GLONASS/GPS mindenkinek: tesztek az egychipes vevő helymeghatározásának pontosságára és elérhetőségére nehéz üzemi körülmények között

Philip Mattos (Philip Mattos)
Fordítás: Andrey Rusak
support@site
Victoria Bulanova
[e-mail védett]
A most tömeggyártásban lévő egychipes GNSS vevőt sűrű városi területeken tesztelték, hogy bemutassák a többrendszerű (GLONASS és GPS) fogyasztói vevőként való működés előnyeit. A kombinált GLONASS / GPS rendszer használata több tízezer vevővel kezdődött geodéziai felmérésekhez, jelenleg milliónyi ilyen fogyasztói eszköz létezik. A személyi műholdas navigációs készülékek számának növekedésének, az autóipari OEM-rendszerek és mobiltelefonok megjelenésének köszönhetően 2011-ben jelentős piaci volumeneket sikerült elérni. A navigációs felhasználói eszközök piacának fejlődési kilátásaiba vetett bizalom arra készteti a nagyfrekvenciás specifikus alkatrészek, mint például az antennák és a SAW-szűrők gyártóit, hogy növeljék a gyártási mennyiséget és optimalizálják az áruk költségeit. Az egyik első orosz cég, amely STM-vevőn alapuló modulokat dobott piacra, a NAVIA volt. A NAVIA GLONASS modulok már megbízható, kényelmes modulokká váltak a mozgó tárgyakhoz kész navigációs és vezérlőterminálok gyártásához. Különböző modultesztek kimutatták, hogy az ML8088-asok és GL 8088-asok megfelelnek a gyártó összes előírásának, és sikeresen használhatók felügyeleti eszközökben.

Egy chipes GLONASS / GPS vevő tesztjeit Londonban, Tokióban és Texasban végezték annak bizonyítására, hogy az összes látható GLONASS műhold kombinált használata GPS-szel együtt biztosítja a legjobb helymeghatározási elérhetőséget sűrű városi területeken, és abban az esetben is. rossz helymeghatározási elérhetőség - jobb helymeghatározás.pontosság.

Nyilvánvaló, hogy a többrendszerű vevőkészülékekre nagy a kereslet a fogyasztói piacon. Nagyobb számú műholdon tudnak munkát végezni "városi kanyonok" körülményei között, ahol az égi féltekének csak egy része van a láthatósági zónában, és nagy megbízhatóság szükséges a felesleges jelek kiszűrésében, amikor a hasznos jelek minősége jó. többszörös visszaverődés és csillapítás miatt nagymértékben leromlik. A továbbiakban röviden ismertetjük a GLONASS rendszer (és később GALILEO) integrálásának nehézségeit, amelyek alapján gazdaságos tömegfogyasztói eszközöket állítanak elő. Egy ilyen piacon egyrészt a költségek állnak az első helyen, másrészt az alacsony jelszinttel, a korlátozott energiafogyasztással, a rövid hidegindítási időkkel és a pozicionálási stabilitással kapcsolatos magas teljesítménykövetelmények.

A cél az volt, hogy az összes elérhető műholdat felhasználják a fogyasztói navigációs eszközök teljesítményének javítására beltéri és városi környezetben. 2011 a GLONASS támogatása alatt telt el, ennek a műholdrendszernek a fejlesztése körülbelül három évvel megelőzi a GALILEO-t. A vevők tervezésekor fontos volt a GLONASS és a GPS hardver támogatása közötti inkompatibilitási problémák leküzdése. Vagyis a frekvenciamodulált GLONASS jel szélesebb sávszélességet igényelt, mint a GPS által használt PCM jelek, különböző frekvenciaközéppontú és különböző chipsebességű sávszűrők. És mindez - a vevő költségének jelentős növekedése nélkül.

Ideális működési körülmények között a további csillagképekből származó műholdak hatástalanok lesznek, mivel helymeghatározás elérhetősége Már majdnem 100 százalékos, ha csak GPS-t használok. A hét, nyolc vagy kilenc műhold helymeghatározására használt ionoszférában való jelenlét rögzítési módban minimalizálja a teljes hibát, és megfelelő koordinátákat ad.

Extrém üzemi körülmények között csak a GPS használata teszi lehetővé a pozíció meghatározását, de csak három, négy, öt műhold használata, amelyek az égi félteke egy szűk részére koncentrálódnak, rossz DOP értékekhez vezet. A műholdak számának növelése nagymértékben javítja a pontosságot, ezáltal javítja a DOP-t és átlagolja a többutas hibákat. A pozicionált műholdak számának korlátozása többutas hibákhoz vezet az erősített DOP-ok koordinátáinak meghatározásakor. Egy második vagy harmadik konstelláció hozzáadása a látható műholdak számának növekedését vonja maga után, és így több műhold vesz részt a helyzetmeghatározási folyamatban, ami a hibák csökkenéséhez vezet.

Ezért extrém körülmények között, ahol a GPS önmagában nem elegendő, a GLONASS (és később GALILEO) műholdak további használata akár 100%-ra növeli a helymeghatározás elérhetőségét (a földalatti alagutak kivételével).

Valójában a rendelkezésre állás egy önmagát javító pozitív visszacsatolási hurok: mivel a műholdakat folyamatosan nyomon követik, még akkor sem kell őket keresni, ha a helymeghatározási probléma aktuális megoldásában a RAIM /fault és FDE algoritmusok segítségével elutasítják őket. ismét – már korábban is használhatóvá váltak. Ha a helymeghatározási folyamat nem szakad meg, akkor továbbra is pontosan megjósolható a fázisok a zárt akadályokkal rendelkező műholdak számára, ami lehetővé teszi, hogy azonnal felhasználják őket az „árnyék” elhagyásakor, mivel nincs szükség további információkra a kereséshez és rögzítéshez. őket.

A további látható műholdak nagyon fontosak a fogyasztó számára, különösen - például az "önsegítés" ("önkiszolgálás") esetében, amikor a minimális csoportot öt műhold képviseli, nem pedig három vagy négy, annak érdekében, hogy a Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) technikák segítségével önállóan megállapítja, hogy minden műhold „helyes”-e. Az „önkiszolgálásnak” még jelentősebb előnyei vannak a GLONASS-szal: nincs szükség infrastruktúrára, például támogatott szerverekre, amelyek mindig késleltetést okoznak a szolgáltatásban. A GLONASS módszer a műholdas pályaparaméterek Kepleri formátumban történő továbbítására szintén nagyon alkalmas az „önkiszolgáló” algoritmushoz.

A tesztelés értéke

A többrendszerű eszközök városi környezetben való előnyeinek jellemzésére irányuló korábbi kísérleteket megállította, hogy olyan professzionális vevőkészülékeket kellett használni, amelyeket nem ilyen jelszintekre terveztek, és minden csoportra külön eredményeket kellett volna kapni, vagy fel kell áldozni a műholdas mérések egyikét időmérések. Ezek a körülmények nem tették lehetővé a tömegpiacra való belépést tervezett eszközök további tesztelését.

