Навигационное устройство с информацией, получаемой от камеры

Электронные карты

В некоторых навигационных системах картографическая информация хранится централизованно и передается на автомобиль по радиоканалу, но в большинстве случаев навигационная система предполагает наличие необходимой базы данных на борту автомобиля.

CD-ROM используется для хранения картографической и дорожной информа­ции с целью сравнения конфигураций дорог и пройденного пути, поиска оптима­льного маршрута, вывода карты местности на дисплей.

В матричном формате каждому элементу карты (пикселю) соответствуют свои значения декартовых координат X-Y. Матричные карты требуют много места в памяти компьютера или па носителе информации и неудобны для математических операций при прокладке и слежении за маршрутом.

В векторном формате дороги, улицы представляются последовательностями от­резков прямых, описанных аналитически, пересечения – узлами. Узлы идентифицируют координатами – долготой и широтой. Если дорога (улица) не прямая, в точке излома также помещается узел. Таким образом, дороги (улицы) любой конфигурации аппроксимируются набором векторов и узлов.

Имеющиеся карты или изображения местности, полученные с самолетов и спутников, сканируются. Затем специальное программное обеспечение трансфор­мирует изображение сначала в матричный, а затем в векторный формат.

Электронная карта несет такую информацию, как номера дорог, названия улиц, номера домов между перекрестками, одностороннее или двухстороннее дви­жение на улице, названия отелей, ресторанов и т. д.

Сенсорный переключатель на экране позволяет менять режим вывода изображения, выбирая раздельный или полный экран со стрелочными указателями поворотов, список поворотов или информацию о съездах с автострады.

Определение координат потребителя

Для определения координат потребителя необходимо знать координаты спутников (не менее 4) и дальность от потребителя до каждого видимого спутника. Для того чтобы потребитель мог определить координаты спутников, излучаемые ими навигационные сигналы моделируются сообщениями о параметрах их движения. В аппаратуре потребителя происходит выделение этих сообщений и определение координат спутников на нужный момент времени.

Координаты и составляющие вектора скорости меняются очень быстро, поэтому сообщения о параметрах движения спутников содержат сведения не об их координатах и составляющих вектора скорости, а информацию о параметрах некоторой модели, аппроксимирующей траекторию движения КА на достаточно большом интервале времени (около 30 минут). Параметры аппроксимирующей модели меняются достаточно медленно, и их можно считать постоянными на интервале аппроксимации.

Параметры аппроксимирующей модели входят в состав навигационных сообщений спутников. В системе GPS используется Кеплеровская модель движения с оскулирующими элементами. В этом случае траектория полёта КА разбивается на участки аппроксимации длительностью в один час. В центре каждого участка задаётся узловой момент времени, значение которого сообщается потребителю навигационной информации. Помимо этого, потребителю сообщают параметры модели оскулирующих элементов на узловой момент времени, а также параметры функций, аппроксимирующих изменения параметров модели оскулирующих элементов во времени как предшествующем узловому элементу, так и следующем за ним.

В аппаратуре потребителя выделяется интервал времени между моментом времени, на который нужно определить положение спутника, и узловым моментом. Затем с помощью аппроксимирующих функций и их параметров, выделенных из навигационного сообщения, вычисляются значения параметров модели оскулирующих элементов на нужный момент времени. На последнем этапе с помощью обычных формул кеплеровской модели определяют координаты и составляющие вектора скорости спутника.

В системе Глонасс для определения точного положения спутника используются дифференциальные модели движения. В этих моделях координаты и составляющие вектора скорости спутника определяются численным интегрированием дифференциальных уравнений движения КА, учитывающих конечное число сил, действующих на КА. Начальные условия интегрирования задаются на узловой момент времени, располагающийся посередине интервала аппроксимации.

Как было сказано выше, для определения координат потребителя необходимо знать координаты спутников (не менее 4) и дальность от потребителя до каждого видимого спутника, которая определяется в навигационном приёмнике с точностью около 1 м. Для удобства рассмотрим простейший «плоский» случай, представленный на рисунке 12.

