Система навигации gps глонасс beidou. Принцип работы гнсс beidou

1. 2000-2003: Экспериментальная система Бэйдоу из трёх спутников.
2. к 2012 году: Региональная система для покрытия территории Китая и прилегающих территорий.
3. к 2020 году: Глобальная навигационная система.

Бэйдоу-1

Первый спутник, «Бэйдоу-1А», был запущен 30 октября 2000 года. Второй, «Бэйдоу-1B», - 20 декабря 2000. Третий спутник, «Бэйдоу-1C», отправлен на орбиту 25 мая 2003 . Система считалась введённой в эксплуатацию с успешного запуска третьего спутника.

2 ноября 2006 Китай заявил, что с 2008 года Бэйдоу будет предлагать открытые услуги с точностью определения местоположения 10 метров . Частота системы «Бэйдоу»: 2491,75 МГц.

27 февраля 2007 года был также запущен четвёртый спутник в рамках «Бэйдоу-1», называемый иногда «Бэйдоу-1D», а иногда - «Бэйдоу-2А». Он выполнял функции подстраховки, на случай выхода из строя одного из запущенных ранее спутников . Сообщалось, что у спутника были неполадки в системе управления, но впоследствии они были устранены .

Бэйдоу-2

В апреле 2007 успешно выведен на орбиту первый спутник группировки «Бэйдоу-2», названый «Компас-M1». Данный спутник является настроечным для частот Бэйдоу-2. Второй спутник, «Компас-G2», запущен 15 апреля 2009 . Третий («Компас-G1») запущен на орбиту носителем Чанчжэн-3C 17 января 2010 . Четвёртый спутник запущен 2 июня 2010 . Носитель Чанчжэн-3A вывел четвёртый спутник со спутниковой площадки в Сичане 1 августа 2010 года .

24 февраля 2011 было развернуто 6 действующих спутников, 4 из них видны в Москве: COMPASS-G3, COMPASS-IGSO1, COMPASS-IGSO2 и COMPASS-M1.

По некоторым источникам, в начале 2011 года Госсовет КНР пересмотрел архитектуру системы и внёс корректировки в план запусков КА. Было принято решение завершить формирование орбитальной группировки для обслуживания регионального потребителя к началу 2013 года. Согласно откорректированному графику, группировка системы Compass/Beidou к началу 2013 году будет включать в себя 14 космических аппаратов, в том числе: 5 спутников на геостационарной орбите (58,5° в.д, 80° в.д., 110,5° в.д., 140° в.д., 160° в.д.); 5 спутников на наклонной геосинхронной орбите (высота 36000 км, наклонение 55°, 118° в.д.); 4 спутника на средней околоземной орбите (высота 21500 км, наклонение 55°).

27 декабря 2011 года «Бэйдоу» была запущена в тестовом режиме, охватывая территорию Китая и сопредельных районов.

27 декабря 2012 года система была запущена в коммерческую эксплуатацию как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников.

8 мая 2014 года система прошла экспертную проверку, в ходе которой было установлено, что в районе города Тяньцзинь точность составляет менее 1 метра благодаря новой построенной наземной станции корректировки. .

Бэйдоу-3

Планируется развертывание глобальной навигационной системы в составе 35 космических аппаратов к 2020 году (по другим источникам - 36 КА, по третьим - 37 КА), в числе которых: 5 спутников на геостационарной орбите ; 3 спутника на наклонной геосинхронной орбите ; 27 спутников на средней околоземной орбите; несколько дополнительных спутников возможно составят орбитальный резерв .

5 геостационарных спутников (Beidou-3G ) будут располагаться на орбитальных позициях 58,5°, 80°, 110,5°, 140° и 160° восточной долготы и будут запускаться по мере окончания срока службы уже действующих аппаратов второго поколения. Спутники созданы на базе китайской космической платформы DFH-3B, их стартовая масса составит около 4600 кг .

3 спутника (Beidou-3I ), которые будут располагаться на геосинхронной орбите с наклонением 55°, созданы на основе той же платформы, с более низкой мощностью и меньшим весом - около 4200 кг .

27 спутников (Beidou-3М ) для размещения на средней околоземной орбите (высота около 21500 км, наклонение 55°) выполнены на базе новой, более компактной, космической платформы с использованием некоторых деталей проверенной платформы DFH-3B. Размеры спутника в сложенном состоянии составят 2,25 × 1 × 1,22 м, стартовая масса - 1014 кг. После завершения вывода всех спутников в космос, они будут размещаться на 3 орбитальных плоскостях по 9 аппаратов в каждой. Могут быть выведены на орбиту по одиночке с помощью ракеты-носителя Чанчжэн-3C и верхней ступени YZ-1 ; по 2 спутника с помощью ракеты-носителя Чанчжэн-3B и верхней ступени YZ-1; а также по 4 спутника за раз с помощью будущих ракеты-носителя Чанчжэн-5 и верхней ступени YZ-2 .

