Система навигации gps глонасс beidou. Глонасс и beidou задушат gps. Какие смартфоны поддерживают "Бэйдоу"

БЕЙДОУ (Beidou – Северный Ковш – китайское название созвездия Большой Медведицы) китайская национальная спутниковая навигационная система.

Система БЕЙДОУ будет предоставлять два вида глобальных и два вида региональных услуг. Глобальными услугами являются услуги с открытым и санкционированным доступом. Региональные услуги - это услуга широкозонной дифференциальной коррекции и услуга передачи коротких сообщений.

Спутниковая группировка системы Beidou

Спутники Beidou-3M/G/I представляют собой орбитальный сегмент третьего этапа развертывания китайской навигационной системы Beidou, использующей спутники на средней орбите средней Земли и наклонных геосинхронной орбите.

Глобальная доступность указанной системы запланирована к 2020 году, когда будут запущены все спутники. За управление программой отвечает Центр управления спутниковой навигацией Китая.

Концепция системы, использующей два геостационарных космических аппарата (рабочее название системы Twinsat), прошла экспериментальную проверку в 1989 г. Эксперимент проводился на базе двух связных космических аппаратов DFH-2/2A, уже находившихся на орбите. В 1993 году Beidou была утвержден в качестве программы для предоставления Китаю независимого доступа к региональной и глобальной навигации, больше не полагающегося на иностранные системы, такие как американская GPS и российская система Glonass.

Первое поколение экспериментальных спутников Beidou, запущенных в 2000 году (Beidou-1A и 1B) и 2003 (Beidou 1C), было основано на базе связной геостационарной платформы DFH-3. В 2004 году региональная навигационная система Beidou начала работу с точностью до 20 метров.

Еще один спутник Beidou-1 был запущен на геостационарную орбиту в 2007 году для обеспечения того, чтобы устранить разрыв между экспериментальной и рабочей системами Beidou.

В ходе модернизация от экспериментальной до операционной системы Beidou Китай планирует запустить в общей сложности 35 спутников - 5 на геостационарной орбите, 27 на средней орбите и 3 на наклонных геосинхронных орбитах.

CAST разработал три разных спутников:

1. Beidou-3M для работы на средней орбите (27 спутников),
2. Beidou-3I на наклонных геосинхронных орбитах (3 спутника),
3. Beidou-3G Satellites - геостационарные орбиты (5 спутников).

Beidou будет предоставлять два типа услуг:

• бесплатный сервис, который открыт для всех с совместимым терминалом;
• ограниченный сервис для применения в военных и других целях.

Свободное обслуживание обеспечит точность положения 10 метров, измерение скорости с точностью 0,2 м / с и точность синхронизации 10 наносекунд.

Ограниченный сервис будет иметь точность слежения 10 сантиметров и будет включать в себя данные, передаваемые по сигналу, для предоставления информации о состоянии системы для пользователей.

Beidou-2

В 2010 и 2011 годах было запущено пять спутников Beidou-2I на мощных ракетах Long March 3A для ввода спутников на наклонных геосинхронных орбитах (55°), охватывающих Китай и прилегающие территории. К концу 2011 года система Beidou-2 вступила в эксплуатацию для операторов в Китае и прилегающих территориях с начальной точностью 25 метров, которая должна была улучшиться по мере запуска большего количества спутников.

Спутники Geostationary Beidou-3G основаны на спутниковой платформе DFH-3B, предоставленной Китайской академией космической техники (CAST), с использованием компонентов от проверенной полетами платформы DFH-3 и расширения ее возможностей за счет более совершенных полезных нагрузок и сокращения общего веса платформы.

Платформа DFH-3B имеет шестигранную форму размером 2,2 на 2,0 на 3,1 метра с массой 3800+ килограммов. У спутников Beidou планируемая масса около 4600 килограммов с двумя трехсегментными солнечными батареями, которые генерируют 6800 Вт электроэнергии. На спутнике используются современные навигационные системы, включая датчики звезд и земли, и приводы ориентации, обеспечивающие отличную стабилизацию на всех трех осях.

Точность работы станции на геостационарной орбите составляет +/- 0,05 градуса.

Beidou RNSS работает как европейский Galileo и американский GPS, также используя аналогичные полосы частот. Рубидиевые атомные часы обеспечивают точные временные решения, необходимые для расчета временной задержки с момента отправки сигнала до прибытия в приемник, что, в свою очередь, позволяет рассчитать расстояние до спутника. Для того, чтобы приемник мог вычислить точное положение, необходимы три одновременных измерения расстояния до трех разных спутников.

Космические аппараты системы Beidou-2, находящейся в эксплуатации, передают сигналы B1 и B2, что позволяет предоставлять открытые бесплатные услуги в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Предполагается излучение навигационных радиосигналов в трёх частотных диапазонах B1, B2 и B3, расположенных в тех же областях L-диапазона, что и сигналы других ГНСС.

