GPS-антенна: описание, назначение, характеристики. Антенна gps навигатора

Антенна GPS: характеристики и назначение

Наружная GPS антенна дает возможность gps приемнику через принятый сигнал определить географическое положение в конкретный момент времени. На территории РФ широко применяется система навигации ГЛОНАСС, точность местоположения человека с приемником GPS достигает 3 метров, у моделей старого коммерческого выпуска точность положения – около 150 метров в условиях плохого сигнала от спутника, на открытой местности – около 3 метров. Существуют дополнительные системы поправок (SBAS), применяя которые точность определяется одним или двумя метрами.

Описание работы антенны

Антенна gps является составляющим устройством в системе беспроводной структуры определения географического положения объекта. Правильный выбор элемента приема сигнала (антенны) обеспечивает способность работы всей системы по таким показателям, как: дальность принятия сигнала от спутника, пропускная способность (каналы связи), другие параметры.

Антенна, выбранная неправильно, проявит свои негативные качества только в условиях непогоды: дождь, снег, это отразится ухудшением сигнала или прекращением работы. В нормальных условиях она будет показывать хорошие параметры связи. Спроектировать отличную антенну требует значительных усилий, не меньше чем конструирование электронных изделий.

GPS антенна

Дополнительные сведения. GPS расшифровывается как Глобальная Система Позиционирования, которая разработана в начале 70 годов прошлого века для вооруженных сил США, но уже в середине 90 годов прошлого века ее стали применять и для гражданских нужд. Первоначально в этой системе было 24 спутника, на этот год уже насчитывается 31 спутник.

Купленный смартфон или планшет имеет встроенную антенну gps, через драйвера она связывается с ПО (программным обеспечением). По этой причине специалисты выделяют три возможных фактора ошибки определения географического места, это:

• количество спутников gps над конкретной местностью;
• какого качества антенна находится в устройстве;
• насколько качественно работают драйвера.

Классификация антенн

Антенны GPS классифицируются, как: активные и пассивные, встроенные или внешние. Специалисты акцентируют внимание на тот фактор, что антенна в этой системе играет важную роль. Даже мощное устройство, но с неправильно подобранной антенной может показывать параметры намного ниже паспортных данных.

Активные gps антенны – это стандартная антенна, в схему которой встроен усилитель сигнала. Они часто применяются в приемниках, где нет внутренних аппаратов, но есть вывод для подключения внешней антенны. Активные элементы системы более чувствительные, а именно уровень сигнала к окружающему шуму выше, кроме этого происходит понижение помех.

Пассивную gps антенну характеризует окружающее электромагнитное излучение: чем оно выше, тем слабее сигнал дойдет к приемнику. Рекомендуется устанавливать в автомобиле активные антенны, с более большой амплитудой, выбор зависит от установленного приемника и наличия антенного усилителя.

Активные gps антенны

Изготовители антенн gps предлагают покупателям большой выбор внутренних и внешних моделей этих устройств, есть отличия по напряжению питания, от 3 вольт до 5 вольт, кроме этого устройства имеют и дополнительные полосовые фильтры для снятия сигнала (вырезания), который находится вне нужного диапазона.

Автомобильная gps антенна для навигационного блока имеет диапазон частоты 1575, 42 плюс-минус 3 МГц. Учитывая работу полосового фильтра, получается 10 МГц, с усилением 4 Децибела и рассеиваемой мощностью в один ватт. Эти устройства показывают стабильную работу при следующих температурных колебаниях: минус 40 градусов – плюс 100 градусов по Цельсию, влажность считается 100%.

Кроме большого выбора антенн производители предлагают различную комплектацию к ним по маркам кабеля и виду разъемов, что дает возможность применять их с разного вида устройствами. Важным показателем в комплектации кабеля выступает его длина, сейчас она достигает пяти метров. Оптимизация антенн проводится по разным показателям, это: коэффициент усиления, уменьшение энергопотребления, уменьшение стоимости устройств, уменьшение габаритных размеров устройств.

Как подключить антенну gps к планшету

Современные мобильные устройства и планшеты имеют внутреннюю gps антенну, но их нельзя приравнивать к навигатору, так как не всегда эти устройства могут уловить сигнал от спутника, когда плохие условия приема, а именно:

1. Автомобильные стекла с напылением, которые не дают полноценного прохождения сигнала;
2. Габаритные размеры планшета не позволяют его разместить под стеклом;
3. Маленький обзор.

Простой выход из такой ситуации – это сделать подключение; gps антенна для планшета станет почти 100% навигатором. Эту работу можно выполнить самостоятельно или же обратиться в сервис.

Важно! Внешняя антенна представлена в миниатюрном виде, она размещается в специальном боксе, который имеет габариты не больше ½ коробка спичек, из него выходит специальный кабель, экранированный по всей длине, которая может быть разной, это зависит от модификации антенны, в основном установлено около 3500 миллиметров. Через специальный разъем антенный блок подключается к планшету, такого вида антенну можно подключать к стационарному ПК или смартфону.

