Qzss: что это такое, характеристика спутниковой системы, погрешность ориентации

Разница A-GPS и GPS

Сегодня все смартфоны и большинство планшетов оснащают GPS — системой навигации, которую можно использовать, например, для навигации или определения местоположения устройства. Не так давно появилась технология A-GPS. В чем между ними разница?

GPS (от английского Global Positioning System — система глобального позиционирования) — спутниковая система навигация. A-GPS — специальная технология, которая дополняет спутниковую навигационную систему GPS. Что именно она дает?

Самое главное — это ускоренный «холодный» старт. Когда вы включаете GPS на своем устройстве, спутнику необходимо получить информацию от вашего устройства прежде, чем будет определено текущее местоположение. Это и есть так называемый холодный старт, который может занимать и 30 секунд, и даже несколько минут. В случае с A-GPS предоставление необходимой информации происходит через альтернативные каналы связи. Такими каналами связи могут быть базовые станции операторов связи, однако обычно каналом выступает интернет — мобильный или Wi-Fi в зависимости от того, какой подключен в данный момент. При этом объем передачи данных по интернету совсем небольшой — часто всего несколько кб.

Если используются вышки оператора сотовой связи, возможны неточности при позиционировании устройства.

Второе важно преимущество A-GPS — повышение чувствительности приема слабых сигналов в так называемых «мертвых зонах», к которым можно отнести различные тоннели, низины, леса с плотным лиственным покровом и т.д

Недостатки A-GPS

И все же нужно понимать, что вместе с достоинствами технология A-GPS имеет и недостатки.

Некоторые A-GPS-приемники объединены вместе с радиомодулем. Если радиомодуль (GSM) отключен, A-GPS не сможет стартовать.

A-GPS передает некоторое количество информации через интернет. Нужно понимать, что за передачу даже небольшого количества информации в роуминге с вашего счета могут списать приличную сумму.

Вне покрытия сотовой сети и без доступа к интернету функция ускоренного старта A-GPS не сработает.

Есть ли другие навигационные системы

Помимо ГЛОНАСС и GPS, существует еще несколько спутниковых группировок навигации:

Галилео. Разработка Европейского космического агентства. Состоит из 26 спутников, расположенных на высоте порядка 23 000 км. Установка предназначена для работы на территории стран Евросоюза, объединена с системой GPS.
Бэйдоу. Локальная китайская навигационная система. Включает в себя 48 космических аппаратов. Перспектива развития – объединение с ГЛОНАСС.
IRNSS. Спутниковая группировка, действующая на территории Индии и граничащих с ней земель. Состоит всего из четырех устройств, находящихся на высоте 36 000 км. Назначение установки не только в навигации, но и в ликвидации последствий катастроф.
QZSS. Японский проект навигационной системы, включающий в себя один спутник. Постепенно планируется запуск еще трех аппаратов. Установка рассчитана на применение в странах Азии. Проект совмещает такие функции, как навигация, контроль общественного транспорта и туристический справочник.

Спутниковые системы

Все перечисленные системы работают, но все еще находятся на стадии развития.

Улучшенная точность определения местоположения

Сигнал L5 — долгожданное дополнение к арсеналу GPS. Это может значительно повысить точность определения местоположения на ваших устройствах, ускорить получение блокировки местоположения и даже лучше работать в местах, где устаревший диапазон L1 обычно испытывает трудности. Тем не менее, на момент написания этой статьи правительство США еще не установило достаточно спутников, чтобы официально задействовать сигнал L5, поэтому нам потребуется как минимум пара лет, чтобы воспользоваться всеми его преимуществами.

Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)

Двухдиапазонная GNSS-технология

Спутники GNSS осуществляют передачу на нескольких частотах, или диапазонах. Различные диапазоны сигналов GNSS не только находятся на разных частотах, но и имеют различные структуры сигналов и кодировки. Использование нескольких диапазонов GNSS повышает точность за счет уменьшения влияния ошибок, вызванных искажениями из-за переотражений сигнала и атмосферных помех. Однако до последнего времени двухдиапазонные (они же многодиапазонные) приемники стоили $5000 и более. Такие прецизионные приемники нашли применение в основном в высокотехнологичных промышленных и аэрокосмических областях, таких как строительная геодезия, где точность порядка нескольких сантиметров является обязательной. С появлением новых недорогих двухдиапазонных GNSS-приемников, устанавливаемых в потребительские устройства (рис. 1), например мобильные телефоны, рынок двухдиапазонных приемников радикально изменился.