Egy új, többrendszerű megoldás megjelenése nagy jelentőséggel bír, hiszen a vizsgált vevő akkor számít igazán tömeges eszköznek, ha megnövelt érzékenységgel rendelkezik, és mind mérésre, mind számításra teljesen készen áll. Így a cikk szerzője először közöl abszolút megbízható vizsgálati eredményeket.

háttér

A teszteket Teseo-II egychipes GNSS vevőn (STA-8088) végeztük. Rövid történet: Ez egy 2009-es Cartesio+-on alapuló STM termék, amely már tartalmazott GPS/GALILEO funkciókat és digitális jelprocesszort (DSP), készen állt a GLONASS funkció beültetésére, ami a Teseo-II chip megalkotásához vezetett (a 2010). Valódi műholdjelekkel végzett teszteredmények Baseband chipen FPGA implementációban már 2009 végén, 2010-ben pedig már kész chip használatával születtek.

A jelenlegi kialakítás további kisebb módosításokat igényelt az áramkörön. A DSP szükséges hardver- és szoftvermódosításai kisebbek voltak, és a következő ütemezett TeseoII áramkör-frissítés részét képezik. Az RF áramkör megvalósítása sokkal nagyobb figyelmet igényelt, mint a kétcsatornás, köztes frekvenciájú (IF) fokozattal és analóg-digitális átalakítóval (ADC), további frekvenciakonverzióval és szélesebb IF-szűrő sávszélességgel. De mivel a kristály területe a rajta található RF résszel a teljes térfogatban nagyon kicsi, még az áramkör 30% -os növekedése is jelentéktelen az egész áramkör számára. Összhangban azzal a ténnyel, hogy a lapka kialakítását egy közös egychipes rendszerhez tervezték (RF és BB, az antennától a pozícióig, sebességig és időzítésig (PVT)), így a 65 nm-es folyamat teljes szerszámfelülete nagyon kicsi.

Kereskedelmi szempontból mindhárom műhold-konstelláció bevonása (GPS/GLONASS ésGALILEO) egy chipbe új a fogyasztó számára. Az orosz piacon jelenlévő vállalatok közül sok kétrendszerű megközelítést választott, hogy megfeleljen az orosz kormánynak a GLONASS rendszerben való munkavégzés szükségességére vonatkozó követelményeinek. Nem gondoltak globálisan a jövőre, amikor több pozicionálási csoportosulás lesz a világban, és talán a folyamatban részt vevő országok mindegyike a jövőben a saját - natív - rendszerének domináns használatára támaszt követelményeket.

Ezzel kapcsolatban a döntésTeseo— II forradalmi, mert előre felkészült egy ilyen forgatókönyvre, és most megkaphatja a GLONASS / GPS/ GALILEO/ QZSSÉsSBAS.

Technikailag szintén újdonság a GLONASS rendszer vételére és feldolgozására szolgáló független csatornák csoportba foglalása, míg a GPS / GALILEO kombinációja már bevett gyakorlat. E rugalmasság eléréséhez új műszaki megoldásokra is szükség volt, figyelembe véve a különböző RF hardver késéseket, a jelátviteli sebesség különbségeit. Ezen kívül létezik a ma már jól ismert univerzális globális idő (UTC) korrekció és a geoid korrekciós probléma.

Az egychipes megoldásra (RF + Baseband + CPU) való közvetlen átállás nem gyakori: ez fontos technológiai áttörés. Az ebbe a lépésbe vetett bizalom az RF rész használatának tapasztalatának és a processzor bevált Baseband áramkörének köszönhető. A STA5630 külső RF interfészt és a módosított GPS/GALILEO DSP-t vették alapul, amelyeket korábban a Cartesio+-ban használtak.

Az STA5630/Cartesio+ használatának megbízhatósága már az egychipes három az egyben megoldások megjelenése előtt is bebizonyosodott a tömeggyártásban külön áramkörökként.

Ellentétben a kétchipes megoldásokkalGPS/GLONASS modulok jelen vannak az orosz piacon, egy chipes megoldás a cégtőlSTMicroelectronics (Teseo— II) STA8088 FG sokkal nagyobb megbízhatósággal, zajállósággal, alacsonyabb energiafogyasztással és természetesen kisebb méretekkel rendelkezik (modul ML8088 smérete 13 x 15 mm).

A GLONASS és GALILEO támogatása előrelépést jelent az RF hardver előző generációjához képest. A GALILEO kompatibilis a GPS-szel, ezért a meglévő séma használható, míg a GLONASS további módosításokat igényelt. Lásd az 1. és 2. ábrát.

1. kép

2. ábra.Változtatásokalapsáv alkatrészek a GLONASS támogatásához

Az RF részben az LNA, az RF erősítő és az első keverő egy csatornába került. Ez lehetővé tette a chipek számának megtakarítását és az energiafogyasztás minimalizálását. Ezenkívül lehetővé tette a külső költségek megtartását a berendezésgyártók számára. Az első keverőben 30 MHz-re csökkentett GLONASS jel a másodlagos feldolgozó csatornába kerül (barna színnel), és 8 MHz-ig keverve egy külön ADC-be, majd a Baseband részbe kerül.

A Baseband rész egy további előfeldolgozó fokozatot biztosít (barnával jelölve), amely a jelet 8 MHz-re alakítja át, ami az alapsávba való betápláláshoz szükséges, és a vett jelet az anti-interferencia rovátkás szűrőn továbbítja, valamint csökkenti a mintavételi frekvenciát. 16-os standard értékre, DSP hardverben történő feldolgozásra alkalmas.

A meglévő rögzítőeszközök és nyomkövető csatornák kiválaszthatják, hogy hol és mikor fogadják a GPS/GALILEO vagy GLONASS jeleket, ami nagyon rugalmassá teszi a csatornák elosztását a műholdas konstellációkhoz képest.

Kevésbé látható, de a rendszerteljesítmény szempontjából nagyon fontos az a szoftver, amely ezeket a hardver erőforrásokat figyeli, egyrészt a nyomkövető PLL-hurkok lezárása és mérések elvégzése érdekében, másrészt a Kalman-szűrő, amely a mért adatokat PVT adatokká alakítja át, az általa megkívánt. a felhasználó.

Mindez szerkezeti módosításon esett át, hogy támogatást nyújtson számos műhold-konstellációhoz, és nem csak a GLONASS-szal. Ebben az esetben a jövőbeni globális navigációs rendszerek fogadására szolgáló szoftver bővítése az evolúciós fejlődés szakaszává válik, és magának a kristálynak nem lesz szüksége komoly módosításokra.