После запуска в 2015 году КА нового поколения руководство программой Beidou сообщило об изменении структуры навигационного сигнала B1:

1. смещение центральной частоты c 1561,098 МГц на 1575,42 МГц (как у гражданских сигналов GPS L1 и Galileo E1) и
2. изменение модуляции QPSK на MBOC (аналогичную модуляции будущего сигнала GPS L1C и Galileo E1).

Это направлено на обеспечение взаимодополняемости системы Beidou c ГНСС ГАЛИЛЕО и GPS.

Beidou использует восемь различных сигналов в четырех диапазонах в диапазоне от 1100 до 1600 МГц:

• B1 (несущая частота: 1561.098 МГц / полоса пропускания: 4.092 МГц / модуляция: QPSK),
• B1-2 (1589.742 / 4.092 / QPSK),
• B2 (1207.140 / 24 / QPSK),
• B3 (1268,520 / 24 / QPSK),
• B1-BOC (1575,42 / 16,368 / MBOC),
• B2-BOC (1207,140 / 30,69 / BOC 10,5),
• B3-BOC (1268,520 / 35,805 / BOC 15, 2.5),
• L5 (1176.450 / 24 / QPSK).

Наземный комплекс управления Beidou

Построен по классической централизованной схеме: сеть беззапросных измерительных станций формирует отсчёты первичных измерений навигационных параметров радиосигналов навигационных космических аппаратов и передаёт их в центр управления системой, в котором формируется информация, закладываемая на борт космических аппаратов посредством специальных земных станций.

Сеть беззапросных измерительных станций Beidou также располагается на территории Китая. Долгосрочная стратегия развития системы предполагает создание глобальной сети станций для повышения точностных характеристик навигационных услуг системы Beidou.

Навигационные службы Beidou стали доступны для Азиатско-Тихоокеанского региона, начиная с декабря 2012 года.

Наземные терминалы Beidou использовались после землетрясения в Сычуане в 2008 году и стали стандартным оборудованием для китайских пограничников. Для измерения координат на плоскости требуется, по меньшей мере, два спутника (точность увеличивается с третьим и четвертым), которые находятся в контакте с пользовательским терминалом и центральной наземной станцией.

Пользовательский терминал принимает сигнал от одного спутника и передает сигнал, который принимается обоими спутниками, которые ретранслируют его на наземную станцию, где 2D-позиция пользователя вычисляется через задержку времени двух сигналов, которые могут быть обработаны в 3D информацию с использованием топографической карты в алгоритме, который дает положение пользователя, которое затем передается обратно через зашифрованную спутниковую связь. Одновременно с этим типом поиска позиции могут обслуживаться 150 пользователей.

Покупая смартфон, мы приобретаем многофункциональное устройство. Это и телефон, и мини-компьютер, и фото/видеокамера, и флэш-накопитель, и плеер, и диктофон, и часы, и достаточно точный навигатор. Что касается последнего качества, то мы уже привыкли к и GPS, которые поддерживает это устройство. А вот Beidou - что это такое в смартфоне? Ответу на этот вопрос мы и посвятим статью.

Знакомство с Beidou

Итак, вы купили новенький гаджет. Среди всего прочего в его технических характеристиках вы встречаете: поддержка спутниковой системы "Бэйдоу" (Beidou). Иногда в разделе, посвященном навигационным параметрам, она названа и аббревиатурой BDS. Но что это?

"Бэйдоу" - навигационная система китайского происхождения. Схожа с американским GPS и отечественным ГЛОНАСС. Названа в честь созвездия Большой Медведицы. Она не такая новая - в тестовом режиме была пущена еще в 2000-м. Однако более десятилетия потребовалось изобретателям, чтобы доработать ее до современного состояния. Что такое Beidou в смартфоне, круг китайских пользователей узнал только в 2012 г.

"Бэйдоу" - навигационная система не только гражданского, но и военного назначения. Согласно испытаниям, проведенным в 2014-м, ее наибольшая погрешность - всего 1 метр!

Принцип действия

Более подробно разобрать, что это такое в смартфоне - Beidou, нам поможет краткое знакомство с принципами действия системы. Они, в общем, такие же, как у ГЛОНАСС и GPS.

Вся система - это две структуры:

• Космическая - несколько спутников, вращающихся на околопланетных орбитах.
• Наземная - станции на Земле, которые повышают точность навигации, скорость работы всей системы.

Как же определяется местоположение в Beidou? Очень просто - путем замера времени, за которое радиоволна пройдет от приемника (в вашем случае это смартфон, или туристический навигатор) до спутника либо наземной вышки. Надо отметить, что прежде чем указать, где вы находитесь, "Бэйдоу" проверит сведения из 3 источников.

Замеры радиоволны используются из-за того, что ее скорость статична - всегда равна скорости света.

"Бэйдоу" сегодня

Узнав, что это такое в смартфоне - Beidou, читатель задастся закономерным вопросом: "А не заменит ли в скором будущем китайская навигационная система привычные GPS и ГЛОНАСС?" Что касается текущего года, то "Бэйдоу" не является полноправным конкурентом этих систем. Ведь большинство ее наземных вышек сосредоточены только на китайских землях.

