В век цифровых технологий мы с вами начинаем отказываться от обычных компасов, переходя на совершенно новые технологии. Такими технологиями сейчас являются навигаторы. Они вам и дорогу проложат, и запомнят ваш выбор, и подскажут где пробки, в общем, куча полезного. Но зачастую владельцы не знают, как работают эти приборы. Некоторые говорят — что это спутниковый сигнал, другие что сотовый, третьи вообще — что он сам позиционируется на месте! Но где же правда, как работает автомобильный (или какой либо другой) навигатор? Давайте разбираться …
Что хочется отметить, навигаторы это совершенно независимые устройства, работают автономно! ДА в некоторые из них может быть встроена сим карта, то есть позиционирование по сотовым вышкам, но это в качестве исключения, нежели в общей практике! Навигатор работает совершенно по другому принципу.
Техническая составляющая
Итак, прежде чем определять — как он работает, давайте вспомним, из чего же он состоит:
- Собственно это «печатная» или еще называют «материнская плата» навигатора, которая заключается в корпус. Именно она «сердце» любого устройства, на ней устанавливается процессор, память и собственно сам приемник сигналов, GPS модуль (про это чуть позже).
- Экран. Сейчас они практически все сенсорные, раньше зачастую встречались и обычные. Они строятся по TFT или IPS технологиям. Нужно отметить вторая технология позволяет повысить удобство от пользование навигатором, потому как на ней менее проявляются блики, также объекты более четкие и яркие. Всем советую брать именно с IPS матрицей. Хотя сейчас и TFT дисплеи покрывают антибликовым покрытием. Дисплей соединяется с «материнской платой» при помощи специальных шлейфов.
- Аккумулятор. Также необходим, по сути, он мало чем отличается от телефонных или планшетных батарей. Позволяет работать устройству автономно, не зависимо от источников питания (электрическая цепь дома или автомобиля). Чем больше батарея, тем дольше он может работать, ведь расход энергии при позиционировании действительно большой.
- Корпус. Хочется заострить на нем внимание. Ведь он реально важная составляющая. Раньше они делались только из пластика и были достаточно хлипкими, сейчас же все чаще встречаются версии с защищенным корпусом, он прорезиненный, такие навигаторы не бояться влаги, а некоторые даже могут погружаться в воду. Так что если вы занимаетесь экстремальными видами спорта, в том числе и авто. То вам нужно выбирать именно защищенный корпус.
Если подвести итог навигатор будь то автомобильный или обычный, по сути это маленький компьютер, зачастую по своим функциям похож на планшетный ПК.
Как работает электроника навигатора?
Все что я перечислил сверху, это всего лишь физическая составляющая или как говорят программисты на своем сленге «ЖЕЛЕЗО», без программ оно работать не будет.
Чтобы заставить ЖЕЛЕЗО издавать хоть какие-то сигналы на него устанавливают BIOS , он то и начинает заставлять работать все вместе – материнскую плату, GPS датчик, дисплей, аккумулятор, память, процессор.
Далее на него уже устанавливается операционная система . Сейчас самые популярные это Windows CE и Android, причем вторая система активно вытесняет первую из-за своей гибкости, стабильности и быстрой работы. Однако существуют и другие разработчики со своими системами, например GARMIN и Tom Tom, у них свои «операционки» и оболочки. Все эти системы специально адаптированы под сенсорный монитор, то есть здесь присутствует .
Ну все, поставили мы скажем — Android на свое «железо», но как он дальше будет работать? Как позиционировать?
Теперь нам нужно установить так называемую рабочую программу , сейчас их также десятки, самые распространенные в России, это конечно же Navitel, а также свои навигационные программы от поисковиков Яндекс и Google. Вообще если «порыть» можно найти не менее 10 программ, которые можно установить на свой навигатор.
Программа сама по себе начинает взаимодействовать с GPS модулем и определяет точку по координатам на мониторе вашего навигатора. Но вот без карт это бесполезно. Поэтому еще одной важной составляющей являются карты , которые как бы подкладываются в программу.
Как работают карты?
Навигатор как я написал выше, определяет координаты, в которых вы находитесь – долгота, ширина и высота. Если карт у вас в навигаторе нет, то на просто белом или черном дисплее вы будете видеть точку, возможно, будут указываться ваши координаты. Такая информация практически бесполезна. Подкладываются электронные карты, они также жестко привязаны к координатам, поэтому, когда навигатор определил место положения, то точка сопоставляется с местом на карте. Таким образом, вы видите свое местоположение.
Карты постоянно совершенствуются, на них появляются все больше опознавательных знаков, зачастую указаны адреса, улицы, дома, магазины, светофоры, радар-детекторы и прочая полезная информация. Нужно сказать, что это большая работа, и разработчикам постоянно нужно обновляться карты, ведь города и дороги изменяются.
Как работает « GPS» и «ГЛОНАСС»?
