Валерий Евстратов - Эхолоты и GPS навигаторы
SPD – speed – скорость, TRK – Track – трасса), имена путевых точек рис. 47). Алфавитно-цифровое отображение информации в чистом виде использовалось на начальном этапе развития техники GPS.
Графическое отображение осуществляется с помощью образуемых на экране рисунков, представляющих характер движения носителя (судна, автомобиля, человека). Графика в аппаратах различных фирм практически одинакова и различается, как правило, в деталях. Наиболее распространенными рисунками являются электронный компас (не путать с магнитным!), графический указатель движения, трасса движения, маршруты, символы для путевых точек. Конечно, только одной графикой дело не обходится – попутно на экран могут выводиться координаты судна, курс, направление на путевую точку, скорость и еще масса нужной и полезной информации (рис. 48). В современных приемниках используются оба вида индикации.
Рис. 47. Отображение в алфавитно-цифровой форме
Характеристики приемников GPS
Точность определения координат места
Точность определения координат места является фундаментальным показателем любой навигационной системы, от значения которого будет зависеть, насколько правильно судно будет следовать по проложенному маршруту и не попадет ли оно на находящиеся поблизости мели или камни.
Рис. 48. Графическое отображение на экране
Точность приборов обычно оценивают по величине среднеквадратической погрешности (СКО)–интервалу, в который попадает 72% измерений, или по максимальной ошибке, соответствующей 95%. Большинство фирм-производителей оценивают СКО своих приемников GPS в 25 метров, что соответствует максимальной ошибке 50 метров.
Для плавания больших судов в узостях и в местах с большим количеством навигационных опасностей существующая точность может оказаться недостаточной. Для такого случая предусмотрен так называемый дифференциальный режим GPS или, иначе, DGPS, уменьшающий ошибку определения места до 5 метров. Для реализации этого режима необходим подключаемый к GPS-навигатору дополнительный приемник для приема дифференциальных поправок, передаваемых специальной станцией. Следует отметить, что режим этот действует в ограниченных зонах, в которых работают наземные станции передачи дифференциальных поправок.
Точность зависит от ряда факторов – от взаимного расположения спутников на данный момент, состояния атмосферы, наличия отражающих радиоволны объектов около антенны приемника, от точности совпадения принятой производителем приемника модели Земли с принятым в России. Большинство навигаторов сами оценивают точность определения координат на данный момент, и полученное значение выводят на дисплей. При превышении заданной ошибки приемник перестанет выдавать координаты и сообщит об этом владельцу.
Навигационные характеристики
Навигационные возможности приемников GPS характеризуют количеством запоминаемых прибором путевых точек, маршрутов и содержащихся в них маршрутных точек. Под путевыми понимаются используемые для навигации характерные точки на поверхности Земли, – промежуточные пункты маршрутов, якорные стоянки, укрытия, навигационные опасности, буи и т. п. Под маршрутом понимается некоторая прямая либо ломаная линия, образованная несколькими точками (как минимум двумя). Вполне очевидно, что чем больше приемник может создавать и хранить путевых точек и маршрутов, тем более сложные задачи он может решать. Например, если при плавании по открытому морю можно ограничиться только двумя путевыми точками, то при движении по извилистым фарватерам с частыми изменениями направления движения может потребоваться несколько десятков. Еще больше точек может потребоваться для рыбаков – помимо путевых точек, они могут записывать в память координаты рыбных мест, камней и коряг, поставленных сеток.
Современные носимые и стационарные приемники GPS могут создавать и хранить, в зависимости от модели, от 500 до 5000 путевых точек и 20–50 маршрутов с 20–30 точками в каждом.
Помимо путевых точек в любом приемнике есть запас точек для записи и сохранения пройденной трассы. Это количество может достигать от 1000 до нескольких десятков тысяч точек в профессиональных навигаторах. Записанная трасса может быть использована для возврата по ней назад (функция «Track Back», речь о которой пойдет позже).
