Благодаря совершенствованию спутниковой системы позиционирования NAVSTAR GPS, в последние годы произошло значительное расширение сфер применения встраиваемых GPS-модулей. В статье представлен краткий обзор последних разработок компании Leadtek Research Inc. на базе новых GPS-чипов SiRF. Проведено сравнение с другими встраиваемыми GPS-модулями, представленными на рынке.

Встраиваемые GPS-модули

Сегодня уже никому не нужно объяснять, что такое GPS. Потрясающие возможности этой системы давно известны туристам, рыболовам и автомобилистам - тем, кто предпочитает отдыхать вдали от дома, суеты шумного города, душной квартиры и прочих «благ» цивилизации.

Однако наиболее быстрыми темпами в последние годы развивается рынок именно встраиваемых GPS-модулей. Такие модули представляют собой полностью готовый к использованию и не требующий дополнительных внешних элементов малогабаритный GPS-приемник и используются производителями конечных устройств. Основными потребителями встраиваемых GPS-модулей по-прежнему остаются производители систем мониторинга и охраны наземных подвижных объектов, в число которых входят охранные автомобильные системы, системы мониторинга и управления муниципальным и ведомственным транспортом, а также системы мониторинга и диспетчеризации грузоперевозок. Новыми перспективными направлениями использования встраиваемых GPS-модулей являются персональный мониторинг и системы скрытого слежения. До недавнего времени вопрос использования GPS в носимых устройствах оставался открытым. Причин тому несколько: во-первых, необходима более высокая чувствительность для приема GPS-сигналов внутри помещений и транспортных средств, во-вторых, потребляемая мощность должна быть достаточно мала, чтобы обеспечить продолжительное время работы устройства от аккумулятора, в-третьих, требуется более широкая, по сравнению с традиционной планарной GPS-антенной, диаграмма направленности. Последняя проблема, в принципе, решена, так как уже достаточно давно существуют цилиндрические антенны, диаграмма направленности которых близка к диаграмме направленности изотропного излучателя. Применение новых решений крупнейших мировых производителей GPS-чипов сегодня позволяет решить как проблему высокой чувствительности, так и низкого энергопотребления. Системы персонального мониторинга и скрытого слежения уже нашли применение в структурах вневедомственной охраны. Заказчиками таких систем выступают также МВД и МЧС.

Новые GPS-модули Leadtek

Сегодня на российском рынке представлено несколько десятков встраиваемых GPS-модулей различных производителей, и потребителям - производителям конечных устройств - остается только выбирать тот приемник, который будет наиболее подходящим по чувствительности, цене, конструктиву и т. д. Задача данной статьи - познакомить читателя с линейкой новых GPS-модулей компании Leadtek, созданных на основе микросхем SiRF. Также в статье представлен сравнительный анализ модулей Leadtek и других широко известных российским разработчикам OEM GPS-приемников.

В основе любого GPS-приемника лежит набор микросхем, обеспечивающий прием и обработку сигналов от спутников, - так называемый GPS-чип. Безусловным лидером рынка, занимающим первое место в мире по продажам GPS-чипов, является компания SiRF Technology: 70% GPS-чипов, продаваемых в мире, произведены SiRF. Компания существует уже более 10 лет и к настоящему времени обладает передовыми разработками в области GPS, а ее GPS-чип SiRF Star III де-факто стал передовым по чувствительности решением, с которым в англоязыч-ном Интернете сравниваются модули других производителей. Компания SiRF достаточно быстро отказалась от производства собственных модулей, сосредоточив свое внимание на разработке микросхем и внутреннего программного обеспечения для GPS. Производством приемников на основе микросхем SiRF занимается мно-жество компаний по всему миру, большинство из которых находится в Азии. Компанию Leadtek с SiRF связывают тесные партнерские отношения (value-added manufacturer contract), о чем свидетельствует соответствующая информация, представленная на сайте SiRF.

