Gps модуль это что: StarLine GPS модуль: возможности и использование

Leave a comment

Содержание

Работа с GPS модулем — Описания, примеры, подключение к Arduino

Общие сведения:

Trema GPS модуль ATGM336H — является навигационным устройством позволяющим определить свои координаты по широте, долготе и высоте. Дополнительно модуль способен определить текущую дату, время, скорость и направление передвижения.

Модуль получает данные на основе информации поступающей со спутников навигационных систем GPS (США), Глонасс (Россия) и Beidou (Китай).

Модуль самостоятельно обрабатывает полученную информацию и передает данные по шине UART в виде текстовых сообщений в формате протокола NMEA 0183, отличается низким энергопотреблением и высокой чувствительностью.

Видео:

Спецификация:

Напряжение питания: 3,3 В или 5 В, поддерживаются оба напряжения.
Питание резервной батареи: 3 В.
Ток потребляемый модулем: до 25 мА.
Интерфейс: UART.
Скорость шины UART: 4800, 9600 (по умолчанию), 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.
Конфигурация шины UART: 8 бит данных, без проверки четности, с одним стоповым битом.
Уровень логической 1 на линиях шины UART: 3,3 В.
Протокол передачи данных: NMEA 0183.
Частота обновления выводимых данных: от 1 (по умолчанию) до 10 Гц.
Поддерживаемые навигационные системы: GPS (США), Глонасс (Россия) и Beidou (Китай).
Время холодного старта: ≤ 35 сек.
Время горячего старта: ≤ 1 сек.
Точность позиционирования: < 2 м.

Точность измерения скорости: < 0,1 м/с.
Максимальная высота: 18000 м.
Рабочая температура: от -40 до +85 °С.
Габариты: 30 х 30 мм.
Вес: 15 г.

Подключение:

На плате модуля расположен разъем из 5 выводов.

TX — выход данных шины UART от модуля. Подключается к выводу RX Arduino.
RX — вход данных шины UART в модуль. Подключается к выводу TX Arduino.
Vcc — вход питания 3,3 или 5 В.
GND — общий вывод питания.
PPS — выход меандра с частотой 1 Гц. Передний фронт импульсов совпадает с временем UTC.

При подключении модуля не к аппаратной, а к программной шине UART, вы сами назначаете выводы TX и RX Arduino к которым подключается модуль.

Модуль удобно подключать 5 способами, в зависимости от ситуации:

как работают и применяются, в чем отличия, что лучше?

Первоначально системы спутникового слежения, как в США, так и в СССР, разрабатывались под нужды военных для определения точных координат потенциальных целей поражения. Однако системы оказались весьма востребованными и в мирной жизни. В последние годы они распространились настолько, что почти каждый частный владелец автомобиля обзавелся навигатором или использует систему слежения, установленную в смартфоне.

А для компаний, занимающихся перевозкой пассажиров, с 2012 года установка систем мониторинга является обязательной.

Что такое системы мониторинга GPS и ГЛОНАСС

Спутниковые системы мониторинга ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) используются, в первую очередь, для определения местоположения подвижных объектов — автомобилей, поездов, самолетов. Основная функция любой системы — это непосредственно мониторинг, включающий определение координат, направление, скорость движения, расход топлива и т.д. Эта функция помогает водителю ориентироваться при движении в незнакомых ему районах, и при этом дает возможность логистическим компаниям контролировать допускаемые им нарушения — отклонения от маршрута, нецелевое использование транспортного средства, слив топлива, несоблюдение режима труда и отдыха. В некоторых системах предусмотрены такие опции, как включение зажигания только через СМС-сообщения, аудиоконтроль салона автомобиля, отключение зажигания при выезде из рабочей зоны.

С помощью системы диспетчер может оперативно связываться с водителем во время движения. Для этого применяется система текстовых сообщений с обратной связью или голосовая связь с объектом.

На заметку
Разработка ГЛОНАСС (Глобальной Навигационной Спутниковой Системы) была начата еще в 1982 году. Но по ряду причин, включая распад СССР, развитие системы практически полностью остановилось и было возобновлено только в 2000-х годах. О завершении работ по ее созданию было заявлено в 2015 году.

Функция контроля используется также для учета передвижений транспорта, учета доставки грузов в определенные точки. Система дает возможность получать отчеты по стоянкам и движению, по пробегу, по расходу топлива, посещению зон, скорости, разгрузкам, пассажиропотоку и т.д. Отслеживаются практически все аспекты работы автомобиля и водителя.

Еще одна важная функция — обеспечение безопасности. Определение местоположения транспорта дает возможность быстро обнаружить угнанную машину.

ГЛОНАСС/GPS-маячки системы обычно расположены в труднодоступных местах, так что угонщики в большинстве случаев не успевают обнаружить их и отключить. В случае аварии система сама подаст в службы спасения сигнал бедствия.

Как это работает? Принцип работы любой системы — ГЛОНАСС или GPS — основан на отслеживании и анализе временных и пространственных координат объекта. Установленный в нем трекер получает сигнал от спутников и сервисов глобальной беспроводной сети. Для получения такого сигнала автомобиль должен быть оснащен специальными модулями, автоматически вычисляющими координаты объекта, исходя из расположения спутников и вышек сотовой связи, находящихся от него на минимальном расстоянии. Все телеметрические данные или события, например авария, накапливаются в памяти трекера и через определенные временные интервалы передаются на сервер, оборудованный соответствующим ПО, или в виде СМС-сообщений на мобильное устройство.

