ГНСС-приложения

Более широкий охват этой темы см. в разделе Спутниковая навигация .

Приемники глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), использующие системы GPS , ГЛОНАСС , Galileo или BeiDou , используются во многих приложениях. Первые системы были разработаны в 20 веке, в основном для того, чтобы помочь военнослужащим ориентироваться, но вскоре система определения местоположения нашла множество гражданских применений.

Навигация

• Автомобили могут быть оснащены приемниками ГНСС на заводе или в качестве послепродажного оборудования. Устройства часто отображают движущиеся карты и информацию о местоположении, скорости, направлении, а также близлежащих улицах и достопримечательностях .

Основная статья: Автомобильная навигационная система

GPS-приемник для использования в гражданских автомобилях.

• Аэронавигационные системы обычно имеют движущуюся карту и часто подключаются к автопилоту для навигации по маршруту. Установленные в кабине приемники GNSS и стеклянные кабины появляются на самолетах авиации общего назначения всех размеров, в которых для повышения точности используются такие технологии, как SBAS или DGPS . Многие из них сертифицированы для навигации по правилам полета по приборам , а некоторые также могут использоваться для операций захода на посадку и посадки, например, в совместной системе точного захода на посадку и посадки . Пилоты- планеристы используют бортовые самописцы GNSS для регистрации данных GNSS, проверяющих их прибытие в точки поворота на соревнованиях по планеризму , а также для получения информации, помогающей принимать решения на маршруте при полете по пересеченной местности .
• Лодки и корабли могут использовать GNSS для навигации по всем озерам, морям и океанам мира. Морские ГНСС-устройства включают функции, полезные на воде, такие как функции «Человек за бортом» (MOB), которые позволяют мгновенно отмечать место, где человек упал за борт, что упрощает спасательные работы. GNSS может быть подключена к судовым самоуправляемым устройствам и картплоттерам по интерфейсу NMEA 0183 . GNSS также может повысить безопасность судоходства за счет включения AIS .

GPS-модуль, показывающий основные точки маршрута и информацию о отслеживании, которая обычно требуется для занятий спортом на открытом воздухе и отдыха.

• Тяжелое оборудование может использовать GNSS в строительстве, горнодобывающей промышленности и точном земледелии . Отвалы и ковши строительной техники управляются автоматически в системах наведения машин на базе GNSS . Сельскохозяйственное оборудование может использовать GNSS для автоматического управления или в качестве визуальной помощи, отображаемой на экране для водителя. Это полезно при контролируемом движении, работе с пропашными культурами и при опрыскивании. Харвестеры с мониторами урожайности также могут использовать GNSS для создания карты урожайности загона , на котором ведется уборка.

• 

  Велосипед с GPS (слева) и велокомпьютером

  Велосипедисты часто используют GNSS в гонках и турах. GNSS-навигация позволяет велосипедистам заранее прокладывать свой маршрут и следовать по нему, который может включать более тихие и узкие улицы, без необходимости часто останавливаться для сверки с отдельными картами. Приемники GNSS, разработанные специально для езды на велосипеде, могут включать в себя функции картографирования улиц или могут быть ориентированы на регистрацию продвижения велосипедиста по маршруту. Эти данные можно просмотреть после поездки, чтобы использовать их при планировании тренировок или соревнований, или загрузить в онлайн-сервисы, которые позволяют гонщикам просматривать и сравнивать поездки друг друга.
• Путешественники , альпинисты и даже обычные пешеходы в городских или сельских условиях могут использовать GNSS для определения своего положения со ссылкой на отдельные карты или без нее. В изолированных районах способность GNSS обеспечивать точное местоположение может значительно повысить шансы на спасение, когда альпинисты или туристы становятся инвалидами или теряются (если у них есть средства связи со спасателями).
• ГНСС-оборудование для слабовидящих . Имеется
• Космические корабли используют GNSS в качестве навигационного инструмента. Добавление приемника GNSS к космическому кораблю позволяет точно определять орбиту без наземной станции слежения . Это, в свою очередь, обеспечивает автономную навигацию космического корабля, групповой полет и автономное сближение. Использование ГНСС на средних, гео-, высокоэллиптических орбитах и ​​высокоэллиптических орбитах возможно только в том случае, если приемник может захватывать и отслеживать гораздо более слабые (15–20 дБ) сигналы боковых лепестков ГНСС. Это конструктивное ограничение и радиационная обстановка в космосе не позволяют использовать COTS- приемники. проще Спутникам на низкой околоземной орбите использовать ГНСС. Одна из таких группировок, управляемая Orbcomm, использует приемники GPS на всех спутниках. Китай провел несколько экспериментов с использованием недорогих одночастотных GPS-приемников COTS, установленных на спутниках серии Yaogan -30 (YG30; LEO) и Fengyun -3C (FY3C; SSO ), с положительными результатами; одновременное использование нескольких систем помогает с полярными орбитами FY3C, позволяя видеть больше спутников GNSS.