Leadtek Research Inc. - крупнейшая исследовательская и производственная компания в Азиатско-Тихоокеанском регионе с головным офисом в Тайбее (Тайвань). Компания основана в 1986 г. и сейчас занимается разработкой широкого спектра IT-устройств: мультимедийных устройств, материнских плат, оборудования для видеоконференцсвязи, GPS-навигации и беспроводной связи. Наряду с этим, Leadtek является крупнейшим азиатским производителем GPS-приемников. Одним из передовых направлений деятельности компании стало в последние годы производство именно встраиваемых GPS-модулей. И это, прежде всего, высокочувствительные модули на основе архитектуры SiRF Star III.

Как известно, чувствительность GPS-приемника определяется, кроме всего прочего, и особенностями обработки и анализа сигналов, принимаемых от спутников. Основным параметром принятого сигнала является его дальномерная задержка, которая может быть вычислена при помощи набора корреляторов. Чтобы достигнуть высокой чувствительности, GPS-приемник должен параллельно анализировать достаточное количество задержек сигнала. Наличие большого количества корреляторов значительно повышает производительность приемника, что приводит к улучшению чувствительности и уменьшению времени первого определения местоположения (Time To First Fix, TTFF) по сравнению с обычными приемниками. В GPS-модулях на основе SiRF Star III, общее количество параллельных корреляторов составляет 200 000, что позволяет модулям достигать чувствительности –159 дБм. В условиях хорошего приема сигнала это значит, что захват сигнала происходит практически мгновенно. При слабых сигналах интеграция сигнала может занять несколько секунд. Так, например, модули ближайшего конкурента SiRF - швейцарской фирмы u-blox, в основе которых лежит их последняя разработка ANTARIS 4, содержат всего 8 192 коррелятора. Все вышесказанное особенно важно применительно к устройствам персонального мониторинга, где наряду с высокой чувствительностью необходимо обеспечить малое время TTFF. В этом году компания Leadtek представила миниатюрный высокочувствительный GPS-модуль на чипсете SiRF Star III - GPS9101, его размер составляет 15,0 × 14,0 × 2,8 мм. Наличие встроенного малошумящего усилителя и полосового фильтра позволяет приемнику показывать отличные характеристики при работе с пассивной антенной. Благодаря миниатюрным размерам, высокой чувствительности и малому времени определения местоположения, Leadtek GPS9101 идеально подходит для использования в устройствах персонального мониторинга. Энергопотребление модуля, составляющее 70 мА, может быть уменьшено в 3 раза при использовании режима энергосбережения Adaptive Trikle Power. В мобильных устройствах, где постоянное слежение не так важно, может быть применен режим Push-to-Fix, при котором потребление модуля составляет сотни микроампер. При этом местоположение определяется через равные промежутки времени, устанавливаемые таким образом, чтобы обеспечить заданное энергопотребление.

Еще один модуль на чипсете SiRF Star III, разработанный для широкого спектра применений, - Leadtek GPS9548S. Этот 20-канальный GPS-приемник также отличается высокой чувствительностью и малым временем «холодного» старта. Одним из возможных применений приемника могут быть охранные системы мониторинга автотранспорта и грузов, для которых особенно важна высокая чувствительность и надежность GPS-приемника. Последним в линейке новых GPS-модулей Leadtek появился приемник GPS9805ST, созданный для широкого спектра устройств, в которых наряду с высокой чувствительностью требуется обеспечить максимально низкое энергопотребление. Модуль выполнен на чипсете SiRF Star II GSC2x и содержит высокочувствительное встроенное программное обеспечение SiRF Xtrack, благодаря чему его трэкинговая чувствительность составляет –154 дБм. Преимуществом приемника является низкое энергопотребление (32 мА) и миниатюрный размер, что немаловажно при разработке мобильных устройств. К числу достоинств приемников Leadtek следует также отнести большой набор поддерживаемых функций. Приемник обладает двумя последовательными портами, поддержкой спутниковых систем дифференциального сервиса WAAS и EGNOS. Модули Leadtek GPS9548S и GPS9805ST повыводно совместимы и взаимозаменяемы.