Кроме ГЛОНАСС/GPS-трекера со встроенными GPS/GSM-модулями, оборудование систем спутниковой навигации в машине включает в себя микроконтроллер и память.

Также в систему входит несколько датчиков (в зависимости от выбранных функций), GSM/GPS-антенны и программное обеспечение, позволяющее принимать отчеты через интернет.

Сфера применения систем спутникового мониторинга весьма широка. Кроме военной, она охватывает, в первую очередь, транспортную отрасль, включая пассажирские перевозки, грузоперевозки и логистику. Целесообразно использовать слежение и в горнодобывающей промышленности, при строительстве дорог, в работе служб безопасности и быстрого реагирования. В последние годы область применения расширяется — системы персонального спутникового мониторинга применяют для отслеживания перемещений людей, например, детей или стариков, и даже домашних животных.

Отличия GPS от ГЛОНАСС

И GPS, и ГЛОНАСС создавались для военных целей, но в США на 7 лет раньше по сравнению с ГЛОНАСС был снят запрет на ограничение точности для

Принцип работы gps

Принципы работы GPS-навигатора

Принцип работы навигатора строится на давно используемой простой схеме навигации: если точно знаете место, где находится маркерный объект, наиболее подходящий на роль ориентира, и расстояние от него до вас, нарисуйте окружность, на которой точкой обозначьте ваше месторасположение.

Спутники и играют роль этих маркерных объектов с расстоянием от вашего месторасположения около 18 тысяч км. Хотя вращение их по орбите и происходит с огромной скоростью, местоположение постоянно отслеживается.

В каждом навигаторе установлен GPS-приемник, который запрограммирован на нужную частоту и находится в прямом взаимодействии со спутником.

каждом радиосигнале содержится определенное количество закодированной информации, которая включает в себя ведомости о техническом состоянии спутника, местонахождении его на орбите Земли и часовом поясе (точное время).

GPS-карты

Карты GPS загружаются на ваше устройство отдельно, так как вы сами влияете на выбор местности, по которой хотите передвигаться. Система всего лишь устанавливает ваши координаты на планете, а уже функцией карт является воссоздание на экране графической версии, на которую наносятся координаты, что и позволяет вам ориентироваться на местности.

Дополнительное GPS-оборудование

Применяется система GPS не только для указания вам нужного пути. Она позволяет производить слежку за объектом, на котором может находиться так называемый маячок, или GPS-трекер. Состоит он из самого приемника сигналов и передатчика на основе gsm, 3gp или иных протоколов связи для передачи информации о расположении объекта в сервисные центры, осуществляющие контроль. Применяются они во многих отраслях: охранной, медицинской, страховой, транспортной и многих других. Также существуют автомобильные трекеры, которые подключаются исключительно к автомобилю.

Как работает GPS?

Для определения положения и времени почти в любом месте Земли используется орбитальная группировка и наземные станции.

На высоте более 19 тыс. км над Землей постоянно развернуто по меньшей мере 24 активных спутника.

Их позиции рассчитаны таким образом, чтобы в небе над любой точкой планеты всегда находилась ровно половина из них.

Основной целью спутников является передача информации на Землю на частотах в диапазоне 1,1–1,5 ГГц. С помощью этих данных и математических расчетов наземный приемник или модуль GPS могут вычислять свое местоположение и текущее время.

В 2010 г. была восстановлена альтернативная система глобального позиционирования ГЛОНАСС. Она также насчитывает 24 спутника и вещает на частотах 1,2–1,6 ГГц.

Каналы

Число каналов, с которыми работает GPS-модуль, влияет на время первого исправления (TTFF). Поскольку неизвестно, какие спутники находятся в поле зрения, чем больше частот можно проверить сразу, тем быстрее будет произведена коррекция. После установления связи или получения исправления некоторые модули отключают дополнительные каналы для экономии энергии. Если пользователь не против того, чтобы немного дольше подождать, 12 или 14 каналов достаточно для отличной работы приемника.

Трилатерация

Это математический метод, используемый для вычисления позиции с несколькими контрольными точками. Чтобы GPS-приемник мог вычислить точное положение и время, он должен установить связь по крайней мере с 4 спутниками. Для вычисления расстояния до объекта методом триангуляции нужны 2 точки. Но в случае GPS нужно определить 4 значения – широту, долготу, высоту и время.

Определение местоположения и времени

Данные, передаваемые на Землю с каждого спутника, содержат несколько разных фрагментов информации, которые позволяют GPS-приемнику точно рассчитать свое местоположение и время. Важным элементом оборудования на каждом из них являются чрезвычайно точные атомные часы. Данные о времени посылаются на Землю вместе с орбитальным положением и временем прибытия в разные точки орбиты. Другими словами, GPS-модуль получает временную метку от всех видимых спутников, а также информацию об их местонахождении. Из этих данных можно вычислить расстояние до каждого из них. Если антенна видит не менее 4 спутников, то можно точно рассчитать положение приемника.

Есть еще сторона глобальной системы позиционирования. Наряду с вышеперечисленными элементами существуют наземные станции, которые могут взаимодействовать со спутниковой сетью и некоторыми приемниками GPS. Такая система называется сегментом управления и повышает точность измерений. Ее примерами являются WAAS и DGPS. Первая используется большинством приемников и снижает ошибку до 5 м. Вторая требует наличия ресивера определенного типа и обеспечивает сантиметровую погрешность. Устройства данного типа дорогие и имеют тенденцию быть более крупными, поскольку требуют дополнительной антенны.

Точность геопозиционирования

Погрешность измерений приемника GPS или GLONASS зависит от ряда переменных, в первую очередь от отношения сигнал/шум, положения спутника, погодных условий и наличия препятствий, таких как здания и горы. Эти факторы могут создавать ошибки расчета местоположения пользователя. Шум обычно создает ошибку от 1 до 10 м. Горы, здания и другие предметы, которые могут препятствовать прохождению сигнала от спутника, могут вызывать в 3 раза большую ошибку. Для нормальной работы GPS-приемник должен иметь возможность принимать сигнал от 4 спутников. Связь с первым из них позволяет получить данные об альманахе и, следовательно, доступности остальных. Хотя и можно определить местонахождение и с меньшим, чем 4, числом спутников, погрешность измерений может быть довольно большой. Самое точное определение местоположения происходит, когда есть открытый обзор ясного неба, свободный от любых препятствий, c более чем 4 спутниками над головой. Для борьбы с этими ошибками создано несколько вспомогательных средств.

Дифференциальный GPS

Другим методом является дифференциальная система геопозиционирования DGPS. Данная система определения местоположения также использует наземные станции. Однако она отличается тем, что находит разницу между показаниями спутника и приемника. Станции могут находиться на расстоянии до 370 км от ресивера, и важно отметить, что по мере удаления от них точность измерений ухудшается. DGPS осуществляется наземной станцией, передающей сигнал, который диктует ошибку между фактической и измеренной псевдодальностью. Это значение рассчитывается путем умножения скорости света на время прохождения сигнала со спутника на приемник.

Форматы сообщений

Данные GPS отображаются в разных форматах через последовательный интерфейс. Существуют стандартные и нестандартные (проприетарные) форматы сообщений. Почти все GPS-приемники выводят данные NMEA. Это стандарт форматирования информации в виде строк, называемых предложениями. Каждое из них содержит различные данные, разделенные запятыми. Всего насчитывается 19 видов таких предложений.

Вот пример NMEA-строки, полученной от приемника, установившего связь со спутником:

$GPGGA,235317.000,4003.9039,N,10512.5793,W,1,08,1.6,1577.9,M,-20.7,М,,0000*5F.

В предложении содержится следующая информация:

время по Гринвичу: 23:53:17;
широта: северная, 40,039039°;
долгота: западная, 10,5125793°;
количество спутников: 08;
высота: 1577 м.

Данные разделяются запятыми, чтобы упростить чтение и анализ компьютерами и микроконтроллерами.

Чтение данных

Большинство модулей GPS оборудованы последовательным портом, который позволяет подключить их к микроконтроллеру или компьютеру.

После включения устройства данные NMEA (или сообщения в другом формате) отправляются из последовательного передающего разъема (TX) с определенной скоростью передачи и скоростью обновления, даже при отсутствии приема со спутника. Чтобы микроконтроллер считывал информацию, необходимо подключить вывод TX GPS ко входу RX. Чтобы настроить модуль, нужно подключить его вход RX к выходу TX устройства управления.

Микроконтроллер обычно анализирует данные NMEA. Разбор предложения производится путем простого выделения из него части информации.

Например, микроконтроллеру требуется прочитать только высоту GPS. Вместо того чтобы иметь дело со всем текстом, он анализирует предложение GPGGA и выбирает только высоту. Как только необходимая информация будет отобрана, ею можно манипулировать, чтобы выполнять другие действия.

Платформа Arduino также может легко анализировать данные NMEA с помощью библиотеки Tiny GPS.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Технология A-GPS в смартфоне что это и как работает?

Все чаще смартфоны используются их владельцами в качестве навигаторов, так как очень удобно всегда иметь под рукой компактное устройство, позволяющее определить свое местоположение или построить маршрут до нужного объекта.

Модуль GPS в смартфоне связывается со спутниками на орбите, получая от них сигнал, и показывает на карте свои координаты. Иногда в силу различных обстоятельств обнаружение доступных спутников может быть затруднено и занимает длительное время. Это происходит в зданиях, тоннелях, а также вблизи источников электромагнитного излучения. Даже на открытом воздухе в крупных городах с плотной застройкой могут наблюдаться перебои со спутниковым сигналом.

Для исправления этой ситуации используется функция A-GPS, которая есть в большинстве современных смартфонов.

Технология A-GPS

A-GPS — технология, предоставляющая GPS-модулю дополнительную информацию о наиболее доступных спутниках и интенсивности их сигнала. При включении навигации смартфон практически мгновенно определяет свое местоположение на карте, а поиск спутников возможен даже в закрытых помещениях, а межэтажные перекрытия не являются помехой.

Успешный старт A-GPS произошел в США осенью 2001 года в рамках коммуникационных сетей национальной службы спасения (911).

Как работает A-GPS?

Для получения актуальной информации данная технология использует альтернативные каналы связи. В случае с нашими смартфонами это интернет, предоставляемый сотовым оператором или через Wi-Fi.

A-GPS связывается со своими серверами, передавая сведения о местонахождении, которое определяется по базовым станциям (вышкам) оператора. В ответ с этих серверов поступают свежие сообщения об активных спутниках в данной местности. Используя их, геолокационный модуль смартфона оперативно устанавливает связь с нужными спутниками, не тратя время на поиск всех подряд. Чем больше базовых станций вокруг смартфона, или чем ближе пользователь находится к сотовой вышке, тем точнее регистрируется местоположение смартфона, а значит правильнее информация об имеющихся спутниках.

