KAUNO TECHNIKOS KOLEGIJAELEKTROMECHANIKOS FAKULTETASAUTOTRANSPORTO KATEDRA
GPS technologijaReferatas
Vadovas
. 200… ……. ……
Studentas
200… ……. ……
KAUNAS, 2008 TURINYS
Įvadas 31. GPS sistemos segmentai 41.1 Signalai 41.2 Nelaikinis susiejimas su pseudodiapazono nuokrypiu 52. Diferencialinis GPS 63. Bendri koordinačių nustatymo principai GPS pagalba 73.1 Paieškos ir sekimo sistemų įranga 93.2 Transporto priemonių buvimo vietos nustatymo sistemos ir kompleksai 113.3 Automobilių paieškos sistema Rockwell/ADT 133.4 Sistema Skit – Orion 133.5“Mobisafe” palydovinė apsaugos sistema 144. Kontroleriai 165. “Juodoji dėžė” – GPS Logger 17Išvados 18Literatūra 19
ĮVADAS
GPS – tai globali pozicijos nustatymo sistema (Global Positioning System). Tai yra didelio tikslumo palydovinė radionavigacinė sistema, suteikianti informaciją apie objektų padėtį erdvėje (3D), jų judėjimo greitį, kryptį ir įveiktą atstumą, atstumus iki pasirinktų taškų, apie tikslų vietos laiką duotu momentu, geografinius duotos vietovės saulėtekio/saulėlydžio laikus, mėnulio fazes. GPS veikia nepriklausomai nuo oro sąlygų, paros ar metų laiko, vienodai bet kokioje pasaulio vietoje. Tai yra globalinė navigacinė sistema, kurią sukūrė, įdiegė ir eksploatuoja JAV Gynybos Departamentas. Sistema susideda iš 24 dirbtinių žemės palydovų ir eilės antžeminių kontrolės bei valdymo stočių. Paprastai yra naudojami tik 21 palydovas, o likę 3 yra kaip rezerviniai. Kiekvienas iš šių palydovų griežtai nustatytais dažniais nuolatos siunčia tam tikrus signalus apie savo buvimo vietą erdvėje, tikslų pasaulinį laiką ir savo identifikacinius kodus.
1. GPS sistemos segmentai
Kosminis segmentas. Jį sudaro 24 palydovai (21 pagrindinis ir 3 papildomi), beskriejantys aplink planetą šešiomis orbitomis. Orbitų plokštumos pasvirusios 55° kampu nuo ekvatoriaus plokštumos ir perstumtos viena kitos atžvilgiu 60° pagal ilgumą. Orbitų spindulys apie 26 tūkst. km., o apsisukimo periodas – pusė paros, jei kalbant tiksliau tai apytiksliai 11 val. 58 min. Palydove yra sumontuoti keturi atominiai laikrodžiai, arba kitaip sakant, keturi dažnių standartai, taip pat saulės baterija, orbitų koregavimo varikliai, priėmimo perdavimo aparatūra ir kompiuteriai. Palydovo siųstuvai skleidžia dviejų nešančiųjų dažniu signalus: L1ir L2.
Antroji šios sistemos dalis yra Valdymo segmentas. Jis susideda iš pagrindinės valdymo stoties (Falcon aviacijos bazės, Kolorado valstijoje JAV), penkių sekimo stočių, išsidėsčiusių taip pat amerikiečių karinėse bazėse įvairiose salose po visą pasaulį ir dar trijų siuntimo stočių. Be to, yra visas tinklas valstybinių ir privačių palydovų sekimo stočių, kurios stebi ir tikslina atmosferos ir palydovų judėjimo trajektorijų parametrus. Surenkama informacija apdorojama galingais kompiuteriais ir periodiškai perduodama į palydovus navigacinių pranešimų atnaujinimui ir orbitų koregavimui. Paskutinioji dalis yra Vartotojų segmentas. GPS imtuve priimamas signalas dekoduojamas, t.y. iš jo išskiriamos C/A ir P kodų sekos ir tarnybinė informacija. Gautas kodas lyginamas su analogišku kodu, kurį generuoja pats GPS imtuvas. Tai leidžia nustatyti signalo sklidimo iš palydovo trukmę ir taip apskaičiuoti pseudoatstumą.1.1 Signalai
Kiekvienas GPS palydovas perduoda duomenis dvejais dažniais, L1 (1575.42 MHz) ir L2 (1227.60 MHz). Atominis laikrodis palydovo viduje sukuria fundamentinį dažnį L-juostos, 10.23 MHz. L1 ir L2 kurjerio (transporto) dažniai kuriami, dauginant fundamentinius dažnius 154 ir 120. Du pseudoatsitiktinio triukšmo kodai (PRN), kartu su palydovu efemerides (radijo pagalba perduoda efemerides), jonosferinius modeliavimo koeficientus, stovio informaciją, sisteminį laiką, ir palydovinį laikrodžio pataisymą, pridėtas prie kurjerio (transporto) dažnio, L1 ir L2. Išmatuotas signalų kelio laikas nuo palydovo iki vartotojo naudojamas, kad atsekti pseudodiapazonus. Kurso gavimas (C/A) kodu, kartais vadinamas Pozicionavimo Standarto Aptarnavimu (SPS), yra pseudoatsitiktinis garsinis kodas, kuris moduliuojasi į L1 kurjerį. Kadangi pradinis taškas, nustatantis bandymus, naudojančius C/A kodą baigėsi geriau negu laukiamos pozicijos, nukreiptasis DoD “ atrinktas pasiekiamumas” (SA), kad neigti pilną sisteminį tikslumą neteisėtiems vartotojams. SA – iš anksčiau paruoštas iškraipymas GPS palydovinio laikrodžio ir efemerides radijo perdavimo. Klaidos pridėtos prie GPS laikrodžio fundamentinio dažnio. Šis laikrodis sužadintas paveiks palydovo laikrodžio ištaisymą, taip pat kaip ir pseudodiapazoną. Klaidos pridėtos prie efemeridės radijo perdavimo, surasdamas orbitalinę informaciją navigaciniame pranešime.