Рисунок 12

Каждый спутник можно представить в виде точечного излучателя. В этом случае фронт электромагнитной волны будет сферическим. Точкой пересечения двух сфер будет та, в которой находится потребитель.

Высота орбит спутников составляет порядок 20000 км. Следовательно, вторую точку пересечения окружностей можно отбросить из-за априорных сведений, так как она находится далеко в космосе.

Что такое Глонасс

Именно спутники на орбите обеспечивают передачу текущих координат автомобилей. Безусловно, все развитые страны имеют собственные спутники для обеспечения передачи координат, и Российская Федерация – не исключение.

Навигатор GPS и Глонасс функционируют по одинаковому принципу. Обе спутниковые системы требуют наличия прибора для определения точного месторасположения автосредства на местности. Такими приборами называют автонавигаторы.

Навигаторы Глонасс и GPS работают по принципу взаимосвязи со спутниками орбиты планеты земля. Каждый спутник передает устройству определенный, уникальный сигнал для идентифицирования. Для получения и точного определения трехмерных пространственных координат, навигатор должен получать четкие данные единовременно с 4 спутников.

Передаваемая информация включает данные о расстоянии от навигатора до тех самых спутников. Машина постоянно движется и ее координаты постоянно меняются. Задача спутника в этом случае заключается в установлении точного соединения и обеспечения периодического обновления об информации координат данных. Интервал между обновлениями не должен превышать 1 секунды.

Скорость функционирования подобного устройства позволяет определять следующие величины:

  • параметры перемещения объекта;
  • определение скорости движения автомобиля;
  • вычисление длины пройденного пути.

Бортовой компьютер, которым в автомобиле является автомобильный навигатор, в независимости от операционной системы Глонасс и GPS удерживает в памяти связь со спутниками даже после выключения питания. Это очень удобно, подобная функция помогает существенно сократить время, необходимое на запуск и соединение устройства с приборами, обеспечивающими передачу координат.

Удобства использования прибора также заключаются в том, что в случае если прибор используется несколько раз в течении дня, координаты спутника необходимо искать только один раз. Многие современные навигационные устройства наделены такой функцией.

Горячий старт

Подобная опция позволяет установить связь со спутником за считанные секунды. Именно данная характеристика часто привлекает пользователей, потому производители автонавигаторов часто учитывают этот факт в момент подбора и создания рекламного ролика.

В случае, если устройство не было в работе на протяжении долгого времени, возможен только медленный старт. Запуск гаджета и его соединение может занять длительное время от 10 до 30 минут. Подобный разброс времени варьируется для каждой модели навигаторов с поддержкой глонасс.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Навигационное устройство, программируемое с использованием данных карты и навигационной прикладной программы, которая позволяет планировать маршрут до места назначения, и которая выполнена с возможностью во время работы считывать съемную карту флэш-памяти, которую можно вставлять в гнездо устройства и извлекать из гнезда, причем на карте записана операционная система устройства, навигационная прикладная программа и данные карты.

2. Устройство по п.1, в котором в устройстве не сохранена его собственная операционная система во внутреннем ПЗУ, но вместо этого ее считывают с карты памяти.

3. Устройство по п.1, в котором карта памяти представляет собой карту SD.

4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее внутреннее ПЗУ типа флэш ВНМ (выполнение на месте), запрограммированное загрузчиком операционной системы.

5. Устройство по п.4, запрограммированное так, что при загрузке загрузчик операционной системы представляет для пользователя указание о необходимости вставить приложенную карту памяти.

6. Устройство по п.5, запрограммированное так, что после того, как пользователь вставляет карту памяти, оно копирует специальный системный файл с карты памяти в ОЗУ, причем системный файл включает в себя операционную систему и навигационную прикладную программу.

7. Устройство по п.6, запрограммированное так, что после окончания копирования системного файла управление передают в навигационную прикладную программу, которая начинает работу и обращается к данным энергонезависимой карты памяти.

8. Устройство по п.7, запрограммированное так, что, когда устройство впоследствии отключают, содержание ОЗУ сохраняется таким образом, что процедуру загрузки требуется выполнить только один раз во время первого использования устройства.