Плюсы и минусы A-GPS

Как мы видим, преимущества от наличия A-GPS неоспоримы. Это и быстрая установка связи со спутниками, и экономия батареи, так как при «холодном» старте и поиске сигналов модуль GPS интенсивно потребляет заряд аккумулятора. При этом связь с серверами потребляет очень мало интернет-трафика — до 10 килобайт за одну сессию. Важно, что A-GPS не требует участия пользователя, а обновление данных происходит автоматически по мере необходимости.

Но есть у данной функции и недостатки, хотя и незначительные. Она не обеспечит быструю связь со спутниками в местности с дефицитом вышек сотовых операторов или их отсутствием. Следовательно, в дали от цивилизации A-GPS бесполезен.

Несмотря на скромное потребление интернета, регулярное частое обновление и синхронизация A-GPS приведет к увеличению трафика. А при нахождении в роуминге, особенно международном, расходы на связь могут значительно увеличиться.

Как включить и отключить A-GPS?

При активации функции «Геоданные» (GPS-навигация, геолокация) смартфон предлагает выбрать метод определения местоположения. Пользователь может отдать предпочтение сохранению батареи или точности геолокации. Как правило, доступны следующие методы (названия пунктов меню могут различаться в зависимости от версии Android и производителя телефона):

По всем источник (высокая точность). Определение местоположения происходит при помощи GPS, Wi-Fi и интернет-трафика мобильных сетей. Технология A-GPS активна.
По координатам сети (сохранение заряда аккумулятора). Местоположение обнаруживается при помощи Wi-Fi и и мобильных сетей. Протокол GPS отключен, A-GPS активен.
По спутникам GPS (только устройство). Определение местоположения исключительно по спутникам без использования дополнительных каналов связи. Технология A-GPS отключена.

Технология A-GPS необходима для нормальной навигации при помощи смартфона — ее можно использовать регулярно.

Загрузка…

инструкция по подключению и примеры использования [Амперка / Вики]

Модуль GPS/GLONASS v2 с внешней антенной принимает сигналы спутников глобального позиционирования — GPS, GLONASS и Galileo — и рассчитывает свои географические координаты, скорость перемещения, высоту над уровнем моря и точное локальное время.

Данные передаются на управляющую электронику в текстовом формате NMEA по интерфейсу UART.

Видеообзор

Принцип работы систем спутниковой навигации

Спутники непрерывно передают навигационные сигналы на дециметровых волнах. В сигнал входят метки точного времени и координаты самого спутника.

Навигатор, по задержке прохождения сигнала со спутника рассчитывает точное расстояние до него. Затем повторяет эту операцию для остальных известных спутников. Эти данные сводятся вместе — так получается точное значение координат приёмника.

Для работы навигаторов нужно открытое небо с минимум четырьмя спутниками в прямой видимости. Чтобы система работала по всей планете в каждой орбитальной группировке приходится держать более двух десятков спутников.

Подключение и настройка

GPS/GLONASS-модуль общается с управляющей платой по протоколу UART. В зависимости от управляющей платформы выберите вариант подключения GPS-модуля.

HardwareSerial

На управляющей плате Iskra JS и Arduino платах с микроконтроллером ATmega32U4 / ATSAMD21G18, данные по USB и общение через пины 0 и 1 осуществляется через два раздельных UART. Это даёт возможность подключить GPS-модуль к аппаратному UART на пинах 0 и 1.

Список поддерживаемых плат:

При подключении удобно использовать Troyka Shield. С Troyka Slot Shield можно обойтись без лишних проводов.

SoftwareSerial

Некоторые платы Arduino, например, Uno, прошиваются через пины 0 и 1. Это означает невозможность использовать одновременно прошивку/отладку по USB и общение с GPS-модулем. Решение проблемы — программный UART. Подключите пины TX и RX GPS-модуля к другим контактам управляющей платы и используйте библиотеку SoftwareSerial.

Для примера подключим управляющие пины GPS-модуля TX и RX — на 4 и 5 контакты управляющей платы.

При подключении удобно использовать Troyka Shield. С Troyka Slot Shield можно обойтись без лишних проводов.

HardwareSerial Mega

На платах форм-фактора Arduino Mega 2560 аппаратный UART, который отвечает за передачу данных через пины 1 и 0, отвечает также за передачу по USB. Это означает невозможность использовать одновременно UART для коммуникации с GPS-модулем и отладки по USB.

Но на платах такого форм-фактора есть ещё дополнительно 3 аппаратных UART:

Serial1: пины 19(RX1) и 18(TX1);
Serial2: пины 17(RX2) и 16(TX2);
Serial3: пины 15(RX3) и 14(TX3).

Список поддерживаемых плат:

Подключим GPS-модуль к объекту Serial1 на пины 18 и 19 на примере платы Arduino Mega 2560

Примеры работы

Рассмотрим примеры работы GPS-модуля в зависимости от управляющей платформы.

