САТЕЛИТНА НАВИГАЦИЯ В КОЛАТА, Наука и живот
А. КАРЛИН, И. МАКАРОВ.
Ако пътувате с обществен транспорт - самолет, влак или автобус - не е нужно да се озадачавате по какъв начин да стигнете до вашата дестинация. Друго нещо е пътуването с кола. Шофьорът трябва сам да начертае маршрута до дестинацията, а това в чужд град, особено в голям мегаполис, далеч не е лесно. За да не се лутате по непознати улици и да стигнете до местоназначението си с най-малко време, водачът трябва да знае точно къде се намира по маршрута, къде да отиде и къде да направи този или онзи завой. Тук на помощ идва автомобилната сателитна навигация.
Автомобилната сателитна навигационна система е сложен многокомпонентен софтуерно-хардуерен комплекс. На него е поверена задачата да определи точното местоположение на автомобила, да разработи оптималния маршрут и да го коригира, ако водачът се отклони от пистата. Навигационната система бързо обработва информацията, получена от сателита и, без да отвлича вниманието на водача от шофирането, уведомява с глас за промяна в посоката на движение според поставения или коригиран маршрут.
Преди да се запознаете с потребителските сателитни навигационни приемници и автомобилни навигационни системи, струва си да погледнете в историята.
Принципът за определяне на координатите на точка е известен на човечеството отдавна. С течение на времето тя не се е променила много, само инструментите и технологиите за тяхното приложение са подобрени. Още по време на Първата световна война българската армия използва примитивни сензори за откриване на местоположението на немската артилерия. Те генерираха електрически сигнал в момента на получаване на звук от изстрел.вражеско оръдие. Сензорите са били разположени в няколко точки с известни координати и по разликата във времето на постъпване на звукови сигнали към тях е изчислено местоположението на противниковите батареи.
По време на Втората световна война британците отиват по-далеч. Те използваха методи за определяне на координатите на отдалечена точка, за да насочат своите бомбардировачи към германски цели. На тяхно разположение бяха радиостанции-маяци, функционално не различни от съвременните космически спътници. Маяците бяха разположени на Британските острови, а навигационните приемници бяха на борда на бомбардировачите. Курсът на самолета беше коригиран според радиосигналите, идващи от маяците, и това до голяма степен осигури висока точност на нощните бомбардировки на британската авиация.
Принципът на работа на модерен навигационен сателитен приемник, по-нататък за краткост ще го наричаме навигатор, е много прост. Всеки сателит в системата GPS (Global Posctioning System), а те са повече от 30 в космоса, има скъпи, много точни атомни часовници. Техният ресурс в повечето случаи определя ресурса на самия спътник. Генератор на цифров код и сателитен радиопредавател са синхронизирани с атомния часовник, изпращайки сигнали към Земята под формата на някои цифрови кодове. Казано по-просто, от спътника към Земята се предават числа: нула, едно, две, три и т.н. - и данни за самия спътник (негов номер, координати, точното време на изпращане на сигнала и други параметри). След време, определено от скоростта на разпространение на радиовълните и разстоянието между точките на местоположение на сателита и навигатора, тези сигнали се приемат от навигационния приемник.
Обмислете опцията, когато приемникът получава сигнали само от два спътника. Да предположим, че в някакъв момент от първиясателитът получава сигнал под формата на числото 2. Ако разстоянието до втория спътник е по-малко, тогава сигналът от него достига до приемника по-бързо. Това означава, че в момента, когато числото 2 е получено от първия спътник, друго число идва от втория, например 5. По този начин разликата в разстоянията от приемника до първия и втория спътник се определя от разликата: 5 - 2 = 3. Но навигаторът не може да определи точно разстоянието, като има сигнали само от два спътника: поради неточността на часовника му възниква голяма грешка.
Ако разликата в разстоянието от навигатора до сателитите е нула, то е на равнина, минаваща точно по средата между точките, които определят местоположението на сателитите. Ако разликата в разстоянията до спътниците е различна от нула, тогава приемникът може да бъде разположен във всяка точка на някаква двуизмерна повърхност (или, ако искате, извита равнина). За да получите желаната точка, а тя ще лежи, както е известно от геометрията, в пресечната точка на три повърхности, са необходими сигнали от поне още два спътника (единият от тях може да е спътник от предишната двойка). Обработвайки информацията, идваща от тях, ще получим още една разлика в разстоянията, което означава втора повърхност. Третата може да бъде повърхността на Земята, но в същото време е необходимо да има нейното математическо описание. По-лесно е да получите сигнал от друг, четвърти, сателит.
Съвременните навигационни приемници могат едновременно да приемат и анализират сигнали от 12 сателита. Това ви позволява да определите координатите на навигатора с точност до 3 метра.
Какви битови сателитни навигатори съществуват днес?
На българския пазар на битова техника най-широко разпространени са навигационните приемници на американските фирми "Гармин" и "Магелан". Най-популярният eTrex на Garmin се продава вБългария на цена 180-210 долара, а в САЩ струва не повече от 110 долара. Благодарение на оптималните потребителски параметри (тегло, размери, консумация на енергия, набор от функции, външен вид и цена), този модел навигационен приемник се превърна в най-продавания в САЩ. Може да работи около 20 часа на две АА батерии или постоянно в бордовата мрежа на автомобила, която е свързана към него чрез специален адаптер. Навигационният приемник eTrex може да се използва като самостоятелно устройство и като координатен сензор като част от навигационен комплекс (устройството има конектор за свързване към сериен порт на компютър). Приемникът може автоматично да записва "следи" от своето движение - набор от координати до 1500 точки, да фиксира до 500 точки по команда на потребителя, да показва посоката към избраната и съхранена в паметта точка и да изчислява разстоянието до нея. Може също така да ви води по маршрут (напред и назад), съставен от набор от точки. Но, за съжаление, това устройство няма възможност да работи с карти.
