Navigační GPS přijímače

Jde o přijímače pro navigaci, turistiku, volný čas. Existuje jich nepřeberné množství, ale jak už to chodí, každý se hodí na něco jiného a někomu jinému.

Základní popis a části

  • citlivý přijímač signálů v pásmu 1.5GHz s rozprostřeným spektrem, obsahuje pseudonáhodný generátor shodný s generátory na družicích (definováno 32 pseudonáhodných sekvencí), užitečný signál se začne přijímat až při synchronizaci generátoru přijímače s generátorem družice (korelace signálů)
  • přesný zdroj časového signálu
  • výkonný matematický procesor
  • vojenské přijímače musí být vybaveny dešifrovací kartou autorizovanou DOD

Vše je uzavřeno v ultrazvukově hermeticky zapouzdřeném obalu, který je naplněn dusíkem. Veškerá zobrazení a komunikace s uživatelem probíhá pomocí přehledné LCD obrazovky, obrazového menu systému, akustických signálů a plochých tlačítek na čelním panelu přístroje. Rozměry všech kapesních ručních přijímačů se pohybují okolo 15×5×3cm a jejich hmotnost je přibližně 300g.

Displej

Informace poskytované GPS přijímačem jsou obvykle zobrazovány na víceřádkovém nebo grafickém LCD displeji se zadním prosvětlením, který je dobře čitelný i v noci. Některé typy zobrazovačů elektronických map mají v sobě integrován GPS přijímač. Na elektronické mapě dané oblasti je graficky vykreslována aktuální poloha a dráha pohybu, spolu s mnoha dalšími číselným navigačními údaji z přijímače.

Napájení

Napájení je řešeno pomocí běžných tužkových článků (alkalických, NiCd, NiMH) nebo vnějšího napájecího zdroje 10–40V (např. v automobilu). Spotřeba GPS přístrojů se však pohybuje nad hranicí 100mA, což klade na výběr napájecích článků obzvláště přísné požadavky. Přístroje navíc odebírají z článků velmi malý proud i ve vypnutém stavu, což souvisí s nutností napájení paměti s uživatelskými údaji.

Odlišnosti

Jednotlivé přístroje se navzájem poněkud liší, především maximální velikostí napájecího napětí (8–40V), typem antény přijímače (vnitřní, vnější), počtem přijímacích kanálů (8, 12), maximální měřitelnou rychlostí (166km/h, 1850km/h), maximálním počtem uložitelných trasových bodů (250, 500) a výdrží baterií (12–24hodin). Existuje celá řada dalších funkcí, ale ty nepatří mezi základní a liší se dle typů a použití přístrojů.

Komunikace

Většina přijímačů GPS je dnes vybavena standardizovaným sériovým komunikačním rozhraním (RS 232C, RS 422) s datovým protokolem podle mezinárodně přijatého doporučení NMEA 0183, případně 0180 nebo 0182. Většina přístrojů je také opatřena konektorem k propojení dvou přístrojů navzájem nebo přístroje a osobního počítače (PC). Dodaný software pak umožní nejen načítat údaje z přístroje, zobrazovat je a uchovávat v počítači, ale přímo na počítači zadávat jednotlivé trasové (otočné) body, sestavovat z nich trasy různých cest a určovat vzdálenosti.

Druhy přijímačů

Přijímače GPS převážně používají součástek vyrobených moderní technologií galium-arsenidovou MMIC (nízká spotřeba elektrické energie a vysoký stupeň intergrace) a jsou v těchto základních provedeních:

