Работа с навигационной системой GPS

Вы уже, вероятно,  ознакомились в Руководстве пользователя с основными принципами работы Вашего коммуникатора в режима карманного компьютера и мобильного телефона. Остановимся теперь более подробно на его работе в качестве навигационного устройства. Для того, чтобы изложение было более понятным,напомним вкратце о том, что из себя представляет система GPS, а также поясним термины, наиболее часто встречающиеся при работе с навигационным программным обеспечением. Те из Вас, кто достаточно хорошо с этим знаком, могут смело пропустить данный раздел.

Система спутниковой навигации GPS

Созданная в восьмидесятых годах прошлого столетия министерством обороны США изначально лишь для военных целей,система глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) очень скоро перестала быть таковой и нашла широкое применение в различных областях гражданской сферы.

Основные принципы системы просты и состоят в определении местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами - спутников.

Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала посылки от спутника к приёмнику. Для определения трёхмерных координат приёмнику необходимо решить систему из трёх уравнений. Для устранения погрешности, вызванной разницей между точными часами на спутнике и намного менее точными в приёмнике, вводится четвёртое уравнение. Другими словами, для однозначного определения координат приёмник должен «видеть» не менее четырёх спутников.

Организационная структура системы GPS представляет собой совокупность трёх сегментов: космического, пользовательского и сегмента управления. 

Космический сегмент состоит из 24 основных и нескольких резервных спутников, равномерно распределённых по шести круговым орбитам на высоте 20 200 км от поверхности Земли. Спутники распределены так, что из любой точки Земли в любой момент времени выше 15° над горизонтом находится от 4 до 8 спутников. Период их обращения равен 11 ч 58 мин. Сегмент управления состоит из сети наземных станций слежения и контроля. В их задачу входит контроль работоспособности системы,уточнение и корректировка текущих параметров орбит и показаний бортовых часов. В приёмнике, на основе корреляционной обработки выделяются составляющие,относящиеся к конкретным спутникам, кодовые последовательности и навигационные сообщения. Каждое сообщение содержит в себе метку времени, когда сообщение было отправлено. Сравнивая значение метки с показаниями собственных часов, приемник определяет расстояние до спутника. В составе информационных сообщений  передаётся два типа информации о параметрах орбит и текущем состоянии спутников: альманах и эфемериды. Альманах содержит приближённые параметры орбит, в то время как данные эфемерид очень точные, но действительны лишь не более 4-х часов. В зависимости от того, какой объём этих данных хранится в памяти приёмника на момент его включения, различают следующие типы стартов (Time To First Fix - TTFF): hot - start / горячий старт - известен и альманах, и эфемериды; warm - start / теплый старт - известен только альманах; cold - start / холодный старт - данные отсутствуют или недействительны (приёмник был долгое время выключен или перевезён на другое место). Среднеквадратическая ошибка в определении координат для приемников гражданского применения составляет порядка 10 м. Отметим также, что на точность позиционирования и быстроту определения координат, сильное влияние оказывает окружающая обстановка, т.е.то, насколько хорошо Вашему GPS приемнику виден небосвод. Так, например, на открытом пространстве при первом включении может понадобиться всего лишь 15 -20с для определения местоположения, в то время как в городе, на узкой улице с высокими домами, этот процесс может занять несколько минут.

Для работы с системой GPS требуется всего лишь небольшое устройство под названием GPS - приемник, антенна и портативный компьютер. В нашем случае модуль GPS - приемника  с антенной разместился в корпусе коммуникатора и подключен к компьютеру Вашего устройства через последовательный COM порт.

Весьма приблизительно GPS - приемник можно представить себе как очень чувствительный приемник спутниковых сигналов и мощный микропроцессорный контроллер. Работа GPS - приемника в основном сводится к выделению на фоне целого моря радиосигналов, которыми наполнен эфир (теле и радиостанции, сотовая связь,промышленное оборудование) едва различимых сигналов со спутников, посланных с высоты более 20000 км над поверхностью Земли. Получая и отслеживая эти сигналы,приемник рассчитывает расстояния до видимых спутников. Из этих же сигналов,приемник получает координаты спутников. Зная расстояния до спутников и их координаты, приемник методом триангуляции рассчитывает свои координаты. Эта информация один раз в секунду считывается через последовательный порт карманным компьютером, на котором установлена навигационная программа. Последняя, в свою очередь, позволяет Вам без труда увидеть свое положение на электронной карте, определить  скорость Вашего передвижения, пройденное расстояние,расстояние до пункта назначения и многое другое. Более того, уже широко используются  программы, позволяющие автоматически проложить кратчайший маршрут, учитывая правила дорожного движения, рассчитать длину маршрута, ориентировочное время прибытия и даже способные голосом подсказать, куда и когда именно необходимо повернуть. Имея в своих руках  коммуникатор, оснащенный модулем GPS, такая возможность появляется теперь и у Вас. 

Особенности настройки

В отличие от подавляющего большинства навигационных устройств, работающих в так называемом режиме Stand Alone GPS, GPS приемник коммуникатора Mio может работать еще и в режиме A-GPS (Assisted GPS). Конечно, это не в полной мере система A-GPS, где основную роль играет информация  с сервера мобильного оператора, а лишь некое ее подобие. Но даже в этом случае удается существенно ускорить время первоначального определения координат.

Вкратце, основное отличие данного режима от режима Stand Alone в том, что часть информации,которую приемник должен получить и обработать со спутников (эфемериды), он получает в виде файла данных с удаленного Интернет-сервера по каналу GPRS или же через настольный компьютер, подключенный к сети Интернет во время синхронизации данных. Этот алгоритм позволяет существенно сократить время определения координат (TTFF - Time To First Fix), что очень важно, например,при работе программы Экстренный вызов, где необходимо очень быстро определить координаты, чтобы  послать SMS сообщение с просьбой о помощи.

Режим A-GPS позволяет снизить требования, предъявляемые к окружающей обстановке - быстро определять координаты даже в отсутствии прямой видимости спутников, а также иво время движения, что большинству обычных GPS приемников, работающих в режиме Stand Alone GPS, просто не под силу. В условиях хорошей видимости, время первой фиксации (определения координат после долгого перерыва, более 4-х часов) для Mio составляет в среднем 10 - 20с, в то время как, для большинства GPS приемников,этот промежуток времени может составлять почти минуту. Если же условия приемасигналов со спутников не идеальны, то преимущества режима A - GPS проявляются особенно отчетливо. Дело в том, что для приема информационных сообщений со спутника, требуется, чтобы уровень принимаемого сигнала был не ниже 28дБ-Гц.Если же сигнал будет слабее, то GPS приемник не сможет получить данные о координатах спутника (эфемериды), а значит, и рассчитать свои.  Для сопровождения спутников (т.н. режим Tracking) вполне достаточно, что бы уровень входного сигнала был более 14дБ-Гц.В режиме A - GPS эти данные приемник получает не со спутника а из файла,загруженного с интернет-сервера. Это означает, что даже в плохих условиях Ваш Mio способен определить местоположение, в отличие от навигаторов, которые работают в режиме Stand Alone GPS. Следует также отметить, что режим A - GPS также более экономичный с точки зрения энергопотребления, поскольку контроллер GPS приемника работает с пониженной нагрузкой.

Как уже говорилось выше,GPS приемник передает данные в компьютерный модуль через последовательный COM порт. В режиме Stand Alone GPS данные поступают через COM2 со скоростью 57600бит/с, в режиме A-GPS следует использовать виртуальный порт COM4 на скорости57600 бит/с. Этот порт выбран по умолчанию в меню настроек GPS Settings. ИменноCOM4 следует указывать при настройке навигационной программы.