A szoftver 2010 óta valódi chipen fut, de bármilyen szimulátor vagy statikus tetőantenna jeleit felhasználva csak GPS-adatok voltak elérhetőek, ami annyira jó volt, hogy nem tette lehetővé a rendszer fejlesztését célzó kutatási manővereket. 2011 elején elérhetővé váltak a gyártás előtti chipminták és a csomagban lévő antennával ellátott fejlesztőkártyák, amelyek világszerte lehetővé tették a mobil terepi tesztelést.

Jelenlegi eredmények

A többrendszerű vételi kristály megszületése előtt már láthatóak voltak az eredmények a professzionális vevőkészülékekkel, külön GPS és GLONASS mérésekkel végzett előzetes tesztekből. Ezek a tesztek azonban nem adtak jó adatokat fogyasztói vevőkészülékre, mert gyenge érzékenységet mutattak. A vevőkészülékeknek elég tiszta jelre volt szükségük a PLL meghajtásához, de ezt városi környezetben nem lehetett megtenni, és ami a legfontosabb, a vevőkészülékek két külön megoldást hoztak létre egy állandó kiegészítő műholddal a rendszerek közötti időkülönbségek feloldására. A nem kapcsolódó megoldások nem tették lehetővé az egyik konstelláció műholdjainak helyzetének előrejelzését egy másik konstelláció segítségével számított koordináták alapján történő helyzetük kiszámításával, ami a többrendszerű GNSS vevők egyik fő előnye.

A látható műholdak modellezését 2010-ben végezték Olaszország sűrű városi területein, Milánó központjában. A teljes 24 óra alatt percenként átlagolt eredményeket az 1. táblázat mutatja. A látható műholdak átlagos száma 4,4-ről csak GPS esetén 7,8-ra nőtt GPS+GLONASS esetén, a No Fix pontok nullára állítása mellett. Ráadásul a "csak GPS-szel" módban 380 hamis pont érkezett, ami a teljes vételi idő körülbelül 26%-át tette ki.

Asztal 1.Pontosság és elérhetőségGPSÉsGPS+ GLONASS, átlagosan több mint 24 óra

A műholdak elérhetősége azonban nem volt öncél. A pontosság geometriai csökkenése miatt előfordulhat, hogy több műhold jelenléte az égi félteke ugyanazon kis területén a városi területek felett nem elegendő. Ezen adatok tanulmányozásához a HDOP által biztosított geometriai pontosság. A GLONASS és a GPS együttes használatával az eredmény 2,5-szer jobb lett.

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy két-három további műhold állt rendelkezésre az egyes tesztvárosokban, de az egyiket ideiglenes meghatározásra használták. Ha egy nagyon érzékeny vevőt egyetlen chipen kombinálunk, azt feltételeztük, hogy további négy vagy öt műhold vesz részt.

A tényleges eredmények messze felülmúlták várakozásainkat. Először is sok más műholdról érkeztek jelek, mivel minden korábbi teszt és szimuláció kizárta a visszavert jeleket. További jelekkel a vevő jelentősen javította a DOP teljesítményt. A tükröződések pontosságra gyakorolt ​​hatása jelentősen csökkent, egyrészt a jobb helymeghatározási geometria miatt, másrészt az FDE / RAIM algoritmusok azon képessége miatt, hogy fenntartják a műholdas nyomkövetési stabilitást. Emellett csökkent a koordinátaadatokat torzító hamis jelek száma.

Az itt bemutatott eredmények egy teljesen integrált, nagy érzékenységű vevőtől származnak, mint például az STA8088s chipen alapuló NAVIA ML8088s vevő. Úgy van optimalizálva, hogy még a nagyon alacsony szintű jeleket is érzékelje, és közvetlenül a látómezőben lévő összes műholdról kapjon eredményeket, függetlenül a konstellációtól. Ez 100%-ban biztosítja a műholdak elérhetőségét, és nagymértékben javítja a pontosságot kihívásokkal teli városi környezetben.

Elérhetőség

A fáziszáró huroktól (PLL) független, rendkívül érzékeny vevőkészülékek használata biztosítja a teljes rendelkezésre állást a modern városokban, még a modern épületek üvegvisszaverődése esetén is. Ezért a rendelkezésre állásnak néhány más definíciójára van szükség, a „négy műhold elérhető” kivételével. Például műholdak követése adott jelminőségi szinten, aminek eredménye a DOP-tól függ. Még a DOP-t is nehéz megbecsülni, mert a Kalman-szűrő minden műholdhoz különböző súlyokat rendel, amelyeket nem vesz figyelembe a DOP kiszámításakor. A pillanatnyi mérések mellett ez a szűrő a történeti pozíciót és az aktuális sebességet is használja, így a pozicionálási pontosság változatlan marad.

A 3. ábra a műholdak elérhetőségét mutatja követési módban. A teszteket London pénzügyi negyedében végezték 2011 májusában.

Nyomon követett műholdak -GPS, GLONASS,GPS+GLONASS

3. ábraGPS(kék színnel jelölve) a GLONASS (pirossal jelölve) és az összes követett műhold ellenGNSS(zölddel jelölve).

ábrán látható módon. 3, összesen 7-8 GLONASS műhold és 8-9 GPS műhold van, azaz több GNSS - körülbelül 16 műhold. Volt időszak, amikor nem vették fel a műholdak jeleit: a Blackfriars Underpass alagút áthaladásakor az időbélyeg körülbelül 156 400 másodperc. A város más részein körülbelül 158 500 és 161 300 másodperces időközönként a látótávolság négy műholdra esett vissza, de ezek összlétszáma soha nem volt kevesebb nyolcnál. Megjegyzendő, hogy a tesztelés az óvárosban zajlott, ahol többnyire kőépületek vannak, így a fényvisszaverő jelek gyengébbek, mint az üvegből és fémből készült épületeknél.

Míg a műholdak elérhetősége 100%-ban az alagutakon kívül van, a DOP vagy a helymeghatározási pontosság korlátozhatja. A 4. ábrán látható, hogy más londoni teszteknél a multi-GNSS DOP 1 alatt marad, ahogyan 10-16 látható műhold esetén lennie kell, míg a csak GPS DOP gyakran 4 felett van, a visszaverődések miatti torzításokkal, ill. gyenge jelek esetén a DOP erősen 10-re emelkedik a csúcson.

GPSösszehasonlítvaGNSS

4. ábraCsakGPSkombinált ellenGPS/GLONASS pontosságcsökkentő jelzők

Mivel a 2011 májusában elvégzett tesztek nem voltak elég nehézkesek ahhoz, hogy olyan stresszes körülményeket teremtsenek, amelyek mellett a GPS-nek több GNSS támogatásra lenne szüksége, 2011 augusztusában új tesztelésre került sor. Amint a légifelvételen (5. ábra) látható, a teszteket a város modern, sokemeletes részén, a Canary Wharfban végezték. Ráadásul a város utak nagyon keskenyek, ami tovább bonyolította a városi tesztelést. A modern városrészben az üvegből és fémből készült épületek általában jobban tükröződnek, mint a kőépületek, ami miatt a RAIM és az FDE algoritmusok eltérnek a mérettől.