Традиционные многодиапазонные приемники используют диапазоны сигналов L1 и L2. Диапазон L2 первоначально был предназначен для военных, но для коммерческого использования был добавлен диапазон L2C. В последнее время дополнительно к новым недорогим приемникам (рис. 2) также был введен в действие набор новых, более надежных спутниковых сигналов, а именно сигналы L5 (GPS, QZSS), E5 (Galileo) и G3/B3 (ГЛОНАСС/Beidou). Теперь высокоточные GNSS-системы готовы к массовому рынку.

Рис. 2. Недорогие двухдиапазонные GNSS-приемники: Broadcom 47755 и ST Micro TeseoV

Методы ГНСС-наблюдений

Расположение по спутниковым системам определяется с высокой точностью до 15 м. Такие показатели связаны с воздействием атмосферных явлений на распространение радиосигнала, уровнем качества кварцевого генератора в приемнике.

Различаются следующие методы наблюдений: абсолютный, относительный. В первом случае положение приемника определяется по пространственной засечке. При этом нужно знать координаты хотя бы 4 спутников, величину псевдодальности. Точность измерений составляет 3–15 м.

При относительном методе (DGPS) для наблюдений используется 2 приемника. Один находится в месте с известными координатами, другой – на определяемом. При этом рассчитывается псевдодальность, поправка передается на ровер. Метод подходит для решения задач в геодезии.

При обоих методах наблюдения используются постобработка, определение координат в реальном времени. В первом случае необходимы ПК, специальная программа. При определении координат в реальном времени обработка осуществляется сразу, в управляющем микропрограммном обеспечении приемника.

Спутниковая навигация играет стратегическую и коммерческую роль. Технология позволяет увеличить национальную безопасность, быстрее обнаружить «вражеские» стороны. Благодаря функциональности таких технологий больше стран занимается собственными устройствами навигации, чтобы не зависеть от других государств.

В настоящее время GNSS оборудование используется в военной сфере, геодезии и картографии.

QZSS что это такое в смартфоне и зачем она нужна?

Добрый день, друзья. QZSS что это такое в смартфоне? С 2018 в Японии была выпущена собственная спутниковая навигационная система, она называется QZSS. При ближайшем рассмотрении можно подумать, что это Японская GPS, но всё не так просто. Итак, давайте рассмотрим её в смартфонах, и попытаемся понять, в чём её различие по сравнению с другими странами?

QZSS что это такое в смартфоне?

Подобные навигационные системы по большей части созданы, как стратегическая цель. А именно, чтобы у враждебного государства не появилось желания отключить данную страну от подобной системы GPS, созданной их конструкторами. За примерами далеко ходить не нужно. Достаточно проследить за «Торговыми войнами» между США и Китаем.

Напомню, санкции были наложены на компанию Huawei конгрессом США. Из-за этого, Huawei была лишена приличных доходов.

Но, в этом случае картина немного другая. Японские производители не собираются устраивать конкуренцию с Америкой. Отсюда, данная система навигации скорее дополнение к основной, благодаря которой прилично улучшается точность работы данных систем и точность её доходит до сантиметров (а не метров).

Тут нужно смотреть ещё характеристику местности: японцы проживают в своеобразной местности:

У них довольно много гор;
Строения в городах плотно прилегают друг к другу.

Данная характеристика местности делает работу GPS более проблематичной. К примеру, пользователь идёт по довольно узкому переулку вокруг больших небоскрёбов. Не нужно забывать и про то, что точность геолокации ЖПС, Глонасс и прочих на данный момент примерно 10 м (может быть чуть меньше). Раньше казалась такая точность довольно приличной. Сейчас данная точность недостаточная.

Принцип работы QZSS

QZSS можно расшифровать как «Quasi-Zenith Satellite System». Если перевести на русский «квази-зенитная спутниковая система». Это как бы дифференциальная коррекция, которая повышает точность системы навигации GPS.

Похожие системы навигации есть и у прочих стран: Америка имеет WAAS, Россия имеет СДКМ и Сферу (правда Сфера полностью не доделана), ЕС – EGNOS и т.д. Но, японская QZSS применяет оригинальные функции. Они выделяют её среди похожих систем. У данной системы 2 части: спутниковая и наземная.

У первой 4 спутника, находящихся над Японией в виде асимметричной восьмёрки. Вторая система доходит до Австралийского материка. Поэтому, как результат, один из спутников всегда находится над Японией (по крайней мере рядом с ней). Всё это даёт возможность улучшать геопозицирование над местностью.

Для большей ясности давайте вспомним, как работает любая навигационная система:

Данный метод основан на эхолокации: от спутника сигнал идёт до человека, учитывая соответствующий вектор.

Для этого требуется сверхточное определение времени, которое и тратится на прохождение от спутника до гаджета человека. При этом, нужно учитывать соответствующий вектор. Эта точность не зависит от природных и техногенных помех

Для точности нивелирования необходимо принимать во внимание определённые поправки, и учитывать их. Расчёт и регистрацию проделывают станции, находящиеся на Земле

Как итог, происходит уменьшение геолокации от 10 м. до определённого числа сантиметров. Данная программа не новинка. Моряки её применяют давно. Но, ошибки с тем, что сигнал от спутника до пользователя со временем глушится, Япония решила довольно грамотно.

Что пользователи получают в итоге (кроме Японских)?

Не особо много, главным образом они морально довольны современным техническим прогрессом. Данный метод работает на будущее:

Дроны в небе: это уже плод фантазии писателей будущего, это наступившая реальность, которая становится повседневностью (по сути, такая реальность уже настала). Скорее всего, дроны заберут кусочек хлеба у курьера. Но, для их работы нужна удивительная точность;
Беспилотный транспорт – уже бороздит просторы дорог (правда, подобного транспорта пока мало). Многие полагают, что в этом случае могут остаться могут остаться без заработка водители такси. Скорее всего, их начнут выпускать массово, когда везде будут вышки 5G

При этом, для них также важно, с какой скоростью станут определяться координаты местности

Чем ГЛОНАСС технически отличается от GPS

GPS — Global Positioning System, система глобального позиционирования, разработанная США. Она использует те же принципы определения местоположения, что и ГЛОНАСС. По состоянию на конец июня 2022 года в орбитальной группировке GPS насчитывался в общей сложности 31 действующий спутник. Однако GPS, как и ГЛОНАСС, для покрытия всего Земного шара достаточно 24 спутников.

Внешний вид орбитальных группировок

Между системами ГЛОНАСС и GPS — тысячи технических различий, но подавляющее большинство из них не значимы для рядового пользователя. Остановимся на основных, кроме разницы в числе спутников, о которой мы уже сказали:

Расположение спутников. Космические аппараты ГЛОНАСС размещаются в трех плоскостях, они наклонены к экватору под номинальным углом 64,8° и обращаются с периодом 11 ч 15 мин 44 с. Движутся они асинхронно с вращением Земли. Это обеспечивает устойчивую орбитальную систему, которой практически не требуется корректировка орбит КА, в отличие от орбит GPS. Более того, даже если несколько спутников выведут с орбиты, это не повлияет на доступность навигации на территории РФ. В свою очередь, спутники GPS находятся в шести плоскостях под наклоном около 55° и обращаются синхронно — им для точного геопозиционирования нужны наземные корректировочные станции.
Способ передачи данных. Информация, передаваемая спутниками, шифруется при помощи разных протоколов: у ГЛОНАСС это FDMA, более энергозатратный протокол, но с лучшей защитой данных; у GPS — экономичный и менее безопасный CDMA.
Погрешность позиционирования. У ГЛОНАСС она составляет 3–6 м, у GPS — 2–4 м.
Покрытие. ГЛОНАСС покрывает 100% всей территории РФ и 70% планеты. GPS же работает везде, кроме широт близ полярных кругов — дело в наклоне орбиты.

По сути, для рядового пользователя нет разницы, по каким орбитам и на какой высоте движутся спутники, как на них передается информация с наземных станций слежения, как производятся расчеты. Ему не нужна «хирургическая» точность определения геопозиции. Однако погрешность в пару метров может иметь решающее значение в гражданской и военной авиации, геодезии и картографии, определении границ земельных участков. С помощью наземной инфраструктуры и более сложного навигационного оборудования и ГЛОНАСС, и GPS могут выдавать координаты с точностью до нескольких миллиметров.

Основные различия между ГЛОНАСС и GPS мы свели в таблицу:

Система	ГЛОНАСС	GPS
Высота спутников	19 100 км	20 180 км
Количество спутников в орбитальной группировке	26	31
Точность геопозиционирования	2,5 м	6 – 8 м,
Первый запуск	1982 год	1978 год

ГЛОНАСС или GPS

Смартфоны с хорошей навигацией GPS и ГЛОНАСС могут заменить автомобильный навигатор. Большая часть современных гаджетов снабжается чипами с поддержкой обеих систем. Такое сочетание удобно более надежной работой и широким покрытием. Смартфон с мощным GPS и ГЛОНАСС применяется как для навигации в городах, так и во время отдыха на природе.

Сходства и отличия

В системах наблюдаются следующие сходства:

Комплектация. Для функционирования обеих установок нужны такие элементы, как наземные антенны, космические аппараты и приемники.
Принцип действия. Обе системы работают за счет локации спутников и определения расстояния приемника от них как от стабильных точек в системе координат.
Назначение. Обе установки предназначены как для военного, так и для гражданского использования.

Отличия установок наглядно представлены в таблице.

ГЛОНАСС	GPS
В состав системы входит 24 спутника, расположенных в трех плоскостях	Установка использует 32 аппарата, размещенных по четырем плоскостям
Космические аппараты расположены на высоте 19 100 км	Высота спутников – около 22 000 км
Использует метод кодировки FDMA	Работает на сигналах CDMA
Номинальное покрытие – 66 % планеты	Функционирует во всем мире
Спутники расположены под углом в 64,8º по отношению к поверхности Земли	Положение устройств синхронизировано с вращениями планеты
Возможна погрешность навигации до 6 метров	Максимальное отклонение – 4 метра

Достоинства и недостатки

Преимущества отечественной установки:

Качество работы в высоких широтах. Из-за наклона спутников система лучше определяет положение объектов сверху и снизу земного шара.
Широкое назначение. Систему ЭРА-ГЛОНАСС устанавливают в автомобили и используют не только для навигации, но и для контроля транспорта и оперативной реакции на ДТП.

В то же время к недостаткам ГЛОНАСС относят:

Малое покрытие. Система охватывает всего 2/3 мира.
Короткий срок службы спутников. Из-за энергоемкого метода кодировки космические аппараты работают меньше и чаще выходят из строя.

Установка GPS обладает следующими преимуществами:

Обширное покрытие. Система покрывает всю планету, лучше всего работая в центральных широтах.
За счет большего количества спутников установка обеспечивает более точную локацию.

Главный недостаток GPS – слабый сигнал в высоких широтах.

Орбиты спутников GPS и GLONASS

Какая система лучше — как выбрать

Работа каждой из установок зависит от района использования и качества сигнала, поэтому при выборе системы нужно опираться на следующие факторы:

Постоянное местонахождение. GPS лучше работает в центральных широтах, тогда как ГЛОНАСС – в высоких.
Стабильность сигнала мобильной связи, интернета. Чем лучше связь – тем лучше будет работать система.

Как отключить?

Если нужды в навигаторе нет, если требуется снизить скорость разрядки телефона и повысить уровень безопасности устройства, можно отключить опцию. Для этого производятся такие действия:

Следует провести сверху вниз по верхней части экрана;
Вниманию будет представлена таблица или перечень опций;
Нужно найти и щелкнуть по соответствующему значку, что отключит навигатор.

Если нет необходимости в предоставлении собственного местоположения, если требуется скрыть расположение от властей или корпораций, обычного выключения функции будет недостаточно.

Потребуется извлечь из телефона аккумулятор, если какое-то время нет нужды в использовании смартфона. Можно удалить историю в разделе с картами Гугл. Данные действия не стоит предпринимать, если на смартфоне используются приложения, которые не могут работать без отслеживания местоположения.

