Длительное время бывшие уделом избранных (читай военных) GPS навигаторы наконец-то повернулись лицом к рядовым пользователям, и доказали свою полезность и необходимость. Примечательно, что сегодня навигаторы уже не являются профессиональным дорогостоящим оборудованием, это доступные для многих бытовые устройства, а благодаря конвергенции GPS модуль стал желанным гостем различных многофункциональных гаджетов. Думаем, поводов более чем достаточно познакомиться с этой удивительной и многообещающей технологией.
Рожденная в годы «холодной войны»
Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System, что в переводе на русский язык означает «всемирная система позиционирования». Идея ее создания зародилась в Америке в 50-х годах прошлого века. Инициаторами, как всегда, выступили военные (это характерно для большинства наукоемких технологий прошлого столетия), искавшие способ наведения межконтинентальных и баллистических ракет. Первый спутник этой системы (в то время она была известна под названием NAVSTAR) был запущен в 1978 году, последующие запуски стали постоянными. Заметим, что для нормального функционирования системы необходимо 24 спутника, но в настоящее время их больше (на сегодняшний день 31). Первые годы существования GPS была сугубо военной системой, и лишь в 1983 году было разрешено использовать ее в гражданских целях.
Ради справедливости стоит отметить, что решение американцев было половинчатым. Система навигации разрабатывалась исключительно для военных целей, и поэтому для гражданских приемников был введен так называемый «селективный доступ», позволяющий определять местоположение объектов с точностью порядка 50-100 метров. С 1 мая 2000 года это ограничение отменено (спасибо Клинтону), и теперь владелец любого GPS приемника может определять свои координаты с точностью менее 15 метров (в среднем 5-8 метров). В таком «состоянии» система находится и по сей день.
Для нормального функционирования системы необходимо 24 спутника
Думаем, будеn уместно вспомнить и о конкурентах GPS. В первую очередь это советский (теперь – российский) ответ HATO – система ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Ее разработка началась в 1982 году, но в связи известными событиями в СССР в 90-х годах она так и не заработала в полную силу. Однако в 2005 году президент Путин подписал распоряжение о «реанимации» системы, поставив задачу к 2008 году добиться полной работоспособности ГЛОНАСС. Впереди еще год, и нам остается только надеяться на то, что в ближайшее время мы сможем пользоваться отечественной системой навигации. Galileo – это европейская система, она еще совсем молода (решение о создании принято в 2003 году), но уже к 2010 году планируется начало эксплуатации. Эта дата также под вопросом, поскольку имеется ряд разногласий между странами Евросоюза – одни поддерживают развитие Galileo (намекая на независимость от США), другие ратуют за уже работающую GPS.
Пять принципов GPS
Система GPS состоит из трех десятков спутников и базовых наземных станций в различных частях мира (обеспечивают синхронизацию сигналов). Исходя из определения она глобальная (то есть работает в любой точке земного шара), нисколько не зависит от погодных условий и доступна 24 часа в сутки. Ну а теперь давайте немного вспомним школьный курс физики, и поговорим о том, как работает GPS. В основе системы лежит пять принципов, знакомство с которыми позволит нам легко убедиться в том, что все гениальное просто.
Первый принцип (фактически являющийся основой системы) гласит о том, что, зная расстояния до трех спутников, можно однозначно определить координаты любой точки поверхности земли. Это и есть пресловутый метод триангуляции, в данном случае считается, что спутники являются объектами с известными координатами. Второе – необходимо это самое расстояние до спутников измерить. Как известно, скорость распространения электромагнитных волн постоянна, поэтому расстояние от спутника до навигатора определяется по классической формуле « расстояние равно время, умноженное на скорость». Со скоростью проблем нет (это фактически скорость света), а точное измерение времени обеспечивается использованием сверхточных атомных часов (расположены на спутниках, точность около одной наносекунды) и кодов для установления точного момента ухода сигнала со спутника.
Обязательным условием является синхронизация по времени всех сигналов
Исходя из вышесказанного, очевидно, что обязательным условием является синхронизация по времени всех сигналов (третий принцип), ведь вычисления координат напрямую зависят от точности хода часов. В идеале часы на спутнике и в приёмнике должны иметь одинаковую точность хода, и если это так, то точное местоположение (трехмерные координаты объекта) может быть найдено по измерениям расстояния до трех спутников. Но если установить на ограниченное число спутников очень дорогие атомные часы вполне реально, то оснастить ими каждый GPS приемник это уже непозволительная роскошь. Поэтому разработчики пошли на хитрость – они ввели дополнительное измерение для устранения ошибок хода часов в приёмнике, для этого как раз и нужен четвертый спутник.
