30129

Исследование методов позиционирования, а так же разработка устройства для дистанционного мониторинга технических объектов, транспортных средств и человека

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Одним из основных компонентов системы позиционирования является устройство под названием GPSтрекер.4 Применение систем навигации Кроме навигации координаты получаемые благодаря спутниковым системам используются в следующих отраслях: Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская так и дорожная навигация Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем...

Русский

2013-08-23

873.95 KB

119 чел.

80

Содержание

Введение

  1.  Современное состояние системы спутниковой навигации  
  2.  Основные элементы
  3.  Структурная схема
  4.  Принцип работы системы
  5.  Применение спутниковых систем навигации
  6.  Особенности и виды систем позиционирования
  7.  Global Positioning System
    1.  Краткая история возникновения и развития системы GPS
    2.  Техническая реализация системы глобального позиционирования
    3.  Применение GPS
  8.   ГЛОНАСС
    1.  История развития системы ГЛОНАСС
    2.  Техническая реализация системы ГЛОНАСС
  9.  Другие системы навигации
    1.  Бейдоу
    2.  Галилео
    3.  IRNSS
    4.  QZSS
  10.  Сравнительная характеристика системы GPS и ГЛОНАСС; обоснование выбора системы позиционирования
  11.  GPS-трекер
  12.  Технические возможности GPS-трекера
    1.  Классификация и применение GPS трекеров
    2.  GPS-мониторинг
    3.  Контрмеры против GPS-мониторинга
  13.  Проектирование аппаратно-программного комплекса GPS-трекера на базе микроконтроллера  "ATmega128”
  14.  Техническое задание
  15.   Проектирование функциональной схемы прибора
  16.  Проектирование принципиальной схемы прибора
  17.  Функционал, ATMega128, блоки, графики
  18.  Проектирование программного обеспечения
  19.  Логика работы программы
  20.   Блок-схема программы

  Приложение А – принципиальная схема прибора    

  Приложение Б – текстовый код программы

Введение

Особое место в развитии систем спутниковой связи занимает возможность отслеживания местоположения объекта. Процесс    отслеживания – это комплекс методов измерений, позволяющих  измерить точное местоположение объекта в реальном времени. Данный комплекс методов основан на измерении расстояния от антенны на объекте, координаты которого необходимо получить, до спутников, положение которых известно с большой точностью.

В настоящее время процесс отслеживания объектов используется  практически в любом направлении деятельности, в частности можно выделить наиболее значимые направления:

– отслеживание положения личного автомобильного транспорта;

– отслеживание места положения человека;

  1.  отслеживания перевозки грузов;

– отслеживание положения военных объектов;

– наблюдения за природными явлениями;

    Всемирная распространённость, техническая не совершенность системы и устройств, используемых при измерении, подчёркивают актуальность данной темы.

Одним из основных компонентов системы позиционирования является устройство, под названием GPS-трекер. Устройство осуществляет         приём-передачу данных для спутникового мониторинга любых объектов, к которым оно прикрепляется, использующее глобальную и локальную систему позиционирования, для точного определения местонахождения объекта. Современная схемотехническая база позволяет реализовать данное устройство с максимальной эффективностью и простотой пользования.

Целью данной дипломной работы является исследование методов позиционирования, а так же разработка устройства для дистанционного мониторинга технических объектов, транспортных средств и человека.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— проанализировать методику работы спутниковых систем навигации;

— выполнить обзор существующих систем позиционирования;

— выбрать способ приёма-передачи информации от трекера ;

— разработать функциональную схему на основе технических требований;

— разработать принципиальную схему устройства;

— описать логику работы прибора с разработкой алгоритмов;

— дать рекомендации по использованию прибора.

 

Данное устройство имеет универсальное предназначение, то есть имеется возможность отслеживания любого объекта, в том числе и человека, следовательно, оно должно обладать высокими требованиями к электробезопасности.

Таким образом, перед нами становится задача создания устройства для дистанционного мониторинга, разработка соответствующего программного обеспечения и элементной базы.

1.Спутниковая система навигации

  Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения, (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

1.1 Основные элементы системы:

  1.  Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;
  2.  Наземная система управления и контроля (наземный сегмент), включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;
  3.  Приёмное клиентское оборудование («спутниковые навигаторы»), используемое для определения координат;
  4.  Опционально: наземная система радиомаяков, позволяющая значительно повысить точность определения координат.
  5.  Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

1.2 Структурная схема спутниковой системы навигации

1.3 Принцип работы

  Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

  Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

  1.  Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
  2.  Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
  3.  Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;
  4.  Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
  5.  Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

1.4 Применение систем навигации

  Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

  1.  Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек
  2.  Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии
  3.  Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация
  4.  Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
  5.  Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-ГЛОНАСС.
  6.  Тектоника, Тектоника плит: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит
  7.  Активный отдых: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, Геокэшинг и др.
  8.  Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

2. Особенности и виды систем позиционирования

2.1 Global Positioning System

 

   Global Positioning System — система глобального позиционирования, спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение объекта. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

  Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников до потребителя. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников»:

. Здесь:  — местоположение -го спутника,  — момент времени приема сигнала от -го спутника по часам потребителя,  — неизвестный момент времени синхронного излучения сигнала всеми спутниками по часам потребителя,  — скорость света,  — неизвестное трехмерное положение потребителя.

2.1.1 Краткая история возникновения и развития системы GPS

  Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

  Реализована эта идея была через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS, а, затем, в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г., а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

Первоначально GPS — глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту был сбит из-за дезориентации экипажа в пространстве, президент США Рональд Рейган с целью не допустить в будущем подобные трагедии разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом.

  Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон.

Хронология развития системы GPS 

Запуск спутника GPS-IIR-14 ракетой Delta 7925. 25.09.2005, Мыс Канаверал, США

1973

Решение о разработке спутниковой навигационной системы

1974—1979

Испытание системы

1977

Приём сигнала от наземной станции, симулирующей спутник системы

1978—1985

Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I)

1979

Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24.

1980

В связи с решением свернуть программу использования спутников Vela системы отслеживания ядерных взрывов, эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащённых сенсорами регистрации ядерных взрывов.

1980—1982

Дальнейшее сокращение финансирования программы

1983

После гибели самолёта компании Korean Airline, сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам.

1986

Гибель космического челнока Space Shuttle «Challenger» приостановила развитие программы, так как последний планировался для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта»

1988

Решение о развёртывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы.

1989

Активация спутников второй группы

1990—1991

Временное отключение SA (англ. selective availability — искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приёмников. Включение SA 01 Июня 1991 года.

08.12.1993

Сообщение о первичной готовности системы (англ. Initial Operational Capability). В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам

1994

Спутниковая группировка укомплектована

17.07.1995

Полная готовность системы (англ. Full Operational Capability)

01.05.2000

Отключение SA для гражданских пользователей, таким образом точность определения выросла со 100 до 20 метров

26.06.2004

Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости Galileo и GPS 1

Декабрь 2006

Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.²

2.1.2 Техническая реализация

системы глобального позиционирования

  Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой порядка 20200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.

Радиочастотные характеристики

  Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5=1176,45 МГц . Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника.

  Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код — модуляция BPSK(1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа — SA) с мая 2000 года отключён. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами Galileo L1.

  Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y) кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Ещё одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.

  C запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 (1176.45 МГц). Этот сигнал также называют safety of life (обеспечение безопасности жизни). Сигнал на частоте L5 мощнее на 3 децибела, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в 10 раз шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.

  Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN) двух типов: C/A-код и P-код. C/A (Clear access) — общедоступный код — представляет собой PRN с периодом повторения 1023 цикла и частотой следования импульсов 1023 МГц. Именно с этим кодом работают все гражданские GPS-приемники. P (Protected/precise)-код используется в закрытых для общего пользования системах, период его повторения составляет 2*1014 циклов. Сигналы, модулированные P-кодом, передаются на двух частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. C/A-код передается лишь на частоте L1. Несущая, помимо PRN-кодов модулируется также навигационным сообщением.

Таблица 1.1 – краткие технические характеристики различных спутников системы GPS

Тип спутника

GPS-II

GPS-IIA

GPS-IIR

GPS-IIRM

GPS-IIF

Масса, кг

885

1500

2000

2000

2170

Срок жизни

7.5

7.5

10

10

15

Бортовое время

Cs

Cs

Rb

Rb

Rb+Cs

Межспутниковая
связь

-

+

+

+

+

Автономная
работа, дней

14

180

180

180

>60

Антирадиационная
защита

-

-

+

+

+

Антенна

-

-

Улучшенная

Улучшенная

Улучшенная

Возможность настройки
на орбите и мощность
бортового передатчика

+

+

++

+++

++++

Навигационный
сигнал

L1:C/A+P
L2:P

L1:C/A+P
L2:P

L1:C/A+P
L2:P

L1:C/A+P+M
L2:C/A+P+M

L1:C/A+P+M
L2:C/A+P+M
L5:C

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 аппарат в марте 2010 года).

Наземные станции контроля космического сегмента

   Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000—4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.

Точность

   Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже:

Источник погрешности

Среднеквадратичное значение погрешности (м)

Нестабильность работы генератора

6,5

Задержка в бортовой аппаратуре

1,0

Неопределённость пространственного положения спутника

2,0

Другие погрешности космического сегмента

1,0

Неточность эфемерид

8,2

Другие погрешности наземного сегмента

1,8

Ионосферная задержка

4,5

Тропосферная задержка

3,9

Шумовая ошибка приёмника

2,9

Многолучёвость

2,4

Другие ошибки сегмента пользователя

1,0

Суммарная погрешность

13,1

  Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих.

  Коэффициент корреляции погрешностей двух рядом стоящих GPS приёмников(при работе в кодовом режиме) составляет 0,15-0,4 в зависимости от соотношения сигнал/шум. Чем больше соотношение сигнал/шум, тем больше корреляция. При затенении части спутников и переотражении сигнала корреляция может падать вплоть до нуля и даже отрицательных величин. Также коэффициент корреляции погрешностей зависит от геометрического фактора. При PDOP<1,5 корреляция может достигать значения 0,7. Так как погрешность GPS складывается из многих составляющих, она не может быть представлена в виде нормального белого шума. По форме распределения погрешность есть сумма нормальной погрешности, взятой с коэффициентом 0,6-0,8 и погрешности, имеющей распределение Лапласа с коэффициентом 0,2-0,4. Автокорреляция суммарной погрешности GPS падает до значения 0,5 в течение приблизительно 10 секунд.

  Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6-8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS, EGNOS, MSAS и т. д. передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.

В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.

Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не менее 60-90 см. Если такая точность будет не только для военных, но и для гражданских применений, то это приятная новость для владельцев GPS-навигаторов.

На октябрь 2011 года на орбиту выведены первые два спутника из новой версии: GPS IIF SV-1 запущен в 2010 году и GPS IIF-2 запущен 16 июля 2011 года.

Всего первоначальный контракт предусматривал запуск 33 спутников GPS нового поколения, но потом из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. Все они будут выведены на орбиту в ближайшее время.

Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14000 км/ч (3.874км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для триангуляции.

Недостатки

  Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками.               Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками).

  Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

  Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США.

  Теперь Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается, что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра.

Реализация данной программы займёт некоторое  время. В Министерстве обороны США утверждают, что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Количество спутников изменено не будет, их по-прежнему будет 30: 24 работающих и 6 резервных.

2.1.3 Применение GPS

  

   Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS широко используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

  1.  Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков
  2.  Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии
  3.  Навигация: с применением GPS осуществляется как морская, так и дорожная навигация
  4.  Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
  5.  Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-глонасс.
  6.  Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит
  7.  Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.
  8.  Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

Высказывались предложения об интеграции систем Iridium и GPS.

2.2 ГЛОНАСС

  Глобальная навигационная спутниковая система  — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации.

  ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

  Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

  В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» («Российские космические системы»). Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».

2.2.1 История развития

     Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковая группировка была развернута до штатного      состава — 24 спутника.

   Вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.

  В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников — таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

  В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.

  На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развёртывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.

29 января 2009 года было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке будет оснащён системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «М2М телематика» было установлено на 250 сочинских автобусах.

  В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.

  15 декабря 2009 года на встрече премьер-министра России Владимира Путина с главой Роскосмоса Анатолием Перминовым было заявлено, что развёртывание ГЛОНАСС будет окончено к концу 2010 года.

  К 30 марта 2010 года количество работающих КА было доведено до 21 (плюс 2 резервных КА).

  С переходом на спутники «Глонасс-К» точность системы ГЛОНАСС станет сопоставимой с точностью американской навигационной системы NAVSTAR GPS — единственной зарубежной развернутой навигационной системой.

  2 сентября 2010 года группировка спутников пополнена ещё тремя спутниками и общее количество спутников в группировке доведено до 26.

  3 октября 2011 года успешно выведен на орбиту ещё один спутник. Общее количество на орбите — 27

  4 ноября 2011 с помощью ракеты-носитель «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» были выведены на опорную орбиту 3 КА «Глонасс-М».

  28 ноября 2011 года с космодрома Плесецк выполнен успешный пуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» и КА «Глонасс-М». В 15:57 МСК спутник успешно выведен на целевую орбиту.

с 2012 до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей. В июле 2012 года было возбуждено дело по факту необоснованного расходования и хищения более 565 млн рублей на развитие спутниковой системы.

Хронология запуска спутников ГЛОНАСС

  В декабре 2009 года введён в эксплуатацию 110 КА (запущен 14 декабря 2009 года). Общее число запущенных спутников NAVSTAR к этому времени составило 60.