5. ábra: GPS vs. GNSS, London, Canary Wharf

A csak GPS-es eredmények elérése nehéz volt (zöld színnel), különösen a Docklands állomás zárt részén, bal középső, alsó vágányon.

A 6. ábra ugyanazokat a tényleges vizsgálati eredményeket mutatja be egy sematikus ütemtervben.

6. ábra: GPS vs. GNSS, London, Canary Wharf, sematikus térkép

A multi-GNSS tesztelés (kék színnel) nagyon jó eredményeket mutatott, különösen a hurok északi (keleti irányú) részén (az Egyesült Királyságban balkezes a vezetés, így az óramutató járásával megegyező irányban egyirányú hurok alakul ki).

7. ábra a) Tesztelés Tokióban: Teseo-I (GPS) vs. Teseo-II (GNSS); b) DOP tokiói teszteléshez

További teszteket végeztek az STMicroelectronics irodáiban szerte a világon. A 7a. ábra a tokiói teszteket mutatja, ahol a sárga az előző generációs chipek GLONASS nélküli tesztjeit jelzi, piros pedig a Teseo-II GPS + GLONASS segítségével.

A 7b. ábra némi magyarázatot ad a pontosság meghatározására, bemutatva a DOP-t a teszt során. Látható, hogy a Teseo-II DOP ritkán volt 2 felett, de a csak GPS (Teseo-I) pontszámok 6 és 12 között voltak a nehezen körbekerített északi területen.

Megismételjük, hogy a tesztalgoritmus egyszerű a GPS-hez, de a meghatározás pontossága nehézkes.

További tokiói teszteket végeztek szűkebb városi utcákon, azonos vizsgálati körülmények között, a 9. ábrán látható módon. Világoskék csak a GPS-nél, piros a GPS+GLONASS-nál, jelentős javulás tapasztalható az eredményekben.

A 9. ábra ugyanazt a színsémát használja a dallasi teszteredmények megjelenítésére, ezúttal egy versenytárs GPS-vevőjével, a GPS+GLONASS konfigurációjú Teseo-II-vel szemben, ismét nagyon jó eredményeket látva.

8. ábra CsakGPS(cián) vs multi-GNSS(piros), Tokió.

9. ábra CsakGPS(kék, versenyző vevőkészüléke) vs.GNSS(piros), Dallas.

Egyéb műhold csillagképek

Bár a hardverTeseo— IItámogatja ésGALILEOmiközben nem állnak rendelkezésre műholdakGALILEO(2011 szeptemberétől), így a világszerte használt, ezen a chipen alapuló eszközökön még mindig nincs betöltve a műholdrendszer kiszolgálására szolgáló szoftver. Ha azonban eljön a jelentkezés ideje GALILEO, mindig van lehetőség szoftverfrissítésre.

A japán QZSS rendszerben egy műhold áll rendelkezésre, amely hagyományos GPS-kompatibilis jeleket, SBAS jeleket és L1C BOC jeleket továbbít. Ezek közül az első kettőt a Teseo-II képes kezelni a jelenleg betöltött szoftver funkcióival, és míg az SBAS városi környezetben használhatatlan, mert a jelvisszaverődés és az interferencia lokális és nem veszik fel, addig a QZSS rendszer célja egy műhold biztosítása. a műholdhoz képest nagyon nagy szögben mindig elérhető volt a városi területeken.

A 10. ábra egy tesztet mutat be Tajpejben, Tajvanon, GPS-t (sárga) és több GNSS-t (GPS plusz egy QZSS műhold (piros)) és valódi értékeket (lila) használva.

10. ábra CsakGPS(sárga) a multi-hoz képestGNSS (GPS+ QZSS (1 műhold, piros)), valódi érték -lila, Taipei
További munka

A pontosabb kvantitatív eredmények érdekében a tesztelést folytatják. A tesztelésre az Egyesült Királyságban kerül sor, ahol vektoros adatokat tartalmazó térképek állnak rendelkezésre a valós utazási irányok megjelenítéséhez. Hardvermódosítást terveznek a Compass és a GPS-III (L1-C) rendszer támogatására, a meglévő GALILEO mellett. Ezeknek a jeleknek a keresését és követését már bemutatták előre rögzített élő forgatókönyv-mintákkal GNSS jelszimulátorokon.

2011-ben a Compass rendszer nem volt elérhető. Ezzel összefüggésben a Teseo-II szilícium verziójával kapcsolatos munka elsősorban a maximális rugalmasságra összpontosított különböző kódhosszúságú körülmények között, például BOC vagy BPSK, amely lehetővé tette egy vagy másik letöltött szoftver jelenlétében a konfigurálást. A DSP hardver funkciói lehetővé teszik a különböző műhold-konstellációk kompatibilitását.

A multi-GNSS CHIP jelenlegi verziójának kompatibilitási munkája gyenge volt: mivel a Compass rendszer 1561 MHz-es középfrekvenciája csak feszültségvezérelt oszcillátor és PLL használatával tartható fenn, a Compass rendszer nem tud egyidejűleg működni más műholdakkal. csillagképek. Ráadásul a Compass kódsebessége 2 Mbps, amit szintén nem támogat a Teseo-II, és külső alternatív áramkörök használatával szabványosítható, ami komoly jelveszteséget jelent.

Tehát a Compass támogatási munkája csak szoftverkutatás és -fejlesztés, egyetlen rendszermegoldás vagy külön RF chip használata esetén releváns.

A globálisan elosztott Compass jel, amely GPS/GALILEO jelformátumban van vivőfrekvencián, kódhosszúságon és -sebességgel, teljes mértékben kompatibilis lesz egyetlen több GNSS-konstrukcióval, de valószínűleg nem 2020-ig.

A városi körülmények között végzett teszteket a csoport fejlődésével megismétlikGALILEO. Ha 32 csatornája van, használhatja a 11/11/10 osztást (GPS/ GALILEO/GLONASS), mindhárom csoport teljes összetételének jelenlétében, de a navigációs szolgáltatásokkal szemben támasztott modern követelmények keretein belül a 14/8/10 kombináció bőven elegendő.

Következtetés

A többrendszerű vevő minimális költséggel tartalmazhat GPS-t, GLONASS-t és GALILEO-t. 32 nyomkövető csatornával és akár 22 látható műholddal még a legzordabb városi környezetben is 100%-os rendelkezésre állás és elfogadható helymeghatározási pontosság biztosítható. A tesztelés során jellemzően 10-16 műhold látható. A mérések sokasága a RAIM és FDE algoritmusokat sokkal hatékonyabbá teszi a rosszul visszavert jelek kiküszöbölésében, és minimalizálja a megmaradó jeltorzítás geometriai hatásait is.

