Шта је ГПС пријемник: опис и принцип рада

Вероватно су сви користили ГПС пријемнике директно или индиректно. Они се налазе у већини паметних телефона, много нових аутомобила, који се користе у комерцијалне сврхе широм света. Ови ситни уређаји могу одмах и потпуно бесплатно одредити тачну локацију и вријеме готово било гдје у свијету. Све што је потребно за то је присуство самог ГПС пријемника, и они постају јефтинији и мањи сваки дан.

Међутим, ови мали и јефтини модули не би требали бити узимани здраво за готово. Да би увек и свуда могли тачно да одреде локацију, деценије развоја инжењеринга су отишле. Од краја 70-их година покренуто је на десетине ГПС сателита, од којих је сваки опремљен прецизним атомским сатом, и они се и даље редовно лансирају у орбиту Земље. Континуирано шаљу податке на Земљу преко наменских РФ канала. Џепни ГПС пријемници опремљени су сићушним антенама и процесорима који директно примају сигнал који шаљу сателити и израчунавају позицију и вријеме у лету.

Како функционише ГПС?

Орбиталне групације и земаљске станице се користе за одређивање положаја и времена готово било гдје на Земљи. На надморској висини од преко 19 хиљада км изнад Земље стално је било распоређено најмање 24 активна сателита. Њихове позиције су израчунате тако да се тачно половина њих увек налази на небу изнад било које тачке планете. Главна сврха сателита је пренос информација на Земљу на фреквенцијама у опсегу 1.1-1.5 ГХз. Помоћу ових података и математичких прорачуна, земаљски пријемник или ГПС модул може израчунати његову локацију и тренутно вријеме.

У 2010. години обновљен је алтернативни систем глобалног позиционирања ГЛОНАСС. Такође има 24 сателита и емитује на 1.2–1.6 ГХз.

Канали

Број канала са којима ГПС модул функционише утиче на време прве корекције (ТТФФ). Пошто се не зна који су сателити на видику, што више фреквенција можете одмах проверити, корекција ће бити бржа. Након успостављања везе или примања поправка, неки модули онемогућавају додатне канале ради уштеде енергије. Ако кориснику не смета да сачека мало дуже, довољан је 12 или 14 канала за одличан рад пријемника.

Трилатератион

Ово је математички метод који се користи за израчунавање позиције са неколико контролних тачака. Да би ГПС пријемник могао да израчуна тачну позицију и време, мора успоставити комуникацију са најмање 4 сателита. За израчунавање удаљености до објекта методом триангулације потребна су 2 бода. Али у случају ГПС-а, морате одредити 4 вредности - географску ширину, дужину, надморску висину и време.

Одређивање локације и времена

Подаци који се преносе на Земљу са сваког сателита садрже неколико различитих информација које омогућавају ГПС пријемнику да тачно израчуна своју локацију и време. Важна опрема на свакој од њих је изузетно прецизна. атомски сатови. Подаци о времену се шаљу на Земљу заједно са орбиталном позицијом и временом доласка на различите тачке орбите. Другим речима, ГПС модул прима временску ознаку са свих видљивих сателита, као и информације о њиховој локацији. Из ових података можете израчунати удаљеност до сваког од њих. Ако антена види најмање 4 сателита, онда можете прецизно израчунати положај пријемника.

Ту је и страна глобалног система позиционирања. Поред горе наведених елемената, постоје земаљске станице које могу комуницирати са сателитском мрежом и неким ГПС пријемницима. Такав систем се зове контролни сегмент и побољшава тачност мерења. Њени примјери су ВААС и ДГПС. Први се користи код већине пријемника и смањује грешку на 5 м. Други захтева пријемник одређеног типа и даје грешку од центиметра. Уређаји овог типа су скупи и имају тенденцију да буду већи зато што захтевају додатну антену.

Аццураци Убаци у корпу

Тачност мерења ГПС или ГЛОНАСС пријемника зависи од броја варијабли, првенствено од односа сигнал-шум, положаја сателита, временских услова и присуства препрека као што су зграде и планине. Ови фактори могу створити грешке у израчунавању локације корисника. Бука обично ствара грешку од 1 до 10 м. Планине, зграде и други објекти који могу ометати сигнал са сателита, могу изазвати троструко већу грешку. За нормалан рад, ГПС пријемник мора бити у стању да прими сигнал са 4 сателита. Веза са првим од њих омогућава добијање података о алманаху и, самим тим, о расположивости остатка. Иако је могуће лоцирати са мање од 4 сателита, грешка мерења може бити прилично велика. Најпрецизније одређивање положаја се дешава када је отворен поглед на чисто небо, без икаквих препрека, са више од 4 сателита изнад главе. У борби против ових грешака створено је неколико алата.