В 2015 году были запущены первые спутники нового поколения: 2 на среднюю околоземную орбиту (BDS M1-S и BDS M2-S ) и 2 на наклонную геосинхронную (BDS I1-S и BDS I2-S ).

По размеру, что может иметь серьезные последствия как для данной отрасли, так и для национальной безопасности США. При этом первый спутник BeiDou был запущен только в 2000 году - через 22 года после начала развёртывания навигационной системы США.

Издание Nikkei провела анализ данных и выявила стремительный рост BeiDou. Только в 2018 году Китай запустил 18 спутников для своей навигационной системы. По состоянию на конец июня 2019 года в эксплуатации находилось 35 спутников BeiDou, при этом сеть GPS насчитывала всего 31 аппарат, навигационная система Европы - 22 спутника, а российская ГЛОНАСС - 24. В Японии действуют 4 локальных спутника, а в Индии - 6. Китайские спутники наблюдались чаще, чем спутники GPS, в 130 из 195 стран. Более 20 спутников BeiDou были зафиксированы над материковым Китаем.

Китай использует свою инициативу «Один пояс и один путь» для продвижения навигационной системы BeiDou. Спутники BeiDou превалировали в 100 из 137 стран, которые присоединились к масштабному инфраструктурному проекту, большинство из них наблюдалось в Юго-Восточной Азии и Африке.

Более 30 стран на Ближнем Востоке, в Африке и других странах используют китайскую навигационную систему. Если она станет стандартной системой навигации в этих регионах, Китай получит преимущество при внедрении новых технологий и продуктов.

В отчёте комиссии по экономике и безопасности США и Китая , представленному конгрессом США, указано, что китайские власти в период с 1994 по 2020 года инвестируют в свою навигационную систему до $10,6 млрд. К 2020 году Китай планирует запустить ещё около 10 спутников, что позволит повысить точность определения местоположения и укрепит позиции BeiDou.

2018: Завершение создания Beidou

Правительство Поднебесной планирует не только заменить GPS в Китае на Beidou, но и предлагать базовые услуги спутниковой навигации своим партнерам по всему миру, начиная с конца 2018 года.

По словам главного конструктора Beidou Ян Чанфэна, вывод в космос еще двух спутников Beidou стал ключевым этапом перехода национальной экспериментальной системы к региональной, а впоследствии и к международной навигационной системе. Он также отметил, что точность позиционирования спутников была увеличена с 5 до 2,5 метров в сравнении со спутниками предыдущего поколения BDS-2.

Новые навигационные спутники были доставлены на орбиту при помощи ракеты-носителя «Чанчжэн-3-Би». Запуск состоялся с космодрома Сичан (провинция Сычуань, Юго-Западный Китай) в 02:07 по местному времени (21:07 мск). Спустя три часа после старта оба спутника вышли на расчетные средневысотные околоземные орбиты.

К ноябрю 2018 года на орбите находится 19 спутников серии BDS-3, а всего система Beidou включает 43 аппарата. В 2019-2020 годах КНР планирует запустить еще шесть аппаратов серии Beidou-3 на средневысотную околоземную орбиту.

2017: Россия и Китай создадут технопарк по спутниковой навигации

Государственная комиссия по китайской навигационной спутниковой системе предложила осенью 2017 года государственной корпорации по космической деятельности участвовать в создании международного инновационного центра по применению спутниковой навигации, сообщают центральные СМИ .

Предполагается, что совместный центр займется разработкой приложений на основе спутникового позиционирования

Структура может быть создана на базе одного из университетов Китая . Все детали проекта планируется обсудить в мае 2018 года во время 9-й Китайской конференции по спутниковой навигации в Харбине.

"В центре будет сосредоточена информация о последних достижениях в области, можно будет демонстрировать оборудование и аппаратуру, проводить обучение и повышать знания. Можно сказать, аналог "Сколково", но со специализацией по спутниковой навигации", - уточнили в госкорпорации.

Эксперты считают, что реализация совместного российско-китайского проекта будет способствовать стратегическому сотрудничеству между системами ГЛОНАСС и BeiDou, договоренность о котором достигнута на политическом уровне.

Сейчас стороны работают над созданием совместного приемника ГЛОНАСС/BeiDou, реализуют проект по навигационно-информационному обеспечению трансграничных переходов.

