Что такое GPS навигация? Самое главное о GPS-навигации: что такое GPS и зачем он нужен

GPS-навигатор. Что это?

Что же такое GPS? Дорогая игрушка военных или действительно полезный сервис, который можно и нужно использовать в повседневной жизни? Для начала немного истории: давайте разберемся, что это такое и откуда появилось.

История появления GPS

GPS , или Global Positioning System (глобальная система позиционирования), ведет свое существование с середины прошлого века. Американские ученые очень внимательно следили за успехами СССР в области освоения космоса. Естественно, что для них не остался незамеченным запуск первого спутника 4 октября 1957 года. Во время наблюдений за полетом спутника американские ученые зафиксировали старый добрый эффект Доплера: частота принимаемого сигнала от спутника увеличивалась при его приближении и, соответственно, уменьшалась при его удалении. Они сообразили, что этим можно воспользоваться, ведь, зная точные координаты объекта на Земле, можно определить точные координаты спутника, и наоборот.

Для того чтобы точно определить координаты движущегося объекта на Земле, необходимо получать сигнал как минимум от четырех спутников. А чтобы иметь возможность определять координаты в любой точке Земли, таких спутников должно быть как минимум 24. В 70-е годы в США было принято решение о старте проекта глобальной спутниковой навигации и запущен первый тестовый спутник. В 1993 году, с запуском последнего спутника, было объявлено о первичной готовности системы.

Первоначальное использование GPS

Так как система GPS была создана и поддерживалась на деньги американского Министерства обороны, первоначальное использование, начиная с запуска первого тестового спутника, было возможно исключительно в военных целях: наведение баллистических ракет, военная картография, навигация во время планирования и проведения военных операций и т. д.

Возможно, GPS так и осталась бы закрытой системой, но, как ни парадоксально, первым шагом для использования глобальной системы позиционирования в гражданских целях стала катастрофа. В 1983 году из-за ошибки навигации корейский гражданский самолет попал на территорию Советского Союза и был сбит силами ПВО. После этого случая Рональд Рейган подписал указ, позволяющий частично использовать GPS в гражданских целях. Чтобы ограничить возможности и не допустить использования системы навигации другими странами в военных целях, передаваемый со спутников сигнал намеренно искажался для понижения точности в определении местоположения. В среднем погрешность составляла 100-150 метров, что не позволяло использовать GPS для точных измерений.

В 2000 году президентом США Биллом Клинтоном было принято решение, отменяющее постановление о намеренном искажении передаваемого сигнала со спутников. Этим решением были открыты двери к использованию системы навигации практически всем желающим. Точность позиционирования возросла до 6-8 метров, а после обновления спутников на орбите планируется достичь точности в 60-80 см.

Возможности GPS

С помощью системы глобального позиционирования, помимо текущих координат, можно узнать много полезных данных:

• точное время;
• ориентацию по сторонам света;
• высоту над уровнем моря;
• направление на точку с координатами, заданными пользователем;
• текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость;
• текущее положение на электронной карте местности;
• текущее положение относительно маршрута.

Для работы с системой глобального позиционирования необходимо устройство, принимающее сигналы со спутников, - GPS-приемник. Само по себе это устройство малополезное, так как получаемые им данные способны сбить с толку даже подготовленного человека. На первый взгляд это просто набор цифр. Необходимо преобразовать эти данные в понятный для человека вид, поэтому GPS-приемники совмещают с другими устройствами, которые разрабатывались для конкретных задач. Самый распространенный способ применения GPS - это автомобильная навигация.

GPS-навигатор представляет собой устройство, которое совмещает в себе: GPS-приемник для получения сигнала, процессор для обработки полученной информации, память для хранения полученных данных и электронных карт местности, дисплей для отображения необходимой информации.

Автомобильные навигаторы в наше время нельзя назвать дорогой игрушкой или роскошью - это устройство должно быть в автомобиле каждого уважающего себя водителя. Казалось бы, что еще может уметь GPS-навигатор, кроме поиска кратчайшего маршрута из одной точки в другую? Но современные решения предлагают просто колоссальные возможности для планирования и облегчения поездок: планирование маршрута с учетом дорожной разметки, радаров и знаков, сохранение прошлых маршрутов, приблизительный расчет топлива - и это далеко не все.

Чтобы в полной мере воспользоваться всеми преимуществами, навигатору, как и любому другому электронному устройству, необходимо соответствующее программное обеспечение. На рынке существует несколько программных решений для автомобильной навигации. Самые распространенные из них: iGO, Navitel, Garmin, TomTom. Преимущества и недостатки данных решений - тема для отдельной статьи, но основные требования к ним схожи. Это наличие подробных карт местности и обновляемая база достопримечательностей.

Карты

Хорошие и подробные карты - это самое главное для автомобильного навигатора. При использовании устаревших или некачественных карт теряется весь смысл GPS. Электронные карты, используемые в навигаторах, бывают растровые и векторные.