Подключение антенны

Как подключить внешнюю антенну к своему устройству

Приобретая наружную антенну gps, вы должны четко объяснить продавцу, для какого устройства вы ее берете, это необходимо сделать, так как современные усилители сигнала можно применять, используя USB порт, а также Bluetoot, а именно подключить своими руками:

• Для смартфона идеально подходит усилитель сигнала с подключением Bluetoot, все параметры будут передаваться, используя специальный протокол, вам не нужны дополнительные разъемы;
• На ПК и ноутбуках сейчас устанавливается разъем USB/PS2, поэтому можно выбрать наружный усилитель с подключением через него;
• На некоторых планшетах нет USB входа, тогда решением будет подключение через Bluetoot, эффективность этой антенны достигается автономным блоком питания и необходимостью правильно установить крепление антенны.

Виды подключения усилителя к приемнику сигнала

Работа GPS в автомобиле

Специалисты для упрощения понимания работы системы позиционирования авто сделали простой алгоритм понятий, который представляет следующее:

1. Внешняя gps антенна принимает и усиливает сигнал, получаемый от спутников, передает его в приемник навигатора;
2. В блоке навигации расположен приемник сигнала, который рассчитывает местонахождение авто по сигналу, принятому от GPS антенны, затем для уточнения положения параметры передаются в блок управления системы навигации;
3. В задачу навигационного блока входит окончательный расчет вашего местонахождения, он должен показать маршрут к точке следования. Блок корректирует загруженную дорожную карту, рассчитывает расстояние до выбранного пункта назначения. Навигационный блок управляет голосовыми командами, устройством DVD, показывает нужный фрагмент карты на дисплее;
4. Расчет направления движения в навигационном блоке проводится на основании данных, получаемых от угловой скорости колеса и параметра сигнала VSP авто, который приходит от ECM компьютера.

Для правильного определения положения авто надо настроить дорожную карту, на ней отмечается местоположение машины. Дорожная карта через устройство DVD транслируется в навигационный блок и сравнивается с положением авто. Нельзя настраивать карту, когда авто в движении, а также когда машина находится на дороге, не обозначенной на карте.

Как сделать наружный усилитель самостоятельно

Знать собственное местонахождение в некоторых случаях важно, поэтому навигация все сильнее входит в повседневную жизнь. Очень часто пользователи сталкиваются со слабым gps сигналом, когда он нужен, а еще с полным его отсутствием. Выходом из этого положения может быть антенна самостоятельного изготовления для любого устройства с GPS модулем.

Китайского происхождения устройство с модулем gps часто страдает отсутствием сигнала; причина – слабый модуль приема сигнала. Антенной работает патч, размещенный на внешней стороне устройства. Необходимо отметить, что на улице это устройство работает, но сигнал пропадает, если создать плохие условия приема (занести устройство в дом, положить в авто). Порядок действий:

• Определяем, насколько сложно или легко можно добраться к gps модулю;
• Берем медную проволоку сечением 5/2 миллиметра квадратного, длиной 46 миллиметров*4, где 4 – это стороны квадрата, она представляет собой квадрат;
• Делаем из проволоки правильный квадрат, используем плоскогубцы, надо точно выдержать размеры, от этого зависит, как будет работать антенна;
• Припаиваем антенну к внешнему патчу gps.

Для удобства антенну можно прикрепить к корпусу устройства скотчем. Результатом выполненной работы является стабильный прием сигнала устройством в помещении и в авто.

Самодельная антенна

Пример самодельной антенны gps дает возможность принимать сигнал даже в плохих погодных условиях и внутри авто. Часто навигацией пользуются любители путешествий, когда надо проложить короткий маршрут из одного пункта в другой. Наружная GPS антенна дает гарантию стабильного приема сигнала.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками

Антенна GPS используется для определения специальными приборами координат местности, в которой находится человек в данный конкретный момент. С недавнего времени наша страна располагает собственной разработкой в данной области – системой ГЛОНАСС. Современные GPS-приёмники без дополнительных систем уточнения обладают достаточной для определения местоположения точностью – в районе 3-х метров.

Антенна GPS

Принцип работы

С появлением GPS-устройств для определения местоположения всё меньшее количество человек умеет пользоваться компасом. Первой составляющей GPS-навигатора является его антенна. Именно с помощью неё происходит приём сигнала от ближайшего навигационного спутника связи. От верного подбора характеристик принимающего устройства (антенны) зависит точность и способность принятия нужного сигнала.

Неверно подобранные характеристики принимающего элемента могут сильно усложнить жизнь во время таких природных явлений, как снег или дождь, что сделает определение местоположения невозможным как раз в тот момент, когда это наиболее необходимо. Поэтому проектированием GPS-антенн занимаются специальные проектные организации, и без обязательных полевых испытаний в промышленное производство изделие не запускается.

Дополнительная информация. GPS – Global Positioning System. В переводе означает система глобального позиционирования. Изначально была разработана военными для своих нужд на территории Северной Америки. Она настолько хорошо себя зарекомендовала, что военные ведомства в конце прошлого века вынуждены были поделиться технологией с гражданским населением.