Сравнение моделей и характеристики

В следующей таблице представлено сравнение моделей телефонов с наиболее точным GPS, которые нынешнем году:

Модель	Операционная система	Размер экрана	Процессор	Оперативная память	Внутренняя память	Батарея
iPhone 12 Pro	iOS	6.1 дюйма	A14 Bionic	6 ГБ	128/256/512 ГБ	2815 мАч
Samsung Galaxy S21 Ultra	Android	6.8 дюйма	Exynos 2100 / Qualcomm Snapdragon 888	12/16 ГБ	128/256/512 ГБ	5000 мАч
Google Pixel 5	Android	6 дюймов	Qualcomm Snapdragon 765G	8 ГБ	128 ГБ	4080 мАч

Как видно из таблицы, iPhone 12 Pro оснащен самым мощным процессором A14 Bionic и оперативной памятью до 6 ГБ, что позволяет ему обрабатывать сложные приложения и задачи быстрее других моделей. Кроме того, у данной модели есть варианты с большим объемом внутренней памяти до 512 ГБ, что позволяет хранить большое количество данных и приложений.

С другой стороны, Samsung Galaxy S21 Ultra имеет большой 6,8-дюймовый экран, что делает его идеальным для просмотра карт и навигационных приложений. У него также достаточно мощный процессор Exynos 2100 или Qualcomm Snapdragon 888 и большое количество оперативной памяти до 16 ГБ, что гарантирует плавную работу и быструю загрузку данных.

Google Pixel 5, хотя и имеет более скромные характеристики по сравнению с iPhone 12 Pro и Samsung Galaxy S21 Ultra, все еще обеспечивает точный GPS и предлагает привлекательный баланс между производительностью и стоимостью. Вместе с тем, у Google Pixel 5 есть преимущество в виде компактного размера экрана, что может быть удобным для пользователей, предпочитающих более маленькие устройства.

Выбор модели зависит от потребностей и предпочтений пользователя. Каждая из этих моделей обеспечивает точное местоположение и надежность GPS, а также предлагает различные функции и возможности.

Как улучшить GPS прием?

Для достижения данной цели следует использовать приложение от разработчика Mediatek. Оно позволяет заранее рассчитать орбиты установленных навигационных спутников. Несмотря на универсальность продукта, в нем присутствует недостаток – данные ЕРО рассчитаны на Азию, а в процессе использования на территории Европы дает сбой. Чтобы провести исправление, настроить и улучшить работу, потребуется произвести манипуляции по следующей инструкции:

Открывается меню с настройками;
Осуществляется переход во вкладку Время;
Выставляется нужный часовой пояс вручную;
Переход в раздел собственного местоположения и разрешается доступ к геоданным;
Проставляются галочки в пунктах По координатам сети и По спутникам;
При помощи файлового менеджера нужно перейти в корневой каталог и удалить все файлы, где прописано слово GPS.

После выполнения данных действий нужно выйти на местность, где отсутствуют высотные здания и обновить данные с координатами. Загрузка новой информации осуществляется за считанные секунды.

Если все сделано правильно, модули спутников приобретут зеленый цвет

Чтобы добиться успеха, важно проследить за тем, чтобы смартфон не отключался. Необходимо отключить спящий режим полностью

Как только спутники поменяли цвет, телефон нужно включить и перезагрузить. Если пользователь произвел действия правильно, навигация на смартфоне будет работать без сбоев и довольно точно.

Сравнение точности GPS среди телефонов разных производителей

В 2021 году на рынке существует множество моделей телефонов с различными характеристиками GPS. Различные производители, такие как Apple, Samsung, Huawei и другие, стараются создать устройства с наиболее точным GPS для удовлетворения потребностей пользователей.

Однако точность GPS не зависит только от производителя, но также от факторов, таких как качество сигнала, доступность спутников и точность данных, используемых для позиционирования.

Некоторые из наиболее точных телефонов с GPS включают:

Apple iPhone 12 Pro: Этот телефон оснащен GPS, ГЛОНАСС, Galileo и QZSS, что обеспечивает точность и надежность позиционирования.
Samsung Galaxy S21 Ultra: Устройство имеет встроенный GPS с поддержкой GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BDS, что обеспечивает высокую точность и быстрое позиционирование.
Huawei P40 Pro: Этот смартфон также оснащен GPS с поддержкой GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BDS, что значительно повышает его точность.

Кроме того, отметим, что точность GPS может варьироваться в зависимости от местоположения и условий использования. В городских условиях с высокой застройкой, например, сигнал GPS может быть затруднен, что может негативно сказаться на точности позиционирования.

Важно также учитывать, что точность GPS может быть улучшена с помощью дополнительных технологий, таких как A-GPS (Assisted GPS), которая использует данные сотовой сети для ускорения и улучшения обнаружения спутников. Поэтому перед выбором телефона с наиболее точным GPS рекомендуется учитывать не только марку и модель, но также другие факторы, такие как наличие поддерживаемых систем позиционирования и дополнительных технологий

Это поможет сделать максимально точный выбор в соответствии с вашими потребностями и условиями эксплуатации

Поэтому перед выбором телефона с наиболее точным GPS рекомендуется учитывать не только марку и модель, но также другие факторы, такие как наличие поддерживаемых систем позиционирования и дополнительных технологий. Это поможет сделать максимально точный выбор в соответствии с вашими потребностями и условиями эксплуатации.

Сигналы L5 не ограничиваются GPS

GPS, принадлежащая правительству США, — не единственная глобальная навигационная спутниковая система (GNSS). Это не единственная GNNS, использующая сигнал L5. Китайская BeiDou, европейская Galileo, индийская IRNSS и японская QZSS также передают сигналы на частоте L5. Плюс российский Глонасс планирует к 2025 году запустить спутники, способные транслировать сигнал L5.

Сигналы L5 от этих спутниковых систем могут использоваться многими приемниками GPS, используемыми в устройствах потребительского уровня. Эти приемники с несколькими GNSS могут обеспечить даже более высокую точность определения местоположения, чем те, которые используют только GPS.

Галилей

Поскольку основные страны имеют свои собственные спутниковые навигационные системы, Европейский союз решил разработать свою собственную GNSS. Они начали разработку в 2005 году, и, наконец, в 2016 году созвездие Галилео стало живым. Чтобы было понятно, Galileo – это глобальная навигационная спутниковая система, такая же, как GPS и ГЛОНАСС. На данный момент, в созвездии 22 действующих спутника вращается вокруг Земли. ЕС также пытается увеличить количество спутников до 30 к концу этого года.

С точки зрения рабочего механизма, и GPS, и Galileo находятся почти в одной плоскости, но немного выше по высоте. Сказав это, Галилей страдал от некоторых проблем с атомными часами и слабыми сигналами в последние несколько лет, так что есть. Подводя итог, Galileo – это еще одна глобальная навигационная спутниковая система, которая станет лучше после того, как он достигнет полного эксплуатационного потенциала (FOC) в 2020 году и после этого он станет надежной альтернативой GPS.

Каковы преимущества?

Двухчастотный GPS особенно эффективен в городских условиях, где помехи сигналам и препятствия более распространены. Сразу после этого пользователи заметят, что время для первого исправления гораздо быстрее. Это означает, что вам не придется ждать, пока Google Карты или другие приложения сначала определят ваше местоположение. Более надежное соединение также означает, что вы будете меньше времени отключаться.

Повышенная точность также означает, что уличная навигация будет лучше определять, когда вы находитесь на параллельной улице, когда вы делаете правильный поворот на сложном перекрестке, и даже на какой стороне улицы вы идете. Современные одночастотные решения для смартфонов предлагают точность около 5 метров. Двухчастотные чипсеты могут похвастаться точностью до дециметра – всего десятая часть метра.

Такой уровень точности выходит за рамки того, что, возможно, необходимо для надежной навигации транспортного средства, но открывает двери для множества новых вариантов использования.

Для смартфонов высокоточное отслеживание позволяет лучше размещать их в пространствах дополненной и виртуальной реальности. Это может быть как точные наложения магазинов с помощью приложения камеры AR, так и пошаговая навигация по торговому центру. Мы видели аналогичные потенциальные возможности использования Google Visual Position Service (VPS) для высокоточного отслеживания AR и VR, но это совершенно другая технология.

Вне смартфонов высокоточная навигация может быть особенно полезна для интеллектуального городского планирования и массового Интернета вещей с длительным временем автономной работы. Включение в полуавтономные, беспилотные автомобили и другие функции безопасности транспортных средств кажется идеальным решением, равно как и экономичное внедрение в дроны потребительского уровня.