Drew

Работа с навигационной системой (GPS)

Recommended Posts

 

Глобальные системы местоопределения 

Общие сведения 

GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) – это глобальная система местоопредиления, позволяющая по сигналам своих спутников определять координаты объекта, на котором установлен приемоиндикатор (GPS – приемник), высоту над уровнем моря, точное время, а также направление и скорость его движения. 

Любую глобальную позиционную систему составляют три «сегмента»: 
— Космический; 
— Наземный (управления); 
— Пользовательский (потребителей): 

Космический сегмент, т.е «созвездие» искусственных спутников Земли (в спутниковой системе NAVSTAR около 30 спутников), непрерывно излучающих радиоволны, при помощи которых пользователям системы передаётся информация и GPS–приемник определяет свое местоположение. 

Спутники GPS играют роль подвижных опорных точек, положение которых в космическом пространстве с высокой точностью и для любого момента времени определяется наземным сегментом. 

Наземный сегмент (сегмент управления), состоящий из наземных станций слежения за спутниками системы, объединенных в общую сеть. 

Пользовательский сегмент (сегмент потребителей), к которому относятся все находящиеся в эксплуатации индивидуальные GPS–приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение. 

Система состоит из 32 х спутников (24 работающих, 8 резервных) вращающихся вокруг земли по 6 точно определенным орбитам. Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 км/сек, совершая два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа. Постоянно в любой точке Земли над горизонтом находится от 4 до 8 спутников GPS. Они передают, с определенным интервалом времени, сигналы, которые улавливаются специальными приемниками – GPS навигаторами. Сигнал спутника содержит информацию о номере спутника и точном времени отправки сигнала. Спутники используют высокоточные атомные часы, а в процессор навигатора заложена информация, где и в какое время каждый спутник должен находиться (альманах). Сопоставляя время прохождения сигнала и местоположение спутников, навигатор определяет свои точные координаты. 

Вращающиеся на высоте 20 000 км спутники имеют такие орбиты, чтобы в любой точке планеты принимался сигнал минимум с 5 спутников 
Каждый космический аппарат периодически посылает на Землю сигналы, в которых содержится информация о времени отправки сигнала и о точных координатах спутника. GPS–приемник вычисляет разницу во времени между посылкой и получением радиосигнала. Умножив полученное значение на скорость распространения радиоволн, устройство находит свое расстояние до спутника. Мaтeриaл cooбщeствa «Unfаir Аdvаntаgе». Если бы измерения выполнялись с идеальной точностью, GPS–приемнику хватило бы данных от трех спутников, чтобы вычислить свои координаты на поверхности Земли. Нужная точка находилась бы на пересечении трех сфер, центры которых совпадают с местом нахождения спутников, и поверхности Земли. Из–за того, что в измерениях имеется погрешность, для повышения точности используют данные не менее чем от четырех навигационных спутников. Чем больше данных от разных спутников использует в расчетах своего положения GPS–приемник, тем выше точность найденных координат. 

Работа с навигационной системой (GPS), изображение №1
 
 

Каждую миллисекунду спутники передают на Землю: 

– Свой статус (сообщение об исправности или неисправности); 
– Текущую дату; 
– Текущее время; 
– Данные альманаха – информацию о том, в каком месте небесной сферы должен находиться каждый спутник в любое момент времени в течение суток, т.е. орбитальные данные всех спутников; 
– Свое точное местоположение.

Так как скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS–приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. 

Основные функции GPS – приёмника: 

– Определение местоположения в географических и прямоугольных координатах, а так же абсолютной высоты точки; 
– Отметка местоположения (запоминание путевых точек); 
– Осуществление навигации на любую из запомненных точек; 
– Создание маршрутов движения и проведение навигации по ним; 
– Отображение карты местности. 

Применительно к практическим задачам, с которыми сталкиваются пользователи глобальной позиционной системы, наиболее распространёнными являются системы WGS 84 (World Geodetic System, американская система 1984 года) и ПЗ 90 (Параметры Земли 90, отечественная система 1990 года), а так же Система Координат СК 42 (СК–42) профессора Красовского. 
Система NAVSTAR (Navigation System with Time and Ranging) базируется на системе координат, имеющей название WGS84 (World Geodetic System) — всемирная геодезическая система, принятая в 1984 году. Большая полуось эллипсоида GRS80, применяющегося в такой системе, имеет длину 6 378 137 м, а малая полуось – 6 356 752,31 м. 

