Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS

GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.

Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

• Мобильная связь;
• Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
• Определение сейсмической активности;
• Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
• Геодезия – определение точных границ земельных участков;
• Картография;
• Навигация;
• Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Навигация без GPS

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

• Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
• Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
• Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
• Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Описание GPS

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

• Погрешность в вычислении орбит;
• Ошибки, связанные с приемником;
• Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
• Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
• Геометрия расположения спутников.

Основные характеристики

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.

Характеристики навигационных систем GPS :

• Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
• Количество орбитальных плоскостей – 6;
• Высота орбиты – 20000 км;
• Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
• Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
• Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

• Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
• Тип антенны;
• Наличие картографической поддержки;
• Тип дисплея;
• Дополнительные функции;
• Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.

Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.

Чтобы начать свою работу, навигатор должен:

• Найти спутник и установить с ним связь;
• Получить альманах и сохранить его в памяти;
• Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
• Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
• Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом .

Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.

Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.

Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.

Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.

Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

Благодаря совершенствованию спутниковой системы позиционирования NAVSTAR GPS, в последние годы произошло значительное расширение сфер применения встраиваемых GPS-модулей. В статье представлен краткий обзор последних разработок компании Leadtek Research Inc. на базе новых GPS-чипов SiRF. Проведено сравнение с другими встраиваемыми GPS-модулями, представленными на рынке.

Встраиваемые GPS-модули

Сегодня уже никому не нужно объяснять, что такое GPS. Потрясающие возможности этой системы давно известны туристам, рыболовам и автомобилистам - тем, кто предпочитает отдыхать вдали от дома, суеты шумного города, душной квартиры и прочих «благ» цивилизации.

Однако наиболее быстрыми темпами в последние годы развивается рынок именно встраиваемых GPS-модулей. Такие модули представляют собой полностью готовый к использованию и не требующий дополнительных внешних элементов малогабаритный GPS-приемник и используются производителями конечных устройств. Основными потребителями встраиваемых GPS-модулей по-прежнему остаются производители систем мониторинга и охраны наземных подвижных объектов, в число которых входят охранные автомобильные системы, системы мониторинга и управления муниципальным и ведомственным транспортом, а также системы мониторинга и диспетчеризации грузоперевозок. Новыми перспективными направлениями использования встраиваемых GPS-модулей являются персональный мониторинг и системы скрытого слежения. До недавнего времени вопрос использования GPS в носимых устройствах оставался открытым. Причин тому несколько: во-первых, необходима более высокая чувствительность для приема GPS-сигналов внутри помещений и транспортных средств, во-вторых, потребляемая мощность должна быть достаточно мала, чтобы обеспечить продолжительное время работы устройства от аккумулятора, в-третьих, требуется более широкая, по сравнению с традиционной планарной GPS-антенной, диаграмма направленности. Последняя проблема, в принципе, решена, так как уже достаточно давно существуют цилиндрические антенны, диаграмма направленности которых близка к диаграмме направленности изотропного излучателя. Применение новых решений крупнейших мировых производителей GPS-чипов сегодня позволяет решить как проблему высокой чувствительности, так и низкого энергопотребления. Системы персонального мониторинга и скрытого слежения уже нашли применение в структурах вневедомственной охраны. Заказчиками таких систем выступают также МВД и МЧС.

Новые GPS-модули Leadtek

Сегодня на российском рынке представлено несколько десятков встраиваемых GPS-модулей различных производителей, и потребителям - производителям конечных устройств - остается только выбирать тот приемник, который будет наиболее подходящим по чувствительности, цене, конструктиву и т. д. Задача данной статьи - познакомить читателя с линейкой новых GPS-модулей компании Leadtek, созданных на основе микросхем SiRF. Также в статье представлен сравнительный анализ модулей Leadtek и других широко известных российским разработчикам OEM GPS-приемников.