Четвертый принцип затрагивает проблему точного определения положения спутников в космосе. Во-первых, каждый спутник движется по определенной орбите, и поэтому его расположение в каждый конкретный момент времени может быть описано математически. Помимо этого как минимум один раз в сутки вычисляются уточненные элементы спутниковых орбит и коэффициенты поправок спутниковых шкал времени, эта информация также передается на спутник и используется для определения его положения. Кстати, орбиты спутников изначально уже занесены в память GPS приемника, и поэтому предаются только уточняющие значения. Ну и, наконец, пятый принцип – коррекция ошибок. Было бы наивно полагать, что система идеальна и ошибки отсутствуют. Мы предполагали, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, но в реальности, проходя через ионосферу и тропосферу, его скорость уменьшается, порой случаются ошибки в ходе атомных часов и орбитах спутников, источником погрешности является и многолучёвая интерференция. В общем, ошибки измерения дальности есть, и для этого в системе используются всевозможные алгоритмы их устранения.
Что есть навигация
Бытует мнение, что GPS приемник предназначен только лишь для определения месторасположения объекта на местности и соотнесения его координат с электронной картой. Бесспорно, это важная функция, и, возможно, она была единственной в первых GPS устройствах, но за долгие годы существования навигации она стала одной из многих. К примеру, даже простейший приемник способен показывать направление, определять расстояние по прямой до выбранной точки, вычислять скорость движения, рассчитывать время заката и восхода в данной местности. Дальше – больше: прокладка маршрутов, выбор оптимального направления, вычисление времени прибытия в точку, нахождение определенного близлежащего объекта (гостиница, кемпинг)…
Даже простейший приемник способен показывать направление, определять расстояние по прямой до выбранной точки, вычислять скорость движения
Стоит отметить, что современный GPS навигатор может освоить каждый, кто хотя бы раз сталкивался с компьютером или другой электроникой. В его настройках и пользовании нет ничего сложного, а удобный логический интерфейс освоит даже новичок. Дабы убедить вас в этом, приведем вкратце основы работы с навигатором. Итак, включаем устройство. При включении GPS приемника после долгого перерыва (или в первый раз) происходит так называемый «холодный старт», приемник начинает искать спутники. Группа спутников, видимых в данной точке, обычно называется «альманахом», и она хранится в памяти приемника некоторое время. Поэтому запуск навигатора, выключенного приблизительно на полчаса-час, происходит быстрее («горячий старт»), - приемник берет координаты спутников из уже записанного альманаха.
Главное понятие навигации – это путевая точка. Фактически это отметка на карте, которая хранится в памяти приемника. Путевую точку может внести сам пользователь устройства, она может быть внесена также производителем или разработчиком карты. Короче говоря, это то место, которое представляет интерес для владельца устройства (кафе, заправки, магазины, памятники архитектуры и т.д.). Приемник может рассчитывать расстояния и направления (а также время в пути) до путевых точек. Но в чистом виде путевые точки обычно не используются, чаще составляется маршрут, представляющий собой серию путевых точек. При прокладке маршрута навигатор автоматически заменяет текущую точку назначения при ее достижении на следующую путевую точку. А перед тем, как изменить курс, приемник обычно подает сигнал и запрашивает подтверждение. Большинство современных устройств поддерживает автопрокладку маршрута, но его всегда можно вручную скорректировать или изменить.
Большинство устройств поддерживает автопрокладку маршрута, но его всегда можно вручную скорректировать
Думаем, стоит упомянуть и о специфических особенностях работы GPS, обусловленных природой распространения сигналов. Как и всякие электромагнитные волны, сигналы GPS поглощаются большинством веществ, поэтому оптимальная работа приемника обычно достигается под открытым небом. По идее, хороший прием достигается и в автомобиле (если приемник расположен на приборной панели за ветровым стеклом), но в данной ситуации часто лучше использовать внешнюю антенну. Также кроны деревьев способны в некоторой степени блокировать сигналы. Поэтому в лесистой местности лучше двигаться, а не стоять на месте – это повышает вероятность точной навигации. Ну и естественно, затрудняют определение местоположения любые искусственные или естественные объекты (железобетонные здания, горы и т.д.), так что лучше всего выходить на открытое пространство.