2012

В конце 2012 года Навигационное бюро КНР (China Satellite Navigation Office) опубликовало спецификацию сигналов китайской навигационной системы Beidou. Отныне любой производитель может выпускать приемники, использующие сигналы этой системы. Желающие скорее всего найдутся, несмотря на то, что рабочих спутников в системе Beidou сейчас все еще меньше, чем, например, в ГЛОНАСС .

Согласно планам, система Beidou (в переводе с китайского означает «Северный ковш», что соответствует названию созвездия «Большая Медведица»; иногда еще используется название «Compass») будет состоять из 35 спутников – пяти на геостационарных орбитах и тридцати на орбитах средней высоты. Ожидается, что горизонтальная точность определения координат у китайской спутниковой навигационной системы составит 10 м, точность измерения времени – 10 наносекунд, а точность измерения скорости – 0,2 м/с. Платные пользователи получат более точные данные, а также способность коммуницировать с помощью спутниковой связи.

Идея создать собственную навигационную систему появилась в КНР еще в 1980 году. Первый экспериментальный спутник был запущен в 2000 году. В настоящее время планируется, что Beidou будет полностью развернута к 2020 году. В декабре 2012 года Beidou начала предоставлять потребителям услуги в Азиатско-Тихоокеанском регионе. В настоящее время в космосе находятся 14 работоспособных космических аппаратов. В 2012 году было запущено шесть навигационных спутников.

Быстрый прогресс в строительстве китайской навигационной системы выглядит чудом. Особенно если вспомнить, что еще в 2009-м году мир потешался над историей с космическим аппаратом Beidou G2. Напомню: китайский навигационный спутник G2 системы Beidou был запущен 15 апреля 2009 года и 23 апреля, как заявило китайское агентство Синьхуа, вышел на заданную орбиту. Вскоре после этого он сдвинулся от своей орбиты на 10 градусов, стал неконтролируемым и принялся дрейфовать к западу, пополнив ряды космического мусора. Примерно такая же история произошла и в 2007-м году, когда спутник Beidou 1D, запущенный Китаем, вышел из под контроля китайских специалистов. Позже КНР сделало попытку поднять Beidou 1D на 130 км, чтобы сделать его менее опасным для действующих геостационарных спутников других стран.

Прошло всего три года – и вот китайские навигационные спутники функционируют исправно и вполне надежно, и шумные казусы с ними более не случаются. Согласно измерениям, точность определения координат в системе Beidou в Азиатско-Тихоокеанском регионе составляет в настоящее время порядка 25 метров по горизонтали и 30 метров по вертикали. Исследовательский центр топографического развития Государственного бюро геодезии и картографии КНР совместно с издательством «Общественная и научная литература» опубликовали некоторое время назад доклад о развитии спутниковой навигации в Китае в 2011 году. Согласно документу, эта отрасль вступила в КНР в период стремительного развития. Предполагается, что к 2015 году оборот отрасли превысит 225 млрд юаней (порядка $36 млрд) и станет новой важной точкой роста национальной экономики.

Приоритеты 2014 : служить обществу, приносить пользу человечеству - система развивается!

Ченьгчи Рэн (Chengqi Ran),

генеральный директор китайского

Бюро спутниковой навигации

Перевод статьи Directions 2014: Serve the World, Benefit Mankind — A System Matures (GPS World, 1 декабря 2013) выполнен ЗАО « ПРИН » в 2013 году .

Придерживаясь принципов независимости, открытости, совместимости, и постепенного развития, Китай проводит поступательное развертывание своей собственной спутниковой системы глобальной навигации BeiDou (BDS), следуя запланированной трёхступенчатой стратегии развития.

К 2000 году создана демонстрационная навигационная спутниковая система BeiDou первой фазы развития. К декабрю 2012 года развернута спутниковая система региональной навигации: запущены пять геостационарных спутников (GEO), пять спутников на наклонной геосинхронной орбите (IGSO), и четыре среднеорбитальных спутника (MEO), которые образовали рабочее созвездие, и официально началось предоставление навигационных услуг для Азиатско-Тихоокеанского региона.

Ченьгчи Рэн (Chengqi Ran) является Генеральным директором китайского Бюро спутниковой навигации и Пресс-секретарём навигационной спутниковой системы Bei D ou . Он окончил университет Цинхуа со степенью магистра в области промышленного строительства, а ранее был директором Генерального департамента технологий в Проектном центре спутниковой навигации Китая.

Вклад BDS для пользователей из Китая и всего мира является общепризнанным. Система будет полнофункциональной и предоставлять услуги для пользователей по всему миру предположительно к 2020 году.