9. Способ программирования навигационного устройства с базой данных карты и программным обеспечением, которое позволяет планировать маршрут до места назначения, в котором способ содержит этап: соединения устройства со съемной картой флэш-памяти, причем в съемной карте флэш-памяти сохранена операционная система устройства, навигационная прикладная программа и данные карты, в котором карта может вставляться в гнездо устройства и извлекаться из гнезда.

10. Способ по п.9, в котором в устройстве не сохранена его собственная операционная система во внутреннем ПЗУ, но вместо этого ее считывают с карты памяти.

11. Способ по п.9, в котором карта памяти представляет собой карту SD.

12. Способ п.9, в котором устройство содержит ПЗУ типа флэш ВНМ, запрограммированное с загрузчиком оперативной системы, и способ содержит этап представления загрузчиком оперативной системы для пользователя указания о необходимости вставки приложенной карты памяти во время загрузки.

13. Способ по п.12, в котором после того, как пользователь вставит карту памяти, он копирует специальный системный файл с карты памяти в ОЗУ, причем этот системный файл включает в себя операционную систему и навигационную прикладную программу.

14. Способ по п.13, в котором после окончания копирования системного файла управление передают навигационной прикладной программе, которая начинает работу и обращается к данным энергонезависимой карты памяти.

15. Способ по п.14, в котором при последующем отключении устройства содержание ОЗУ сохраняется так, что процедуру загрузки необходимо выполнить только один раз во время первого использования устройства.

Смена концепции

Делать нечего, как GPS, так и другие глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS или ГНСС), вынуждены были сменить концепцию развития и подстраховываться системами, построенными на немного других принципах. И вся эта сегодняшняя доступность, высокая точность и низкая стоимость услуг ГНСС для потребителей имеют «обратную сторону медали» в лице уязвимости к помехам. Для маломощных сигналов ГНСС (в частности, GPS передает сигнал со спутников, находящихся на расстоянии 20 тыс. км от поверхности Земли и, разумеется, имеющих ограничения по энергетике) возрастает опасность внешних атак с подменой сигнала и наведением преднамеренных помех, а также снижения производительности в некоторых операционных средах.

Все это подвело тех, кто принимает решения, а также представителей пользовательских сообществ к необходимости пересмотреть свои ожидания по части GPS сотоварищи в сторону поиска альтернативных PNT-ресурсов (APNT — Alternative Positioning, Navigation, and Timing). Как видно из названия, там еще присутствует точное время, которое сегодня также часто берется от ГНСС. А если в двух словах, то из-за угрозы кибератак судоходная отрасль отказываются от GPS в пользу технологий Второй мировой войны. А ведь 90% мировой торговли осуществляется по морю, и в отличие от воздушного транспорта, корабли не имеют дублирующей навигационной системы. К тому же на оживлённых морских трассах велик риск посадки на мель или столкновения с другими судами, что, собственно, мы могли наблюдать в последнее время на примере серии инцидентов с кораблями 7-го флота США.

Кстати, в США еще в 2004 году директивой Президента было утверждено создание резервной системы для GPS, чтобы обеспечить бесперебойное предоставление PNT-услуг. Это модернизированная система, основанная на импульсно-фазовой навигационной системе Loran (Long Range Navigation), которая была разработана в США в годы Второй мировой войны. Улучшенная система e Loran (enhanced Loran) будет дополнена цифровой обработкой сигнала. Не так давно Палата представителей Конгресса США одобрила законопроект, который предусматривает создание e Loran в США.

Первоначально система Loran предназначалась для навигационного обеспечения ударных сил авиации и военно-морского флота при решении ими боевых задач. Высокие тактико-технические характеристики этой системы предопределили ее массовое применение гражданскими потребителями большинства стран мира для решения хозяйственно-экономических задач. В отличие от систем ГНСС система Loran транслирует сигнал с наземных мачт, где потенциально энергетика не ограничена.

Однако же и Loran – не первое в мире радиосредство позиционирования и навигации.