Но если мы посмотрим на ряд азиатских стран (саму КНР, Таиланд, Лаос, Бруней), то там "Бэйдоу" и GPS-навигация популярны на одном уровне. Кроме того, Beidou намерена расширяться.

Известно, что в 2013 году вышка этой системы была установлена в Пакистане. Власти этой страны опасаются, что в случае конфликта с США могут остаться без навигации вообще. Поэтому с радостью ответили на предложение китайских разработчиков. В 2015-м первая станция была установлена в Европе - в Бельгии.

А что касается нашей страны, полезна ли будет "Бэйдоу" в смартфоне? По большей части нет, так ее работа нестабильна. Без наземных вышек, за счет только космических спутников навигационной системе трудно показывать точное местоположение приемника. Ведь дело в том, что спутники не держатся все время над территорией России, а вращаются вокруг Земли.

Будущее "Бэйдоу"

Если мы посмотрим на замеры, сделанные в прошлом, 2017 году, то увидим, что сигнал с шести спутников Beidou на пространствах Восточной Европы уже достаточно устойчивый. Исследования также подтверждают, что в государствах Балтии, европейской части России, Украине и Беларуси "Бэйдоу" работает в настоящее время вполне сносно.

Сами же разработчики уверяют пользователей, что уже к 2020 году их детище станет достойной заменой привычному GPS. Произойдет это из-за увеличения зоны покрытия - количество космических спутников планируется увеличить до 35 единиц. Кроме того, с ноября 2017 года китайцы стали выводить на орбиту устройства с улучшенными по многим параметрам характеристиками - Beidou-3.

Что касается нас с вами, то весьма вероятно, что "Бэйдоу" через пару лет заменит в наших смартфонах старый добрый GPS. Ведь уже известно, что с 2015 года между Россией и Китаем оговаривается возможность взаимовыгодного обмена: соседи устанавливают на территории нашей страны 3 наземные станции Beidou, а на их землях будут функционировать 3 вышки отечественной ГЛОНАСС.

Какие смартфоны поддерживают "Бэйдоу"?

Что это такое в смарфоне - Beidou, сегодня могут оценить владельцы тех гаджетов, которые были выпущены преимущественно для китайского рынка. Среди крупных мировых флагманов здесь можно выделить "Самсунг".

Перечислим также известные в мире модели смартфонов, который поддерживают модуль "Бэйдоу":

• Meizu M6 Note - китайская новинка, набирающая популярность в мире и собирающая немало положительных отзывов от экспертов.
• - самая современная и южнокорейского производителя, поддерживающая стилус S Pen.
• Nokia 8 - символ возрождения легендарной корпорации, металлический камерофон с оптикой Carl Zeiss.
• Xiaomi Redmi 4A - самый доступный из всех перечисленных в списке аппаратов, который также поддерживает "Бэйдоу" (его стоимость сегодня не заходит выше планки в 5 тыс. рублей).
• Huawei P10 - отличная модель, которая, помимо поддержки нового навигационного модуля, известна как отличный камерофон с технологиями Leica.

Поддерживает ли мой смартфон Beidou?

Если вы хотите проверить, поддерживает ли ваш гаджет "Бэйдоу", то сделать это несложно - скачайте приложение AndroiTS GPS Test. Перейдите на список с сателлитами. Если там будут пункты с красными флажками (так отмечают спутники именно Китая), то можно говорить о поддержке смартфоном "Бэйдоу".

Beidou (что это такое в смартфоне, мы разобрали) - активно расширяющаяся навигационная система, которую уже поддерживает ряд популярных китайских смартфонов. Возможно, через несколько лет она станет полноправной заменой GPS и в России, и в мире.

В последние годы страны Азии активизировали деятельность по космическим разработкам. Особенно успешны в этом Китай, Индия и Япония. О достижениях этих стран, об их соперничестве в космосе сайт рассказывает старший научный сотрудник Центра экономических исследований Российского института стратегических исследований Ирина Прокопенкова.

Азия рвётся в космос

— Ирина, космонавтика перестала быть страшно закрытой сферой в связи с тем, что сейчас развивается международная кооперация?

— Отчасти, да. В целом произошли очень серьезные изменения, начиная с 1990-х годов. После этапа космической гонки периода холодной войны пошло насыщение космонавтики, замедлились темпы развития в странах-лидерах — Европе, США, и произошел пересмотр приоритетов, стратегий развития. И больше переключились на коммерциализацию космической деятельности, на развитие прикладных систем, которые дают отдачу и позволяют получить прибыль. Это коммерческие системы телекоммуникаций, дистанционного зондирования.

И в последние годы эта тенденция наложилась на циклический спад на рынке коммерческих космических спутников и совпала с мировой экономической рецессией. Поэтому произошла определенная стабилизация государственного финансирования.

Последние 5 лет мировые затраты на космические программы на уровне 70 миллиардов долларов так и остаются - и не растут. С другой стороны, наблюдается активизация второстепенных космических держав. И это не только Китай, Индия, Япония, которые у всех на слуху, но и, что примечательно, развивающиеся страны, причем в основном азиатские.

За 10 лет их число удвоилось, хотя каждый из них вкладывает очень незначительные средства в космос, но в целом затраты в два раза увеличились за последние десятилетия, сейчас они в совокупности оцениваются в 7 млрд долларов.

— А почему это для них так важно? У них же есть какие-то более насущные экономические проблемы?

— Руководство этих стран и рассматривает космонавтику как способ решить социально-экономические задачи, насущные проблемы, которые стоят перед этими странами. Например, для организации рационального природопользования, для мониторинга природных стихийных бедствий, для обеспечения связи в труднодоступных районах.

И этому способствовало также то, что в последние годы произошел прорыв в технологиях малых космических аппаратов. Они стали меньше, легче, дешевле, и при этом позволяют решать задачи на достаточно приличном уровне, что для этих небогатых стран снизило порог входа в космическую деятельность.

То есть они себе могут позволить заказать или даже изготовить, если у них есть соответствующие ресурсы, собственный спутник. Им не нужно сверхвысокое разрешение, как для США, России, Китая, которые решают военные задачи с помощью спутников.

Плюс, в стране, которая может запустить сама в космос спутник, это предполагает наличие очень серьезной промышленности и смежных отраслей. Потому что ракета — очень сложное изделие, в ней несколько тысяч деталей, все это требует очень высокой точности, очень большого объема испытаний. Потому что техника очень ответственная, уникальная.

— А скажите, страна, чтобы перейти в пул космических держав, обязательно должна иметь собственную ракету, запустить ее в космос, или сейчас можно как-то пристроиться к этому пулу, получить статус космической державы, как вы говорите, на работе с этими малыми космическими аппаратами.

— Тут надо прояснить, потому что само понятие космической державы немного неофициальное. Есть формальное наименование "Большой космический клуб". Это как раз включает страны, которые сами, собственными силами запустили в космос спутник. Таких стран сейчас в мире 11. Помимо известных России, США, Европы, это Китай, Индия, Япония и еще три азиатские страны, которые этот статус получили буквально в последние пять лет: Иран в 2009 году, Северная Корея и Южная Корея в 2012 и 2013 годах.

— А какой характер имеет нынешняя международная кооперация? Можно ли сказать, что такие азиатские сраны, как Индия и Китай, развили свою космическую промышленность во многом благодаря тому, что США перенесли в эти страны свои производства?

— Не совсем так. То есть, конечно, и для Индии, и для Китая, и для Японии был ключевым фактор именно по заимствованию зарубежных технологий. Для Индии и Китая — российские прежде всего, для Японии — американские. Но на современном этапе в космической отрасли очень взвешенно и осторожно подходят к вопросам сотрудничества. Штаты имеют законодательное ограничение вообще на любую кооперацию с Китаем в сфере космоса. Этот закон был принят в 2011 году.

— А в чем тогда заключается эта кооперация?

— Получается, что на данный момент США с Китаем в космосе не сотрудничают вообще. Хотя до 1999 года американские компании спутниковых услуг активно сотрудничали с Китаем, они запускали спутники на китайских ракетах. Но потом, после 1999 года, это было приостановлено. Был большой скандал из-за того, что произошла утечка технологий в Китай.

Но Европа, несмотря на то, что есть эмбарго, не обрывала контакты с Китаем, продолжала сотрудничество по научным проектам. Примечательно, что как раз в прошлом году Европейское космическое агентство впервые в своей стратегии космической деятельности объявило Китай стратегическим партнером.

— Как далеко азиатские страны продвигаются в части собственных технологических, научных разработок? То есть насколько они работают на опережение? Мало же догнать.

— Как раз у них один из столпов космической стратегии — развитие собственных инноваций, собственного космического потенциала. Они очень далеко продвинулись на этом пути. То есть за 10 лет произошел просто колоссальный рывок.

Сейчас Китай, например, входит в число трех стран мира, который занимается пилотируемыми проектами. Учитывая, что "Шаттл" не летает, фактически только Китай и Россия могут запустить человека в космос в настоящий момент.

И, как ожидается, ближайшие 5 лет для Китая должны стать решающим этапом, должны быть реализованы три важнейших проекта — это развертывание собственной глобальной навигационной спутниковой системы к 2020 году, создание орбитальной космической станции и изучение Луны автоматическими космическими аппаратами. У нас в этом году должна быть мягкая посадка на Луну станции, которая доставит на землю лунный грунт.

— Если Штаты наложили на Китай эмбарго, Россия может этим воспользоваться и теснее работать с Китаем в космической отрасли?

— У нас как раз сотрудничество не прерывалось. Мы сотрудничали и с Индией, и с Китаем. И с той, и с другой страной у нас тесные связи. Достаточно посмотреть на китайский космический пилотируемый корабль "Шэньчжоу-5", поставить рядом наш "Союз" — сразу все понятно.

Китай, несомненно, очень много взял нашего опыта. И после введения санкций против России, конечно, это направление приобретает особую актуальность для России, развитие сотрудничества именно с Индией и Китаем.

— Благодаря чему Индии и Китаю удается делать масштабные инвестиции в космос? Создаются какие-то особые условия, привлекаются ли частные инвестиции? Отличается ли модель привлечения частных инвестиций у Штатов, России и азиатских стран?

— Азиатские страны, на самом деле, очень сильно отличаются и от Штатов, и друг от друга. В Китае, например, вся космическая промышленность — в руках государственных корпораций. Там существует две огромные государственные корпорации, которые иногда конкурируют по отдельным направлениям, и каждый имеет свою специализацию.

Но Китай очень активно изучает и использует опыт США. То есть отдельные подразделения этих корпорации, хотя они числятся государственными, акционируются, их акции торгуются на биржах, и Китай ставит себе цель в итоге создать передовую космическую промышленность на мировом уровне.

То есть, как раз эти две корпорации, которые будут сопоставимы с Lockheed или Boeing. В Индии немножко по-другому. В отличие от Китая индийская космическая промышленность очень ограничена по масштабам, и фактически вся космическая техника сейчас производится даже не на предприятиях, а силами индийской Организации космических исследований.

— Китай, Япония, Индия, в частности, все-таки на политической арене выступают немножко конкурентами друг другу. Это как-то сказывается на региональной кооперации космической стран азиатского региона?

— Несомненно. То есть, между этими странами взаимодействия нет. Но между ними существует конкуренция на региональном уровне за влияние на страны-соседи. То есть, с 2008 года в регионе действует параллельно две организации по содружеству в сфере космоса. Одна под эгидой Китая, другая под эгидой Японии. И это направление для Китая, Японии, Индии очень важно. Это для них средство проецировать свое влияние на соседей по региону через космические технологии.

— А локальные связи в регионе между кем и кем строятся?

— Китай учредил Азиатско-Тихоокеанскую программу по сотрудничеству в сфере космоса. Туда, помимо Китая, входят Бангладеш, Индонезия, Иран, Монголия, Пакистан, Перу, Таиланд и Турция. Кроме Китая в этой организации у остальных стран очень умеренные возможности в сфере космоса. То есть Китай себя как несомненного лидера позиционирует.

И сейчас каждая из этих стран хочет возглавить нарождающийся тренд в формировании нового космического центра в Азии, каждый хочет стать лидером этого процесса.

— А статус лидера какие дивиденды дает?

— Выход на мировой рынок, на региональный рынок. Потому что Китай, например, создает свою навигационную спутниковую систему, она сейчас уже в регионе предоставляет услуги, и к 2020 году Китай планирует занять очень значительную нишу на рынке навигационных спутниковых систем. В первую очередь в регионе.

Но все-таки космическая промышленность азиатских стран очень зависима от США и Европы. Передача технологии экономит миллиарды долларов, десятки миллиардов, но США всячески препятствуют передаче. Если она как-то и происходит, то как-то опосредованно.

И поскольку США оборвали сотрудничество с Китаем, что Китай, что Индия опираются на свои силы, но по части электронных компонентов они зависят от США. В 2013 году министерство торговли Китая опубликовало данные, что объем импорта радиоэлектронных компонентов уступает только импорту нефти. То есть это вторая позиция.

— Я как раз и хотела спросить, насколько они зависимы?

— От США все зависят, даже Европа.

— А можете рассказать о каких-то совместных космических проектах России с азиатскими странами?

— У нас сейчас наиболее активно будет развиваться сотрудничество по серии навигационных спутниковых систем между нашей системой ГЛОНАСС и китайской системой Beidou. Интеграция стандартов, интеграция систем.

Также на российской территории будут строиться станции для коррекции системы Beidou, а в Китае будут размещаться станции для повышения точности сигналов ГЛОНАСС. Плюс, у нас уже создана система Р-ГЛОНАСС — система экстренного реагирования при авариях на базе ГЛОНАССа.

Китай этим опытом заинтересовался, он сейчас хочет построить свою систему на базе Beidou, но достигнута договоренность стандарты объединить.

Поскольку мы сотрудничаем еще в рамках ШОС и БРИКС, сейчас Китай очень развивает проект "Экономический поиск Шелкового пути", очень важное место занимает развитие транспортной инфраструктуры. И вот как раз здесь эти системы могут играть большое значение в отслеживании транспортных потоков, управлении транспортными потоками.

При покупке смартфона или изучении его возможностей встречается информация о том, что данное устройство поддерживает Beidou или BDS.

В связи с этим многим становится интересно, о какой системе идет речь, что она собой представляет, и какие новые функции и возможности предлагает.

Что такое Beidou?

Beidou (Бэйдоу) - новая навигационная система, разработанная в Китае. Она получила в честь созвездия Большой Медведицы, точнее ее китайского названия. Запуск Beidou произошел в 2000 году. Эта система является прямым аналогом и конкурентом системы GPS, разработанной в США, и российской системы ГЛОНАСС. Она тоже применяется как для вооруженных сил, так и для обычных гражданских пользователей.

Название и актуальность

Чтобы делать выводы об актуальности Beidou для владельцев смартфонов, находящихся за пределами Китая, необходимо знать о зоне покрытия технологии, а также количестве спутников и наземных базовых станций, обеспечивающих поддержку навигации.

В настоящее время Beidou работает в режиме ограниченной функциональности, так как устойчивый прием спутникового сигнала достигнут только над Китаем. Над остальной частью суши сигнал менее стабилен, что объясняется недостаточным количеством орбитальных устройств. Полнейший охват всей территории земного шара китайские разработчики обещают к 2020 году. Над европейской частью России, а также над восточной Европой на начало 2017 года был замечен устойчивый сигнал от шести спутников, а одна базовая станция успешно построена и запущена на территории Бельгии.

Безусловно, создание Китаем своей навигационной системы дает этой стране ряд преимуществ как во внешнеполитической, так и общегражданской сферах. В планах этой страны значительно увеличить число действующих спутников, причем по количеству они будут значительно превосходить имеющиеся спутники ГЛОНАСС и GPS.

Beidou в смартфонах

Но оставим в стороне рассуждения о военной сфере и мировом господстве, поговорим о рядовых владельцев смартфонов. Очевидно, что граждане Китая в ближайшем будущем получат доступ к максимально стабильной системе навигации. В связи с большим количеством спутников доступ к геоданным должен быть открытым и в сложных условиях, например в туннелях.

Какие же шаги в этом направлении предпринимают производители смартфонов? Большинство китайских брендов обеспечивают параллельную работу Beidou, GPS и ГЛОНАСС. Другие фирмы делят гаджеты по принципу того рынка, на который они будут поставляться.

Возможность смартфона использовать систему Beidou (Бэйдоу) приветствуется, но обязательной не является. Конечно, приятно, когда в запасе есть дополнительная система навигации, но на данный момент она вряд ли будет полезна пользователям за пределами Китая.

Лекция по анатомии мобильных устройст в. Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.

Еще совсем недавно в торговых сетях можно было купить устройства под названием "Навигаторы". Главная функция этих устройств полностью соответствовала их названию, и выполняли они её, как правило, хорошо.

В то время в мире практически единственной нормально работающей системой навигации была американская GPS (Global Positioning System), и её хватало на все потребности. Собственно, слова "навигация" (навигатор) и GPS были в то время синонимами.

Всё изменилось, когда производители КПК (карманных компьютеров), а затем смартфонов и планшетов, стали встраивать в свои устройства поддержку навигации. Физически она реализовывалась в виде встроенных приемников навигационных сигналов. Иногда поддержку навигации можно было найти даже в кнопочных телефонах.

С этого момента всё изменилось. Навигаторы, как отдельные устройства, почти исчезли и из производства, и из продажи. Потребители в массовом порядке перешли на использование смартфонов и планшетов в качестве навигаторов.
Тем временем были успешно запущены в эксплуатацию еще две системы навигации - российская ГЛОНАСС и китайская Beidou (Бэйдоу, BDS).

Но это не значит, что в качестве навигации что-то стало лучше. Функция навигации в этих устройствах (смартфонах и планшетах) стала уже не основной, а одной из многих.

В результате многие пользователи стали замечать, что для целей навигации не все смартфоны "одинаково полезны".

Вот здесь мы и подходим к проблеме определения источников ошибок в навигации, включая вопрос и о роли недобросовестности производителей устройств в этом вопросе. Печально, но факт.

Но прежде чем винить производителей во всех грехах, разберемся сначала с источниками ошибок в навигации. Ибо производители, как мы выясним далее, виноваты не во всех грехах, а только в половине. :)

Ошибки в навигации можно разделить на два основных класса: вызванные внешними относительно устройства навигации причинами, и внутренними.

Начнем с внешних причин . Они возникают, в основном, из-за неравномерности атмосферы и естественной технической погрешности средств измерений.

Их примерный вклад таков:

Преломление сигнала в ионосфере ± 5 метров;
- Колебания орбиты спутника ± 2.5 метра;
- Ошибка часов спутника ± 2 метра;
- Неравномерность тропосферы ± 0.5 метра;
- Влияние отражений от предметов ± 1 метр;
- Погрешности измерения в приемнике ± 1 метр.

Эти погрешности имеют случайный знак и направление, поэтому итоговая погрешность рассчитывается в соответствии с теорией вероятностей как корень из суммы квадратов и составляет 6.12 метра. Это не значит, что погрешность всегда будет такой. Она зависит от количества видимых спутников, их взаимного расположения, а наиболее всего - от уровня отражений от окружающих предметов и влияния препятствий на ослабление сигналов спутников. В результате погрешность может быть как выше, так и ниже приведенной "усредненной" величины.

Ослабление сигналов от спутников может наступать, например, в следующих случаях:
- при нахождении внутри помещения;
- при нахождении между близко расположенными высокими объектами (между высотными зданиями, в узком горном ущелье и т.п.);
- при нахождении в лесу. Как показывает опыт, плотный высокий лес может значительно затруднять навигацию.

Эти проблемы связаны с тем, что высокочастотные радиосигналы распространяются подобно свету – то есть только в пределах прямой видимости.

Иногда навигация, пусть и с ошибками, может работать и на отраженных от препятствий сигналах; но при многократном переотражении они становятся настолько слабыми, что навигация с ними работать перестает.

Теперь переходим к "внутренним" причинам ошибок в навигации; т.е. которые создаются самим смартфоном или планшетом.

Собственно, проблем здесь только две. Во-первых, слабая чувствительность навигационного приемника (или проблемы с антенной); во-вторых, «кривой» софт смартфона или планшета.

Перед рассмотрением конкретных примеров поговорим о способах проверки качества навигации.

Методы тестирования навигации .

1. Тестирование навигации в «статике» (при неподвижном положении смартфона/планшета).

Такая проверка позволяет определить следующие параметры:
- скорость первоначального определения координат при «холодном старте» (засекается по часам);
- список навигационных систем, с которыми работает данный смартфон/планшет (GPS, ГЛОНАСС и т.д.);
- расчетную точность определения координат;
- скорость определения координат при «горячем старте».

Эти параметры можно определить как с помощью обычных навигационных программ, так и с помощью специальных тестовых программ (что удобнее).

Правила тестирования в «статике» очень просты: тестирование должно делаться на открытом пространстве (широкая улица, площадь, поле и т.п.) и при отключенном интернете . При нарушении последнего требования время «холодного старта» может значительно ускориться за счет прямого скачивания орбит спутников из интернета (A-GPS, assisted GPS) вместо их определения по сигналам с самих спутников; но уже будет «не честно», поскольку это уже не будет чистая работа самой системы навигации.

Рассмотрим пример работы программы тестирования навигации AndroiTS (существуют и аналоги):

(кликнуть для увеличения)

На только что представленной картинке видно, что смартфон работает с тремя навигационными системами: американской GPS, российской ГЛОНАСС и китайскойBeidou (BDS ).

В нижней части скриншота видны успешно определенные координаты текущего места. Величина одного градуса по широте – примерно 100 км, соответственно, цена единицы младшего разряда – 10 см.

Величина одного градуса по долготе – разная для разного географического положения. На экваторе она тоже составляет около 100 км, а вблизи полюсов уменьшается до 0 (у полюсов меридианы сближаются).

Справа от колонки с обозначением государственной принадлежности спутников идет колонка с номерами спутников. Эти номера к ним жестко привязаны и не меняются.

Далее идут колонки с цветными столбиками. Величина столбиков означает уровень сигнала, а цвет - их использование системой навигации или не использование. Неиспользуемые спутники обозначены серыми столбиками. Цвет используемых зависит от их уровня сигнала.

Следующая колонка - это тоже уровень сигнала от навигационных спутников, но уже в цифрах ("условных единицах").

Затем идет колонка с зелеными галочками и красными прочерками - это повтор информации о том, используется спутник или нет.

В верхней строке словом "ON" обозначен статус состояния навигации; в данном случае это означает, что в настройках смартфона разрешено определение координат и они определены. Если же там указан статус "WAIT" , то определение координат разрешено, но необходимое количество спутников еще не найдено. Статус "OFF" означает, что в настройках смартфона определение координат запрещено.

Затем кружочком с концентрическими окружностями и цифрой 5 обозначена расчетная точность определения координат в данный момент - 5 м. Эта величина рассчитывается, исходя из количества и "качества" используемых спутников и предполагает, что обработка данных от спутников в смартфоне делается без ошибок; но, как увидим далее, это не всегда так.

По мере движения спутников все эти данные должны меняться, но координаты (в нижней строке) должны меняться незначительно.

К сожалению, данное приложение не показывает время, затраченное на первоначальное определение координат ("холодный старт"), да и другие подобные приложения - тоже. Это время надо "засекать" вручную. Если время «холодного старта» составило менее минуты, то это – отличный результат; до 5 минут – хороший; до 15 минут – средний; более 15 минут – плохой.

Для определения скорости «горячего старта» достаточно выйти из программы тестирования и через несколько минут снова зайти. Как правило, за время запуска тестовой программы она успевает определить координаты и сразу же предъявляет их пользователю. Если же задержка с предъявлением координат при «горячем старте» превышает 10 секунд, то это уже подозрительно долго.

Эффект быстрого определения координат при «горячем старте» связан с тем, что система навигации запоминает последние вычисленные орбиты спутников и ей не надо заново их определять.

Итак, с тестированием навигации в «статике» разобрались.

Переходим ко 2-ому пункту тестирования навигации - в движении.

Главное предназначение навигации – привести нас в правильное место в процессе движения, и без проверки в движении тест был бы неполным.

В процессе движения с точки зрения навигации существуют три типа местности: открытая местность, городская застройка и лес.

Открытая местность – это идеальные условия навигации, здесь проблем нет (разве только у совсем "отстойных" устройств).

Городская застройка в большинстве случаев характеризуется наличием высокого уровня отражений и небольшим снижением уровня сигнала.

Лес «работает» наоборот – существенное ослабление сигнала и небольшой уровень отражений.

Для начала посмотрим на образец почти "идеального" трека:

На картинке изображены два трека: туда/обратно (так будет и далее почти на всех картинках). Такие картинки позволяют сделать достоверный вывод о качестве навигации, так как можно сличить два почти одинаковых трека между собой и с дорогой. На этой картинке всё хорошо – колебания трека находятся в пределах естественной погрешности. В верхней части адекватно прорисован проезд по разные стороны кольцевого перекрестка. В некоторых местах заметно расхождение между треками, вызванное, вероятно, отражениями сигнала от водной поверхности и от металлических конструкций моста через реку. А в некоторых - почти идеальное совпадение.

Теперь разберем несколько типовых случаев "проблемных" треков.

Посмотрим на трек GPS смартфона, на который повлияло снижения уровня сигнала в высоком лесу:

Расхождение треков друг с другом и с дорогой заметное, но далеко не катастрофическое. В данном случае точность навигации в смартфоне снизилась в пределах "естественной убыли" для таких условий. Такой смартфон надо признать подходящим для навигационных целей.

В правой части скриншота хорошо заметны расхождения треков между собой и дорогой. Такие расхождения в условиях подобной "колодцеобразной" застройки почти неизбежны, и в данном случае никак не свидетельствуют против тестируемого смартфона.

Теоретически, чем больше систем навигации поддерживает смартфон (планшет), тем больше спутников он использует для навигации и тем меньше должна быть ошибка.
Практически же это не всегда так. Довольно часто из-за "кривого" софта смартфон не может правильно состыковать данные от разных систем и в результате возникают аномальные ошибки. Рассмотрим несколько примеров.

Возьмем, например, такой трек:

На только что приведенном скриншоте виден иглообразный выброс, который не мог быть следствием каких-то помех: путь проходил через малоэтажную застройку без густых лесопарковых насаждений. Данный выброс целиком на совести "кривого" софта.

Но это были еще "цветочки". Бывают смартфоны, где аномальные ошибки навигации - это уже не "цветочки", а "ягодки":

При записи данного трека аномальные ошибки "кривого" софта соединились с ослаблением сигналов в высоком лесу. В результате получился трек, по которому просто невозможно догадаться, что путь туда и обратно был пройден по одной и той же тропинке трезвым человеком. :)
А густой пучок линий в верхней части - это "путь" неподвижно лежащего смартфона во время привала. :)

Есть еще один вид аномальных ошибок, связанный с паузой в потоке данных, поступающих от навигационного приемника к вычислительной части смартфона:

На этой картинке видно, что часть пути (примерно 300 м) прошла по прямой линии, притом частично прямо по воде. :)

В данном случае смартфон просто соединил прямой линией точки пропажи и появления потока координат. Их пропажа могла быть связана как с уменьшением количества видимых спутников ниже критического числа, так и с "кривым" софтом и даже аппаратными проблемами (хотя последнее и маловероятно).

В случае же полного пропадания сигналов от спутников, навигационные программы обычно не соединяют прямыми линиями точки пропажи и появления, а оставляют просто "пустое место" (получается разрыв в треке):

На этой картинке виден разрыв трека в том месте, где часть пути прошла по подземному переходу с полным пропаданием видимости всех спутников.

После изучения причин и характерных ошибок навигации, пора перейти к выводам .

Наилучшая навигация, как и следовало ожидать, бывает у смартфонов и планшетов "высоких" брендов. С ними проблемы в виде аномальных ошибок пока что не обнаруживались. И, разумеется, чем больше систем навигации поддерживает устройство, тем лучше. Правда, поддержка китайской Beidou пока имеет смысл при использовании устройства в регионах и странах, расположенных недалеко от Поднебесной. Китайская система навигации не глобальная, а "местная" (на данный момент). Так что поддержки GPS и ГЛОНАСС будет вполне достаточно.

Если же смартфон или планшет имеют не слишком "именитое" происхождение, то проблемы с навигацией могут быть, а могут и не быть. Перед его боевым применением рекомендуется его протестировать как в статике, так и в движении в различном окружении, чтобы впоследствии он не преподнес какой-либо неприятный сюрприз. В большинстве случаев мобильные устройства с поддержкой одной только GPS приносят меньше проблем, хотя и точность у них ниже, чем у многосистемных.

К сожалению, при выборе смартфона (планшета) с хорошей навигацией ориентироваться по обзорам устройств в интернете довольно сложно. Подавляющее число IT- порталов игнорируют проверку навигации в движении и в сложных условиях. Такую проверку делают только на данном портале () и еще буквально на паре других.

В заключение надо сказать, что навигационными средствами сейчас оборудуются не только смартфоны и планшеты, но и многие другие устройства. Они устанавливаются, например, в фотоаппаратах, видеокамерах, GPS- трекерах, автомобильных видеорегистраторах, смарт-часах, некоторых специализированных типах устройств, и даже в электронной системе налогообложения водителей российских большегрузов "Платон".

Ваш Доктор .
20.01.2017