Kodo (P) tikslumas, kartais dar vadinamas Tiksliu Pozicionavimo Aptarnavimu (PPS), moduliuojasi ant L1 ir L2 kurjerių, įskaitančių pirmus jonosferos efektų pašalinimą. P kodas minimas kaip Y kodas, jeigu užkoduota. Y kodas – faktiškai P kodo kombinacija, ir W kodavimas užkoduoja, ir reikalauja DoD atsakingo gavėjo, kad galėtų jį panaudoti. Iš pradžių kodavimas buvo skirtas kaip priemonė, kad apsaugoti signalą nuo sunaikinimo trukdymu, užduotimi, arba falsifikuotais signalais su GPS struktūra. Dėl ketinimo ginti nuo “spoofing”, kodavimas paminėtas kaip “anti-spoofing” (A-S). A-S neturi jokio efekto kaip turi SA.1.2 Nelaikinis susiejimas su pseudodiapazono nuokrypiu
Yra ir daugiau taisymo būdų, neskaitant laikrodžių sukeitimo ir atmosferinių efektų, kurie atsirastų kaip pseudodiapazono nuokrypiai. Gavėjas nustatytus nuokrypius dėl antenos stadijos centro sumaišymo turi taip pat peržiūrėti. Antenos centro stadija – ta vieta kur signalas iš esmės gautas ir kur įvykdytas išmatavimas. Todėl, atstumas tarp antenos stadijos centro ir interesuojančio taško turi būti žinomas, kad ištaisyti rezultatus interesuojančiojo esmei. Kada palydoviniai signalai atsispindi nuo kitokio paviršiaus ir paskui pasiekia gavėją vienu metu su neatsispindėjusiais signalais, tai reiškinys vadinamas multikelias. Multikelio efektas didesnis pagrindiniame pseudodiapazono kode negu pagrindinių pseudodiapazonų stadijoje. Matematiniai modeliai, kad sudaryti multikelio efektą yra nepraktiški, nes multikelio efektas labai priklauso nuo atitinkamos situacijos geometrijos. Rekomenduojama išvengti multikelių, antenas statant kiek galima toliau nuo reflektuojančių objektų. Tais atvejais kai multikelių išvengti neįmanoma, nuokrypis gali būti įvertintas iš laisvų jonosferinių pseudodiapazonų kombinacijų; arba efektai gali būti pašalinti naudojant skaitmeninį filtravimą, plačiajuostes antenas, arba radijo absorbento vietovės planus. Kadangi persiuntimo struktūros, nustatomos su GPS palydovu ir gavėju pagreitintos sulyginimais su struktūra persiuntimais, įrengtais Žemėje, specialūs ir bendri reliatyvistiniai efektai turi būti peržiūrėti. Žemės gravitacinis laukas palydovų orbitose kelia neramumus ir palydovinio signalo iškraipymus. Persiuntimo pagreitinimas sukuria neramumų priežastis fundamentiniame gavėjo ir palydovo laikrodžių dažniuose.
2. Diferencialinis GPSDiferencialinis GPS (“DGPS” trumpiau) – priemonė GPS daryti žymiai tikslesniu. Tai daroma lyginant GPS dydžius judančiuose moduliuose su GPS dydžiais, priimtais persiuntimų stotyje. Kadangi persiuntimo stotis – nustatytoje vietoje, tai galima rasti skirtumą tarp jo žinomos pozicijos ir informacijos, gautos iš palydovų. Tada naudojamas šis skirtumas (diferencialinis GPS), kad nustatyti klaidas kiekvieno palydovo signaluose – pagrindiniu klaidos būdu, uždengimas Atmesto Priėjimo (SA). Ši informacija gali būti naudojama tada, kai norima ištaisyti palydovų signalus, gautus iš judančių modulių ir gauti žymiai tikslesnes pozicijas. Tikslumas gali būt pagerintas nuo 58 metrų iki 2 metrų, priklausomai nuo to kaip dažnai naudojami pataisymai.Diferencialinis GPS naudojamas, kada jūs turite labai tiksliai žinoti transporto priemonių vietą. Jeigu jūs norite susiaurinti nustatymą iki gatvės adreso nustatymo, arba žinoti kurioje gatvės pusėje pastatyta jūsų transporto priemonė, tada diferencialinis GPS – jūsų teisingas pasirinkimas. Diferencialinis GPS dažniausiai naudojamas kritiniuose atvejuose, kaip neįprastoms paslaugoms ir šarvuotiems automobiliams. Nuo diferencialinio GPS darbo pradžios, klaidų taisymo, nustatytų kiekvienam palydovui, judantysis modulis turi būti toje pačioje bendroje vietovėje kaip ir persiuntimo stotis taip, kad jie būtų tų pačių palydovų matymo zonoje. Šią sritį galima platinti iki šimtų mylių palyginti plokščiose srityse, arba galima apriboti mažiau negu šimtu mylių gremėzdiškame landšafte.GPS klaidos gali keistis labai nedaug minutės ribose, taip, kad aptarnauti GPS tikslumo ištaisymą turi būti gautas ir gaunamas kas 1 iki 20 sekundžių, priklausomai nuo to, kokio tikslumo jums reikia. Kuo didesni duomenų ištaisymai, tuo mažesnį pasitikėjimą jūs galite turėti jų tikslume.2 pav. Diferencialinio GPS veikimo principas
3. Bendri koordinačių nustatymo principai GPS pagalba
GPS imtuvo koordinačių nustatymo principine idėja, yra atstumo skaičiavimas nuo jo iki keleto palydovų, kurių išsidėstymas yra žinomas (šie duomenys įeina į priimtą iš palydovo almanachą). Geodezijoje objekto buvimo vietos išskaičiavimo metodas. Pagal jo nuotolį iki taškų su užduotomis koordinatėmis vadinamas tripateracija. Jei žinomas atstumas iki A palydovo, tai imtuvo koordinačių nustatyti negalima (jis gali būti bet kuriame sferos taške radiusu A, aprašytoje aplink palydovą. Jei žinoma B imtuvo padėtis atžvilgiu antro palydovo. Tuo atveju koordinačių nustatymas taipogi neįmanomas – objektas yra kažkur tai apskrityje, kuri yra dviejų sferų persidengime. C atstumas iki 3 palydovo įgauna koordinačių neapibrėžtumą tarp dviejų taškų. To pakanka dėl vienareikšmio koordinačių nustatymo. Reikalas tas, kad vienas iš galimų imtuvo buvimo vietos taškų yra ant žemės paviršiaus, o kitas taškas melagingas, arba yra giliai žemės viduje arba labai aukštai nuo jos paviršiaus. Tokiu būdu, teoriškai dėl trimatės navigacijos būtina žinoti atstumus nuo imtuvo iki 3 palydovų.
3 pav. Kordinačių nustatymas
Tačiau realybėje nėra taip paprasta. Ką tik minėtas atvejis pasiteisina tuomet kai atstumai tarp stebimo taško ir palydovų yra absoliučiai tikslūs. Tačiau bet kokiais atvejais neišvengiama paklaidų. Suprantama, kaip inžinieriai nesistengtu, visada yra paklaidų, t.y. netiksli GPS imtuvo ir palydovo laikų sinchronizacija, šviesos greičio priklausomybė nuo atmosferos ir t.t. Jeigu palydovo ir imtuvo laiko skalės nesutaptu bent 0,001 s, atstumo skaičiavimas turės paklaida net 2993 km. Todėl nustatant imtuvo trimates koordinates pasitelkiama ne trys dirbtiniai Žemės palydovai, o mažiausiai keturi. Gavęs signalus iš keturių palydovų, imtuvas ieško atitinkamų sferų susikirtimo taško. Jeigu tokio taško nėra, imtuvo procesorius pradeda nuosekliu priartėjimu koreguoti savo laikrodį iki tol, kol nepasieks visų sferų susikirtimo viename taške. Kitas žymus paklaidos šaltinis yra signalo vėlinimas jonosferoje – tai jonizuotas atmosferos sluoksnis 50 – 500 km aukštyje, kuriame yra laisvų elektronų. Šių elektronų buvimas ir iššaukia sklindančių signalų vėlinimą, kurio dydis tiesiogiai proporcingas elektronų koncentracijai ir atvirkščiai proporcingas signalo dažnio kvadratui. Kad, kompensuoti šia paklaidą naudojamas dvidažnių matavimų metodas su dažniais L1 ir L2 (dvidažniuose imtuvuose). Jei palyginsime dviejų skirtingų dažnių GPS signalų sklidimo laikus, galėsime išsiaiškinti koks buvo vėlinimas. Be to, dalinai šią paklaida padeda sumažinti analitiniai skaičiavimai pasitelkiant informaciją, kuri įtraukta į navigacinį pranešimą. Vis dėlto visko sumodeliuoti negalime, todėl likutinis, nemodeliuojamas jonosferos vėlinimas įneša paklaidą iki 10 m. Troposfera – žemiausias atmosferos sluoksnis (iki 8-13 km.) – taip pat vėlina palydovų skleidžiamus signalus. Vėlinimo dydis priklauso nuo meteorologinių parametrų (slėgio, temperatūros, drėgmės), o taip pat nuo palydovo aukščio virš horizonto. Troposferinių vėlinimų kompensacija atliekama šio sluoksnio matematinio modelio skaičiavimais. Reikalingi tam koeficientai įtraukiami į navigacinį pranešimą.Dėl troposferos vėlinimo galutinė paklaida, skaičiuojant atstumus, gali sudaryti 1 m.
Koordinačių nustatymo tikslumas susijęs ne tik su preciziniu atstumo nuo imtuvo iki palydovų matavimu, bet ir su užduotais pačių palydovų buvimo vietos netikslumų lygiais. Dėl palydovų orbitų ir koordinačių kontrolės, egzistuoja keturios antžeminės sekimo stotys, ryšio sistemos ir valdymo centrai kontroliuojami JAV saugumo ministerijos. Sekimo stotys pastoviai atlieka palydovinės sistemos stebėjimą ir perduoda informaciją apie palydovų orbitas valdymo centrui, kuris atlieka palydovų laikrodžių pataisas. Nurodyti parametrai įeina į almanachą ir perduodami į palydovus, o šie apdoroja informaciją ir perduoda imtuvams. Be minėtų egzistuoja eilė specialių sistemų, padidinančių navigacijos tikslumą – pavyzdžiui, ypatingos signalų apdorojimo schemos, sumažinančios klaidų skaičių nuo interferencijos. Po minėto režimo selektinio pasiekiamumo civiliniai imtuvai “prisiriša prie vietovės” 3 – 5 m atstumu (aukštis imtuvams 10 m tikslumu). Priėmimas vyksta iš 6 – 8 palydovų (kadangi dauguma šiuolaikinių imtuvų turi 12 kanalų tuo pat metu). Padidinti koordinačių tikslumą iki kelių cm galima naudojant diferencinės korekcijos režimą (DGPS). Šis režimas paremtas 2 imtuvų panaudojimu – vienas nejudamai yra taške su žinomomis jo koordinatėmis ir vadinamas baziniu, o antrasis, kaip ir anksčiau, yra mobilus. Baziniu imtuvu priimti duomenys naudojami informacijos, surinktos mobiliojo imtuvo, korekcijai. Korekcijos stoties siųstuvas – 100 W (dažnis 298.5 kHz) atsiranda galimybė naudotis DGPS 300 km nuotoliu nuo stoties jūra ir iki 150 km atstumu nuo stoties sausuma. Be antžeminių bazinių imtuvų dėl diferencialinės GPS duomenų korekcijos galima naudoti palydovinę diferencialinę sistemą.3.1 Paieškos ir sekimo sistemų įranga
GPS imtuvai, priėmimas. GPS imtuvai priima signalus ir iš jais ateinančios informacijos pagal atitinkamus algoritmus apskaičiuoja imtuvo buvimo vietos geografinę paltumą, ilgumą, aukštį virš jūros lygio, imtuvo judėjimo greitį ir kryptį. Palydovų orbitos nustatytos ir tarpusavyje sinchronizuotos taip, kad bet kuriuo metu ir bet kurioje žemės rutulio vietoje būtų “matomi” mažiausiai 5 skirtingi palydovai. Kad būtų įmanoma apskaičiuoti geografines platumą ir ilgumą, vienu metu turi būti priimami signalai mažiausiai iš trijų skirtingų GPS palydovų. Jei reikalingas nustatyti ir aukštis virš jūros lygio – turi būti vienu metu “matomi” mažiausiai keturi palydovai. Atvirose lygiose vietovėse galima vienu metu priiminėti net iki 12 skirtingų palydovų. Tada gaunamas pats didžiausias navigacijos tikslumas (neskaitant specialiai naudojamų papildomų DGPS imtuvų). Tačiau tokio didelio skaičiaus palydovų priėmimas vienu metu praktiškai pasitaiko nedažnai – kalnai, pastatai, medžiai ir net žmogaus kūnas labai trukdo priimti jų aukšto dažnio (1,5 GHz) signalus.