Сравнение модулей Leadtek с другими распространенными GPS-приемниками

Микросхемы от SiRF лежат также и в основе GPS-модулей, которые выпускаются под торговой маркой Orcam. Многим российским разработчикам хорошо известны модули GPS20 и GPS21 от Orcam. В этом году им на смену пришли приемники GPS25 и GPS26, в основе которых лежит новый чип SiRF Star II GSC2x. GPS25 и GPS26 - повыводные и функциональные аналоги GPS20 и GPS21, отвечающие требованиям RoHS. Приемник GPS26, в отличие от GPS25, содержит встроенный малошумящий усилитель (Low Noise Amplifi er - LNA), что позволяет ему работать с пассивной антенной. Кроме того, и GPS25, и GPS26 выпускаются с двумя различными версиями встроенного ПО. Применение высокочувствительной прошивки SiRF Xtrack за счет изменения алгоритма обработки и анализа сигналов позволяет модулям Orcam осуществлять прием сигналов, приближающихся к уровню –154 дБм. Новые модули Orcam отличает крайне малое энергопотребление (25…40 мА, в зависимости от версии), что зачастую является определяющим фактором при разработке устройств с автономным питанием. Следует отметить, что потребление может быть еще снижено в 2-3 раза при применении специальных адаптивных режимов Adaptive Trickle Power и Advanced Power Management. К достоинствам приемников Orcam следует также отнести и широкий диапазон питающих напряжений, что гарантирует универсальность применения модуля.

Другим производителем GPS-модулей, который хорошо известен разработчикам, является швейцарская фирма u-blox AG, выпускающая модули на базе технологии ANTARIS 4. Это базовая технология обработки навигационных сигналов в современных моделях приемников компании u-blox, разработанная в сотрудничестве с Atmel. Она обеспечивает неплохую чувствительность, низкое энергопотребление и малое время первого определения позиции при условии хорошего уровня сигнала. Модули u-Blox выпускаются в двух конструктивных исполнениях - TIM-xx и LEA-xx. Основным отличием приемников серий TIM и LEA является меньший размер модулей серии LEA и наличие в них интерфейса USB 1.1. Модули обеих серий являются 16-канальными GPS-приемниками. Приемники серии TIM повыводно совместимы с модулями Orcam, но модули Orcam на 2,5 мм меньше по ширине. Следует также отметить, что решения на базе технологии SiRF зачастую оказываются дешевле аналогичных решений от u-blox, поскольку производством приемников на чипах компании SiRF занимается огромное количество ее партнеров по всему миру.

Являясь одним из пионеров в области GPS, компания Trimble не останавливается на разработке встраиваемых GPS-модулей и акцентирует свое внимание на производстве завершенных решений для конечного потребителя. Разработанный Trimble чипсет и архитектура под названием First GPS положены в основу нескольких модулей. Для нашего обзора наиболее интересен модуль Lassens iQ, являющийся одной из последних разработок компании. Говоря об этом приемнике, нельзя не отметить его низкое энергопотребление, сравнимое с потреблением Orcam25S. К сожалению, это, пожалуй, единственное преимущество модулей Lassens. Чувствительность Lassens iQ уступает чувствительности других модулей, что вызвано довольно старой архитектурой приемника, которая фактически не позволяет создавать решения, аналогичные созданным на чипсетах SiRF и ANTARIS. Также стоит отметить, что фактическая цена приемника, в отличие от всех других представленных в обзоре модулей, увеличивается на стоимость ответного разъема и кабельной сборки, необходимой для подключения антенны.

В 2003 г. компания Tyco Electronics представила модуль А1029-А, который является первым представителем в семействе GPS-приемников нового поколения. Приемник построен на основе ARM-микроконтроллера фирмы ST Microelectronics - STA2051, а также миниатюрного GPS-кристалла SE4100L. Результатом такого объединения явился полностью законченный модуль, выполненный в виде компонента для поверхностного монтажа. Помимо поддержания протокола NMEA, приемник (как впрочем, и все другие модули, представленные в обзоре) выдает высокоточный импульс в секунду (1 pps), синхронизированный со Всемирным скоординированным временем (Universal Time Coordinated, UTC). По времени «холодного» старта приемник значительно уступает модулям на чипах SiRF и ANTARIS, но после захвата спутников показывает неплохую чувствительность, хотя, тем не менее, «не дотягивает» до модулей на чипсетах SiRF. К числу достоинств модуля следует также отнести поддержку DGPS (дифференциального режима, существенно улучшающего точность приема) и SBAS - спутниковых подсистем дифференциального сервиса. Габаритные размеры и энергопотребление модуля А1029-А превышают аналогичные параметры остальных приемников, представленных в обзоре, что существенно ограничивает его применение в мобильных устройствах.

