СОВЕТЫ РЫБАКУ

<<назад далее>>

Зачем рыбаку GPS ? ! Егор Кондрашев

---продолжение---

Одним из факторов, влияющих на точность GPS, является геометрия спутников. Простыми словами, понятие "геометрия спутников" означает то, как они расположены относительно друг друга и GPS-приемника. Если, например, приемник "видит" четыре спутника и все четыре расположены в северном и западном направлениях, то спутниковая геометрия скорее плохая. Причем вплоть до того, что приемник вообще не сможет определить местоположение. Почему? Потому что все расстояния, измеренные до спутников, будут лежать в одном глобальном направлении. Это означает, что триангуляция будет плохой и что область пересечения построенных прямых будет довольно большой (т.е. область вероятного положения будет занимать значительное пространство и точно указать координаты невозможно). В этом случае, даже если приемник выдает некоторые значения координат, их точность не будет достаточно хороша (возможно, 100 - 150 м). Если же эти четыре спутника будут находиться в разных направлениях, то точность значительно возрастет. Предположим, что они расположены равномерно по сторонам горизонта - на севере, востоке, юге и западе. Тогда, очевидно, геометрия будет очень хорошей. Область, определяемая пересечением соответствующих прямых, будет невелика, и мы можем быть уверены в правильности рассчитанного местоположения. В таком случае точность может быть до 3-5 м.
Геометрия спутников становится особенно важной при использовании GPS-приемника в автомобиле, среди высоких зданий, в горах или в глубоких ущельях. Если сигналы от некоторых спутников экранированы, то точность определения местоположения будет зависеть от оставшихся "видимыми" спутников (а от их количества - возможность провести расчеты вообще). Чем большая часть неба заслонена искусственными или естественными предметами, тем более сложно определить положение. Хорошие модели GPS-приемников показывают не только сколько спутников находятся в зоне видимости, но и где они расположены на небе (направление и высоту над горизонтом) для того, чтобы Вы могли определить, не экранируется ли сигнал от данного спутника.
Другим источником ошибок является переотражение спутникового сигнала от различных объектов. (В быту мы встречаемся с эти явлением в виде появления раздвоенного изображения на экране телевизора.) В случае GPS переотражение возникает при взаимодействии сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому. Это увеличение времени заставляет приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем на самом деле и это увеличивает ошибку при определении положения. Такие переотражения, если происходят, то могут добавить около 5 м в общую ошибку.
Существуют ли другие источники погрешностей? Конечно. Например, задержка прохождения сигнала из-за различныз атмосферных феноменов. Или ошибка хода часов приемника. Однако GPS-приборы спроектированы так, чтобы, по возможности, компенсировать их и, надо сказать, они справляются с этой задачей вполне успешно. Однако, небольшие искажения все же возможны. Для тех, кто интересуется, можно заметить, что задержка прохождения сигнала означает уменьшение скорости распространения радиоволн при прохождении ионосферы и тропосферы Земли. В космосе радиосигналы распространяются со скоростью света, однако при попадании их в ионизированные слои атмосферы Земли они существенно замедляются.