Пример для Arduino HardwareSerial

В качестве примера выведем в Serial данные с GPS-модуля. Распарсим строки в отдельные переменные и сохраним их. Для этого скачайте и установите библиотеку TroykaGPS

gpsTestHardwareSerial.ino

// библиотека для работы с GPS устройством
#include <TroykaGPS.h>
// создаём объект класса GPS и передаём в него объект Serial1 
GPS gps(Serial1);
// задаём размер массива для времени, даты, широты и долготы
#define MAX_SIZE_MASS 16
// массив для хранения текущего времени
char time[MAX_SIZE_MASS];
// массив для хранения текущей даты
char date[MAX_SIZE_MASS];
// массив для хранения широты в градусах, минутах и секундах
char latitudeBase60[MAX_SIZE_MASS];
// массив для хранения долготы в градусах, минутах и секундах
char longitudeBase60[MAX_SIZE_MASS];
 
void setup()
{ 
  // открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  Serial.begin(115200);
  // ждём, пока не откроется монитор последовательного порта
  // для того, чтобы отследить все события в программе
  while (!Serial) {
  }
  Serial. print("Serial init OK\r\n");
  // открываем Serial-соединение с GPS-модулем
  Serial1.begin(115200);
}
 
void loop()
{
  // если пришли данные с gps-модуля
  if (gps.available()) {
    // считываем данные и парсим
    gps.readParsing();
    // проверяем состояние GPS-модуля
    switch(gps.getState()) {
      // всё OK
      case GPS_OK:
        Serial.println("GPS is OK");
        // выводим координаты широты и долготы
        // 1. в градусах, минутах и секундах
        // 2. градусах в виде десятичной дроби
        Serial.println("GPS Coordinates: ");
        gps.getLatitudeBase60(latitudeBase60, MAX_SIZE_MASS);
        gps.getLongitudeBase60(longitudeBase60, MAX_SIZE_MASS);
        Serial.print("Latitude\t");
        Serial.print(latitudeBase60);
        Serial.print("\t\t");
        Serial.println(gps.getLatitudeBase10(), 6);
        Serial.print("Longitude\t");
        Serial.print(longitudeBase60);
        Serial.print("\t\t");
        Serial.println(gps.getLongitudeBase10(), 6);
        // выводим количество видимых спутников
        Serial. print("Sat: ");

Как работает навигация на смартфоне и что такое двухчастотный GPS

Оценка этой статьи по мнению читателей:

Эта статья должна была стать ответом на один из самых распространенных вопросов касательно новых смартфонов Xiaomi с их загадочной поддержкой двойного или двухчастотного (L1+L5) GPS. Но в процессе исследования вместо ясных ответов стали появляться лишь новые вопросы.

Как оказалось, многие производители также устанавливают на свои смартфоны самые современные GPS-приемники, способные в теории определять местоположение пользователя с точностью до 30 сантиметров. Однако эта возможность не только не афишируется, но даже скрывается!

Что же такое двухчастотный (двойной) GPS на смартфонах от Xiaomi и других брендов, почему эти смартфоны работают с точностью обычных смартфонов, как вообще работает GPS и что влияет на точность позиционирования — обо всем этом мы и поговорим дальше.

Как и все наши статьи из серии «Как это работает?», текущий материал будет написан максимально простым языком с рядом упрощений, чтобы даже самый неподготовленный читатель смог разобраться в теме.

Как работает GPS на любом смартфоне?

Прежде, чем обсуждать двухчастотный GPS, давайте поговорим о том, как вообще смартфон определяет свое местоположение.

Естественно, делает он это благодаря сигналу от спутников, летающих в космосе на высоте примерно в 20,000 км от земли. Чтобы лучше осознать, где именно они находятся, посмотрите следующую иллюстрацию:

GPS-модуль в смартфоне — это приемник, не способный передавать сигналы. Другими словами, с помощью GPS-модуля смартфон даже теоретически не может секретно отправлять ваши координаты в Google или другие заинтересованные организации. Делает он это через интернет.

Но каким образом это маленькое устройство может определить, где оно сейчас находится, только принимая радиосигнал?

Давайте рассмотрим простой пример. Представьте, что вам нужно определить координаты человека, зная только одну единственную информацию — он находится в 200 км от радиовышки А:

Это невыполнимая задача! Фактически, человек может быть где угодно в радиусе 200 км от вышки. Да, мы точно знаем, что он не дальше и не ближе, но от этого не легче, ведь количество вариантов очень большое. Мы можем просто начертить круг и наш человек может оказаться в любой точке этой окружности:

Теперь у нас появляется дополнительная информация. Оказывается, человек находится также в 145 км от радиовышки Б. То есть, он может также быть где-угодно в радиусе 145 км от этого места. Но теперь из бесконечного количества вариантов, у нас появляется только два возможных — на пересечении двух окружностей:

Если мы возьмем любую другую точку, кроме этих двух, она не будет отвечать главному требованию — чтобы человек одновременно находился в 200 км от радиовышки А и в 145 км от радиовышки Б.

Что же нам остается сделать, чтобы со 100%-ной точностью указать местоположение? В принципе, ничего! Вспомним, что речь идет о GPS-навигации и вместо радиовышек у нас GPS-спутники в космосе. И теперь задачу можно считать решенной. Дело в том, что только одна из этих двух точек пересечения имеет смысл, так как вторая будет находиться в неправдоподобном месте (высоко в космосе):

Второе пересечение находится гораздо выше уровня земли

Просто мы рассматриваем двухмерный пример и в нем есть только 2 координаты: X (влево-право) и Y (

Что такое GPS? | Технологии | Чипы и модули GPS-приемника

Трехблочная конфигурация

GPS состоит из следующих трех сегментов.