Заключение

Опыт, накопленный компанией SiRF Technology за годы ее существования, позволяет ей занимать лидирующие позиции в области разработки и производства GPS-чипов. Leadtek, как крупнейший азиатский партнер SiRF, постоянно обновляет свою линейку GPS-модулей в соответствии с последними разработками SiRF. По базовым характеристикам, таким как чув-ствительность, время определения первой позиции, габаритные размеры, энергопотребление, продукция Leadtek опережает продукцию большинства конкурентов. GPS-приемники Leadtek выполнены в виде SMD-компонентов и пригодны не только для автоматической, но и для ручной пайки, что делает возможным их применение в мелкосерийном производстве. Простота интеграции модуля позволяет существенно снизить стоимость и уменьшить время, необходимое для создания конечного устройства. Преимущества GPS-приемников Leadtek делают их привлекательными как для крупных производителей, так и для небольших компаний, использующих современные технологии в своих разработках. В настоящее время можно с уверенностью утверждать, что решения Leadtek на чипсетах SiRF Star III (модули GPS9101 и GPS9548S) являются передовыми, и аналоги на чипсетах других производителей значительно уступают им по чувствительности и времени первого определения позиции (TTFF).

Таблица. Сравнительные характеристики модулей

Литература

1. Алексеев В., Лексин А. Навигация без границ // Connect!. 2005. № 2.
2. www.leadtek.com.tw/eng/gps
3. www.sirf.com
4. www.u-blox.com
5. www.tycoelectronics.com
6. www.trimble.com

GPS-навигатор – самая полезная вещь для людей, которые часто бывают в новых для себя местах или путешествуют на автомобилях. Ориентация в пространстве через спутник – невероятно удобная возможность. Раньше ей обладали только специальные устройства, сейчас многие планшеты могут похвастаться такой функцией. Гаджеты имеют множество преимуществ по сравнению с классическими навигаторами, поэтому приобрести «таблет» куда логичнее. Подобрать самое подходящее устройство поможет наш традиционный рейтинг лучших планшетов с GPS-навигатором, которые точно не позволят заблудиться в неизвестном районе.

Samsung Galaxy Tab A 10.1 SM-T580

Самый популярный на сегодня планшет с 10-дюймовой диагональю может похвастаться сочным и насыщенным Full HD-разрешением и хорошей отзывчивостью сенсора. GPS-навигатор работает очень шустро, показывая малейшие перемещения, и к тому же поддерживает ГЛОНАСС. Выделяется качественный и удобный планшет от Samsung шустрой работой процессора на 8 ядер частотой 1600 МГц, а также прекрасной тыловой камерой на 8 Мп. Со включенным GPS время работы девайса может достигать 13-15 часов, поскольку работает он от Wi-Fi, который гораздо экономичнее передачи данных по мобильным сетям.

Достоинства:

• емкий аккумулятор - 7300 мАч
• хороший объем оперативки - 2 Гб
• неплохая фронталка – 2 Мп
• поддержка многих видео- и аудиоформатов
• качественная сборка

Недостатки:

• все динамики – только с одной стороны
• отсутствует поддержка 3G и LTE

Huawei Mediapad T2 7.0 Pro

Если вы хотите выбрать планшет с GPS-навигатором и ГЛОНАСС-модулем с небольшим экраном, но с огромным количеством дополнительных функций, стоит обратить внимание на новинку от Huawei. Предложенная модель обзавелась 7-дюймовым дисплеем с картинкой формата 1920х1200, слотами для двух сим-карт и прекрасной фронталкой на 5 Мп. Достойна внимания и тыловая оптика с матрицей 13 Мп, которая точно понадобится в путешествии. Для ценника в 15000 рублей такой набор функций просто прекрасен. Любителям качественной стильной электроники обязательно стоит посмотреть официальный видеообзор планшета.