В основе любого GPS-приемника лежит набор микросхем, обеспечивающий прием и обработку сигналов от спутников, - так называемый GPS-чип. Безусловным лидером рынка, занимающим первое место в мире по продажам GPS-чипов, является компания SiRF Technology: 70% GPS-чипов, продаваемых в мире, произведены SiRF. Компания существует уже более 10 лет и к настоящему времени обладает передовыми разработками в области GPS, а ее GPS-чип SiRF Star III де-факто стал передовым по чувствительности решением, с которым в англоязыч-ном Интернете сравниваются модули других производителей. Компания SiRF достаточно быстро отказалась от производства собственных модулей, сосредоточив свое внимание на разработке микросхем и внутреннего программного обеспечения для GPS. Производством приемников на основе микросхем SiRF занимается мно-жество компаний по всему миру, большинство из которых находится в Азии. Компанию Leadtek с SiRF связывают тесные партнерские отношения (value-added manufacturer contract), о чем свидетельствует соответствующая информация, представленная на сайте SiRF.

Leadtek Research Inc. - крупнейшая исследовательская и производственная компания в Азиатско-Тихоокеанском регионе с головным офисом в Тайбее (Тайвань). Компания основана в 1986 г. и сейчас занимается разработкой широкого спектра IT-устройств: мультимедийных устройств, материнских плат, оборудования для видеоконференцсвязи, GPS-навигации и беспроводной связи. Наряду с этим, Leadtek является крупнейшим азиатским производителем GPS-приемников. Одним из передовых направлений деятельности компании стало в последние годы производство именно встраиваемых GPS-модулей. И это, прежде всего, высокочувствительные модули на основе архитектуры SiRF Star III.

Как известно, чувствительность GPS-приемника определяется, кроме всего прочего, и особенностями обработки и анализа сигналов, принимаемых от спутников. Основным параметром принятого сигнала является его дальномерная задержка, которая может быть вычислена при помощи набора корреляторов. Чтобы достигнуть высокой чувствительности, GPS-приемник должен параллельно анализировать достаточное количество задержек сигнала. Наличие большого количества корреляторов значительно повышает производительность приемника, что приводит к улучшению чувствительности и уменьшению времени первого определения местоположения (Time To First Fix, TTFF) по сравнению с обычными приемниками. В GPS-модулях на основе SiRF Star III, общее количество параллельных корреляторов составляет 200 000, что позволяет модулям достигать чувствительности –159 дБм. В условиях хорошего приема сигнала это значит, что захват сигнала происходит практически мгновенно. При слабых сигналах интеграция сигнала может занять несколько секунд. Так, например, модули ближайшего конкурента SiRF - швейцарской фирмы u-blox, в основе которых лежит их последняя разработка ANTARIS 4, содержат всего 8 192 коррелятора. Все вышесказанное особенно важно применительно к устройствам персонального мониторинга, где наряду с высокой чувствительностью необходимо обеспечить малое время TTFF. В этом году компания Leadtek представила миниатюрный высокочувствительный GPS-модуль на чипсете SiRF Star III - GPS9101, его размер составляет 15,0 × 14,0 × 2,8 мм. Наличие встроенного малошумящего усилителя и полосового фильтра позволяет приемнику показывать отличные характеристики при работе с пассивной антенной. Благодаря миниатюрным размерам, высокой чувствительности и малому времени определения местоположения, Leadtek GPS9101 идеально подходит для использования в устройствах персонального мониторинга. Энергопотребление модуля, составляющее 70 мА, может быть уменьшено в 3 раза при использовании режима энергосбережения Adaptive Trikle Power. В мобильных устройствах, где постоянное слежение не так важно, может быть применен режим Push-to-Fix, при котором потребление модуля составляет сотни микроампер. При этом местоположение определяется через равные промежутки времени, устанавливаемые таким образом, чтобы обеспечить заданное энергопотребление.