Растровые карты представляют собой снимок местности со спутника, и качество карты напрямую зависит от качества исходного снимка. Подобные карты довольно неудобно использовать для автомобильной навигации. Во-первых, довольно проблематично найти хорошие исходные изображения, так как наиболее качественно представлены только большие города. Во-вторых, для прокладки маршрута по такой карте необходима точная привязка к координатам, выдаваемым GPS-навигатором. Список недостатков можно продолжать, но явных плюсов для автомобильной навигации в использовании растровых карт нет.

Векторные карты представляют собой базу данных, содержащую информацию о местности в виде точек, линий, многоугольников. В отличие от растровых карт, которые, по сути, являются фотографиями местности, векторные похожи на чертеж или схематический план. Благодаря такому представлению не существует никаких проблем с масштабированием векторных карт: любой участок может быть неограниченно увеличен без потери качества.

Помимо географических данных векторные карты могут содержать любую дополнительную информацию, которую разработчики сочтут нужным добавить: номера домов, названия населенных пунктов, водоемов и т. д. Прелесть векторных карт состоит также в том, что можно самостоятельно добавлять необходимые точки на карту и помечать их.

Векторная карта

Для автомобильной навигации векторные карты значительно удобнее растровых. Производители карт регулярно (в среднем раз в квартал) обновляют, добавляют и актуализируют информацию. К векторным картам можно подключать дополнительные информационные базы, значительно облегчающие ориентирование, например POI.

POI , или Point of Interest (буквально: интересное место, достопримечательность), - координаты местонахождения объекта, который может быть интересен или полезен. В GPS-навигации используются базы данных POI, которые подключаются к векторным картам местности и содержат полезную и необходимую информацию о текущем регионе: рестораны, заправки, отели, театры, местные достопримечательности и т.д. Подобная информация просто незаменима для облегчения поиска объектов, особенно в незнакомой местности.

Простой пример: вы находитесь проездом в незнакомом городе, ночью, с практически пустым баком. Как найти ближайшую заправку? Можно, конечно, спросить у кого-нибудь, но, во-первых, тяжело найти в небольшом городе глубокой ночью случайного прохожего, а во-вторых, можно попасть на не совсем доброжелательных граждан. Проще всего выбрать в навигационной программе фильтр по автозаправкам, и, исходя из текущего местоположения, программа покажет несколько ближайших вариантов. После этого проложить маршрут к ближайшей из них, заправиться и без приключений продолжить свою поездку. Удобно, не правда ли?

Выводы

Актуальность и востребованность автомобильных навигаторов трудно переоценить. Находитесь вы в своем городе, соседнем населенном пункте или даже в другой стране - использование навигатора поможет изрядно сэкономить время на поездку и деньги на топливо. А если есть дополнительное время и топливо, почему бы не потратить их на то, чтобы отправиться всей семьей в какое-нибудь интересное место, которых вокруг нас множество. Вот только времени на них обычно не хватает...

Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт.

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?

Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).

Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.

GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.

Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.

Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.

Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.

Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.

На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.

Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.

Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.

Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.

Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.

Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.

Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.

Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.

Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.

Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS -приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .

Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.

Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования.

Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приему сигналов GPS .

Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, но и своим собственным глазам.

Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Прецеденты уже были.

У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.

Ваш GPS-приемник получает это сообщение и запоминает эфимерис и альманах для дальнейшего использования. Эта же информация используется для установки или коррекции часов приемника. Итак, для определения местоположения GPS-приемник сравнивает время отправки сигнала со спутника со временем его получения на Земле. Эта разница во времени говорит приемнику о расстоянии до конкретного спутника. Если добавить к этому информацию о расстоянии, измеренном до нескольких других спутников, то можно триангулировать свое местоположение. Это в точности то, что делает GPS-приемник. Имея сигналы от минимум трех спутников, он может определить широту и долготу - это называется двумерной фиксацией. Если же спутников четыре или более, то GPS-приемник может определить положение в 3-х мерном пространстве, т.е. указать широту, долготу и высоту. Постоянно отслеживая Ваше местоположение в течение некоторого времени, приемник также может рассчитать скорость и направление Вашего движения (имеется в виду т.н. "наземная скорость" и "наземный курс").

Это были хорошие новости, теперь - плохие! Что же заставляет GPS-приемник работать хуже своих предельных возможностей? Существует несколько факторов, вносящих ошибку в определение местоположения, не позволяющих получить наилучшую точность. Первым и наиболее существенным из них является т.н. "избирательный доступ" (SA - Selective Availability). SA - это преднамеренное уменьшение точности гражданских GPS-навигаторов, осуществляемое Министерством обороны США. SA приводит к уменьшению точности максимум до 100 метров. Конечно, внесенная ошибка обычно не достигает этой величины, но значения в 30 и более метров - не так уж редки.