Достоинства:

• 8-ядерный чип с частотой 1500 МГц
• оперативка на 2 Гб
• аккумулятор на 4360 мАч
• сканер отпечатка
• быстрое подключение к спутникам
• хорошее звучание

Недостатки:

• небольшие проблемы с настройкой подсветки
• неудобное расположение сканера отпечатков

Lenovo Tab 3 TB3-850M

Следующим в рейтинге рассмотрим хороший китайский планшет с GPS от Lenovo. Модель с 8 дюймами диагонали и HD-дисплеем позволяет наслаждаться отзывчивым сенсором и быстрой работой системы, которая прекрасно взаимодействует с навигаторами от Google и Yandex. Две сим-карты – отличная возможность использовать недорогой планшет даже за пределами своего региона или страны.

Достоинства:

• отлично ловит сигнал
• работа в режиме мобильника
• добротная батарея на 4290 мАч
• процессор на 4 ядра и частотой 1000 МГц

Недостатки:

• верхняя часть сильно нагревается иногда
• слабые камеры

ASUS ZenPad 8.0 Z380M

Если на новый гаджет вы выделили всего 10000 рублей, вопрос о том, какой купить планшет с GPS-навигатором, должен быть однозначным – ASUS ZenPad 8.0. Шустрый 4-ядерный чип частотой 1200 МГц, HD-дисплей с диагональю 8″, камеры на 5 и 2 Мп – шикарный набор параметров бюджетного девайса. Подтверждает прекрасное соотношение цены и качества хорошая работа планшета подключением к сети от прикуривателя: такой способ позволяет заряжать 15,2-ваттную батарею за пару часов.

Достоинства:

• аккумулятора хватает на 8-10 часов
• удобно лежит в руках благодаря эргономичным изогнутым краям
• шустрая работа GPS-навигатора
• отличный внешний вид
• планшет с хорошим экраном

Недостатки:

• мало оперативки – всего 1 Гб
• слабый Wi-Fi-модуль
• отсутствие вспышки на основной камере

Prestigio MultiPad PMT3118С

Продолжил наш ТОП качественный бюджетный планшет с модулем GPS от Prestigio, возможно, не сильно известен в широких кругах, однако это не снижает его привлекательности. Сочетание одновременной работы с 2 сим-картами, металлического корпуса и HD-дисплея на 8-дюймов – предложение, от которого не стоит отказываться. Планшет можно купить довольно-таки недорого, цена не превысит 5000 рублей.

Достоинства:

• батарея на 4000 мА/ч
• 4-ядерный процессор на 1200 МГц
• дисплей с неплохими углами обзора и хорошей яркостью
• сочетание цены и функционала
• небольшой вес и компактные габариты

Недостатки:

• слабые камеры
• тихий динамик

Irbis TZ745

Полистав несколько форумов и просмотрев множество отзывов водителей об этом планшете, можно подумать, что его используют только таксисты. Конечно, в данной профессии гаджет за 3000-4000 рублей – идеальный вариант недорогого GPS-навигатора, но популярен бюджетник компании Irbis еще и среди рядовых покупателей. Недорогой, удобный в использовании, не тормозит, работает с двумя сим-картами, карты подгружаются быстро… Что еще нужно водителю для счастья? Конечно, игрушки планшет будет тянуть плохо, потому что по характеристикам для них он откровенно слаб, но предназначен девайс вовсе не для развлечений.

Достоинства:

• есть поддержка A-GPS
• процессор Spreadtrum SC7731G на 1,3 Ghz
• дисплей с неплохими разрешение
• сочетание цены и качества
• хорошее качество работы навигации

Недостатки:

• отсутствует датчик освещенности
• малый объем ОЗУ
• не установлена световая индикация

Prestigio MultiPad PMT3147

Еще один дешёвый планшет с GPS-навигатором от упомянутой выше китайской компании чуть более функционален по сравнению с предшественником. Фронтальная камера получила матрицу 3,2 Мп, тыловая – 5 Мп. Процессор на 4 ядра работает с повышенной до 1300 МГц частотой, что позволяет даже играть в некоторые игры. Две сим-карты – отличный вариант для любого водителя, поэтому в актив наличие двух слотов определенно стоит внести.