Maksimalus galimas vietos nustatymo tikslumas yra kontroliuojamas ir ilgus metus buvo dirbtinai pabloginamas šios sistemos savininko – JAV Gynybos Departamento. Jis dirbtinai į GPS signalus įvesdavo atsitiktinio pobūdžio paklaidas, tuo būdu neleisdamas priešiškoms jėgoms pasinaudoti visomis potencialiomis GPS galimybėmis. Realus vidutiniškas civilinių ir buitinių GPS imtuvų tikslumas su įjungtu paklaidos signalu (SA) būdavo apie 50 metrų. Laimei, 2000.05.01 pagaliau įvyko seniai lauktasis įvykis – SA paklaidos signalas prezidento Klintono nurodymu buvo išjungtas, ir visų pasaulio GPS imtuvų tikslumas akimirksniu pagerejo dešimteriopai, t.y. pasidare toks, koks jis ir gali būti. Realiai dabar parodymo paklaida dažniausiai neviršija +/- 3-4 m.GPS imtuvai priima radijo signalus iš trijų arba daugiau (net iki 12-os vienu metu) palydovų, ir pagal juos nustato imtuvo buvimo vietos koordinates bei kitus parametrus. Priklausomai nuo imtuvo sudėtingumo, naudojamų matavimo ir apskaičiavimo priemonių bei metodų, GPS imtuvo vietos nustatymo tikslumas gali būti nuo maždaug 100 metrų iki 1 cm. Dideliam tikslumui pasiekti (pvz. kariniams tikslams) paprastai naudojami papildomi diferencialiniai imtuvai (DGPS). GPS imtuvų galimybes paprastai apsprendžia dviejų jų pagrindinių sudedamųjų dalių – pagrindinio imtuvo mazgo (GPS engine) ir vartotojiškos taikomosios programos galimybės. Pagrindinio imtuvo mazgo svarbiausi parametrai yra : laikas nuo įjungimo iki navigacijos pradžios (taip vadinamas “šaltas” startas), duomenų atnaujinimo dažnumas laike, koordinačių nustatymo paklaida, greičio nustatymo paklaida, sunaudojamas iš maitinimo šaltinio galingumas. Yra gan tamprus ryšys tarp imtuvo kainos ir jo užtikrinamų parametrų kokybės – pigesni imtuvai paprastai negali atlikti tų uždavinių, su kuriais be vargo susidoroja brangesni. Žymia dalimi tai nulemia ir integruotos į imtuvą taikomosios programos galimybės.Selektyvus priėjimas – tai tyčinis GPS tikslumo pabloginimas, kurį atlieka sistemos kūrėjai ir savininkai – JAV karinė vadovybė. Nors technologiškai daug didesnis, GPS tikslumas yra tyčia sumažinamas iki maždaug 100 metrų atstumui ir 5 km/h greičiui. Todėl paprasčiausi, be diferencialinio DGPS priedo imtuvai (dar kartais vadinami autonominiais GPS) tampa nelabai tinkami preciziniams geodeziniams ir kartografiniams uždaviniams spręsti. Tačiau net ir tokiomis sąlygomis jie puikiausiai tinka daugeliui pritaikymų oreivystėje, jūrų ir ežerų transporte, turizme, sporte ir pan. Diferencialinis GPS imtuvas (DGPS) yra papildomas prietaisas, skirtas panaikinti netikslumus, sukeliamus “selektyvaus priėjimo” (SA) bei atsirandančius dėl atmosferinių priimamų signalų iškraipymo. Priklausomai nuo DGPS tipo ir naudojamų metodų, vietos koordinačių nustatymo paklaida gali būti sumažinama iki mažiau nei 1 cm, o judėjimo greičio paklaida – mažiau nei 0,15 km/h . DGPS imtuvai gaminami įvairų gamintojų, ir pagal savo veikimo pobūdį gali atlikti korekcijas tiek realiame laike, tiek ir atliekant korekcinius apskaičiavimus jau po matavimų atlikimo. DGPS korekcijos yra perduodamos vartotojui radijo bangomis. Tam naudojami daugybė įvairiausių tipų radijo siųstuvų : žemų dažnių radionavigaciniai švyturiai, komercinės FM stotys, VHF/UHF/SHF komercinai siųstuvai, geo-stacionariniai palydovai. Yra du pagrindiniai faktoriai, kurie blogina DGPS imtuvų tikslumą, vartotojui tolstant nuo korekcinius signalus siunčiančios stoties. Jie iššaukiami jonosferos nevientisumų ir trumpalaikių “iškraipymų”, atsirandančių dėl saulės įtakos. Saulės ir jos dėmių aktyvumas keičiasi periodiškai 11 metų ciklu. Mažiausio aktyvumo metu mažiausiai pasireiškia trumpalaikiai jonosferos “iškraipymai” arba “sujaukimai”, tad ir šio proceso sukeliamos DGPS paklaidos yra mažiausios. Ir priešingai – didžiausio saulės aktyvumo metais DGPS paklaida išauga, kuri be to didėja proporcingai atstumui nuo korekcinius signalus siunčiančios stoties. Tada paklaidos dydis gali siekti iki 1m kiekvienam 100 km atstumo nuo DGPS signalų šaltinio. Kad to išvengti, labai didelio tikslumo poreikiams užtikrinti naudojami dviejų dažnių DGPS imtuvai.3.2 Transporto priemonių buvimo vietos nustatymo sistemos ir kompleksai