Развертывание системы

Развиваясь далее, в 2014 году будут запущены новые спутники для дополнения существующего созвездия, в то время как региональные эксплуатационные возможности будут модернизированы и расширены до международного уровня. В общей сложности, к 2020 году должно быть запущено около 40 спутников.

Текущая производительность системы

Точности определения по одночастотным наблюдениям в плане, по высоте и в пространстве достигнуты на уровне менее 10 метров, 10 метров, и 14 метров соответственно. Точность синхронизации времени - менее 50 наносекунд. Точность определения скорости - менее 0,2 метра в секунду. Точность дифференциального решения по фазе несущей составляет около 2-3 сантиметров. В течение прошлого года система BDS постоянно улучшалась и расширялась, а её эксплуатационные характеристики в некоторых регионах значительно превзошли показатели, приведённые ранее.

Содействие в применении

Использование BDS играет важную роль в Китае, особенно в области продвижения науки и техники. Китайские учёные и инженеры осознанно и с энтузиазмом восприняли появление независимой навигационной спутниковой системы и сделали большой шаг вперед в области исследований и развития навигационных спутниковых технологий, а также новых достижений в производстве навигационных микросхем, антенн, терминалов и интегрированных услуг.

В 2012 году общий объём производства промышленности китайской спутниковой навигации и услуг, связанных с определением местоположения достиг 81 млрд. юаней (что эквивалентно 13,2 млрд. долларов), что составляет 8 процентов отрасли во всём мире. В конце 2012 года число устройств BDS для гражданского использования составило 230 000 единиц, а значение общего объёма производства отрасли, связанной с BDS было близко к 4 млрд. юаней (652 млн. долларов), что составляет около 5 процентов от совокупного национального продукта.

Политика Китая, направленная на расширение применения спутниковой навигации находится на стадии разработки. Был издан среднесрочный и долгосрочный планы развития национальной спутниковой навигационной промышленности. Спутниковая навигация стала одной из новых отраслей промышленности, имеющей стратегическое значение. BDS двигает спутниковую навигацию Китая и отрасль, связанную с определением местоположения в новую эру.

Распределение видимых на орбите спутников Bei D ou .

Международное сотрудничество

Китай отстаивает и придерживается концепции « BeiDou для Китая и для всего мира» , выступая за совместимость и взаимодополняемость всех навигационных спутниковых систем, и стремится стимулировать глобальное применение навигационных спутниковых систем. Для того, чтобы пользователи могли пользоваться более надежными и достоверными сервисами спутниковой навигации, BDS присоединился к международному сообществу мониторинга и определения качества GNSS. Используя станции слежения по всему миру, международный обмен наблюдениями, проводя совместные исследования по оценке, BDS стремится предложить достоверные данные мониторинга, оценки и данные пользователям.

Для более оперативного достижения предусматриваемой зоны покрытия BDS, была инициированы кампании по применению, демонстрации и испытанию системы BeiDou. Были начаты « Тур BeiDou по Азиатско-Тихоокеанскому региону» и «Тур BeiDou по странам АСЕАН» для ускорения применения спутниковых навигационных систем во многих странах. Для популяризации спутниковых навигационных технологий, в частности, расширения её признания и применения в развивающихся странах, BDS обеспечивала академическое образование, краткосрочное обучение и тематические лекции при поддержке Международного центра GNSS по обмену и обучению.

Китай также проводит ежегодную конференцию по спутниковой навигации, активно участвует в международных мероприятиях по обмену в области спутниковой навигации и способствует научному обмену, проведению форумов высокого уровня и популяризации знаний.

Взгляд в будущее

BDS активно заинтересована в:

• создании навигационно-спутниковых систем дифференциальной коррекции в Азиатско-Тихоокеанском регионе и во всем мире, разработке более эффективного обслуживания для обеспечения дециметрового уровня точности в реальном времени и сантиметрового уровня точности в результате постобработки;
• создании сертификационно-испытательных центров качества продукции спутниковой навигации;
• ускорении разработки норм и прав интеллектуальной собственности;
• присоединению к международным организациям, таким как Международная Организация Гражданской Авиации (ICAO), Международная Морская Организация (IMO), консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии (3GPP);
• укреплении совместимости и взаимодействия с другими навигационными спутниковыми системами;
• содействии по применению BDS/GNSS в транспорте, энергетике, управлении, финансах, телекоммуникациях, для уменьшения опасности стихийных бедствий, оказания помощи и т.д., чтобы реализовать цели BDS по служению миру и человечеству.

