Про отключение станций DGPS, и что из этого получится.

Про отключение станций DGPS, и что из этого получится.

Наш великий китайский сосед является неоспоримым лидером по поставке в Ютуб видеозаписей всевозможных драк. Китайцы исторически очень не толерантны друг к другу, и склонны решать мелкие бытовые разногласия традиционным русским мордобоем.

Но если китайские мужики проводят боевые действия по понятиям и технично, то самки китайцев во гневе — это нечто. Реально, могут снять с себя штаны, и лупить ими друг друга. За неимением под рукой другого подходящего вооружения.

Смотреть на такие эпические битвы можно бесконечно долго, однако в последнее время поведение Страны и Штатов очень смахивает на баталии двух истеричных китаянок. Они уже дошли до фазы снимания штанов и сворачивания из оных «боевых морковок», и явно на этом не успокоятся.

Тут уже никакого цирка не нужно, всё прямо с доставкой на дом. Практически каждый эври дэй.

Одним из элементов представления является заявление вице-премьера РФ Дмитрия Рогозина о готовности Страны отключить наземные GPS станции на своей территории. Поскольку в последнее время и чиновники, и так называемые журналисты, не умеют ясно и чётко излагать свои мысли и факты, да и в большинстве случаев ничего не понимают в том, о чём говорят, у населения возникла лёгкая паника. «Что же будет с Родиной и с нами», ага.

Давайте вместе с местным автором попытаемся разобраться во всей этой теме с отключением наземных DGPS станций. По итогам чего возникнет чёткое понимание, чем же это нам грозит.

Про юзера с навигатором.

Давайте найдём на местности какую-нибудь точку с известными до метра координатами, и, находясь на ней, попробуем посмотреть, с какой точностью она определится по GPS. Которая Global Positioning System от заклятого врага.

Такую точку с открытым горизонтом найти довольно трудно, если только Вы не знаете все геодезические знаки в своей локации на память. Так что для простоты эксперимента воспользуемся какой-нибудь горкой или перевалом, для которых на генштабовских картах точно известна их высота.

Высота тоже есть элемент координат, и для нашей задачи она сойдёт. Причём даже лучше, чем сами координаты — наивысшая точка местности прекрасно обнаруживается на глаз, и с ней ошибиться невозможно.

Местный автор в одном из своих путешествий проходил через такой перевал, и не поленился замерить его высоту. По GPS Роутер Финдеру получилось 1536 метров, а по карте 1513.

23 метра нестыковочки по вертикали — это очень много.

Из чего складывается такая погрешность?
Необходимо выяснить.

Порядок функционирования GPS.

При включении навигатора, если ему дополнительно не помогать в определении локации (система помощи определения координат A-GPS выключена либо отсутствует), прибор внимательно слушает частоту 1575.42 MHz. Там он находит спутник с самым сильным сигналом, и начинает принимать от него цифровой поток.

Эти данные имеют строгую структуру, описывающую орбиты спутников, их идентификаторы, флаги работоспособности каждого спутника, точное время, служебную информацию. Данных довольно много, и время передачи всей последовательности занимает аж двенадцать с половиной минут. Сама информация закольцована.

Соответственно, если навигатор понятия не имеет, где он сейчас находится (память о его последних координатах пуста), время «холодного» старта может составлять те самые двенадцать с половиной минут. И даже больше, если условия приёма не ахти.

Когда навигатор получил полную информацию об эфемеридах спутников, и уже знает, с какими именно он может работать, производится выбор ещё как минимум трёх из числа наиболее хорошо слышимых. Но таких, чтобы они образовывали гониобазу, дающую минимальную погрешность определения координат.

То есть тут мы уже понимаем, почему навигатор выбирает сигналы определённых спутников, а не тех, у которых сигнал тупо мощнее.