Ассистед гпс

Један од ових система подршке је Ассистед ГПС или АГПС. Овај метод користи бежичне (земаљске) мреже за пренос сателитског сигнала када је слаб или немогућ за примање. АГПС помаже у две ствари. Прво, он даје примаоцу податке о алманаху и тачно време. Друго, он користи већу рачунску снагу и добар земаљски сателитски сигнал за интерпретацију добијених фрагментираних информација да би се обезбедило поузданије одређивање положаја. АГПС се углавном изводи помоћу екстерних ГПС пријемника инсталираних на стубовима ћелија. Комуникација са њима вам омогућава да брзо подесите сателит, као и да добијете прецизније информације. Овај метод се користи у ГПС пријемницима за "Андроид" у мобилним телефонима. Зато су смарт телефони често специфичнији производи. АГПС је присутан у камерама, прегледавајући ГПС пријемнике и неке аутомобиле. Његова употреба је најкориснија у градовима где је сигнал у лабиринту зграда понекад веома тешко примити.

Дифферентиал ГПС

Други метод је диференцијални ДГПС геолокациони систем. Овај систем позиционирања користи и земаљске станице. Међутим, разликује се по томе што проналази разлику између очитавања сателита и пријемника. Станице се могу налазити на удаљености од 370 км од пријемника, и важно је напоменути да се са повећањем удаљености од њих смањује прецизност мерења. ДГПС се изводи земаљском станицом која емитује сигнал који диктира грешку између стварне и измјерене псеудоранге. Ова вредност се израчунава множењем брзине светлости до тренутка када се сигнал са сателита пребаци на пријемник.

Пример једног типа ДГПС је ВААС систем широког опсега. Првобитно је дизајниран да помогне авионским ГПС пријемницима. ВААС користи систем специјално изграђених земаљских станица. Постоји скуп стандарда тачности које мјерења морају задовољити. У хоризонталном и вертикалном правцу у 95% случајева, њихова грешка не би требала прелазити 7,6 м. Земаљске станице шаљу своја мјерења на главне станице, које шаљу корекције ВААС сателиту сваких 5 секунди или више. Са сателита, сигнал се преноси назад на пријемнике на Земљи, где се кориговани подаци користе за побољшање тачности ГПС-а. На неким мјестима ВААС може пружити погрешку до 1 м водоравно и 1,5 м вертикално. Иако је ВААС присутан само у Северној Америци, слични системи постоје у многим другим деловима света.

Формати порука

ГПС подаци се приказују у различитим форматима преко серијског интерфејса. Постоје стандардни и нестандардни (власнички) формати порука. Скоро сви ГПС пријемници емитују НМЕА податке. Ово је стандард за форматирање информација у облику низова, названих реченица. Свака од њих садржи различите податке одвојене зарезима. Укупно има 19 врста таквих приједлога. Ево примера НМЕА низа примљеног од примаоца који је успоставио комуникацију са сателитом:

$ ГПГГА, 235317.000,4003.9039, Н, 10512.5793, В, 1,08,1.6,1577.9, М, -20.7, М ,, 0000 * 5Ф.

Понуда садржи следеће информације:

• ГМТ: 23:53:17;
• географска ширина: север, 40.039039 °;
• дужина: западна, 10.5125793 °;
• број сателита: 08;
• висина: 1577 м.

Подаци се раздвајају зарезима како би се олакшало читање и анализирање рачунара и микроконтролера. Они се шаљу у серијски порт у интервалима који се називају стопе ажурирања. Већина пријемника ажурира ову информацију једном у секунди (тј. На 1 Хз), али најбољи ГПС пријемници могу извести више ажурирања у секунди. За модерне моделе ова вредност је 5–20 Хз.

Читање података

Већина ГПС модула је опремљена серијским портом који вам омогућава да их повежете са микроконтролером или рачунаром.