Что лучше ГЛОНАСС или GPS и в чем их разница

Системы навигации в первую очередь предполагали их использование в военных целях, и только потом стали доступны для обычных граждан. Очевидно, что военным необходимо использовать разработки своего государства, потому что иностранная система навигации может быть отключена властями этой страны в случае возникновения конфликтной ситуации. Более того, в России призывают использовать систему ГЛОНАСС и в повседневной жизни военным и государственным служащим.

В повседневной жизни обычному автомобилисту и вовсе не стоит переживать по поводу выбора навигационной системы. И ГЛОНАСС, и GPS обеспечивают качество навигации, достаточное для использования в житейских целях. На северных территориях России и других государств, расположенных в северных широтах, спутники ГЛОНАСС работают эффективнее, из-за того, что их траектории передвижения находятся выше над Землей. То есть в Заполярье , в скандинавских странах ГЛОНАСС эффективнее и это  признали шведы еще в 2011 году. В других регионах GPS немного точнее ГЛОНАСС в определение местоположения. По  данным Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга  ошибки GPS составляли от 2 до 8 метров, ошибки ГЛОНАСС от 4 до 8 метров.  Но GPS, чтобы определить местоположение нужно поймать от 6 до 11 спутников, ГЛОНАСС хватит 6-7 спутников.

Также следует учесть, что система GPS появилась на 8 лет раньше и ушла в солидный отрыв в 90-ые года. И за последнее десятилетие ГЛОНАСС этот отрыв сократила почти полностью , а к 2020 году разработчики  обещают, что ГЛОНАСС не будет ни в чем уступать GPS.

На большинство современных устройств  для навигации устанавливается комбинированная система, которая поддерживает как российскую спутниковую систему, так и американскую. Именно такие устройства являются наиболее точными и обладают самой низкой ошибкой в определении координат автомобиля. Также возрастает и стабильность принимаемых сигналов, ведь такой аппарат может «увидеть» больше спутников. С другой стороны, цены на такие навигаторы намного выше односистемных аналогов. Оно и понятно – в них встраиваются два чипа, способные принимать сигналы от каждого типа спутников.

Видео: тест GPS и GPS+ГЛОНАСС приемников Redpower CarPad3

Таким образом, наиболее точными и надежными навигаторами являются двухсистемные устройства. Однако их преимущества связаны с одним существенным недостатком – стоимостью

Поэтому при выборе навигатора нужно подумать – а нужна ли настолько высокая точность в условиях каждодневного использования? Также для простого автолюбителя не очень важно, какой навигационной системой пользоваться – российской или американской. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не дадут вам заблудиться и доставят к желаемому месту назначения

Что должен уметь стандартный автомобильный навигатор

  • прокладывать оптимальный маршрут передвижения с учётом состояния автомагистрали;
  • уметь искать на карте объект по его адресу и/или названию;
  • указывать точное местоположение транспортного средства;
  • предупреждать о возникновении пробок и заторов;
  • информировать о потенциальных опасностях;
  • иметь функцию голосового управления, позволяющую управлять устройством, не отвлекаясь от дороги;
  • оказывать помощь на сложных участках пути, запутанных развязках.

Если для поездок по городу достаточно односистемного навигатора, то для передвижения на большие расстояния лучше выбирать устройства, позволяющие загружать несколько программ.

2. Принципы построения глобальных спутниковых систем позиционирования, космический, наземный и сектор потребителя.

Каждая
ГНСС включает в себя 3 основных сегмента:

1. Космический сегмент;
2. Сегмент
контроля и управления;
3. Сегмент
потребителя.

1)
Космический сегмент(спутник)
Космический
сегмент представляет собой средства
запуска и выведения на орбиту, орбитальную
группировку (навигационные спутники
Земли), которая формирует навигационное
поле.

Номинальное
число НИСЗ и в ГЛОНАСС, и в GPS – 24.
В
ГЛОНАСС разделение сигналов частотное.
В
системе GPS разделение сигналов кодовое.