На сегодняшний день в любом новом гаджете присутствует встроенная GPS-антенна. Однако точность определения местоположения зачастую оставляет желать лучшего. Выделяются три основные причины ошибочной работы устройства:

• Отсутствие спутника в данный конкретный момент в данной конкретной местности;
• Плохое качество антенного устройства;
• Нерасторопное программное обеспечение.

Типы антенн

Существуют различные типы антенн:

• Встроенные или внешние;
• Активные или пассивные.

Для правильного выбора GPS-антенны необходимо охарактеризовать перечисленные выше разновидности. Это важно, т.к. неверное применение типа детали может привести к снижению характеристик GPS-приёмника.

Активные GPS-антенны

Это часто применяемое устройство со встроенным усилителем сигнала. Основная область применения – приёмники без встроенного аппарата приёма сигнала, но с возможностью его подключения через соответствующий разъём. Данные аппараты чувствительны. Ими же происходит понижение уровня помех.

Активная GPS-антенна

Пассивные GPS-антенны

Обычно встроенные. Есть очень сильная зависимость от внешнего электромагнитного поля. Чем больше его влияние, тем менее сильный сигнал дойдёт до конечного устройства.

Производители выпускают огромное количество различных моделей данных GPS-устройств, в которых можно легко запутаться. Различаются и характеристики, вплоть до питающего напряжения. На рынке присутствует даже GPS антенна для планшета с фильтрацией паразитных сигналов.

На сегодняшний момент присутствуют различная комплектация моделей, виды разъёмов и марки кабелей, что позволяет применять их со всеми существующими видами приёмников. При выборе необходимо обращать внимание на длину кабеля: чем он больше, тем лучше.

При всём многообразии моделей устройства всё время модернизируются, улучшаются следующие показатели:

• Коэффициент усиления;
• Снижение потребления энергии;
• Уменьшение себестоимости;
• Уменьшение габаритов.

Подключение гаджетов

У современных гаджетов присутствует встроенная GPS-антенна. Однако в качестве навигаторов их использовать можно далеко не всегда. Не во всех неблагоприятных условиях они могут уловить сигнал от ближайшего спутника связи. К таким неблагоприятным условиям можно отнести:

• Стёкла автомобиля с напылением, мешающим свободному прохождению сигналов;
• Размеры экрана гаджета не всегда позволяют чётко увидеть все детали маршрута;
• Габаритные размеры планшетов не позволяют разместить его под лобовым стеклом автомобиля.

При походе в магазин для приобретения необходимого устройства необходимо очень подробно объяснить продавцу-консультанту тип гаджета, для которого приобретается антенна, для каких целей планируется использование устройства, а также, какой результат применения требуется, где его необходимо будет устанавливать.

Всё это нужно учитывать потому, что сегодняшние усилители применяют такие современные средства коммуникации, как USB-порт и Bluetooth. Для использования в гаджетах последний кодированный протокол передачи данных предпочтительнее, т.к. не вменяет необходимость дополнительных проводов, мешающих при его использовании, например, у смартфона. Однако при данном подключении необходимо очень точно установить антенну в требуемое место. На компьютерах обычно используют специальные разъёмы USB.

GPS в автомобиле

В современном автомобиле нужен навигатор, зашитый в бортовой компьютер. Навигацией очень удобно пользоваться любому водителю.

Автомобильный навигатор

Проектировщики, занимающиеся проектированием систем навигации автомобилей, остановились на следующем алгоритме работы:

• Устройство внешнего типа получает и усиливает сигнал, идущий от спутника. В усиленном виде он попадает в навигатор;
• В приёмном устройстве навигации появляется полученный сигнал. На его основе происходит определение местоположения автомобиля. Далее происходит уточнение координат с помощью блока управления системы;
• После уточнения координат местоположения автомобиля происходит вычисление оптимального маршрута движения до конечного пункта назначения. Это происходит на основе загруженных при производстве машины дорожных карт. Зачастую управление навигационной системой производится голосом. При необходимости обновления загруженных в память автомобиля карт используют специальные загрузочные DVD-диски;
• Определение верного направления движения происходит с помощью параметров угловой скорости колёс, за вычисление которой отвечает бортовой компьютер.

При настройке определения местоположения автомобиля на загруженной в его память карте машина должна быть в статическом покое и в месте, обозначенном на карте. При этом gps антенна для навигационного блока устанавливается на заводе.

GPS-антенна своими руками

Бывают ситуации, в которых без определения местоположения, можно попасть в очень незавидное положение. В таком случае навигационные приборы просто жизненно необходимы. Здесь слабый сигнал от спутника связи или его полное отсутствие недопустимы. Тогда, зная, что из себя представляет GPS-антенна, есть возможность изготовить её самостоятельно.

Пример самодельной GPS-антенны

На приведённом рисунке видно, каким образом можно изготовить необходимый элемент из подручных материалов:

• Берётся проволока, желательно медная, небольшого сечения. В нашем случае 2,5 мм²;
• Из проволоки сгибается квадрат соответствующего размера. Величины сторон показаны на рис.;
• Полученную деталь прикрепляем с помощью пайки или изоленты (скотча) к GPS-приёмнику.

