ВЫБОР ПРИЕМНИКА GPS

GPS - это система с широкими возможностями и многочисленными областями применения. Приобретение наиболее подходящего приемника GPS требует тщательного анализа того, как он будет использоваться, какого вида информация необходима и что позволяют средства, выделенные на его покупку.

Вот вопросы, на которые необходимо ответить прежде, чем принять решение:

• Что действительно необходимо: - эпизодические по времени местоопределения, или управление непрерывным движением автомобиля, корабля, самолета?
• Необходимо ли точно измерять скорость, например, при таких операциях, как настройка гоночной яхты или оценка характеристик автомобильного двигателя?
• Что является более важным: экономия средств или точность?
• Является ли энергопотребление приобретаемого приемника важным фактором?
• Будет ли приемник применяться при повышенных скоростях и ускорениях?

При большом разнообразии приемников на современном рынке имеет смысл обрисовать основные их типы, а также принципы построения, преимущества и недостатки, им присущие. Можно выделить две обширные группы. В первой окажутся приемники, работающие по принципу последовательного, т.е. поочередного слежения за спутниками рабочего созвездия. Во второй - те, которые отслеживают 4 или более спутников одновременно, т.е. как бы параллельно. Внутри каждой из этих групп существует большое разнообразие приемников разного назначения.

Приемники последовательного слежения

Для вычисления точного положения все приемники GPS должны получать информацию по крайней мере от 4-х спутников. При последовательном слежении для этого используется единственный канал, автоматически переключаемый на прием и обработку сигналов поочередно каждого из спутников созвездия. Такие приемники обычно содержат меньше электронных устройств и потому дешевле и потребляют меньше энергии. К сожалению, непрерывная коммутация единственного канала может оказаться серьезной помехой процессу вычисления координат и тем самым ухудшить точность их определения. К этой группе относятся одноканальные приемники с малым энергопотреблением, обычные одноканальные приемники, быстродействующие мультиплексные одноканальные приемники более поздней разработки и двухканальные приемники.

Одноканальные приемники с малым энергопотреблением

Эти устройства проектируются как очень портативные и поэтому обычно работают на батарейках. Для ограничения потребления они производят определение координат один раз в минуту и затем самостоятельно выключаются.

Для индивидуального использования пешими туристами или при плавании на небольших судах такие приемники являются наилучшим компромиссом. Их точность в большинстве случаев выше, чем точность системы LORAN, и работают они в любой точке земного шара.

Их основные недостатки - это меньшая по сравнению с другими приемниками точность, ограниченные интерфейсные возможности и грубое измерение скорости движения. Поскольку система отключается между измерениями, она не может обеспечить непрерывность, требуемую для точного вычисления скорости. Кроме того, такие приемники обычно снабжаются малопотребляющими устройствами отсчета времени (которые должны работать непрерывно), поэтому их часы недостаточно точны.

Одноканальные приемники

Эти устройства также используют один канал для измерения дальностей до всех спутников рабочего созвездия, но они не ограничены по энергопотреблению. Обычный одноканальный приемник может оставаться включенным постоянно и, следовательно, быть несколько более точным, а также измерять скорость с хорошей точностью по крайней мере до тех пор, пока нет значительных ускорений или резких изменений курса. Поскольку единственный канал используется и для приема сигналов нескольких спутников, и для вычислений дальностей, такие приемники не могут применяться при непрерывном местоопределении.

Кроме того, по техническим причинам нестабильность часов приемника прямо влияет на точность измерений скорости. Например, если в целях уменьшения стоимости приемника в нем используется недорогой опорный генератор, то они выдают величины скоростей, которым не следует полностью доверять.

Быстродействующие мультиплексные одноканальные приемники

Этот вариант очень похож на обычные одноканальные приемники, но в них переключение от спутника к спутнику происходит гораздо быстрее. Настолько, что оказывается возможным практически одновременно и выполнять измерения дальностей, и следить за сигналами спутников, т.е. работать как бы в непрерывном режиме. Приемники, построенные по этому варианту, менее чувствительны к неточности хода часов.

К сожалению, такой подход требует более сложных схемных решений и доводит стоимость почти до стоимости двухканального последовательного приемника, значительно более гибкого и точного.