Космический сегмент (спутники GPS): Ряд спутников GPS развернут на шести орбитах вокруг Земли на высоте приблизительно 20 000 км (четыре спутника GPS на одну орбиту) и перемещаются вокруг Земли с 12-часовыми интервалами.
Сегмент управления (Наземные посты управления): Наземные станции управления выполняют функции мониторинга, управления и поддержания спутниковой орбиты, чтобы гарантировать, что отклонение спутников от орбиты, а также время GPS находятся в пределах допуска.
Пользовательский сегмент (GPS-приемники): Пользовательский сегмент (GPS-приемники)

GPS-позиционирование

Во-первых, сигнал времени отправляется со спутника GPS в заданной точке. Затем будет рассчитана разница во времени между временем GPS и моментом времени, на который приемник GPS принимает сигнал времени, для определения расстояния от приемника до спутника. Такой же процесс будет проделан с тремя другими доступными спутниками. Положение GPS-приемника можно рассчитать по расстоянию от GPS-приемника до трех спутников. Однако положение, полученное с помощью этого метода, не является точным, поскольку существует ошибка в вычисленном расстоянии между спутниками и приемником GPS, которая возникает из-за ошибки времени на часах, встроенных в приемник GPS. Для спутника встроены атомные часы для генерации информации о времени на месте, но время, генерируемое часами, встроенными в приемники GPS, не так точно, как время, генерируемое атомными часами на спутниках.Здесь четвертый спутник играет свою роль: расстояние от четвертого спутника до приемника может использоваться для вычисления положения по отношению к данным о местоположении, генерируемым расстоянием между тремя спутниками и приемником, тем самым уменьшая погрешность точность позиционирования.

На Рис. 1-3 ниже показан пример позиционирования по двум измерениям (определение местоположения по двум заданным точкам). Мы можем вычислить, где мы находимся, вычислив расстояние от двух заданных точек, а GPS — это система, которую можно проиллюстрировать, умножив данные точки и заменив их спутниками GPS на этом рисунке.

GPS-сигналы

спутников GPS транслируют лучи на двух несущих частотах; L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,60 МГц). Лучи, которые могут быть доступны для широкой публики, кодируются кодом C / A (грубый / захват), а лучи, которые могут использоваться только вооруженными силами США, кодируются кодом P (точный). Код C / A состоит из идентификационных кодов каждого спутника и передается вместе с навигационными сообщениями. Данные орбиты каждого спутника называются эфемеридами *, а данные орбиты всего спутника — альманахом **.Навигационные сообщения передаются со скоростью 50 бит в секунду. Используя этот сбор данных, приемник GPS вычисляет расстояние между спутниками и приемником, чтобы сгенерировать данные о местоположении. На Рис. 1-4 подробно описан код C / A, а на Рис. 1-5 описаны навигационные сообщения.

* Эфемериды обеспечивают точную орбиту самого спутника, которая может использоваться для определения точного местоположения спутника, необходимой информации для расчета информации о местоположении. Это местные данные, которые используются только каждым из спутников GPS с определенным идентификационным номером.

** Альманах можно рассматривать как упрощенные данные эфемерид и содержит приблизительную информацию об орбите и состоянии для всех спутников в сети. Он используется для определения местоположения доступных спутников, чтобы приемник GPS мог определить текущее положение и время. Получение всех данных альманаха занимает 12,5 минут.

Что такое C / A-код?: L1 от спутников GPS модулируется по фазе в коде C / A, который является псевдослучайным кодом.Псевдослучайный код также называется псевдослучайным шумовым кодом, который известен как код Голда. Как показано на рис. 1-4, код C / A представляет собой последовательность цифровых сигналов «1» и «0». В GPS 1023 последовательных шаблона составляют последовательность, и впоследствии эта последовательность будет непрерывно повторяться один за другим.

Навигационное сообщение: Навигационное сообщение состоит из 25 кадров, каждый из которых включает 5 субкадров по 300 бит каждый. Длина данных в 1 бит составляет 20 мс, и, таким образом, длина каждого подкадра составляет 6 секунд, и каждый кадр представляет собой группу из 1500 битов информации с длиной кадра 30 секунд. Поскольку навигационное сообщение состоит из 25 кадров, это составит в сумме 12,5 минут (30 секунд x 25 = 12,5 минут). Приемнику GPS требуется 12,5 минут для получения всего необходимого набора данных, необходимого условия для определения местоположения, когда происходит первоначальное включение питания. Приемник GPS способен хранить этот набор данных, полученных от прошлой внутренней резервной батареи, и он считывает набор данных, когда происходит повторное включение питания, следовательно, мгновенно начинает получать данные о местоположении GPS.

Максимально эффективное использование GPS

После добавления кода навигации, описанного в разделе «Как добраться из точки A в точку B», мы решили провести автомобиль для более обширных тестовых прогонов. В целом машина работала, как мы и ожидали, и смогла проехать из одной точки в другую. Но мы заметили, что было трудно заставить машину ездить повторяющимся образом от одного тестового пробега к другому. Кроме того, не было очевидной закономерности, которая могла бы указать на основную причину.Вместо этого был набор симптомов, которые появлялись в одном тестовом прогоне, а затем таинственным образом исчезали в следующем, а через несколько прогонов снова появлялись. Вот краткий список странного поведения, которое мы наблюдали:

После установки путевой точки с использованием того, что казалось очень хорошим сигналом GPS, машина настаивала на движении до точки на расстоянии нескольких футов
Машина ехала нормально прямо при движении на север или юг, но при движении с востока на запад он будет резко поворачивать взад и вперед или уворачиваться в сорняки. из этих путевых точек сместились на несколько футов в одном направлении

Мое первое предположение (которое, как я объясню позже, оказалось не основной проблемой) заключалось в том, что мой приемник GPS был либо неисправен, либо недостаточно чувствительны, чтобы получить надежное считывание положения. Несколько лет назад Sparkfun провел

сравнительный тест

нескольких модулей GPS, которые они продавали в то время. Их сводные результаты вселили в меня надежду и беспокойство. Во-первых, было ясно, что один или два из проданных ими модулей, такие как

EM-406A

LS20031

(на самом деле, обозначенный как LS23060 в статье Sparkfun), похоже, работают разумно, даже в Раздел курса «Городской каньон». Однако, поскольку я уже использовал LS20031 в нашей машине, я был озадачен, почему мои результаты с ним оказались намного хуже, чем результаты, описанные в статье Sparkfun.Я выдвинул несколько теорий:

Некоторые внешние факторы, такие как многолучевой прием, o

Нужен ли вашему дрону GPS?

