Как работает автонавигатор. Как выбрать автомобильный GPS-навигатор. Как работает GPS-навигатор

Часто от водителей можно услышать критику, что навигаторы предлагают не оптимальные маршруты, которые к тому же не соответствуют реальной дорожной обстановке. Причина более 50% таких ситуаций кроется в некорректной работе программной части приборов по привязке к реальной местности. Если устройство выбрано правильно, то на него всегда можно положиться и довериться предложенному маршруту. Что же нужно знать при покупке такого изделия в свой автомобиль, тем более, что на прилавках магазинов можно обнаружить более 100 моделей? Прибор характеризуется многими параметрами, но для оптимальной покупки достаточно разобраться в основных его характеристиках.

Принцип работы навигации

Прежде, чем приступить к обзору параметров, необходимо кратко сформулировать принципы работы навигатора, тогда станет более понятной важность его характеристик. Обычный GPS-навигатор для отображения на своем экране улиц и автомобиля в виде движущегося треугольника, использует координаты точки нахождения и соответствующую данной местности карту. Эти две составляющие требуются для функционирования прибора.

Координаты местоположения он рассчитывает благодаря приему на свою антенну сигналов со спутников, которые находятся на орбите Земли и образуют глобальную систему позиционирования, сокращенно GPS. Импульсы принимаются не менее чем от четырех спутников. При этом они должны быть в зоне видимости. Поэтому на точность работы навигатора влияет не только алгоритм расчета, тип антенны и чувствительность приемника, но и рельеф местности. Этот факт необходимо учитывать при нахождении на закрытой домами и возвышенностями местности, так как прибор просто не сможет принять сигнал от спутника. Даже в пасмурную погоду, а тем более в дождь, амплитуда импульсов заметно затухает.

Фото: europrokat.by

Главные критерии выбора

Наиболее значимыми для комфортного пользования такими изделиями можно выделить два основных критерия:

Размер экрана;
Навигационное программное обеспечение.

Дисплей

Водителю при управлении транспортным средством смотреть на экран приходится кратковременно, поэтому очень важно иметь изображение оптимальное по качеству и размеру, чтобы за минимальное время ухватить нужную информацию. Но стоит отметить, что именно от дисплея зависят габариты и вес прибора, правда для установки его в авто это не играет особой роли, главное требование - удобство пользования. Габариты устройства необходимо учесть при выборе места установки его на торпедо или лобовом стекле. Для автомобиля практичными будут модели с экраном более 5-ти дюймов. Как вариант универсального использования прибора (в авто и при пеших прогулках) подойдут и модели с дисплеем 4 - 5 дюймов.

Программное обеспечение

Навигационное программное обеспечение (ПО) является полноценной операционной системой. Именно от него зависит, с какими картами предстоит работать, степень их информативности, а также детализации объектов отображения (отели, заправочные станции, достопримечательности, пробки на дорогах и пр.). Кроме того, ПО отвечает за:

Расчет фактической скорости движения;
Определение времени прибытия к месту назначения;
Обеспечение голосовой поддержки перемещения автомобиля по маршруту.

Разные типы программного обеспечения имеют свои особенности и по-разному представляют детализацию карты одного и того же города. На одних могут прорисовываться только улицы без строений, на других указываться номера домов для организации адресной навигации, а третьи в дополнение показывают заторы на дорогах.

Каждый навигатор поставляется с уже установленным комплектом карт. По этой причине желательно ориентироваться в их характеристиках, чтобы получить все необходимые данные в удобном виде. Главное, чтобы они содержали нужные города и местность. В противном случае прибор превратиться в обычную игрушку. Почти все модели позволяют докупить и установить дополнительный комплект карт.

Наиболее распространенные типы навигационного программного обеспечения:

Автоспутник - российский софт, работающий с картами, имеющими усовершенствованную детализацию. Регулярно обновляется базаPOI (по магазинам, театрам, банкам, кафе, АЗС и пр.), а такжеSpeedcam (радары, посты ДПС, лежачие полицейские, ЖД переезды и т.д.). Реальная адресная привязка с контурами зданий. Поддерживает бесплатный сервис Яндекс.

Навител - тоже российское навигационное ПО, карты которого показывают названия улиц, номера зданий, обозначения станций метро и много другой полезной информации. Включает все страны Европы, Средней Азии, Закавказья и прочие. Россия представлена общей обзорной картой (в последней версии обзорная карта Земли) и по Федеральным округам. Очень точно прорисован весь СНГ. Полная дорожная сеть страны со всеми городами и населенными пунктами. Расширенная база POI и поддержка сервиса «Пробки». Устанавливается на многих моделях навигаторов. Отличительная особенность - инновационная технология трехмерного формата.

iGo8 - до недавнего времени была одной из самых популярных в нашей стране навигационной программой. Главная особенность - трехмерные здания с реалистичной текстурой. Но, в основном, это касается территории Европы, а для России программа не адаптирована. Не поддерживает сервис «пробки». Карты в основном только для крупных городов.

