что такое альманах в навигации
Время «старта» необходимое навигационному приемнику на определение позиции после включения, зависит от имеющейся в памяти начальной информации. Выделяются следующие режимы:
Навигационные сообщения передаваемые со спутников содержат два типа данных – эфемериды и альманах. Спутников. В альманахе передаются параметры орбиты, с помощью которых можно вычислить примерное местоположение спутников с достаточной большой степенью погрешностью. Альманах, хранящийся в памяти приемника, постоянно обновляется, т.к. каждый спутник передает данные альманаха для всех спутников группировки. Время «жизни» альманаха составляет 2-3 месяца. Далее, величина накопленной ошибки в расчетах будет недопустимой.
Данные эфемерид содержат параметры, позволяющие более точно вычислить текущее местоположение спутников. В отличие от альманаха, каждый из спутников передает, только свои собственные эфемериды. Время «жизни» эфемерид не превышает 4-6 часов.
Информация данных эфемерид и альманаха, передаваемой со спутников, постоянно корректируется. Это происходит один раз (а при необходимости и более) в сутки. Сеть наземных станций, получает информацию со спутников, по аналогии с обычными пользователями, анализирует измерения, сравнивает их с опорными, рассчитывает корректирующие поправки и передает их на главную станцию, с которой осуществляется передача данных на спутники.
«Холодный» старт приемника может быть связан не только с его длительным бездействием, но перемещением на большое расстояние в выключенном состоянии. Если первый случай связан с устаревшим альманахом и ошибкой в определении текущего точного времени, то во втором случае приемник, не зная о своем перемещении, будет пытаться найти спутники, которых должны быть видимы на «старом» месте. Пользователь может «помочь» приемнику и уменьшить время «холодного» старта, указав на базовой карте, примерное «новое» местоположение.
Во время «холодного» старта приемник сканирует весь диапазон возможных значений частот и временных задержек навигационных сигналов. При этом, в многоканальных приемниках, несколько каналов могут использоваться для поиска одного спутника, чтобы ускорить время его захвата. После того, как сигнал хотя бы от одного спутника будет получен и разобран, приемник будет иметь полную информацию об альманахе всей группировки и, по сути, перейдет к «теплому» старту
При «теплом» старте, приемник, включенный после 6-и часов бездействия, начнет «поиск» сигналов спутников, используя значение текущего времени и данные, хранящегося в памяти, альманаха. Будет осуществляться поиск только тех спутников, которых, по теоретическим расчетам находятся в видимом полушарии и должны быть доступны приемнику. Соответственно, известен достаточно узкий диапазон частот и временный задержек, который требуется просканировать в процессе поиска сигналов. Эта информация существенно ускоряет время захвата спутников, по сравнению с «холодным» стартом, когда поиск ведется на широком диапазоне всех возможных значений задержек и частот
В приемниках «Garmin» для контроля текущего использования спутников существует страница «Satellites», на которой отображается информация о местоположении спутников и индикатор уровня сигнала. Когда спутник только захвачен, но еще не используется в подсчете позиции, этот индикатор имеет «прозрачный» вид. После того, как эфемериды полностью получены и декодированы, спутник может использоваться в подсчете позиции.
Стоит отметить, что в момент включения, многоканальный приемника начинает поиск сигналов с нескольких спутников одновременно. Информация передаваемая со спутников привязана к единой шкале времени, содержит одинаковую структуру и достигает антенны приемника, примерно в одно и тоже время. Поэтому данные эфемерид, одновременно захваченных спутников, поступят в приемник почти что одновременно. Если количество таких спутников более или равняется трем, то это позволяет приемнику сразу же рассчитать позицию. В случае, когда сигналы блокируются высокими зданиями или густой листвой, то может потребоваться достаточно длительное время на определение позиции.
Наличие полностью полученных эфемерид, не гарантирует использование этого спутник в подсчете позиции. Информация передаваемая в эфемеридах может быть неправильной, ошибочной, либо связанной с неисправностью в работе спутника. В это случае, индикатора «здоровья» передаваемых в данных эфемерид и альманаха, информирует приемник, что сигналы с этого спутника нельзя использовать в подсчете позиции. Это может быть связано не только с неисправностью спутника, но и диагностическими работами проводимыми на его борту, процессом ввода его в эксплуатацию или тестированием новых режимов,.