Еще один модуль на чипсете SiRF Star III, разработанный для широкого спектра применений, - Leadtek GPS9548S. Этот 20-канальный GPS-приемник также отличается высокой чувствительностью и малым временем «холодного» старта. Одним из возможных применений приемника могут быть охранные системы мониторинга автотранспорта и грузов, для которых особенно важна высокая чувствительность и надежность GPS-приемника. Последним в линейке новых GPS-модулей Leadtek появился приемник GPS9805ST, созданный для широкого спектра устройств, в которых наряду с высокой чувствительностью требуется обеспечить максимально низкое энергопотребление. Модуль выполнен на чипсете SiRF Star II GSC2x и содержит высокочувствительное встроенное программное обеспечение SiRF Xtrack, благодаря чему его трэкинговая чувствительность составляет –154 дБм. Преимуществом приемника является низкое энергопотребление (32 мА) и миниатюрный размер, что немаловажно при разработке мобильных устройств. К числу достоинств приемников Leadtek следует также отнести большой набор поддерживаемых функций. Приемник обладает двумя последовательными портами, поддержкой спутниковых систем дифференциального сервиса WAAS и EGNOS. Модули Leadtek GPS9548S и GPS9805ST повыводно совместимы и взаимозаменяемы.

Сравнение модулей Leadtek с другими распространенными GPS-приемниками

Микросхемы от SiRF лежат также и в основе GPS-модулей, которые выпускаются под торговой маркой Orcam. Многим российским разработчикам хорошо известны модули GPS20 и GPS21 от Orcam. В этом году им на смену пришли приемники GPS25 и GPS26, в основе которых лежит новый чип SiRF Star II GSC2x. GPS25 и GPS26 - повыводные и функциональные аналоги GPS20 и GPS21, отвечающие требованиям RoHS. Приемник GPS26, в отличие от GPS25, содержит встроенный малошумящий усилитель (Low Noise Amplifi er - LNA), что позволяет ему работать с пассивной антенной. Кроме того, и GPS25, и GPS26 выпускаются с двумя различными версиями встроенного ПО. Применение высокочувствительной прошивки SiRF Xtrack за счет изменения алгоритма обработки и анализа сигналов позволяет модулям Orcam осуществлять прием сигналов, приближающихся к уровню –154 дБм. Новые модули Orcam отличает крайне малое энергопотребление (25…40 мА, в зависимости от версии), что зачастую является определяющим фактором при разработке устройств с автономным питанием. Следует отметить, что потребление может быть еще снижено в 2-3 раза при применении специальных адаптивных режимов Adaptive Trickle Power и Advanced Power Management. К достоинствам приемников Orcam следует также отнести и широкий диапазон питающих напряжений, что гарантирует универсальность применения модуля.

Другим производителем GPS-модулей, который хорошо известен разработчикам, является швейцарская фирма u-blox AG, выпускающая модули на базе технологии ANTARIS 4. Это базовая технология обработки навигационных сигналов в современных моделях приемников компании u-blox, разработанная в сотрудничестве с Atmel. Она обеспечивает неплохую чувствительность, низкое энергопотребление и малое время первого определения позиции при условии хорошего уровня сигнала. Модули u-Blox выпускаются в двух конструктивных исполнениях - TIM-xx и LEA-xx. Основным отличием приемников серий TIM и LEA является меньший размер модулей серии LEA и наличие в них интерфейса USB 1.1. Модули обеих серий являются 16-канальными GPS-приемниками. Приемники серии TIM повыводно совместимы с модулями Orcam, но модули Orcam на 2,5 мм меньше по ширине. Следует также отметить, что решения на базе технологии SiRF зачастую оказываются дешевле аналогичных решений от u-blox, поскольку производством приемников на чипах компании SiRF занимается огромное количество ее партнеров по всему миру.

