СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИЯ В АВТОМОБИЛЕ
А. КАРЛИН, И. МАКАРОВ.
А. Рябов (Москва).
Если вы совершаете поездку на маршрутном транспорте - самолете, поезде или автобусе, - вам не надо ломать голову над тем, каким путем добраться до цели. Другое дело - поездка на автомобиле. Водителю приходится самому прокладывать маршрут к месту назначения, а сделать это в чужом городе, особенно в крупном мегаполисе, далеко не просто. Чтобы не плутать по незнакомым улицам и добраться до места назначения с наименьшими затратами времени, водитель должен точно знать, в какой точке маршрута он находится, куда ехать и где совершить тот или иной поворот. Вот тут ему на помощь приходит автомобильная спутниковая навигация.
Система автомобильной спутниковой навигации представляет собой сложный многокомпонентный программно-аппаратный комплекс. На него возложены задачи определения точного местонахождения автомобиля, разработки оптимального маршрута движения и его корректировки в случае, если водитель отклонился от трассы. Навигационная система оперативно обрабатывает полученную со спутника информацию и, не отвлекая водителя от управления автомобилем, голосом извещает об изменении направления движения согласно проложенному или откорректированному маршруту.
Прежде чем познакомиться с бытовыми спутниковыми навигационными приемниками и системами автомобильной навигации, стоит заглянуть в историю.
Принцип определения координат точки известен человечеству давно. С течением времени он практически не изменился, совершенствовались лишь инструменты и технологии их применения. Еще во время Первой мировой войны в Российской армии для обнаружения места расположения германской артиллерии использовали примитивные датчики. Они вырабатывали электрический сигнал в момент приема звука выстрела вражеской пушки. Датчики располагали в нескольких точках с известными координатами и на основании разницы во времени поступления на них звуковых сигналов вычисляли место расположения батарей противника.
Во время Второй мировой войны англичане пошли дальше. Методы определения координат удаленной точки они использовали для наведения на германские цели своих бомбардировщиков. В их распоряжении были радиостанции-маяки, по функциональному назначению ничем не отличающиеся от современных космических спутников. Маяки располагались на Британских островах, а навигационные приемники - на борту бомбардировщиков. Курс самолетов корректировался по поступающим с маяков радиосигналам, и это в значительной степени обеспечивало высокую точность ночных бомбардировок английской авиации.
Принцип работы современного навигационного спутникового приемника, в дальнейшем для краткости будем называть его навигатором, очень прост. На каждом входящем в систему GPS (Global Posctioning System) спутнике, а их в космосе более 30, находятся дорогостоящие, очень точные атомные часы. Их ресурсом в большинстве случаев определяется ресурс работы самого спутника. С атомными часами синхронизованы генератор цифрового кода и радиопередатчик спутника, посылающий на Землю сигналы в виде неких цифровых кодов. Проще говоря, со спутника на Землю передаются цифры: ноль, один, два, три и так далее - и данные о самом спутнике (его номер, координаты, точное время отправки сигнала и другие параметры). Через время, определяемое скоростью распространения радиоволн и расстоянием между точками нахождения спутника и навигатора, эти сигналы принимает навигационный приемник.
Рассмотрим вариант, когда приемник принимает сигналы только от двух спутников. Предположим, в какой-то момент времени с первого спутника поступает сигнал в виде цифры 2. Если расстояние до второго спутника меньше, то сигнал от него доходит до приемника быстрее. Значит, в тот момент, когда с первого спутника принимается цифра 2, со второго приходит другая цифра, к примеру 5. Таким образом, разница расстояний от приемника до первого и второго спутников определяется разностью: 5 - 2 = 3. Но точно определить расстояние, имея сигналы только двух спутников, навигатор не может: из-за неточности хода его часов возникает большая погрешность.
Если разница расстояний от навигатора до спутников равна нулю, он находится на плоскости, проходящей точно посередине между точками, определяющими местоположение спутников. Если же разница расстояний до спутников отлична от нуля, то приемник может находиться в любой точке некоторой двухмерной поверхности (или, если угодно, искривленной плоскости). Чтобы получить искомую точку, а она будет лежать, как известно из геометрии, на пересечении трех поверхностей, нужны сигналы еще как минимум двух спутников (один из них может быть спутником из предыдущей пары). Обработав поступающую с них информацию, мы получим еще одну разницу расстояний, а значит, вторую поверхность. Третьей может стать поверхность Земли, но при этом нужно иметь ее математическое описание. Проще получить сигнал с еще одного, четвертого, спутника.
Современные навигационные приемники могут одновременно принимать и анализировать сигналы с 12 спутников. Это позволяет определять координаты навигатора с точностью до 3 метров.