A közelmúltban, az orosz GLONASS fejlesztésével a navigációs piac igényei a többrendszerű vevők iránt csak nőnek. Számos hazai cég használ egylapkás chipeket STM saját GLONASS moduljaik és kész házas készülékeik fejlesztésére. Különösen 2011-ben a NAVIA piacra dobta a 2 kombinált GLONASS/ GPS/ Galileomodult, melynek tesztjei nagyon jó eredményeket mutattak.

Azonnali vagy integrált elérhetőség(Angol) Elérhetőség – a PDOP-feltétel teljesülésének százalékos aránya<=6 при углах места КА >= 5 fok. Egy egyszerű példa: régen, 2010 előtt a GLONASS elérhetősége a földkerekség egyes részein nem volt magasabb 70-80%-nál, most pedig mindenhol 100%-os!)

Pontosság elvesztése vagy Geometriai pontosságcsökkentés(Angol) A pontosság hígítása, DOP, Angol A pontosság geometriai hígítása, GDOP)

RAIM(Angol) Vevő autonóm integritásának figyelése- Autonomous Receiver Integrity Monitoring (ARIC), a GPS-rendszer, a GPS-vevő integritásának értékelésére és fenntartására tervezett technológia. Ez különösen fontos azokban az esetekben, amikor a GPS-rendszerek megfelelő működése szükséges a megfelelő biztonsági szint biztosításához, például a légi közlekedésben vagy a tengeri navigációban.

A modern műholdas navigációs technológiák körülbelül 10-15 méteres pontossággal biztosítják a helymeghatározást. A legtöbb esetben ez is elég, de van, ahol több is kell: mondjuk egy autonóm drón, amely elég gyorsan halad a földfelszín felett, kényelmetlenül érzi magát a mérőhibás koordinátafelhőben.

A műholdas adatok finomításához differenciálrendszereket és RTK (valós idejű kinematikai) technológiát használnak, de egészen a közelmúltig ezek az eszközök drágák és terjedelmesek voltak. A digitális technológia legújabb fejlesztései az Intel Edison mikroszámítógép formájában segítettek megoldani ezt a problémát. Tehát ismerkedjen meg: Reach - az első kompakt, nagy pontosságú GPS-vevő, nagyon kedvező árú, és ráadásul Oroszországban fejlesztették ki.

Először is beszéljünk egy kicsit a differenciáltechnológiákról, amelyek lehetővé teszik a Reach számára, hogy ilyen magas eredményeket érjen el. Jól ismertek és meglehetősen széles körben alkalmazzák őket. A differenciális navigációs rendszerek (DNSS) javítják a mobilfelhasználók helymeghatározását és sebességének pontosságát azáltal, hogy mérési adatokat vagy korrekciós információkat szolgáltatnak egy vagy több bázisállomásról.

Az egyes bázisállomások koordinátái nagy pontossággal ismertek, így az állomás mérési adatai a közeli vevők adatainak kalibrálására szolgálnak. A vevő képes kiszámítani a jel elméleti távolságát és terjedési idejét saját maga és az egyes műholdak között. Ha ezeket az elméleti értékeket összehasonlítjuk a megfigyelésekkel, az eltérések a vett jelek hibáit jelentik. A korrekciós információk (RTCM adatok) ezekből a különbségekből származnak.

Pozicionálási pontosság Reach használatával. Ügyeljen a léptékre.

A Reach eszköz két forrásból szerezheti be a korrekciós információkat. Először is, a bázisállomások nyilvános hálózatából az interneten keresztül az NTRIP protokollt (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) használva, amely a fent leírt elképzelést egy globális számítógépes hálózattal kapcsolatban valósítja meg. Másodszor, a második Reach segítségével, amely az első közelében stacioner pozíciót foglal el, és így DNSS szempontjából bázisállomás. A második lehetőség előnyösebb (a DNSS pontossága meredeken csökken a vevő és a BS közötti távolság növekedésével) - nem véletlen, hogy az Indiegogo weboldalán zajló közösségi finanszírozási kampány részeként a Reach készítői pontosan egy két eszközből álló készlet az első pozícióban.

A készülék műszaki adatait az alábbi táblázat tartalmazza. Amint látja, a hardver 3 részből áll: egy Linuxot futtató Intel Edison számítógép és az RTKLIB RTK szoftver; U-blox NEO-M8T GPS vevő és Tallysman TW4721 antenna. Felhívjuk figyelmét, hogy a vevő támogatja az összes létező műholdas rendszert: GPS, GLONASS, Beidou és QZSS. A szoftver- és hardverkomponensek mindezen kombinációja lenyűgöző pontosságot biztosít a koordináták meghatározásában: akár 2 cm-es!
Ki használhat ilyen készüléket? Mint fentebb említettük, az alkotók a különböző mobil robotika, autonóm és nem úgy; Sőt, tekintettel alacsony költségére (545 dollár előrendelés egy dupla készletért és 285 dollár egy készletért), nem csak a szakemberek, hanem a rajongók számára is. Továbbá a különféle térképek készítőinek, ismét amatőröknek. Nos, csak fúrók, akik centiméter pontossággal szeretnék tudni a helyüket.

Jól szerepeltek a Reach készítői, az Emlid cég az indiegogo honlapján: alig egy hónap alatt a kért összeg közel duplája gyűlt össze. Tehát a projekt minden bizonnyal megvalósul. Még van időd előrendelni és az elsők között kapni egy vadonatúj navigációs készüléket. A szállítás júliusra várható.

A GPS-navigátor felhasználóját mindig érdekli a GPS-navigáció tényleges pontossága és a jelzések megbízhatósági foka. Milyen közel kerülhet a navigációs veszélyhez, ha csak egy GPS-vevőre hagyatkozik? Sajnos erre a kérdésre nincs egységes válasz. Ennek oka a GPS-navigációs hibák statisztikai jellege. Tekintsük őket részletesebben.

A rádióhullámok terjedési sebességét az ionoszféra és a troposzféra, az ionoszféra és a troposzféra fénytörése befolyásolja. Az SA letiltása után ez a fő hibaforrás. A rádióhullámok sebessége az űrben állandó, de megváltozik, amikor a jel belép a légkörbe. A különböző műholdakról érkező jelek esetén az időkésleltetés eltérő. A rádióhullámok terjedési késése a légkör állapotától és a műhold horizont feletti magasságától függ. Minél alacsonyabb, annál hosszabb ideig halad át a jel a légkörön, és annál nagyobb a torzítás. A legtöbb vevőkészülék kizárja a horizont felett 7,5 foknál kisebb magasságban lévő műholdak jeleinek használatát.