Являясь одним из пионеров в области GPS, компания Trimble не останавливается на разработке встраиваемых GPS-модулей и акцентирует свое внимание на производстве завершенных решений для конечного потребителя. Разработанный Trimble чипсет и архитектура под названием First GPS положены в основу нескольких модулей. Для нашего обзора наиболее интересен модуль Lassens iQ, являющийся одной из последних разработок компании. Говоря об этом приемнике, нельзя не отметить его низкое энергопотребление, сравнимое с потреблением Orcam25S. К сожалению, это, пожалуй, единственное преимущество модулей Lassens. Чувствительность Lassens iQ уступает чувствительности других модулей, что вызвано довольно старой архитектурой приемника, которая фактически не позволяет создавать решения, аналогичные созданным на чипсетах SiRF и ANTARIS. Также стоит отметить, что фактическая цена приемника, в отличие от всех других представленных в обзоре модулей, увеличивается на стоимость ответного разъема и кабельной сборки, необходимой для подключения антенны.

В 2003 г. компания Tyco Electronics представила модуль А1029-А, который является первым представителем в семействе GPS-приемников нового поколения. Приемник построен на основе ARM-микроконтроллера фирмы ST Microelectronics - STA2051, а также миниатюрного GPS-кристалла SE4100L. Результатом такого объединения явился полностью законченный модуль, выполненный в виде компонента для поверхностного монтажа. Помимо поддержания протокола NMEA, приемник (как впрочем, и все другие модули, представленные в обзоре) выдает высокоточный импульс в секунду (1 pps), синхронизированный со Всемирным скоординированным временем (Universal Time Coordinated, UTC). По времени «холодного» старта приемник значительно уступает модулям на чипах SiRF и ANTARIS, но после захвата спутников показывает неплохую чувствительность, хотя, тем не менее, «не дотягивает» до модулей на чипсетах SiRF. К числу достоинств модуля следует также отнести поддержку DGPS (дифференциального режима, существенно улучшающего точность приема) и SBAS - спутниковых подсистем дифференциального сервиса. Габаритные размеры и энергопотребление модуля А1029-А превышают аналогичные параметры остальных приемников, представленных в обзоре, что существенно ограничивает его применение в мобильных устройствах.

Заключение

Опыт, накопленный компанией SiRF Technology за годы ее существования, позволяет ей занимать лидирующие позиции в области разработки и производства GPS-чипов. Leadtek, как крупнейший азиатский партнер SiRF, постоянно обновляет свою линейку GPS-модулей в соответствии с последними разработками SiRF. По базовым характеристикам, таким как чув-ствительность, время определения первой позиции, габаритные размеры, энергопотребление, продукция Leadtek опережает продукцию большинства конкурентов. GPS-приемники Leadtek выполнены в виде SMD-компонентов и пригодны не только для автоматической, но и для ручной пайки, что делает возможным их применение в мелкосерийном производстве. Простота интеграции модуля позволяет существенно снизить стоимость и уменьшить время, необходимое для создания конечного устройства. Преимущества GPS-приемников Leadtek делают их привлекательными как для крупных производителей, так и для небольших компаний, использующих современные технологии в своих разработках. В настоящее время можно с уверенностью утверждать, что решения Leadtek на чипсетах SiRF Star III (модули GPS9101 и GPS9548S) являются передовыми, и аналоги на чипсетах других производителей значительно уступают им по чувствительности и времени первого определения позиции (TTFF).

Таблица. Сравнительные характеристики модулей

Литература

1. Алексеев В., Лексин А. Навигация без границ // Connect!. 2005. № 2.
2. www.leadtek.com.tw/eng/gps
3. www.sirf.com
4. www.u-blox.com
5. www.tycoelectronics.com
6. www.trimble.com

Модуль GPS - это радиоприемное устройство, которое предназначено для определения месторасположения приемной антенны в текущий момент времени на основе данных временных задержек прихода радиосигналов.

Многие люди часто путают такие понятия, как GPS и GPRS. Технология GPRS предназначена для доступа к мобильному интернету, технология System) означает спутниковую навигационную систему. Приемный модуль GPS ничего не передает, он только получает данные со спутников и определяет свое местонахождение благодаря решению математической задачи. Для того чтобы устройство смогло определить свое месторасположение (координаты), требуется, чтобы прибор увидел не менее чем четыре спутника. Координаты будут тем точнее, чем больше спутников увидит модуль GPS. Чувствительность приемника и скорость работы определяются используемой в устройстве микросхемой. Под скоростью понимают, как быстро прибор способен определить координаты. Под чувствительностью имеют в виду способность приемника определять максимальное количество спутников.

GPS-навигаторы можно условно разделить на два типа: профессиональные, которые обладают высокой точностью определения координат, и бытовые. Первые нашли применение в военной сфере, в геодезии, картографии, ну а бытовые можно встретить практически в любой области современной жизни. Профессиональные устройства отличаются высоким качеством изготовления не только компонентов, но и антенн, программным обеспечением, рабочими частотами, увеличенным запасом энергии, и самое главное - ценой.

Для чего нужен модуль GPS? В первую очередь эти устройства могут пригодиться автомобилистам. Ведь даже в своем родном городе не всегда знаешь, как можно проехать в то или иное место. GPS-устройства помогают не только добраться до заданной улицы, но и точно определить необходимый номер дома. Также эти приборы могут прокладывать оптимальный маршрут до указанного адреса, избегая пробок и дорог со встречным односторонним движением, а также закрытых на ремонт улиц и аварийных участков. Незаменим GPS-навигатор и для путешествий по незнакомым местам. Он поможет быстро добраться до любого указанного вами города и любого адреса.

Однако не стоит думать, что эти устройства нужны только автомобилистам. Он может быть незаменим и для пешеходов, особенно туристов. Так, модуль GPS для планшета или мобильного телефона способен помочь путешественнику сориентироваться в чужом городе, найти любые достопримечательности, магазины, рынки и тому подобное, а самое главное - поможет вернуться обратно в отель. И вам не придется, не зная языка, приставать к прохожим, чтобы они указали вам правильный путь.

Многие любители активного отдыха, такие как охотники, грибники, рыболовы, часто используют GPS-навигаторы: они помогают выбраться из любой трущобы и снова вернуться к цивилизации.

Также подобное устройство помогает находить украденную технику. Например, может помочь определить местоположение вашего прибора, что значительно помогает в розыске украденных вещей.

GPS-навигатор – самая полезная вещь для людей, которые часто бывают в новых для себя местах или путешествуют на автомобилях. Ориентация в пространстве через спутник – невероятно удобная возможность. Раньше ей обладали только специальные устройства, сейчас многие планшеты могут похвастаться такой функцией. Гаджеты имеют множество преимуществ по сравнению с классическими навигаторами, поэтому приобрести «таблет» куда логичнее. Подобрать самое подходящее устройство поможет наш традиционный рейтинг лучших планшетов с GPS-навигатором, которые точно не позволят заблудиться в неизвестном районе.

Samsung Galaxy Tab A 10.1 SM-T580

Самый популярный на сегодня планшет с 10-дюймовой диагональю может похвастаться сочным и насыщенным Full HD-разрешением и хорошей отзывчивостью сенсора. GPS-навигатор работает очень шустро, показывая малейшие перемещения, и к тому же поддерживает ГЛОНАСС. Выделяется качественный и удобный планшет от Samsung шустрой работой процессора на 8 ядер частотой 1600 МГц, а также прекрасной тыловой камерой на 8 Мп. Со включенным GPS время работы девайса может достигать 13-15 часов, поскольку работает он от Wi-Fi, который гораздо экономичнее передачи данных по мобильным сетям.

Достоинства:

• емкий аккумулятор - 7300 мАч
• хороший объем оперативки - 2 Гб
• неплохая фронталка – 2 Мп
• поддержка многих видео- и аудиоформатов
• качественная сборка

Недостатки:

• все динамики – только с одной стороны
• отсутствует поддержка 3G и LTE

Huawei Mediapad T2 7.0 Pro

Если вы хотите выбрать планшет с GPS-навигатором и ГЛОНАСС-модулем с небольшим экраном, но с огромным количеством дополнительных функций, стоит обратить внимание на новинку от Huawei. Предложенная модель обзавелась 7-дюймовым дисплеем с картинкой формата 1920х1200, слотами для двух сим-карт и прекрасной фронталкой на 5 Мп. Достойна внимания и тыловая оптика с матрицей 13 Мп, которая точно понадобится в путешествии. Для ценника в 15000 рублей такой набор функций просто прекрасен. Любителям качественной стильной электроники обязательно стоит посмотреть официальный видеообзор планшета.