  • jednokanálové sekvenční – přijímač postupně přijímá signály a plně zpracovává data z každé družice. Jedná se o starší a nejlevnějších kategorii přijímačů. Po zapnutí přijímače obdržíme první polohu zhruba do tří minut. Tento přijímač má jen jeden vstup a najednou může tedy přijímat signál pouze z jedné družice. Pro přijímání signálu z více družic je přijímač nucen přepínat velmi rychle mezi signály z družic (cca 20 ms). Tím se zvyšuje riziko výpadku signálu, vzniku případných skoků. Problémy nastávají v zastavěných územích, v lesích a zakrytých prostorech, kde tyto přijímače mají své omezení.
  • multiplexované – cyklické přepínání jednokanálového nebo vícekanálového přijímače. Zpracování signálu z různých družic v kratším časovém intervalu. V době příjmu signálu z následující družice se zpracovávají dekódovaná data od předchozí. Tím lze celý proces stanovení polohy urychlit. Typická hodnota je asi 1.5 minuty pro první polohu po zapnutí. Nevýhodou jsou horší šumové poměry vůči jednokanálovému sekvenčnímu přijímači a tím i v nepříznivých podmínkách šíření větší chyby ve stanovení polohy
  • vícekanálové – přijímač má 5 až 12 samostatných kanálů, které umožňují současný příjem signálů a zpracování dat z více družic. První polohu obdržíme asi do 30 sec. Dnes se běžně vyrábějí dvanáctikanálové přijímače a je možné tedy přijímat signál ze 12 družic najednou, tím se eliminují případné výpadky a přijímač je stabilnější i v zakrytých prostorech (města, lesy).

V přesnosti vítězí jednoznačné vícekanálové jelikož jsou stabilnější v příjmu signálu. V ideálním případě je na obzoru vidět 12 družic, je tedy možné v jedné chvíli přijímat signál ze 12 družic. Praxe je ovšem jiná a můžeme být rádi když družic máme alespoň 6 – 8. Minimum pro určení výšky (2), polohy (3) a prostorové polohy (4). Vícekanálové jsou přesnější především z důvodu dosažení lepších šumových poměrů a možností účinnější redukce velikosti jednotlivých chyb měření (např. výběr nejlepší konfigurace družic nad přijímačem, potlačení vlivu šumu na kvalitu zpracování přijímaného signálu atd.)

Antény

Dá se říci, že anténa je základem úspěchu nebo krachu. V současné době se používá dvou druhů kostrukce antén. Plochá anténa (patch, flat) je založena na principu technologie mikropásků. Na podkladové kruhové nebo čtvercové ploše je vytvořeno, a vhodným způsobem propojeno, mnoho malých směrových dipólů. Tyto antény jsou charakteristické štíhlým talířovým tvarem. Mají výhodu malých rozměrů a hmotnosti a proto se nejvíce používají u ručních přenosných provedení přijímačů.
Druhým typem jsou antény šroubovicové (helix), kde na nosné desce je spirálově navinut vodič. Tato anténa má tvar doutníku. Oproti ploché anténě má výhodu většího zisku, ale má obvykle i větší hmotnost a je třeba ji chránit vůči vibracím.Vibrace spolu s její širokopásmovostí mohou vést k nežádoucím zkreslením přijímaného signálu. Na druhé straně má širší hlavní paprsek vyzařovacího diagramu, což je výhodné například při příjmu signálu na kymácející se lodi. U ploché antény může dojít za stejných podmínek snadněji ke ztrátě signálu z družice, zvláště když je nízko nad obzorem. S touto anténou se lze setkat jak v přenosných přijímačích, tak především u výkonnějších přijímačů GPS určených k pevnému zabudovaní v navigačním prostoru. Konstrukční provedení přijímačů

Přijímače navigačních systémů se vyrábějí v těchto provedeních:

  • kompaktní přístroj určený k stabilní montáži s oddělenou anténou
  • GPS konvertor , který se připojuje k samostatné zobrazovací jednotce nebo k dříve vyráběném přijímačům navigačních systémů Loran C a Decca .Tento konvertor může být i přímo zabudován do vnější antény
  • GPS jednotka na destičce určená pro zabudování do řídící a zobrazovací jednotky (např. specializované videoplotry, navigační centra, radary , které obsahují elektronické mapy apod.)
  • deska vložitelná do osobního počítače (PC – personal computer) nebo samostatná jednotka připojitelná přes sériové rozhraní PC nebo rozhraní PCMCIA u přenosných PC,
  • ruční přenosné provedení s pevnou nebo oddělitelnou anténou nebo s možností připojení vnější antény