Геодезия и картографирование

• Картографические и географические информационные системы (ГИС). Большинство приемников GNSS картографического уровня используют данные несущей волны только с частоты L1, но имеют точный кварцевый генератор , который уменьшает ошибки, связанные с дрожанием тактового сигнала приемника . Это допускает ошибки позиционирования порядка одного метра или меньше в режиме реального времени, при этом дифференциальный сигнал ГНСС принимается с помощью отдельного радиоприемника. Благодаря сохранению измерений фазы несущей и дифференциальной постобработке данных с помощью этих приемников возможны ошибки позиционирования порядка 10 сантиметров.
  • Несколько проектов, в том числе OpenStreetMap и TierraWiki , позволяют пользователям совместно создавать карты, подобно вики , с использованием GPS-приемников потребительского уровня.
• Геофизика и геология. Высокоточные измерения деформации земной коры можно выполнить с помощью дифференциальной ГНСС, определив относительное смещение между датчиками ГНСС. Несколько станций, расположенных вокруг активно деформируемой области (например, вулкана или зоны разлома ), можно использовать для определения деформации и движения грунта. Эти измерения затем можно использовать для интерпретации причины деформации , например, дамбы или подоконника под поверхностью действующего вулкана. Позиционирование GNSS в реальном времени также может использоваться как часть систем раннего предупреждения о землетрясениях .
• Археология . Когда археологи раскапывают место, они обычно составляют трехмерную карту места, подробно описывая, где находится каждый артефакт.
• Геодезические исследования . GNSS-приемники геодезического класса можно использовать для позиционирования геодезических маркеров , зданий и дорожного строительства . Эти устройства используют сигнал как с частот GPS L1, так и с L2. Несмотря на то, что данные кода L2 зашифрованы сигнала , несущая волна позволяет корректировать некоторые ионосферные ошибки . Эти двухчастотные GPS-приемники обычно стоят 10 000 долларов США или больше, но могут иметь ошибки позиционирования порядка одного сантиметра или меньше при использовании в режиме GPS с дифференциальной фазой несущей .
• геодезического класса GNSS- приемников В отрасли имеется относительно небольшое количество крупных игроков, которые специализируются на разработке сложных двухчастотных GNSS- приемников, способных точно отслеживать фазы несущей для всех или большинства доступных сигналов, чтобы снизить точность относительного . позиционирования до значений уровня см, необходимых этим приложениям. Наиболее известные компании — Javad, Leica , NovAtel , Septentrio , Topcon и Trimble .