Почему существует SA? Первоначально GPS была разработана и создана для военных целей. По мере ее внедрения стало ясно, что она может успешно применяться и для ряда гражданских задач. В начале 80-х годов в своей президентской речи Рональд Рейган заявил, что GPS будет доступна каждому - с тем только исключением, что наилучшая точность будет оставлена для военных. С этого времени начался регулярный запуск спутников с возможностью SA. Сегодня все существующие GPS-спутники имеют возможность и применяют на практике SA. Рациональное зерно в SA - не дать военному противнику или террористическим организациям использовать максимальную точность GPS.

Другим фактором, влияющим на точность GPS, является геометрия спутников. Простыми словами, понятие "геометрия спутников" означает то, как они расположены относительно друг друга и GPS-приемника. Если, например, приемник "видит" четыре спутника и все четыре расположены в северном и западном направлениях, то спутниковая геометрия скорее плохая. Причем вплоть до того, что приемник вообще не сможет определить местоположение. Почему? Потому что все расстояния, измеренные до спутников, будут лежать в одном глобальном направлении. Это означает, что триангуляция будет плохой и что область пересечения построенных прямых будет довольно большой (т.е. область вероятного положения будет занимать значительное пространство и точно указать координаты невозможно). В этом случае, даже если приемник выдает некоторые значения координат, их точность не будет достаточно хороша (возможно, 100 - 150 м).

Если же эти четыре спутника будут находиться в разных направлениях, то точность значительно возрастет. Предположим, что они расположены равномерно по сторонам горизонта - на севере, востоке, юге и западе. Тогда, очевидно, геометрия будет очень хорошей. Область, определяемая пересечением соответствующих прямых, будет невелика, и мы можем быть уверены в правильности рассчитанного местоположения. В таком случае, даже если принять во внимание действие SA, точность может быть не хуже 30 м.

Геометрия спутников становится особенно важной при использовании GPS-приемника в автомобиле, среди высоких зданий, в горах или в глубоких ущельях. Если сигналы от некоторых спутников оказываются экранированы, то точность определения местоположения будет зависеть от оставшихся "видимыми" спутников (а от их количества - возможность провести расчеты вообще). Чем большая часть неба заслонена искусственными или естественными предметами, тем более сложно определить положение. Хорошие модели GPS-приемников показывают не только сколько спутников находится в зоне видимости, но и где они расположены на небе (направление и высоту над горизонтом) для того, чтобы Вы могли определить, не экранируется ли сигнал от данного спутника.

Другим источником ошибок является переотражение спутникового сигнала от различных объектов. (В быту мы встречаемся с эти явлением в виде появления раздвоенного изображения на экране телевизора.) В случае GPS переотражение возникает при взаимодействии сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому. Это увеличение времени заставляет приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем на самом деле и это увеличивает ошибку при определении положения. Такие переотражения, если происходят, то могут добавить около 5 м в общую ошибку.

Существуют ли другие источники погрешностей? Конечно. Например, задержка прохождения сигнала из-за различных атмосферных феноменов. Или ошибка хода часов приемника. Однако GPS-приборы спроектированы так, чтобы, по возможности, компенсировать их и, надо сказать, они справляются с этой задачей вполне успешно. Однако, небольшие искажения все же возможны. Для тех, кто интересуется, можно заметить, что задержка прохождения сигнала означает уменьшение скорости распространения радиоволн при прохождении ионосферы и тропосферы Земли. В космосе радиосигналы распространяются со скоростью света, однако при попадании их в ионизированные слои атмосферы Земли они существенно замедляются.

Насколько же точна GPS на практике? Обычные гражданские GPS-приемники обеспечивают точность от 20 до 70 м в зависимости от действующего на данный момент SA, количества видимых спутников и их геометрии. Более сложные и дорогие приборы, стоящие несколько тысяч долларов, могут обеспечить точность до нескольких сантиметров, используя не оду, а несколько радиочастот. Однако точность даже обычных гражданских GPS-приемников может быть увеличена до 4 м и более (в ряде случаев - до 1 м) с помощью т.н. дифференциальной GPS (DGPS). DGPS использует дополнительный, фиксированный в одной точке GPS-приемник для определения коррекции спутниковых сигналов. Как же величина необходимой коррекции сообщается Вашему GPS-приемнику? В настоящее время в мире существует несколько бесплатных и платных служб такого рода.

Так, например, Береговая охрана США и Инженерный корпус Армии США передают GPS-коррекции через морские радиобуи. Они работают в диапазоне 283.5 - 325.0 кГц и пользоваться ими можно бесплатно. Вашими единственными расходами, если Вы захотите пользоваться услугами этих служб, будет приобретение DGPS-приемника. Этот приемник подключается к Вашему GPS-навигатору с помощью 3-х проводного кабеля, по которому поправка передается в обычном последовательном виде в формате, называемом RTCM SC-104.