Функции
навигационного спутника:
1. приём,
хранение и передача цифровой навигационной
информации;
2. формирование, оцифровка
и передача сигналов точного времени;

3. излучение сигналов для проведения
траекторных измерений для контроля
орбиты и определения поправок к бортовой
шкале времени;
4. приём и обработка
разовых команд;
5. формирование и
передача «признака неисправности» при
выходе важных контролируемых параметров
за пределы нормы и др.

Состав
бортовой аппаратуры спутника:
1)
генератор частоты;
2) синтезатор
частот;
3) передатчик сигналов;
4)
антенно-фидерное устройство для связи
с Землёй;
5) солнечные батареи,
аккумуляторы;
6) система термостатирования.

2)
Сегмент контроля и управления(на борту
спутника).
Главными функциями
Контрольного сегмента являются:
1.
отслеживание орбит спутников;
2.
отслеживание и поддержка рабочего
состояния спутников;
3. формирование
системного времени;
4. расчет эфемерид
спутников и параметров часов;
5.
обновление спутниковых навигационных
сообщений;

Состав
сегмента контроля и управления ГЛОНАСС:
1.
центр управления системой (ЦУС г.
Краснознаменск, Московская область);

2. центральный синхронизатор (ЦС) −
стандарт частоты и времени;
3. сеть
контрольных станций (КС), рассредоточенных
по всей территории России − радиодальномеры
для определения орбит ИСЗ;
4. система
контроля фаз (СКФ);
5. квантово-оптические
станции (КОС) − лазерные дальномеры для
определения орбит ИСЗ;
6. аппаратура
контроля навигационного поля (АКНП) −
наборы эталонной навигационной аппаратуры
потребителей, находящейся на известных
опорных пунктах.

3)
Сегмент потребителя(приёмник).
Сегмент
потребителя – это вся спутниковая
аппаратура, предназначенная для приёма
и обработки сигналов ГНСС.

Классификация
аппаратуры:
По предназначению:
1.
навигационные приёмники
2. геодезические
приборы
3. аппаратура для сверки шкал
времени
4. управление различными
машинами

По
количеству каналов:
1. одноканальная
2.
многоканальная
3. мультиплексная

По
типу используемых сигналов:
1. кодовая
2.
фазовая
3. доплеровская

По
количеству несущих частот принимаемых
сигналов приемники делят на:
1.
одночастотные (L1),
2. двухчастотные
(L1 и L2).

По
используемым СРНС:
1. односистемные –
рассчитаны а работу только по системе
ГЛОНАСС или только GPS;
2. двухсистемные
– обеспечиваю работу по двум навигационным
системам одновременно;
3. трёхсистемные
и др.

Для
точных геодезических работ используется
многоканальная, фазовая, двухчастотная
аппаратура. Использование для измерений
двух частот связано с требованием учёта
влияния ионосферы на распространение
сигналов.

Аппаратура
потребителя состоит из следующих
элементов:
1) блок с антенной и линейный
усилитель (всё это как правило в корпусе
антенны)
2) высокочастотный кабель
3)
стандарт частоты (кварцевый генератор)

4) понижающий преобразователь
5)
аналогово-цифровой преобразователь
АЦП
6) специализированный сигнальный
процессор AISIC (компьютер обрабатывает
всю информацию, выходящую с AISIC).

На что обратить внимание при выборе неизменного спутника в дороге

При выборе постоянного сопровождающего важно учитывать все параметры устройства. Стоит заметить, что вне зависимости от производителя прибора многое в его функционировании зависит от его внутренней начинки

Обратить внимание при покупке навигационного устройства нужно на следующие параметры:

  • чувствительность приемника сигнала;
  • аппаратные составляющие устройства;
  • внутренняя и оперативная память;
  • совместимость с различными видами программного обеспечения;
  • возможность закачки дополнительных карт.

Так все же, какой навигатор для автомобиля лучше, Glonass или GPS? Отличие заключается только в странах производителях программного обеспечения. Голонасс – детище представителей Российской Федерации, а GPS- Америки.