Для популярных в нашей стране навигаторов Garmin предлагается одноименное программное обеспечение с набором карт, которые пригодятся не только водителям, но и рыбакам, охотникам и просто путешественникам. Детальные топокарты дорог и всех достопримечательностей России. Отличный адресный поиск. Преимущество софта заключается в хорошей детализации дорог многих стран.

Фото: www.lexand.ru

Чем еще полезен навигатор?

Поскольку прибор представляет собой электронное устройство (почти планшетный компьютер), за работу которого отвечает процессор и программное обеспечение, а информация выводится в удобной для пользователя форме, то он может выполнять и другие задачи, кроме навигации. Наиболее полезными и востребованными являются функции:

Воспроизведение видео и аудио файлов практически всех наиболее распространенных медиаформатов. Очень удобно коротать время в пробках. Медиа файлы считываются с карт памяти, но многие современные модели уже имеют USB-разъемы.
Трансляция звукового сопровождения через встроенный FM-трансмиттер на установленную штатную магнитолу, а значит на автомобильную акустику.
Подключение камеры заднего вида и вывод изображения на экран. Очень полезная функция для парковки, если автомобиль не оснащен парктроником. Камера входит в комплект далеко не всех моделей, но ее можно приобрести отдельно. Главное, чтобы был стандартный видеовход.
Громкая связи для соединения по беспроводному протоколу Bluetooth с мобильным телефоном (смартфоном) . В данном случае навигатор заменяет комплект «свободные руки».

При выборе устройства необходимо обратить внимание на удобство пользовательского интерфейса, а именно достаточные ли размеры пиктограмм и оптимальность прокладки маршрутов. При этом рекомендуется, чтобы была возможность выбора режимов: самый короткий, наиболее оптимальный, с учетом пробок и другие. При изменении предложенного навигатором маршрута, он должен оперативно перестраивать и предлагать уточненные направления движения. Обязательно необходимо удобное масштабирование и функция автоповорота карты.

Подклассы автомобильных устройств

Модели для авто, отличающиеся большими дисплеями, классифицируются на съемные и встраиваемые (инсталлируемые) навигаторы. Первые изготовлены в виде планшетного устройства. Закрепляются на специальной подставке с присоской. Они легко снимаются, поэтому в любой момент можно забрать их домой или установить в другую машину. Подключаются такие изделия к стандартному прикуривателю. Имеют встроенные аккумуляторы, так что могут некоторое время работать и автономно. Пользуются популярностью среди автолюбителей следующие модели: Navitel A731 ,Garmin Nuvi52LM ,Explay Patriot , Lexand STR-7100 HDR и др.

Инсталлируемые навигаторы изготавливаются в виде магнитолы с функцией GPS. Монтируются на штатное место центральной консоли и выпускаются конкретно под каждую модель автомобиля. Питание осуществляется от бортовой сети. Устанавливать и подключать такие устройства должны специалисты.

Фото: h-a.d-cd.net

Вывод

Оперативность и удобство работы навигатора зависит от полноценности аппаратно-программного комплекса. Какой бы продвинутой не была платформа прибора, но без ПО с удобным интерфейсом он будет неэффективным в использовании. И наоборот, самые обновленные карты при использовании платформы с устаревшим чипом будут беспокоить пользователей задержками и частым пропаданием сигнала.

Поэтому покупать навигаторы необходимо только проверенных брендов в зависимости от финансовых возможностей, но желательно среднего ценового диапазона. В таких приборах используются современные GPS-модули, быстродействующие процессоры и предусмотрено достаточное количество памяти. В комплекте с ПО будет обеспечена комфортная навигация.

Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт.

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?

Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).

Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.

GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.

Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.

Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.

Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.

Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.

На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.

Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.

Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.

Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.

Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.

Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.

Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.

Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.

Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.

Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS -приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .

Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.

Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования.

Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приему сигналов GPS .

Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, но и своим собственным глазам.

Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Прецеденты уже были.

У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.

Современные разработки существенно облегчают жизнь автомобилистов. Работа одного небольшого прибора поможет сориентироваться на незнакомой местности, проложить оптимальный маршрут движения, рассчитать время в пути и миновать возникающие по дороге пробки. Речь идёт об автомобильном навигаторе . А ведь помимо основных функций в этом устройстве собран целый ряд дополнительных. Его можно использовать в качестве аудио- и видеоплеера, система Bluetooth объединит телефон и навигатор в систему громкой связи. Он оповестит о приближении АЗС, поста ГИБДД, камеры видеонаблюдения или других объектов.

Как работает автомобильный навигатор?

Автомобильный навигатор представляет собой устройство, состоящее из монитора, аккумуляторной батареи и печатной платы, объединяющей процессор, антенну, оперативную память. Принцип работы автомобильных навигаторов основан на обмене радиосигналами между приёмником и космическим спутником.

Основой всех подобных приборов служит система NAVSTAR GPS. Разработанная для нужд Министерства обороны США, впоследствии она была оборудована дополнительной частотой излучения сигнала для использования в гражданских целях. Систему GPS образуют двадцать четыре спутника плюс четыре наземные станции, контролирующие состояние спутников и корректирующие установленные в них часы.

Спутники расположены на своих орбитах таким образом, чтобы любой находящийся на поверхности Земли GPS-приёмник мог одновременно принимать сигналы минимум от четырёх из них. Такое условие необходимо для наиболее точного определения его положения в трёхмерной системе координат.

Непрерывный сигнал со спутников, содержащий информацию о параметрах их орбит, работе бортового оборудования и точном времени, посредством антенны попадает на процессор навигатора, совмещённый с дисководом и DVD с картой местности. Учитывая скорость прохождения сигнала между приёмником и каждым из спутников, процессор рассчитывает расстояние до них, определяет точные координаты автомобиля и переносит их на карту. Так же определяются координаты любой заданной точки для прокладывания к ней подходящего маршрута.

В 2011 году появились автомобильные приборы, работа которых помимо системы GPS опирается ещё и на российскую систему ГЛОНАСС. Точность таких моделей несколько выше.

Основные характеристики автомобильного навигатора

Объём памяти. Если модель не рассчитана на работу с дополнительной картой памяти, очень важен размер встроенной памяти, так как в неё записываются карты и программа навигации. Размер «оперативки» в различных моделях колеблется от 32 до 512 Мб.
Дисплей одна из важнейших характеристик. Качество получаемого изображения зависит от размера монитора и его разрешения. Диагональ современных приборов колеблется в диапазоне от 3,5 до 7 дюймов, наибольшее разрешение достигает 800х480 пикселей. Желательно наличие антибликового покрытия экрана.
Частота процессора. От неё зависит быстродействие всей системы. Недостаточная частота (менее 500 МГц) плохо отражается на работе с картами, имеющими повышенную детализацию.
Число каналов. Эта характеристика соответствует количеству спутников, с которым автомобильный навигатор может обмениваться информацией одновременно. Чем выше эта цифра, тем точнее показания прибора.
Чипсет. Выбор производителя данного компонента влияет на скорость и точность, с которыми работает автомобильный навигатор, его энергопотребление и экономичность.
Внешний вид. Сюда можно отнести способ крепления, возможность подключения внешней антенны и удобство подключения шнура питания к гнезду прикуривателя.

Помимо этого, при покупке автомобильного навигатора следует обращать внимание на технические характеристики, навигационную программу, ёмкость аккумулятора, ну и, конечно, его стоимость.

Прежде всего, необходимо уяснить принцип работы GPS-навигатора . Приемник, встроенный в навигатор, принимает сигнал со спутника. После чего сигнал дешифруется устройством и определяется место нахождения объекта. Стоит отметить, что устройство работает практически везде, даже в массивных зданиях и пещерах.

Итак, как начать работу с навигатором. Естественно, для этого потребуется инструкция. Возьмите устройство в руки таким образом, чтобы его антенна была направлена вверх. Сегодня существуют модели, антенна которых может вращаться в любую сторону, независимо от того как лежит устройство в руке. В этом случае можно просто повернуть антенну.

Перед тем, как начать использование, не забудьте включить навигатор. На экране устройства должно появиться окно поиска спутников. Спустя некоторое время GPS-навигатор получит информацию, которая обязательно отразится на экране. Обычно такая настройка длится от одной до трех минут. Устройство определяет положение быстрее, если вы находитесь на открытом участке.

После того как навигатор готов к работе, и все данные получены, можно приступить к изучению функций. Намного удобнее изучать устройство, сверяя с инструкцией расположение элементов управления . Некоторые кнопки могут выполнять несколько функций. Конечно, вам нужно запомнить основные. Естественно, со временем вы все запомните, и инструкция при работе с навигатором уже не понадобится.

В экранном меню можно настроить вид отображаемых данных. Конечно, определенные настройки зависят от модели устройства. Конкретнее все настройки описываются в инструкции . Очень важно правильно настроить часовой пояс, задать единицы измерения расстояния, выбрать систему координат.

По мере прохождения маршрута следует периодически сверять получаемые данные, которые отображаются на дисплее. Обычно на экране устройства отображается траектория пройденного пути, координаты нахождения устройства, положение прибора и пр.

Чтобы сохранить необходимые координаты точки, нужно нажать и удержать несколько секунд соответствующую кнопку. GPS-навигатор по умолчанию сохраняет в своей памяти весь путь. Поэтому можно включить режим, позволяющий отразить обратный путь. Работа с навигатором напоминает работу с переносным карманным компьютером.