Платные DGPS-службы работают в УКВ-диапазоне или осуществляют вещание через спутники. Естественно, и в этих случаях Вам понадобится специальный DGPS-приемник для приема поправок и передачи их на GPS-навигатор. Цена зависит от требуемой точности.

Какой же GPS-приемник будет для Вас наилучшим? Вот он, главный вопрос, не так ли? И, конечно, самый сложный, т.к. на ответ влияет множество различных факторов.

Как предполагается его использовать? Ведь самое трудное - это найти прибор, подходящий для Ваших конкретных задач. Если Вам нужен приемник для установки в приборную панель планера, то ручной навигатор для отдыха на воде не будет представлять никакого интереса. Для того чтобы сузить диапазон поиска, Вам надо внимательно посмотреть, какие приборы выпускаются для Ваших специфических задач.

После этого в некоторых случаях Вы все еще можете иметь достаточно широкий выбор моделей. Например, если Вы предпочитаете пеший туризм или охоту, то Вам подойдет прибор в герметичном исполнении - в прочем, с тем же успехом, что и портативная модель, предназначенная для яхтсменов или летчиков-любителей. В такой ситуации Вам придется более подробно изучить их специфические особенности. Если Вы не собираетесь пилотировать самолет, то вся дополнительная информация об аэропортах мира, хранящаяся в памяти ручных авиационных GPS-приемников, не будет оправдывать разницы в цене. Морские навигаторы со сменными картриджами, хранящими точные данные о навигационных знаках и глубинах, также не очень Вам помогут (если Вы, конечно, не захотите использовать его также на Вашей яхте). Каков ценовой диапазон? Как только Вы определили небольшой перечень подходящих приборов, Вам все еще предстоит определиться с приемлемой ценой. Внимательно изучите каждую модель и постарайтесь понять, что имеют более дорогие модели, чего нет в более дешевых? Нужны ли Вам дополнительные функции или принадлежности, присущие более дорогим моделям, или дешевой вполне достаточно для выполнения задачи?

Какая модель Вам больше нравится? Выбор правильного навигатора - это на две трети рациональные рассуждения, и на одну треть - просто чувство. Если логика подсказывает Вам остановиться на двух или трех моделях, попробуйте поработать с каждой из них. Иногда разница в удобстве эксплуатации может показаться очень большой. Один из приборов Вам может представиться понятным и удобным, а другой - чересчур сложным в использовании. Выбирайте тот GPS-приемник, который Вам больше нравится! Больше шансов, что Вы по-прежнему будете довольны своим выбором и через месяц, и через год! Кто же и как использует GPS? Вообще говоря, GPS может найти применение везде, кроме мест, где нельзя принимать спутниковые сигналы, т.е. в зданиях, под землей, под водой и т.п. В авиации наиболее распространено применение GPS в качестве навигационного на коммерческих и любительских самолетах. На море GPS обычно также используется рыбаками и любителями отдыха на море в качестве навигационного прибора. Наземное применение GPS очень разнообразно.

Достаточно интересным является использование GPS многими учеными и исследователями в качестве источника точного времени. Действительно, как уже говорилось выше, определение времени прохождения радиосигнала лежит в основе самой идеи GPS. С этой целью внутренние часы приемника постоянно синхронизируются с прецизионными атомными часами, установленными на спутниках. Это позволяет обеспечить точность измерения времени от микро- до наносекунд. Поэтому при проведении научных экспериментов становится возможным повсеместно иметь абсолютно точные отметки времени. Нельзя, конечно забывать, что и информация о положении в ряде экспериментов тоже может представлять интерес.

Важное место занимает GPS в работе спасательных служб. GPS позволяет существенно сократить затраты, связанные с поисковыми работами и значительно сократить время проведения спасательных операций. Используемые этими службами GPS-приемники стоят около 3 000 $ и обеспечивают точность до 1 м. Существуют и еще более дорогие модели, обеспечивающие точность до нескольких сантиметров!

Цели, для которых GPS используется любителями отдыха на природе, так же разнообразны, как и виды такого отдыха. Сегодня GPS становится чрезвычайно популярным среди любителей пешего, горного, водного и лыжного туризма, охотников, рыболовов, велосипедистов и еще многих других. Любой, кому нужно знать, где он находится и откуда пришел, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он движется и когда доберется до цели - может легко пользоваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

Приобрести gps-навигаторы Garmin Вы можете на сайте www.garmin-nn.ru . Либо в специализированном магазине GARMIN-NN.
GARMIN-NN – официальный представитель Garmin в Нижнем Новгороде. gps-навигаторы и эхолоты Garmin не только на сайте, но и в магазине, расположенном по адресу - г.Н.Новгород, ул.Пятигорская, 4а, В магазине представлен весь ряд автомобильных и туристических навигаторов. Так же оказываем услуги по перепрошивке навигаторов и обновлению карт.