GPS Settings / Настройки GPS

Программа Настройки GPS находится в меню Настройки/Система. Она позволяет выбрать номер последовательного COM порта для работы с модулем GPS. Для обеспечения доступа к GPS модулю нескольких программ необходимо разрешить Windows Mobile управлять доступом автоматически. Для этого в разделе Доступ необходимо отметить соответствующий пункт меню.

Если же в ходе выполнения программ и настроек произошли какие-то сбои в работе GPS модуля, можно попытаться сбросить его настройки и перезагрузить. Для этого в разделе Сброс GPS необходимо нажать соответствующую кнопку.

Мгновенное положение

Для обеспечения работы GPS модуля Mioв режиме Assisted - GPS необходимо в разделе Настройки/Система запустить программу Мгновенное положение и выполнить необходимые настройки. Этапрограмма загружает из Интернета файл с эфемеридами для информационногообеспечения модуля GPS.

Предполагается, что Вы уже выполнили все необходимые настройки для выхода в Интернет через GPRS. Если еще нет, то это легко сделать с помощью утилиты Настройки GPRS в разделе Сегодня/Программы. Данные загруженного файла актуальны в течение 3-х дней. По истечении этого срока программа автоматически загружает файл с новыми данными, для чего необходимо поставить галочку в пункте меню Загружать автоматически.

Экстренные вызовы

При помощи программы Экстренные Вызовы Вы можете задать получателей экстренных текстовых сообщений и оповещать их о том, что Вы нуждаетесь в помощи, сообщая им широту и долготу Вашего текущего местоположения. Программу поиска Экстренные Вызовы можно использовать, даже не устанавливая на коммуникатор навигационную программу. Для запуска этой программы достаточно нажать и удерживать в течение 6 секунд кнопку уменьшения громкости. После этого программа включит GPS модуль для определения координат. После определения координат, по заданным Вами телефонным номерам будет отправлено SMS сообщение, пример которого приведен на рисунке: 

Для ввода и редактирования списка телефонов, по которым будет отправлено SMS - сообщение, следует зайти в меню Сегодня/Программы и, либо выбрать номер телефона из списка Ваших контактов, либо ввести номер вручную.

SMS координаты

При помощи Вашего Mio Вы можете также сообщить друзьям, где Вы сейчас находитесь, что может оказаться полезным для коллективных мероприятий на природе или поисковых операций.Программу SMS координаты поиск можно использовать, даже не устанавливая на коммуникатор навигационную программу. Для запуска программы необходимо зайти в меню Сегодня/Программы и нажать пером на соответствующую иконку.

После запуска программы, потребуется некоторое время для определения Ваших координат. Обычно, при хорошей видимости небосклона, на это уйдет несколько секунд. Вы можете написать любое текстовое сообщение и выбрать в качестве адресата любой из телефонов Ваших записной книжки, после чего, отправить это сообщение. Полученное сообщение выглядит примерно так, как показано на рисунке справа.

Общие рекомендации

Для корректной и точной работы коммуникатора в режиме GPS навигатора необходимо соблюдать несколько условий:

1) Перед включением программы навигации убедитесь в том, что загружена свежая информация о координатах спутников системы GPS. Для этого   воспользуйтесь программой Мгновенное положение.

2) Постарайтесь, чтобы условия приема спутниковых сигналов были достаточно комфортными для коммуникатора. Для этого желательно выбрать такое место, где открыта большая часть небосвода и нет поблизости высотных зданий, мешающих прохождению сигналов со спутников.

3) Запустив программу навигации, используйте в настройках последовательный порт COM4 для доступа к данным GPS приемника.

4) При работе с коммуникатором в салоне автомобиля, установите его на специальном держателе, идущим в комплекте.

5) Пожалуйста,при вождении автомобиля сконцентрируйте все свое внимание именно на вождении. Информация, поступающая с навигатора является для Вас второстепенной.

При использовании материалов с этого сайта, просим Вас указывать источник и ссылку на оригинальную статью.