Далее в дело вступает очень высшая и предельно хитрая математика. Все спутники GPS излучают сигнал на одной и той же частоте, но из-за разной удалённости спутников от приёмника их сигнал приходит с различным сдвигом по фазе. Из всей этой какофонии на выходе приёмника надо выделить сигнал каждого спутника, и по времени задержки понять, как далеко он находится. После чего, построив пространственную модель, из неё уже можно вытащить собственные координаты. Причём спутники находятся в движении относительно наблюдателя, и считать надо быстро.

В идеале мы должны получить правильные координаты. Однако, понимая, что на время прохождения сигнала от спутника на орбите до приёмника на земле влияет много факторов, рассмотрим, что именно может обуславливать погрешность определения координат.

Неточности определения координат в спутниковых системах навигации.

1. Эфемеридная погрешность: спутник колбасит на орбите примерно на три метра относительно его штатной орбиты в зависимости от рельефа местности (моря, горы) и воздействия Луны. Классическое взаимодействие масс в пространстве, плюс неидеальность земной поверхности, прокручивающейся под спутником.

2. Верхние слои атмосферы вносят так называемые ионосферные задержки распространения сигналов. Тут возникают погрешности порядка 20-30 метров днем (возмущённая ионосфера), и 3-6 метров ночью. Во время магнитных бурь эффект сказывается сильнее.

3. Нижние слои атмосферы также вносят погрешность порядка 30 метров (тропосферные задержки распространения сигналов). Но эти задержки хорошо моделируются, а потому не так страшны.

Всё это совокупно не позволяет найтись на местности с погрешностью, меньшей 20-30 метров. Что, конечно же, недопустимо — определённые корректировки закладываются в саму модель, реализуемую в чипе GPS приёмника, что позволяет снизить погрешность до 10-15 метров. Что тоже не сильно хорошо.

А можно ли точнее?

В ряде случаев нужна дециметровая точность определения координат, например, для геодезии и картографии. И даже сантиметровая (в основном для научных измерений, когда геологи пытаются наблюдать расхождение материков, подвижку горных массивов, и т. п.) И мы знаем, что сантиметровая точность определения координат вполне достижима. Но как, Холмс?

Да вроде несложным путём. Простая логика.

Если мы в точности знаем координаты какого-то места, и организуем в этой точке стационарный пост измерения координат по GPS, то в любой момент времени способны сравнить измеренные по GPS приёмнику координаты с истинными. Что само по себе ничего нам не даёт — координаты стационарного GPS приёмника мы знаем и так.

Но зато разница между теорией и экспериментом дают нам некоторую поправку, которую можно внести во все навигаторы, расположенные вблизи нашего стационарного GPS приёмника, и тем самым скомпенсировать эфемеридную погрешность, а так же ионосферные и тропосферные задержки распространения сигнала, действующие в данный момент и на данной территории.

Если так и сделать, то точность бытового GPS навигатора с 20-30 метров для дешёвых моделей, либо 10-15 для дорогих, увеличится до 2-3 метров. А этого уже достаточно, чтобы отключить в навигаторе опцию «притягивать меня к дорогам», и от концепции «я нахожусь где-то тут» перейти к уверенности «я точно нахожусь тут». В силу чего больше не будет ситуаций, когда навигатор даёт команду на поворот уже после того, как поворот остался позади.

Собственно, такой базовый приёмник, стоящий в фиксированном месте, и называется наземной станцией GPS. А точнее, станцией коррекции, либо DGPS (differential GPS).

Это как раз те штуки, которые Дмитрий Рогозин обещал отключить.

Подробнее о DGPS станциях.

В локации местного автора есть ажно две наземных DGPS станции, причём одна из них буквально в шаговой доступности, пять минут пешочком вразвалочку. А другая практически в центре города — традиционная для Страны статуя Ленина на главной площади рассматривает антенну этой наземной DGPS станции, внимательно за ней следя. В целом же по стране таких станций на порядок больше, чем одиннадцать, а потому стоит проявить любознательность, и понять, как оно выглядит, кем используется, и кто пострадает, если их зачем-то отключить. А именно это нам и интересно.

