Приёмник сигналов GNSS – востребованное во многих сферах оборудование. Сегодня сложно представить область, где они не использовались бы. В данной информационной заметке мы хотим поговорить о типах приемников и их использовании в разных сферах.
Если же Вам нужно заказать приёмник сигналов GNSS для гидрографических беспилотников или геодезических работ – просто отправьте запрос на нашу корпоративную почту, и Вам дадут обратную связь в самые сжатые сроки. Также Вы можете проконсультироваться о интересующим Вас вопросам касаемо оборудования на нашем сайте или разработке индивидуального решения «под ключ».
GNSS системы
Аббревиатура GNSS означает глобальную навигационную спутниковую систему. Такая система состоит из станций управления, принимающих сигнал устройств и группировки спутников, вращающихся вокруг Земли на средней орбите по строго определенным траекториям.
Для глобального покрытия, по оценкам специалистов, в группировке должно насчитываться от 18 до 30 спутников. Навигационные спутники предоставляют информацию об орбите и точное время со встроенных часов (и некоторые другие услуги) радиоприемникам, специально разработанным для приема этих спутниковых сигналов и декодирования содержимого сигнальных сообщений.
С содержимым сообщений по крайней мере от четырех «видимых» спутников положение на или вблизи большей части поверхности Земли может быть рассчитано с помощью математического процесса, известного как трилатерация.
Как работает трилатерация?
Сигнал с одного спутника обеспечивает определение общего местоположения объекта по окружности, которая охватывает приблизительно 35% поверхности Земли — это действительно огромная область.
Здесь стоит обратить внимание, что местоположение объекта в данном случае находится не в пределах этой области покрытия, а именно на ее периметре, поскольку расстояние до спутника — длина заранее известная, и в любом месте внутри периметра будет другое, более короткое расстояние.
Когда прибор засекает второй спутник, его область покрытия будет перекрывать часть аналогичной области от первого спутника. Это означает, что приемник GNSS находится в одной из двух точек пересечения этих периметров зон покрытия. Когда виден третий спутник, точка пересечения всех трех периметров как раз будет местоположением приемника GNSS. То есть точным двухмерным (координаты долготы — X и широты — Y) положением приемника GNSS на поверхности Земли.
Если в дополнение к вышеперечисленному можно принять сигнал от четвертого спутника, высоту можно определить с помощью правил тригонометрии, используя координаты XY и дополнительную «линию» к четвертому спутнику (можно сказать, что чем короче это расстояние, тем больше высота).
Приемник GNSS теперь имеет трехмерную фиксацию положения; то есть координаты XY плюс высота/возвышение (Z). Чем больше спутников можно увидеть, тем легче определить положение с наиболее возможной точностью.
Приемник GNSS может выполнять трилатерацию и предоставлять точное местоположение только в том случае, если ему известно следующее:
- Где находится спутник,
- Когда именно был отправлен сигнал со спутника, и
- В какое именно время получен сигнал.
Первые два требования легко понять, поскольку информация о местоположении спутника на его орбите и времени отправки сигнала содержится в самом сигнале, который отправляет сателлит.
Третье требование выполнить сложнее, поскольку сам радиоприемник имеет относительно низкоточные часы внутри. Это связано с чисто техническими ограничениями по размеру, весу, энергопотреблению и стоимости используемого на Земле оборудования — просто невозможно оснастить приёмник сигналов GNSS полноценными атомными часами, подобными тем, что используются на спутниковых группировках.
Часы дешевого прибора просто недостаточно точны при измерении времени прибытия сигналов, распространяющихся со скоростью света — ошибка синхронизации часов всего в одну тысячную секунды эквивалентна ошибке определения местоположения в 300 км.
Очевидно, требуется метод решения проблемы точности часов. Здесь в игру вступают основные алгебраические принципы: можно сказать, что при вычислении положения нам нужно решить четыре неизвестных: широта, долгота, высота и ошибка часов радиоприемника. Это можно записать так: положение = широта + долгота + высота + ошибка часов.
В данной статье нет необходимости углубляться в эту математическую теорию, достаточно сказать, что, если у нас есть одновременно принятые измерения от четырех (или более) различных спутников, мы можем решить наше уравнение положения с четырьмя неизвестными.
GNSS в бытовых условиях часто упоминается просто как GPS (Global Positioning System), хотя эта аббревиатура на самом деле относится конкретно к орбитальному оборудованию Соединенных Штатов. На сегодняшний день в распоряжении специалистов есть несколько группировок GNSS, предоставляемых разными правительствами по всему миру, включая:
- BeiDou – Китай;
- Galileo – Европейский Союз;
- ГЛОНАСС – Россия;
- и собственно GPS (первоначально называвшийся Navstar GPS) — Соединенные Штаты.
Кроме того, существуют некоторые другие системы, которые разработаны для обслуживания только определенных регионов, а не для всепланетного охвата. Они известны как RNSS (региональные навигационные спутниковые системы), в число которых входят:
Что и себя представляет приёмник сигналов GNSS?
Приемник GNSS представляет собой электронное устройство, которое принимает и обрабатывает в цифровом виде сигналы от навигационной спутниковой группировки с целью предоставления данных о местоположении, скорости и времени (приемника).
Приемники GNSS традиционно реализуются аппаратно: изделие представляет собой специализированную микросхему, которая была спроектирована и создана (с самого начала) с единственной целью — принимать сигнал GNSS.
Вся цифровая обработка выполняется микропроцессором общего назначения. При таком подходе все еще требуется небольшое количество недорогого оборудования, известного как frontend, которое оцифровывает радиосигнал. Затем микропроцессор может работать с этим необработанным цифровым потоком для реализации функциональности GNSS-навигации.
В зависимости от целей применения, приемник GPS-сигнала, необходимый пользователю, также будет различается. Сегодня во всем мире существуют десятки производителей, выпускающих GNSS-приемники, и насчитываются сотни наименований продукции.
В целом такого рода оборудование можно разделить на два типа.
Навигационный приемник.
Этот тип приемника в основном используется для навигации при передвижении, когда нужно получать данные о местоположении и скорости движения в режиме реального времени.
Этот приемник недорогой и достаточно универсальный. В зависимости от области применения данный тип приемников условно можно разделить на:
- устанавливаемые на транспортные средства — они используются для определения местоположения в навигации транспортных средств;
- морской тип – используется для навигационного позиционирования судов;
- воздушный тип — используется для точного позиционирования в аэропортах (в связи с высокой скоростью движения в аэропорту, приемники, используемые на авиалиниях, рассчитаны на быстрое движение).
Геодезический приемник.
Геодезические приемники в основном используются в высокоточной геодезии, кадастровых работах и инженерно-строительных изысканиях. Такое оборудование отличает крайне высокий уровень точности. Обычно они имеют достаточно сложную конструкцию (в некоторых случаях все же используется компактный моноблок), а цена на такие изделия очень высокая.
Приемник калибровки времени.
Этот тип приемника в основном использует высокоточный стандарт определения времени, предоставляемый спутниками GPS, для выполнения калибровки часов и в основном применяется для сертификации астрономических обсерваторий и синхронизации данных в радиосвязи.
Купить приёмник сигналов GNSS с доставкой в любой регион РФ
Требуется купить приёмник сигналов GNSS с доставкой в Ваш регион? Есть вопросы по его эксплуатации или нужны актуальные цены? На все вопросы Вы можете получить ответ у наших специалистов.
Также мы предлагаем разработку индивидуальных решений с использованием данного оборудования по техническому заданию, выезд специалиста для помощи и обучения персонала.
Оборудование доставляется во все регионы РФ и стран Таможенного союза.