Наши контакты:

Адрес: г.Н.Новгород, ул.Пятигорская, 4а, офис 7. - nn . ru

Режим работы интернет-магазина: круглосуточно

Режим работы офиса-магазина:
Понедельник-Пятница: с 10:00 до 19:00.

Сегодня мы поговорим о том, что такое GPS, как работает эта система. Уделим внимание развитию данной технологии, ее функциональным особенностям. Также обсудим, какую роль в работе системы играют интерактивные карты.

История появления GPS

История появления глобальной системы позиционирования, или определения координат, началась в США еще в далеких 50-х годах при запуске первого советского спутника в космос. Бригада американских ученых, следивших за запуском, заметила, что при отдалении спутник равномерно меняет свою частоту сигнала. После глубокого анализа данных они пришли к выводу, что при помощи спутника, если говорить более подробно, то его расположения и издаваемого сигнала, можно точно определить нахождение и скорость передвижения человека на земле, как и наоборот, скорость и нахождение спутника на орбите при определении точных координат человека. К концу семидесятых годов Минобороны США запустило систему GPS в своих целях, а еще через несколько лет она стала доступна для гражданского применения. Система GPS как работает сейчас? Точно так, как и работала в то время, по тем же принципам и основам.

Сеть спутников

Более двадцати четырех спутников, находящихся на околоземной орбите, передают радиосигналы привязки. Количество спутников варьируется, но на орбите всегда находится нужное их число для обеспечения бесперебойной работы, плюс некоторые из них есть в запасе, чтобы в случае поломки первых принять их функции на себя. Так как срок службы каждого из них приблизительно около 10 лет, производится запуск новых, модернизированных версий. Вращение спутников происходит по шести орбитам вокруг Земли на высоте менее 20 тысяч км, оно образует взаимосвязанную сеть, которой управляют станции GPS. Находятся последние на тропических островах и связаны с основным координационным центром в США.

Как работает GPS-навигатор?

Благодаря этой сети можно узнать местонахождение при помощи вычисления задержки прохождения сигнала от спутников, и при помощи этой информации определить координаты. Система GPS как работает сейчас? Как и любая сеть навигации в пространстве - она совершенно бесплатна. Она с высокой эффективностью работает при любых погодных условиях и в любое время суток. Единственная покупка, которая должна у вас быть, это сам GPS-навигатор или устройство, которое поддерживает функции GPS. Собственно, принцип работы навигатора строится на давно используемой простой схеме навигации: если точно знаете место, где находится маркерный объект, наиболее подходящий на роль ориентира, и расстояние от него до вас, нарисуйте окружность, на которой точкой обозначьте ваше месторасположение. Если радиус окружности велик, то замените ее прямой линией. Проведите несколько таких полос от возможного вашего расположения в сторону маркеров, точка пересечения прямых обозначит ваши координаты на карте. Вышеупомянутые спутники в таком случае как раз и играют роль этих маркерных объектов с расстоянием от вашего месторасположения около 18 тысяч км. Хотя вращение их по орбите и происходит с огромной скоростью, местоположение постоянно отслеживается. В каждом навигаторе установлен GPS-приемник, который запрограммирован на нужную частоту и находится в прямом взаимодействии со спутником. В каждом радиосигнале содержится определенное количество закодированной информации, которая включает в себя ведомости о техническом состоянии спутника, местонахождении его на орбите Земли и часовом поясе (точное время). К слову, информация о точном времени и является наиболее нужной для получения данных о ваших координатах: происходящее вычисление отрезка времени между отдачей и приемом радиосигнала умножается на скорость самой радиоволны и путем недолговременных подсчетов рассчитывается расстояние между вашим навигационным прибором и спутником на орбите.

Сложности синхронизации

Исходя из этого принципа навигации, можно предположить, что для точного определения ваших координат могут понадобиться всего два спутника, на основе сигналов которых легко будет найти точку пересечения, и в итоге — место, где вы находитесь. Но, к сожалению, технические причины требуют применения еще одного спутника как маркера. Главная проблема заключается в часах GPS-приемника, что не позволяет провести достаточную синхронизацию со спутниками. Причиной этому является разница в отображении времени (на вашем навигаторе и в космосе). На спутниках присутствуют дорогие высококачественные часы на атомной основе, что позволяет им вести подсчет времени с предельной точностью, тогда как на обычных приемниках такие хронометры применить попросту невозможно, так как габариты, стоимость, сложность в эксплуатации не позволили бы применять их повсюду. Даже малая ошибка в 0.001 секунды может сместить координаты более чем на 200 км в сторону!

Третий маркер

Так что разработчики решили оставить обычную технологию кварцевых часов в GPS-навигаторах и пойти по другому пути, если говорить точнее - использовать вместо двух ориентиров-спутников — три, соответственно, столько же линий для последующего пересечения. Решение проблемы строится на гениально простом выходе: при пересечении всех линий с трех обозначенных маркеров, даже при возможных неточностях, создается зона в форме треугольника, за центр которого берется его середина - ваше расположение. Также это позволяет выявить отличие во времени приемника и всех трех спутников (для которых отличие будет одинаковым), что позволяет скорректировать пересечение линий ровно в центре, проще говоря — это определяет ваши координаты GPS.

