5.6. Автомобильные навигационные системы

Автомобильная навигационная система (АНС) предназначена:

для выполнения функций навигации, штурманского сопровожде­ния, а также мобильного поиска объекта, присутствующего в базе данных программы. Система основывается на технологии GPS и возможностях современных компьютеров. GPS (Global Positioning Systems, кодовое название - NAVSTAR) - Система Глобального Позиционирования (позиционирование - метод определения коор­динат объекта в трехмерном пространстве с использованием спут­никовых систем) - является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных коор­динат и времени 24 часа в сутки. Система глобального позициони­рования создавалась в 1978 г. для военных ведомств, у которых всегда была необходимость в точном, простом и быстром опреде­лении своих координат. Подобная система была создана и для оте­чественных вооруженных сил под названием ГЛОНАСС.

Система Глобального Позиционирования имеет две составляю­щие части - космическую и наземную.

Космическая часть системы состоит из двадцати четырех ис­кусственных спутников, которые делают оборот вокруг Земли за 12 часов на высоте около 17 000 км. На каждой из шести орбит распо­ложены четыре спутника. Эта спутниковая группировка предназна­чена для генерации опорных радиосигналов (кодов), воспринимае­мых GPS-приемниками. Орбиты равномерно распределены над Землей и наклонены на 55 градусов относительно экватора. Способ радиообмена между спутниками и GPS-приемником состоит в том, что все спутники вещают одновременно на одной и той же частоте. Для того чтобы GPS-приемник мог определить, от какого спутника исходит данная информация, бортовые передатчики посылают в составе своего сигнала стандартный идентификационный код, ко­торый сравнивается с кодами, находящимися в памяти приемника. Чтобы определить координаты на плоскости (широту и долготу) достаточно сигналов от трех спутников, а для определения высоты (или глубины) которая, вычисляется с большей погрешностью, чем координаты на земной поверхности, необходим одновременный прием сигналов от четырех спутников. Очевидно, что чем больше спутников приемник имеет возможность опросить и чем больше разнесены эти спутники на небесной полусфере, тем более точны­ми будут его показания. Из любой точки планеты одновременно можно принимать до 12 сигналов от разных спутников. Такой под­ход не только упрощает схему GPS-приемника, но и, несмотря на малый уровень радиосигналов, позволяет использовать в них мало­габаритные приемные антенны.

Наземной частью системы являются приемники. GPS-приемники предназначены для определения координат своего местоположе­ния на планете: широта, долгота и высота, и обладают практически одинаковой точностью позиционирования - плюс-минус десять метров. Координаты вычисляются для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). Эта точность определяется спутниковым сиг­налом и условиями «видимости» спутников. Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосиг­нала от космического аппарата до приемника, умноженным на ско­рость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала, необходимо знать, когда он покинул спутник. Для этого на спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код. Каждый спутник передает два радиосигна­ла: на частоте L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом: «точ­ный» может быть зашифрован для военных целей, «грубый» код не зашифрован. Большинство гражданских пользователей используют «грубый» код при работе с навигационной системой. Приемник про­веряет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генери­ровал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света, дает искомое расстояние. Использование кода позволяет приемнику определить временную задержку в любое время.

Структурная схема автомобильной навигационной системы представлена на рис. 5.26.

К основным востребованным возможностям АНС можно отне­сти следующее:

- отслеживание местонахождения автомобиля на фоне карты, которая может быть представлена в различных масштабах;

- голосовое сопровождение движения по маршруту с озвучивани­ем названия дорог, улиц и площадей по ходу движения автомобиля;

- формирование оптимального маршрута по различным крите­риям (время в пути, расстояние, тип дороги);

- возможность режима ручной прокладки маршрута без оптими­зации;

- появления визуальной команды перед маневром автомобиля в виде картинки на экране;

- в случае отклонения от заданного маршрута, система должна выдавать предупреждение и автоматически производить перерас­чет маршрута;

- запись протокола движения автомобиля и его воспроизведение;

- осуществление подсчета пройденного по маршруту пути;

- поиск объектов в картографической базе данных по их адресу или названию на всей карте или на заданном расстоянии от теку­щего положения автомобиля.

Существуют различные варианты автомобильных навигационных систем. Одни представляют собой устройство, которое монтируется в автомобиле в удобном для водителя месте, другие интегрированы с автомобильными магнитолами.

Рис. 5.26.

Иногда навигаторы встраивают в автомобиль в ходе VIP-тюнинга, а некоторые модели выходят с завода с установленными GPS-приемниками. Сами системы отличаются размером экрана, управле­нием, возможностью подгружать карты новых регионов и некоторыми другими параметрами.

Все большую популярность получают АНС на базе карманных и планшетных компьютеров. На такой компьютер устанавливается программное обеспечение, подключается GPS-приемник. В компь­ютер можно загружать карты и видеть на них положение приемника, двигаться по проложенному маршруту с голосовыми подсказками и т. п. Преимущество карманного компьютера - это его маленький размер и вес, а планшетный компьютер очень удобен благодаря большим размерам экрана, и при этом система имеет все возмож­ности персонального компьютера.