Куда летит ваш дрон? Нет никаких сомнений в том, что добавление GPS к современному дрону принесло большую пользу для навигации и полета, но нужно ли это? Когда мы говорим о GPS, мы говорим обо всех вариантах, включая GPS, ГЛОНАСС и другие.

Присоединяйтесь к нам, чтобы обсудить некоторые плюсы и минусы дрона с GPS, а также некоторые альтернативы, если вы предпочитаете летать немного иначе.

Вернуться к началу

Предложение «Черная пятница»: обучение в наземной школе пилотов дронов, часть 107 всего за 192 доллара, экономия 107 долларов

1 день назад

Лучшие аксессуары для дронов — есть ли у вас инструменты для полета?

6 дней назад

Поисково-спасательные дроны

1 неделю назад

Ранние дроны и многие современные машины игрушечного класса не поставлялись с установленным модулем GPS. Как и в большинстве самолетов для хобби, у вас есть только радиоуправляемый контроллер и приемник для управления вашей машиной.Для управления полетом с этими тварями требовалось умение, часто большее, чем хотелось бы развить среднему пилоту.

Соображения по правовым вопросам и безопасности

Помещение модуля GPS в дрон — это простой способ помочь пилотам в стабильном полете. Точное глобальное позиционирование не просто передавалось на пульт, оно помогало управлять дроном. Именно так большинство современных дронов удерживают надежное зависание: они фиксируются на довольно точном GPS-положении и возвращаются к этому месту, если они смещаются с места.

Соблюдение установленной высоты или гарантия того, что вы случайно не пролетите выше отметки 400 футов, также являются функциями GPS. Удержание высоты — важная функция, осмелюсь сказать, что удержание постоянной высоты — самое сложное, что можно сделать, когда вы летите вручную.

Дополнительная литература : Объяснение правил FAA — максимальная высота 400 футов

Кроме всего прочего, GPS можно использовать только для составления отчетов, если вы этого хотите. Ваш дрон DJI, например, создает для вас журнал полетов, и вы можете использовать GPS, чтобы найти разбившийся дрон.

GPS работает в обе стороны. Ваш пульт дистанционного управления также может иметь GPS, в противном случае он может получать координаты GPS с вашего подключенного мобильного устройства. Таким образом, ваш дрон знает, где вы находитесь, что отлично подходит для точного возврата домой.

Дрон, законность и безопасность

GPS делает дроны лучше?

GPS все делает лучше?

GPS звучит как чудо-лекарство от всего, что связано с полетом дронов. Трудно спорить с тем, что GPS делает возможными самые продвинутые летные функции для дрона, но есть некоторые недостатки.

Первая проблема с GPS в дроне — это расход батареи. Это слабый аргумент против этого, но все же верный. Даже если расход заряда батареи кажется незначительным, он все равно расходует ваши маленькие батареи.

Далее, стоимость. Никак не обойтись, дрон с GPS не только имеет больше деталей, но и программное обеспечение для управления им сложнее. Нас огорчает огромный скачок цен, когда производитель берет существующий дрон и добавляет GPS, но он стоит, по крайней мере, немного дороже.

Осложнения. Я видел несколько проблем с GPS в дронах, не последней из которых была простая задержка. Как большинство из вас знает, устройство с поддержкой GPS больше всего выигрывает, когда оно подключено как минимум к трем спутникам одновременно. Если я не ошибаюсь, дроны DJI ищут минимум семь или восемь, прежде чем дрон сообщит о готовности к полету.

Нет спутниковой связи? Летайте без посторонней помощи или вообще не летите. Не самые лучшие варианты.

Задержка в сборе данных GPS-соединений может раздражать, но что происходит, когда не так много спутников можно найти? Достаточно просто: вы летите либо без посторонней помощи, либо совсем не летаете, в зависимости от ограничений программного обеспечения.

Связанное чтение : Альтернативы приложения DJI GO 4

Возможно, я употребил здесь неправильные слова, вряд ли спутников поблизости нет, но помехи, безусловно, реальность. У меня есть участок рядом с моим старым домом, который представляет собой каменную глыбу с большим количеством металлов, магнитные помехи выше того, с чем может справиться дрон.

То же самое верно, если вы когда-либо пытались запустить с крыши своей машины. Это можно сделать, но мой Mavic Pro сообщает о слишком сильных помехах для взлета.

Полет в помещении или под металлической крышей / мостом может привести к отключению от спутников. Фигово. Комбинируйте мосты с камнями, богатыми металлами… будьте осторожны.

В последний раз, когда я летал в богатой магнитами среде, дрон разбился. Просматривая журналы полетов, я обнаружил, что дрон вел себя правильно, я думал, что произошло в определенной точке GPS, но затем, когда я полетел немного выше, он подключился к другому спутнику. Система сказала: «Мне нужно быть в точке А», как она и думала.Затем, через долю секунды он обновился и понял, что это не в той точке GPS. Вместо того, чтобы сказать: «Хорошо, я думаю, я нахожусь в этой новой точке, я останусь здесь», он взлетел, как ракета, чтобы добраться до точки А.