Достоинства:

• 8-ядерный чип с частотой 1500 МГц
• оперативка на 2 Гб
• аккумулятор на 4360 мАч
• сканер отпечатка
• быстрое подключение к спутникам
• хорошее звучание

Недостатки:

• небольшие проблемы с настройкой подсветки
• неудобное расположение сканера отпечатков

Lenovo Tab 3 TB3-850M

Следующим в рейтинге рассмотрим хороший китайский планшет с GPS от Lenovo. Модель с 8 дюймами диагонали и HD-дисплеем позволяет наслаждаться отзывчивым сенсором и быстрой работой системы, которая прекрасно взаимодействует с навигаторами от Google и Yandex. Две сим-карты – отличная возможность использовать недорогой планшет даже за пределами своего региона или страны.

Достоинства:

• отлично ловит сигнал
• работа в режиме мобильника
• добротная батарея на 4290 мАч
• процессор на 4 ядра и частотой 1000 МГц

Недостатки:

• верхняя часть сильно нагревается иногда
• слабые камеры

ASUS ZenPad 8.0 Z380M

Если на новый гаджет вы выделили всего 10000 рублей, вопрос о том, какой купить планшет с GPS-навигатором, должен быть однозначным – ASUS ZenPad 8.0. Шустрый 4-ядерный чип частотой 1200 МГц, HD-дисплей с диагональю 8″, камеры на 5 и 2 Мп – шикарный набор параметров бюджетного девайса. Подтверждает прекрасное соотношение цены и качества хорошая работа планшета подключением к сети от прикуривателя: такой способ позволяет заряжать 15,2-ваттную батарею за пару часов.

Достоинства:

• аккумулятора хватает на 8-10 часов
• удобно лежит в руках благодаря эргономичным изогнутым краям
• шустрая работа GPS-навигатора
• отличный внешний вид
• планшет с хорошим экраном

Недостатки:

• мало оперативки – всего 1 Гб
• слабый Wi-Fi-модуль
• отсутствие вспышки на основной камере

Prestigio MultiPad PMT3118С

Продолжил наш ТОП качественный бюджетный планшет с модулем GPS от Prestigio, возможно, не сильно известен в широких кругах, однако это не снижает его привлекательности. Сочетание одновременной работы с 2 сим-картами, металлического корпуса и HD-дисплея на 8-дюймов – предложение, от которого не стоит отказываться. Планшет можно купить довольно-таки недорого, цена не превысит 5000 рублей.

Достоинства:

• батарея на 4000 мА/ч
• 4-ядерный процессор на 1200 МГц
• дисплей с неплохими углами обзора и хорошей яркостью
• сочетание цены и функционала
• небольшой вес и компактные габариты

Недостатки:

• слабые камеры
• тихий динамик

Irbis TZ745

Полистав несколько форумов и просмотрев множество отзывов водителей об этом планшете, можно подумать, что его используют только таксисты. Конечно, в данной профессии гаджет за 3000-4000 рублей – идеальный вариант недорогого GPS-навигатора, но популярен бюджетник компании Irbis еще и среди рядовых покупателей. Недорогой, удобный в использовании, не тормозит, работает с двумя сим-картами, карты подгружаются быстро… Что еще нужно водителю для счастья? Конечно, игрушки планшет будет тянуть плохо, потому что по характеристикам для них он откровенно слаб, но предназначен девайс вовсе не для развлечений.