Ezenkívül a légköri zavarok a napszaktól is függenek. Napnyugta után az ionoszféra sűrűsége és a rádiójelekre gyakorolt ​​hatása csökken, ez a jelenség a rövidhullámú rádiósok számára jól ismert. A katonai és polgári GPS-vevők autonóm módon képesek meghatározni a légköri jel késleltetését a különböző frekvenciákon lévő késések összehasonlításával. Az egyfrekvenciás fogyasztói vevőkészülékek hozzávetőleges korrekciót hajtanak végre a navigációs üzenet részeként továbbított előrejelzés alapján. Ezen információk minősége a közelmúltban javult, tovább javítva a GPS-navigáció pontosságát.

SA mód.

A katonai GPS-navigátorok nagy pontosságának megőrzése érdekében 1990 márciusa óta bevezették az SA (Selective Availability) hozzáférés-korlátozási módot, amely mesterségesen csökkenti a polgári GPS-navigátorok pontosságát. Ha az SA módot békeidőben engedélyezik, több tíz méteres hiba lép fel. Különleges esetekben több száz méteres hibák is előfordulhatnak. Az Egyesült Államok kormánya felel a GPS-rendszer egészségéért a felhasználók millióinak, és várható, hogy az SA újraengedélyezése, és még inkább a pontosság ilyen jelentős csökkenése nem kerül bevezetésre kellően komoly indokok nélkül.

A pontosság durvaságát a pszeudo-véletlen kód átviteli idejének kaotikus eltolásával érik el. Az SA-ból eredő hibák véletlenszerűek és minden irányban egyformán valószínűek. Az SA a GPS-navigátor szerint az irány és a sebesség pontosságát is befolyásolja. Emiatt az álló vevő gyakran kissé változó sebességet és irányt mutat. Így megbecsülheti az SA hatásának mértékét az irány és a sebesség időszakos változásaival a GPS szerint.

Hibák a GPS-navigáció efemerisz-adataiban.

Először is, ezek olyan hibák, amelyek a műholdnak a számított pályától való eltérésével, az óra pontatlanságával, az elektronikus áramkörök jelkéslelésével kapcsolatosak. Ezeket az adatokat a Földről rendszeresen korrigálják, és a kommunikációs munkamenetek között felhalmozódnak a hibák. Ennek a hibacsoportnak a kicsinysége miatt a civil felhasználók számára ez nem számít.

Rendkívül ritka, de nagyobb hibák is előfordulhatnak a műhold memóriaeszközeinek hirtelen fellépő adathibái miatt. Ha az öndiagnosztika nem észlel ilyen hibát, addig a hibát a földi szolgálat észleléséig és a hibaparancs továbbításáig a műhold egy ideig hibás információkat továbbíthat. Létezik egy úgynevezett diszkontinuitás, vagy ahogy az integritás kifejezést gyakran fordítják, a navigáció integritása.

A visszavert jel hatása a GPS-navigáció pontosságára.

A GPS-vevő a műholdról érkező közvetlen jel mellett sziklákról, épületekről, elhaladó hajókról visszaverődő jeleket is képes fogadni - az úgynevezett karakterizáló többutas terjedést (multypath). Ha a közvetlen jelet a vevő felépítményei vagy hajókötélzetei blokkolják, a visszavert jel erősebb lehet. Ez a jel nagyobb távolságot tesz meg, és a vevő "gondolja", hogy távolabb van a műholdtól, mint amilyen valójában. Általában ezek a hibák sokkal kisebbek, mint 100 méter, mivel csak a közeli objektumok képesek kellően erős visszhangot adni.

Műholdas geometria a GPS-navigációban.

A vevő helyétől függ a helyzetet meghatározó műholdakhoz viszonyítva. Ha a vevő négy műholdat vett fel, és ezek mind északon vannak, akkor rossz a műhold geometriája. Az eredmény akár 50-100 méteres hiba, vagy akár a koordináták meghatározásának képtelensége.

Mind a négy mérés ugyanabból az irányból történik, és a helyzetvonalak metszésterülete túl nagy. De ha 4 műhold egyenletesen helyezkedik el a horizont oldalain, akkor a pontosság jelentősen megnő. A műhold geometriáját a PDOP (Position Dilution Of Precision) geometriai tényező méri. A műholdak ideális helyzete PDOP = 1. A nagy értékek rossz műholdgeometriát jeleznek.

A 6,0-nál kisebb PDOP értékek navigációra alkalmasnak tekinthetők. A 2D navigáció 4.0-nál kisebb HDOP-t (Horizontal Dilution Of Precision) használ. Szintén használatos a VDOP függőleges geometriai tényezője 4,5-nél és az időbeli TDOP 2,0-nál kisebb értéke. A PDOP szorzóként szolgál a más forrásokból származó hibák számbavételéhez. A vevő által mért minden pszeudotávolságnak megvan a saját hibája, amely függ a légköri interferencia, az efemerisz hibák, az SA mód, a visszavert jel stb.

Tehát, ha a teljes jel becsült értéke ezen okok miatt késik, URE - User Range Error vagy UERE - User Equivalent Range Error, orosz EDP - ekvivalens távolsági hiba, összesen 20 méter és HDOP = 1,5, akkor a várható meghatározás hibahelyek 20 x 1,5 = 30 méter lesz. A GPS-navigátor vevők eltérő módon jelenítik meg az információkat a PDOP-pontosság becsléséhez.

A PDOP vagy HDOP mellett a GQ (geometriai minőség) is használatos – a HDOP fordítottja, vagy a pontokban kifejezett minőségi értékelés. Sok modern vevőkészülék az EPE-t (Estimated Position Error – várható pozícióhiba) közvetlenül távolságegységben jeleníti meg. Az EPE figyelembe veszi a műholdak elhelyezkedését és az egyes műholdak jelhibáinak előrejelzését az SA-tól, a légköri viszonyoktól és az efemerisz információ részeként továbbított műhold órahibáitól függően.

A műhold geometriája akkor is problémát jelent, ha a GPS-vevőt járműveken belül, sűrű erdőkben, hegyekben vagy magas épületek közelében használják. Ha az egyes műholdak jelei blokkolva vannak, a többi műholdak helyzete határozza meg, hogy mennyire lesz pontos a GPS-pozíció, és számuk jelzi, hogy a pozíció egyáltalán meghatározható-e. Egy jó GPS-vevő nemcsak a használt műholdakat mutatja meg, hanem azok helyét, irányát és magasságát is, így megállapíthatja, hogy egy adott műhold nehezen fogható-e.

Az "All about GPS-navigators" című könyv anyagai alapján.
Naiman V.S., Samoilov A.E., Ilyin N.R., Sheinis A.I.