В результате произведённых манипуляций можно получить приемлемый для определения координат местоположения сигнал.

GPS-антенны незаменимы в современных GPS-приёмниках для определения местоположения на местности. Очень востребованы туристами, которые с помощью данных устройств правильно прокладывают маршруты.

Видео

amperof.ru

GPS антенна.

В наше время спутниковая навигация, это неотъемлемая часть повседневной жизни, GPS встроен во всех мобильных устройствах. Навигаторы и трекеры работающие с GPS или отечественной Глонасс, получают все большее распространение, в основном в транспортных средствах, в автомобилях и т. д. При работе с различными GPS гаджетами, часто приходится сталкиваться со слабым сигналом GPS или полным его отсутствием. Сегодня рассмотрим как можно усилить GPS сигнал, в устройствах работающих с ним.

Главным образом речь пойдет об антенне, но не просто об антенне, которую можно купить в магазине, а о самодельной GPS антенне, которую можно подключить к любому устройству имеющему GPS модуль. Данную антенну, а точнее способ как её изготовить, нам поведал постоянный читатель блога Юрий из Тамбова, он в свою очередь откапал эту схему на каком-то американском форуме, за что ему большое спасибо.

Антенна мною была изготовлена и протестирована, не смотря на то, что она получилась со второго раза, полностью подтверждаю работоспособность данной конструкции. Изготавливалась антенна для китайского GPS трекера, который как раз и страдал постоянной потерей сигнала с GPS спутников. Известно, что у дешёвых трекеров это главная проблема, там стоят слабенькие GPS модули, у которых в качестве антенны работает патч имеющийся на корпусе самого модуля. Такой модуль будет работать только под отрытым небом, стоит же устройство куда-нибудь спрятать, (под капот машины, например) и сигнал сразу же теряется.

Прежде чем браться за изготовление GPS антенны, стоит убедиться, сможете ли вы добраться до GPS модуля, к которому антенна и будет подключаться. В китайском трекере, добраться до GPS модуля не составляет труда, там все хорошо разбирается и также собирается, ниже на фото показанно как выглядит GPS модуль у трекера. Выглядит он в принципе почти одинаково на всех устройствах, будь то трекер или навигатор. Но вот если в трекере до него просто добраться, то в навигаторе с разборкой могут возникнуть проблемы, так как устройство посложнее. Поэтому обязательно убедитесь, стоит ли разбирать ваше устройство, если вы точно не знаете как это сделать. К тому же лучше подключить покупную внешнюю антенну к разъёму устройства, если такой разъем имеется.

 

В обычных же, недорогих GPS трекерах, такого разъёма нет. Так что самодельная доработка вполне оправданна. Чем хороша данная антенна, так это тем, что она проста в изготовлении, и имеет миниатюрные размеры, это квадрат 46 на 46 мм. Антенна изготавливается из медной проволоки сечением 2,5 мм2. Это обычный монолитный электрический провод, который используется в электропроводке.

Фото изготовления GPS антенны

Сам процесс изготовления GPS антенны подробно показан на фото. Смысл заключается в правильном изгибании проволоки по размерам указанным на схеме. Проволока легко гнется руками с помощью плоскогубц. Обязательно все размеры выдержать точно, от этого зависит работоспособность конструкции.

 

После изготовления самой антенны, ее нужно будет припаять к патчу на GPS модуле как показано на фото. Ни в коем случае не спутайте GPS модуль с GSM антенной, на трекере GSM антенна выведена отдельно в виде небольшой схемы. GPS модуль впаян в плату устройства. Далее вся конструкция собирается, и самодельная антенна припаивается небольшим отрезком провода, который вводится в корпус через специально проделанное отверстие. Саму антеннку можно прикрепить к корпусу трекера обычным скотчем.

Результат от такой доработки стал заметен сразу, трекер ловит спутники даже в помещении, до этого он отказывался это делать даже на окне. Стабильный сигнал GPS теперь обеспечивается практически в любых условиях, что для трекера очень важно. Такая самодельная GPS антенна подойдет к любому GPS устройству, главное добраться к модулю. Но главное преимущество такой конструкции, это то, что такую простую GPS антенну своими руками сможет изготовить любой.

Похожие статьи:

bloganten.ru

GPS-антенна: описание, назначение, характеристики

GPS-антенна – это один из важнейших элементов беспроводной инфраструктуры. От верного выбора и правильной эксплуатации упомянутых устройств зависит работоспособность всей системы, поскольку они определяют максимальную дальность работы приборов, пропускную способность каналов связи и т.д.

Неверно смонтированная GPS-антенна при благоприятных погодных условиях способна обеспечивать довольно сносную связь, но во время дождя или снегопада будет давать сбои либо же вообще перестанет работать. Несмотря на кажущуюся простоту, проектирование антенн иногда требует больше сил и средств, чем создание сложных электронных устройств.

Классификация GPS-антенн довольно короткая. Они бывают:

• активными и пассивными;
• внешними и монтируемыми на плату устройства (по типу монтажа).