BDS будет в полной мере использовать уникальные преимущества навигации, связи, и сервисов дифференциальной коррекции для улучшения собственной службы коротких сообщений (SMS), а также предоставления оперативных возможностей позиционирования и синхронизации. BDS эффективно интегрирует спутниковые и наземные системы дифференциальной коррекции и настаивает на внедрении совместимости и взаимодополняемости между различными GNSS. Это обеспечит её органичную интеграцию с мобильной связью, сервисами позиционирования, Интернетом, высокое качество, надёжную и эффективную работу для экологического и социального развития, общественной безопасности, и индивидуальных пользователей.

Современные GNSS приемники Trimble поддерживают прием сигналов спутников системы BeiDou c возможностью постобработки полученных данных и работой в режиме RTK: , - в стандартной комплектации, R8s , R9s , и - опционально. Все приемники PrinCe по умолчанию поддерживают спутники системы Beidou.

25 /01
2019

TBC 5.0 Стоит ли переходить? 10 причин «За»!

В последнее время мы стали получать достаточно много обращений от пользователей, которые планируют перейти на последнюю версию Trimble Business Center 5.0, но перед этим хотели бы понять, действительно ли стоит обновляться до новой версии или лучше следовать поговорке «Старый конь борозды не портит» и остаться на привычной устаревшей версии.

Уже никого не удивляет. А вот пометка «BeiDou » (или BDS) в разделе характеристик «Навигация » у многих пользователей вызывает недоумение. Что это за технология такая и насколько важно её наличие в смартфоне, мы и расскажем в этой статье.

BeiDou – это китайская навигационная система, аналог американской GPS и российской ГЛОНАСС. Система была запущена ещё в 2000-м году, однако больше 10 лет китайские власти потратили на доработку навигацию и эксперименты, поэтому в коммерческой эксплуатации BeiDou оказалась лишь в 2012 году. Отметим, что BeiDou является системой двойного назначения; то есть пользоваться китайской навигацией могут как военные, так и гражданские лица.

В 2014 году BeiDou прошла экспертную проверку, которая показала, что максимальная погрешность системы — менее 1 метра.

Принцип действия BeiDou в общих чертах такой же, как и у GPS и ГЛОНАСС. Система состоит из 2 составляющих: наземной и космической . Космическая составляющая включает в себя группу спутников, размещённых на околоземных орбитах. Наземная же – это ряд станций, которые способствуют повышению точности и скорости работы навигации. Определение местоположения происходит путём замера времени, необходимого радиоволне для того, чтобы от спутника или наземной станции дойти до приёмника – коими выступать могут телефон, планшет или навигатор. Получив данные минимум от 3 источников, приёмник сообщает владельцу, где он сейчас находится.

Подобный замер является возможным благодаря тому, что скорость радиоволны всегда одинакова – она равняется скорости света.

BeiDou: конкурент для GPS?

На 2017 год система BeiDou не способна составить полноценную конкуренцию GPS и ГЛОНАСС во всём мире, потому как большинство станций расположено на территории Поднебесной и рядом с ней. При этом в некоторых азиатских странах (в Таиланде, Лаосе, Брунее и, естественно, в Китае) BeiDou котируется на том же уровне, что и её именитые конкуренты. С 2013 года китайские станции навигации устанавливаются и в Пакистане. Пакистанские власти голосуют обеими руками за сотрудничество с Китаем, потому как боятся, что в случае конфликта с США останутся без навигации вообще.

В 2015 году китайцы поставили одну станцию в Европе – если конкретнее, в Бельгии – однако очевидно, что этого не хватит для высокоточного позиционирования. Система может давать довольно точные результаты и за счёт компонентов одной только космической составляющей – но ведь спутники находятся над Европой и Россией не круглые сутки. Поэтому о стабильности пока не может идти речи.

Во время замера, пришедшегося на начало 2017 года, было определено, что устойчивый сигнал на территории Восточной Европы поступает с 6 спутников BeiDou.

В будущее китайцы смотрят с оптимизмом – обещают, что BeiDou к 2020 году станет такой же эффективной системой, как GPS, и что её зона покрытия увеличится. На 2017 год на орбите находятся 23 спутника BeiDou. В ближайшее время их количество увеличится до 35 – причем теперь китайцы будут выводить только спутники «Бейдоу 3», отличающиеся улучшенными характеристиками. Первая пара таких спутников была отправлена на орбиту 5 ноября 2017 года.

Какие смартфоны имеют встроенный модуль BeiDou?

Почти все современные модели, выпускаемые преимущественно для китайского рынка, поддерживают навигацию BeiDou. С недавних пор поддержкой новой спутниковой системы могут похвастать девайсы от .