Какие бытовые спутниковые навигаторы существуют сегодня?
На российском рынке бытовых приборов наибольшее распространение получили навигационные приемники американских фирм "Garmin" и "Magellan". Самая популярная модель eTrex фирмы "Garmin" продается в России по цене 180-210 долларов, а в США она стоит не более 110 долларов. Благодаря оптимальным потребительским параметрам (масса, габариты, потребляемая энергия, набор функций, внешний вид и цена) эта модель навигационного приемника стала в США самой продаваемой. Она может работать около 20 часов от двух пальчиковых батареек размера АА либо постоянно от бортовой сети автомобиля, с которой соединяется через специальный адаптер. Навигационный приемник eTrex можно использовать как самостоятельное устройство и как датчик координат в составе навигационного комплекса (прибор имеет разъем для подключения к последовательному порту компьютера). Приемник может автоматически записывать "следы" своего движения - набор координат до 1500 точек пути, фиксировать до 500 точек по команде пользователя, показывать направление к выбранной и занесенной в его память точке и рассчитывать расстояние до нее. Он может также провести вас по маршруту (вперед и назад), составленному из набора путевых точек. Но, к сожалению, этот прибор не имеет возможности работать с картами.
Сегодня на рынке есть более современные модели спутниковых навигаторов со встроенной картой. Электронная карта - это уже совсем иной уровень удобства работы с прибором. С ней вы в каждый момент времени знаете свое местоположение относительно не только путевых точек, но и улиц, домов и других объектов. Разумеется, прибор с функцией загрузки карты стоит дороже. Цена приемника eTrex Legend фирмы "Garmin", имеющего 8 мегабайт памяти для загрузки карт, стоит в Москве 340 долларов. Есть и более дорогие бытовые навигационные приемники, например одна из самых популярных в США моделей eTrex Vista фирмы "Garmin", имеющая 24 мегабайта памяти для загрузки карт, встроенные магнитный компас, барометрический альтиметр и т. д. Ее цена в Москве - 470-500 долларов.
Навигационный приемник, находящийся на приборной панели в салоне автомобиля, принимает сигналы со спутников через лобовое стекло. Он определяет свои координаты, но не умеет прокладывать маршруты, "не знает", где улицы с односторонним движением, какие повороты разрешены, а какие нет, и т. д.
Всеми перечисленными функциями обладают спутниковые автомобильные навигационные системы, включающие помимо приемника компьютер (ноутбук или карманный), источники питания, аппаратуру, кронштейны для крепления оборудования и многие другие "мелочи", без которых не обойтись. Важное условие работы навигационной системы - возможность взаимодействия с аудиосистемой автомобиля или с каким-либо аналогичным автономным источником для вывода звуковой информации, извещающей водителя об изменении направления движения.
В дорогих иномарках последних моделей навигационные системы устанавливают на заводе-изготовителе. На западе они работают прекрасно, там для них есть и программное обеспечение, и электронные карты. Но зарубежные производители не разрабатывают детальные карты местности, пригодные для России, поэтому у нас штатные системы автомобильной навигации не работают, а становятся лишь дорогим бесполезным балластом.
Что касается программного обеспечения и электронных карт для автомобильной навигации, то в России они есть, причем ничуть не хуже западных. Основное отличие - их более реальная стоимость, но и она очень высока. Например, программное обеспечение и полный комплект подробных электронных карт России, в том числе городов, Средней Азии и Европы, разработанный санкт-петербургской фирмой "Ингит", стоит ни много ни мало 2280 долларов США. Но не стоит пугаться столь внушительной суммы. Цена программного обеспечения без электронных карт - порядка 100 долларов, а картриджей карт интересующей вас местности - от 3 долларов.
Кто ездил с "навигацией", представляет, что такое ноутбук в автомобиле. Найти для него удобное место в салоне не так-то просто, а чтобы им пользоваться, неплохо иметь помощника, ведь водитель не должен отвлекаться от дороги и смотреть на экран навигационного приемника во время движения. Это - угроза его безопасности. Отсюда вывод: без навигационного программно-аппаратного комплекса не обойтись.
Возникает много вопросов: какую модель навигационного приемника приобрести? какой выбрать компьютер? как подобрать к нему программное обеспечение? как запитать электрооборудование системы в автомобиле? как вывести звук? как пользоваться навигацией?
Специализированных фирм, которые могут ответить на все эти вопросы, пока единицы. Одна из них - "Альфа-Кар сервис" (Москва) занимается системной интеграцией в области автомобильной навигации. Специалисты фирмы помогут вам построить систему, установят ее и научат пользоваться.
Что касается интеллектуальной начинки, то ею занимается несколько фирм, например "Прин" в Москве и "Ингит" в Санкт-Петербурге. Дальше всех в этом направлении продвинулась, на наш взгляд, московская фирма "Киберсо". Ее программное обеспечение сопровождает работу системы навигации голосовой поддержкой на русском языке, да и интерфейс общения с системой русскоязычный. В разновидности программного обеспечения фирмы существуют версия для работы на IBM/PC - совместимом компьютере под управлением операционной системы Windows 9х (пока не говорящая), которая называется "АвтоГИС", и версия под управлением Windows CE - "ПалмГИСGPS". Windows CE - это уже новая аппаратная архитектура построения навигационной системы, дающая возможность использовать в автомобиле более удобный карманный персональный компьютер (КПК). Он маленький, для него легче найти место в салоне автомобиля, его можно положить в карман и взять с собой. Так что КПК - серьезный шаг вперед в развитии навигационных автомобильных систем.
В программном обеспечении под управлением Windows CE существуют, правда, некоторые неточности в голосовых подсказках, несколько ограничены и возможности ручной корректировки маршрута. Но в случае, если водитель отклонился от трассы, система сама проложит новый маршрут с нового места и приведет точно к финишу. В первую очередь такая система нужна молодым автолюбителям, особенно автолюбительницам, осваивающим новые маршруты. Она избавит их от необходимости названивать по сотовому телефону родным и знакомым и выяснять, как проехать в то или иное место. Важно отметить, что, несмотря на некоторые недостатки в работе программного обеспечения, система, будьте уверены, приведет вас к финишу без посторонней помощи.
Автомобильная спутниковая система навигации многофункциональна. Вы можете использовать КПК как компонент системы для выбора и сопровождения движения по маршруту или как обычный компьютер (документы, адреса, Интернет и т. д.). Навигатор ом также можно пользоваться отдельно от системы. Он пригодится, например, в поездке за грибами. Вы оставляете автомобиль на дороге или на опушке леса, фиксируете на приемнике его координаты и идете в лес, прихватив приемник с собой. Он отслеживает ваше перемещение и по вашей команде показывает на экране обратный маршрут. Навигатор выведет вас на то же место с точностью до 3-5 метров. А если вы найдете в лесу поляну с белыми грибами, вновь сделайте отметку в приемнике. В следующий раз, пусть даже через год, вы отыщите это место без труда - возможностей масса.
По мере развития автомобильных навигационных систем совершенствуется и такая их функция, как наблюдение за подвижными объектами и их поиск. Что это дает? Приведем пример не самый приятный, но актуальный. У вас угоняют автомобиль, оборудованный навигационной системой и сотовым телефоном. Срабатывает штатная противоугонная сигнализация, по сотовому телефону сигнал передается на пульт диспетчера. Туда же от системы навигации постоянно поступает информация о местонахождении автомобиля. Диспетчер незамедлительно вызывает спецподразделение перехвата и прямо с пульта включает в автомобиле дополнительные противоугонные системы (если они, конечно, есть): блокировку двигателя, коробки перемены передач, запирание дверей, автономную сирену. Помимо этого диспетчер может оперативно корректировать маршрут движения группы перехвата и даже передавать информацию с угнанного автомобиля на навигационную аппаратуру в машине преследователей.
В заключение хочется развеять некоторые слухи вокруг навигаторов и навигационных систем.
Во-первых, вопреки сложившемуся мнению навигаторы ничего не излучают в эфир, а работают только на прием как радиоприемник. В отличие от обычного радиоприемника навигатор может одновременно принимать сигналы 12 спутников, производить вычисления и отображать на экране их результаты.
Во-вторых, за использование навигационного оборудования не взимается абонентская плата. Один раз заплатив, вы можете пользоваться им сколько хотите.
В-третьих, навигаторы не так дороги, как о них говорят. В связи с появлением дешевой элементной базы и эффективных схемотехнических решений, реализующих большинство функций системы спутниковой навигации, цены на навигаторы резко снижаются.
В экономически развитых странах спутниковые навигаторы не только устанавливают в самолетах, на яхтах и в автомобилях, но и встраивают в детские игрушки, сотовые телефоны, велосипеды, ошейники домашних животных, берут с собой на прогулки, в путешествия и даже используют в сельском хозяйстве для посадки растений в точно определенное место. Нет сомнения, что в скором времени и в России спутниковые навигационные системы найдут самое широкое применение, и каждый автолюбитель сможет позволить себе такую необходимую "роскошь".
Читайте в любое время