Достоинства:

• есть поддержка A-GPS
• процессор Spreadtrum SC7731G на 1,3 Ghz
• дисплей с неплохими разрешение
• сочетание цены и качества
• хорошее качество работы навигации

Недостатки:

• отсутствует датчик освещенности
• малый объем ОЗУ
• не установлена световая индикация

Prestigio MultiPad PMT3147

Еще один дешёвый планшет с GPS-навигатором от упомянутой выше китайской компании чуть более функционален по сравнению с предшественником. Фронтальная камера получила матрицу 3,2 Мп, тыловая – 5 Мп. Процессор на 4 ядра работает с повышенной до 1300 МГц частотой, что позволяет даже играть в некоторые игры. Две сим-карты – отличный вариант для любого водителя, поэтому в актив наличие двух слотов определенно стоит внести.

Достоинства:

• 7-дюймовый экран, картинка формата 1024х600
• батарея, несмотря на небольшой объем 2800 мАч, хорошо держит заряд
• неплохая оптимизация
• свежая версия ОС Андроид 6.0
• быстрая работа 3G интернета

Недостатки:

• отсутствие вспышки на камерах
• углы обзора экрана

Какой купить планшет с GPS-навигатором?

Хороший планшет, оптимизированный под поддержку GPS, - лучший попутчик любого путешественника. Покупать простой навигатор сегодня не имеет смысла, поскольку большая часть «таблетов» способна с помощью карт и интернета точно проложить маршрут и подсказать дорогу до места назначения. Кроме того, девайсы предлагают также множество дополнительных функций, которые определенно будут полезны в дороге. Найти идеальную модель поможет отобранный нашими экспертами ТОП-7 лучших планшетов с GPS-навигатором, получивших от покупателей самые лучшие отзывы.

Система глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) изначально была запланирована для пользования вооруженными силами США. В дальнейшем стала первой системой спутниковой навигации, применяемой для гражданских целей, и используется в настоящее время для навигации по всему миру.

Принцип работы GPS базируется на использовании группировки из 30 спутников, которая кроме 27 действующих включает еще на случай поломки одного из основных 3 запасных спутника. Рабочая орбита спутников равна примерно 19 000 км, за сутки каждый спутник делает два оборота вокруг Земли. Комплект спутников сконфигурирован таким образом, что обеспечивает круглосуточный прием сигнала из любой точки Земли, как минимум, четырьмя спутниками, то есть тем минимумом, который требуется для определения точного местоположения. GPS-приемник рассчитывает свое местоположение по отношению к видимым спутникам. Чем больше будет количество доступных спутников в зоне и чем сильнее будет уровень сигнала от них, тем точнее будут результаты определения координат.

GPS-приемник по задержке передачи сигнала определяет расстояние до каждого спутника. Далее, имея пространственные координаты 3 точек и 3 расстояния до искомой точки, легко находится место нахождения приемника на плоскости. Поскольку система работает в пространстве, а не на плоскости, требуется наличие четвертого спутника, который позволяет однозначно определить координаты точки в трехмерном пространстве. По сравнению с решением теоретической геометрической задачи, практическое определение отличается наличием погрешностей определения расстояния до спутников, что приводит к тому, что результатом определения может стать не точка, а область определенного радиуса. Однако, увеличение количества видимых спутников приведет к уменьшению этого радиуса и, следовательно, точность определения местоположения возрастет. На практике, система GPS в гражданском исполнении обеспечивает точность с радиусом 30 метров, а военные приемники – до 3 метров. Количество видимых спутников зависит от конкретной модели приемника. Кроме того, для качественной работы системы GPS необходима взаимная точная синхронизация спутника и GPS-приемника, чтобы точно рассчитать задержку от заранее определенного времени посылки сигнала со спутника.