Az eredetileg katonai célokra kifejlesztett műholdas helymeghatározó és navigációs rendszerek a közelmúltban széles körben alkalmazzák a polgári szférában. GPS/GLONASS járműfigyelés, gondozásra szorulók megfigyelése, alkalmazottak mozgásszabályozása, állatkövetés, poggyászkövetés, geodézia és térképészet a műholdtechnika fő felhasználási területei.

Jelenleg két globális műholdas helymeghatározó rendszert hoztak létre az Egyesült Államokban és az Orosz Föderációban, valamint két regionális rendszert, amelyek lefedik Kínát, az EU országait és számos más európai és ázsiai országot. A GLONASS felügyelet és a GPS megfigyelés elérhető Oroszországban.

GPS és GLONASS rendszerek

A GPS (Global Position System, Global Positioning System) egy műholdas rendszer, amelynek fejlesztése 1977 óta Amerikában kezdődött. 1993-ra a program beüzemelése megtörtént, 1995 júliusára pedig a rendszer teljesen készen állt. Jelenleg a GPS űrhálózat 32 műholdból áll: 24 fő, 6 tartalék. Közepesen magas pályán (20 180 km) keringenek a Föld körül hat síkban, mindegyikben négy fő műhold található.

A földön egy fő vezérlőállomás és tíz nyomkövető állomás található, amelyek közül három továbbítja a korrekciós adatokat a legújabb generációs műholdaknak, amelyek elosztják azokat a teljes hálózaton.

A GLONASS (Global Navigation Satellite System) rendszer fejlesztése a Szovjetunióban kezdődött 1982-ben. A befejezést 2015 decemberében jelentették be. A GLONASS működéséhez 24 műhold szükséges, 18 műhold elegendő a terület és az Orosz Föderáció lefedésére, a jelenleg keringő műholdak száma (beleértve a tartalékokat is) 27. Közepes-magas pályán is mozognak, de kb. kisebb magasságban (19 140 km), három síkban, mindegyikben nyolc fő műholddal.

A GLONASS földi állomásai Oroszországban (14), az Antarktiszon és Brazíliában (egy-egy) találhatók, és számos további állomás telepítését tervezik.

A GPS rendszer elődje a Transit rendszer volt, amelyet 1964-ben fejlesztettek ki a tengeralattjárók rakétáinak vezérlésére. Kivételesen 50 m-es pontossággal tudta lokalizálni a helyhez kötött objektumokat, és az egyetlen műhold csak napi egy órát volt a látómezőben. A GPS program korábban DNSS és NAVSTAR néven volt ismert. A Szovjetunióban a Cyclone program részeként 1967 óta hoznak létre egy navigációs műholdrendszert.

A fő különbségek a GLONASS megfigyelőrendszerek és a GPS között:

• Az amerikai műholdak szinkronban mozognak a Földdel, míg az orosz műholdak aszinkron módon mozognak;
• különböző magasságú és pályák száma;
• eltérő dőlésszögük (kb. 55° GPS-nél, 64,8° GLONASS-nál);
• különböző jelformátumok és működési frekvenciák.

A GPS rendszer előnyei

• A GPS a legrégebbi létező helymeghatározó rendszer, amely az orosz rendszer előtt készült el.
• A megbízhatóság a nagyobb számú tartalék műhold használatának köszönhető.
• A helymeghatározás kisebb hibával történik, mint a GLONASS (átlagosan 4 m, a legújabb generációs műholdak esetében pedig 60–90 cm).
• Számos eszköz támogatja a rendszert.

A GLONASS rendszer előnyei

• Az aszinkron műholdak helyzete a pályán stabilabb, így könnyebb irányítani őket. Rendszeres beállításra nincs szükség. Ez az előny a szakemberek számára fontos, nem a fogyasztóknak.
• A rendszert Oroszországban hozták létre, ezért megbízható jelvételt és helymeghatározási pontosságot biztosít az északi szélességi körökben. Ez a műholdpályák nagyobb dőlésszögének köszönhető.
• A GLONASS hazai rendszer, és továbbra is elérhető marad az oroszok számára, ha a GPS le van tiltva.

A GPS rendszer hátrányai

• A műholdak a Föld forgásával szinkronban forognak, ezért korrekciós állomásokra van szükség a pontos helymeghatározáshoz.
• Az alacsony dőlésszög nem biztosít jó jelet és pontos pozícionálást a sarki régiókban és a magas szélességi fokokon.
• A katonaságnak jogában áll irányítani a rendszert, és konfliktus esetén eltorzíthatják a jelet, vagy akár letilthatják a GPS-t civilek vagy más országok számára. Ezért, bár a GPS pontosabb és kényelmesebb a szállításhoz, a GLONASS megbízhatóbb.

A GLONASS rendszer hátrányai

• A rendszer fejlesztése később kezdődött, és egészen a közelmúltig jelentős lemaradásban zajlott az amerikaiak mögött (válság, pénzügyi visszaélés, sikkasztás).
• Hiányos műholdkészlet. Az orosz műholdak élettartama rövidebb, mint az amerikaiaké, nagyobb valószínűséggel szorulnak javításra, így számos területen csökken a navigáció pontossága.
• A GLONASS műholdas közlekedésfigyelés drágább, mint a GPS, a hazai helymeghatározó rendszerrel való együttműködésre alkalmas eszközök magas költsége miatt.
• Szoftver hiánya okostelefonokhoz, PDA-khoz. A GLONASS modulokat navigátorok számára tervezték. A kompakt hordozható eszközök esetében manapság az elterjedtebb és megfizethetőbb lehetőség a GPS-GLONASS vagy csak a GPS támogatása.

Összegzés

A GPS és a GLONASS rendszerek kiegészítik egymást. Az optimális megoldás a műholdas GPS-GLONASS megfigyelés. A két rendszerrel rendelkező készülékek, például az M-Plata GLONASS modullal ellátott GPS markerek nagy helymeghatározási pontosságot és megbízható működést biztosítanak. Ha a kizárólag GLONASS-os helymeghatározásnál az átlagos hiba 6 m, a GPS-nél pedig - 4 m, akkor két rendszer egyidejű használata esetén ez 1,5 m-re csökken. De az ilyen két mikrochippel rendelkező eszközök drágábbak.

A GLONASS-t kifejezetten orosz szélességi körökre fejlesztették ki, és potenciálisan nagy pontosságra képes, a műholdak hiánya miatt az igazi előny továbbra is a GPS oldalán van. Az amerikai rendszer előnyei a GPS-támogatással rendelkező készülékek elérhetősége és széles választéka.

Célja

A GPS (Global Positioning System - globális helymeghatározó rendszer) lehetővé teszi egy GPS-vevővel felszerelt objektum háromdimenziós koordinátáinak pontos meghatározását: szélesség, hosszúság, magasság, valamint sebessége, mozgási iránya és pontos ideje.