Насколько же точна GPS на практике? Обычные гражданские GPS-приемники обеспечивают точность от 10 до 100 м в зависимости от количества видимых спутников и их геометрии. Более сложные и дорогие приборы, стоящие несколько тысяч долларов, могут обеспечить точность до нескольких сантиметров, используя не одну, а несколько радиочастот. Однако точность даже обычных гражданских GPS-приемников может быть увеличена до 4 м и более ( в ряде случаев - до 1 м) с помощью т.н. дифференциальной GPS (DGPS). DGPS использует дополнительный, фиксированный в одной точке GPS-приемник для определения коррекции спутниковых сигналов. Как же величина необходимой коррекции сообщается вашему GPS-приемнику? В настоящее время в мире существует несколько бесплатных и платных служб такого рода. Так, например, Береговая охрана США и Инженерный корпус Армии США передают GPS-коррекции через морские радио-буи. Они работают в диапазоне 283.5 - 325.0 кГц и пользоваться ими можно бесплатно. Вашими единственными расходами, если Вы захотите пользоваться услугами этих служб, будет приобретение DGPS-приемника. Этот приемник подключается к Вашему GPS-навигатору с помощью 3-х проводного кабеля, по которому поправка передается в обычном последовательном виде в формате, называемом RTCM SC-104.
Платные DGPS-службы работают в УКВ-диапазоне или осуществляют вещание через спутники. Естественно, и в этих случаях вам понадобится специальный DGPS-приемник для приема поправок и передачи их на GPS-навигатор. Цена зависит от требуемой точности.
Достаточно интересным является использование GPS многими учеными и исследователями в качестве источника точного времени. Действительно, как уже говорилось выше, определение времени прохождения радиосигнала лежит в основе самой идеи GPS. С этой целью внутренние часы приемника постоянно синхронизируются с прецизионными атомными часами, установленными на спутниках. Это позволяет обеспечить точность измерения времени от микро- до наносекунд. Поэтому при проведении научных экспериментов становится возможным повсеместно иметь абсолютно точные отметки времени. Нельзя, конечно забывать, что и информация о положении в ряде экспериментов тоже может представлять интерес.
Важное место занимает GPS в работе спасательных служб. GPS позволяет существенно сократить затраты, связанные с поисковыми работами и значительно сократить время проведения спасательных операций. Используемые этими службами GPS-приемники стоят около 3 000 $ и обеспечивают точность до 1 м. Существуют и еще более дорогие модели, обеспечивающие точность до нескольких сантиметров!
Вы получили представление о принципах построения, функционирования системы GPS, теперь вернемся к использованию навигатора на рыбалке.
Наш путь лежал на Варецкие банки, там рыбалка, а затем на Птиный отдохнуть и подготовить место для ночевки. Мы двигались достаточно сложным маршрутом. “Обходим камни” - пояснил Константин, глядя на дисплей навигатора. “А эхолот на что?” - спросил я. Константин указал на нижнюю часть дисплея - 36.4 км/ч - “На такой скорости может помочь только впередсмотрящий эхолот стоимостью от $1000, а простой рыбопоисковый эхолот “видит” только под лодкой. Мы тут один раз прошли, не торопясь с эхолотом и навигатором, нашли безопасный путь, теперь гоняем по приборам”. То же самое и с Варецкими банками, которые представляют из себя несколько каменных гряд длинной от нескольких десятков до нескольких сотен метров на расстоянии 5-8 км от берега. Ориентиров никаких, при хорошей видимости и неидеальном глазомере представление о расстоянии на воде далеко от истинного - кажется, что отошел всего на пару километров, а навигатор показывает 7 км. Время, затраченное на движение к берегу полностью подтверждает показания умного прибора. А вот если видимость плохая? На поиск банок без навигатора можно потратить уйму времени, занимаясь промерами глубин вместо рыбалки. Чтобы ловить, где придется, надо редкое везенье, рыба в Ладоге не распределена равномерно по площади озера, она ищет не где глубже, а где лучше. Там где дно ровное как стол, нет подходящих укрытий и мест стоянки, не стоит надеяться на поклевку.

Что же еще может подсказать навигатор?

• Точные координаты текущего местоположения в требуемом формате в одной из нескольких десятков систем координат;

• Высоту над уровнем моря;

• Расстояние до уже введенных в его память точек;

• Пройденный путь;

• Карту или схематичное изображение (в зависимости от модели) окружающей местности, на которой будут показаны близлежащие точки, текущий маршрут и пройденный путь;

• В движении покажет направление на следующую точку маршрута, текущую, среднюю и максимальную скорость движения, расчетное время прибытия в пункт назначения;

• Точное время;

• Время восхода и захода солнца (некоторые модели показывают еще и фазы луны);

• Можно сохранить в памяти навигатора отдельные точки и целые маршруты, и потом повторить пройденный путь в любом направлении;

При описании возможностей

навигатора будем использовать следующие термины:

• Точка - это координаты пункта на местности, записанные и сохранённые в памяти навигатора GPS. Это место, куда в последствии может потребоваться вернуться. Такое место может быть условным пунктом на трассе или особым географическим пунктом (например, лагерь, стоянка автомобиля, островок и т.п.). В зависимости от модели можно сохранить в памяти навигатора от 100 до нескольких тысяч точек.

• Маршрут - это последовательность точек, заданная в порядке прохождения.

• Путь - это последовательность промежуточных точек, автоматически записываемых навигатором во время движения. Эти точки отображаются на экранной карте навигатора, так что всегда можно видеть, где же вы находитесь.

Большинство моих знакомых используют только небольшую часть возможностей своего навигатора - поставить точку в нужном месте, потом к нему вернуться, по пути измеряя скорость. Какие еще возможности открывают нам современные технологии? Для этого нам потребуется компьютер, не обязательно самый мощный, но желательно имеющий подключение к сети Internet. При чем тут Internet? В этой сети находится море полезной информации, среди которой есть и конференции пользователей навигаторов различных марок, где можно обсудить интересующие вас вопросы по проблемам спутниковой навигации, и web-сайты фирм-производителей оборудования GPS. Все современные модели навигаторов фирмы Garmin представляют из себя сложный аппаратно-программный комплекс. С аппаратной частью вы ничего нового сделать не сможете (кроме подключения дополнительной антенны в некоторых моделях), а вот от программы, заложенной в ваш приемник GPS, зависит очень многое. Несколько раз в году производитель навигаторов совершенствует программное обеспечение (ПО), добавляет новые возможности, корректирует ошибки, обнаруженные в предыдущих версиях. Последнюю версию ПО для навигаторов фирмы Garmin можно бесплатно скачать по сети Internet с web-сайта, находящегося по адресу http://www.garmin.com, затратив на это 5-10 минут. Файл получен, что делать дальше и как загрузить эти данные в навигатор? Для возможности обмена информацией с другими устройствами на приемнике GPS имеется разъем, на eTrex он на тыльной стороне, закрыт резиновой заглушкой. Как правило, разъем этот нестандартный, кабель с таким разъемом необходимо приобретать у дилеров оборудования GPS, стоимость кабеля $10-$40 (при навыках работы с паяльником и мелким слесарным инструментом можно за пару часов изготовить кабель, не отличающийся особой красотой, но успешно выполняющий свои функции). С помощью кабеля подключаем GPS к компьютеру, запускаем файл с обновлением, и через пару минут у вас в руках прибор с самыми современными возможностями. Я приобрел навигатор с версией ПО v2.05, скачал v.2.10 и получил следующие отличия от приобретенного ранее прибора:

Появилась новая страница в меню навигатора - ADVANCED SKYVIEW, только ради этой странички будет иметь смысл заменить версию. Все современные навигаторы имеют 12-ти канальный приемник, т.е. могут одновременно обрабатывать сигналы с 12-ти спутников, выбирая 4 лучших (с точки зрения силы сигнала и взаимного расположения). В более ранних версиях ПО для eTrex страница, показывающая силу сигнала спутников, напоминала не очень информативный мультфильм - человечек держит навигатор, а к нему тянутся сплошные или прерывистые линии от четырех схематично изображенных спутников на орбите. Страницу ADVANCED SKYVIEW eTrex унаследовал от более дорогих моделей. На этой страницы показаны (схематично) азимуты на 12 спутников, информация о которых взята из последнего альманаха, переданного спутником GPS, и сила сигнала по каждому из 12-ти сателлитов. При этом, в условиях не очень подходящих для приема сигнала (лес, ущелье, город и т.п.), становится намного нагляднее, как сориентировать навигатор, чтобы добиться лучшего сигнала. Да и eTrex приобретает более солидные черты Garmin-12, получив страницу с дизайном в стиле “military” вместо мультиков.
Возможность скрыть/показать точки на схеме (одним из недостатков миниатюрных приемников GPS является то, что на схеме с несколькими точками, расположенными поблизости, прямоугольники с названиями точек накладываются друг на друга, затрудняя их прочтение), теперь ненужные в данный момент точки можно скрыть
Возможность проектирования точек - в старых версиях навигаторов двигаться можно было только к уже поставленным точкам, а для того, чтобы точку поставить надо или пройти через нее, или поставить точку в другом месте, а затем исправить нужным образом ее координаты, что непросто.