В нашей стране обычно пользуются картами, составленными в системе координат 1942 года. Она базируется на эллипсоиде, параметры которого определены по результатам геодезических и астрономических измерений для территории СССР, проведенных под руководством профессора Ф.Н.Красовского и введенных в практику в 1946 году. У эллипсоида Красовского величина большой полуоси равна 6 378 245 м, а малая полуось составляет 6 356 863 м. Размеры его полуосей превышают полуоси эллипсоида GRS80 больше, чем на 100 м. 

Большинство карт, которые используются в России, построены на основе СК 42, т.е. представляют отображение земной поверхности с эллипсоида Красовского на плоскость карты, проведенное по математическим законам и методикам. В связи с этим происходит несовпадение геодезических координат, т.е. широты, долготы и высоты одной и той же точки на земной поверхности, определенных в системах WGS 84 и СК 42. 

Широта, долгота и высота точки, определенные с помощью спутникового GPS – приемника системы NAVSTAR, по умолчанию вычисляющего их для эллипсоида WGS 84, должны быть пересчитаны в широту, долготу и высоту в CK 42. Для этого используется специальная функция встроенного (внутреннего) программного обеспечения.

Она активизируется при выполнении операций по выбору пользовательских установок GPS – приемника. Для этого необходимо ввести в GPS – приемник пять "параметров пересчета", так называемые Uzer Map Datum – данные пользовательского эллипсоида, а именно: 

– Смещения ∆Х(DX), ∆Y(DY) и ∆Z(DZ) центра СК 42 по отношению к центру WGS 84 соответственно по осям X, Y и Z (координаты центра СК 42 в системе осей WGS 84); 
– Разность ∆А(DA) больших полуосей эллипсоидов WGS 84 и СК 42; 
– Разность ∆F(DF) сжатий эллипсоидов WGS 84 и СК 42. 

После этого ввода и его подтверждения GPS – приемник будет вычислять координаты точки в угловых градусах, минутах и секундах широты и долготы в СК 42 а высоту – в метрах по отношению к поверхности эллипсоида, т.е высотой над уровнем моря. 

Указанные пять параметров приведены ниже: 

DX= +24; 
DY= -141; 
DZ= -81; 
DA= -108; 
DF= 0,004808. 

Пользовательские установки DATUM WGS 84 и СК 42 (параметров земного эллипсоида и сетки пользователя). 

Перед применением пользователь должен "указать" спутниковому GPS – приемнику, в какой системе относимости (например, DATUM WGS 84 или СК 42) и в какой сетке координат (в каком формате) следует выводить на дисплей определяемые координаты места. 

WGS 84 и другие вводятся из выпадающего меню по своему наименованию, т.к её данные уже есть в памяти GPS – приемника. 

СК 42 должен быть выбран как User (пользовательский), т.е. определяемый путем ввода пользователем своих пяти параметров ∆Х, ∆У, ∆ Z, ∆А и ∆F. 
Кроме этого, пользователь должен указать формат, в котором следует выводить координаты места (тип сетки координат). Это могут быть либо широтно–долготные координаты (в градусах минутах, секундах и десятых долях секунды), рассчитанные для WGS 84 или СК 42, либо прямоугольные координаты X и Y в системе Гаусса–Крюгера. 

Для вывода в первом формате пользователю в соответствующем меню следует указать желательный формат (например – градусы, минуты, секунды). 
Для вывода во втором – выбрать строку User Greed (пользовательская сетка координат) и ввести значение осевого меридиана, масштабный коэффициент и смещение по оси Y (по экватору). 

В спутниковых GPS – приемниках пересчет широтно–долготных координат в прямоугольные и обратно выполняется с помощью специальной программы встроенного программного обеспечения, обращение к которой осуществляется из главного меню пользовательских настроек. Для этого в GPS – приемник должны быть введены значение осевого меридиана зоны (средняя долгота зоны), заменяющее собой номер зоны, равное её конечной долготе минус 3 градуса (7x6° – 3° = 39° – для 7 зоны) и масштабный коэффициент, равный для карт в проекции Гаусса–Крюгера единице (К=1,000000). 

Широтно–долготная сетка координат удобна для координирования места на больших пространствах, при котором земную поверхность невозможно без заметных искажений углов, длин и площадей представить плоской картографической проекцией (изображением). Широтно–долготной сеткой, т.е географическими координатами пользуются пилоты самолётов и вертолётов, так как выполняют полёты на большие расстояния. На ограниченных же пространствах более привычна сетка прямоугольных координат, при помощи которой достижимо наглядное крупномасштабное изображение поверхности Земли с приемлемо малыми для решения практических задач искажениями углов, длин и площадей. 

Определение номера зоны и значения осевого меридиана зоны. 
Прямоугольная сетка координат Гаусса–Крюгера, которая используется в отечественных картах, строится для полосы земной поверхности, протяженностью в 6 угловых градусов по долготе и от экватора до северного и южного полюсов. Таким образом, по экватору располагаются 60 таких долготных зон со своими порядковыми номерами. 

В прямоугольной системе координаты места указываются номером долготной зоны (1,2,3 и т.д. до 60), а внутри зоны расстоянием в метрах от её осевого меридиана (прямоугольная координата Y) и расстоянием в метрах от экватора к северу или югу (прямоугольная координата X). 

Эти координаты имеют силу только в пределах долготной зоны, заданной своим номером (1,2,3 и т.д до 60), т.е в каждой из 60 зон своя система координат. 

Для работы с GPS – приемником необходимо ввести значение осевого меридиана соответствующей зоны. 

Осевые меридианы зон имеют значения: 3, 9, 15,21, 27, 33, 39, 45 и т.д. Москва, например, находится между 36 и 42 градусами восточной долготы, т.е. в седьмой долготной зоне. 

Средняя долгота в этом случае равна: 

7x6° – 3° = 39° градусов восточной долготы, где 
первая цифра 7 – номер зоны, 
6° – ширина зоны (в градусах), 
3° – половина ширины зоны (расстояние от начального (конечного) меридиана до центра зоны – осевого меридиана). 

Кроме того, в том же подменю вводятся параметры: 

Условное смещение на Восток = +7500000 метров, где 
7 – номер зоны (Москва и Московская область), 
500 000 м. – условное смещение на Восток. 
Условное смещение на Север = 0, 0 метров (для северного полушария). 

Их введением в расчетный алгоритм GPS – приемника достигается сдвиг начала прямоугольных координат от средней долготы (осевого меридиана зоны) к начальной долготе зоны и, тем самым, исключение из применения отрицательных значений координаты Y. 

Определение номера зоны и значения осевого меридиана зоны по сборной таблице топографических карт. 

Номер зоны и значение осевого меридиана можно определить по сборной таблице или общегеографической карте. 

Например, Челябинск находится между 60 и 66 меридианом, т.е осевой меридиан этой зоны будет иметь значение 63°. 

Номер географической зоны для Челябинска можно определить по номеру колонны (41), отняв число 30: 

41 – 30 = 11, т.е. номер зоны будет 11 (по таблице поправок для крупных областей России). 

*В моделях типа GPS map 60 CSx ввод номера зоны в 1 разряд значения смещения на Восток предусмотрен только от 1 до 9 зоны включительно. («Установка поправок для работы GPS–приёмника в системе координат Красовского 1942 года СК–42 (российские топографические карты) раздела 2 «Настройки и порядок работы с GPS–приёмником». 

Определение номера зоны и значения осевого меридиана зоны по листу топографической карты. 

Номер зоны так же можно определить по листу топографической карты, на котором он указывается слева от вертикальной линии километровой сетки:

Пример 1: лист топографической карты расположен в 7–ой географической зоне (7318, где 7 – номер зоны). 

Для того, чтобы определить значение осевого меридиана, необходимо произвести следующие вычисления: 

7x6° – 3° = 39° градусов восточной долготы, где 
7 – номер зоны, 
6° – ширина зоны (в градусах), 
3° – половина ширины зоны (расстояние от начального (конечного) меридиана до центра зоны – осевого меридиана). 

Пример 2: лист топографической карты расположен во 2–ой географической зоне (2419, где 2 – номер зоны). 