В перечень самых заметных смартфонов с модулями BeiDou входят:

Проверить, поддерживает ли смартфон работу с навигационной системой BeiDou, можно, воспользовавшись приложением GPS Test .

Заключение

Для россиян крайне важно наблюдать за тем, как развивается ситуация с BeiDou. Ещё с 2015 года ходят упорные слухи о том, что Китай и Россия совершат взаимовыгодный обмен: китайцы поставят 3 станции BeiDou на территории России, а в самой Поднебесной будут размещены 3 станции ГЛОНАСС. Возможно, уже спустя пару лет система BeiDou в России и странах бывшего СНГ будет функционировать эффективнее, чем её американский аналог.

Лекция по анатомии мобильных устройст в. Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.

Еще совсем недавно в торговых сетях можно было купить устройства под названием "Навигаторы". Главная функция этих устройств полностью соответствовала их названию, и выполняли они её, как правило, хорошо.

В то время в мире практически единственной нормально работающей системой навигации была американская GPS (Global Positioning System), и её хватало на все потребности. Собственно, слова "навигация" (навигатор) и GPS были в то время синонимами.

Всё изменилось, когда производители КПК (карманных компьютеров), а затем смартфонов и планшетов, стали встраивать в свои устройства поддержку навигации. Физически она реализовывалась в виде встроенных приемников навигационных сигналов. Иногда поддержку навигации можно было найти даже в кнопочных телефонах.

С этого момента всё изменилось. Навигаторы, как отдельные устройства, почти исчезли и из производства, и из продажи. Потребители в массовом порядке перешли на использование смартфонов и планшетов в качестве навигаторов.
Тем временем были успешно запущены в эксплуатацию еще две системы навигации - российская ГЛОНАСС и китайская Beidou (Бэйдоу, BDS).

Но это не значит, что в качестве навигации что-то стало лучше. Функция навигации в этих устройствах (смартфонах и планшетах) стала уже не основной, а одной из многих.

В результате многие пользователи стали замечать, что для целей навигации не все смартфоны "одинаково полезны".

Вот здесь мы и подходим к проблеме определения источников ошибок в навигации, включая вопрос и о роли недобросовестности производителей устройств в этом вопросе. Печально, но факт.

Но прежде чем винить производителей во всех грехах, разберемся сначала с источниками ошибок в навигации. Ибо производители, как мы выясним далее, виноваты не во всех грехах, а только в половине. :)

Ошибки в навигации можно разделить на два основных класса: вызванные внешними относительно устройства навигации причинами, и внутренними.

Начнем с внешних причин . Они возникают, в основном, из-за неравномерности атмосферы и естественной технической погрешности средств измерений.

Их примерный вклад таков:

Преломление сигнала в ионосфере ± 5 метров;
- Колебания орбиты спутника ± 2.5 метра;
- Ошибка часов спутника ± 2 метра;
- Неравномерность тропосферы ± 0.5 метра;
- Влияние отражений от предметов ± 1 метр;
- Погрешности измерения в приемнике ± 1 метр.

Эти погрешности имеют случайный знак и направление, поэтому итоговая погрешность рассчитывается в соответствии с теорией вероятностей как корень из суммы квадратов и составляет 6.12 метра. Это не значит, что погрешность всегда будет такой. Она зависит от количества видимых спутников, их взаимного расположения, а наиболее всего - от уровня отражений от окружающих предметов и влияния препятствий на ослабление сигналов спутников. В результате погрешность может быть как выше, так и ниже приведенной "усредненной" величины.

Ослабление сигналов от спутников может наступать, например, в следующих случаях:
- при нахождении внутри помещения;
- при нахождении между близко расположенными высокими объектами (между высотными зданиями, в узком горном ущелье и т.п.);
- при нахождении в лесу. Как показывает опыт, плотный высокий лес может значительно затруднять навигацию.

Эти проблемы связаны с тем, что высокочастотные радиосигналы распространяются подобно свету – то есть только в пределах прямой видимости.

Иногда навигация, пусть и с ошибками, может работать и на отраженных от препятствий сигналах; но при многократном переотражении они становятся настолько слабыми, что навигация с ними работать перестает.

Теперь переходим к "внутренним" причинам ошибок в навигации; т.е. которые создаются самим смартфоном или планшетом.

Собственно, проблем здесь только две. Во-первых, слабая чувствительность навигационного приемника (или проблемы с антенной); во-вторых, «кривой» софт смартфона или планшета.

Перед рассмотрением конкретных примеров поговорим о способах проверки качества навигации.

Методы тестирования навигации .

1. Тестирование навигации в «статике» (при неподвижном положении смартфона/планшета).