На сегодняшний день предлагается огромный выбор антенн, но не стоит забывать, что каким бы надежным и мощным ни было устройство, если с ним используется некачественная GPS-антенна, то технические характеристики данной системы будут далеки от заявленных. Работа такого прибора не принесет пользователю ожидаемого результата.

Активная GPS-антенна представляет собой стандартную пассивную модель со встроенным усилителем. Такие устройства используют в GPS-приемниках, в которых отсутствуют внутренние аппараты, в таком случае на корпус прибора выводится разъем для внешней антенны. Активные устройства превосходят пассивные экземпляры в чувствительности, они повышают соотношение уровня сигнала к уровню шума, снижают влияние каких бы то ни было помех. Сигнал от пассивных антенн сильно подвержен воздействию электромагнитного излучения, и как следствие, доходит до приемника в искаженном и ослабленном состоянии. Сигнал активных устройств отличается гораздо большей амплитудой, нежели у пассивных. К выбору GPS-антенны следует подходить индивидуально, принимая во внимание тип приемника, ведь некоторые приборы уже могут содержать встроенный антенный усилитель.

Производители GPS-антенн предлагают широкий выбор внешних и внутренних антенн. Они отличаются по напряжению питания (3-5В), имеют кроме усилителей сигнала и полосовые фильтры, которые вырезают посторонние сигналы вне пределов требуемого диапазона частоты. GPS-антенна (автомобильная) работает на частоте 1575,42±3 МГц. С учетом полосового фильтра ширина пропускаемой полосы составляет 10 МГц. Среднее значение коэффициента усиления антенн составляет 4 дБ, рассеиваемая мощность 1 Вт. Такие устройства в состоянии обеспечивать надежную работу в температурном режиме от -40 до +100 градусов по Цельсию при относительной влажности воздуха 100 процентов. Антенны комплектуются различными типами кабелей, с разными видами разъемов, что позволяет использовать их с любыми типами приемных устройств. Длина кабеля может достигать пяти метров, из-за чего заметно упрощается установка GPS-антенны.

Подведя итог, отметим, что современные устройства оптимизированы по различным критериям решений, таким как высокие коэффициенты усилений, низкое энергопотребление, малая цена, малые габаритные размеры.

fb.ru

GPS антенна из куска проволки и какой-то матери. / Блог им. letni / Сообщество EasyElectronics.ru

Есть у меня китайская GPS-ина ET-314 с DealExtreme [http://www.dealextreme.com/p/et-314-gps-engine-board-module-with-sirf-star-iii-chipset-80040], да вот вся проблема нету антенны. Заказывать и ждать, никакого желания нету. Хотя и стоит она всего 15грн. После некоторых размышлений, и вспоминание своих похождений с Wifi, вышло вот такое чудо. Под названием Biquad Биквадрат, это правильно изогнутая восьмерка, другое название «зигзаг Харченко»

Все просто. Длина волна Wifi = 125 мм, GPS = 3000/1575мгц = 190.4мм. Каждый лепесток Биквада равен длине волны поделенной на 4, ака для Wifi 31мм, Для GPS 47.6мм. Высота от отражателя будет Длина волны/8 -> 15.5, и 23.8 мм соответственно См. Чертеж Как это выглядит без отражателя для GPS И как это чудо ловит сигнал

Обновление: Подключение Подключение антенны идет так как указано в даташите к приемнику. Так как антенна была собрана just4fun не о каком согласование речи не шло, хотя формально для согласования требуется выдерживать размеры расстояния между отражателем и активным элементом. Впрочем я могу быть не прав.

Все размеры брались исключительно по пропорции готовых антенн на другие частоты. Впрочем как частоту не меняй законы остаются одинаковые.

К отражателю подсоединяется AGND соответственно. Как квадрат не крути он со всех сторон будет квадратом, так что активный элемент подключается как удобнее, к точке один и точке два, см самый первый чертеж. Одна точка подключается к AGND, со второй снимается сигнал.

we.easyelectronics.ru

Как подключить внешнюю антенну GPS к планшету?

Все современные планшеты и смартфоны обладают встроенным GPS, но их нельзя сравнивать с полноценными навигаторами. Гаджеты не всегда могут поймать спутники в сложных условиях приема. Происходит это в разных условиях:

• Стекла в машине покрыты специальным напылением, которое ухудшает прием сигнала.
• Планшет невозможно разместить под лобовым стеклом.
• Ограниченный обзор – это относится к специальной технике.

Но есть простой способ максимально приблизить ваш планшет к полноценному навигатору – установить внешнюю GPS антенну. Некоторые автомобилисты обращаются для этого в сервисные центры, но зачем платить, если работу можно выполнить своими руками.

Справка! Внешняя антенна размещена в компактном боксе, размер которого обычно не превышает половину спичечного коробка. Из бокса выходит экранированный кабель, его длина зависит от модели, но обычно кабель составляет 3-3.5 метров. Специальный разъем, расположенный на конце кабеля, подключается к приемникам сигнала, в нашем случае, к планшету. Также антенну можно подключить к смартфону или компьютеру.