Šiuo metu rinkoje įsitvirtino daugiau kaip 10 firmų, naudojančių naujausius pasiekimus navigacijos srityje – globalinių koordinačių nustatymo sistemų technologiją (GPS). Ypač populiarios šiuo metu Rockwell/ADT, Skit – Orion, Rastrac – AVL ir kitos. Šios sistemos palaipsniui pradedamos ne tik didelėse autotransporto firmose bet ir įrenginėjamos automobiliuose individualiam naudojimui. Pastaruoju metu navigacinės apsaugos ir paieškos sistemos, kuriose naudojamas korinis ryšys ir GPS technologija, tampa atskira automobilinės elektronikos sritimi. Jos ne tik demonstruoja “technikos stebuklus”, bet ir leidžia sumažinti išlaidas draudimui ir užtikrina greitą pavogtų automobilių paiešką. Šiuo metu automobilių paieškos sistemos toliau vystosi. Jose panaudojami vis naujesni pasiekimai navigacijos ir informacinės technologijos, karinės pramonės komplekso pasiekimų ir galimybių srityje. Struktūriškai automatinės kontrolės sistemas galima skirstyti į šias funkcines posistemes:o Koordinačių nustatymoo Duomenų perdavimoo Rezultatų apdorojimo ir atvaizdavimo Dėl koordinačių nustatymo skirtingose sistemose naudojami šie metodai:Automatinė koduotų radio siųstuvų, įmontuotų automobiliuose, pelengacija.Navigacinių GPS sistemų imtuvų įmontavimas automobiliuose mažos galios markerių signalus, reiškiančius kontrolinius maršruto taškus.Praktikoje plačiau naudojamos taip vadinamos transporto judėjimo sekimo sistemos AVLS (Automatic Vehicle Location system) arba APRS (Automatic Position Reporting System). Šių sistemų darbas pagrįstas tokiu principu. Automobilyje įmontuojamas aparatūros komplektas į kurį įeina GPS imtuvas su išorine antena, valdymo blokas (kontroleris), interfeisas (modemas) ir radio imtuvas/siųstuvas. GPS imtuvas registruoja palydovo signalus ir nustato esamų automobilių buvimo vietą. Kontroleris su atitinkama programa per interfeisą (modemą) nukreipia šiuos duomenis į siųstuvą, kuris pasiunčia į eterį signalus. Šie signalai tiesiogiai arba per retransliatorių tinklą patenka į imtuvą, esantį dispečerinės pulte, o po to – į personalinio kompiuterio įėjimą, kuris (kompiuteris) aprūpintas specialia programa. Dispečeris gali matyti konkretaus automobilio esamą buvimo vietą žemėlapyje, gauti papildomą informaciją iš automobilyje įmontuotų daviklių (įjungtas ar išjungtas variklis, ar uždarytos durys ir taip toliau), o be to dar ir automobilio mechanizmus valdantįjį signalą – pavyzdžiui, užgesinantį variklį, užrakinantį duris ar įjungiantį sistemą. Esant būtinybei vairuotojas gali nuspausti pavojaus mygtuką – ir kompiuteris tuoj pat apie tai praneš dispečeriui ir parodys žemėlapyje iš kurios vietos buvo pasiųstas pavojaus signalas. Atstumas iki dispečerinės priklauso nuo telekomunikacinių priemonių parinkimo. Jeigu sistema tiesioginį radio kanalą tam tikrame dažnyje zonos aprėpties radiusas bus 5 – 15 km. Didelės perspektyvos atsiveria naudojant korinį ryšį duomenų perdavimui. Tada aprėpties zona gali sudaryti šimtus kilometrų. Europoje GSM – 900 ir GSM – 1800 standarto tinklai dengia beveik visą teritoriją, todėl dauguma AVL sistemų gamintojai ir naudoja šią ryšio rūšį:
o Mobilus personalinis vartotojo variantas.o Mobilus dispečerinės variantas.o Mobilus autonominis variantas.Į personalinio vartotojo sistemos mobilųjį variantą įeina GPS imtuvas su antena, personalinis kompiuteris dėl objekto esamos buvimo vietos atvaizdavimo elektroniniame žemėlapyje ir eilės operatyvinių klausimų sprendimo (optimalaus maršruto parinkimas, blokavimas automobilio mechanizmų ir t.t.)Mobilus dispečerinis variantas – tai pirmoji varianto modifikacija papildyta galimybe radio kanalu perduoti informaciją apie objekto ar jų grupės išsidėstymą į centrinį dispečerinį punktą arba į keletą punktų skaitmenų retransliatorių sistemos pagalba.Judančiame objekte kompiuterio buvimas yra nebūtinas. Yra galimybė dirbti keliems objektams tame pat dažnyje (optimalus objektų skaičius vadiname kanale 10 – 20) pagal laikinio telemetrinių duomenų iš skirtingų automobilių atskyrimo principą. Dispečerinėje įvyksta objekto judėjimo atvaizdavimas elektroniniame žemėlapyje. Taipogi galimos papildomos sistemos su skirtingu serviso pritarimu: signalai apie nukrypimą nuo maršruto, sustojimą, informacijos perdavimas apie transporto priemonės mazgų būklę (įmontavus papildomus daviklius) ir t.t.Mobilus autonominis variantas aprūpintas kompaktišku įtaisu – “juodąja dėže”. Ji įmontuojama slaptoje automobilio vietoje ir fiksuoja atmintyje objekto maršrutą visos kelionės metu. Maršrutui pasibaigus vyksta įtaiso sukauptos informacijos nuskaitymas ir maršrutas atkuriamas elektroniniame žemėlapyje. Kadangi atminties talpa yra ribota, todėl informacija iš jos yra nuskaitoma suveikus judėjimo davikliui arba pagal laikinį principą.GPS antena GSM antena
5 pav. Transporto judėjimo sekimo sistemos struktūra
3.3 Automobilių paieškos sistema Rockwell/ADT
Automobilinės elektronikos kompanijos Rockwell Int. Corp padalinys Mičigano valstijoje JAV sukūrė įrangą, o kompanija ADT Security Systems paruošė programinį aprūpinimą šiai paieškos sitemai su paketiniu duomenų perdavimo principu, o kita išorinė GPS antena. Išorinė antena naudojama ryšiui valdymui su centru palaikyti paketinė duomenų perdavimo technologijos pagalba. Be to dar įeina 2 blokai: centrinis blokas yra įmontuotas užslaptintoje automobilio vietoje, o interfeisinis blokas yra įmontuotas salone. Vairuotojas įjungia sistemą vieno iš trijų interfeisinio bloko mygtukų nuspaudimu. Po to į valdymo centrą nusiunčiamas pranešimas, kuriame nusakomas buvimo koordinatės, įvykio tipas bei automobilio aprašymas. Pranešimo perdavimo į centrą patvirtinimas įvyksta šviesos diodų indikatoriams parodymais ir balso pranešimu. Valdymo centro personalas vagystės atveju praneša specialiems apsaugos policijos padaliniams judančio automobilio koordinatės, kurios yra tikslinamos kas 20s, kad būtų galima priimti atitinkamą automobilio paieškos veiksmo planą.
3.4 Sistema Skit – Orion
Sistema leidžia atsekti žemėlapyje transporto buvimo vietą, o taipogi neatidėliotinai informuoti dispečerį apie reikalingą techninę pagalbą arba policijos iškvietimą.Šiame komplekte realizuotos šios funkcijos:o Miesto objektų atvaizdavimas elektroniniame žemėlapyje.o Judančių objektų monitoringas naudojant GPS sitemą.Pagrindinės centro informacijos apdovanojimo techninės charakteristikos:o Duomenų perdavimo greitis radiokanalu – 1200-2400bod.o Darbo režimas: užklausimas – atsakymas, radio siųstuvas.o Radio dažnių kiekis – priklauso nuo transporto priemonių skaičiaus.o Kanalų rūšys – kalbinis (sinpleksinis), skaitmeninis.o Transporto priemonių skaičius grupėje (esant apklausos ciklui 40 s) – 86 vienetaio Grupių skaičius sitemoje – ne daugiau 10.o Siunčiamų transporto priemonių tekstinių žinučių ilgis – 80 simbolių.Į komplektą įeina GPS imtuvas su antena, radiokanalo kontroleris, mikrokontroleris ir radiostotis. Dėl autonominio buvimo vietos nustatymo transporto priemonių komplektuose naudojami 2 tipų GPS imtuvai: G8 (Ashtech) ir Jupiter (Rockwell). Šių imtuvų tipų panaudojimas paremtas geru kainos/kokybės santykiu ir galimybe dirbti miesto, su aukštais pastatais, sąlygomis.Transporto priemonių komplekto uždaviniai ir galimybės:o Transporto priemonės buvimo vietos nustatymas su centro informavimu.o Skaitmeninės informacijos išsiuntimas pagal centro užklausimą.o Paros judėjimo parametrų protokolo įvedimas į energetiškai nepriklausomą flash – atmintį.o Įmontuotas laikrodis rodantis realų laiką automobilio displėjuje.o Transporto priemonės greičio parodymai displėjuje su garsine užduoto greičio slenksčio viršijimo indikacija.o Tarnybinių pranešimų iš centro priėmimas ir atvaizdavimas monitoriuje.o Raidinės – skaitmeninės informacijos priėmimas su atvaizdavimu automobilio monitoriuje.o Pasikalbėjimų su centru galimybė (centrui leidus).o Radio stoties kanalų elektroninis valdymas.o Realizuota pagrindinių komplekto mazgų savidiagnostika, su rezultatų išdavimu į automobilyje įmontuotą monitorių bei į dispečerių centrą.o 8 papildomų įrenginių aptarnavimo galimybė (davikliai, relės ir kt.)
o “Slapta funkcija” – pasiklausymo salone funkcija pagal centro komandą.o Galimybė užblokuoti komplektą pagal centro komandą.3.5 “Mobisafe” palydovinė apsaugos sistema
Transporto buvimo vieta nustatoma GPS sistemos palydovų pagalba. Tai kol kas efektyviausia automobilių apsaugos sistema, kuri efektyvi ir piktavališkai nulaužus GPS anteną, montuojamą automobilio išorėje, mat automobilyje įmontuotas GPS imtuvas priima signalus ir juos persiunčia į dispečerinę išspinduliuodamas juos visu savo korpusu (antena susieta su automobilio kėbulu), o įvarius mašiną į metalinį garažą fiksuojama paskutinė mašinos buvimo vieta ir išlieka dispečerinės kompiuterio atmintyje, mat metaliniai garažai labai susilpnina signalų priėmimą/siuntimą.