«Горячий» старт связан с кратковременным выключением приемника (до 6-и часов) не требует длительного времени на определение позиции. Это объясняется тем, что полученные ранее эфемериды содержат «свежие» данные, используемые для определения точных координат спутников и могут использовать в вычислении позиции. В случае включения прибора после порогового времени, эфемериды рассматриваются устаревшими и начинает действовать принцип «теплого» старта. Если на момент включения приемника видимыми остались менее 3-и спутников со «свежими» эфемеридами, то для определения позиции потребуется некоторое время на сбор данных эфемерид нового спутника.
Данные эфемерид передаются в составе трех пакетов. Каждый из пакетов содержит одинаковый временной идентификатор (IOD – issue of data) по которому можно объединить общую информацию. Информация эфемерид передаваемая со спутников каждые 30 секунд, изменяется раз в 2 часа, и содержит одинаковый на это время IOD. Если один из пакетов был пропущен, либо получен с ошибками, то можно выделить аналогичный пакет из следующего сообщения, проверить его идентификатор и не дожидаясь следующих пакетов, использовать его с ранее полученными. Это позволяет приемнику ускорить время «старта».
Существует минимальное возможное время, необходимое приемнику на «старт», и это определяется структурой передаваемого сигнала со спутников. Производители навигационной аппаратуры, используя стандартные методы навигации, могут приблизиться к этому времени, но уменьшить его не смогут. Одним из методов, предназначенных для решения этой проблемы, является Assisted-GPS (A-GPS). Его принцип заключается в вычисление точного местоположения спутников без информации эфемерид, на получении которых требуется время. Вычисление осуществляется на использовании точных моделей орбит спутников, доступных через специальные Интернет — сервисы.
С другой стороны, максимальное время «старта» может значительно превышать заявленное в технической спецификации на навигатор время. Это объясняется окружающими условиями, в которых происходит «захват» спутников и «старт» приемника. Если приемник находится в условиях сильной многолучевости вызванной густой листвой деревьев, или близкорасположенными зданиями, то навигационных сигнал подвергается внешнему воздействию, содержит ошибки и неправильно декодируется. В условиях городских «каньенов», когда над приемником «нависают» высокие здания и виден только небольшой сектор неба, количество спутников доступных для использования резко ограничивается. Более, того геометрический фактор этих спутников, являющийся одним из критериев точно определения позиции, сильно ухудшается. Все эти условия могут значительно увеличить время «старта» приемника.
Версия для печати
альманах ГНСС
44 альманах ГНСС: Информация, передаваемая с каждого навигационного космического аппарата ГНСС в составе навигационного сообщения, включающая в себя данные о системной шкале времени ГНСС, данные о бортовых шкалах времени всех навигационных космических аппаратов и данные об элементах их орбит и техническом состоянии.
31 альманах ГНСС: Информация, передаваемая с каждого навигационного космического аппарата ГНСС в составе навигационного сообщения, включающая в себя данные о системной шкале времени ГНСС, данные о бортовых шкалах времени всех навигационных космических аппаратов и данные об элементах их орбит и техническом состоянии.
Полезное
Смотреть что такое «альманах ГНСС» в других словарях:
альманах ГНСС — Информация, передаваемая с каждого навигационного космического аппарата ГНСС в составе навигационного сообщения, включающая в себя данные о системной шкале времени ГНСС, данные о бортовых шкалах времени всех навигационных космических аппаратов и… … Справочник технического переводчика
альманах — альманах: Сборник, содержащий литературно художественные и (или) научно популярные произведения, объединенные по определенному признаку. Примечание Альманах может быть также сериальным изданием. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
альманах (навигационных спутников) — Набор справочных сведений о положении (о шкале времени и элементах орбит) и рабочем состоянии всех НС данной ГНСС, входящих в информацию передаваемую со спутника. [РТМ 68 14 01] Тематики спутниковая технология геодезических работ Обобщающие… … Справочник технического переводчика
ГОСТ Р 52928-2010: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52928 2010: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения оригинал документа: 69 абсолютная погрешность определения местоположения потребителя ГНСС: Точность определения местоположения потребителя ГНСС в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 52928-2008: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52928 2008: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения оригинал документа: 52 абсолютная точность определения местоположения потребителя ГНСС: Точность определения местоположения потребителя ГНСС в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
радионавигационный сигнал — 2.16 радионавигационный сигнал (Radionavigation Signal): Радиосигнал кода стандартной точности, излучаемый навигационным космическим аппаратом и модулированный псевдослучайной последовательностью дальномерного кода, меткой времени и цифровой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 52865-2007: Глобальная навигационная спутниковая система. Параметры радионавигационного поля. Технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 52865 2007: Глобальная навигационная спутниковая система. Параметры радионавигационного поля. Технические требования и методы испытаний оригинал документа: 2.1.15 геометрический фактор ухудшения точности по вектору положения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Десять лет назад вряд ли можно было поверить в то, что каждый человек сможет купить недорогой карманный прибор, который на основе современных космических технологий точно указывает местоположение в любой точке земного шара. Казалось, что известные уже несколько столетий компас и карта останутся вечными спутниками тех, кто находится в пути. Сегодня же мы видим, как бытовые GPS-навигаторы используются не только практически всеми яхтсменами и летчиками-любителями, но также находят широкое применение в автомобильных навигационных системах и все чаще сопровождают любителей отдыха на природе в их разнообразных путешествиях.