Другое использование

• Военные высокоточные боеприпасы . Многие типы боеприпасов, включая бомбы JDAM и 155-мм артиллерийские снаряды Excalibur , используют GNSS для наведения на цель.
• Точная привязка ко времени. Многие системы, которые должны быть точно синхронизированы, используют ГНСС в качестве источника точного времени. GNSS можно использовать в качестве эталонных часов для генераторов временного кода или Network Time Protocol (NTP) серверов времени . Датчики (для сейсмологии или других приложений мониторинга) могут использовать GNSS в качестве источника точного времени. Сети связи множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) часто полагаются на эту точную синхронизацию для синхронизации радиочастотного генерирующего оборудования, сетевого оборудования и мультиплексоров .
• Мобильная спутниковая связь. В системах спутниковой связи используется направленная антенна (обычно «тарелка»), направленная на спутник. Например, антенну на движущемся корабле или поезде необходимо направить в зависимости от ее текущего местоположения. Современные антенные контроллеры обычно включают в себя приемник GNSS для предоставления этой информации.
• Службы экстренной помощи и определения местоположения . Функциональность GNSS может использоваться службами экстренной помощи для обнаружения мобильных телефонов. Возможность найти мобильный телефон требуется в Соединенных Штатах в соответствии с законодательством о службах экстренной помощи E911 . Однако такая система существует не везде. GNSS менее зависит от топологии телекоммуникационной сети , чем радиолокация для совместимых телефонов. Вспомогательный GPS снижает требования к питанию мобильного телефона и повышает точность определения местоположения. Географическое местоположение телефона также может использоваться для предоставления услуг на основе местоположения, включая рекламу или другую информацию, специфичную для местоположения.
• Игры с определением местоположения . Доступность ручных приемников GNSS привела к появлению таких игр, как геокэшинг , который предполагает использование ручного устройства GNSS для перемещения на определенную долготу и широту для поиска объектов, спрятанных другими геокэшерами. Это популярное занятие часто включает в себя прогулки или походы по природным местам. Геодашинг — это вид спорта на открытом воздухе, в котором используются путевые точки .
• Маркетинг . Некоторые компании, занимающиеся исследованием рынка, объединили системы ГИС и исследования на основе опросов, чтобы помочь компаниям решить, где открывать новые филиалы, и нацелить свою рекламу в соответствии с моделями использования дорог и социально-демографическими особенностями жилых зон.
• Пассажиры самолетов. Большинство авиакомпаний разрешают пассажирам использовать устройства GNSS на своих рейсах, за исключением времени посадки и взлета, когда использование других электронных устройств также ограничено. Несмотря на то, что потребительские приемники GNSS имеют минимальный риск помех, некоторые авиакомпании запрещают использование портативных приемников во время полета. Другие авиакомпании интегрируют отслеживание самолетов в телевизионную развлекательную систему в спинках сидений, доступную всем пассажирам даже во время взлета и посадки.
• Информация о курсе. GNSS можно использовать для определения информации о курсе, даже если она не предназначена для этой цели. «ГНСС-компас» использует пару антенн, разделенных примерно 50 см, для обнаружения разности фаз несущего сигнала от конкретного спутника ГНСС. Учитывая положение спутника, положение антенны и разность фаз, можно вычислить ориентацию двух антенн. В более дорогих компасных системах GNSS используются три антенны в треугольнике для получения трех отдельных показаний по каждому спутнику. GNSS-компас не подвержен магнитному склонению , как магнитный компас, и его не нужно периодически переустанавливать, как гирокомпас . Однако он подвержен эффекту многолучевого распространения.
• Системы GPS-слежения используют GNSS для определения местоположения транспортного средства, человека, домашнего животного или груза, а также для записи местоположения через регулярные промежутки времени для создания журнала перемещений. Данные могут храниться внутри устройства или отправляться на удаленный компьютер по радио или сотовому модему. Некоторые системы позволяют просматривать местоположение в режиме реального времени в Интернете с помощью веб-браузера.
• Мониторинг местонахождения осужденных за сексуальные преступления с использованием браслета GPS в качестве условия условно-досрочного освобождения. Сотрудники правоохранительных органов могут проверять ежедневные перемещения правонарушителей всего за 5 или 10 долларов в день. Отслеживание в реальном времени или мгновенное считается слишком дорогостоящим для отслеживания преступников с помощью GPS.
• Геозоны могут включать или отключать устройства в зависимости от их местоположения.
• Системы ценообразования на дорогах GNSS взимают плату с участников дорожного движения, используя данные датчиков GNSS внутри транспортных средств. Сторонники утверждают, что ценообразование на дорогах с использованием GNSS позволяет применять ряд политик, таких как взимание платы за проезд на городских дорогах, и может использоваться для многих других приложений, таких как парковка, страхование и выбросы транспортных средств. Критики утверждают, что GNSS может привести к вторжению в частную жизнь людей.
• Прогноз погоды ( радиозатмение GNSS ). Измерение атмосферных отклонений спутниковых сигналов GNSS с помощью специализированных приемников GNSS на орбитальных спутниках можно использовать для определения атмосферных условий, таких как плотность воздуха, температура, влажность и плотность электронов. Было доказано , что такая информация, поступающая от набора из шести микроспутников, запущенных в апреле 2006 года и получивших название «Группировка систем наблюдения за метеорологией, ионосферой и климатом COSMIC», повышает точность моделей прогнозирования погоды.
• Фотографическое геокодирование . Объединение данных о местоположении GNSS с фотографиями, сделанными (обычно цифровой) камерой, позволяет просматривать фотографии на карте. или поискать в справочнике места, где они были сняты . Можно автоматически аннотировать фотографии с указанием местоположения, которое они изображают, интегрировав в камеру устройство GNSS, так что координаты внедряются в фотографии в виде Exif метаданных . Альтернативно, временные метки изображений могут быть сопоставлены с журналом пути GNSS.
• Прыжки с парашютом . В большинстве коммерческих зон высадки используется GNSS, чтобы помочь пилоту «найти» самолет в правильном положении, чтобы все парашютисты с грузом могли вернуть свои купола обратно в зону приземления.
• Беспроводные сети . Метод отображения и загрузки точного местоположения беспроводной сети называется вардрайвинг . Для определения местоположения он использует данные о силе сигнала от беспроводного адаптера и GPS. Kismet для Linux — широко используемая программа для вождения.
• Дайвинг на затонувшие корабли . Популярный вариант подводного плавания с аквалангом известен как дайвинг на затонувших кораблях. Чтобы найти желаемое место кораблекрушения на дне океана, используется GPS для навигации к приблизительному местоположению, а затем место кораблекрушения обнаруживается с помощью эхолота .
• Социальные сети . Все большее число компаний продают сотовые телефоны, оснащенные технологией GPS, предлагающие возможность определять местонахождение друзей на специально созданных картах, а также оповещения, которые информируют пользователя, когда группа находится в запрограммированном радиусе действия. Многие из этих телефонов не только предлагают функции социальных сетей, но и предлагают стандартные функции GPS-навигации, такие как звуковые голосовые команды для автомобильной GPS-навигации.