Количество одновременно отслеживаемых спутников
Этот показатель характеризует устойчивость работы навигатора и его возможность обеспечения наивысшей точности. Учитывая тот факт, что для определения двух координат позиции – долготы и широты – нужно одновременно отслеживать 3 спутника, а для определения высоты – четырех, и то, что в своем движении они могут занимать неблагоприятное положение относительно приемника, то вполне понятно стремление конструкторов создавать приемники с большим количеством отслеживаемых спутников. Кроме того, чем больше одновременно отслеживается спутников, тем выше точность определения координат. Современные GPS навигаторы, даже носимые, имеют 8 или 12-канальные приемники, способные одновременно принимать и отслеживать сигналы соответственно до 8 или 12 спутников.
Работа с приемниками GPS
Для знакомства с работой с аппаратурой спутниковой навигации используем какую-либо популярную модель навигатора, например, Garmin GPS-72 – 12-канальный портативный приемник GPS со встроенной антенной (рис. 49). Большой монохромный дисплей прибора с 4-х уровневой серой индикацией (120 × 160 пикселей) и регулируемой подсветкой обеспечивает хорошее качество изображения в любое время суток. Управление приемником осуществляется расположенными на лицевой панели 9-ю кнопками, открывающими доступ пользователю ко всем функциям и базам данных прибора.
GPS-72 чрезвычайно прост в использовании, интуитивно понятен в работе и позволяет быстро, без специального обучения, перейти к практической навигации. Прибор изначально создавался для использования на небольших судах и поэтому имеет водонепроницаемый корпус, может плавать и выдерживать погружение в воду.
Встроенная память 1 Мб позволяет загружать в нее с дисков информацию о магазинах, ресторанах, сервисах и других предприятиях сферы обслуживания.
Приемник GPS-72 имеет следующие основные характеристики:
Путевые точки – 500 путевых точек с координатами, названиями и графическими символами;
Маршруты – 50 маршрутов по 50 путевых точек в каждом;
Траектории – автоматическая запись и хранение в памяти до 10 траекторий;
Рис. 49. Носимый приемник Garmin GPS-72
Путевой компьютер – путевой одометр, время остановок, средняя скорость движения, время движения, максимальная скорость.
Встроенная база данных по городам мира;
Внутренняя память 1 Мб.
Функция «Человек за бортом»
Сигнализация прибытия в точку назначения, дрейфа на якорной стоянке, отклонения от курса.
Начало работы
Первое включение
Для любого прибора, будь то телевизор, мобильный телефон или холодильник, есть первое включение, отличающееся наличием каких-то операций, отсутствующих при последующем общении с ними. Есть такое первое включение и у приемника GPS.
Ранее мы говорили, что для определения координат в памяти навигатора должна храниться информация о параметрах орбит спутников, состоянии атмосферы и еще ряд параметров, определяющих точность определения местоположения. Внутренние часы приемника, с помощью которых определяются время задержки сигналов, должны точно совпадать с точными часами спутника. В то же время, навигаторы выходят с завода с девственно чистой памятью, либо с записанной неизвестно когда одной точкой (в приемниках Garmin присутствует точка GARMIN с координатами завода-изготовителя). Поэтому, если мы захотим сразу определить место, в котором мы находимся, сразу у нас ничего не получится. А чтобы все получилось – и определение координат, и навигация – необходимо при первом включении провести инициализацию приемника GPS. Вообще, эту операцию проводят не только при первом включении – она необходима при длительных перерывах в работе приемника или при перевозке его на весьма большое расстояние от места предыдущей работы.
Инициализация
Для инициализации приемник должен обнаружить сигналы от навигационных спутников, получить от них информацию о параметрах орбит и записать их в память.
Кроме того, навигатор должен по сигналам спутников совместить показания своих внутренних часов с часами навигационной системы и синхронизировать их.