Приемник приемнику рознь
И это чистая правда, поскольку разные пользователи обычно предъявляют различные (а порой и диаметрально противоположные) требования к навигатору. Помимо собственных представлений о том, каким должен быть хороший приемник, значительную роль при выборе играет «мобильный образ жизни» пользователя. То есть, пешеход он или автомобилист, сухопутный или морской путешественник, рыбак или охотник, лыжник или турист.
Начнем с автомобилистов, для которых навигация является залогом комфортного и безопасного путешествия. Да, да, ведь навигатор частенько может «сказать» то, чего еще не видят глаза водителя. Ну а в большом или незнакомом городе без него просто никак. Кстати, отдельные автомобили уже изначально оснащены навигационной системой, и это хорошая новость. Единственный момент, на который стоит обратить внимание – это возможность загрузки в него карт необходимых регионов (не факт, что вам понадобится Европа или Северная Америка). Если это возможно, то можно радоваться – вы обладаете практически идеальным навигатором автолюбителя. В первую очередь, это удобно, огромный дисплей и серьезные носители (вплоть до DVD) позволяют получить огромное количество дорожной информации. Второй момент – это интеграция с бортовым компьютером. Также не стоит забывать и о том, что встроенная навигационная система гораздо лучше определяет координаты в условиях города или в горах. Портативные навигаторы частенько в такой ситуации «теряют» спутники, что же касается системы, то она вычисляет изменение координат, пользуясь сигналами с колесных датчиков.
Отдельные автомобили уже изначально оснащены навигационной системой
С другой стороны, использование внешнего приемника также сулит ряд удобств. Прежде всего, вы можете выбрать любой понравившийся вам навигатор, и в течение нескольких минут установить его на свой автомобиль. Все, что необходимо – это кронштейн для устройства и свободное гнездо прикуривателя. Но все же давайте обратим внимание на специализированные автомобильные GPS навигаторы. Характерной чертой этих устройств также являются динамики и система звуковых подсказок для водителя. Весьма популярен среди покупателей навигатор Garmin Nuvi 610, являющийся настоящим сгустком высоких технологий в «автомобильном варианте». Прежде всего, это 20-канальный приемник SiRF Star III и широкоформатный сенсорный дисплей диагональю 10,9 см и разрешением 480х272 пикселя. Тяжеловесность устройства в данном случае не является недостатком, ведь гаджет не придется носить в руках. К этому устройству можно легко подключить внешнюю антенну, ну а водителю достаточно только указать точку, в которую необходимо прибыть, и прибор сам выберет маршрут. В процессе поездки остается только следовать голосовым и визуальным навигационным инструкциям. Из отличительных особенностей отметим наличие 400 МБ встроенной памяти и слота расширения SD, интеграцию с компьютером (есть USB порт), что позволяет в процессе подготовки к поездке определиться с интересным или удобным маршрутом. Впрочем, и в пути навигатор превосходно справляется с поиском гостиниц, достопримечательностей, магазинов, заправок.
Навигатор Garmin Nuvi 610 является сгустком высоких технологий в «автомобильном варианте»
Очевидно, что для любителей авто больше подходят массивные навигаторы, оснащенными солидными дисплеями и обладающими возможностью подключения внешней антенны. Однако многие предпочитают путешествовать на «двухколесном транспорте», то есть мотоциклах или велосипедах. Гаджеты, ориентированные на эту группу пользователей, должны обладать несколько иным набором характеристик, и их особенности мы рассмотрим на примере GPS навигаторов Garmin Zumo 500/550. Сразу отметим, что устройства могут использоваться не только в путешествиях, но и для спортивных состязаний. Такие качества, как механическая прочность, надежность крепления, водостойкость, защита от повреждения ультрафиолетовыми лучами и устойчивость к толчкам однозначно говорят о том, что можно смело прикреплять этот гаджет на руль двухколесного друга. Для управления используется сенсорный дисплей и 4 довольно крупные кнопки (под левую руку), что позволяет управлять навигатором, не снимая перчаток. Если вы привыкли к голосовым подсказкам навигатора, то можете не волноваться – они работают (функция Text-to-Speech), правда, для этого придется задействовать интерфейс Bluetooth. Разумеется, эти устройства позволяют загружать современные навигационные карты, они умеют прокладывать маршрут (до 500 маршрутных точек) и предоставляют пользователю максимум удобства – здесь есть и компас, и всевозможные одометры и таймеры. Но есть и изюминка - поддержка системы дифференциальных поправок WAAS/EGNOS для более точного определения местоположения.