Что такое GPS?
Принцип определения координат заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких спутников с известными параметрами их орбит на каждый момент времени и последующем вычислении по измененным расстояниям своих координат, при этом таких спутников должно быть не менее трех.
Первоначально система GPS навигации была разработана, как это часто бывает, для военных целей, но постепенно стало ясно, что она может успешно применяться и для решения ряда гражданских задач, например, морской или автомобильной навигации, о которой мы поговорим отдельно.
Как работает GPS
Способ радиообмена между спутниками и GPS-приемником также достаточно необычен. Дело в том, что все спутники вещают одновременно на одной и той же частоте. Для того чтобы GPS-приемник мог определить, от какого спутника исходит данная информация, бортовые передатчики посылают в составе своего сигнала стандартный идентификационный код, который сравнивается с кодами, находящимися в памяти приемника. Таким образом независимо от того, сколько и каких спутников находятся в поле зрения приемника, последний может без труда идентифицировать источники сигналов. Такой подход не только упрощает схему GPS-приемника, но и, несмотря на малый уровень радиосигналов, позволяет использовать в них малогабаритные приемные антенны.
Как известно, спутниковая GPS-система оплачивается и контролируется Департаментом обороны США, который зарезервировал предельную точность исключительно для своих военных целей. Для этого передаваемый спутниками сигнал кодируется с помощью специального Р-кода, который может быть декодирован только военными GPS-приемниками. В дополнение к этому в сигналы времени от спутниковых атомных часов добавляется случайная ошибка, которая искажает полученные значения координат. В результате точность гражданских GPS-приемников ухудшается в несколько раз по сравнению с военными. Если бы была хоть какая-нибудь возможность отследить желающих принимать сигналы спутников, GPS-навигация наверняка была бы платной. Но, учитывая, что на данный момент развития науки это невозможно в принципе, и то, что после запуска спутников практически никаких расходов на поддержание их в рабочем состоянии не требуется, система оставалась, остается и останется бесплатной.
Немного терминологии
Рассматривая технические характеристики того или иного приемника, вы можете увидеть различные термины, вроде Cold Start или Warm Start (холодный и теплый старт). Что же означают эти термины?
При холодном старте время и координаты приемнику известны с некоторыми ограничениями, а альманах и эфемерида не известны.
При теплом старте время, координаты и альманах известны, опять же, с ограничениями. Эфемерида как минимум от 3-х спутников известна после последнего выключения приемника.
Что такое альманах и эфемерида? Давайте попробуем разобраться, но по порядку. Спутники постоянно передают два типа данных: альманах и эфемериду.
Когда вы включаете GPS-приемник, он начинает искать спутники там, где, по его мнению, они должны находиться. Это мнение основывается на альманахе и текущем времени, и, исходя из этих данных, приемником выбираются спутники для первоначального поиска. Эфемериды принимаются от каждого спутника, видимого приемником, проверяются на достоверность и достаточность информации для определения координат.
Если питание приемника выключить и сразу же включить, эфемериды будут считаться актуальными, и приемник быстро найдет спутники, так как ему нет необходимости обновлять данные. Такая ситуация называется «теплый» старт. Если же эфемериды устарели, GPS-приемник начнет заново собирать новые эфемериды для всех спутников с устаревшими данными, хотя в реальности GPS-приемники постоянно собирают свежие эфемериды.
Рассмотрим ситуацию, когда на момент включения приемника «свежие» эфемериды были менее, чем для трех спутников – в таком случае определение координат местоположения станет невозможным, пока не будет пойман хотя бы еще один дополнительный спутник.
