szerint többek között az óra elhelyezkedésének pontján fellépő nehézségi erőtől, valamint mozgásuk sebességétől függ.

A Föld feletti 20 000 kilométeres magasságban a gravitáció meglehetősen gyenge, és a műholdak, mint azt már kitaláltuk, meglehetősen gyorsan repülnek. Ezen hatások összege miatt az órát összesen 38 ezredmásodperccel kell módosítani naponta. Ha úgy tűnik, hogy ez nem elég, hadd emlékeztesselek arra, hogy egy fénysebességgel mozgó elektromágneses jel ez idő alatt megközelítőleg 11 000 km-t tesz meg - körülbelül ennyit és hiba is lehet a koordináták meghatározásában.

A második probléma maga az óra pontossága. Ennél a jelsebességnél a hibával mért másodperc minden milliomod része nagy hibákat okozhat. Emiatt a régebbi formátumú műholdak nem teszik lehetővé a hely pontos meghatározását, és akár 10 méterrel is képesek „megtéveszteni”. 2010 óta a régiek helyére új, atomórával felszerelt műholdak indulnak, amelyek hibája 1 méterre csökkent.

A probléma megoldásának másik módja a speciális talajjavító állomások. Egyes országok területén használatosak, és munkájuk elve a következő: az objektum helyére vonatkozó adatok felvételekor kijavítják azokat, és ennek eredményeként a kütyü felhasználója megbízhatóbb információkat kap saját tartózkodási helyéről. .

Minél több jelforrás, annál pontosabb a mérési eredmény, ezért könnyebb lesz navigátorral navigálni egy metropoliszban, mint egy sivatagban.

Az atomórák azonban terjedelmesek és drágák, ezért egy másik műholdra van szükség a vevőidő-probléma megoldásához. Ezenkívül információkat továbbít a helyéről és a jel küldésének pillanatáról. És most a terünk nem három-, hanem négydimenzióssá válik. Az ismeretlenek a szélesség, hosszúság, magasság és a vevő időpontja a jelek küldésekor. Meg kell határoznunk a pozíciót ebben a négy dimenzióban, amihez a kétdimenziós és háromdimenziós terekkel analóg módon pontosan négy műholdra van szükségünk.

Persze a valóságban az a jó, ha sikerül nagyobb számú forrásból „elkapni” a jelet, és nagyvárosokban, lakott területeken ezzel nincs is gond: egyszerre tucatnyi műholdat láthatunk, ami elég nagy pontosságot biztosít otthoni használatra.

A műholdak kezdeti keresése azonban szintén nem egyszerű feladat. Régebbi eszközökben az eszköznek hosszú ideig, akár több percig is eltarthat, amíg a kívánt számú űrobjektum jelét felfogja és elemzi. Akkor ezt "hidegindításnak" nevezték, és a folyamat felgyorsítása érdekében azzal az ötlettel álltak elő, hogy az égitestek aktuális elhelyezkedéséről adatokat szerezzenek az internetről. De amikor a vevőt nagy távolságra (tíz kilométerre) mozgatják, vagy nagyon hosszú inaktivitás mellett, a „hidegindítást” újra meg kellett tenni. A modern eszközökben a modul időnként bekapcsol, frissíti az információkat, így ez a probléma már nem áll fenn.

Egyébként 2000-ig a civilek számára mesterségesen alacsony volt a pontosság, és a valódi helytől legfeljebb 100 méterre lehetett megtudni a tartózkodási helyét. Mivel a GPS-t az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma hozta létre, finanszírozta és támogatta, a katonaság bizonyos előnyt akart szerezni. A technológia fejlődésével és egyre aktívabb bevezetésével a civil lakosság életébe ez a mesterséges korlátozás megszűnt.

A műhold nem fogad adatokat a Föld felszínén és a légtérben lévő GPS készülékekről, így a szolgáltatás ingyenes. Egyszerűen nem fogjuk tudni kideríteni, hogy konkrétan ki használja. Kiderült, hogy a „Hol vagyok?” kódnevű univerzális probléma megoldásának receptje. rendkívül egyszerű: egyirányú kommunikáció és egyszerű matematikai számítások.

Ma a GPS globális helymeghatározó rendszer hatóköre meglehetősen kiterjedt. A GPS-vevőket egyre gyakrabban építik be mobiltelefonokba és kommunikátorokba, autókba, órákba, sőt kutyanyakörvekbe is. Az emberek kezdik megszokni az olyan áldást, mint a GPS-navigáció, és nem sokára már nem nélkülözhetik. Éppen ezért érdemes néhány szót ejteni a GPS hiányosságairól.

A GPS-navigáció hátránya, hogy bizonyos körülmények között előfordulhat, hogy a jel nem jut el a GPS-vevőhöz, így vasbeton épületen belüli lakás mélyén, pincében vagy alagútban szinte lehetetlen meghatározni a pontos tartózkodási helyét.

A GPS működési frekvenciája a rádióhullámok deciméteres tartományába esik, így sűrű fák lombozata alatt, sűrű városi beépítésű területeken vagy erős felhőzet hatására romolhat a műholdak vétele, ami befolyásolja a helymeghatározási pontosságot.

A mágneses viharok és a földi rádióforrások szintén zavarhatják a normál GPS-vételt.

A GPS-navigációhoz készült térképek gyorsan elavulnak és nem biztos, hogy pontosak, ezért nemcsak a GPS-vevő adataiban kell megbíznia, hanem saját szemében is.

Külön érdemes megjegyezni, hogy a globális GPS-navigációs rendszer működése teljes mértékben az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumától függ, és nem lehet biztos abban, hogy az Egyesült Államok bármikor nem kapcsolja be az interferenciát (SA - szelektív elérhetőség), vagy akár teljesen kikapcsol. a polgári GPS szektor mind egy adott régióban, mind általánosságban. Voltak már előzmények.

A GPS rendszernek van egy kevésbé népszerű és jól ismert alternatívája a GLONASS (Oroszország) és a Galileo (EU) navigációs rendszerek formájában, és ezek mindegyike elterjedni kíván.