Většina přijímačů je v otřesu a vodovzdorném provedení (pozor na to, že se to obvykle plně netýká boxu s napájecími bateriemi). Přenosné přijímače mají možnost provozu z vnitřních baterií a většinou i z vnějšího stejnosměrného zdroje nebo síťového adaptéru. Výkonnější GPS přijímače jsou vybaveny vnitřní zálohovací baterií, která zabezpečuje uchování všech dat v paměti jeho mikropočítače. U některých přenosných typů tuto funkci vykonávají přímo napájecí baterie. Proto v případě jejich vybití nebo dlouhodobého vyjmutí (obvykle více jak 10 min.) jsou veškerá uložená data ztracena a přijímač je nastaven do původním stavu od výrobce.

Vlastnosti a funkce

Vzhledem ke značné šíři nabízených typů GPS přijímačů a jejich funkcí jsou dále uvedeny jen ty funkce, které jsou společné pro většinu dnes prodávaných přijímačů. Vyjma základních údajů o zeměpisné šířce, délce, výšce a času mají GPS přijímače tyto další funkce :

  • možnost vložení souřadnic polohy zvoleného zeměpisného bodu (waypoint) do paměti (knihovny). Obvyklý počet se pohybuje od 99 do 1000
  • vytváření plánu cesty (route) z těchto bodů s možností indikace jejich dosažení (zvuk, zpráva na displeji). Těchto plánů lze obvykle vytvořit několik s jistým maximálním počtem bodů v každém z nich. Většina dnešních přijímačů je vybavena možností reverzace – která umožňuje vrátit se zpět po stejné trase
  • náměr a vzdálenost k nejbližšímu cíli z místa aktuální polohy a čas jeho dosažení (aktivovaný navigační bod-waypoint)
  • kurz a rychlost vůči dnu ve zvolených jednotkách k aktivovanému navigačnímu bodu,
  • grafické a číselné vyjádření stranové chyby ve vzdálenosti od zvoleného bodu v aktuální pozici (funkce XTE – lze použít místo kompasu, protože doslova navádí k vybranému bodu)
  • informace o parametrech přijímaných družic, kvalitě přijímaného signálu a velikost různých chyb v systému v okamžiku stanovení aktualizované polohy,
  • datum a možnost volby lokálního nebo světového času
  • volba souřadnicového systému (WGS-84, S42, UTM, uživatelský,…)
  • alarmy dosažení aktivovaného bodu
  • uchování okamžité polohy
  • grafické znázornění trasy
  • možnost řešení některých navigačních úloh (např. výpočet času dosažení mezi dvěma vybranými body, vzdálenost a náměr, stanovení polohy z rychlosti a vzdálenosti – tzv. dead reckoning atd.)
  • funkce sumárního logu (vzdálenost od zadané polohy), kalendář, stopky a časovač,
  • volbu jednotek (námořní, metrické nebo anglické), modelu zemského elipsoidu-datumu mapy a jazyka nápisů na displeji

Systém s rozprostřených spektrem

Přenosové parametry při přenosu jediného signálu nejsou v ničem lepší než parametru klasického přenosu. Systémy se zavádí s dalších důvodů:

  • kanály mohou být sdíleny více uživateli
  • možnost měření polohy a času přijímače a vysílače (strmá korelační funkce)
  • malá spektrální výkonová hustota – signál lze obtížně detekovat a nastává tím malé rušení ostatních uživatelů

Komentáře

Doposud nebyl připojen žádný komentář. Buďte první!

Připojte váš komentář!

Můžete používat Texy! syntaxi.

* Hvězdičkou jsou označeny povinné informace.

Cimrman

Kam jinam?

Mladí ochránci přírody