Процесс установки

При выборе антенны вам нужно объяснить продавцу, для какого устройства будет использоваться усилитель GPS сигнала. Современные модели могут подключаться не только через USB, но и по Bluetooth. А теперь к подключению:

1. Идеальным решением для вашего смартфона будет GPS антенна, которая подключается к устройству через Bluetooth. Все данные будут передаваться по протоколу. Преимущество заключается в том, что вам не понадобятся дополнительные разъемы и модификация.
2. За счет того, что на планшете уже присутствует навигационное приложение, вам не придется вносить новые параметры.
3. Также внешний приемник может иметь разъем USB/PS2. Такой интерфейс обычно используется персональных компьютеров, ноутбуков, но есть исключения. Как и в первом случае, вам нужно только соединить антенну с устройством.

Редко, но встречаются модели планшетов, где отсутствует вход USB. В этом случае стоит приобрести внешнюю GPS антенну Bluetooth. Повышенную эффективность такой антенны можно объяснить наличием автономного источника питания. Также важно правильно закрепить ее. Некоторые автомобилисты выносят ее на крышу, другие крепят модификатор под стекло. В любом случае, с внешней GPS антенной ваш планшет будет работать не хуже, чем отдельный навигатор для автомобиля.

Пожалуйста, оцените статью Загрузка...

androidtab.ru

Как правильно разместить GPS антенну внутри автомобиля. Часть 1

Под лобовым стеклом, в центре?

Между передними сидениями?

Или подвесить как-нибудь сбоку?

Ответ можно получить с помощью эксперимента. В конечном счете, мы так и поступим, поэтому, если Вы торопитесь, то можете сразу переходить к концу статьи, непосредственно к ответу. Мы же, чтобы понимать физику процесса, предварительно рассмотрим некоторые, относящиеся к делу, теоретические вопросы.

Сначала несколько общих слов о принципе работы спутникового навигационного приемника. Радиосигналы, передаваемые каждым навигационным спутником, принимаются, усиливаются, переводятся на промежуточную частоту и подвергаются дальнейшей обработке. Эта обработка заключается в извлечении информационного сообщения спутника и определении времени распространения сигнала от спутника до приемника. Информационное сообщение спутника содержит эфемериды его орбиты, которые используются для определения его координат на момент передачи сигнала. Задержка принятого сигнала используется для определения расстояния до спутника. Зная координаты нескольких спутников и расстояния до них, навигационный приемник вычисляет координаты потребителя.

До скольких спутников требуется знать расстояния? Положение потребителя в пространстве определяется тремя независимыми величинами (например, долготой, широтой и высотой над уровнем моря). Кроме того, поскольку величина измеряемой задержки сигнала напрямую связана с уходом часов приемника, величина этого ухода также подлежит определению. Таким образом, в процессе решения навигационной задачи требуется определить четыре независимых неизвестных величины: долгота, широта, высота над уровнем моря и уход часов приемника.

Для определения этих неизвестных требуется минимум четыре уравнения. При этом, уравнения должны быть независимы, т.е. ограничения, накладываемые любым из них не должны дублировать ограничения остальных трех. Фактически, независимость уравнений определяется взаимным расположением выбранных спутников. Проиллюстрируем сказанное двумерным случаем, в котором для простоты рассуждений часы приемника полагаются абсолютно точными, в силу чего для решения навигационной задачи достаточно двух спутников (положение на плоскости определяется двумя независимыми координатами).

Рис 1. Влияние взаимного расположения спутников на точность определения координат

На рис. 1 конечная ширина концентрических колец обозначает конечную точность определения расстояний до спутников. В результате измерения параметров сигнала одного спутника GPS приемник выясняет, что размер заштрихованной области пересечения колец соответствует точности определения координат потребителя. Точность в случае рис. 1а выше точности в случае рис. 1б, что связано с различием угловых расстояний между направлениями на спутники. При уменьшении этого углового расстояния ограничения, накладываемые уравнениями, становятся более похожими друг на друга, то-есть становятся более зависимыми, а точность определения координат падает. В пределе, при совпадении угловых положений спутников, потребитель не может быть локализован.

В действительности, для увеличения точности, GPS приемник стремится использовать как можно больше спутников (рис 2). Большее число колец дает меньшую площадь их области пересечения, что соответствует увеличению точности. В трехмерном случае все эти рассуждения остаются справедливыми, только концентрические круги на плоскости необходимо заменить сферами с конечной толщиной поверхности.

Рис 2.

Для некоторого числа спутников можно определить такое их расположение, при котором будет обеспечена максимальная точность (оптимальное созвездие). Например, для 4 спутников это созвездие будет таким: один спутник в зените, остальные три располагаются в плоскости горизонта, отстоя друг от друга на одинаковый азимутальный угол. Если спутников больше 4-х, оптимальная конфигурация спутников будет похожей. Можно показать, что для нее объем многоугольника, вершины которого совпадают с концами единичных векторов, направленных от наблюдателя к спутникам, максимален. Отсюда интуитивно понятно требование распределить часть спутников оптимального созвездия равномерно по горизонту. Качество созвездия с точки зрения точности определения координат принято характеризовать коэффициентом PDOP (Position Dilution Of Precision), который равен отношению ошибки измерения координат к ошибке определения дальности. Чем меньше этот коэффициент, тем точнее определяются координаты. Для созвездия на рис. 1а PDOP меньше, чем для созвездия на рис. 1б. Для оптимального созвездия PDOP достигает минимального значения.

В случае системы мониторинга транспорта высота объекта над уровнем моря, как правило, менее значима, чем его положение в плане. Тут вместо PDOP можно воспользоваться HDOP (Horizontal Dilution Of Precision) – отношение ошибки определения координат в плане к ошибке определения дальности до спутника. Оптимальное созвездие с точки зрения HDOP отличается от оптимального с точки зрения PDOP. В частности, для минимизации HDOP спутник в зените ни к чему – минимум HDOP достигается при равномерном по азимуту распределении спутников в плоскости горизонта.

Теперь пора вернуться к обсуждаемому вопросу: как расположение антенны внутри автомобиля влияет на точность определения его координат? Во-первых, созвездие «видимых спутников» для антенны внутри автомобиля может отличаться от созвездия фактически имеющихся: кузов автомобиля может влиять на принципиальную возможность приема сигнала. Во-вторых, точность измерений параметров сигнала, а следовательно, и дальностей до спутников, внутри автомобиля может ухудшаться. Рассмотрим сначала первую часть вопроса:

Ухудшение точности определения координат, связанное с уменьшением количества видимых спутников.

Допустим, антенна внутри автомобиля «видит» только некоторые из оптимального с точки зрения HDOP созвездия, состоящего из 8 спутников. Как при этом изменится точность определения координат в плане, если точность определения дальности до «видимых» спутников остается неизменной? Чтобы ответить на этот вопрос нам придется записать пару формул. Если Вы и их и так знаете, или Вам вообще все равно, можете просто прочитать ответ ниже. Мы же для начала введем в рассмотрение декартову систему координат с центром в точке расположения антенны, ось Z которой направлена вверх, ось Y – на север, а ось X, соответственно, на восток. Поскольку в оптимальном, с точки зрения HDOP, созвездии спутники расположены в плоскости горизонта их координаты Z в выбранной системе будут равны 0. Для исходного оптимального созвездия можно записать следующую систему уравнений, связывающую измеренную дальность с ошибками определения координат и уходом часов GPS приемника:

здесь	— действительное расстояние от спутника до точки расположения антенны,
	— ошибка определения дальности до спутника,
	— координаты спутника,
	— ошибки определения координат и ошибка часов GPS приемника.

В уравнениях отсутствует ошибка определения координат по оси Z. Предполагается, что эта координата нам достоверно известна, и равна 0 в выбранной системе координат.

Правую часть каждого из уравнений (1) можно разложить в ряд по степеням и . Поскольку ошибки определения координат много меньше любого из расстояний до спутников, в разложениях можно оставить только члены, связанные с первыми степенями. В результате получим:

(2)

Поскольку , а , где — азимутальный угол в сферической системе координат, соответствующей исходной декартовой, в (2) можно избавиться от координат спутников, заменив их соответсвующими азимутальными углами:

(3)

или в матричном виде:

Полученная система уравнений устанавливает связь между ошибками измерения дальностей до спутников и определения координат в плане. Ее решение, минимизирующее сумму квадратов невязок, выглядит так:

(5)

где — транспонированная матрица H.

Выражение (5) устанавливает связь между конкретными реализациями ошибок. Однако, ошибки измерения дальностей до спутников суть случайные величины, поэтому, оперировать надо не их конкретными реализациями, а статистическими характеристиками. В некотором приближении, приемлемом в данном контексте, можно считать, что результаты измерений подчинены нормальному закону, независимы друг от друга и имеют одинаковую дисперсию. То-есть в целом их можно охарактеризовать диагональной ковариационной матрицей с одинаковыми элементами на диагонали:

(6)

где — дисперсия измерения дальности

Тогда неизвестный вектор ошибок определения координат и ухода часов тоже будет случайным и подчиненным нормальному закону. Его ковариационная матрица определится законом распространения ошибок:

(7)

Поскольку в оптимальном по HDOP созвездии спутники равномерно распределены по азимуту, а из интуитивных соображений ясно, что при повороте всей системы спутников на некоторый угол вокруг оси Z ничего не изменится, матрица H однозначно определена. Это означает, что матричный сомножитель в (6) может быть вычислен. Выполнив эти вычисления, получим:

(8)

То-есть дисперсия ошибки определения координат по каждой из осей в оптимальном по HDOP созвездии из 8-ми спутников в четыре раза меньше дисперсии ошибки измерения дальности.

Как изменится ковариационная матрица , если сигнал одного из спутников будет потерян? Это несложно выяснить, достаточно в системе уравнений (3) убрать одно уравнение и повторить только что выполненные вычисления:

(9)

Ковариационная матрица уже не диагональная, ошибки по осям X и Y кореллированы, поэтому, чтобы определить дисперсию ошибки диагональных элементов матрицы недостаточно, необходимо найти собственные числа ковариационной матрицы. Выполнив это получим значение максимальной дисперсии ошибки

Аналогично, вычислим ковариационные матрицы для случая исчезновения сигнала 2-х, 3-х и 4-х соседних спутников, и сведем все результаты в одну таблицу:

Характерной является 2-я снизу строка таблицы: при исчезновении сигнала от половины соседних спутников дисперсия ошибки увеличивается в 20 раз, то-есть среднеквадратичная ошибка возрастает в 4.5 раза (корень из 20).