Вот мы и подошли к самому интересному, а именно к работе самого приемника. Чтобы узнать координаты, он отсылает через встроенную антенну, специальный запрос в Глобальную Систему Позиционирования (Global Position System или просто GPS), у которой на орбите нашей планеты есть группировка спутников. Дальше он получает ответ в зашифрованном виде, ответ с координатами, ответ передается навигационной программе, которая определяет место положения.
Для точности определения координат, и для корректной работы нужно как минимум связь с 4 спутниками, если их меньше, то программа может автоматически не заработать! Если на небе облака и тучи, то видимость спутников категорически падает. Также они практически не видны в зданиях, туннелях метро и других подземных частях.
GPS – это американская система позиционирования, однако Россия сейчас на данный момент разработала и успешно применяет свою альтернативную группировку спутников, которая получила название «ГЛОНАСС», да пока там спутников меньше, и работоспособность системы немного «плавает», но каждый год на орбиту выводятся новые и новые элементы стабильность растет год от года. Сейчас уже и не отличить где «GPS», а где «ГЛОНАСС».
В свою очередь навигаторы, будь то автомобильный или просто переносимый стационарный могут автоматически переключаться между системами позиционирования. Также доступен и ручной режим. В планах правительства России, сделать все современные автомобили оснащенными системой «ЭРА ГЛОНАСС».
Про сотовые вышки или нужен ли интернет?
Как вы, наверное, уже поняли навигатору не нужно интернет соединения ВООБЩЕ! Поэтому высказывания – «если нет интернета, нет и позиционирования» – МЯГКО СКАЗАТЬ ОШИБОЧНЫ! Навигационные системы работают на прямую, со спутниками и сотовые вышки им совершенно не нужны.
Но откуда же пошел такой миф? Все просто, виноваты в этом сотовые телефоны и первые навигационные системы от поисковиков (Яндекс Google). Именно они, в начале своего пути, позиционировали по расположению точки между базовыми станциями. То есть человек с телефоном запускал программу, она автоматически опрашивала сотовые вышки и они примерно, показывали ваше местоположение, погрешность была огромной, лично я сам помню до 2 километров, особенно в тех местах, где не было достаточно сотовых вышек (интернета). ДА и такое позиционирование было очень медленным, стояло выехать за город, сигнал терялся, интернет становился вообще «ниже плинтуса» и программа зависала. Проблема была еще и в том что вашему гаджету нужно было тянуть карты из интернета в режиме онлайн!
Сейчас совершенно другая ситуация, поисковики научили свои программы, корректно работать с GPS модулями:
- Появилась возможность позиционирования через спутники, а не только через базовые станции. Есть и гибридный режим – спутники + вышки.
- Можно выкачать карту вашей местности (города, села области и т.д.), что не дает не нужного расхода интернета.
- Позиционирование очень точное, с точностью до метра.
Таким образом – ИНТЕРНЕТ для навигатора, даже в телефоне НЕ НУЖЕН! Вам достаточно включить GPS модуль, выкачать карты и пользоваться.
НА этом у меня все, читайте наш АВТОБЛОГ.
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.
Навигатор «Навител» - это удобное программное обеспечение, которое осуществляет поиск на карте кратчайших маршрутов. Он имеет функцию “голосовая подсказка”, что позволяет водителю не отвлекаться в процессе управления автомобилем на экран навигатора. Принцип работы данного устройства достаточно прост, научиться им пользоваться не составит труда.
Навигатор «Навител» имеет полноэкранный режим, полезные всплывающие подсказки, поддерживает режим 2D, псевдо 3D. В нем реализовано масштабирование и быстрая прокрутка карт, имеется возможность выбора ориентирования карты: по направлению маршрута, движения, севера. Данная программа выполняет следующие задачи:- определение местоположения с отображением на карте;
- автоматическая и ручная прокладка маршрута;
- расчет путевой информации, отображение ее на карте;
- поиск объектов;
- запись маршрута, отображение в виде трека.
- ближайшие по карте;
- по адресу;
- путевые точки;
- любимые;
- история;
- по координатам;
- Навител смс.
Следует выбрать пункт меню «по адресу», после чего система определит ваше теперешнее местоположение. Теперь следует указать адрес, куда вам нужно попасть: выбрать страну, город, улицу, номер дома и нажать кнопку «поехать» слева вверху экрана. Программа сразу же проложит кратчайший маршрут, отметив конечный пункт флажком.
- вращение карты: можно закрепить карту севером кверху или установить режим ее вращения по ходу движения;
- навигация: здесь можно выбрать вид транспорта, маршрут (по прямой, по дороге; короткий или быстрый), задать предупреждение о маневре, степень чувствительности ухода с маршрута;
- дополнительные настройки: во вкладке «устройство» можно настроить звук, часы, питание.
Пользоваться навигатором «Навител» можно водителям автотранспорта, велосипедистам, даже пешеходам. Это устройство значительно облегчает поиск кратчайшего маршрута к необходимой точке, а работать с ним совершенно не сложно.
Прежде всего, необходимо уяснить принцип работы GPS-навигатора . Приемник, встроенный в навигатор, принимает сигнал со спутника. После чего сигнал дешифруется устройством и определяется место нахождения объекта. Стоит отметить, что устройство работает практически везде, даже в массивных зданиях и пещерах.
Итак, как начать работу с навигатором. Естественно, для этого потребуется инструкция. Возьмите устройство в руки таким образом, чтобы его антенна была направлена вверх. Сегодня существуют модели, антенна которых может вращаться в любую сторону, независимо от того как лежит устройство в руке. В этом случае можно просто повернуть антенну.
Перед тем, как начать использование, не забудьте включить навигатор. На экране устройства должно появиться окно поиска спутников. Спустя некоторое время GPS-навигатор получит информацию, которая обязательно отразится на экране. Обычно такая настройка длится от одной до трех минут. Устройство определяет положение быстрее, если вы находитесь на открытом участке.
После того как навигатор готов к работе, и все данные получены, можно приступить к изучению функций. Намного удобнее изучать устройство, сверяя с инструкцией расположение элементов управления . Некоторые кнопки могут выполнять несколько функций. Конечно, вам нужно запомнить основные. Естественно, со временем вы все запомните, и инструкция при работе с навигатором уже не понадобится.
В экранном меню можно настроить вид отображаемых данных. Конечно, определенные настройки зависят от модели устройства. Конкретнее все настройки описываются в инструкции . Очень важно правильно настроить часовой пояс, задать единицы измерения расстояния, выбрать систему координат.
По мере прохождения маршрута следует периодически сверять получаемые данные, которые отображаются на дисплее. Обычно на экране устройства отображается траектория пройденного пути, координаты нахождения устройства, положение прибора и пр.
Чтобы сохранить необходимые координаты точки, нужно нажать и удержать несколько секунд соответствующую кнопку. GPS-навигатор по умолчанию сохраняет в своей памяти весь путь. Поэтому можно включить режим, позволяющий отразить обратный путь. Работа с навигатором напоминает работу с переносным карманным компьютером.
GPS - это аббревиатура, которая с английского расшифровывается, как Global Positioning System, что в переводе означает - глобальная система определения местоположения. Другими словами, это спутниковая навигационная система, которая может позволить определить точное местоположения, вплоть до нескольких метров, какого либо объекта (человека, автомобиля, корабля и т.д.) на карте. Было ли Вам хоть когда-то интересно, как работает навигатор в телефоне, например, или на подводной лодке? Ведь принцип работы один и тот же. Если да, то читайте дальше, ведь сейчас мы поговорим о том, как работает навигатор, и что представляют из себя основные принципы его работы, в чем они заключаются.
Где сегодня применяются GPS-навигаторы
На самом деле, проще перечислить отрасли, где навигаторы не используются. С большим успехом навигаторы применяются среди всех любителей пешего, водного, горного и лыжного туризма. Многие охотники уже давным-давно обзавелись навигаторами, равно, как и велосипедисты, автолюбители и конечно же рыболовы. Что уж говорить о военной отрасли? Все корабли, самолеты и другая военная техника, оснащена новейшими навигаторами. Ведь GPS навигатор не только показывает окружающую местность, но и способен "рассказать", с какой скоростью следует двигаться, чтобы достигнуть точки маршрута и другие, очень важные детали.
Как работает GPS-навигатор
Мы не будем вникать в дебри физики и механики, а дадим Вам лишь самые основные знания о принципах работы GPS-навигатора.
GPS-система была разработана аккурат в то самое время, как только человечество запустило искусственные спутники в космос. Сама система GPS по сути, работает измеряя время, за которое радиосигнал способен дойти от спутника до объекта на Земле. Затем, по времени, автоматически вычисляется и само расстояние. Для работы GPS системы нужно, как минимум, три спутника. Что касается максимума, то тут их число может доходить до десятки. Таким образом, используя информацию, полученную от трех спутников, GPS-навигатор показывает местоположение на карте, точные координаты, вплоть до метра. А при использовании ещё и четвертого искусственного спутника, навигатор покажет даже высоту над уровнем моря. Поэтому, получается так, что GPS-навигатор - это специальный прибор, который принимает сигналы от спутников, находящихся в космосе, и перерабатывает эти сигналы в информацию.
Основные виды GPS-навигаторов
- портативные навигаторы;
- компьютеры и смартфоны со специально встроенным GPS-модулем;
- автомобильные навигаторы;
- внешние GPS-приемники, разработанные для подключения к смартфонам, ноутбукам и КПК.
Интересно то, что использование навигатора абсолютно законно и не требует никаких лицензий. Таким образом, GPS-навигатор можно использовать в любом месте для определения своих географических координат.
Очень надеемся, что наша статья подарила Вам новые знания и Вы хоть примерно, но поняли, как работает GPS-навигатор.