Осевой меридиан будет иметь значение 9°: 

2x6° – 3° = 9° градусов восточной долготы, где 
2 – номер зоны, 
6° – ширина зоны (в градусах). 

Определение номера зоны непосредственно при помощи GPS – приёмника. 
Номер зоны можно определить непосредственно при помощи GPS – приёмника. Для этого необходимо выбрать формат координат, как «широтно–долготный» («Форматирование основных величин»). В этом случае на дисплее буду выдаваться географические координаты в системе СК–42. Далее по значению долготы (Е – восточная долгота) определяют номер зоны и значение осевого меридиана (таблица). 

Пример: GPS – приёмник определяет долготу текущего местоположения Е 037° 41.885' (градусы, минуты, тысячные минут). 
Для определения номера зоны необходимо произвести следующие вычисления: 
37° : 6° = 6,16 , т.е точка располагается в границах 7–ой зоны (между цифрами 6 и 7), где: 
37° – долгота данного местоположения, определяемая по GPS – приёмнику, 
6° – ширина зоны. 

Далее рассчитывается значение осевого меридиана 8–ой зоны. 

7x6° – 3° = 39° градусов восточной долготы, где 
7 – номер зоны, 
6° – ширина зоны (в градусах), 
3° – половина ширины зоны (расстояние от начального (конечного) меридиана до центра зоны – осевого меридиана). 

Таким образом, точка расположена в 7–ой зоне, осевой меридиан зоны имеет значение 39° градусов восточной долготы. Эти данные необходимо внести в GPS – приёмник.

Поделиться


Ссылка на пост
Поделиться на этих сайтах:

Это Амеровская, рубильник отключат ..... и все

GPS — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

В GPS для каждого НИСЗ определен свой уникальный С/А-код и уникальный Р-код. Такой вид разделения сигналов спутников называется кодовым. Он позволяет бортовой аппаратуре распознавать, какому спутнику принадлежит сигнал, когда все они осуществляют передачу на одной частоте GPS предоставляет два уровня обслуживания потребителей точные определения (РРS Precise positioning Service) и стандаршые данные (SPS Standart Positioning Service) PPS основывается на точном коде, а SPS — на общедоступном. Уровень обслуживания РРS предоставляется военным и федеральным службам США, а SPS — массовому гражданскому потребителю.

Аналоги

Европа - «Галиле́о» (Galileo) — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансевропейские сети (англ. Trans-European Networks). Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. В последнее время всё больше производителей ССН-оборудования интегрируют в свои спутниковые приёмники и антенны возможность принимать и обрабатывать сигналы со спутников «Галилео», этому способствует достигнутая договорённость о совместимости и взаимодополнении с системой NAVSTAR GPS третьего поколения. Финансирование проекта будет осуществляться в том числе за счёт продажи лицензий производителям приёмников.

Россия - ГЛОНАСС

Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС) — российская спутниковая система навигации, одна из двух полностью функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации.

 

GPS vs ГЛОНАСС: какая система лучше

Поделиться


Ссылка на пост
Поделиться на этих сайтах:
2 часа назад, OldMaster сказал:

Это Амеровская, рубильник отключат ..... и все

Никто не спорит))) но Garmin все же рулит

Поделиться


Ссылка на пост
Поделиться на этих сайтах:
1 час назад, Drew сказал:

Никто не спорит))) но Garmin все же рулит

И не собираюсь) 
Кнопку отключат и «Кирдык Garmin» 

(с) Брат 2

Поделиться


Ссылка на пост
Поделиться на этих сайтах:
19 минут назад, OldMaster сказал:

И не собираюсь) 
Кнопку отключат и «Кирдык Garmin» 

(с) Брат 2

Пусть отключают. Пока не отключили, если этот материал пригодится для настроек GPS приборов — слава Богу)))

Поделиться


Ссылка на пост
Поделиться на этих сайтах:

Зарегистрируйтесь или войдите для ответа

Зарегистрируйтесь в нашем сообществе, чтобы оставить сообщение

Зарегистрироваться

Зарегистрируйтесь в нашем сообществе. Это легко!

Создать новый аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Входите.

Войти

  • Тему читают:   0 пользователей

    Никто из зарегистрированных пользователей не просматривает эту страницу.