Одна частота

Следует также заметить, что все спутники посылают на ваше устройство информацию на одной частоте, и это довольно необычно. Как работает GPS-навигатор и как воспринимает всю информацию корректно, если все спутники беспрерывно и одновременно посылают на него информацию? Все довольно-таки просто. Передатчики на спутнике для определения себя посылают в радиосигнале еще и стандартную информацию, в которой находится зашифрованный код. Он сообщает максимум характеристик спутника и заносится в базу данных вашего устройства, что потом позволяет сверять данные со спутника с базой данных навигатора. Даже при большом количестве спутников в зоне досягаемости очень быстро и легко их можно определить. Все это упрощает всю схему и позволяет использовать в GPS-навигаторах меньшие по размеру и более слабые антенны приема, что удешевляет и уменьшает дизайн и габариты устройств.

GPS-карты

Карты GPS загружаются на ваше устройство отдельно, так как вы сами влияете на выбор местности, по которой хотите передвигаться. Система всего лишь устанавливает ваши координаты на планете, а уже функцией карт является воссоздание на экране графической версии, на которую наносятся координаты, что и позволяет вам ориентироваться на местности. GPS как работает в данном случае? Бесплатно, это так и продолжает оставаться в таком статусе, карты в некоторых интернет-магазинах (и не только) все же платные. Зачастую для прибора с GPS-навигатором создаются отдельные приложения для работы с картами: как платные, так и бесплатные. Разновидность карт приятно удивляет и позволяет настроить дорогу из точки A в точку Б максимально информативно и со всеми удобствами: какие достопримечательности вы будете проезжать, кратчайший путь до пункта назначения, голосовой помощник, указывающий направление и другие.

Дополнительное GPS-оборудование

Применяется система GPS не только для указания вам нужного пути. Она позволяет производить слежку за объектом, на котором может находиться так называемый маячок, или GPS-трекер. Состоит он из самого приемника сигналов и передатчика на основе gsm, 3gp или иных протоколов связи для передачи информации о расположении объекта в сервисные центры, осуществляющие контроль. Применяются они во многих отраслях: охранной, медицинской, страховой, транспортной и многих других. Также существуют автомобильные трекеры, которые подключаются исключительно к автомобилю.

Путешествия без проблем

С каждым днем значения карты и бессменного компаса уходят все дальше в прошлое. Современные технологии позволяют человеку проложить дорогу для своего странствия с минимальными потерями времени, усилий и средств, при этом увидеть наиболее захватывающие и интересные места. То, что было фантастикой около столетия назад, сегодня стало реальностью, и воспользоваться этим может практически каждый: от военных, моряков и пилотов самолетов до туристов и курьеров. Сейчас большую популярность набирает и использование этих систем для коммерческой, развлекательной, рекламной отраслей, где каждый предприниматель может указать себя на глобальной карте мира, и его будет совсем нетрудно найти. Надеемся, что эта статья помогла всем, кто интересуется тем, GPS - как работает, по какому принципу происходит определение координат, какие его сильные и слабые стороны.

GPS-навигация – одна из самых востребованных функций на смартфоне. При изучении города, путешествуя на автомобиле или велосипеде, крайне важно следовать оптимальному пути. Навигаторы помогут вам оптимизировать авто- и , быстрее добраться до нужных координат.

Мы сравнили популярные, топовые мобильные навигаторы. Основные критерии: удобство использования, функционал и цена (бесплатность) навигатора. В конце обзора подведем итоги: какой навигатор – лучший.

Участники :

Со временем обзор будет пополняться новыми gps-программами. Если, на ваш взгляд, есть более интересные навигаторы для Андроид, оставляйте свои замечания в конце статьи, через контактную форму. Спасибо!

Google Карты для Андроид – стандартный android-навигатор

Рассматривая Google Maps год назад, мы отмечали: некоторые функции навигатора не доработаны, не оптимизированы. К 2019 году ситуация заметно улучшилась – особенно с точки зрения пользовательского опыта. Тем не менее, отметим некоторые шероховатости Google Maps.

Функция загрузки автономных карт появилась относительно недавно. Она позволяет прокладывать маршруты и ориентироваться по карте без Интернет-подключения. В силу того, что оффлайн-карты пока еще не до конца обкатанная функция, с ней не все так гладко. Впрочем, как и у других Android-навигаторов.

Неудобство состоит в том, что нельзя скачать карты для крупных областей Украины, России, Беларуси и других стран СНГ. Доступны только отдельные оффлайн карты больших городов или регионов. При выезде за черту города, без онлайн-синхронизации автомобилисту сложно обойтись.