Навигация GPS в наше время нашла самое широкое применение. В частности, в навигаторах, где она объединена и привязана к электронным картам. Такая технология позволяет не только определять координаты местонахождения абонента, но и планировать маршрут передвижения в соответствии со способом перемещения и другими исходными требованиями. Многие модели мобильных телефонов оснащаются GPS-навигаторами. Сочетание мобильной связи с системой глобального позиционирования GPS привело к созданию новой вспомогательной технологии – A-GPS (Assisted GPS), которая предполагает использование Интернета для улучшения качества работы базовой системы позиционирования по двум направлениям. Во-первых, GPS-приемник после включения первым делом определяет местоположение спутников. Иногда по причине слабого сигнала процедура может растянуться на несколько минут. При помощи технологии A-GPS информация о месторасположении спутников запрашивается через сеть Интернет в специальных дата центрах. Во-вторых, для вычисления местоположения от большого количества спутников при плохих условиях прохождения сигналов от спутников требуются производительные вычислительные мощности, которые присутствуют далеко не во всех терминалах. Отправка полученных предварительных значений в дата центры и получение готовых координат может существенно ускорить процесс первоначального позиционирования. Кроме этого, доступ к Интернету может использоваться для других целей. Это могут быть, например, синхронизация или получение информации об атмосферном состоянии, что может оказать заметное влияние на расчеты.

В последнее время многие страны проявляют интерес в создании систем глобального позиционирования собственного производства. Примерами могут служить Глонас в России или Галилео в Европе. Такие устремления вызваны желанием получить независимость от Американской системы, так как остается возможность отключения системы по инициативе ее собственника, что может привести к серьезным сбоям в функционировании важных систем внутри государства. В таких ответственных гражданских системах для повышения надежности и точности обычно используются спаренные двойные системы из 2-х и более систем позиционирования.

Недостатки GPS

При эксплуатации системы глобального позиционирования GPS могут возникать следующие проблемы:

• При первом определении координат время зависит от орбитальных данных и от актуальности хранящейся в приемнике истории. Другими словами, чем дольше устройство было отключено, тем больше оно должно получить информации до момента, когда определение позиции станет возможным. Например, если устройство было отключено 2 - 6 часов, то ему понадобится примерно 45 секунд. Если же устройство не работало несколько дней, либо при движении без получения информации более 300 км - до 12,5 минут.
• Существуют сильные ограничения видимости GPS спутников в городских условиях, а в туннелях или закрытых помещениях видимость вообще невозможна.
• Высокое энергопотребление GPS-приемника.

Функции A-GPS

Алгоритмы системы A-GPS требуют канала связи с удаленным сервером, предоставляющего информацию для приемника. Обычно для мобильных устройств таким каналом является сотовая связь. Для осуществления обмена информацией устройство должно располагаться в зоне действия базовой станции оператора мобильной связи и иметь доступ в сеть Интернет.

Существует два режима работы A-GPS:

• Базовый режим On-line, при котором приёмник получает информацию об орбитах спутников через инфраструктуру и вычисляет местоположение по полученным от пользователей данным. Данный режим требует от оператора сотовой связи высокой плотности покрытия.
• Вспомогательный режим Off-line, который ускоряет время холодного и горячего старта приёмника A-GPS, обновляющего альманах, эфемериды и перечень доступных спутников. Причем приём спутниковых сигналов и определение собственного местоположения GPS-приёмник выполняет самостоятельно. Однако некоторые A-GPS приёмники не могут работать в таком режиме.

Преимущества A-GPS

Среди преимуществ A-GPS стоит отметить быстрое получение местоположения сразу после включения и повышенную чувствительность приёма слабых сигналов в проблемных зонах (тоннелях, впадинах, в помещениях, на узких городских улицах, в густом лиственном лесу).

Недостатки A-GPS

A-GPS не может функционировать за пределами действия сотовой сети. Существуют приёмники с модулем A-GPS, объединенным с радиомодулем GSM, которые не могут стартовать при отключенном радиомодуле. Для старта самого модуля A-GPS наличие сети GSM не является обязательным. Модули A-GPS при запуске потребляют небольшой трафик 5-7 кБ, а вот при потере сигнала необходимо выполнение повторной синхронизации, что может увеличить затраты клиента, особенно в роуминге.