Двухканальные приемники последовательного слежения

Добавление второго канала значительно расширяет возможности GPS-приемника. Во-первых, вдвое улучшается отношение сигнал/шум системы. В свою очередь это означает, что появляется возможность улавливать спутниковые сигналы при более неблагоприятных условиях и отслеживать спутники, находящиеся ближе к горизонту. Поскольку один канал может быть использован только для обработки информации о координатах местоположения, а второй только для поиска и захвата сигналов очередного спутника, двухканальный приемник не прерывает измерений и вычислений.

Сами определения координат и скорости могут быть гораздо более точными, поскольку, в хорошем двухканальном приемнике используются вычислительные алгоритмы, исключающие влияние неточности хода его часов.

Недостатком двухканального варианта является то, что его реализация может быть более дорогой, и что приемник будет потреблять большую мощность.

Интересно, что в некоторых современных приемниках так широко используются большие интегральные схемы, что увеличение их стоимости от добавки второго канала оказывается незначительным по сравнению со стоимостью хороших часов.

Несмотря на это, двухканальные приемники обычно стоят больше, чем их одноканальные двойники. Это объясняется тем, что пользователи, которые хотят иметь точность и непрерывное функционирование двухканального приемника, обычно хотят иметь и более устойчивое к внешним воздействиям конструктивное оформление приемника, и более совершенные органы управления и отображения информации.

Приемники параллельного (непрерывного) слежения

Приемники, которые отслеживают 4 или более спутников одновременно, могут выдавать мгновенные положение и скорость. Это очень ценно для применения на высокодинамичных объектах и при высокоточных измерениях. Эти устройства часто используются в геодезии и для научных целей. Они могут иметь от 4-х до 10...12 и даже до 24-х каналов слежения.

Кроме очевидного преимущества - непрерывного измерения координат местоположения и скорости, эти многоканальные приемники могут также упростить проблему с GDOP. Вместо того, чтобы строить вычисления на основе сигналов четырех наилучшим образом расположенных спутников, некоторые из этих систем обрабатывают совместно сигналы всех видимых в настоящий момент спутников. Применение к этой избыточной информации соответствующих алгоритмов обработки позволяет получить абсолютный минимум коэффициента увеличения ошибок местоопределения GDOP.

Для 4-х канального приемника отношение сигнал/шум в два раза выше, чем для двухканального, и в четыре раза выше, чем для одноканального. Кроме того, проводя взаимную относительную синхронизацию каналов, можно устранить любые межканальные временные сдвиги, которые могли бы повлиять на точность местоопределения.

Недостатком этого типа систем, является увеличение их размеров, стоимости и потребляемой мощности.

Другие соображения

Помимо преимуществ и недостатков тех или иных архитектур GPS-приемников существует ряд дополнительных соображений, которые необходимо принять во внимание.

Некоторые новейшие системы обеспечивают получение беспрецедентных точностей, отслеживая и псевдослучайный код и несущую частоту. Такая методика, названная "слежение с помощью несущего" ("carrier-aided tracking"), дает возможность с большой точностью определять момент появления заднего фронта псевдослучайного кода. А это обеспечивает более точные измерения временных интервалов, что в свою очередь трансформируется в более точные местоопределения.

Все ещё существуют приемники, в которые предварительно, т.е. до того, как они начнут вычисления, необходимо вводить приблизительные значения текущего времени и координат. Хорошие современные приемники начинают работать и без этого, т.е. определяют свое положение в любом месте на земном шаре из "холодного состояния". Эту способность называют "anywhere fix" (досл. - автономный старт в произвольном месте).

При покупке приемника следует обратить внимание и на его пользовательский интерфейс. Есть устройства, обращение с которыми для неспециалиста оказывается слишком сложным. Другие кроме широты и долготы не выдают никакой дополнительной информации и не могут быть подсоединены к компьютерам и другим системам.

Современные, более совершенные приемники, обрабатывая основные спутниковые данные сложными методами, выдают значительно большее количество информации и представляют ее более наглядным образом на экранах с высокой разрешающей способностью, например, накладывая на электронные цифровые карты.

Таким образом, хотя все приемники и имеют дело с одними и теми же данными GPS, используют они их по-разному.

И, конечно, надежность является еще одним существенным критерием при оценке любого прибора, с которым предстоит отправиться в море или дальнее путешествие.

Потребление мощности и сопровождающий его нагрев приемника, являются так же важными, подлежащими постоянному контролю параметрами. Статистика показывает, что количество отказов возрастает в два раза при каждых семи градусах увеличения температуры.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии