Полное отслеживание измерений gnss что это
Сверхточное позиционирование на дороге
Что за GNSS?
GNSS расшифровывается как Global Navigation Satellite System (или Спутниковая Система Навигации) и используется как общий термин для спутниковой локализации с глобальным покрытием по всему земному шару. По состоянию на 2019 год, существует несколько основных спутниковых группировок:
Как это все работает?
Возьмем для примера обычный GPS в нашем телефоне. В зоне видимости с Земли всегда есть как минимум четыре GPS-спутника. Каждый из этих GPS-спутников отправляет информацию о своей позиции и текущее время на GPS-приемники с фиксированным интервалом. Ну а расстояние между GPS-приемником и спутником вычисляется путем нахождения разницы между временем отправки сигнала с GPS-спутника и временем получения сигнала GPS-приемником.
Как только приемник (например, ваш смартфон) получает сигнал хотя бы с трех спутников, вычисляется ваше местоположение (а точнее вашего телефона) с помощью трилатерации. GPS необходимо хотя бы три спутника для вычисления 2D-позиции (долгота и широта) и четыре спутника для 3D-позиции (долгота, широта, высота).
Почему GPS плохо работает в городских условиях?
И хотя под открытым небом GPS работает довольно неплохо, точность сильно падает в городских условиях (ошибка может быть 50 метров и более): высокие здания, провода, мосты и прочие объекты — все это ухудшает точность позиционирования.
Переотражение спутникового сигнала в городе. Фото Uber
Здания часто мешают прямой видимости спутников, и пока сигнал со спутника «летит» в ваш приемник, он успевает несколько раз отразиться от зданий и прийти с искажением. Из-за подобных переотражений точность позиционирования существенно снижается (бывает ± 500 метров). Вы, наверняка, сталкивались с такой ситуацией, когда при заказе такси ваше местоположение на карте отображалось неправильно.
Чтобы исключить эти проблемы, мы используем высокоточные GNSS-приемники, существенно повышающие точность позиционирования с помощью IMU (инерциальные измерительные модули), информации с CAN-шины автомобиля, RTK-поправок и еще немножко другой магии.
Повышение точности
Существует несколько основных способов повысить точность. Взглянем на самые популярные:
По большому счету, базовая станция — это GNSS-приемник в режиме “станция” + софт + радио/интернет канал
Вы знали, что в нашем OSCAR’e?
OSCAR и высокоточные GNSS-приемники
Сантиметровая точность необходима всем беспилотным автомобилям, не только OSCAR. Представьте на секунду, чтобы было бы, если бы беспилотник использовал обычный GPS с точностью ± 50 метров:
Такая низкая точность однозначно приведет к ДТП. Именно поэтому в процессе работы над OSCAR мы проводили исследования и испытывали ряд GNSS приемников, тестируя их в сложных условиях плотной городской застройки.
Автомобиль один, а GPS-треков несколько
В итоге, мы остановились на двух решениях:
В StarLine мы наслаждаемся тем, что делаем безопасный беспилотный автомобиль реальностью. Если тебе также интересна эта тема и ты хочешь строить беспилотное будущее с нами, то приглашаем в команду!
Проект StarLine OSCAR (Open Source Car) открыт для специалистов из Open Source Community, где все желающие могут поучаствовать в процессе разработки беспилотника на уровне кода, опробовать свои алгоритмы на реальном автомобиле, оснащенном дорогостоящим оборудованием.
Полное отслеживание измерений gnss что это
Новости и обновления
Техподдержка и сервис
Номера телефонов ПРИН
Здесь мы делимся самой большой ценностью наших коллег и партнёров: опытом и знаниями.
Читай, изучай и развивай свои профессиональные навыки.
Давай расти вместе!
Новости и обновления
Техподдержка и сервис
Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы
Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы
Используя большой опыт службы технической поддержки АО «ПРИН», в данной статье мы попытались в доступной форме (вопрос-ответ) изложить ответы на наиболее часто встречающиеся вопросы при работе со спутниковым оборудованием, с которыми сталкиваются «новички», в первый раз получившие комплект ГНСС оборудования.