Достоинства:

• 7-дюймовый экран, картинка формата 1024х600
• батарея, несмотря на небольшой объем 2800 мАч, хорошо держит заряд
• неплохая оптимизация
• свежая версия ОС Андроид 6.0
• быстрая работа 3G интернета

Недостатки:

• отсутствие вспышки на камерах
• углы обзора экрана

Какой купить планшет с GPS-навигатором?

Хороший планшет, оптимизированный под поддержку GPS, - лучший попутчик любого путешественника. Покупать простой навигатор сегодня не имеет смысла, поскольку большая часть «таблетов» способна с помощью карт и интернета точно проложить маршрут и подсказать дорогу до места назначения. Кроме того, девайсы предлагают также множество дополнительных функций, которые определенно будут полезны в дороге. Найти идеальную модель поможет отобранный нашими экспертами ТОП-7 лучших планшетов с GPS-навигатором, получивших от покупателей самые лучшие отзывы.

Навигация сегодня – услуга простая, нужная и невероятно популярная. Мало того, что навигаторы – почти что самый ходовой товар на мобильном рынке (обгоняют их только вездесущие телефоны), так еще и множество смартфонов за последние пару лет обзавелись собственными GPS и A-GPS чипами – и пользователи так к этому привыкли, что «смартфон без навигации» вызывает у них теперь, по меньшей мере, удивление. Все это, конечно, весьма радует (прогресс! цивилизация!), да только есть одна беда: производители так стараются продать свой товар, что часто выдают желаемое за действительное, заманивая покупателей не спецификациями своих товаров, а громкими словами на коробочках. О том, что эти слова значат, и какая на самом деле бывает навигация, мы и расскажем вам в этой статье.

Технология: как это работает?

На сегодняшний день существуют, по сути, всего две технологии, позволяющие пользователям мобильной техники не заблудиться в каменных джунглях: спутниковая и сотовая навигация. Первая – это собственно GPS, глобальная спутниковая система позиционирования, придуманная американскими учеными для американских военных, а потом подаренная ко дню Благодарения всему остальному миру. Вторая – AGPS (не путать с A-GPS), технология сотовой связи, позволяющая определить ваше примерное местоположение (с точностью до 500 метров), если вы находитесь в зоне покрытия сотовой сети.

GPS хорош прежде всего тем, что он точный (определяет ваше положение с точностью до пяти метров) и абсолютно бесплатный (добрые американцы позволяют пользоваться своими спутниками всем желающим). За конкретные навигационные программы и карты, конечно, придется заплатить – но плата эта будет единовременной, и никакой подписки на GPS-услуги не существует в природе. Плох же GPS тем, что он работает только на улице, и в основном в ясную погоду – если на небе пасмурно, найти нужное для работы количество спутников довольно сложно. Для того, чтобы бороться с тучами, была придумана специальная технология A-GPS (Assisted GPS): по этой технологии вместо того, чтобы посылать сигналы в небеса, навигатор просто подключался к некоему серверу, где скачивал информацию о местоположении спутников, и, пользуясь этими координатами, находил их куда быстрее. Сегодня A-GPS – непременный спутник любого GPS-приемника автомобильного навигатора. Наиболее популярные карты, работающие с сервисом GPS: iGo, «Автоспутник», «Навител», Be-On-Road.

Сотовая система AGPS (Alternative Global Position System) дает, конечно, куда менее точное определение положения объекта на карте, но зато абсолютно никак не зависит от погоды и степени углубленности в здание. Главное, чтобы ваш смартфон ловил сеть, у вашего номера была подключена услуга GPRS, а на вашем счету еще оставались деньги. Принцип работы AGPS аналогичен принципу работы спутниковой системы навигации: смартфон принимает сигналы от нескольких (минимум трех) базовых станций и, основываясь на силе сигнала каждой из них и принимая в расчет их местоположение, рассчитывает ваши координаты. Дешево и сердито: доехать с AGPS вы, конечно, никуда не сможете, но зато на карте точно не потеряетесь. Наиболее популярные карты, работающие с сервисом AGPS: Google Maps, «Яндекс.Карты».

Устройства: что бывает?