Если приемник перемещается, например, находясь в автомобиле, то сбор эфемерид займет более длительное время, чем при неизменном местоположении, а если GPS-приемник увезти на расстояние нескольких сотен километров в выключенном состоянии, или если в нем сбилось точное время, то эфемериды окажутся недостоверными, и приемник попытается найти спутники там, где их уже нет.
Когда вы приобретаете GPS-приемник и включаете его в первый раз, то он «находится в растерянности», потому что не знает, где находится. Чтобы определить свое местоположение, приемник начинает сканировать частоту в поисках сигналов спутников. Такой процесс принято называть «холодным» стартом. Холодный старт состоит из поиска спутника, декодирования получаемых сигналов и проведения необходимых расчетов, что в совокупности может занимать от 5 до 20 минут. Точная продолжительность процесса зависит от множества факторов, которые включают количество видимых спутников и алгоритм поиска, реализованный в отдельно взятой модели.
Если же приемник знает свое местоположение, то процесс определения местоположения сокращается в несколько раз, а при наличии в памяти устройства ранее запомненного альманаха точные координаты будут определены в течение нескольких секунд. Такую ситуацию называют «горячий» старт.
Довольно часто можно услышать или прочитать в описаниях программ и самих устройств аббревиатуры, такие как NMEA, SiRF, WAAS, DGPS. А иногда у обывателя возникает вопрос: «Зачем в приемниках одновременно и NMEA, и SiRF?» Чтобы ответить на этот вопрос, вернемся к терминологии.
На данный момент система WAAS действует только на территории Северной Америки. В Южной Америке и Европе нет наземных станций, так что даже если ваш GPS-навигатор и может принимать сигналы WAAS, то на территории нашей страны отсутствует возможности получать подобный сигнал, а потому точность стандартной GPS-навигации не повысится.
При написании статьи использованы материалы сайтов:
Что такое альманах в навигации
GPS: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить
Автор этой книги не несет ответственности за использование материалов, которые опубликованы в этом издании. Вся информация дана исключительно в образовательных целях. Ни при каких условиях ответственность за какие-либо последствия от использования этой книги в практических целях не может возлагаться на автора.
Вот так каждый раз: начинаешь писать книгу и надолго задумываешься, как же ее начать, чтобы читатель, по крайней мере, не сразу стал искать выводы и итоги. Какие-то находки на эту тему либо очень быстро кем то повторяются и становятся избитыми, либо оказывается, что это уже и не ново, и кто-то это уже использовал, а вредному читателю только попробуй, повтори по шаблону, не прочитает и половины, да еще и обзовет как-нибудь в письменном виде…
Но, с другой стороны, не в писательском же мастерстве мы тут упражняемся, задача совсем другая стоит. А значит, попросим на время любителей стиля, русского языка и голых фактов быть немного снисходительнее и не ругаться, а заботливо отправлять поправки автору в почту. А вот теперь, вроде бы, можно и начинать…
Находчивый калифорниец закрепил на автомобиле своей бывшей девушки GPS-систему, а затем в течение 6 месяцев следил за ней и угрожал ей смертью. Благодаря этому устройству он мог неожиданно появляться везде, где бы не была его «бывшая», чем сильно пугал ее. Закрепив GPSмобильный телефон с детектором движения на ее автомобиле он ежеминутно получал спутниковый сигнал о месте ее нахождения. Преступник был пойман в момент замен батареи на телефоне, а полиция восхитилась «продвинутостью» нарушителя спокойствия.
GPS для начинающих и не только
Глобальная система местоопределения
Когда негодяй Негоро подкладывал под судовой компас «Пилигрима» железный брусок, он точно знал, что сложность навигационных расчетов не по плечу хоть и смышленому, но еще очень молодому пятнадцатилетнему юноше. Шутка ли, управиться с секстантом, ведь и в наше время его использование требует больших знаний и навыков.
Цифровой век высоких технологий революционизировал методы решения навигационных задач. Сегодня две дюжины небольших спутников окутывают всю Землю навигационными сигналами, а портативный приемоиндикатор, представляющий собой, по сути, небольшой специализированный компьютер, вычисляет по этим сигналам координаты местоположения с точностью до 10-30 метров. Навигация при этом облегчается настолько, что создается впечатление самодостаточности этой чудо-коробочки, GPS-приемника. Среди профессиональных «навигаторов» — моряков, летчиков и путешественников — уже вырастает целое поколение специалистов, не умеющих работать с классическими навигационными приборами.