Оглавление
Общие вопросы
В: На что влияет количество каналов в приёмнике?
О: В общем случае число каналов характеризует возможность одновременного приёма сигналов со спутников различных систем на разных частотах.
Например, чтобы отслеживать сигналы со спутниковых систем NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo на различных частотах, в т.ч. планируемых, требуется около 200 каналов.
Но на достоверность и скорость получения решения влияют также и алгоритмы чипсета, ответственного за обработку сигналов. Поэтому стоит рассматривать число каналов в приёмнике совместно с возможностями вычислительной обработки платы ГНСС, определяющие качество получаемого решения.
В: Как измерять высоту приёмника?
О: Высоту измеряют от центра пункта или наконечника вехи до середины прокладки антенны, специального выреза в антенне или ручки специального адаптера (по наклонной линии), так и до нижней части приёмника или антенны (по вертикальной линии).
Вопросы, связанные с режимом Статика
В: Как долго необходимо выполнять измерения на точке в статике?
О: Всё зависит от условий наблюдений и типа используемого оборудования. При работе можно руководствоваться следующей формулой:
30 мин+1 мин*L км, где L – расстояние между приёмниками.
В: Какую частоту записи выбрать?
О: Частота (интервал) записи или – период сбора данных об отслеживаемых спутниках.
Достоверность определения местоположения, при прочих равных условиях, повышается при существенном изменении геометрии расположения спутников во время сеанса измерений. Интервала записи 10-15 секунд вполне достаточно для измерений в режиме «Статика». Запись с большей частотой является избыточной.
В режимах «Кинематика», «Stop and Go» требуется более высокая частота записи для накопления необходимого объёма данных при вычислении местоположения. В этих режимах рекомендуется использовать интервал 1 сек.
В: У меня есть файлы «сырых» измерений приемников разных производителей в различных форматах. Как их совместно обработать?
О: Как правило, программы для постобработки поддерживают только «фирменные» форматы сырых данных производителя или универсальный формат RINEX. Используйте программу-конвертер для преобразования файлов необработанных спутниковых измерений в формат RINEX. После этого вы можете выполнить обработку данных, полученных из приёмников различных производителей в одной программе. Вы можете скачать программы для конвертации файлов из приёмников Trimble и PrinCe в RINEX.
В: Какое максимальное расстояние между приёмниками в режиме Статика?
О: Для одночастотных приёмников не рекомендуется выполнять измерения на расстояниях более 10 км. Для многочастотных приёмников пределом могут стать возможности программного обеспечения при обработке длинных базовых линий. Например, при работе с ПО TBC не рекомендуется обрабатывать базовые линии длиннее нескольких сотен километров.
Вопросы, связанные с режимом RTK
В: Какое максимальное расстояние между приёмниками в режиме RTK?
О: Для получения корректных результатов желательно выполнять работы на удалении не более 50 км от одиночной базы. При этом фиксированное решение можно получить и на большем расстоянии, но достоверность такого результата снижается по мере удаления от базы из-за неоднородных условий распространения спутникового сигнала.
В: Какая максимальная дальность радиосвязи в режиме RTK?
О: На дальность радиосвязи влияет множество факторов, например излучаемая мощность передатчика, чувствительность приёмника, частота и скорость передачи, условия распространения сигнала в окружающей среде и т.д.. Чтобы приблизительно оценить дальность работы по радио, вы можете воспользоваться программой PCC Range Estimator.
Например, при мощности передачи 4 Вт дальность радиосвязи в условиях прямой видимости составит около 10 км, а при мощности передачи 35 Вт – около 30 км (при использовании антенны с коэффициентом усиления 0 dBi).
Помните, что программа позволяет выполнить предварительный расчёт максимальной дальности радиосвязи, основываясь на стандартных формулах и параметрах окружающей среды.
В: Пытаюсь запустить RTK съёмку с использованием УКВ, устанавливаю одинаковые частоты на приём и передачу, но связи не происходит. Что я делаю неправильно?