Након што је уређај укључен, НМЕА подаци (или поруке у другом формату) шаљу се из серијског прикључка за пријенос (ТКС) уз одређену брзину пријеноса и брзину ажурирања, чак и ако нема пријема са сателита. Да би микроконтролер могао да чита информације, морате повезати ТКС ГПС пин на РКС улаз. Да бисте конфигурисали модул, потребно је да повежете његов РКС улаз са ТКС излазом контролног уређаја.

Микроконтролер обично анализира НМЕА податке. Анализа приједлога је направљена једноставним извлачењем из ње информација.

На пример, микроконтролер треба само да прочита ГПС висину. Уместо да се бави читавим текстом, он анализира ГПГГА реченицу и бира само висину. Када се изаберу потребне информације, може се манипулисати да би се извршиле друге радње.

Ардуино платформа такође може лако да анализира НМЕА податке користећи Тини ГПС библиотеку.

Повежите се са рачунаром

Једноставан начин да директно погледате НМЕА податке је да користите ГПС пријемник за лаптоп или рачунар. Да бисте успоставили везу, потребно је само напајати уређај за геолокацију и повезати ТКС пин спољног модула са РКС улазом рачунара.

Такође је могуће повезати ГПС пријемник са УСБ портом. У исто време, може се напајати и из сопственог извора и преко везе са рачунаром. У првом случају, пуштена линија се користи за детектовање везе УСБ-ГПС пријемника са домаћином. Када је повезан са рачунаром, напајање се врши преко универзалне серијске магистрале, тако да није потребан додатни извор.

Поред тога, Блуетоотх-ГПС пријемник обезбеђује бежичну комуникацију са рачунаром и компатибилним уређајима истог произвођача. Ово омогућава брзу размјену заједничких података, као што су руте и путне тачке.

Након повезивања, потребно је да отворите програм серијског терминала тако што ћете подесити брзину преноса једнаку брзини ГПС модула. Чак и ако пријемник није успоставио комуникацију са сателитом, на екрану ће се појавити низ НМЕА реченица.

Подешавање пријемника

Да бисте конфигурисали ГПС и ГЛОНАСС пријемник, важно је да знате тип чипсета који је инсталиран у њему. Чипсет садржи моћан процесор који је одговоран за кориснички интерфејс, све калкулације, као и аналогне антене. Поред тога, чипсет вам омогућава да примате податке за конфигурисање параметара као што су брзина ажурирања, брзина преноса, избор понуде итд.

Да бисте послали команде пријемнику преко серијског порта, потребан вам је низ команди или референтни приручник. Али пре него што уђете у проучавање команди за одређени модул, морате проверити доступност софтвера, што у великој мери олакшава рад са уређајем и његовом конфигурацијом.

Неки чипсети омогућавају употребу алтернативних протокола, као што су бинарни СиРФ, УБКС или сопствене поруке. Ови протоколи садрже сличне информације, али размјењују податке у облику бинарног (умјесто АСЦИИ) кода за бржу комуникацију.

Када комуницирате са ГПС пријемником, команде се морају завршити контролном сумом. У већини случајева, за ово, за сваку реченицу морате покренути КСОР команду.

Антенна

Мали ГПС-модул прима сигнале са сателита који се налазе на удаљености од 19 хиљада км, који се налазе не само изнад главе, већ и било где на небу. За боље перформансе антене и сателита потребна вам је директна видљивост. Време, облаци, мећаве не би требало да утичу на сигнал, али дрвеће, зграде, планине, кров над главом ће створити нежељене сметње, а тачност ГПС-а ће патити од тога.

Развијене су многе опције за антене. Једна од најчешћих је керамичка патцх антена. Има низак профил, ниску цену и компактност, али у поређењу са другим типовима, потребно је још горе. Да би се добио добар сигнал, он мора бити усмјерен према горе на отворено небо, тј. Када је појачање максимално.

Антене са навојем користе се у неким ГПС модулима. Они заузимају више простора, али њихов облик вам омогућава да добијете бољи сигнал у било којој оријентацији због мањег добитка.

Неки модули користе СМА антене. То омогућава да се монтирају на местима која нису на самом пријемнику, што је корисно у случајевима када главни систем нема приступ отвореном небу (на примјер, у згради или аутомобилу).