Безусловно лучше отдать предпочтение неким гибридам. Такие устройства работают единовременно с обеими системами. Стоят они на порядок дороже, но несомненным преимуществом является то, что связь со спутником имеется всегда. Связанно это с тем, что при совмещении покрытия Глонасс и GPS получается совмещенная плотная сеть.

Возможные функции

Условием навигации к намеченной цели после определения местоположения системой навигации является ввод цели водителем. Выполняется это, как правило, посредством функции пишущей машинки.

Для этого в меню навигации выбирается пункт «Ввод цели» и затем, в основном, посредством поворотно-нажимного переключателя вводится цель. Ввод посредством сенсорного дисплея (монитора) не используется. В большинстве систем с каждым вводом возможные цели ограничиваются. Условием ввода цели является возможность доступа системы навигации к соответствующему CD/DVD, на котором находится цель. Ввод цели может выполняться также посредством перекрестия на карте с изменяющимся масштабом.

Кроме того, ввод цели может выполняться посредством указания информации о пункте назначения, отдельных целей (POI), сохраненных адресов, возврата к исходному пункту назначения и т.д.

После ввода цели и подтверждения происходит расчет маршрута, который в зависимости от расстояния и мощности компьютера может длиться от нескольких секунд до одной минуты. Расчет маршрута происходит на основе выбранного водителем маршрута. Критерии маршрута для расчетов будут изменены только тогда, когда водитель сделает новый выбор маршрута.

После того, как маршрут до пункта назначения был рассчитан, выполняется сопровождение до цели с голосовыми подсказками, стрелками и, если предусмотрено, дополнительно при помощи отображения карт. При отображении карты можно изменять масштаб и направление карты (на север или по направлению движения). Маршрут показывается на карте и может быть вызван также из списка маршрутов.

Как правило, при активном сопровождении по маршруту также выдается информация об оставшемся участке пути до цели и ориентировочном времени прибытия. При отклонениях от рассчитанного участка пути выполняется новый расчет.

На основании сообщений о ситуации на дорогах может понадобиться новый расчет, если система навигации оснащена так называемым динамическим сопровождением по маршруту. Условием динамического сопровождения по маршруту является прием сообщений о ситуации на дорогах посредством FM-приемника с RDS-декодером или кодированной SMS-радиосвязью (радиослужба оповещения о ситуации на автомобильных дорогах) через телефон и, конечно, активация этой функции. В системе передачи данных по радио (RDS) наряду с именами радиостанций, альтернативными частотами передатчика и т.п. передаются ТМС-коды. При этом речь идет о стандартных сообщениях о ситуации на дорогах, которые передаются постоянно и по возможности актуально по цифровому каналу данных. Навигационная система постоянно оценивает сигналы ТМС или кодированные SMS и проверяет их влияние на рассчитанный маршрут движения. Если помехи движению касаются рассчитанного маршрута, то водитель информируется о месте возникновения помех, продолжительности и ориентировочном времени задержки.

В этом случае водитель может принять решение о расчете объездного маршрута и следовании по новому маршруту. Однако существуют навигационные системы, которые не оставляют выбора водителю и автоматически изменяют маршрут, выдают соответствующие указания по маршруту, если было выбрано динамическое сопровождение до цели. Динамическое сопровождение по маршруту обеспечивает, как правило, объезд дорожных пробок, поскольку информация о заторах учитывается заблаговременно, и расчет альтернативного маршрута может быть выполнен соответствующим образом. Таким образом, обеспечивается, что при объезде пробки вы не попадете в пробку на другом маршруте. При этом учет и актуализация данных о ситуации на дорогах в отдельных случаях является еще слабым местом системы динамического сопровождения по маршруту.

Объезды или альтернативные маршруты в некоторых навигационных системах могут быть введены самим водителем, когда знаешь, что на определенном участке пути ведется стройка или на определенном месте всегда возникает затор и т.п. Следующей функцией навигационной системы может быть отправка сообщения о текущем местоположении автомобиля в случае аварии. Для этого, однако, потребуется подключение навигационной системы к телефону и другим системам автомобиля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector