А4 Спутниковая позиционирующая система GPS
Система GPS (рис. А12) может использоваться для определения абсолютных координат автомобиля. Она состоит из 18 основных и 3 запасных спутников на околоземных орбитах (радиус 20183 км, период обращения 12 часов), запущенных министерством обороны США в период с 1980 по 1992 год (программа NA-VSTAR), и предназначена поставлять информацию об абсолютных координатах различным объектам: морским судам, самолетам, ракетам, воинским подразделениям, автомобилям и т. д. На спутниках установлены атомные часы, периодически на Землю посылаются сигналы с информацией о системном времени и параметрах орбиты на частоте 1,57542 ГГц.
Рисунок А12 – Спутниковая система NAVSTAR
Пользователи обслуживаются системой GPS по двум категориям: точное определение координат (Precise Position Service — PPS) — для военных и стандартная точность определения координат (Standard Position Service — SPS) — для остальных категорий пользователей, в том числе и для автомобильной навигации. Теоретически достижима точность определения координат с ошибкой до 100 м, па практике координаты определяются с большей точностью — до 30 метров.
Координаты приемника {X,Y,Z) и спутника (Ui,Vi,Wi) связаны соотношением:
.
Здесь Pi — расстояние между спутником и приемником, R — временная ошибка, возникающая из-за невозможности точно синхронизировать атомные часы спутника и кварцевый генератор приемника.
Рисунок А13 – Определение координат с помощью GPS
|
|
|
Таким образом при известных координатах {Ui,Vi,Wi) четырех спутников (рис. А13) и расстоянии от спутников до приемника Pi из решения четырехмерного нелинейного уравнения определяются координаты приемника (X, Y,Z).
Координаты спутника определяются по решению уравнения Кеплера, для чего и передается информация о системном времени.
Расстояние Pi между спутником и приемником определяется по времени задержки t, прихода синхронизирующего сигнала со спутника (скорость распространения радиоволн — постоянная величина).
Полагают, что навигация с помощью GPS является наиболее перспективной, но есть и недостатки:
1.При первом обращении начальные координаты определяются относительно долго – 2...3 минуты. В дальнейшем информация обновляется гораздо быстрее, в течение нескольких секунд.
2.Система работает в условиях прямой видимости с 4 спутниками. Горы и высокие здания могут служить препятствием.
А5 Примеры автомобильных навигационных систем
В середине 80-х годов была выпущена первая автомобильная навигационная система Etak Navigator, производимая серийно. В ней использовались электронные векторные карты дорог на дисках емкостью 3,5 Мб, навигационное счисление, алгоритм ориентирования на карте по конфигурации пройденного пути, дисплей. В качестве датчиков использовались дифференциальный одометр и компас.
|
|
|
Система Travepilot (второе поколение системы Navigator) была выпущена совместно Etak Inc. и Bosch GmbH в 1989 году. Картографическая информация хранилась на CD-ROM, его емкость позволяет иметь на одном диске карты нескольких стран. Интерфейс Travepilot стал своеобразным стандартом для последующих моделей автомобильных навигационных систем. Положение и направление движения автомобиля по отношению к карте изображалось стрелкой в центре нижней части дисплея. При движении автомобиля меняется ориентация карты на дисплее, и водителю легче увязывать то, что он видит через ветровое стекло с картой.
В правой части карты указан масштаб. Он может быть or 1/8 мили для просмотра деталей улиц до 30 миль, когда видны только крупные дороги. Во время парковки водитель, используя программируемые кнопки, мог вводить и получать от Travepilot различную информацию. Например, можно ввести данные о цели поездки в виде названия улицы, номера дома и т. д. Travepilot выделяет такую цель мерцающими звездочками на дисплее, указывает расстояние до цели и направление на нее от текущего положения автомобиля в верхней строке дисплея. Если задан номер дома, выделяется участок улицы, где он находится.
|
|
|
Подменю позволяют водителю производить вручную корректировку положения автомобиля на карте. Это происходит не чаще 1 раза на 1000 миль пути из-за ошибок в картах и алгоритма определения положения автомобиля по конфигурации пройденного пути и т. д.
Travepilot был выполнен на процессоре V50, имел 0,5 Мб DRAM, 64 Кб EPROM, 8 Кб неотключаемой памяти для хранения информации о текущем положении автомобиля, порт RS-232 и свободные слоты для подключения к другим устройствам, например рации. В системах Travepilot на 400 пожарных автомобилях и скорой помощи Лос-Анджелеса диспетчеры по рации вводили экипажам координаты пунктов назначения.
Прототипы навигационной системы Zexel NavMate испытывались еще в 1990 году. Ориентирование производилось по пройденному пути, по навигационному счислению и электронным картам. В 1994 году в NavMate встроили приемник GPS. Комбинированное использование навигационного счисления, электронной карты, ориентирования по конфигурации пройденного пути обеспечивают точность определения позиции автомобиля ±30 м (только GPS дает точность ±10 м).
Система NavMate под другими названиями (TetraStar, NeverLost, GuideStar) выпускалась различными производителями (GM, Ford, Siemens Automotive) и устанавливалась в качестве опции как на автомобили от производи геля, так и в автопарках фирм, предоставляющих автомобили в аренду (Avis Rent A Car, Hertz).
|
|
|
Картографическая информация (по США) для NavMate хранится на девяти PC-картах и включает сведения о дорогах, улицах, номерах домов, интересных местах, магазинах, больницах и т. д.
Цель поездки задается как адрес на улице, перекресток, объект интереса. Может быть введено условие для прокладки маршрута, например, исключение скоростных трасс. Информация водителю выдается на 4-дюймовый цветной жидкокристаллический дисплей в виде карты и указывающих стрелок. Имеется подсказка голосом при приближении к повороту.
В 1998 году Zexel выпустил модернизированный вариант NavMate. Картографическая информация хранится на трех CD-ROM, пользователь может вносить нужные ему объекты в персональную адресную книгу.
Фирма Nissan Motor Co разработала навигационную систему Nissan Birdview с дружественным интерфейсом. В режиме по умолчанию на мониторе изображена местность, какой она видится наблюдателю, расположенному на высоте 300 м над автомобилем и с расстояния 400 м позади него. Водитель видит местность около и перед автомобилем с высоты птичьего полета (отсюда и Birdview) под углом 26° к горизонту, что оптимально для человека. Ширина переднего плана 500 м, задний план на горизонте находится примерно в 7 км и имеет ширину 12 км. Возможен просмотр изображения с высоты 600, 1200, 2400 и 4800 метров.
На монитор может быть выведено изображение местности и в обычном двумерном формате.
На рынке имеются относительно недорогие (менее 900 долларов) спутниковые автомобильные навигационные системы, например, Garmin StreetPilot III, которые можно устанавливать в любом автомобиле на панели под лобовым стеклом.
Система Garmin StreetPilot III (рис. А14) имеет цветной дисплей размером 8,6 х4,5 см разрешением 305 х 160 пикселей, подсказки водителю делаются голосом, картографическая информация хранится на CD-ROM, погрешность определения координат менее 15 м. Устройство подключается к автомобильной бортсети 12 В или питается автономно от батареек. Естественно, приемник системы эффективно работает только в условиях прямой видимости достаточного количества спутников.
Garmin StreetPilot III может работать и как маршрутный компьютер.
Рисунок А14 – Автомобильная навигационная система Garmin StreetPilot III:
а — общий вид системы Garmin StreetPilot III;
б — дисплей в навигационном режиме;
в — режим выбора пункта назначения;
г — дисплей в режиме маршрутного компьютера
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 521; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!