Совмещенные приемные модули систем ГЛОНАСС/GPS производства КБ «ГеоСтар Навигация» (стр. 2 из 3)

По прогнозам на 2010 год [5], более 70% рынка НАП будут занимать мобильные устройства (сотовые телефоны, PDA, навигаторы и т.п.). На этом рынке радужных перспектив у производителей двухсистемных решений немного. Конечным потребителем, как правило, является частное лицо, которое, по понятным причинам, далеко как от проблем безопасности, так и от преимуществ технических характеристик совмещенных приемников. Более низкие цены на приемники NAVSTAR частному потребителю, наоборот, близки и понятны. И вряд ли какие-то решения Правительства переломят эту ситуацию (тем более, что и мобильных устройств, поддерживающих ГЛОНАСС, пока не наблюдается).

Остается сегмент корпоративных потребителей. Как правило, это аппаратура для мониторинга транспортных средств. По тем же прогнозам на 2010 год ее доля на рынке НАП составит 23%. Снижение по сравнению с 2000 годом отнюдь не связано с потерей интереса к этим приложениям - он, наоборот, растет. Но за стремительными темпами внедрения навигационных технологий в мобильные устройства угнаться невозможно. И по отношению к транспортному сегменту действия Правительства вполне адекватны. Постановление Правительства РФ от 25 августа 2008 г. «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» [7] определяет:

Оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS подлежат следующие транспортные, технические средства и системы:

космические средства (ракеты-носители, разгонные блоки, космические аппараты и корабли, спускаемые капсулы (аппараты));

воздушные суда государственной, гражданской и экспериментальной авиации;

морские суда и суда внутреннего речного и смешанного («река - море») плавания;

автомобильные и железнодорожные транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов;

приборы и оборудование, используемые при проведении геодезических и кадастровых работ;

средства, обеспечивающие синхронизацию времени.

Подобное решение, конечно же, является протекционизмом, но вполне понятным по отношению к проектам, которые, в той или иной степени, финансируются из бюджета.

Другое дело, что дальнейшее развитие наземного пользовательского сегмента ГЛОНАСС невозможно без вложений в развитие отечественной элементной базы для навигационной аппаратуры, а также определенных льгот для производителей аппаратных и программных средств НАП.

Преимущества технологии навигации по объединенному созвездию ГЛОНАСС/GPS

Глобальные навигационные спутниковые системы определяют местоположение, скорость и точное время. Однако существенным фактором, влияющим на точность работы наземного навигационного оборудования, является количество видимых на небосклоне спутников. Для гарантированной работы GPS необходимо открытое пространство, когда в поле зрения находится максимальное число спутников, и отсутствуют отраженные сигналы.

При наличии различных затенений радиовидимости, которые характерны для условий применения на наземном транспорте, а особенно в условиях современного городского ландшафта, возможности точного позиционирования значительно ухудшаются. Количество видимых спутников одной системы может быть недостаточным для решения навигационной задачи с требуемой точностью, и само решение часто становится невозможным. Использование двух навигационных систем улучшает и расширяет возможности для потребителей.

Характерным примером является работа навигационного приемника вблизи стены дома, когда физически половина небосвода закрыта. В таких условиях использование ГЛОНАСС совместно с GPS существенно (почти в два раза) повышает надежность и достоверность приемника по определению координат. Поскольку решение навигационных задач на наземном транспорте предполагает работу в условиях частичных и частых затенений радиовидимости, приемник ГЛОНАСС+GPS имеет значительные преимущества перед любым односистемным приемником GPS или ГЛОНАСС.

Система ГЛОНАСС, в отличие от GPS, позволяет осуществлять уверенный прием навигационного сигнала в северных и южных полярных широтах Земли.

Совмещенные ГЛОНАСС/GPS-приемники компании «ГеоСтар Навигация»

Рассматривая ГЛОНАСС/GPS-приемники, предлагаемые отечественными производителями, ограничимся только одним классом, а именно OEM-приемниками, то есть законченными модулями, предназначенными для встраивания в качестве электронного компонента в законченные изделия различного назначения. Ряд производителей предлагают на рынок и законченные навигационные изделия для морских, авиационных, наземных носителей, и геодезическую аппаратуру, однако в основе этих изделий все равно лежат OEM-приемники.