Дата

Последние и планируемые запуски

26 октября 2007

РН «Протон-К» стартовал с Байконура и вывел на околоземную орбиту три модифицированных КА «Глонасс-М»

25 декабря 2007

С космодрома «Байконур» стартовал РН «Протон-М» и вывел на орбиту три КА «Глонасс-М». Запуск увеличил число работающих спутников до 16 (одновременно 4 спутника, запущенные в 2001—2003 годах, были выведены из группировки)

25 сентября 2008

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» в каждом. Запуск увеличил число работающих спутников до 18 (1 спутник был выведен из состава группировки).

25 декабря 2008

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М»

14 декабря 2009

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М»

2 марта 2010

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». Запуск увеличил число работающих спутников до 21 КА (плюс 2 КА в орбитальном резерве)

2 сентября 2010

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». Число работающих спутников 21 КА (плюс 2 КА в орбитальном резерве и на 06.09.2010 3 КА на этапе ввода в эксплуатацию)

5 декабря 2010

Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». В результате выведения разгонного блока с тремя КА на нерасчетную орбиту потеряны три аппарата «Глонасс-М»

3 октября 2011

Запуск КА «Глонасс-М» при помощи РН «Союз-2-1Б»

4 ноября 2011

Запуск трех КА серии «Глонасс-М» РН «Протон-М».

2.2.2 Техническая реализация системы ГЛОНАСС

  Первый потребительский спутниковый навигатор, рассчитанный на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступил в продажу 27 декабря 2007 года — это был спутниковый навигатор Glospace. В России навигационную аппаратуру выпускают более 10 предприятий («НПО Прогресс», ЗАО «Мирком», ЗАО «КБ НАВИС», ОАО «РИРВ», ОАО «МКБ Компас», ФГУП «НИИМА „Прогресс“», ОАО «Российские космические системы» (ФГУП РНИИ КП), ОАО «Русские Навигационные Технологии», ООО «ТехноКом», ООО «М2М телематика», ЗАО «Микчел-ТСК» и другие).

  Комбинированная ГЛОНАСС/GPS-аппаратура профессионального уровня изготавливается несколькими зарубежными фирмами: Topcon, Leica Geosystems, Javad, Trimble, Septentrio, Ashtech, NovAtel, SkyWave Mobile Communications.

  В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» НПО Прогресс разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых сил Российской Федерации.

Для декодирования сигналов ГЛОНАСС конструкторским бюро «НАВИС» разработана специализированная микросхема. Поддерживаемые системы — ГЛОНАСС/GPS, а также GALILEO/COMPASS (серия NV08C).

По мнению аналитика рынка GPS/ГЛОНАСС-навигации Михаила Фадеева, «сейчас ГЛОНАСС используется только вместе с GPS».

  В мае 2011 года в розничную продажу поступили первые массово производимые ГЛОНАСС/GPS-навигаторы компаний Explay и Lexand. Они были собраны на чипсете MSB2301 тайваньской компании Mstar Semiconductor.

  Сегодня модели с поддержкой ГЛОНАСС и GPS есть в продуктовых линейках Lexand, Explay, Prestigio, Prology, Digma. Доля таких устройств в общем годовом объёме продаж навигаторов достигает 6,6 % (за 8 месяцев 2011 года в России было продано порядка 100 тыс. «двухсистемников»). В будущем, по прогнозам экспертов аналитической группы SmartMarketing, их доля будет увеличиваться.

  Сравнительный тест навигатора с ГЛОНАСС/GPS Lexand SG-555 и GPS-навигатора Lexand ST-5350 HD проводила газета Ведомости:

Тест показал, что для поездок по Москве можно обойтись и односистемным навигатором. Но то, что навигаторы «Глонасс/GPS» работают точнее и надежнее, подтвердилось на практике. Превосходящие характеристики двухсистемных устройств актуальны и в повседневной жизни — например, если вы хотите вовремя перестроиться для поворота на нужную полосу дороги.

  Американский производитель мобильных чипов Qualcomm производит семейство микросхем для приёма сигналов GPS и ГЛОНАСС: Snapdragon 2 и 3. В 2011 году объявлен выпуск семейства Snapdragon 4. В настоящее время общее количество моделей устройств с возможностью приёма ГЛОНАСС исчисляется десятками.

  Поддержка ГЛОНАСС встроена в iPhone, начиная с iPhone 4S,  Xiaomi Phone 2, Garmin eTrex, Samsung Galaxy Tab, Sony Xperia S, HTC One S и др.

 

Точность

  В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстаёт от аналогичных показателей для GPS.

Согласно данным СДКМ на 18 сентября 2012 года ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при p=0,95) по долготе и широте составляли 3-6 м при использовании в среднем 7—8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2,00—4,00 м при использовании в среднем 6—11 КА (в зависимости от точки приёма).

  При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляют 2-3  м при использовании в среднем 14—19 КА (в зависимости от точки приёма).

Согласно заявлениям главы Роскосмоса Анатолия Перминова, принимались меры по увеличению точности.

  Система ГЛОНАСС определяет местонахождение объекта с точностью до 3,0 м, но после перевода в рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч» точность навигационного сигнала ГЛОНАСС возрастёт до одного метра. (Ранее система определяла местонахождение объекта лишь с точностью до 50 м).

  Россия начала работы по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга для повышения точности и надёжности работы навигационной системы ГЛОНАСС за рубежом. Первая зарубежная станция уже построена и успешно функционирует в Антарктиде, это станция «Беллинсгаузен». Тем самым обеспечены необходимые условия для непрерывного глобального мониторинга навигационных полей космических аппаратов ГЛОНАСС. Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России и одну станцию в Антарктиде. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и пяти станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах, как Куба, Бразилия, Вьетнам, Австралия, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).

  При этом использование обеих навигационных систем уже сейчас даёт существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, даёт точность определения координат на территории Европы на уровне 1,5—3 метров.

Доступность

  Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своём сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты. Оперативный и апостериорный мониторинг систем GPS и ГЛОНАСС также осуществляет Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).

  На 4 февраля 2010 года количество видимых над горизонтом над Россией спутников ГЛОНАСС, как правило, было равно 6-8 КА. Согласно карте интегральной доступности точность определения координат «хорошая» и лучше (PDOP ≤ 6) осуществлялось для России практически в течение всего дня (точнее, для 95 % времени в течение дня, хотя для самых южных районов иногда бывает 92 %). В некоторых районах земного шара «хорошая» и лучше точность определения координат (PDOP ≤ 6) могла осуществляться только в течение 80 % времени суток, а в некоторых точках и в течение 70 %.

На 29 марта 2010 года количество видимых над горизонтом над Россией спутников ГЛОНАСС, как правило, было равно 7-8 КА. Для 30 марта 2010 года согласно карте интегральной доступности точность определения координат «хорошая» и лучше (PDOP ≤ 6) осуществляется для России практически в течение всего дня (точнее, для 99 % времени в течение дня для всей страны, кроме района Владивостока, где этот показатель равен 95 %). В некоторых районах земного шара «хорошая» и лучше точность определения координат (PDOP ≤ 6) может осуществляться только в течение 92 % времени суток, а в некоторых точках и в течение 80 %.

При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приёмниках (практически все ГЛОНАСС-приёмники являются совместными) точность определения координат практически всегда отличная вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения.

  По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российский системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS. По словам Бо Йонссона, замглавы подразделения геодезических исследований, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «она (Глонасс) работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют Глонасс в комбинации с GPS.

  Постановление правительства Российский Федерации от 27 сентября 2011 года об обязательном оснащении пассажирских транспортных средств модулями ГЛОНАСС/GPS сделает систему ГЛОНАСС ещё более популярной.

Текущее состояние

Состав группы КНС ГЛОНАСС на 9 декабря 2012 года:

  1.  Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 29 КА
  2.  Используются по целевому назначению: 23 КА
  3.  На этапе ввода в систему: 0 КА
  4.  Временно выведены на техобслуживание: 2 КА
  5.  Орбитальный резерв: 3 КА
  6.  На этапе летных испытаний: 1 КА

Модернизация

Согласно программе модернизации системы ГЛОНАСС, действующей до 2020 года:

  1.  В 2002 году был осуществлён переход на обновлённую версию геоцентрической системы координат ПЗ-90 — ПЗ-90.02.
  2.  С 2004 года запускаются новые КА Глонасс-М, которые транслируют два гражданских сигнала на частотах L1 и L2.
  3.  В 2007 году проведена 1-я фаза модернизации наземного сегмента, вследствие чего увеличилась точность определения координат.
  4.  Во 2-й фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к концу 2010 года увеличится точность расчета эфемерид и ухода бортовых часов, что приведёт к повышению точности навигационных определений.
  5.  Начиная с 2010 года начинается постепенное введение КА Глонасс-К, в которых реализованы дополнительные сигналы в формате CDMA, что облегчит разработку мультисистемных навигационных приборов, так как похожие сигналы используются в навигационных системах GPS/Galileo/Compass. Развертывание новых КА начнется с двух КА «Глонасс-К1» в декабре 2010 года, в которых будет тестироваться новый открытый сигнал в диапазоне L3.
  6.  В 2011 году планируется завершение модернизации наземного комплекса управления. Результатом программы модернизации спутников и наземных комплексов станет увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС в 2-2,5 раза, что составит порядка 2,8 м для гражданских потребителей.
  7.  На 2013—2014 годы намечен запуск усовершенствованного спутника КА «Глонасс-К2», доработанного по результатам испытаний КА «Глонасс-К1». В дополнение к открытому сигналу в диапазоне L3, появится открытый сигнал в диапазоне L1.
  8.  В 2015—2017 годах появится усовершенствованный спутник «Глонасс-КМ», характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 5 открытых и до 2 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.
  9.  После полного перехода на CDMA-сигналы предполагается постепенное увеличение количества КА в группировке с 24 до 30, что, возможно, потребует отключения сигналов FDMA. Рассматриваются варианты с запуском дополнительных спутников по высокоэллиптической орбите типа «Молния» или «Тундра», что должно обеспечить более высокую доступность в отдельных регионах за счёт дифференциальной коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников.

CDMA-сигналы

  Формат и частоты новых сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением окончательно не определены. По предварительным данным, новые сигналы используют частоты и модуляцию сигналов модернизированной GPS (en:GPS modernization) и Galileo/Compass. В частности, CDMA-сигнал GLONASS в диапазоне L1 будет использовать модуляцию BOC(1,1) на частоте 1575,42 МГц, которая совпадает с сигналами модернизированной GPS-диапазона L1 и сигналом E1 систем Galileo/Compass, а сигнал в диапазоне L5 — модуляцию BOC(4,4) на частоте 1176,45 МГц, которая совпадает с сигналом Safety of Life (L5) модернизированной GPS и сигналом E5a системы Galileo. CDMA-сигнал GLONASS в диапазоне L3 будет использовать квадратурную фазовую манипуляцию QPSK(10) на частоте 1207,14 МГц, которая совпадает с сигналом E5b систем Galileo/Compass. Сигнал будет состоять из пилотной и информационной составляющей, разнесенных по квадратурам модуляции. Также будет использоваться частота 1242 МГц в диапазоне L2.

Модуляция BOC (binary offset carrier, двоичный сдвиг несущей) используется в сигналах систем Galileo и модернизированной GPS; в сигналах GLONASS и стандартной GPS используется двоичная фазовая манипуляция (BPSK), однако и BPSK и QPSK являются частными случаями квадратурной амплитудной модуляции (QAM-2 и QAM-4).

2.3 Другие системы навигации

2.3.1 Бэйдоу

 

 Навигационная система «Бэйдоу» или Спутниковая навигационная система «Бэйдоу» — китайская спутниковая система навигации. На 26 октября 2012 года включает в себя 16 спутников, расположенных на геостационарной орбите и обеспечивала определение географических координат в Китае и на соседних территориях. Планируется, что на орбиту будет выведено 30-35 спутников (предположительно 30 работающих и 5 в резерве).

рис. 1

зона покрытия Бэйдоу

  Система была запущена в коммерческую эксплуатацию 27 декабря 2012 как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников. Планируется, что на полную мощность система выйдет к 2020 году. Китайские представители также отметили, что еще предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов, с российской, американской и европейской сторонами, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. А пока китайская система работает на частоте сигналы B1, также отмеченный как E2, с частотой 1561,098 МГц.

  1.  

С   лово «Бэйдоу» (кит. упр. 北斗) в переводе означает «Северный Ковш», это — китайское название созвездия Большой Медведицы. Название «Бэйдоу» используется как для системы «Бэйдоу-1» так и для системы второго поколения «Бэйдоу-2». Главный конструктор обеих систем —        Сунь Цзядун.

История развития системы «Бэйдоу»

  Китайское национальное космическое управление планирует развернуть навигационную систему «Бэйдоу» в три этапа.

1) 2000—2003: Экспериментальная система Бэйдоу из трёх спутников.

2) 2012 году: Региональная система для покрытия территории Китая и прилегающий территорий.

3) 2020 году: Глобальная навигационная система.

  Первый спутник, «Бэйдоу-1А» был запущен 30 октября 2000. Второй «Бэйдоу-1B» 20 декабря 2000. Третий спутник «Бэйдоу-1C» отправлен на орбиту 25 мая 2003 как подстраховочный. Система считалась введенной в эксплуатацию с успешного запуска третьего спутника.

  2 ноября 2006, Китай заявил, что с 2008 года Бэйдоу будет предлагать открытые услуги с точностью определения местоположения 10 метров. Частота системы «Бэйдоу»: 2491.75 МГц.

  27 февраля 2007 года, был также запущен четвертый спутник в рамках «Бэйдоу-1», называемый иногда «Бэйдоу-D» а иногда «Бэйдоу-2А». Он выполняет функции подстраховки. Сообщалось, что у спутника были неполадки в системе управления, но впоследствии они были устранены.

  В апреле 2007, успешно выведен на орбиту первый спутник группировки «Бэйдоу-2», названый «Компас-M1». Данный спутник является настроечным для частот Бэйдоу-2. Второй спутник «Компас-G2» запущен 15 апреля 2009. Третий («Компас-G1») запущен на орбиту носителем LM-3C 17 января 2010. Четвертый спутник запущен 2 июня 2010. Носитель LM-3I вывел четвертый спутник с спутниковой площадки в Сичане 1 августа 2010 года.

 

  15 января 2010 запущен официальный сайт спутниковой навигационной системы Бэйдоу.

  24 февраля 2011 было развернуто 6 действующих спутников, 4 из них видны в Москве: COMPASS-G3, COMPASS-IGSO1, COMPASS-IGSO2 и COMPASS-M1.

  27 декабря 2011 года "Бэйдоу" была запущена в тестовом режиме, охватывая территорию Китая и сопредельных районов.

  27 декабря 2012 система была запущена в коммерческую эксплуатацию как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников.

2.4.2  Галилео

   Галилео (Galileo) — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансъевропейские сети (англ. Trans-European Networks). Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. Ныне существующие GPS-приёмники не смогут принимать и обрабатывать сигналы со спутников Галилео (кроме приемников компаний Altus Positioning Systems, Septentrio, JAVAD GNSS и российских приемников ФАЗА+), хотя достигнута договорённость о совместимости и взаимодополнению с системой NAVSTAR GPS третьего поколения. Финансирование проекта будет осуществляться, в том числе за счёт продажи лицензий производителям приёмников.

  Помимо стран Европейского союза в проекте участвуют: Китай, Израиль, Южная Корея, Украина и Россия. Кроме того, ведутся переговоры с представителями Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Индии, Малайзии. Ожидается, что «Галилео» войдёт в строй в 2014—2016 годах, когда на орбиту будут выведены все 30 запланированных спутников (27 операционных и 3 резервных). Компания Arianespace заключила договор на 10 ракет-носителей «Союз» для запуска спутников, начиная с 2010 года.    Космический сегмент будет обслуживаться наземной инфраструктурой, включающей в себя три центра управления и глобальную сеть передающих и принимающих станций.

  В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется национальными военными ведомствами, однако, в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство. Общие затраты оцениваются в 4,9 млрд евро.

  Спутники «Галилео» будут выводиться на орбиты высотой 23 222 км (или 29 600,318 км от центра Земли), проходя один виток за 14 ч 4 мин и 42 с и обращаясь в трех плоскостях, наклонённых под углом 56° к экватору, что обеспечит одновременную видимость из любой точки земного шара по крайней мере четырёх аппаратов. Временная погрешность атомных часов, установленных на спутниках, составляет одну миллиардную долю секунды, что обеспечит точность определения места приёмника около 30 см на низких широтах. За счёт более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте Полярного круга будет обеспечена точность до одного метра.

Технические характеристики системы «Галилео»

  Каждый аппарат «Галилео» весит около 700 кг, его габариты со сложенными солнечными батареями составляют 3,02×1,58×1,59 м, а с развёрнутыми — 2,74×14,5×1,59 м, энергообеспечение равно 1420 Вт на солнце и 1355 Вт в тени. Расчетный срок эксплуатации спутника превышает 12 лет.

Антонио Тайани, вице-президент Еврокомиссии, ответственный за вопросы промышленности и предпринимательства, заявил на брифинге в Страсбурге, что по состоянию на 19 января 2011 года, для завершения системы спутниковой навигации Galileo необходимо 1,9 млрд евро.

Этапы проекта

Первый этап

  Первая фаза — планирование и определения задач стоимостью в 100 млн евро, второй этап состоит в запуске двух опытных спутников и развития инфраструктуры (наземных станций для них) стоимостью 1,5 млрд евро.

Первый опытный спутник системы Галилео был доставлен на космодром Байконур 30 ноября 2005 года. 28 декабря 2005 года в 8:19 с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» космический аппарат GIOVE-A был выведен на расчётную орбиту высотой 23 222 км с наклонением 56°. Масса аппарата 700 кг, габаритные размеры: длина — 1,2 м, диаметр — 1,1 м. Основная задача GIOVE-A состояла в испытании дальномерных сигналов Галилео на всех частотных диапазонах. Спутник создавался в расчете на 2 года активного экспериментирования, которое и было успешно завершено примерно в расчётные сроки. Передача сигналов по состоянию на апрель 2009 года ещё продолжалась.

Второй этап

  Второй опытный спутник системы Галилео GIOVE-B был запущен 27 апреля 2008 года и начал передавать сигналы 7 мая 2008 года. Основная задача GIOVE-B состоит в тестировании передающей аппаратуры, которая максимально приближена к будущим серийным спутникам. GIOVE-B — первый спутник, в котором в качестве часов используется водородный мазер. GIOVE-B способен передавать несколько модификаций дальномерного кода открытой службы на частоте L1 (модуляции BOC(1,1), CBOC, TMBOC), из которых предполагается выбрать одну для дальнейшего постоянного использования.

  Оба спутника GIOVE предназначены для проведения испытаний аппаратуры и исследования характеристик сигналов. Для систематического сбора данных измерений усилиями ЕКА была создана всемирная сеть наземных станций слежения, оборудованных приёмниками, разработанными в компании Septentrio.

Третий этап

  Третий этап состоит в выводе на орбиты четырёх спутников Galileo IOV (in-orbit validation), которые, будучи запущенными парами (два 20 октября 2011 года и ещё два в октябре 2012 года), создадут первое мини-созвездие Galileo. Запуски состоятся с помощью ракеты «Союз-СТБ» с космодрома в Куру. Первые четыре спутника строятся партнерством EADS Astrium-Thales Alenia Space. Спутники будут расположены на круговых орбитах на высоте 23 222 км.

  10 декабря 2011 года Galileo передала на Землю первый тестовый навигационный сигнал — два спутника, выведенные на орбиту в октябре российским «Союзом», успешно включили свои передатчики. Специалисты Galileo включили главную антенну L-диапазона (1,2-1,6 гигагерца), с которой был передан первый для Galileo навигационный сигнал, его мощность и форма соответствовала всем спецификациям, а также совместима с американской системой GPS. В 12 октября 2012 года, были запущены на орбиту ещё 2 спутника проекта Galileo, стало возможным первое позиционирование из космоса, так как для него необходимо по крайней мере четыре спутника. С каждым следующим выводов новых спутников точность позиционирования будет повышаться. 4 декабря 2012 третий спутник Galileo передал на Землю первый тестовый навигационный сигнал, то есть на всех частотах полноценно функционируют уже три спутника Galileo.

  Как сообщил руководитель программы Galileo Европейского космического агентства ESA Дидье Фавр (Didier Faivre), тестовая фаза проекта может начаться в феврале 2013 года. Для этого необходимо будет с максимальной точностью расположить четыре спутника на орбите и активировать специальные атомные часы, дающие погрешность лишь в одну секунду за сто лет работы. Так как космические аппараты перемещаются по орбите со скоростью около 14 000 км/ч, точное времени для синхронизации часов является критически важным даже в шестом знаке после запятой.

  Создание наземного сегмента: трёх центров управления (GCC), пяти станций контроля за спутниковой группировкой (TTC), 30 контрольных приёмных станций (GSS), 9 ап-линк станций (ULS) для актуализации излучаемых сигналов.

  В целом, наземный сегмент Галилео для фазы орбитальной проверки (ФОП) будет включать 18 сенсорных станций, 5 аплинковых, 2 блока телеметрии, трекинга и команд, а также 2 центра управления Галилео (ЦУГ).          

  Центры управления будут расположены в Фучино (Италия) и Оберпфаффенхофене (Германия). Данный, собранные сенсорными станциями будут передаваться в ЦУГи, где они будут обработаны управлением миссии для того, чтобы определить данные, которые в дальнейшем будут отправлены обратно на спутники через аплинковые станции. Способность системы Галилео напрямую информировать пользователей о уровне целостности сигнала представляет основное существенное отличие от других систем спутниковой навигации.

  Пресс-служба Европейского космического агентства ESA сообщила, что 27 января 2010 года в Европейском центре космических исследований и технологий в городе Нордвейк (Нидерланды) состоялась церемония подписания первых трёх контрактов, обеспечивающих полномасштабное развёртывание группировки Galileo.

  Вывод на орбиту спутниковой группировки. Компания Thales Alenia Space (Италия) обеспечит системную подготовку Galileo, компания OHB-System AG (Германия) произведёт (совместно с британской SSTL) спутников первой очереди системы. Первый спутник должен быть готов к июлю 2012 года, впоследствии каждые три месяца должны поставляться очередные два аппарата, объём заказа составляет 566 млн евро.

  Первые виды услуг должны быть представлены в 2014 году, все виды служб — не раньше 2016 года. Общая стоимость проекта на данном этапе — 3,4 млрд евро.

   Всемирная сеть станций Galileo будет контролироваться Центром управления, находящимся в Фучино (Италия). Поправки в сигнал определения координат спутниками будут вноситься через каждые 100 минут или даже меньше.

  Уже смонтированы и готовы к работе станции слежения и корректировки точности спутникового сигнала в итальянском Фучино, в Куру Французской Гвианы, в норвежском Шпицбергене. А также в антарктическом Тролле, на островах Реюньон и Кергелен в Индийском океане, в Новой Каледонии Тихого океана. Все они связаны с двумя центрами управления Galileo: Фучино отвечает за навигационные услуги, тестирование и сдачу GMAT, а Оберпфаффенхофен отвечает за спутники. Некоторые из построенных станций в Швеции (Кируна) и на Французской Гвиане (Куру) уже используются для мониторинга первых спутников Galileo, запущенных в октябре 2011 года.

Четвёртый этап

  Четвёртый этап проекта будет запущен предположительно с 2014 года, стоимость — 220 млн евро в год. Возможно, лицензия на эксплуатацию будет передана частным компаниям.

К 2015 году на орбиту будут выведены ещё 14 спутников, остальные — к 2020 году.

   После завершения развертывания группировки, спутники обеспечат в любой точке планеты, включая Северный и Южный полюса, 90%-ю вероятность одновременного приема сигнала от четырёх спутников. В большинстве мест на планете одновременно в зоне прямой видимости будут находиться шесть спутников Galileo, что позволит определить местоположение с точностью до одного метра. Для максимальной синхронизации спутники Galileo оснащены сверхточными атомными часами на рубидии-87 с максимальной ошибкой до одной секунды за три миллиона лет, а это значит, что соответствующая навигационная неточность не должна превышать 30 см, при одновременном приема сигнала от восьми-десяти спутников.

Службы

Открытая общая служба (Open Service).

 Бесплатный сигнал, сопоставимый по точности с ныне существующими системами (благодаря большему количеству спутников — 27 против 24 в NAVSTAR GPS — покрытие сигналом в городских условиях должно быть доведено до 95 %). Гарантии его получения предоставляться не будут. Благодаря найденному компромиссу с правительством США будет применяться формат данных BOC1.1, используемый в сигналах модернизированного GPS, что позволит взаимодополнять системы GPS и Галилео.

Служба повышенной надёжности (Safety-of-Life Service, SoL)

С гарантиями получения сигнала и системой предупреждения в случае понижения точности определения, предусмотрена прежде всего для использования в авиации и судовой навигации. Надёжность будет повышена за счёт применения двухдиапазонного приёмника (L1: 1559—1591 и E5: 1164—1215 МГц) и повышенной скорости передачи данных (500 бит/с).

Коммерческая служба (Commercial Service)

  Кодированный сигнал, позволяющий обеспечить повышенную точность позиционирования, будет предоставляться заинтересованным пользователям за отдельную плату. Точность позиционирования увеличивается за счёт использования двух дополнительных сигналов (в диапазоне E6 1260—1300 МГц). Права на использование сигнала планируется перепродавать через провайдеров. Предполагается гибкая система оплаты в зависимости от времени использования и вида абонемента.

Правительственная служба (Public Regulated Service, PRS)

  Особо надёжная и высокоточная служба с использованием кодированного сигнала и строго контролируемым кругом абонентов. Сигнал будет защищён от попыток его симулировать и предназначен прежде всего для использования спецслужбами (полиция, береговая охрана и т. д.), военными и антикризисными штабами в случае чрезвычайных ситуаций.

Поисково-спасательная служба (Search and Rescue, SAR)

  Система для обеспечения приёма сигналов бедствия и позиционирования места бедствия с возможностью получения на месте бедствия ответа от спасательного центра. Система должна дополнить, а затем и заменить ныне существующую КОСПАС/САРСАТ. Преимуществом системы над последней является более уверенный приём сигнала бедствия вследствие большей близости к земле и геостационарного положения спутников. Система разработана в соответствии с директивами Международной морской организации (IMO) и должна быть включена в Глобальную морскую систему связи при бедствиях и для обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ).

2.4.3. IRNSS

  IRNSS (англ. Indian Regional Navigation Satellite System) — индийская региональная навигационная спутниковая система, проект которой был окончательно принят к реализации правительством Индии. Бюджет проекта составил более 300 миллионов долларов. IRNSS будет обеспечивать только региональное покрытие самой Индии и частей сопредельных государств.

  1.  Общее количество спутников системы IRNSS: 7.
  2.  Проектная дата завершения работ: 2015 год.

Структура

  Правительство Индии 9 мая 2006 одобрило проект развертывания Индийской Спутниковой Региональной Системы Навигации (IRNSS) с бюджетом 14,2 миллиарда рупий в течение следующих 6-7 лет. Первоначально планировалось, что спутники будут запускаться с 2012 (последние объявления были о планах на запуск первого спутника в декабре этого года) по 2014 гг, а окончательный ввод системы в эксплуатацию произойдёт к 2015ому. Спутниковая группировка IRNSS должна состоять из семи спутников на геосинхронных орбитах на высоте около 24 000 км в апогее. Причем четыре спутника из семи в IRNSS будут размещены на орбите с наклонением в 29° по отношению к экваториальной плоскости. Все семь спутников будут иметь непрерывную радиовидимость с Индийскими управляющими станциями.

  Спутники IRNSS будут использовать платформу, подобную той, которая используется на российcком метеорологическом спутнике Kalpana-1 с массой 1330 кг и мощностью солнечных батарей 1400 Вт. Полезная нагрузка будет включать два 40 Вт твердотельных усилителя.

  Земной сегмент IRNSS будет иметь станцию мониторинга, станцию резервирования, станцию контроля и управления бортовыми системами. Государственная компания ISRO является ответственной за развертывание IRNSS, которая будет находиться целиком под контролем Индийского правительства. Навигационные приемники, которые будут принимать сигналы IRNSS, также будут разрабатываться и выпускаться индийскими компаниями.

2.4.4 QZSS

  Quasi-Zenith Satellite System (QZSS, «Квазизенитная спутниковая система») — проект трёхспутниковой региональной системы синхронизации времени и одна из систем дифференциальной коррекции для GPS, сигналы которой будут доступны в Японии. Первый спутник Митибики (перевод с японского – «Указание пути») был запущен 11 сентября 2010 года. Полное развёртывание системы предполагается в 2013 г.

  Работа над общим проектом квази-зенитной спутниковой системы (яп. 準天頂 дзюнтэнтё:) была одобрена правительством Японии в 2002 году. В неё включились компании Advanced Space Business Corporation (ASBC), Mitsubishi Electric Corp., Hitachi Ltd. и GNSS Technologies Inc. Однако ASBS прекратила существование в 2007 году.

  Работа была продолжена организацией Satellite Positioning Research and Application Center (SPAC). SPAC принадлежит четырём департаментам правительства Японии: министерствам образования, культуры, спорта, науки и технологий; внутренних дел и связи (англ.)русск.; Министерство экономики, торговли и промышленности и министерству земли, инфраструктуры, транспорта и туризма

  QZSS предназначена для мобильных приложений, для предоставления услуг связи (видео, аудио и другие данные) и глобального позиционирования. Что касается услуг позиционирования, QZSS сама по себе предоставляет ограниченную точность и по существующей спецификации не работет в автономном режиме. С точки зрения пользователей QZSS предстаёт как система дифференциальной коррекции.  

    Система позиционирования QZSS может работать совместно с геостационарными спутниками в японской системе MTSAT, находящейся в процессе создания, которая сама по себе является системой дифференциальной коррекции, подобной системе WAAS, созданной США.

  Спутники будут находится на высокой эллиптической орбите. Такие орбиты позволяют спутнику держаться более 12 часов в день с углом возвышения более 70° (то есть большую часть времени спутник находится практически в зените). Этим и объясняется термин «quasi-zenith», то есть «кажущийся находящимся в зените», который дал название системе. По состоянию на июнь 2003 года предлагаемые орбиты располагаются в диапазоне от 45° наклонения с небольшим эксцентриситетом до 53° со значительным эксцентриситетом.

QZSS и дополнение к системе позиционирования

  QZSS может улучшить работу системы GPS двумя способами: во-первых, повышением доступности GPS-сигналов, и во-вторых, повышением точности и надёжности работы навигационных систем, работающих с GPS.

Поскольку сигналы о доступности спутников GPS, передаваемые со спутников QZSS, совместимы с модернизированными сигналами GPS и таким образом обеспечена возможность их взаимодействия, QZSS будет передавать сигналы L1C/A, L1C, L2C и L5. Эти уменьшает необходимые изменения в спецификации и дизайне приёмников.

  В сравнении с автономной системой GPS, комбинированная система GPS и QZSS даёт улучшенную производительность благодаря выбору диапазона коррекционных данных, передаваемых по сигналам L1-SAIF и LEX с QZS. Надёжность повышается также путём передачи данных о состоянии спутников. Предоставляется и другие данные для улучшения поиска спутников GPS.

   По первоначальным планам спутники QZS должны нести два типа атомных часов: водородный мазер и атомные часы на основе рубидия. Разработка пассивного водородного мазера была прекращена в 2006 году. Сигнал позиционирования будет генерироваться с использованием атомных рубидиевых часов и будет использована архитектура подобная системе отсчёта времени GPS. QZSS также будет способна использовать двунаправленный спутниковый перенос времени и частоты (Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT), которая будет использована для сбора фундаментальных знаний о поведении спутниковых часов в космосе и других исследовательских целей.

Измерение времени и удалённая синхронизация QZSS

  Несмотря на то, что первое поколение системы измерения времени (timekeeping system (TKS)) будет основано на рубидиевых атомных часах, первый спутник QZS будет нести прототип экспериментальной системы синхронизации. В течение первой половины двухгодичной орбитальной тестовой фазы, предварительные тесты исследуют возможность технологии отсчёта времени без атомных часов, которая будет использована в дальнейшем на спутниках QZSS второго поколения.

Упомянутая технология TKS является новой спутниковой системой измерения времени, которая не требует атомных часов на борту, как в используемых ныне спутниках GPS, ГЛОНАСС и разрабатываемых спутниках системы Galileo. Этот концепт отличается использованием системы синхронизации объединённой с упрощёнными часами на борту, которые работают как приёмопередатчики, перераспространяющие информацию о точном времени, предоставленную удалённо сетью синхронизации времени, расположенной на земле. Это позволяет системе работать оптимально когда спутники находятся в непосредственном контакте с наземной станцией, что делает систему подходящей для использования в QZSS. Небольшая масса и невысокая стоимость изготовления и запуска спутников являются значительными преимуществами такой новой системы. Обзор такой системы так же как и два возможных варианта построения сети синхронизации времени для QZSS были изучены и опубликованы в работе Фабрицио Тапперо (Fabrizio Tappero)

2.4 Сравнительная характеристика системы GPS и ГЛОНАСС.

Обоснование выбора системы позиционирования

 

   Принцип разделения сигналов. Как было сказано выше - ГЛОНАСС применяет разделение сигналов от спутников по частотам (FDMA), т.е. каждый спутник работает на своей персональной частоте. А GPS применяет принцип СDMA - кодовое деление сигналов, и все спутники системы работают на одной.

      Рассмотрим что лучше FDMA или CDMA. Наверное, для простых обывателей разницы нет, для них самое главное, чтобы система стабильно работала и давала ожидаемую точность. А вот с точки зрения военных, эти системы разные. Так как в GPS сигнал от спутников идет на одной частоте, то внести помеху в этот сигнал довольно легко. В Англии провели такой эксперимент, взяли приемник GPS с него сняли сигнал, который идёт со спутника и тут же его, без обработки, выдали через передатчик в эфир. Частота передатчика совпадала с частотой, на которой работает система GPS, при этом, нормально работающий прибор GPS, который находился рядом, начинал работать с большими погрешностями. Также американцы жаловались, что в Афганистане их ракеты не смогли точно поразить цель, в виду того, что "кто-то глушил" их сигнал GPS. Все изложенные факты говорят о том, что систему GPS легко вывести из строя, т.е. заставить работать с большой погрешностью.

      В виду того что в ГЛОНАСС все спутники работают на различных частотах, то нарушить работоспособность такой системы сложнее, так как помехи придётся вносить сразу в 24-х частотных диапазонах. Но это преимущество ГЛОНАСС является и его недостатком. Известно, что при передаче сигнала весь сигнал состоит из полезного сигнала, который передаётся на несущей частоте и других составляющих сигнала (так называемые гармоники), которые повторяют форму сигнала с меньшей амплитудой, но на частотах кратных несущей частоте. В нашем случае гармоники являются паразитным сигналам, так как они вносят помеху в сигнал, для которого основная передающая частота будет совпадать с частотой гармоники. Для этих целей разносят частотный диапазон передающих устройств, таким образом, чтобы они не мешали друг другу. Так вот, вероятность того, что такие "паразитные сигналы" будут влиять на работу системы ГЛОНАСС выше или ГЛОНАСС будет мешать работе других систем. В принципе это и случилось, на сегодняшний день существует необходимость сдвига диапазона частот вправо, так как в настоящее время ГЛОНАСС мешает работе, как подвижной спутниковой связи, так и радиоастрономии.

     Погрешность определения времени. Процесс измерения - это сравнение с эталоном. Современные измерительные системы, или любой прибор, который что-либо измеряет, построен таким образом, что ему не надо знать абсолютное значение эталона. Для измерения прибору необходимо такое понятие как стабильность (изменение во времени) этого эталона. Например, абсолютное значение эталона времени в США и России расходится на две секунды, но стабильность этого эталона составляет наносекунды. В спутниковых системах измерение расстояния до спутника производится при помощи стабильных атомных часов, которые находятся на борту спутника. От стабильности (точности) этих часов зависит и точность измерения расстояния до спутника, а следовательно, и точность расчёта координат. И что мы видим, точность (стабильность) часов на борту спутников GPS, для гражданского диапазона L1, выше в три раза, чем у часов спутников ГЛОНАСС. Следовательно, и расчётная точность определения координат в системе GPS будет заведомо выше.

      Система отсчета пространственных координат, для ГЛОНАСС это - ПЗ-90, для GPS - WGS-84, что это означает для простого обывателя. Земной шар, на котором мы живем, не является идеальной фигурой шара, ученые - математики США и России создали две разные математические модели, описывающие неровности нашего земного шара, по которым ведётся расчёт координат. Т.е. расстояние до спутников в GPS и ГЛОНАСС мы измеряем по одному принципу, а вот расчёт фактических координат происходит по разным формулам. Какая математическая модель точней или лучше сказать трудно, но существует сложность пересчета данных между системами ГЛОНАСС и GPS, из-за отсутствия официально опубликованной матрицы перехода между используемыми системами координат, по некоторым оценкам на сегодня, погрешность пересчёта составляет порядка 20 метров.

     Сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российский системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS, сообщает Reuters. По словам Бо Йонссона, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах. "Российские спутники располагаются выше, чем спутники GPS, поэтому наше оборудование видит их лучше", - объяснил Бо Йонссон, который также добавил, что услугами ГЛОНАСС пользуется более 90 процентов от числа всех клиентов компании. Стоит также заметить, что Swepos стала первой зарубежной компанией, признавшей преимущество ГЛОНАСС над GPS.

     Сейчас ГЛОНАСС получает не более 1% от доходов мирового рынка навигационных услуг, оцениваемого в 60-70 млрд. долл. В год. В перспективе Россия могла бы иметь 15% - это порядка 9-10 млрд. долл. Ежегодно, что превышает доходы от продажи вооружения. Однако ни о чем подобном пока не может быть и речи.

   Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS Системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, но имеют и различия (что хорошо видно из таблицы 1). Данные системы разрабатывались с учетом наиболее вероятных областей применения. Поэтому ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS — на средних.

Табл.2.4 Основные характеристики систем GPS и ГЛОНАСС

Характеристки

ГЛОНАСС

GPS

Количество спутников (проектное)

24

24

Количество орбитальных плоскостей

3

6

Количество спутников в каждой плоскости

8

4

Тип орбиты

Круговая (S=0+-0,01)

Круговая

Высота орбиты

19100 км

20200 км

Наклонение орбиты, град

64,8+-0,3

55 (63)

Период обращения

11 ч 15,7 мин.

11 ч 56,9 мин.

Способ разделения сигналов

Частотный

Кодовый

Навигационные частоты, МГц:

L1

L2

1602,56 — 1615,5

1246,44 — 1256,5

1575,42

1227,6

Период повторения ПСП

1 мс

1 мс (С/А-код)

7 дней (Р-код)

Тактовая частота ПСП, МГц

0,511

1,023 (С/А-код)

0,23 (Р,Y-код)

Скорость передачи цифровой информации, бит/с

50

50

Длительность суперкадра, мин

2,5

12,5

Число кадров в суперкадре

5

25

Число строк в кадре

15

5

Погрешность* определения координат в режиме ограниченного доступа:

горизонтальных, м

вертикальных, м

не указана

18 (P,Y-код)

28 (P,Y-код)

Погрешности* определения проекций линейной скорости, см/с

15 (СТ-код)

<200 (С/А-код)

20 (P,Y-код)

Погрешность* определения времени

в режиме свободного доступа, нс

в режиме ограниченного доступа, нс

1000 (СТ-код)

340 (С/А-код)

180 (P,Y-код)

Система отсчета пространственных координат

ПЗ-90

WGS-84

  На основании выше изложенного материала, а также учитывая характеристики, изложенные в приведённой таблице для разрабатываемого устройства, решено использовать систему GPS. GPS – более распространённая и относительно точная система определения координат, разрабатываемый GPS трекер является универсальным устройством, которое может использоваться практически в любом месте и в любое время. Данный трекер предназначен для отслеживания объектов относительно не большого размера, следовательно, высокая точность – приоритетна.

   Данный GPS-трекер является прибором гражданского пользования и не предназначен для военных целей, следовательно, повышенная точность и распределение частот на 24 спутника, использующиеся в системе ГЛОНАСС не обязательны для данного прибора. В будущем, возможны разработки трекеров, использующих две и более системы навигации.

3.GPS-трекер

3.1 Технические возможности GPS-трекера

3.1.1 Классификация и применение GPS трекеров

 GPS-трекер  — устройство приёма-передачи данных для спутникового мониторинга автомобилей, людей или других объектов, к которым оно прикрепляется, использующее Global Positioning System для точного определения местонахождения объекта.

  GPS-трекер содержит GPS-приёмник, с помощью которого он определяет свои координаты, а также передатчик на базе GSM, передающий данные по GPRS, SMS или на базе спутниковой связи для отправки их на серверный центр, оснащённый специальным программным обеспечением для спутникового мониторинга. Кроме GPS-приёмника и передатчика важными техническими элементами трекера является GPS-антенна, которая бывает как внешняя так и встроенная в трекер; аккумуляторная батарея; встроенная память.

Классификация

По конструкции и сфере использования различают два класса GPS-трекеров:

  1.  Персональный GPS-трекер — обычно так называется GPS-трекер малых размеров. Предназначен для мониторинга за людьми или домашними животными. Функция GPS-трекинга также существует у некоторых моделей сотовых телефонов.
  2.  Автомобильный GPS-трекер (часто называемый: Автомобильный контроллер или Автомобильный регистратор) — это станционное устройство, которое подключается к бортовой сети автомобиля или другого транспортного средства.

3.1.2 Применение GPS трекров

  Используя GPS для определения местоположения объекта и различные каналы связи для доставки информации пользователю, системы мониторинга транспорта позволяют детально проследить весь маршрут следования автомобиля и контроль других многочисленных параметров.

Сферы применения GPS-мониторинга транспорта:

  1.  Транспортные компании
  2.  Службы экстренной помощи
  3.  Страховые компании
  4.  Автопарки
  5.  Охранные службы
  6.  Службы перевозки пассажиров
  7.  Службы спасения
  8.  Строительные компании
  9.  Инкассаторские службы
  10.  Сельскохозяйственные предприятия
  11.  Курьерские и почтовые службы
  12.  Коммунальные службы
  13.  Торговые компании
  14.  Таксопарки и диспетчерские службы такси
  15.  Личный автомобиль

Принцип действия системы GPS-мониторинга транспорта

  Основным устройством в системе GPS-мониторинга транспорта является ГЛОНАСС/GPS/GSM-терминал, выполняющий функции определения координат при помощи спутникового приемника, сбор информации от бортового оборудования и дополнительных датчиков, пересылку информации по каналам GSM-связи, управление бортовым оборудованием по командам, поступающим от оператора. Собранная информация дальше передаётся на сервер обработки в виде бинарного AVL-пакета, содержащего «снимок» получаемых терминалом данных — время, координаты, значение внутренних и внешних параметров. AVL-пакет передается на сервер в процессе движения транспорта через каналы беспроводной связи, GPRS или 3G или во время стоянки на базе через прямое кабельное подключение. Пользователь затем получает информацию с сервера при помощи клиентской части программного обеспечения, или, в некоторых случаях — прямо через браузер, используя WEB-интерфейс системы.

Преимущества использования GPS-систем мониторинга транспорта:

  1.  Сокращение пробега автотранспорта. За счёт оптимизации маршрутов перемещения, перенаправления потока транспорта в зависимости от текущей обстановки достигается сокращением пробега на 5-15 %.
  2.  Исключение «человеческого фактора». Система контроля за автотранспортом пресекает нецелевое использование в личных целях или совершение «левых» рейсов.
  3.  Повышение эффективности использования транспорта. Грамотная автоматизированная диспетчеризация с контролем в режиме реального времени даёт возможность снизить время простоя техники и повысить степень загрузки грузового транспорта.
  4.  Улучшение качества обслуживания клиентов. Эффективное управление, основанное на постоянном контроле, позволяет увеличивать скорость обслуживания клиентов, быстро решать возникающие спорные ситуации.
  5.  Уменьшение расхода топлива на 20-30 %.

Персональный GPS-мониторинг

Сферы применения персонального GPS-мониторинга:

  1.  Наблюдение за выездными сотрудниками компаний: страховые, рекламные агенты, мерчендайзеры, торговые агенты, курьеры и пр.;
  2.  Слежение за ценным багажом, грузом;
  3.  Наблюдение за детьми, пожилыми родственниками;
  4.  Слежение за животными;
  5.  Туризм, активный отдых.

  Состав комплекса персонального мониторинга

  В состав программно-аппаратного комплекса входят персональные трекеры, сервер со специальным программным обеспечением и устройства конечных пользователей — персональные компьютеры, подключённые к сети Интернет и/или сотовые телефоны, способные выполнять загружаемые программы определённого типа и имеющие выход в сеть Интернет. Также в комплекс входят навигационные спутники системы GPS, сеть сотовой связи GSM и всемирная информационная сеть Internet. По причине общедоступности и глобальности этих составляющих комплекс может быть применен везде, где есть:

1) возможность для трекеров принимать сигналы навигационных спутников GPS; 2) покрытие сотовой связью системы GSM; 3) выход в информационную сеть Internet. Пользователь может осуществлять мониторинг лиц (животных, объектов), оснащённых персональными трекерами, практически по всей территории земного шара. Кроме того, пользователь сам может находиться при этом на значительном удалении от своего обычного места расположения — лишь бы и в том, и в другом случаях выполнялись вышеупомянутые три условия.

Принцип действия системы персонального мониторинга

Устройство записывает полученную информацию с регулярными интервалами, а затем может эти данные записывать или передавать их посредством радиосвязи, GPRS- или GSM-соединения, спутникового модема на сервер поддержки или другой компьютер (например, в виде SMS или по сети Интернет). В случае использования сервера поддержки, он обрабатывает полученные данные и регистрирует их в своей базе данных; затем пользователь трекера может зайти на сервер системы в сети Интернет под своим именем и паролем, и система отображает местонахождение и географию перемещения на карте. Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже. Функция GPS-трекинга существует у некоторых моделей сотовых телефонов.

Оборудование для GPS-мониторинга

Исходя из областей использования, различают два вида GPS-оборудования:

  1.  GPS-трекеры для слежения за транспортом (навигационные трекеры). Помимо приборов локальной навигации, указывающих водителю текущее местоположение и (возможно) маршрут движения к заданной точке, на рынке появились приборы контроля и мониторинга транспортных средств, показывающие определенному лицу (диспетчеру) маршрут движения и/или текущее местоположение и информацию о состоянии транспортного средства. Последние приборы могут работать как в режиме реального времени (передавая данные по беспроводному каналу связи), так и в режиме «черного ящика», сохраняя данные о транспортном средстве в течение некоторого времени (с последующей передачей данных по беспроводному или проводному каналу связи). Приборы нового поколения обладают существенно расширенными функциональными возможностями — большим набором подключаемых внешних датчиков, значительным объемом «черного ящика» для хранения результатов измерений и т. д.
  2.  Персональные GPS-трекеры. Данные приборы предназначены для определения местоположения человека (объекта) при помощи навигационных спутников и передачи этих данных на сервер. Кроме того, большинство этих приборов позволяет передавать на сервер сигнал о нажатии функциональной кнопки (кнопка SOS). Некоторые приборы имеют голосовой канал для связи с одним или несколькими абонентами, для прослушивания обстановки и/или для приема входящих вызовов (в большинстве подобных приборов реализована только часть этих функций).

Особенности применения

  Трекер может применяться для определения местонахождения людей, животных, товаров или транспорта, а также других объектов. GPS-трекер фиксирует данные о местоположении и с регулярными интервалами передаёт их посредством радиосвязи, GPRS- или GSM-соединения, спутникового модема на серверный центр мониторинга или просто компьютер со специальным программным обеспечением. Пользователь трекера, либо диспетчер ведущий мониторинг за объектом, может подключиться к серверу системы, используя программу-клиент либо web-интерфейс под своим логином и паролем. Система отображает местонахождение объекта и историю его перемещения на карте. Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже.

Возможности применения трекеров включают:

  1.  Контроль за передвижением транспорта. Например, транспортная компания или такси-сервис могут поставить трекер в автомобили и получать информацию о времени и маршруте, искать угнанный автотранспорт. См. спутниковый мониторинг транспорта 
  2.  Контроль за параметрами эксплуатации транспортных средств. Информация может быть получена с имеющихся на автомобиле, либо дополнительно устанавливаемых датчиков. Так, могут быть получены данные об объёме топлива в баке, расходе топлива двигателем, нагрузке на ось, температуре в авторефрижераторе и т. п.
  3.  Наблюдение за людьми. Могут использоваться для контроля за передвижениями человека чаще всего, для поиска и защиты детей или пожилых людей.
  4.  Наблюдение за работниками. GPS-контроль помогает выявить маршрут выездных работников (торговых представителей, водителей, мерчандайзеров и др).
  5.  Контроль за передвижением животных. Такие трекеры могут быть в виде ошейников или использоваться учёными или хозяевами домашних животных.
  6.  Контроль за ходом спортивных соревнований. Трекер позволяет узнать о маршруте движения участника соревнований (например, в планеризме), джоггинге, при проведении автопробегов)
  7.  Полуавтоматическое снабжение цифровых фотографий геотегами в EXIF/IPTC, для привязки фотографий к глобальным координатам и дальнейшего просмотра на картах.

3.1.3 Контрмеры против GPS-мониторинга

Существует несколько случаев, когда люди пытаются вывести GPS-трекер из строя, дискредитировать систему мониторинга в целом.

  1.  Кража объекта, за которым ведётся мониторинг
  2.  Нарушение дисциплины тем человеком, за которым ведётся мониторинг
  3.  Другие уголовно-наказуемые действия. Хищение топлива, сговор с целью обогащения (в системах контроля качества несения патрульной службы).

В первом случае против GPS-трекера используются средства подавления GSM/GPS сигнала от трекера. Во многих странах использование средств подавления сигнала считается незаконным. При этом большинство GPS-трекеров имеют встроенную память на несколько сот тысяч точек и могут записывать своё местоположение при отсутствии связи с сетью GSM. При этом после восстановления соединения с серверным центром, туда передаётся вся информация, накопленная в чёрном ящике. Некоторые программные комплексы предусматривают срабатывание тревожного уведомления в случае потери связи с прибором, что позволяет принять меры экстренного реагирования сразу же после активации злоумышленником средств подавления GSM сигнала.

Во втором случае лицом, заинтересованным в порче GPS-трекера является водитель служебного автомобиля, который находится под контролем системы спутникового мониторинга. Такому водителю мониторинг не позволяет бесконтрольно использовать служебный транспорт в личных целях, блокирует большинство схем скрытого хищения материальных средств работодателя. Ко второму случаю относится персонал компаний, который работает удалённо и не хочет соблюдать трудовую дисциплину. Простои, несоблюдение маршрутов движения или отсутствие работника в указанном месте в заданное время, приписки и прямое хищение топлива не могут не отражаться на финансовых результатах работы предприятия, эффективности работы государственных организаций.

В третьем случае заинтересованное лицо желает получить материальную выгоду от невыполнения своих служебных обязанностей и при этом уйти от ответственности. Примером может служить охрана границ и периметров объектов. Как правило, в таких случаях субъект пытается отключить электропитание GPS-трекера, отключить дополнительные датчики, при помощи которых система следит за параметрами расхода топлива и далее представить ситуацию как отказ оборудования.

Чаще всего трекеры выводят из строя механически, либо путём воздействия на них высокого напряжения или электромагнитных волн.

Функциональная схема ATmega128:


  1.  Проектирование аппаратно-программного комплекса GPS-трекера на базе микроконтроллера  "ATmega128”

4.1 Техническое задание

Разработать компактную многофункциональную коммуникационную  платформу, обеспечивающую контроль над местоположением и состоянием любых движущихся или стационарных объектов. Устройство должно представлять собой высокочувствительный GPS-приёмник, GSM-модуль и микроконтроллер.

Основные технические показатели прибора представлены в таблице 4.1.

Параметр

Значение

Микроконтроллер

ATMega128

Flash-память

1GB

Диапазон частот

50, 900, 1800, 1900 МГц

Определение точности координат

10 м, 95%

Синхронизация по атомным часам

1 мкс

Обновление данных

0.1 сек.

Горячий старт (время захвата позиции)

1 сек.

Тёплый старт (время захвата позиции)

38 сек.

Холодный старт (время захвата позиции)

42 сек.

Максимальная высота использования

18 0000 м

Максимальная скорость перемещения

515 м/с

Максимальное ускорение объекта

До 4g

Температура эксплуатации

- 30 °C ~ + 80 °C

Температура хранения

- 30 °C ~ + 80 °C

Допустимая влажность

5-95%

Внешнее питание

12-24 В

Тип аккумулятора

Литий-ионный

Ёмкость аккумулятора

1100 мАч

Масса

95 г

Светодиодная индикация

наличие питания, статус GPS, статус GSM

Таблица 4.1

  1.   Проектирование функциональной схемы прибора

    Разрабатываемая система состоит из следующих основных блоков:      1)GPS-приёмника — радиоприёмного устройства для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками;

2) GSM антенны,  применяемой для увеличения уровня сигнала;

3) Контроллера ATMega128 – маломощного 8-разрядного КМОП микроконтроллера, основанного на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия.

4)Flash память – разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти, используется для хранения информации о местоположении, отслеживаемого объекта;

5) Схема питания – представлена литий-ионный аккумулятором, ёмкостью 1100 мАч.

Функциональная схема устройства представлена на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 – функциональная схема прибора

4.3 Проектирование принципиальной схемы прибора

   По разработанной функциональной схеме устройства, спроектирована схема электрическая принципиальная, представленная в приложении А.

4.3.1  Микроконтроллерный блок ATMega128

 ATmega128 – маломощный 8-разр. КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия.

  Ядро AVR сочетает богатый набор инструкций с 32 универсальными рабочими регистрами. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), который позволяет указать два различных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода за счет достижения производительности в 10 раз выше по сравнению с обычными CISC-микроконтроллерами. 

 

Отличительные особенности:

   Высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер

   Развитая RISC-архитектура

       – 133 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл

       – 32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией

       – Полностью статическая работа

       – Производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц

       – Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла

   Энергонезависимая память программ и данных

       – Износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание

       – Опциональный загрузочный сектор с отдельной программируемой защитой

       Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой Гарантированная двухоперационность: возможность чтения во время записи     – Износостойкость 4 кбайт ЭСППЗУ: 100000 циклов запись/стирание

       – Встроенное статическое ОЗУ емкостью 4 кбайт

       – Опциональная возможность адресации внешней памяти размером до 64 кбайт

       – Программируемая защита кода программы

       – Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования

   Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1)

       – Граничное сканирование в соответствии со стандартом JTAG

       – Обширная поддержка функций встроенной отладки

       – Программирование флэш-памяти, ЭСППЗУ, бит конфигурации и защиты через интерфейс JTAG

   Отличительные особенности периферийных устройств

       – Два 8-разр. таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения

       – Два расширенных 16-разр. таймера-счетчика с отдельными предделителями, режимами сравнения и режимами захвата

       – Счетчик реального времени с отдельным генератором

       – Два 8-разр. каналов ШИМ

       – 6 каналов ШИМ с программируемым разрешением от 2 до 16 разрядов

       – Модулятор выходов сравнения

       – 8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования

       8 несимметричных каналов 7 дифференциальных каналов 2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x     – Двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате

       – Два канала программируемых последовательных УСАПП

       – Последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный

       – Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором

       – Встроенный аналоговый компаратор

   Специальные возможности микроконтроллера

       – Сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания

       – Встроенный калиброванный RC-генератор

       – Внешние и внутренние источники прерываний

       – Шесть режимов снижения энергопотребления: холостой ход (Idle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby) и расширенный дежурный (Extended Standby)

       – Программный выбор тактовой частоты

       – Конфигурационный бит для перевода в режим совместимости с ATmega103

       – Общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода

   Ввод-вывод и корпуса

       – 53 –программируемые линии ввода-вывода

       – 64-выв. корпус TQFP

   Рабочие напряжения

       – 2.7 - 5.5В для ATmega128L

       – 4.5 - 5.5В для ATmega128

   Градации по быстродействию

       – 0 - 8 МГц для ATmega128L

       – 0 - 16 МГц для ATmega128

  На рисунке 4.3 изображено расположение выводов на ATMega128

 

Рисунок 4.3 – расположение выводов

  ATmega128 содержит следующие элементы: 128 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кбайт ЭСППЗУ, 4 кбайт статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ,         2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разр. АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний.

    Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать. 

 

   Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

   ATmega128 поддерживается полным набором программных и аппаратных средств для проектирования, в т.ч.: Си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисистемные эмуляторы и оценочные наборы.

Описание выводов

VCC

Напряжение питания цифровых элементов

GND

Общий

Порт A (PA7..PA0)

Порт A – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта A имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта А будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта A находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Порт А также выполняет некоторые специальные функции ATmega128, описываемых далее.

Порт В (PВ7..PВ0)

Порт B – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта В имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии по9рта B будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта B находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Порт В также выполняет некоторые специальные функции ATmega128, описываемых далее.

Порт C (PC7..PC0)

Порт C – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта C имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта C будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта C находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Порт C также выполняет некоторые специальные функции ATmega128, описываемых далее. В режиме совместимости с ATmega103 порт C действует только на вывод, а при выполнении условия сброса линии порта C не переходят в третье состояние.

Порт D (PD7..PD0)

Порт D – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта D имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта D будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта D находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Порт D также выполняет некоторые специальные функции ATmega128, описываемых далее.

Порт E (PE7..PE0)

Порт E – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта E имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта E будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта E находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Порт E также выполняет некоторые специальные функции ATmega128, описываемых далее.

Порт F (PF7..PF0)

Порт F действует как аналоговый ввод аналогово-цифрового преобразователя. Порт F также может использоваться как 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода, если АЦП не используется. К каждой линии порта может быть подключен встроенный подтягивающий к плюсу резистор (выбирается раздельно для каждого бита). Выходные буферы порта F имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта F будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта F находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена. Если активизирован интерфейс JTAG, то подтягивающие резисторы на линиях PF7(TDI), PF5(TMS) и PF4(TCK) будут подключены, даже если выполняется Сброс.
Вывод TDO находится в третьем состоянии, если не введено состояние TAP, при котором сдвигаются выводимые данные.
Порт F также выполняет функции интерфейса JTAG.
В режиме совместимости с ATmega103 порт F действует только на ввод.

Порт G (PG4..PG0)

Порт G – 5-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта G имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта G будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта G находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.
Порт G также выполняет некоторые специальные функции ATmega128.
В режиме совместим9ости с ATmega103 данные выводы используются как стробирующие сигналы интерфейса внешней памяти, а также как вход генератора 32 кГц, а при действии сброса они асинхронно принимают следующие состояния: PG0 = 1, PG1 = 1 и PG2 = 0, даже если синхронизация не запущена. PG3 и PG4 – выводы генератора.

RESET

вход сброса. Если на этот вход приложить низкий уровень длительностью более минимально необходимой будет генерирован сброс независимо от работы синхронизации. Минимальная длительность внешнего импульса сброса приведена в таблице 19.
Действие импульса меньшей продолжительности не гарантирует генерацию сброса.

XTAL1

вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешней синхронизации.

XTAL2

выход инвертирующего усилителя генератора.

AVCC

вход питания порта F и аналогово-цифрового преобразователя. Он должен быть внешне связан с VCC, даже если АЦП не используется. При использовании АЦП этот вывод связан с VCC через фильтр низких частот.

AREF

вход подключения источника опорного напряжения АЦП.

PEN

вход разрешения программирования для режима последовательного программирования через интерфейс SPI. Если во время действия сброса при подаче питания на этот вход подать низкий уровень, то микроконтроллер переходит в режим последовательного программирования через SPI. В рабочем режиме PEN не выполняет никаких функций.

4.4 Функционал, ATMega128, блоки, графики

 

 

Приложение А – принципиальная схема устройства.




Приложение Б – текстовый код программы

Source code (IAR Embedded Workbench):

ADC.h 

#ifndef _adc_h_

#define _adc_h_

#define ADC_VREF_TYPE 0x00 // VREF input

void InitADC (void); // ADC init

unsigned int ReadADC(unsigned char ADCInput); // ADC read

#endif


eeprom.h

// Working with EEPROM

#ifndef _eeprom_h_

#define _eeprom_h_

__eeprom __no_init unsigned int eeWaitState @ 0x01;

void EEPROMInit (void);

#endif


GPSmod.h

// Working with GPS

#ifndef _gpsmod_h_

#define _gpsmod_h_

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

#include <string.h>

#include "uart.h"

extern char ReceiveString0[RXBUFLENGTH_1];

void LIQ_On (void); // GPS On

void LIQ_Off (void); // GPS Off

char GPGGA_Extractor (void);

char GPGGA_NMEA_Parser (void);

#endif


GSMmod.h

// Working with GSM module

#ifndef _gsmmod_h_

#define _gsmmod_h_

#include <inavr.h>

#include <iom128.h>

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

#include <string.h>

#include "sys.h"

#include "portdefs.h"

#include "uart.h"

#define FIX_PASS_LENGTH 5 // Password length

#define MAX_NUM_LENGTH 15 // Maximum number length

extern char ReceiveString1[RXBUFLENGTH_1];

#define CtrlZ 0x1A // Ctrl-Z

void GR_On (void); // GSM On

void GR_Off (void); // GSM Off

char ReadAbRecord (void);

void SendMessage (char* MessageStr);

void GRInit(void); // Try to GSM On

void SMS_Rec_SM(void); // Receive SMS from SM memory

void SMS_Rec_ME(void); // Receive SMS from ME memory

#endif


main.h

#ifndef _main_h_

#define _main_h_

#include <iom128.h>

#include <inavr.h>

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

#include <string.h>

#include "sys.h" // System

#include "portdefs.h" // Port definitions

#include "timer.h" // Timers

#include "uart.h" // UART

#include "GPSmod.h" // GPS

#include "GSMmod.h" // GSM

#include "eeprom.h" // EEPROM

#include "adc.h" // ADC

#endif


portdefs.h

// Port definition

#include <iom128.h>

#ifndef _portdefs_h_

#define _portdefs_h_

// Port A

#define GPSON 3 // GPS power on

// Port B

#define PRI 4 // RI

#define PDCD 5 // DCD

#define PCTS 6 // CTS

// Port D

#define TRXPORT PORTD // UART2

#define TXD1 3 // UART1 Transmitter

#define TXD2 7 // UART2 Transmitter (Software UART)

// Port E

#define TXD0 1 // UART0 Transmitter

#define GSMON 2 // GSM power on

#define PRTS 3 // RTS

#define PDTR 4 // DTR

#define PON_OFF 5 // on/off GSM module

// Port F

#define VB 1 // V batt

void PortInit(void);

#endif


sys.h

#ifndef _sys_h_

#define _sys_h_

#define bit(n) (1 << (n))

#define setbit(p,n) (p|=bit(n))

#define clrbit(p,n) (p&=~bit(n))

#define invbit(p,n) (p=p^bit(n))

#define tstbit(p,n) (p&bit(n))

#define MasterClock 4000000 // F clk

#define delay_us(c) __delay_cycles(MasterClock/1000000*c) // wait 1 microsecond

#define delay_ms(c) __delay_cycles(MasterClock/1000*c) // wait 1 millisecond

unsigned int StrToULong (char* InputStr); // Convert string to unsigned long.

#endif


timer.h

#ifndef _timer_h_

#define _timer_h_

#include <iom128.h>

void TimerInit(void);

#pragma vector = TIMER0_OVF_vect // Timer 0 interrupt

__interrupt void TIMER0_OVF_Interrupt (void);

#endif


uart.h

// Working with UART

#ifndef _uart_h_

#define _uart_h_

#include <inavr.h>

#include <iom128.h>

#include <stdio.h>

#include "portdefs.h"

#include "sys.h"

#define TXDELAY 3

#define BR4800UC 208 // us/bit @ 4800 boud

#define GSM_UART UART_1 // UART for GSM

#define GPS_UART UART_0 // UART for GPS

#define DEBUG_UART UART_2 // debug UART (software)

// UART0

#define FRAMING_ERROR_0 (1<<FE0)

#define PARITY_ERROR_0 (1<<UPE0)

#define DATA_OVERRUN_0 (1<<DOR0)

#define DATA_REGISTER_EMPTY_0 (1<<UDRE0)

#define RXBUFLENGTH_0 256

// UART1

#define FRAMING_ERROR_1 (1<<FE1)

#define PARITY_ERROR_1 (1<<UPE1)

#define DATA_OVERRUN_1 (1<<DOR1)

#define DATA_REGISTER_EMPTY_1 (1<<UDRE1)

#define RXBUFLENGTH_1 256

typedef enum {UART_0, UART_1, UART_2} t_uarts;

static t_uarts g_currentUsart;

static t_uarts g_skipUsart;

void UARTinit(void);

void SetActiveUart (t_uarts u);

int putchar( int data ); // for printf()

void OutText (char const *text); // out text

void OutDat (unsigned int val, unsigned char len, unsigned char Const); // out digits

signed char ReadData0(void);

void ClearRxBuffer0(void);

void StringBuilder0(void);

#pragma vector = USART0_RXC_vect

__interrupt void USART0_RXC_Interrupt(void);

signed char ReadData1(void);

void ClearRxBuffer1(void);

void StringBuilder1(void);

#pragma vector = USART1_RXC_vect

__interrupt void USART1_RXC_Interrupt(void);

#endif


ADC.c

#include <iom128.h>

#include "adc.h"

void InitADC (void)

{

ADMUX = ADC_VREF_TYPE;

ADCSRA = 0x87;

SFIOR &= 0xEF;

}//InitADC

unsigned int ReadADC(unsigned char ADCInput)// Read ADC (number of channel)

{

ADMUX = ADCInput | ADC_VREF_TYPE;

ADCSRA |= 0x40;

while ((ADCSRA & 0x10) == 0);

ADCSRA |= 0x10;

return (unsigned int)(ADCL | (ADCH<<8));

}//ReadADC


eeprom.c

#include "eeprom.h"

void EEPROMInit (void)

{

if (eeWaitState == 0xFFFF) // This is first program load

eeWaitState = 5;

}


GPSmod.c

// Working with GPS

#include "GPSmod.h"

struct GPGGA_Struct

{

char cUTCTime [sizeof("hhmmss.ss")] ;

char cLatitude [sizeof("ddmm.mmmm")];

char NS;

char cLongitude[sizeof("dddmm.mmmm")];

char EW;

};

struct GPGGA_Struct GPSFixData;

void LIQ_On (void) // GPS on

{

setbit(PORTA, GPSON);

}

void LIQ_Off (void) // GPS off

{

clrbit(PORTA, GPSON);

}

char GPGGA_Extractor (void)

{

char Ret = 0;

unsigned int i = 0; // Counter

unsigned int StartPos = 0;

unsigned int BucksPos = 0; // '$' counter

 

while (!((ReceiveString0[StartPos] == '$')

&&(ReceiveString0[StartPos+3] == 'G')

&&(ReceiveString0[StartPos+4] == 'G')

&&(ReceiveString0[StartPos+5] == 'A'))

&& StartPos < strlen(ReceiveString0) - sizeof("$GPGGA,,,,,,,,,,,,,*XX"))

StartPos++;

for (i = 0; ((i <= strlen(ReceiveString0) - StartPos) && (BucksPos < 2)); i++)

{

ReceiveString0[i] = ReceiveString0[i + StartPos];

if (ReceiveString0[i + StartPos] == '$')

{

BucksPos++;

if (BucksPos == 2)

{

ReceiveString0[i+1] = '\0';

Ret = 1;

}

}

}

 

return Ret;

}

char GPGGA_NMEA_Parser (void)

{

char Ret = 0;

unsigned int i = 0; // Counter

unsigned int CommaPos = 0; // ',' counter

unsigned int templen = 0; //

 

GPSFixData.cUTCTime[0] = '\0';

GPSFixData.cLatitude[0] = '\0';

GPSFixData.NS = '\0';

GPSFixData.cLongitude[0] = '\0';

GPSFixData.EW = '\0';

for (i = sizeof("$GPGG"); i <= strlen(ReceiveString0); i++)

{

if (ReceiveString0[i] == ',')

CommaPos++;

else

switch (CommaPos)

{

case 1: templen = strlen(GPSFixData.cUTCTime);

GPSFixData.cUTCTime[templen] = ReceiveString0[i];

GPSFixData.cUTCTime[templen + 1] = '\0'; // Close string

break;

case 2: templen = strlen(GPSFixData.cLatitude);

GPSFixData.cLatitude[templen] = ReceiveString0[i];

GPSFixData.cLatitude[templen + 1] = '\0'; // Close string

break;

case 3: GPSFixData.NS = ReceiveString0[i];

break;

case 4: templen = strlen(GPSFixData.cLongitude);

GPSFixData.cLongitude[templen] = ReceiveString0[i];

GPSFixData.cLongitude[templen + 1] = '\0'; // Close string

break;

case 5: GPSFixData.EW = ReceiveString0[i];

Ret = 1;

break;

}

}

return Ret;

}


GSMmod.c

// Working with GSM

#include "GSMmod.h"

unsigned int gsmtemp = 0;

unsigned int gsmtemp1 = 0;

unsigned char AbRecReadComplete = 0;

unsigned char GSMStatus = 0; // GSM mmodule state: 0 - off ; 1 - on

char NewPeriod[sizeof("4294967295")+1];

unsigned char MessageDecoding = 0;

char AbPass [FIX_PASS_LENGTH+1]; // User password

char AbNumber [MAX_NUM_LENGTH+1]; // User number

char SendingPOWOFF = 0;

void GR_On(void) // GSM on

{

setbit(PORTE, GSMON); // Enable power

 

clrbit(PORTE, PON_OFF); // ON signal

delay_ms(4000);

setbit(PORTE, PON_OFF);

delay_ms(8000);

}//GR_On

void GR_Off(void) // GSM off

{

clrbit(PORTE, GSMON); // Disable power

 

delay_ms(8000);

}//GR_Off

void GRInit(void)

{

if (GSMStatus == 0)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT\n\r");

delay_ms(1000);

StringBuilder1();

if (strstr(ReceiveString1, "OK") != NULL)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("ATE=1\n\r"); // disable echo

delay_ms(500);

printf("AT*E2RS232=2\n\r"); // disable hardware control

delay_ms(500);

printf("AT+CLIP=1\n\r");

delay_ms(500);

printf("AT+CMEE=1\n\r");

delay_ms(500);

printf("AT+CSDH=1\n\r");

delay_ms(500);

printf("AT+CMGF=1\n\r");

delay_ms(500);

printf("AT*E2SSN\n\r");

delay_ms(2000);

 

StringBuilder1();

if (strstr(ReceiveString1, "ERROR") == NULL)

GSMStatus = 1;

}//OK

}//GSMStatus

}//GRInit

char ReadAbRecord(void) // User record read

{

char CharCount = 0;

char InNumCount = 0;

char InRecCount = 0;

char QuotesCount = 0;

char Ret = 0;

if (GSMStatus == 0) Ret = 0;

else

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CPBR=1\n\r");

delay_ms(2000);

StringBuilder1();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

 

if (strstr(ReceiveString1, "OK") != NULL)

{

InRecCount = 0;

AbPass [0] = '\0';

for (CharCount = 0; CharCount < strlen(ReceiveString1); CharCount++)

{

if (QuotesCount == 1)

{

if (ReceiveString1[CharCount] != '"')

{

AbNumber[InNumCount] = ReceiveString1[CharCount];

AbNumber[InNumCount+1] = 0;

}

InNumCount++;

}//QuotesCount==1

 

if (QuotesCount == 3)

{

if (ReceiveString1[CharCount] != '"')

{

AbPass[InRecCount] = ReceiveString1[CharCount];

AbPass[InRecCount+1] = '\0';

if (InRecCount == FIX_PASS_LENGTH - 1) Ret = 1;

}

 

InRecCount++;

}//QuotesCount==3

if (ReceiveString1[CharCount] == '"')

QuotesCount++;

}//for CharCount

}//OK

}//else (GSMStatus == 0)

 

return Ret;

}//ReadAbRecord

void SendMessage (char* MessageStr)

{

char ExtUserTemp = 0;

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">AbNumber = %s\n\r", AbNumber);

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CMGS=\"%s\"\n\r", AbNumber);

delay_ms(2000);

printf("%s%c", MessageStr, CtrlZ);

delay_ms(2000);

StringBuilder1();

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

ExtUserTemp = 0;

 

while ((strstr(ReceiveString1, "OK") == NULL) && (strstr(ReceiveString1, "ERROR") == NULL) && (ExtUserTemp < 20))

{

ExtUserTemp++;

StringBuilder1();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

 delay_ms(1000);

}//Ожидание ответа от GR-47

}//SendMessage

void SMS_Rec_SM(void) // Receiving SMS from SM

{

char CharCount = 0;

char StarCount = 0;

char InNumCount = 0;

char Erase = 0;

MessageDecoding = 0;

if (AbRecReadComplete)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CPMS=\"SM\",\"SM\",\"SM\"\n\r");

delay_ms(1000);

StringBuilder1();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

 

if (strstr(ReceiveString1, "+CPMS: 0") == NULL)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CMGL=\"REC UNREAD\"\n\r");

delay_ms(5000);

StringBuilder1();

 

gsmtemp1 = 0;

while ((strstr(ReceiveString1, "OK") == NULL) && (strstr(ReceiveString1, "ERROR") == NULL) && (gsmtemp1 < 10))

{

gsmtemp1++;

StringBuilder1();

delay_ms(1000);

}//while

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

if (strstr(ReceiveString1, strcat(AbPass, "*")) != NULL)

{

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("Пароль верен\n\r");

 

for (CharCount = 0; CharCount < strlen(ReceiveString1); CharCount++)

{

if (StarCount == 1)

{

if (ReceiveString1[CharCount] != '*')

{

MessageDecoding = 1;

NewPeriod[InNumCount] = ReceiveString1[CharCount];

NewPeriod[InNumCount+1] = 0;

}

InNumCount++;

}//StarCount==1

 

if (ReceiveString1[CharCount] == '*')

StarCount++;

}//for CharCount

}

SetActiveUart(GSM_UART);

 

for (Erase = 0; Erase <= 30; Erase++)

{

printf("AT+CMGD = %d\n\r", Erase);

delay_ms(1000);

}

StringBuilder1();

delay_ms(7000);

StringBuilder1();

}

}//AbRecReadComplete

}//SMS_Rec_SM

void SMS_Rec_ME(void) // Receiving SMS from ME

{

char CharCount = 0;

char StarCount = 0;

char InNumCount = 0;

char Erase = 0;

MessageDecoding = 0;

if (AbRecReadComplete)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CPMS=\"ME\",\"ME\",\"ME\"\n\r");

delay_ms(1000);

StringBuilder1();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

 

if (strstr(ReceiveString1, "+CPMS: 0") == NULL)

{

SetActiveUart(GSM_UART);

printf("AT+CMGL=\"REC UNREAD\"\n\r");

delay_ms(5000);

StringBuilder1();

 

gsmtemp1 = 0;

while ((strstr(ReceiveString1, "OK") == NULL) && (strstr(ReceiveString1, "ERROR") == NULL) && (gsmtemp1 < 10))

{

gsmtemp1++;

StringBuilder1();

delay_ms(1000);

}//while

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">ReceiveString1 = %s\n\r", ReceiveString1);

if (strstr(ReceiveString1, strcat(AbPass, "*")) != NULL)

{

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("Пароль верен\n\r");

 

for (CharCount = 0; CharCount < strlen(ReceiveString1); CharCount++)

{

if (StarCount == 1)

{

if (ReceiveString1[CharCount] != '*')

{

MessageDecoding = 1;

NewPeriod[InNumCount] = ReceiveString1[CharCount];

NewPeriod[InNumCount+1] = 0;

}

InNumCount++;

}//StarCount==1

 

if (ReceiveString1[CharCount] == '*')

StarCount++;

}//for CharCount

}

SetActiveUart(GSM_UART);

 

for (Erase = 0; Erase <= 50; Erase++)

{

printf("AT+CMGD = %d\n\r", Erase);

delay_ms(1000);

}

StringBuilder1();

delay_ms(7000);

StringBuilder1();

}

}//AbRecReadComplete

}//SMS_Rec_ME


main.c

#include "main.h"

char temp = 0;

char tempStr[2];

struct GPGGA_Struct

{

char cUTCTime [sizeof("hhmmss.ss")];

char cLatitude [sizeof("ddmm.mmmm")];

char NS;

char cLongitude[sizeof("dddmm.mmmm")];

char EW;

};

extern struct GPGGA_Struct GPSFixData;

extern unsigned char AbRecReadComplete;

extern unsigned char GSMStatus;

extern char NewPeriod[sizeof("4294967295")+1];

extern unsigned char MessageDecoding;

extern char AbPass [FIX_PASS_LENGTH+1];

extern char AbNumber [MAX_NUM_LENGTH+1];

unsigned int SleepSecondsCount = 0;

char ExtractSucc = 0;

char ParserSucc = 0;

#define STR_TO_SEND_LENGTH 250

char StringToSend[STR_TO_SEND_LENGTH];

unsigned int CurrentADCRead = 0;

float Vbat = 0;

char StrVbat[7] = "";

#define BatChannel 1 // ADC channel for acc

void main (void)

{

PortInit();

UARTinit();

EEPROMInit();

TimerInit();

InitADC();

 

asm ("sei");

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("\n\r>2G DEBUG START\n\r");

AbRecReadComplete = 0;

 

while (1)

{

GSMStatus = 0;

ExtractSucc = 0;

ParserSucc = 0;

StringToSend[0] = '\0';

 

LIQ_On();

 

while (GSMStatus == 0)

{

GR_On();

GRInit();

}

#define READATT 30

temp = 0;

while ((temp <= READATT) && (AbRecReadComplete == 0))

{

AbRecReadComplete = ReadAbRecord();

temp++;

}

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">90 sec wait");

 

#define TIME_TO_COLD_START 90

for (SleepSecondsCount = 0; SleepSecondsCount <= TIME_TO_COLD_START; SleepSecondsCount++)

{

delay_ms(1000);

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (".");

}

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("\n\r>90 sec wait finished.\n\r");

SMS_Rec_SM();

if (MessageDecoding == 0)

SMS_Rec_ME();

AbRecReadComplete = ReadAbRecord();

if (MessageDecoding == 1)

{

eeWaitState = StrToULong(NewPeriod);

strcat (StringToSend, "New Period = ");

strcat (StringToSend, NewPeriod);

strcat (StringToSend, " minute(s). ");

}

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">eeWaitState = %d\n\r", eeWaitState);

 

#define READGPS 30

temp = 0;

while ((temp <= READGPS) && ((ExtractSucc == 0) || (ParserSucc == 0)))

{

delay_ms(1000);

 

StringBuilder0();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">ReceiveString0 = %s\n\r", ReceiveString0);

ExtractSucc = GPGGA_Extractor();

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">ExtractSucc = %d\n\r", ExtractSucc);

if (ExtractSucc == 1)

{

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">Extract = %s\n\r", ReceiveString0);

ParserSucc = GPGGA_NMEA_Parser();

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">ParserSucc = %d\n\r", ParserSucc);

 

if (ParserSucc == 1)

{

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">cUTCTime = %s\n\r",GPSFixData.cUTCTime);

printf(">cLatitude = %s\n\r",GPSFixData.cLatitude);

printf(">NS = %c\n\r",GPSFixData.NS);

printf(">cLongitude = %s\n\r",GPSFixData.cLongitude);

printf(">EW = %c\n\r",GPSFixData.EW);

}

}

 

temp++;

}

if (ExtractSucc == 0)

strcat(StringToSend, "Error: GPS module broken. ");

else

if (ParserSucc == 0)

strcat(StringToSend, "Error: GPS satellites unavailable. ");

else

{

strcat(StringToSend, "GPS Data: time ");

strcat(StringToSend, GPSFixData.cUTCTime);

strcat(StringToSend, ", latitude ");

tempStr[0] = GPSFixData.NS;

tempStr[1] = '\0';

strcat(StringToSend, tempStr);

strcat(StringToSend, GPSFixData.cLatitude);

strcat(StringToSend, ", longitude ");

tempStr[0] = GPSFixData.EW;

tempStr[1] = '\0';

strcat(StringToSend, tempStr);

strcat(StringToSend, GPSFixData.cLongitude);

strcat(StringToSend, ".");

}

 

CurrentADCRead = ReadADC(BatChannel);

#define VCoeff 64.0

Vbat = CurrentADCRead / VCoeff;

sprintf(StrVbat, "%.3f", Vbat);

strcat(StringToSend, " Info: Vbat = ");

strcat(StringToSend, StrVbat);

strcat(StringToSend, " V.");

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">Vbat = %.3f V\n\r", Vbat);

SendMessage (StringToSend);

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf(">SendMessage %s\n\r", StringToSend);

LIQ_On();

GR_Off();

 

for (SleepSecondsCount = 0; SleepSecondsCount <= eeWaitState*60; SleepSecondsCount++)

 {

delay_ms(1000); // !!! Заглушка на случай отсутствия кварцевого резонатора на ATC ATmega128

// MCUCR = (1<<SM0) | (1<<SM1); // Power-save

// setbit (MCUCR, SE);

// asm ("sleep");

}

 

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf (">eeWaitState minutes finished.\n\r");

}//while (1)

}//main


portdefs.c

#include "portdefs.h"

void PortInit(void)

{

// Port A

DDRA = (1<<GPSON);

PORTA = 0;

// Port D

DDRD = (1<<TXD1) | (1<<TXD2);

PORTD = 0;

// Port E

DDRE = (1<<PDTR) | (1<<PON_OFF) | (1<<TXD0) | (1<<GSMON) | (1<<PRTS);

PORTE = 0;

}


sys.c

#include "sys.h"

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

#include <string.h>

unsigned int StrToULong (char* InputStr)

{

unsigned int ReturnValue = 0;

unsigned char StrCount = 0;

for (; StrCount <= strlen(InputStr); StrCount++)

if (isdigit(InputStr[StrCount]))

ReturnValue = 10*ReturnValue + (InputStr[StrCount] - 48);

return ReturnValue;

}//StrToULong


timer.c

#include "timer.h"

#include "uart.h"

volatile unsigned long tmTicks;

volatile unsigned long tmSeconds; // Second counter

volatile unsigned long tmMinutes; // Minute counter

extern char SleepModeOn; // 0 - hybernate, 1 - work

extern volatile unsigned int TimeToSleep_Minutes; // hybernate time

void TimerInit(void)

{

tmTicks = 0;

tmSeconds = 0; // Second counter

tmMinutes = 0; // Minute counter

TCCR0 = (1<<CS00) | (1<<CS02); // divider = 128

TIMSK = 1<<TOIE0;

ASSR = 1<<AS0; // 32768 Hz quartz

}

#pragma vector = TIMER0_OVF_vect

__interrupt void TIMER0_OVF_Interrupt (void)

{

#define TM_SECOND 128 // 1 second

#define TM_MINUTE 60 // 1 minute

clrbit (MCUCR, SE); // hybernate off

tmSeconds++;

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("+");

 

if (tmSeconds % TM_MINUTE == 0)

{

tmMinutes++;

SetActiveUart(DEBUG_UART);

printf ("\n\r###\n\r");

}

}


uart.c

#include "uart.h"

// UART0

volatile char RxBuffer0[RXBUFLENGTH_0];

volatile char RxBufWritePoint0;

char RxBufReadPoint0;

char ReceiveString0[RXBUFLENGTH_0];

// UART1

volatile char RxBuffer1[RXBUFLENGTH_1];

volatile char RxBufWritePoint1;

char RxBufReadPoint1;

char ReceiveString1[RXBUFLENGTH_1];

// UART2 (программный)

int SwUartTXData;

char SwUartTXBitCount;

void UARTinit(void)

{

// Init USART0: 4800 (for NMEA), 8 Data, 1 Stop, No Parity; RX interrupt ON

UCSR0A = 0x00;

UCSR0B = 0x98;

UCSR0C = 0x06;

UBRR0H = 0x00;

UBRR0L = 0x33;

 

// Init USART1: 9600, 8 Data, 1 Stop, No Parity; U2X = 1; RX interrupt ON

UCSR1A = 0x00;

UCSR1B = 0x98;

UCSR1C = 0x06;

UBRR1H = 0x00;

UBRR1L = 0x19;

 

RxBufWritePoint0 = 0;

RxBufReadPoint0 = 0;

ReceiveString0[0] = 0;

ClearRxBuffer0();

RxBufWritePoint1 = 0;

RxBufReadPoint1 = 0;

ReceiveString1[0] = 0;

ClearRxBuffer1();

}

void SetActiveUart (t_uarts u)

{

g_currentUsart = u;

}//SetActiveUart

int putchar( int data )

{

if (g_currentUsart == UART_0)

{

while ( !( UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY_0));

UDR0 = data;

}//UART0

if (g_currentUsart == UART_1)

{

while ( !( UCSR1A & DATA_REGISTER_EMPTY_1));

UDR1 = data;

}//UART_1

if (g_currentUsart == UART_2)

{

SwUartTXData = data;

SwUartTXBitCount = 0;

 

clrbit(TRXPORT, TXD2); // start bit

delay_us(BR4800UC);

 

while(SwUartTXBitCount < 8)

{

if( SwUartTXData & 0x01 )

setbit(TRXPORT, TXD2);

else

clrbit(TRXPORT, TXD2);

delay_us(BR4800UC);

SwUartTXData = SwUartTXData >> 1;

SwUartTXBitCount++;

}

 

setbit(TRXPORT, TXD2); // stop bit

}//UART_2

delay_ms(TXDELAY);

return data;

}//putchar

void OutText (char const *text)

{

while (*text)

if (*text == '\n')

{

putchar('\n');

putchar('\r');

text++;

}

else putchar ( *text++ );

}

void OutDat (unsigned int val, unsigned char len, unsigned char Const)

{

unsigned char Str[16];

unsigned char k = 0;

 

for(k = 0; k < len; k++)

{

*(Str + (len-k-1)) = (val%Const) + '0';

 

if(*(Str+(len-k-1))>'9')

*(Str+(len-k-1)) += 'A'-'0'-10;

val /= Const;

}

 

Str[len] = 0;

k = 0;

while(Str[k] != 0)

putchar(Str[k++]);

}

void ClearRxBuffer0(void)

{

unsigned int ClearPoint = 0;

for (; ClearPoint++ < RXBUFLENGTH_0; RxBuffer0[ClearPoint] = 0);

RxBufReadPoint0 = 0;

RxBufWritePoint0 = 0;

}//ClearRxBuffer0

void ClearRxBuffer1(void)

{

unsigned int ClearPoint = 0;

for (; ClearPoint++ < RXBUFLENGTH_1; RxBuffer1[ClearPoint] = 0);

RxBufReadPoint1 = 0;

RxBufWritePoint1 = 0;

}//ClearRxBuffer0

void StringBuilder0(void)

{

signed char IncomChar = 0;

int StringPoint = 0;

ReceiveString0[0] = 0;

while ((IncomChar = ReadData0()) != -1)

{

if (IncomChar > 20)

{

ReceiveString0[StringPoint] = IncomChar;

ReceiveString0[StringPoint+1] = 0;

StringPoint++;

}

}

}//StringBuilder0

void StringBuilder1(void)

{

signed char IncomChar = 0;

int StringPoint = 0;

ReceiveString1[0] = 0;

 

while ((IncomChar = ReadData1()) != -1)

{

if (IncomChar > 20)

{

ReceiveString1[StringPoint] = IncomChar;

ReceiveString1[StringPoint+1] = 0;

StringPoint++;

}

}

}//StringBuilder1

signed char ReadData0(void)

{

char data;

if (RxBufWritePoint0 == RxBufReadPoint0) return -1;

data = RxBuffer0[RxBufReadPoint0];

if(RxBufReadPoint0 == RXBUFLENGTH_0-1) RxBufReadPoint0 = 0;

else RxBufReadPoint0++;

 

return data;

}//ReadData0

signed char ReadData1(void)

{

char data;

if (RxBufWritePoint1 == RxBufReadPoint1) return -1;

data = RxBuffer1[RxBufReadPoint1];

if(RxBufReadPoint1 == RXBUFLENGTH_1-1) RxBufReadPoint1 = 0;

else RxBufReadPoint1++;

 

return data;

}//ReadData1

#pragma vector = USART0_RXC_vect

__interrupt void USART0_RXC_Interrupt(void)

{

RxBuffer0[RxBufWritePoint0] = UDR0;

if (RxBufWritePoint0 == RXBUFLENGTH_0-1)

RxBufWritePoint0 = 0;

else RxBufWritePoint0++;

}//USART0_RXC_Interrupt

#pragma vector = USART1_RXC_vect

__interrupt void USART1_RXC_Interrupt(void)

{

RxBuffer1[RxBufWritePoint1] = UDR1;

if (RxBufWritePoint1 == RXBUFLENGTH_1-1)

RxBufWritePoint1 = 0;

else RxBufWritePoint1++;

}//USART1_RXC_Interrupt

Приложение Г Функциональная схема ATmega128


 



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50499. Создание типизованных файлов с использование элементов управления Edit, Button, GroupBox, RadioButton, CheckBox, ListBox 72 KB
  Цель работы Приобретение навыков работы с типизованными файлами использование в работе элементов управления Edit Button GroupBox RdioButton CheckBox ListBox и других для создания форм. Методические указания по самостоятельной работе студентов Типизованный файл – это последовательность данных одинакового типа которая предназначена для долгосрочного хранения на внешних носителях. В C создание типизованных файлов осуществляется путём записи в файл блоков информации одинаковой длины.
50500. Моделирование работы программ в виртуальной памяти и исследование эффективности их выполнения 86.5 KB
  Имитационная модель страничных прерываний Программа моделирует процесс обработки страничных прерываний и выполнение алгоритмов замещения страниц при их отсутствии в физической памяти. Модель реализована в классе VM который сохраняет последовательность обращений к памяти исследуемого алгоритма трассировка и моделирует по ней страничные прерывания и алгоритмы замещения собирая при этом статистику. Для моделирования обращения к памяти используется метод VM::ccessint ddr int write который получает адрес обращения обычно это индекс в...
50501. Дослідження текстового та графічного режимів роботи EPSON-сумісних матричних принтерів 67.5 KB
  Висновок: у даній лабораторній роботі було розглянуто різні шрифти, які використовуються при друку, а також різні режими друку. Було створено програму, яка генерує коди, які розуміє принтер. На симуляторі принтера підтвердилася робочість програми і було роздруковано текст, зображення, а також візитку, яка містила 2 попередні пункти одночасно.
50502. Исследование функций и построение графиков в полярной системе координат 471 KB
  Обычно функции исследуются в декартовой системе координат, а графики функций, заданных в полярной системе координат, строят по точкам, не приводя полного исследования, подобное тому которое проводится в декартовой системе координат. Но построение графика по точкам не является математически строгим, так как например оно не позволяет определить интервалы возрастания и убывания функции, ее выпуклость и вогнутость или найти асимптоты.
50505. Створення фреймових web-сторінок 299 KB
  Тема: Створення фреймових webсторінок Мата: Навчитися за допомогою Microsoft Office ShrePoint Designer 2007 створювати фреймові webсторінки розібратися із параметрами webвузла. У даному вузлі створила фреймову webсторінку. Скопіювала цю папку в створений webвузол. За допомогою параметрів webвузла та переходів у створеній фреймовій сторінці у лівому фреймі розмістила webкомпоненти таким чином щоб у правому фреймі відкривався кожен із підручників.
50506. ПРИБОРЫ АНАЛОГОВЫЕ А542М 1.81 MB
  Перечень вложенных схем Приложение Г Схема электрическая принципиальная смонтированной платы прибора Приложение Е Схемы электрические соединений прибора: рисунок Схема электрическая соединений одноканального прибора; рисунок Схема электрическая соединений двухканального прибора Приложение Л – Расположение элементов на плате канала измерения В связи с постоянной работой по совершенствованию изделий повышающей их надежность и улучшающей условия эксплуатации в конструкцию могут быть внесены незначительные изменения не...