Недостатки Google Maps

1) Выбор локаций и достопримечательностей в Гугл Картах довольно скуден: чтобы получить полную информацию о доступных поблизости гостиницах, ресторанах, магазинах, школах и прочем – приходится использовать сторонние апплеты (Foursquare, TripAdvisor, Яндекс.Город).

2) Нет данных о ДТП; нельзя добавлять точки с автомобильными авариями самому, что было бы довольно полезно для оповещения других водителей.

3) В сравнении с Яндекс Навигатором, отсутствует предупреждение о контроле скорости, нет альтернативных голосовых ассистентов.

Достоинства Google Maps

Впрочем, есть у Google Maps и множество положительных сторон.

Яндекс Навигатор: навигатор с голосовым управлением

Интерфейс у мобильной версии Яндекс Навигатора хорошо структурирован и нагляден. При передвижении на авто по проложенному маршруту отображает информацию о приблизительном оставшемся до пункта назначения времени и расстоянии до конечной точки. Если по пути нужно заехать на СТО, заправку или автомойку, на карте Яндекс Навигатора можно указать дополнительный пункт - и маршрут будет оптимально пересчитан с учетом промежуточного пункта. Можно включать и отключать слой с отображением пробок и направлений путем нажатия одной единственной кнопки с желтым сигналом светофора.

К эксклюзивным фишкам навигатора относится ночной gps-режим для Андроид, где карта отображается в темных тонах, не отвлекая внимание водителя во время езды в позднее время и не дает глазам сильно устать при рассмотрении объектов. Кстати, набор доступных для поиска POI-объектов действительно впечатляет. Наряду со ставшими уже привычными ресторанами, банкоматами и кинотеатрами, можно задействовать слои с отображением находящихся неподалеку пунктов связи, почтовых отделений, салонов и множества других интересных мест.

Еще одна приятная особенность - с телефона. Аналогично Google Maps, вы можете искать на карте нужные объекты, запрашивать адреса на карте.

Что касается работы программы в режиме оффлайн, можно скачать gps-карты для Андроид для крупных населенных пунктов Украины, России и Беларуси. Включив Яндекс Навигатор оффлайн, можно просматривать их, однако прокладывать маршруты, искать местные достопримечательности на карте возможно только при наличии подключения к сети.

Таким образом, Яндекс Навигатор для Андроид оставляет о себе самое приятное впечатление. Продукт претендует на звание лучшего бесплатного gps навигатора для Андроид в 2018 году.

Навител: отлично проработанный gps-навигатор для Андроид

Навител Навигатор – gps-программа от ведущего разработчика в области навигации и создания цифровых карт. Чтобы приобрести сами карты, придется раскошелиться на небольшую сумму, но при желании их можно скачать и бесплатно на торрентах или файлообменниках (к примеру, на форуме pda).

Сильные стороны Навител Навигатора

1) Варианты отображения карты: переключение между двух- и трехмерным режимами, что в некоторых ситуациях будет особенно полезным.

2) Удобный интерфейс. Львиная доля фирменных фишек доступна в верхней строке для быстрого доступа. Выбор между ночным и дневным скином

4) Переключение между спутниками: при любых метеоусловиях карта с POI всегда доступна.

Примечание. Не так давно мы делали для Андроид, где детально перечислили все преимущества и индивидуальные “фичи”.

Навител Навигатор: gps-маршруты на экране

5) Удобное управление. При навигации по маршруту, управлять картой довольно интуитивно и просто: есть функция зума, вращения карты по движению, возможность переключения между предустановленными профилями для любого вида транспорта.

6) Информативность. Движение наглядно сопровождается информацией о скорости объекта, оставшемся времени для достижения пункта назначения, дистанции ближайшего поворота и поддержкой аудио. В общем, навигация продумана, интуитивно понятна.

Хорошая продуманность функциональной части и качественный дизайн превращают мобильное приложение Navitel в главного кандидата в номинации «Лучший gps навигатор для Андроид».

Waze - информативный gps-навигатор на Андроид

Waze (Free) – бесплатный навигатор для Андроид с opensource кодом.

Преимущества Waze

1) Социальные функции, интегрированные в Waze , значительно улучшают вождения. Пользователи Waze сообщают о проблемах на дороге – будь то ремонт, аварии, пробки, посты гаи, камеры и другие “неприятности”. Соответственно, другие водители уже в курсе изменений. Помимо отзывов, приложение собирает информацию из собственной базы на сервере.

2) Карта с маршрутами – информативна. Waze использует зарекомендовавшие себя OSM-карты. Они отличаются высокой детализацией и точностью.

3) Waze автоматически перестраивает маршрут, если телефон аварийно завершает работу, происходит сбой приложения, или что-то еще, что может прервать навигацию. Стандартный Google Maps, этого не делает. Аналогичным образом, Waze упрощает просмотр вашего маршрута или карты, когда это необходимо, и всегда возвращается к автомобильному режиму.

OsmAnd: навигация для Андроид в оффлайн-режиме

Перечислим сильные стороны навигатора OsmAnd.

Плюсы OsmAnd

1) Автономность. OsmAnd – в первую очередь, неплохой . Подойдет тем, кто предпочитает единожды скачать карты на гаджет и больше не подключаться к Сети, находясь в оффлайн-режиме.

2) Карты. Для навигации в OsmAnd используются растровые и векторные карты Open Street Maps, составляемые пользователями сервиса. Они позволяют фильтровать POI-объекты (достопримечательности, музеи, театры, аптеки и пр.), выбирать профиль для соответствующего транспортного средства. Маршрут передвижения можно оптимизировать с учетом кратчайшей дистанции, избегая платных, грунтовых дорог, паромов, автомагистралей.

OsmAnd - один из лучших навигаторов для Андроид

3) Настраиваемые карты. Можно добавлять объекты самому, создавать или редактировать карты. Благодаря поддержке плагинов, функциональность OsmAnd значительно расширяется: к примеру, можно активировать систему живого мониторинга OsMo с отслеживанием других гаджетов, использующих сервис; добавляться в группы; загружать морские и лыжные карты; рассчитывать оптимальные дистанции между указанными точками при помощи GPX; накладывать контурные линии и слои рельефа, что наверняка будет оценено туристами и спортсменами).

4) Дополнительные функции. Все стандартные для gps-навигаторов возможности также присутствуют: управление голосом, ассистент, переориентация экрана, переключение профиля.

Maps.me

Maps.me - gps-навигатор, популярный в России, США и Германии. Характеризуется высокой точностью и автономностью карт.

Сильные стороны Maps.me

1) Точность и детализированность карт – это едва не самое важное, вне зависимости от типа транспорта. Этот навигатор будет интересен путешественникам и пешеходам, поскольку на карте отображаются мельчайшие подробности – тропы, скамейки, наименования объектов.

2) Дополнительные слои. Maps.me отображает векторные карты, через слои также можно отобразить пробки и карту метро.

3) Множество настроек. В настройках maps.me можно поменять единицы измерения, масштабирование, посмотреть историю передвижения и прочее. Есть настройки навигации, в частности, можно настроить авто масштабирование, голосовые инструкции, включить показ камер скорости.

4) Переключение режимов навигации. На выбор – автомобиль, пешеход, общественный транспорт, такси и велосипед.

5) Автономность. Offline карты, скачанные на мобильное устройство, занимают немного места, при этом работают полноценно, как если бы Интернет присутствовал. Понятно, что realtime-функции будут недоступны, но для пешехода или велосипедиста информация о пробках не столь важна, как автомобилистам.

Недостатки Maps.me

1) Ограниченная навигация для автомобилистов. Сложно Maps.me назвать совершенным автонавигатором. Как минимум, маршруты передвижения не всегда выстраиваются корректно, не говоря уже о том, что альтернативных вариантов навигатор не предлагает.

2) Бывают погрешности. Поскольку карты разрабатываются сообществом, не всегда данные актуальны, особенно для глухих мест, деревень.

3) Достаточно неудобный режим показа карт. Карты выглядят очень сухо, масштабирование может не срабатывать.

Какой из навигаторов лучший по состоянию на 2019 год

Каждый из андроид-навигаторов, в некоторых аспектах (функции, карты) лучше своих конкурентов и хорош по-своему. Какой навигатор подходит для вас – зависит от предпочтений и убеждений. Надеемся, что помогли вам выбрать подходящее приложение и оно останется на вашем телефоне.

Яндекс Навигатор абсолютно бесплатен и обладает прекрасным функционалом. Он побеждает в номинации "Лучший навигатор на Андроид с поддержкой Яндекс Карт".

Navitel Navigator создан и поддерживается наиболее именитой компанией, поэтому качество продуктов и техподдержка на высоте - как для ОС Android, так и других мобильных устройств.

Навигационное приложение Waze - безусловно, привлекает своей открытостью и бесплатностью карт. Однако, как и любой развивающийся продукт, этот навигатор не идеален. Надеемся, растущее сообщество положительно повлияет на качество приложения. На 2018 год, увы, карты Waze уступают по информативности тому же Навителу или Гугл Картам.

Что касается OsmAnd , то этот оффлайн навигатор для Андроид прекрасно послужит в условиях невозможности подключить мобильный девайс к сети и работает с использованием открытых технологий.

Google Maps - навигатор с функцией голосового управления. Хорош тем, что доступен из коробки (то есть, изначально присутствует в составе Андроид). Карты Google подойдут не искушенным путешественникам и водителям, их можно назвать одним из лучших оффлайн-навигаторов.

Maps.me придется по душе заядлым путешественникам и пешеходам. Навигатор порадует детальными картами, адаптированными для пеших прогулок. Автомобилистам мы бы посоветовали альтернативы – Google Maps или Яндекс Навигатор.