О: Убедитесь, что установлены одинаковые протоколы и скорости на приём и передачу. Иногда из-за особенностей рельефа радиосигнал не может достичь приёмника. В таком случае воспользуйтесь модемом-ретранслятором радиосигнала, для увеличения дальности и сокращения зон с недоступной радиосвязью. Также, если вы осуществляете передачу данных по радио без получения соответствующего разрешения, то вполне возможно, что кто-то использует вашу частоту. В этом случае необходимо сменить частоту передачи данных.
В: Какие сим-карты нужны для работы в режиме RTK по голосовому каналу («по дозвону»)?
О: На SIM картах должна быть активирована услуга «Передача данных по голосовому каналу», «CSD» или «Факсимильная передача данных». Помните, что поддержка данной услуги у конкретного оператора может зависеть от региона.
В: При попытке дозвониться до Базы контроллер отображает сообщение: «Нет несущей». Что это значит?
О: Повторите попытку соединения с базой. Если ошибка всё равно появляется, то, скорее всего, на SIM картах не активирована услуга передачи данных по голосовому каналу или в данном регионе она не поддерживается оператором сотовой связи. Свяжитесь со службой технической поддержки оператора сотовой связи для уточнения деталей.
В: При съёмке в сложных условиях (лес, высокая застройка) координаты точек не сходятся с предполагаемыми координатами («отлетают») даже при фиксированном решении.
О: При работе в неблагоприятных условиях, особенно когда происходят частые потери и восстановления инициализации, рекомендуется выполнить измерение точки, произвести принудительный сброс инициализации и измерить точку повторно (например, как контрольную). Разности координат точки позволяют получить представление о точности съёмки.
Вопросы, связанные с обработкой данных
В: Для чего нужна калибровка (локализация)?
О: Калибровка применяется в том случае, если Вам не известны параметры системы координат, в которой необходимо выполнить работу. Для калибровки необходимо произвести спутниковые наблюдения на пунктах с известными координатами в искомой системе. Эту процедуру можно выполнить как в режиме RTK, так и при постобработке в офисе. В результате калибровки, с использованием метода наименьших квадратов, вычисляется набор параметров, позволяющий выполнить переход от системы WGS 84 к искомой системе координат известных пунктов.
В: Сколько требуется пунктов с известными каталожными координатами для калибровки и как они должны быть расположены?
О: Минимально необходимое количество пунктов зависит от особенностей программного обеспечения при вычислении параметров калибровки. Обычно требуется наличие не менее 4-х точек с известными плановыми и высотными координатами. Опорные пункты должны быть равномерно расположены по границе района работ, образуя замкнутую фигуру.
В: Для чего нужна модель геоида?
О: Модель геоида требуется для перехода от геодезических высот, получаемых в результате спутниковых наблюдений к высотам относительно уровня моря.
В: Где можно найти модель геоида и что с ней делать?
ПК: ProgramFiles (x86)\HuaceNav\CHCGeomaticsOffice\Geoid\
“Новые идеи проходят через три периода: 1) Это невозможно. 2) Это возможно, но не стоит этого делать. 3) Я всегда знал, что это хорошая идея! “ Артур Кларк, британский писатель, изобретатель и футуролог.
Большинство из нас теперь знает, что ГНСС «всегда была хорошей идеей» и что сейчас мы находимся в стадии третьей фазы.
Базовые концепции спутникового позиционирования очень легко понять. На самом деле они настолько просты, что дочь одного из наших сотрудников, учащаяся 4 класса, попросила объяснить их ее одноклассникам.
Перед началом занятия этот сотрудник подготовил следующую демонстрацию, свой вариант «теории струн». Он прикрепил картонные фигурки трех спутников к стенам и потолку класса, как показано на рис. 1. К каждому «спутнику» была протянута тонкая веревка (“струна”). Далее, отметил место на полу подвижной меткой, затем потянул веревки вниз и обозначил, где все они достигают этой метки. Веревки теперь представляли расстояния от точки до отдельных спутников. Он зафиксировал расположение метки и снял ее с пола.
Когда ученики вошли в класс, наш коллега попросил их использовать веревки, чтобы определить местоположение убранной метки. Для этого ученики опускали веревки вниз, пока их концы не сошлись в одной точке на полу. Они отметили эту точку подвижной меткой и сравнили ее с ранее отмеченным положением. Результаты были очень близки. Эта простая демонстрация показала, что, если вы знаете положение трех спутников и ваше расстояние до них, то вы можете определить свое местоположение.
В реальных условиях решение этой задачи усложняется несколькими факторами: спутники движутся, сигналы от спутников очень ослаблены к тому времени, когда они достигают поверхности Земли, так как атмосфера мешает прохождению радиосигналов, и зачастую, оборудование пользователя не такое сложное, как оборудование на спутниках.
«Чем больше вы это объясняете, тем больше я этого не понимаю». Марк Твен, американский писатель и юморист.
Мы согласны. Мы предоставим более подробное объяснение решения задачи по определению местоположения в главе 2.
Хотя вы, возможно, уже знакомы с термином «GPS» (Глобальная Система Позиционирования), возможно, вы не слышали термин «ГНСС» (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), который используется для описания набора спутниковых систем определения местоположения, которые в настоящее время работают, или запланированы к развертыванию.
GPS (США): GPS была первой системой ГНСС. GPS была развернута в конце 1970-х годов Министерством обороны США. Система обеспечивает глобальное покрытие всего земного шара.
ГЛОНАСС (Россия): ГЛОНАСС находится в ведении правительства России. Созвездие ГЛОНАСС является глобальной спутниковой системой.
IRNSS (Индия): Индийская региональная навигационная спутниковая система. IRNSS обеспечивает обслуживание Индии и ее окрестностей.
В главе 3 мы предоставим дополнительную информацию об этих системах. По мере добавления созвездий и спутников ГНСС мы сможем более точно рассчитывать местоположение во все большем количестве мест.
ГНСС АРХИТЕКТУРА
«Будущее уже не то, чем было раньше». – Йоги Берра, бывший игрок и менеджер Высшей Бейсбольной Лиги.
Мистер Берра прав. Внедрение спутниковых систем ГНСС действительно изменило ситуацию.
Системы ГНСС состоят из трех основных компонентов или «сегментов»: космического сегмента, сегмента управления и пользовательского сегмента. Это показано на рис. 2.
Космический сегмент
Космический сегмент состоит из спутников ГНСС, находящихся на орбите около 20 000 км над землей. Каждая ГНСС имеет собственное «созвездие» спутников, расположенных на орбитах, чтобы обеспечить желаемое покрытие, как показано на рис. 3.
Каждый спутник в ГНСС созвездии передает сигнал, который идентифицирует его и предоставляет время, орбиту и статус.
В качестве иллюстрации рассмотрим следующее. Вы в центре города и звоните другу. Но Вашего друга нет дома, и поэтому Вы оставляете сообщение:
Это Лори [идентификатор]. Время 13:35. [время]. Я нахожусь на северо-западном углу 1-й авеню и 2-й улицы и направляюсь к Вам [орбите]. Я в порядке, но немного хочу пить [статус].
Ваш друг возвращается через пару минут, слушает Ваше сообщение и «обрабатывает» его, затем перезванивает Вам и предлагает встретиться в другом месте. По сути, Ваш друг произвел Вам «коррекцию орбиты».
Сегмент управления и контроля
Сегмент управления включает в себя наземную сеть главных станций управления, станций загрузки данных и станций мониторинга; в случае GPS, две главные станции управления (одна основная и одна резервная), четыре станции загрузки данных и 16 станций мониторинга, расположенных по всему миру.
В каждой системе ГНСС главная станция управления регулирует параметры орбиты спутников и бортовые высокоточные часы, когда это необходимо, для поддержания точности измерений.
Станции мониторинга, обычно устанавливаемые в обширной географической зоне, отслеживают сигналы и состояние спутников и передают эту информацию на главную станцию управления. Главная станция управления анализирует сигналы, затем передает на спутники поправки для орбиты и времени через станции загрузки данных.
Пользовательский сегмент
Пользовательский сегмент состоит из оборудования, которое обрабатывает полученные сигналы от спутников ГНСС и использует их для получения и применения информации о местоположении и времени. Оборудование варьируется от смартфонов и портативных приемников, используемых туристами, до сложных специализированных приемников, используемых для высокоточных измерений и картографических работ.