4. Kontroleriai
Radijo kanalo tarnauja dėl skaitmeninės informacijos perdavimo organizavimo radijo kanalu. Dėl duomenų perdavimo radijo kanalu be trukdžių ribojamas perdavimo greitis 1200/2400 (bod). Radijo kanalo kontroleris realizuojamas panaudojant specializuotą FFSK moduliaciją kanale. Kontrolerio radijo kanalo ypatumai:o darbas su 3 standartiniais greičiais be kvarcinio rezonatoriaus pakeitimo.o Įmontuoti priėmimo ir perdavimo traktų filtrai.o Duomenų srautų sinchronizacija perduodant ir priimant.o Minimalus vidinių elementų kiekis.o Įmontuota nešlio detekcijos sistema kanale.o Įeinančių ir išeinančių duomenų srautų valdymas .o Intelektualus audiotraktas.o Realizuotas pilnas RS-232 sąsajos funkcijų rinkinys.o Mažas energijos suvartojimas.o Platus darbinių temperatūrų diapazonas.Transporto priemonės radijo kanalo kontroleris tarnauja dėl viso komplekto valdymo kontrolės, mygtukų aptarnavimo, bendravimo su GPS imtuvu. Kontroleris priima iš GPS imtuvo buvimo vietos koordinačių ataskaitą ir, užduotu intervalu (arba pagal užklausimą), įjungia paketinio duomenų perdavimo ryšio kontrolerį. Mikrokontroleriai. Transporto priemonių mikrokontroleriai atlieka viso automobilio įrangos komplekto valdymo funkciją, įrangos testavimo funkcijos. Išskirtiniai mikrokontrolerių duomenų ypatumai: o Ištobulinta įvedimo/išvedimo sistema sistema.o 2 COM port.o Sąsajos su vidiniais įrenginiais per pertraukinėjimo ir įvedimo/išvedimo sistemos linijas.
5. “Juodoji dėžė” – GPS Logger
GPS – Logger – tai aparatinių- programinių priemonių komplektas. Šiuolaikinių koordinačių technologijų panaudojimas leidžia užtikrinti didelį tikslumą ir sistemos efektyvumą. Sistema nustato transporto priemonių koordinates ir judėjimo greitį vieną kartą periode nuo 1 min iki 12 val. Grįžus iš reiso duomenys perduodami į ofiso kompiuterį, kur atliekami parodymai ir maršruto analizė elektroniniame žemėlapyje. Kadangi didelio tikslumo nereikia, naudojamas paprastos ir nebrangios kartografinės programos ir žemėlapiai. Duomenys apie judėjimą gali būti perduoti statistiniam apdorojimui su Microsoft Excel programa. Sistema labai paprastai įmontuojama transporto priemonėje ir atlieka nepertraukiamą savo funkcionavimo kontrolę. Nutrūkus maitinimui, antenai ar įvykus kitiems panašiems atsitikimams- visa įrašoma į atmintį nurodant datą ir laiką.
IŠVADOS
Sparčiai vystantis elektronikai ir kompiuterinei technikai GPS tapo prieinama ne tik kariškiams. Šiuo metu GPS privalumais gali naudotis net vaikai ar Alzhaimerio liga sergantys ligoniai. Yra sukurta ir gaminama eilė personalių GPS imtuvų su integruota GSM ryšio priemone, pranešančia apie jūsų vaiko ar ligonio buvimo vieta. Spec. tarnybų automobiliai naudoja GPS operatyviai nustatyti iškvietimo tikslą ir optimizuoti maršrutą. GPS naudojamas aptikti pasimetusias jūroje gelbėjimo valtis. Pervežimo ir transportavimo kompanijos naudoja palydovines stebėjimo sistemas sekti ir pagreitinti krovinio pristatymą, fiksuoti ir kontroliuoti transporto ar krovinių judėjimą. GPS panaudojamas civilinės aviacijos navigacijoje, fotografavimui iš lėktuvo, kartografijoje, žemdirbystėje ir miškininkystėje, kelių tiesimui, miško gaisrų sekimui. Mokslininkai pasitelkdami GPS stebi žemės drebėjimus. GPS prietaisai diegiami į automobilius. Tuomet vairuotojai gali ne tik žinoti savo buvimo vietą painiuose didmiesčių labirintuose, bet ir susidaryti maršrutą iki kelionės tikslo. Taigi per kelis pastaruosius metus GPS panaudojimas tapo beribis.
LITERATŪRA
1. http://www.aero.org/publications/GPSPRIMER/2. http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps.html
3. http://www.cmtinc.com/gpsbook/4. http://www.seascape.nl/dgps.htm5. http://www.trimble.com/geoxh.shtml6. http://lbs.gpsworld.com/gpslbs/LBS+News/GPS-or-Wi-Fi-Positioning-Both-Says-IMS/ArticleStandard/Article/detail/485620?contextCategoryId=1385 7. http://www.garmin.com/garmin/cms/site/us/ontheroad8. http://products.howstuffworks.com/gps-devices-reviews.htm