Днес на пазара има по-модерни модели сателитни навигатори с вградена карта. Електронната карта вече е съвсем различно ниво на удобство при работа с устройството. С него знаете местоположението си във всеки един момент по отношение не само на точки, но и на улици, къщи и други обекти. Разбира се, устройство с функция за зареждане на карта е по-скъпо. Цената на приемника Garmin eTrex Legend, който има 8 мегабайта памет за зареждане на карти, струва $340 в Москва. Има и по-скъпи потребителски навигационни приемници, като един от най-популярните модели в САЩ, eTrex Vista от Garmin, който има 24 мегабайта памет за зареждане на карти, вграден магнитен компас, барометричен алтиметър и др.цена в Москва - 470-500 долара.
Навигационният приемник, разположен на таблото в колата, приема сигнали от сателити през предното стъкло. Определя си координатите, но не знае как да насочва, "не знае" къде улиците са еднопосочни, кои завои са разрешени и кои не и т.н.
Всички горепосочени функции се притежават от сателитни автомобилни навигационни системи, които включват, в допълнение към приемника, компютър (лаптоп или джоб), захранващи устройства, оборудване, скоби за монтаж на оборудване и много други „малки неща“, които не могат да бъдат пренебрегнати. Важно условие за работата на навигационната система е възможността за взаимодействие с аудиосистемата на автомобила или с друг подобен автономен източник за извеждане на звукова информация, която уведомява водача за промяна на посоката на движение.
В скъпите чужди автомобили от най-новите модели навигационните системи са инсталирани фабрично. На запад работят супер, имат и софтуер, и електронни карти за тях. Но чуждестранните производители не разработват подробни карти на района, подходящи за България, така че обикновените автомобилни навигационни системи не ни вършат работа, а се превръщат само в скъп безполезен баласт.
Що се отнася до софтуера и електронните карти за автомобилни навигации, България ги има и не са по-лоши от западните. Основната разлика е тяхната по-реална цена, но и тя е много висока. Така например софтуерът и пълен комплект подробни електронни карти на България, включващи градове, Централна Азия и Европа, разработени от петербургската компания "Ингит", струва не по-малко от 2280 щатски долара. Но не се страхувайте от такава внушителна сума. Цена на софтуера безелектронни карти - около $ 100 и касети за карти на района, който ви интересува - от $ 3.
Пътувалите с "навигация" си представят какво е лаптоп в кола. Намирането на удобно място за него в кабината не е толкова лесно и за да го използвате, добре е да имате асистент, защото водачът не трябва да се разсейва от пътя и да гледа екрана на навигационния приемник, докато шофира. Това е заплаха за неговата безопасност. Оттук и заключението: не може без навигационен софтуер и хардуерен комплекс.
Има много въпроси: какъв модел навигационен приемник да купя? кой компютър да избера? как да избера софтуер за него? как да захранвам електрическото оборудване на системата в автомобила? как да изведа звук? как се използва навигацията?
Има само няколко специализирани фирми, които могат да отговорят на всички тези въпроси. Един от тях - Alfa-Kar Service (Москва) се занимава със системна интеграция в областта на автомобилната навигация. Специалистите на фирмата ще ви помогнат да изградите системата, да я инсталирате и да ви научат как да я използвате.
Що се отнася до интелектуалното запълване, няколко фирми се занимават с него, например Prin в Москва и Ingit в Санкт Петербург. Според нас московската компания Cyberso е напреднала най-далеч в тази посока. Софтуерът му съпътства работата на навигационната система с гласова поддръжка на български език, а интерфейсът за комуникация със системата е български. Във версията на софтуера на компанията има версия за работа на IBM/PC - съвместим компютър с операционна система Windows 9x (засега не говорим), наречена "AutoGIS", и версия с Windows CE - "PalmGISGPS". Windows CE вече е нова хардуерна архитектура за изграждане на навигационна система, което го прави възможноизползвайте по-удобен персонален цифров асистент (PDA) в колата. Малък е, по-лесно намира място в колата, можете да го сложите в джоба си и да го вземете със себе си. Така че PDA е сериозна стъпка напред в развитието на автомобилните навигационни системи.
В заключение бих искал да разсея някои от слуховете около навигаторите и навигационните системи.
Първо, противно на общоприетото схващане, навигаторите не излъчват нищо в ефира, а работят само за приемане като радиоприемник. За разлика от конвенционалния радиоприемник, навигаторът може едновременно да получава сигнали от 12 сателита, да извършва изчисления и да показва резултатите от тях на екрана.
На второ място, няма абонаментна такса за използване на навигационно оборудване. След като платите, можете да го използвате толкова дълго, колкото искате.
Трето, навигаторите не са толкова скъпи, колкото се говори. Във връзка с появата на евтина елементна база и ефективни схемни решения, които изпълняват повечето от функциите на сателитната навигационна система, цените на навигаторите рязко намаляват.