Самое простое из всех существующих в природе навигационных GPS-устройств – это внешний GPS-приемник. Сам по себе он только общается со спутниками, и никакой навигации, собственно, не обеспечивает. Но подсоединить его можно практически к любому устройству – ноутбуку, карманному компьютеру, телефону или смартфону – и тогда, при наличии правильного программного обеспечения, вы сможете ориентироваться в пространстве и прокладывать маршруты до места назначения. Приемники особенно полезны туристам, предпочитающим наезженным дорогам узкие горные или лесные тропки: приемники, в отличие от большинства других устройств, к карте не привязаны, и при большом желании могут водить вас даже по отсканированной миллиметровке с наложенной на нее навигационной сеткой. Если вы, конечно, найдете таковую для нужного вам региона.

Самое популярное из навигационных устройств на сегодняшний день – это автомобильный GPS-навигатор. Это, по сути, небольшой компьютер с сенсорным экраном, работающий на базе закрытой операционной системы. В навигаторе уже установлена производителем навигационная программа, сменить которую, не нарушая лицензий, обычно нельзя. Помимо собственно навигации, автонавигаторы часто умеют много чего еще: играть музыку, показывать фильмы, работать с электронными книгами и изображениями, и даже подключаться к интернету.

В последнее время на рынке появился новый класс устройств – смартфоны со встроенным GPS-приемником. С одной стороны, это устройства крайне удобные: и позвонить могут, и дорогу подскажут, и много чего еще умеют. С другой – программная составляющая у таких устройств пока еще очень слабая: в основном в качестве навигационных программ используются «онлайн-решения» вроде Nokia Maps или Google Maps, для работы с которыми нужно постоянное подключение к интернету (хотя на некоторые смартфоны можно поставить и настоящий навигационный софт). Да и подходят такие смартфоны скорее для пешеходной, нежели для автомобильной навигации – экранчик у них маленький, карту видно плохо, да и с картами нашей обширной родины все, мягко говоря, плохо. Только по городу и поездишь.

Последний тип навигационных устройств – смартфоны с сотовой навигацией (AGPS). У них нет встроенного GPS-чипа. Подходят они только тем, кто не хочет носить с собой бумажную карту – ни ведения по маршруту, ни даже точного определения вашего местоположения они не дают. Зато отлично помогают сориентироваться в пространстве во время длительной поездки или найти какой-нибудь особо незаметный переулок, про который слухом не слыхивал ни один из опрошенных вами прохожих.

К сожалению, идеальной карты в природе не существует (хотя бы просто потому, что у каждого свои представления об идеале), поэтому для начала придется понять, зачем вам в принципе нужен навигатор и что вы с ним будете делать: для туристических походов подойдет один тип устройств и карт, для автомобильной навигации – другой, для пешеходной навигации – третий. Кроме того, нужно обратить внимание на саму картографическую базу: у самой симпатичной на вид программы может вдруг не оказаться карты вашего города, а самая «городская» из карт будет показывать вам белые пятна сразу за окружной автодорогой. В общем, как ни крути, а придется все-таки уделить некоторое время процессу выбора. О том, как выбрать карту для навигатора, вы можете прочитать в статье «Какие бывают навигационные карты?»

Понравилось?
Расскажите друзьям!

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS

GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.

Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

• Мобильная связь;
• Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
• Определение сейсмической активности;
• Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
• Геодезия – определение точных границ земельных участков;
• Картография;
• Навигация;
• Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Навигация без GPS

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

• Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
• Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
• Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
• Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Описание GPS

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

• Погрешность в вычислении орбит;
• Ошибки, связанные с приемником;
• Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
• Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
• Геометрия расположения спутников.

Основные характеристики

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.

Характеристики навигационных систем GPS :

• Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
• Количество орбитальных плоскостей – 6;
• Высота орбиты – 20000 км;
• Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
• Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
• Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

• Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
• Тип антенны;
• Наличие картографической поддержки;
• Тип дисплея;
• Дополнительные функции;
• Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.

Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.

Чтобы начать свою работу, навигатор должен:

• Найти спутник и установить с ним связь;
• Получить альманах и сохранить его в памяти;
• Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
• Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
• Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом .

Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.

Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.

Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.

Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.

Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

«GPS» в списке технических характеристик планшетов уже воспринимается как данность. Да и ни одна современная модель без него не обходится. Вот только GPS-модули могут быть разных видов, а потому и функции предлагают разные. В чём отличия и что лучше выбирать?

Итак, A-GPS (assisted global positioning system), технология, модернизировавшая обычную GPS, в некотором плане её улучшив. A-GPS позволяет быстрее определять местоположение девайса, затрачивая вместе с тем и меньше энергии аккумулятора. Плюс, с A-GPS сигнал можно словить в труднодоступных зонах – например, в помещениях, многолюдных улицах мегаполиса и даже в тоннелях. Каким образом?

Технологии

То, сколько времени потребуется на определение вашего местоположения зависит от того, насколько актуален альманах, хранящийся в данном приёмнике, и эфемерид. Альманах передаётся посредством GPS-сигнала и представляет собой совокупную информацию о параметрах спутниковых орбит. Второй тип данных (эфемериды) – корректировка параметров часов, а также спутниковых орбит, без чего вообще невозможно было бы определить координаты. Эфемерид передаётся циклично – каждые 30 секунд спутники посылают данные на приёмники.

При работе обычного GPS-приёмника скорость определения местоположения будет зависеть от того, как долго он был отключён: чем дольше вас не было на связи, тем больше информации должен будет собрать модуль, чтобы не ошибиться в расчётах. Таким образом, 6 часов без активности заставят вас ждать около минуты, а несколько дней «вне сети» затребуют вплоть до 12 минут.

Различают «холодный», «тёплый» и «горячий» старт GPS – в зависимости от того, насколько актуальны альманах и эфемериды.

Обычный GPS-модуль эти данные получает напрямую от спутников, A-GPS работает через «посредников».

Суть изменений

Помимо времени ожидания, обычный GPS также требует и немалый расход энергии. Вот почему, уткнувшись в Google Maps можно и не заметить, как сел аккумулятор. Обе эти проблемы решает A-GPS, но только при одном очень важном условии: если есть доступ к Интернету. Без связи с удалённым сервером, предоставляющим данные для планшета, алгоритмы A-GPS работать, увы, не будут.

Для планшетов с 3G картой и фаблетов с SIM-картой в ход идут базовые операторские станции, благодаря которым точность определения местоположения может достигать 20 м. Чем больше базовых станций в округе (что характерно для крупных городов), тем точнее будут данные навигатора. Именно через них модуль способен так быстро получать данные о нахождении вашего устройства.

Сравнение

По логике вещей, A-GPS лучше обычного GPS модуля: точность определения координат планшета, скорость обработки данных и умеренное потребление заряда аккумулятора должны были сделать эту технологию вездесущей. Однако A-GPS – частое явление именно среди бюджетных планшетов (особенно китайского производства), в то время как флагманские модели оборудованы обычным GPS. В чём подвох?

Как упоминалось выше, технология A-GPS требует подключения к операторской сети – не все планшеты имеют слот для SIM-карт, и далеко не всегда находятся в зоне открытого Wi-Fi. Плюс, вычисление местоположения посредством A-GPS – это всегда использование траффика. Да, он незначителен и некоторые операторы предоставляют необходимые для навигации данные бесплатно, но всегда существует риск заплатить за желание узнать где вы всё-таки находитесь.

Модели и цены

Если вы планируете пользоваться не только Wi-Fi и готовы платить по счетам за 3G, тогда можно спокойно брать модели с A-GPS. Наличие SIM-карты кардинально меняет положение: вам достанется устройство, полное преимуществ. Например, Apple iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular : система навигации работает быстро и корректно.

Или другой пример: в некоторых комплектациях тот же Asus MeMO Pad 7 идёт с A-GPS, но слот для SIM-карты не предусмотрен. Модель – одна из самых доступных в своей мощностной категории, однако определить ваше местоположение сможет только при наличии Wi-Fi. Так что, скажем, для авто в качестве навигатора она однозначно не подойдёт.

Обратите внимание, что львиная доля интернет-магазинов не уточняют, какой именно модуль стоит в том или ином планшете: напротив GPS стоит «галочка» – и дело с концом. Если в случае брендовых планшетов переживать не стоит – «GPS» в списке технических характеристик подразумевает именно GPS-модуль. То с «бюджетниками» нужно быть поосторожнее – можно купить абсолютно не то, что вам нужно.