Ничто не останавливает победного шествия GPS. Приемники стремительно уменьшаются в размерах: прибор со спичечный коробок уже можно купить всего за 150 долларов; навигационные чипы встраиваются в часы и мобильные телефоны, становятся составной частью автомобильных сигнализаций. А компания Applied Solution в следующем году намерена наладить серийное производство чипов, предназначенных для имплантации в тело человека. Приемники GPS находят применение при решении самых разнообразных задач: геологи в реальном времени следят за малозаметным перемещением участков земной коры, зоологи делают ошейники с портативными примоиндикаторами и радиопередатчиками для изучения миграции животных, военные строят самонаводящиеся ракеты и бомбы, а экспедиция Национального географического общества США в прошлом году с сантиметровой точностью измерила высоту Эвереста.
GPS — глобальная система местоопределения (часто ошибочно называется Глобальной системой позиционирования). Состоит из низкоорбитальных 24-х спутников, передающих сигналы на частоте более 1 ГГц и пользовательских приемников, определяющих по этим сигналам свои координаты. Для работы GPS приемника необходима прямая видимость небосвода (сигнал GPS спутников экранируется металлом, некоторыми пластиками, бетоном).
По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определяют текущие координаты местоположения. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач НАВИГАЦИИ подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, автомобили и т.д.).
Новое понятие «Система местоопределения» — является существенно более общим, чем «навигационная система». Оно охватывает и чрезвычайно важные для человечества проблемы и задачи ЗЕМЛЕМЕРИЯ (геодезия, картография, планиметрия, геофизика, строительство уникальных промышленных сооружений и дорог и т.д.). Для этих целей погрешности местоопределения не должны превышать долей метра и даже долей сантиметра. Специальные приемники и методы обработки сигналов обеспечивают эту точность.
Если ракеты и спутники — это механическая основа системы, ее кости и мышцы, то радиотехнические и вычислительные микроэлектронные устройства — это ее мозг и нервы. Вместе с теоретическими методами это информационная основа системы, без которой ее существование невозможно. Плата приемника содержит: высокочастотный приемный тракт, устройства сложной математической обработки принятых из космоса сигналов, первоклассный компьютер с большим быстродействием и значительной памятью, микроэлектронные схемы его сопряжения с внешними устройствами и другие сложные элементы. Сама плата имеет шесть слоев печатного монтажа и обеспечивает одновременный прием и обработку сигналов до восьми спутников. Управляют этим ансамблем уникальные математические алгоритмы, реализованные в виде машинных программ. Не будет преувеличением сказать, что GPS — дитя микроэлектроники и вычислительной техники. Что в каждом из своих проявлений GPS — одновременно и продукт и средство современных высоких технологий.
До 1991 года существовали практические ограничения на применение GPS из-за отсутствия в России разработок этой техники гражданского применения. Сейчас же спутниковое местоопределение становится для нас новой «общественной потребностью», такой же необходимой и доступной, какой давно стала телефонная связь.
Более 300 млн. человек в мире пользуются системой GPS, с помощью которой путешественник может определять свои координаты, а пилот посадить самолет в зоне с нулевой видимостью. В ближайшее десятилетие возможности глобальной системы позиционирования значительно расширятся.
Возможности системы глобального позиционирования в ближайшие 10 лет станут намного шире. Пользователь сможет определять свои координаты с точностью до метра. Возможности системы GPS будут расширяться за счет модернизации, подразумевающей: введение дополнительных каналов сигнала на спутнике, увеличение мощности сигнала и усовершенствование системы его коррекции, использование направленных антенн, а также интеграцию с телевизионными и телефонными сотовыми сетями.
Ее новыми возможностями в первую очередь смогут воспользоваться военные, для которых она и создавалась. Самолеты военно-морских сил США смогут приземляться на палубу авианосца в полной темноте. Система сможет отслеживать местонахождение воздушных судов на всем протяжении полета. В ближайшее время GPS поможет контролировать движение автомобильного транспорта, обеспечивая безопасность дорожного движения, усовершенствованная система сможет быть применена в электроэнергетике, в телекоммуникациях, при добыче полезных ископаемых, картографии и даже в сельском хозяйстве. Кроме того, любой путешественник сможет воспользоваться GPS на всей территории земного шара.