В этой ситуации дрон не реагировал на кнопку аварийной остановки и мое управление. Или это было?!? Видите, аварийная остановка приказала дрону оставаться на месте. Он не знал, где он находится, он должен был быть в точке A, поэтому он принял команду Halt как точку A — что означает, что ему все еще нужно было лететь, чтобы добраться туда.

Что касается управления им, дрон все еще не понимал, где он должен быть, маневрируя элементами управления влево, в то время как дрон ускорялся вправо, изменил местоположение точки А, но дрон все еще должен был добраться до этой точки. .

С середины поля, бум, он бесконтрольно вылетел на пятьдесят футов в кусты. Дрону не было причинено никакого вреда, но с тех пор я не снимал его. Я этому не верю.

Это была длинная история, и я надеюсь, что вы из нее поняли, что этот конкретный дрон использует GPS как костыль.Он не может работать без надежного соединения GPS, и он не может работать без сбоев, если GPS колеблется. В этом случае вы зависите от соединения GPS, и это меня не устраивает.

Если вы летите за заработную плату или за любую другую форму компенсации, вы должны действовать в соответствии с другим набором правил и иметь лицензию на коммерческое использование дронов. Мы называем это Часть 107, это не так уж и сложно, но чтобы выучить все правила, потребуется время. Мы хотим помочь вам изучить правила и получить коммерческую лицензию, ознакомьтесь с нашими учебными материалами для пилотов дронов.

Лучшие дроны с GPS

- 38 — МИН
- 6K — 24 кадра в секунду
- 50 —
- 5 — МИЛЬ
DJI разработал серию Matrice 200, чтобы предложить универсальный набор возможностей проверки. Выбирайте из различных вариантов полезной нагрузки и точек крепления, чтобы смотреть вверх или вниз …
- 31 — МИН
- 4K — 30 кадров в секунду
- 44 —
- 4.3 — МИЛИ
Основанный на платформе Mavic 2, DJI Mavic 2 Enterprise предлагает новые камеры и новые аксессуары, такие как фонари, динамики и маяки.
- 28 — минут
- 4K — 30 кадров в секунду
- 38 —
- 1 МИЛЯ
Надежный гексакоптер Yuneec, предназначенный для коммерческого рынка, Yuneec H520 готов к вашим задачам инспекции и многому другому.
- 27 — Минуты
- 6K — 30 кадров в секунду
- 58 —
- 4,3 — МИЛИ
DJI Inspire 2, признанный одним из лучших дронов с камерой на рынке, предлагает отличные камеры, превосходный полет и надежное управление для …
- 30 — МИН
- 4K — 30 кадров в секунду
- 36 —
- 4.3 — МИЛИ
DJI Phantom 4 RTK добавляет лучшую точность GPS к популярной линейке дронов Phantom. Это серьезный инструмент для картографирования дронов, …

Альтернативы GPS

Прежде чем мы представим, что вы можете отказаться от GPS и получить те же ощущения от полета, вы не можете этого сделать. По крайней мере, не сегодня.

Райан Вергара

Производители и создатели аксессуаров поиграли с дополнительными датчиками, чтобы улучшить впечатления.В первую очередь, датчики зрения вы найдете на многих дронах. Избегание препятствий предотвращает повреждение вашего дрона, но также дает вашей машине ориентиры для поддержания зависания.

Ваша камера может использоваться вместе с лазером и другими приборами. Один из лучших примеров — технология Intel RealSense. Короткая панель датчиков, которая прикрепляется к вашему дрону, чтобы с достаточной точностью предотвращать столкновения, может помочь при обходе препятствия, а не только при остановке на месте.

NVIDIA переходит к следующему этапу.Используя плату суперкомпьютера Jetson, они превратили полностью автономный полет в испытательный дрон. Работая на пешеходной тропе, датчики обеспечивают безопасную навигацию по камням, деревьям и высокой траве. Больше, чем просто один полет за раз, добавьте немного искусственного интеллекта, который запоминает безопасные треки на нескольких рейсах, строит карту для навигации и многое другое.

Flight Assistant также имеет форму барометра. Если вы еще не слышали о барометре в телефоне или фитнес-трекере, все они работают одинаково, измерение давления воздуха — хороший способ измерить высоту. Он не идеален, как и GPS, поэтому объедините их для получения впечатляюще точного измерения высоты.

Bluetooth и WiFi тоже могут помочь. Хотя на самом деле их можно использовать только как приблизительную меру близости к вашему пульту дистанционного управления. Это может быть именно то, что вы ищете, это, безусловно, помогает с любой функцией RTH.

Radar — это еще один инструмент, который может … Я остановлюсь на этом, вы можете установить системы на основе радара на ваш дрон, но на данный момент это непомерно дорого и слишком тяжело для нашего базового беспилотника на заднем дворе.Коммерческие приложения с LiDAR — настоящая вещь, если вы продаете дроны стоимостью более 15 тысяч долларов.

Чистая математика. Знаете ли вы, что дроны Digital Aerolus, такие как Aertos 130IR, созданы для работы в условиях, где отсутствует GPS? Если вам нужно лететь в туннеле, эти дроны используют некоторые безумные математические навыки, тщательно управляя своим полетом с помощью гироскопических датчиков и систем видения, чтобы обеспечить стабильный и надежный полет.