Приемник использует сигналы со спутников обеих навигационных систем ГеоС-1, что позволяет определить точное местоположение объекта там, где это невозможно (или возможно с ограничениями - режим 2D) в случае использования систем по отдельности. Приемник ГеоС-1 способен получать данные местоположения, используя или только сигналы ГЛОНАСС, или только GPS, или работая по совмещенному созвездию ГЛОНАСС+GPS. Структурная схема приемника представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема приемника ГеоС-1

Цифровая часть приемника ГеоС-1 состоит из БИС процессора с архитектурой ARM-7 (AT91FR40162S компании Atmel) и коррелятора с акселератором (автомат быстрого поиска), выполненного на заказной БИС, являющейся разработкой ФГУП НИИМА «Прогресс». Применение специализированной микросхемы обеспечивает достижение высоких показателей по времени от подачи питания до первых координат и высокие показатели чувствительности приемника. За счет аппаратной реализации алгоритмов поиска ГеоС-1 обеспечивает получение навигационных данных в течение 36 секунд в «холодном» старте и в течение 4 секунд в «горячем» старте.

Точность определения координат (среднеквадратичное отклонение) в плане 3 м, по высоте 5 м. Точность определения скорости 0, 05 м/с. Темп выдачи навигационной информации - пять раз в секунду. Приемник выдает импульс метки времени (1PPS - один импульс в секунду) с точностью 50 нс по отношению к шкале времени GPS-Time.

Чувствительность приемника в режиме обнаружения составляет - 170 дБВт; в режиме слежения - 180 дБВт. Требования к антенне: активная, с дополнительным усилением 10...35 дБ.

Питание 3, 3 В ±5%; потребляемая мощность в режиме слежения 500 мВт, в дежурном режиме (питание от батарейного источника) 20...30 мкВт.

Каналы обмена данными: один канал USB 2.0, два дуплексных канала RS-232 (уровни сигналов LVTTL) с программно задаваемой скоростью передачи 4800...203400 бит/с. В зависимости от используемых каналов обмена (два канала RS-232 или один канал RS-232 + USB) и исполнения батарейного источника питания (установленный на плате или внешний) возможны четыре варианта исполнения, обозначаемые в заказе как суффикс «xx» в наименовании ГеоС-1хх. Габаритные размеры изделия 47х35х9 мм.

В отличие от ГеоС-1, который устанавливается в аппаратуру пользователя автономно и соединяется с платами пользователя кабелями, приемник ГеоС-1м представляет собой модуль для поверхностного монтажа. Модуль непосредственно распаивается на пользовательскую печатную плату в рамках единого цикла ее монтажа. Габаритные размеры ГеоС-1м 35х35х3 мм (то есть на 47% меньше ГеоС-1). Вариант исполнения один - два канала RS-232 и внешний батарейный источник. Потребляемая мощность, по сравнению с ГеоС-1, также снижена и составляет 350 мВт в режиме слежения.

Технические характеристики модуля и его структура (за исключением отсутствия USB-порта) аналогичны приведенным для ГеоС-1.

Оба приемника являются изделиями гражданского назначения. Высокая чувствительность приемника и скорость определения координат в совокупности с малыми габаритами и низкой потребляемой мощностью обеспечивают их успешное применение в бортовой аппаратуре различных систем мониторинга транспорта.

Протоколы выдачи навигационной информации

Приемники обеспечивают два способа обмена навигационной информацией: символьный протокол NMEA 0183 v.3.01 и собственный бинарный протокол обмена. Данные в обоих протоколах выдаются приемником одновременно, но каждый - по своему каналу. По умолчанию, по каналу №0 выдаются данные бинарного протокола, по каналу №1 - NMEA. Используя соответствующую команду бинарного протокола, можно переприсвоить информационные протоколы другим коммуникационным каналам, то есть бинарный протокол будет выдаваться по каналу №1, а NMEA - по каналу №0. По каналу USB могут передаваться данные только одного из протоколов.

Протокол NMEA (National Marine Electronics Association) - полное название «NMEA 0183» - символьный протокол связи навигационного оборудования между собой. Используется почти во всех GPS-приемниках ввиду своей простоты. Поскольку приемник имеет последовательный интерфейс RS-232, то «общаться» с ним можно, подключив его, например, к IBM PC-совместимому компьютеру (согласовав, естественно, уровни сигналов, скорость передачи и формат посылки). Поскольку формат данных символьный, то просматривать и «дешифрировать» сообщения пользователь может (при некотором навыке), используя какую-либо терминальную программу (в простейшем случае программу «HyperTerminal», входящую в состав ОС Windows), не разрабатывая специального программного обеспечения.