Такая проверка позволяет определить следующие параметры:
- скорость первоначального определения координат при «холодном старте» (засекается по часам);
- список навигационных систем, с которыми работает данный смартфон/планшет (GPS, ГЛОНАСС и т.д.);
- расчетную точность определения координат;
- скорость определения координат при «горячем старте».

Эти параметры можно определить как с помощью обычных навигационных программ, так и с помощью специальных тестовых программ (что удобнее).

Правила тестирования в «статике» очень просты: тестирование должно делаться на открытом пространстве (широкая улица, площадь, поле и т.п.) и при отключенном интернете . При нарушении последнего требования время «холодного старта» может значительно ускориться за счет прямого скачивания орбит спутников из интернета (A-GPS, assisted GPS) вместо их определения по сигналам с самих спутников; но уже будет «не честно», поскольку это уже не будет чистая работа самой системы навигации.

Рассмотрим пример работы программы тестирования навигации AndroiTS (существуют и аналоги):

(кликнуть для увеличения)

На только что представленной картинке видно, что смартфон работает с тремя навигационными системами: американской GPS, российской ГЛОНАСС и китайскойBeidou (BDS ).

В нижней части скриншота видны успешно определенные координаты текущего места. Величина одного градуса по широте – примерно 100 км, соответственно, цена единицы младшего разряда – 10 см.

Величина одного градуса по долготе – разная для разного географического положения. На экваторе она тоже составляет около 100 км, а вблизи полюсов уменьшается до 0 (у полюсов меридианы сближаются).

Справа от колонки с обозначением государственной принадлежности спутников идет колонка с номерами спутников. Эти номера к ним жестко привязаны и не меняются.

Далее идут колонки с цветными столбиками. Величина столбиков означает уровень сигнала, а цвет - их использование системой навигации или не использование. Неиспользуемые спутники обозначены серыми столбиками. Цвет используемых зависит от их уровня сигнала.

Следующая колонка - это тоже уровень сигнала от навигационных спутников, но уже в цифрах ("условных единицах").

Затем идет колонка с зелеными галочками и красными прочерками - это повтор информации о том, используется спутник или нет.

В верхней строке словом "ON" обозначен статус состояния навигации; в данном случае это означает, что в настройках смартфона разрешено определение координат и они определены. Если же там указан статус "WAIT" , то определение координат разрешено, но необходимое количество спутников еще не найдено. Статус "OFF" означает, что в настройках смартфона определение координат запрещено.

Затем кружочком с концентрическими окружностями и цифрой 5 обозначена расчетная точность определения координат в данный момент - 5 м. Эта величина рассчитывается, исходя из количества и "качества" используемых спутников и предполагает, что обработка данных от спутников в смартфоне делается без ошибок; но, как увидим далее, это не всегда так.

По мере движения спутников все эти данные должны меняться, но координаты (в нижней строке) должны меняться незначительно.

К сожалению, данное приложение не показывает время, затраченное на первоначальное определение координат ("холодный старт"), да и другие подобные приложения - тоже. Это время надо "засекать" вручную. Если время «холодного старта» составило менее минуты, то это – отличный результат; до 5 минут – хороший; до 15 минут – средний; более 15 минут – плохой.

Для определения скорости «горячего старта» достаточно выйти из программы тестирования и через несколько минут снова зайти. Как правило, за время запуска тестовой программы она успевает определить координаты и сразу же предъявляет их пользователю. Если же задержка с предъявлением координат при «горячем старте» превышает 10 секунд, то это уже подозрительно долго.

Эффект быстрого определения координат при «горячем старте» связан с тем, что система навигации запоминает последние вычисленные орбиты спутников и ей не надо заново их определять.

Итак, с тестированием навигации в «статике» разобрались.

Переходим ко 2-ому пункту тестирования навигации - в движении.

Главное предназначение навигации – привести нас в правильное место в процессе движения, и без проверки в движении тест был бы неполным.

В процессе движения с точки зрения навигации существуют три типа местности: открытая местность, городская застройка и лес.

Открытая местность – это идеальные условия навигации, здесь проблем нет (разве только у совсем "отстойных" устройств).

Городская застройка в большинстве случаев характеризуется наличием высокого уровня отражений и небольшим снижением уровня сигнала.

Лес «работает» наоборот – существенное ослабление сигнала и небольшой уровень отражений.

Для начала посмотрим на образец почти "идеального" трека:

На картинке изображены два трека: туда/обратно (так будет и далее почти на всех картинках). Такие картинки позволяют сделать достоверный вывод о качестве навигации, так как можно сличить два почти одинаковых трека между собой и с дорогой. На этой картинке всё хорошо – колебания трека находятся в пределах естественной погрешности. В верхней части адекватно прорисован проезд по разные стороны кольцевого перекрестка. В некоторых местах заметно расхождение между треками, вызванное, вероятно, отражениями сигнала от водной поверхности и от металлических конструкций моста через реку. А в некоторых - почти идеальное совпадение.