Elbeszélés

A GPS-rendszert az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma fejlesztette ki. A NAVSTAR (NAvigációs rendszer időzítéssel és hatótávolsággal – navigációs rendszer az idő és hatótávolság meghatározására) elnevezésű projekt munkálatai a 70-es években kezdődtek. A rendszer első műholdját 1974-ben állították pályára, a 24 műholda közül az utolsót pedig csak 1993-ban, amikor az egész Földet be kellett fedni. A GPS-t eredetileg az amerikai hadsereg számára szánták (navigáció, rakétairányítás stb.), de 1983 óta, amikor lelőtték a Korean Airlines gépét, amely véletlenül megszállta a Szovjetunió területét, civilek számára is engedélyezték a GPS használatát. Ezzel egyidejűleg egy speciális algoritmussal durvították a továbbított jel pontosságát, de 2000-ben ez a korlátozás megszűnt. Az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma továbbra is karbantartja és frissíti a GPS-rendszert. A rendszerteljesítménynek ez a teljes függése az egyik ország kormányától (például az első Öböl-háború idején a GPS polgári szektorát kikapcsolták) késztette más országokat alternatív navigációs rendszerek kifejlesztésére (orosz - GLONASS, európai - GALILEO). , kínai - Beidou).

A koordináták meghatározásának elvei

A GPS-rendszerben egy objektum koordinátáinak meghatározásának elve azon alapul, hogy kiszámítják a távolságot több műholdtól, amelyek pontos koordinátái ismertek. A legalább 3 műhold távolságára vonatkozó információ lehetővé teszi az objektum koordinátáinak meghatározását a gömbök metszéspontjaként, amelyek középpontjában a műholdak állnak, a sugár pedig a mért távolság.

Valójában két metszéspontja van a gömböknek, de az egyiket el lehet vetni, mert vagy mélyen a Föld belsejében van, vagy nagyon magasan a felszíne felett. Az egyes műholdak távolságát a rádiójelnek a műholdtól a vevőig terjedő utazási ideje szorozva a fénysebességgel. A probléma a rádiójel átviteli idejének pontos meghatározásával adódik. Ezt úgy oldják meg, hogy egy speciális szekvenciával modulált jelet generálnak és továbbítanak a műholdról. Pontosan ugyanaz a jel generálódik a GPS-vevőben, és a vett jel késésének elemzése a belsőtől lehetővé teszi annak áthaladásának időpontjának meghatározását.

A jelátviteli idő pontos meghatározásához a GPS-vevő és a műhold óráit a lehető legnagyobb mértékben szinkronizálni kell, már néhány mikroszekundumos eltérés is több tíz kilométeres mérési hibához vezet. A műhold erre a célra nagy pontosságú atomórákkal rendelkezik. A GPS-vevőben nem lehet hasonló órát beállítani (szokásos kvarcórákat használnak), ezért legalább egy további műhold további jeleit használják az idő szinkronizálására. Feltételezzük, hogy ha a GPS-vevőben az idő pontosan szinkronizálva van, akkor egy kör, amelynek sugara megegyezik a negyedik műhold távolságával, ugyanazt a pontot metszi, mint a másik három műhold körei. A GPS-vevő addig állítja az óráját, amíg ez a feltétel teljesül. Így az objektum helyzetének pontos meghatározásához a háromdimenziós térben (3D) legalább 4 műhold jeleire van szükség (3 műholdról a földfelszín feletti magasság meghatározása nélkül - 2D). A gyakorlatban az égbolt jó láthatósága mellett a GPS-vevők egyszerre több műholdról kapnak jeleket (legfeljebb 10-12), ami lehetővé teszi számukra, hogy meglehetősen nagy pontossággal szinkronizálják az órákat és határozzák meg a koordinátákat.

A jelterjedési idő meghatározásának sorrendjével együtt minden műhold bináris információt - almanachot és efemeriszt - továbbít. Az almanach információkat tartalmaz az összes műhold aktuális állapotáról és becsült pályájáról (az egyik műholdról érkező információ vétele után lehetővé válik a más műholdaktól érkező jelek keresési szektorainak szűkítése). Ephemeris - frissített információ egy adott műhold pályájáról, amely jelet továbbít (a tényleges műholdpálya eltérhet a számítotttól). Pontos adatok a műholdak aktuális helyzetéről, amelyek lehetővé teszik a GPS-vevő számára, hogy kiszámítsa saját pozícióját hozzájuk képest.

GPS pontosság

A GPS-vevők koordinátáinak vízszintes síkban történő meghatározásának jellemző pontossága körülbelül 1-2 méter (jó égbolt láthatóságát feltételezve). A tengerszint feletti magasság meghatározásának pontossága általában 2-5-ször kisebb, mint a koordináták azonos feltételek melletti meghatározásának pontossága (azaz ideális körülmények között 2-10 méter).

A műholdakról érkező jelek vételi szintje, és ennek következtében a koordináták meghatározásának pontossága romlik a sűrű fák lombozata alatt vagy a nagyon erős felhőzet miatt. A GPS-jelek normál vételét számos földi rádióforrásból származó interferencia is befolyásolhatja. A GPS-pontosság csökkenését leginkább befolyásoló tényező azonban az égbolt nem teljes láthatósága. Ez különösen akkor szembetűnő, ha a GPS-vevő sűrű városi területeken van elhelyezve, amikor az égbolt jelentős részét a közeli épületek, előtetők és egyéb akadályok takarják. Ebben az esetben a koordináták meghatározásának pontossága 20-30 méterre, sőt néha többre is csökkenhet. Az akadályok nem továbbítanak jeleket a Föld egy adott pontján potenciálisan elérhető műholdak egy részéről. Ez azt a tényt eredményezi, hogy a számításokat kisebb számú, főleg az égbolt egyik szektorában elhelyezkedő műholdak jelére végezzük. Ebben az esetben az elmozdulás általában az akadályhoz képest merőleges síkban történik.

Általánosságban elmondható, hogy ha a GPS pontosságáról beszélünk városi körülmények között, a felhalmozott statisztikai adatok és saját tapasztalataink alapján a következő következtetéseket vonhatjuk le. A koordináták meghatározásának pontossága nyílt területen (parkolók, terek stb.) és a főbb autópályákon, többsávos utakon 1-2 méter lesz. Szűk utcákon haladva, különösen ha szorosan egymás mellett található házak vannak mellettük, a pontosság 4-10 méter lesz. Amikor az autó "udvari kutakban", nagyon közel sokemeletes épületekhez stb. a pontosság 20-30 méterre is leeshet.

Természetesen a koordináták meghatározásának pontossága nagyban függ magának a GPS-vevőnek a minőségétől, valamint a használt antennáktól és azok helyes elhelyezésétől a járművön.