При обычном использовании системы слежения ни абонент, ни оператор не видят координат наблюдаемого объекта в числовом представлении. Все, что доступно человеку, сидящему в диспетчерском центре – это положение значка относительно объектов электронной карты, а также некоторые данные о попадании мобильного терминала в определенные зоны.Как следствие – недостаточно сказать, что точность системы составляет, например, 50 метров. Это не даст никакой полезной информации пользователю.
Точность системы слеженияПри обычном использовании системы слежения ни абонент, ни оператор не видят координат наблюдаемого объекта в числовом представлении. Все, что доступно человеку, сидящему в диспетчерском центре – это положение значка относительно объектов электронной карты, а также некоторые данные о попадании мобильного терминала в определенные зоны.Как следствие – недостаточно сказать, что точность системы составляет, например, 50 метров. Это не даст никакой полезной информации пользователю.Численно может быть выражена только точность работы GPS-компонента. И то, только условно, потому что эта величина – вероятностная. То есть, если, например, взять GPS-приемник и встать в центр круга радиусом 100 метров, то одно из тысячи измерений, сделанных приемником, даст координаты вне этого круга. Большинство оставшихся точек попадет в 40-ка метровый круг. Шанс получить координаты, которые не впишутся в зону с диаметром 300 метров в нормальных условиях, достаточно низок.В математике для выражения вероятностных величин существуют определенные понятия. К сожалению, в рекламе и в законодательстве используются не они, а гораздо более расплывчатые формулировки. То есть, заявляемая точность в 30 метров, на самом деле ни даст никакого представления о том, сколько из 1000 измерений уложатся в 30-ти метровый круг. Лабораторные условия - это одно, но на практике в работу GPS-устройств вмешиваются еще несколько факторов. Например, «геометрия спутников». Это понятие означает то, как спутники расположены относительно друг друга и GPS-приемника. Если, например, приемник “видит” четыре спутника, и все четыре расположены в северном и западном направлениях, то спутниковая геометрия, скорее, плохая. Причем вплоть до того, что приемник вообще не сможет определить местоположение. Почему? Потому что все расстояния, измеренные до спутников, будут лежать в одном глобальном направлении. В этом случае, даже если приемник выдает некоторые значения координат, их точность не будет достаточно хороша (возможно, 100-150 м). Кроме того, как правило, GPS-приемники способны принимать сигнал не со всех спутников системы, что взошли над горизонтом. Связано это, прежде всего, с тем, что "поле зрения" приемника ограничивают деревья, здания, крыша автомобиля. И из 8-12 остаются видимыми в лучшем случае 3-6 спутников. Соответственно, уровень принимаемых сигналов не лучший, геометрия созвездия тоже, и точность падает. Насколько? Иногда – незначительно, а иногда – в разы.Еще одной компонентой аккуратности отображения положения мобильного объекта является электронная карта. Тут все еще сложнее, так как поставщики карт скромничают, приводя технические параметры своей продукции. На серьезной карте количество объектов измеряется десятками, а то и сотнями тысяч. Проверить каждый из них физически невозможно, приходится, в общем, доверять исходным материалам. Карта привязывается по нескольким десяткам точек.Для применения в системе слежения можно считать достаточной карту, координаты объектов которой отклоняются от реальных не более 5-10 метров. В противном случае, высок шанс увидеть, как автомобиль едет по крышам домов.Все это следует учитывать, определяя параметры контролируемой зоны. Если проверка попадания в заданную область производится на контроллере и исходные данные вводятся в числовом виде, то минимальный радиус должен составлять 20 метров, а рекомендуемый – 50. Если же зона указывается на изображении карты, то радиус уже должен равняться 50-100 метрам и более.Конечно, все вышесказанное относится исключительно к системам общего применения. Существуют высокоточные системы, использующие специальные средства навигации, обеспечивающие точность 0.5-1.5 метра. Тут уже становится возможным прецизионный (точный) контроль за взаимным расположением различных объектов. Соответственно, существенно более строгими становятся требования к электронной карте.Кроме вышеперечисленных, существует еще целый ряд факторов, снижающих точность определения координат:
1. Неточное определение времени. При всей точности временных эталонов ИСЗ[1] существует некоторая погрешность шкалы времени аппаратуры спутника. Она приводит к возникновению систематической ошибки определения координат около 0.6 м.
2. Ошибки вычисления орбит. Появляются вследствие неточностей прогноза и расчета местоположения спутников, выполняемых в аппаратуре приемника. Эта погрешность также носит систематический характер и приводит к ошибке измерения координат около 0.6 м.
3. Инструментальная ошибка приемника. Обусловлена, прежде всего, наличием шумов в электронном тракте приемника. Отношение сигнал/шум приемника определяет точность процедуры сравнения принятого от ИСЗ и опорного сигналов, т.е. погрешность вычисления псевдодальности. Наличие данной погрешности приводит к возникновению координатной ошибки порядка 1.2 м.
4. Переотражение/блокировка спутникового сигнала. Другим источником ошибок является переотражение спутникового сигнала от различных объектов. Переотражение возникает при взаимодействии сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому. Это увеличение времени заставляет приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем на самом деле, что увеличивает ошибку при определении положения. Такие переотражения, если происходят, то могут добавить около 5 м в общую ошибку.
5. Ионосферные задержки сигнала. Ионосфера – это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50-500 км, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала. Для компенсации возникающей при этом ошибки определения псевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1 и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотных измерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка. Кроме того, для частичной компенсации этой погрешности может быть использована модель коррекции, которая аналитически рассчитывается с использованием информации, содержащейся в навигационном сообщении. При этом величина остаточной немоделируемой ионосферной задержки может вызывать погрешность определения псевдодальности около 10 м.
6. Тропосферные задержки сигнала. Тропосфера – самый нижний от земной поверхности слой атмосферы (до высоты 8-13 км). Она также обуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Величина задержки зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом. Компенсация тропосферных задержек производится путем расчета математической модели этого слоя атмосферы. Необходимые для этого коэффициенты содержатся в навигационном сообщении. Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения псевдодальностей в 1 м.
7. Недостаточная точность часов приемника.Встроенные часы GPS-приемника уступают в точности атомным часам, находящимся на борту спутников. Это может быть причиной небольших ошибок в определении времени прохождения сигнала.
P.S. Несмотря на достаточно большое количество факторов, снижающих точность определения координат, GPS-приборы спроектированы так, чтобы, по возможности, компенсировать возможные ошибки. Некоторые из этих ошибок могут быть устранены математически и путем моделирования. Однако, небольшие погрешности измерений все же всегда присутствуют, но не превышают нескольких метров. Этого вполне достаточно для решения задач навигации подвижных объектов (туристы, автомобили, самолеты, корабли и т.д.). Автор статьи: Лозинский Роман Васильевич, ООО «Корпоративные системы»
www.sike.ru __________________________________________________________В статье были использованы материалы следующих источников:
1. Статья Михаила Качалина «Точность системы слежения»
3. Статья «Точность системы слежения»
[1] ИСЗ – искусственный спутник Земли.