Garmin Zumo 550 ориентирован на «двухколесный транспорт», то есть мотоциклы или велосипеды
Разумеется, все вышеперечисленные группы устройств поддаются переноске, но все же нельзя не отметить существование огромной группы переносных (или пешеходных) GPS навигаторов, главной чертой которых являются небольшие размеры и масса. Самое место им в карманах путешественника, ну а использовать их можно там, где вы находитесь – в городе или в лесу, на море, в горах. Эти навигаторы позволяют ориентироваться по точкам, прокладывать маршруты и отслеживать пройденный путь. Некоторые модели имеют возможность загрузки карт, оснащены функциональностью электронного компаса и барометрического высотомера. Самым простым и недорогим устройством может считаться Garmin eTrex - один из первых портативных GPS навигаторов, ставший символом спутниковой навигации. Главные плюсы – компактность и простота. Эта модель даже не поддерживает загрузку карт, что для многих ситуаций не требуется (чаще всего стоит задача вернуться в исходную точку, которую можно внести в память перед отправлением). Если последний параметр принципиален, то стоит взглянуть на Garmin GPS 60, компактный и в то же время функциональный (есть память в 1 МБ для загрузки информации). Естественно, не Garmin единой, к этой группе можно отнести «трехсотую» серию навигаторов Magellan, Holux GM100 и множество других устройств.
Garmin eTrex - один из первых портативных GPS навигаторов, ставший символом спутниковой навигации
Упомянем также и о специфических навигаторах, к числу которых могут быть отнесены эхолоты. К примеру, модель Garmin Fishfinder 400 DF обладает двухчастотным трансдьюсером, который способен обеспечить широкий сканирующий сектор, и его действие достигает 457 метров. Настоящий рай для рыбака. Но вообще-то, владельцам катеров и яхт, интересующимся серьезным навигационным оборудованием (особенно если приходится путешествовать по морям), лучше всего обратить внимание на продукцию Furuno. Во-первых, можно объединить в сеть несколько устройств (GPS модуль, эхолот, локатор и картплоттер), во-вторых, эти устройства поддерживают картографический стандарт c-map. Морские и речные карты в данном формате наиболее совершенны. Еще один узкий сегмент навигаторов – это авиационные модели. У этих гаджетов есть любопытная особенность, они способны выдавать навигационную информацию при скорости более 150-200 км/ч. Как это ни странно, но обычный (в смысле, не авиационный навигатор) при больших скоростях движения оказывается бесполезным.
E-TEN glofiish X600 позиционируется как бюджетная модель, но при этом обладает встроенным GPS модулем
Но, пожалуй, самым перспективной группой навигационных устройств можно считать коммуникаторы и смартфоны с GPS модулем. Фактически эти устройства совмещают в себе мобильный телефон, карманный компьютер и навигационное устройство (а если присмотреться, то и массу других гаджетов – камера, плеер и т.д.), и поэтому чрезвычайно функциональны. Помимо этого они обладают одной приятной возможностью – в них можно менять программу управления навигацией. Не секрет, что программ много, и идеальной для всех нет. Да и тенденции продаж говорят о том, что сегодня акцент покупателей смещается именно в эту область (впрочем, на наш взгляд, отдельные навигаторы всегда останутся выбором профессионалов). К тому же, выбор устройств, как никогда широк. Заслуживает внимания продукция компания HTC – от сверхкомпактного
В преддверии GPS-бума
Многие аналитики полагают, что GPS-бум в России уже близко. Так, по оценкам экспертов Mobile Research Group, в 2005 году было продано навигаторов на сумму 8 млн. долларов, а по итогам 2006 года - уже 50 млн. Предварительные данные за 2007 год позволяют говорить о цифре в районе 120-140 млн. долларов. Кстати, аналитики утверждают, что наибольшим спросом пользуются портативные GPS-навигаторы (доля продаж до 80%), и именно этому сегменту предрекают бурные темпы развития. В численном выражении за 2006 год было продано порядка 30 тыс. навигаторов, а в 2007 году ожидается рост продаж до 90 тыс. (данные Navteg). Очевидно, что отечественный рынок спутниковой навигации находится на пороге бума. Потенциальный рынок приемников в России до конца десятилетия, по различным оценкам составит 10-20 млн. штук (в денежном выражении 3-5 млрд. долларов).
Впрочем, это только цифры. Хотя они и говорят о четкой тенденции, сломать которую, наверное, не сможет ничто. Да и зачем, ведь GPS навигация это «отличная штука», которая необходима практически каждому. Надеемся, что своим кратким GPS-экскурсом мы смогли вас убедить в этом.
Поделиться