Всё это не секрет, и сам комплект, развёрнутый в полевых условиях, выглядит так:

В стационарных условиях антенна ставится на возвышении, дабы ничто не закрывало радиогоризонт, а приёмник находится в помещении вблизи. К нему подключается компьютер, и всё это работает круглосуточно и в автоматическом режиме.

Сам приёмник, конечно, не простой, и стоит от 200 до 400 тысяч рублей. Он работает одновременно как с гражданским диапазоном, так и с военным (возможно, на коммерческой основе, с доступом за деньги). Это существенно повышает точность определения координат. Эта точность может составлять чуть ли не миллиметры при значительном времени накопления ошибки (часа два и больше).

Теперь вопрос, что тут делает компьютер.

Его задача — архивировать измерения DGPS станции, и, может быть (но не обязательно) передавать данные потребителям.

Кому нужны эти архивы?

Любому, кто в данной локации использует аналогичный приёмный комплекс для определения координат, но желает достигнуть сантиметровой точности. Результаты измерений в процедуре постобработки данных включают архив наземной стационарной DGPS станции за тот же временной период, в результате чего и происходит учёт и компенсация всех погрешностей, про которые уже шла речь.

Возможен другой подход — данные по поправкам от наземной DGPS станции тут же уходят в Интернет, и по любым каналам связи принимаются на измерительном комплексе «в поле». Эти поправки тут же учитываются, в результате чего получается сантиметровая точность прямо на месте.

То есть мы уже понимаем, что полезность или бесполезность наземной DGPS станции зависит исключительно от того, кому и как она отдаёт результаты своих измерений. И отдаёт ли вообще.

Наземные DGPS станции и бытовой навигатор.

Вот мы и получили ответ на мучающий нас вопрос — наш трекер или бытовой навигатор автомобилиста, охотника, рыболова, туриста и экстремала НИКАК не связан ни с одной наземной DGPS станцией. Работает она или нет, вообще всё равно.

Не всё равно будет только тем, кто занимается геодезией и картографией. И прочими высокоточными измерениями, в первую очередь в пользу науки. Но на них, видимо, Рогозину глубоко плевать.

А как у буржуев?

А у них всё не так.

Все наземные DGPS станции поставляют свои измерения в центр обработки, который формирует поправку в измерения координат по регионам и локациям. Эти данные тут же уходят на специально выделенный спутник (или даже несколько), и излучаются обратно в том или ином частотном диапазоне сразу на всю территорию страны.

В Штатах передача данных происходит на частоте GPS спутников — приёмник резервирует один канал из 12 под приём этих данных, и вносит поправки прямо по ходу измерений. Пользователю не нужно докупать никакого дополнительного оборудования, он исходно имеет точность определения координат порядка 2-3 метров на всей территории США.

В некоторых регионах могут работать иные системы приёма данных о поправках, но также на специально выделенной спутниковой частоте — это подмножество SBAS (Space Based Augmentation System). Все фирмы-производители навигационной аппаратуры поддерживают в своих изделиях как минимум американскую (WAAS), европейскую (EGNOS), и японскую (MSAS) системы коррекции координат, причём на всей территории развитых стран без всяких изощрений погрешность позиционирования на местности составляет от 1 до 3 метров.

И это заслуга исключительно наземных станций DGPS.
Чем они плотнее стоят, тем радостнее юзеру.

Кстати, никто не заставляет передавать поправку от наземных станций DGPS потребителю именно через спутник. Вполне возможен альтернативный метод, например, по радиоканалу. Иной раз даже на совсем низкой частоте (длинные волны, частота в районе 300 килогерц). Оно так и делается в прибрежных локациях, вблизи крупных портов. Передатчик всего лишь стоваттный, но работает на сотни километров.

Некоторый, возможно, неполный перечень таких DGPS станций содержится в gnsspro.com

Итого.

На территории России отключение наземных DGPS станций совершенно не скажется на бытовых потребителях. Просто потому, что потребители никак не включены в инфраструктуру. Да и самой инфраструктуры, если честно, тоже практически нет — она доступна лишь специалистам.

Кстати, американцы тоже никак в неё не включены, и эти наземные DGPS станции им даром не сдались (ну разве что для удовлетворения любопытства). Да и у них есть военный вариант GPS. А в скором времени будет и гражданская версия GPS-IIF, с точностью определения координат меньше метра. С полудюжины новых спутников этой системы уже летают.

Что касается нашего ГЛОНАССа, система коррекции навигационного сигнала планируется к вводу в эксплуатацию, и называться она будет «Луч». После чего точность определения координат составит около метра на территории России.

P.S из 2018 года.

Похоже, DGPS станции всё-таки удушили. Всевозможные сервисы отображения на карте автобусов выкручиваются как умеют. Например, смотрят на карте текущее положение трамваев (тоже зачем-то оснащённых трекерами), и фиксируют несовпадение их замеренных траекторий с проложенными рельсами. Если такое несовпадение систематическое, надо внести поправку во все данные, дабы трамваи начали ходить строго по рельсам. Все автобусы при этом так же вернутся на дороги, и перестанут давить пешеходов, и таранить стены домов.

Про спутниковый интернет Starlink от SpaceX.

В данной публикации местный автор порассуждает о проекте Starlink. К сожалению, так называемые журналисты - существа абсолютно технически безграмотные, и уже понаписали много всяческой ереси, дезориентирующей интересующихся. А тема-то любопытная. Так что по пунктам. Что это вообще такое? Желание изложить информацию в доступной читателю форме сыграло с «технически безграмотными журналистами» злую шутку - проект Starlink совершенно точно не основывается на стандартных технологиях типа LTE или Wi-Fi…

Светодиодные драйверы (LED driver) в быту.

Как известно, в Стране, начиная ещё с известных горбачёвско-ельцинских событий, бытовой электроники как таковой больше не существует. От слова «напрочь». А между тем есть много простых девайсов, где бы она ой как пригодилась. Даже в наипростейшем ширпотребовском варианте её реализации, в виде «фитюлька за доллар».

Публичное харакири России на КВ диапазонах.

У современного человека, по всей видимости, чуть подвинулись мозги. Всё-то ему надо знать. Многие так вообще начинают свой день с Гугловых Новостей - этот агрегатор как-то умудряется вычленить из потока событий наиболее значимое. Как правило, всё, что там написано, в течение суток будет озвучено по новостийному радиовещанию, а на вторые сутки пройдёт сюжетами в телевизионных передачах.

№ 1A-GPS, GPS EPO

Получается указанные помогалки определения координат A-GPS, GPS EPO в настройках смартфона/планшета совершенно бесполезны (не работают) в раше?

A-GPS есть не что иное, как подсос альманаха спутников через альтернативный канал, не требуя его приёма с самого спутника.

Сервер A-GPS вообще никак не связан с наземной станцией DGPS, да и вовсе не факт, что в Раше вообще есть хоть один собственный A-GPS сервер - упоминания такого в природе не встречается.

В андроидном телефоне адрес сервера нашелся в файле /etc/gps.conf в виде ru.pool.ntp.org
Как видите, это американский сервер.
И он нам может отключить свой сервис в любой момент :)

Варианты A-GPS серверов для других европейских стран: pool.ntp.org

ЮреЦ

№ 2Точность

Для определённых нужд приходилось несколько лет назад использовать бытовой GPS (какой-то из Гарминов), проверяли его точность через пункты ГРО, кривизна оказалась в пределах 3-6 метров и для решения поставленной задачи вполне подошла. Так что всё не так плохо.

Гармин - навигатор уровнем повыше, чем бытовой.

В приграничной локации (например, вблизи Европы) он вполне мог цепляться за EGNOS, и учитывать поправки. Гармины это умеют.

claygod