Если среднеквадратичная ошибка измерения дальности до спутника 8 метров (что недалеко от истины), то в для оптимального созвездия среднеквадратичная ошибка измерения координат составит 4 метра, а при исчезновении 4-х соседних спутников увеличится до 17.9 метров.

Такое ухудшение точности хоть и не критично с точки зрения типичных задач мониторинга транспорта, но, тем не менее, может расстроить пользователя системы «Навигатор+».

Можно ли как-нибудь определить, как будут меняться созвездия видимых спутников для представленных в начале статьи способов расположения антенны? Простые геометрические построения в данном случае не помогут. Дело в том, что если размеры объекта, препятствующего приему сигнала, соизмеримы с длиной волны, то интенсивность сигнала вблизи границы области геометрической тени будет определяться дифракцией электромагнитных волн на объекте. Проще говоря, куском железа размером в пару длин волн сложно «загородиться» от спутника. Более того, даже если размеры экранирующего объекта много больше длины волны, но расстояние от границы объекта до точки наблюдения соизмеримо с длиной волны, дифракционными эффектами также нельзя пренебречь. Длина волны, соответствующая несущей частоте GPS сигнала, равна приблизительно 190 мм. Размер если и не близкий к размерам характерным конструктивных эелементов кузова автомобиля, то по крайней мере соизмеримый с ними. Поэтому, для GPS антенны, расположенной в салоне эффекты дифракции на элементах конструкции могут быть существенны.

На практике это может означать, как то, что, например, антенна, спрятанная под крышей автомобиля, может, тем не менее, обеспечивать прием GPS сигнала, так и то, что сигнал от спутника, находящегося в геометрической видимости может быть не принят.

Для определения условий видимости спутников можно было бы попытаться составить электродинамическую модель автомобиля и решить задачу дифракции, однако, это довольно сложно. Упрощенная модель, не учитывающая подробности элементов кузова, может не обеспечить адекватной точности, а составление строгой модели сопряжено со значительными математическими и вычислительными трудностямии. Поэтому, мы поступили проще: провели эксперимент. Антенну одного GPS приемника резместили на крыше неподвижного автомобиля, а антенну другого поочередно размещали в салоне тремя указанными выше способами, и сравнивали два видимых созвездия друг с другом.

Для демонстрации видимых созвездий использовалась диаграмма, получающаяся отображением координат спутников на плоскую область, ограниченную кругом, при котором азимут спутника равен полярному углу соответствующей ему точки, отсчитываему по часовой стрелке от вертикальной оси, а косинус угла возвышения пропорционален расстоянию от точки до центра круга. Если, находясь в точке расположения антенны, повернуться лицом на север, а потом каким-нибудь непостижимым образом моментально взлететь строго вертикально на пару сотен тысяч километров, и посмотреть оттуда на навигационные спутники, то они будут расположены так же, как на диаграмме. Например, спутнику, расположенному в зените, будет соответствует точка в центре круга, а спутнику, только появляющемуся из-за горизонта, соответствует точка вверху диаграммы. GPS спутники принято идентифицировать числами, поэтому они обозначаются кружками с номером спутника внутри. Окружности сетки диаграммы соответствуют углам возвышения 0, 15, 30, 45, 60 и 75 градусов.

Вот результаты эксперимента:

Антенна на крыше автомобиля

Антенна под лобовым стеклом в центре (1)

Рис. 3

Антенна на крыше автомобиля

Антенна между передними сидениями (2)

Рис. 4

Антенна на крыше автомобиля

Развернутая на 90 градусов антенна (3)

Рис. 5

В целом, как ни странно, кузов автомобиля не очень сильно влияет на количество видимых спутников. Антенна под лобовым стеклом видит те же спутники, что и антенна на крыше, антенна между сидениями «потеряла» всего лишь два спутника (6 и 18), и то же самое сделала антенна, перевернутая на 90 градусов: тоже потеряла пару спутников, на этот раз 6 и 10. Вспоминая полученные выше результаты можно заключить, что геометрический фактор изменится не сильно.

Таким образом, мы рассмотрели первую часть поставленного вопроса о размещении антенны внутри автомобиля, связанную с изменением количества видимых спутников. Вторую часть вопроса рассмотрим во второй части статьи.

telemonitoring.ru

---

• 
  Промежуточные реле
• 
  Дб 5 дробилка
• 
  Энергосбыт шаховская
• 
  Алексей юрьевич макаровский
• 
  Промышленный бойлер для нагрева воды
• 
  Скорость радиоволны в вакууме
• 
  Металлическая гофрированная труба для кабеля
• 
  Вас виртуальная абонентская служба
• 
  Формулы электрический ток в металлах
• 
  Инсоляция расчет
• 
  Амплитудное значение силы тока