ГНСС позиционирование
«Я никогда не терялся, но признаю, что был сбит с толку в течение нескольких недель». Дэниел Бун, американский пионер и охотник.
Если у вас есть ГНСС приемник, маловероятно, что вы когда-нибудь снова потеряетесь. ГНСС позиционирование основано на процессе, называемом «трилатерацией». Проще говоря, если вы не знаете свое местоположение, но знаете свое расстояние от трех известных точек, вы можете определить свое местоположение методом линейной засечки.
Допустим, вы находитесь в 3 км от дома человека А. Все, что вам известно, это то, что вы находитесь на круге в 3 км от дома человека А, как показано на рис. 4.
Но если вы также знаете, что находитесь в 4 км от дома человека Б, вы будете иметь гораздо лучшее представление о том, где вы находитесь, поскольку на обоих кругах есть только две точки пересечения (x и y), как показано на рис. 5.
Если вам известно третье расстояние, то вы можете находиться только в одном физическом месте. Если вы находитесь на расстоянии 6 км от дома человека C, вы должны находиться в точке x, поскольку это единственное место, где встречаются все три круга (расстояния) как на рис. 6.
В главе 2 мы покажем вам, как метод трилатерации применяется в ГНСС. По сути, мы просто собираемся расширить приведенный выше пример, заменив дома спутниками. И по причинам, которые мы обозначим, мы заменим три дома на четыре спутника.
Первые невоенные применения технологии ГНСС были осуществлены в геодезии и картографии. Сегодня ГНСС используется для коммерческих приложений в сельском хозяйстве, транспорте, беспилотных транспортных средствах, управлении машинами, морской навигации и других отраслях, где эффективность может быть повышена за счет получения точной, постоянно доступной информации о местоположении и времени. ГНСС также используется в широком спектре потребительских приложений, включая автомобильную навигацию, мобильную связь, развлечения и легкую атлетику. По мере того, как технология ГНСС совершенствуется и становится менее дорогой, будет придумано и разработано все больше и больше приложений.
Помимо определения местоположения, ГНСС приемники могут предоставлять пользователям точное время, «синхронизируя» их местные часы с высокоточными часами на борту спутников. Это сделало возможным использование таких технологий и приложений, как синхронизация электрических сетей, сотовых систем, Интернета и финансовых сетей.
Подробнее о приложениях ГНСС мы поговорим в главе 8.
Пользовательское ГНСС оборудование
Основными компонентами пользовательского сегмента ГНСС являются антенны и приемники, как показано на рис. 7. В зависимости от вариантов использования, ГНСС антенны и приемники могут быть раздельными или объединены в одно устройство.
ГНСС антенны
ГНСС антенны принимают радиосигналы, транслируемые спутниками ГНСС, и передают их приемникам. ГНСС антенны доступны в различных форм-факторах, имеют разные размеры и технические характеристики. Антенна подбирается исходя из решаемых задач. В то время как большая антенна может быть подходящей для базовой станции, легкая низкопрофильная аэродинамическая антенна больше подходит для установки на самолеты или беспилотные летательные аппараты (БПЛА). На рис. 8 представлена подборка ГНСС антенн.
ГНСС приемники
Приемники обрабатывают спутниковые сигналы, полученные антенной, для расчета местоположения и времени. Приемники могут быть разработаны для использования сигналов от одного созвездия ГНСС или от более чем одного созвездия ГНСС. Как показано на рис. 9, приемники доступны во многих форм-факторах и конфигурациях, чтобы соответствовать разнообразным требованиям при использовании ГНСС.
Дополнение ГНСС
Автономное позиционирование на базе ГНСС осуществляется с точностью до нескольких метров. Точность автономных ГНСС определений и количество доступных спутников могут не соответствовать потребностям некоторых пользователей.
Были разработаны методы и оборудование для повышения точности и доступности информации о местоположении и времени ГНСС. Мы обсудим некоторые из этих методов в главе 4.
Заключение
В главе 1 представлен обзор основных концепций и компонентов ГНСС. Это краткое изложение поможет вам понять принципы ГНСС определений. Более подробное рассмотрение основных концепций ГНСС изложено в главе 2.