Теперь разберем несколько типовых случаев "проблемных" треков.

Посмотрим на трек GPS смартфона, на который повлияло снижения уровня сигнала в высоком лесу:

Расхождение треков друг с другом и с дорогой заметное, но далеко не катастрофическое. В данном случае точность навигации в смартфоне снизилась в пределах "естественной убыли" для таких условий. Такой смартфон надо признать подходящим для навигационных целей.

В правой части скриншота хорошо заметны расхождения треков между собой и дорогой. Такие расхождения в условиях подобной "колодцеобразной" застройки почти неизбежны, и в данном случае никак не свидетельствуют против тестируемого смартфона.

Теоретически, чем больше систем навигации поддерживает смартфон (планшет), тем больше спутников он использует для навигации и тем меньше должна быть ошибка.
Практически же это не всегда так. Довольно часто из-за "кривого" софта смартфон не может правильно состыковать данные от разных систем и в результате возникают аномальные ошибки. Рассмотрим несколько примеров.

Возьмем, например, такой трек:

На только что приведенном скриншоте виден иглообразный выброс, который не мог быть следствием каких-то помех: путь проходил через малоэтажную застройку без густых лесопарковых насаждений. Данный выброс целиком на совести "кривого" софта.

Но это были еще "цветочки". Бывают смартфоны, где аномальные ошибки навигации - это уже не "цветочки", а "ягодки":

При записи данного трека аномальные ошибки "кривого" софта соединились с ослаблением сигналов в высоком лесу. В результате получился трек, по которому просто невозможно догадаться, что путь туда и обратно был пройден по одной и той же тропинке трезвым человеком. :)
А густой пучок линий в верхней части - это "путь" неподвижно лежащего смартфона во время привала. :)

Есть еще один вид аномальных ошибок, связанный с паузой в потоке данных, поступающих от навигационного приемника к вычислительной части смартфона:

На этой картинке видно, что часть пути (примерно 300 м) прошла по прямой линии, притом частично прямо по воде. :)

В данном случае смартфон просто соединил прямой линией точки пропажи и появления потока координат. Их пропажа могла быть связана как с уменьшением количества видимых спутников ниже критического числа, так и с "кривым" софтом и даже аппаратными проблемами (хотя последнее и маловероятно).

В случае же полного пропадания сигналов от спутников, навигационные программы обычно не соединяют прямыми линиями точки пропажи и появления, а оставляют просто "пустое место" (получается разрыв в треке):

На этой картинке виден разрыв трека в том месте, где часть пути прошла по подземному переходу с полным пропаданием видимости всех спутников.

После изучения причин и характерных ошибок навигации, пора перейти к выводам .

Наилучшая навигация, как и следовало ожидать, бывает у смартфонов и планшетов "высоких" брендов. С ними проблемы в виде аномальных ошибок пока что не обнаруживались. И, разумеется, чем больше систем навигации поддерживает устройство, тем лучше. Правда, поддержка китайской Beidou пока имеет смысл при использовании устройства в регионах и странах, расположенных недалеко от Поднебесной. Китайская система навигации не глобальная, а "местная" (на данный момент). Так что поддержки GPS и ГЛОНАСС будет вполне достаточно.

Если же смартфон или планшет имеют не слишком "именитое" происхождение, то проблемы с навигацией могут быть, а могут и не быть. Перед его боевым применением рекомендуется его протестировать как в статике, так и в движении в различном окружении, чтобы впоследствии он не преподнес какой-либо неприятный сюрприз. В большинстве случаев мобильные устройства с поддержкой одной только GPS приносят меньше проблем, хотя и точность у них ниже, чем у многосистемных.

К сожалению, при выборе смартфона (планшета) с хорошей навигацией ориентироваться по обзорам устройств в интернете довольно сложно. Подавляющее число IT- порталов игнорируют проверку навигации в движении и в сложных условиях. Такую проверку делают только на данном портале () и еще буквально на паре других.

В заключение надо сказать, что навигационными средствами сейчас оборудуются не только смартфоны и планшеты, но и многие другие устройства. Они устанавливаются, например, в фотоаппаратах, видеокамерах, GPS- трекерах, автомобильных видеорегистраторах, смарт-часах, некоторых специализированных типах устройств, и даже в электронной системе налогообложения водителей российских большегрузов "Платон".

Ваш Доктор .
20.01.2017