GPS антенна своими руками за 5 минут

GPS антенна своими руками за 5 минут

Для приема GPS сигналов, можно изготовить несложную антенну, которая по своим возможностям будет соответствовать маленькой патч-антенне.

Предлагаемая антенна — диполь, пассивная, поэтому небольшой выигрыш в токе потребления GPS модуля достигается.

Принимаем центральную частоту GPS сигнала равной 1575.42 МГц, находим длину одного плеча антенны L/4 = 47.7 мм. Цифра справедлива для провода без изоляции. Провод в изоляции должен быть чуть короче. Длина плеч диполя и монополя отсчитывается от грани оплетки кабеля.

Если половинка диполя одна, то это уже монополь. Я подготовил диполь и монополь.

GPS антенна своими руками за 5 минут

Антенны крепятся на короткий коаксиал с концом типа IPX.В качестве эталонной антенны используем активную маленькую патч-антенну. GPS-модуль NEO6.

Сравниваем сигналы спутников показанные в u-center 19.11.01.

Антенны, располагаем близко к окну. Ориентация — по усредненному максимуму сигналов.

Уровни сигналов

Керамика:

Диполь:

Монополь:

Вывод:

1. Активная патч-антенна сопоставима с диполем.
2. Диполь дает прирост усиления относительно монополя ~ 5 дБ (до 4 раз по
3. мощности).

Основной вывод: диполь может заменить маленькую патч-антенну. Экономия тока около 6 мА, при 3.3В питании. (20 мВт!). Масса малой патч-антенны около 3 грамм, масса диполя с проводом IPX всего 0.65 грамм!

источник

 

 

 

 

GPS антенна своими руками за 5 минут / Хабр

Для приема GPS сигналов, можно изготовить несложную антенну, которая по своим возможностям будет соответствовать маленькой патч-антенне.

Предлагаемая антенна — диполь, пассивная, поэтому небольшой выигрыш в токе потребления GPS модуля достигается.

Принимаем центральную частоту GPS сигнала равной 1575.42 МГц, находим длину одного плеча антенны L/4 = 47.7 мм. Цифра справедлива для провода без изоляции. Провод в изоляции должен быть чуть короче. Длина плеч диполя и монополя отсчитывается от грани оплетки кабеля.

Если половинка диполя одна, то это уже монополь. Я подготовил диполь и монополь.

Антенны крепятся на короткий коаксиал с разъемом типа IPX.В качестве эталонной антенны используем активную маленькую патч-антенну. GPS-модуль NEO6.

Сравниваем сигналы спутников показанные в u-center 19.11.01.

Антенны, располагаем близко к окну. Ориентация — по усредненному максимуму сигналов.

Уровни сигналов

Керамика:

Диполь:

Монополь:

Вывод:

1. Активная патч-антенна сопоставима с диполем.
2. Диполь дает прирост усиления относительно монополя ~ 5 дБ (до 4 раз по мощности).

Основной вывод: диполь может заменить маленькую патч-антенну. Экономия тока около 6 мА, при 3.3В питании. (20 мВт!). Масса малой патч-антенны около 3 грамм, масса диполя с проводом IPX всего 0.65 грамм!

Антенна GPS: характеристики и назначение

Наружная GPS антенна дает возможность gps приемнику через принятый сигнал определить географическое положение в конкретный момент времени. На территории РФ широко применяется система навигации ГЛОНАСС, точность местоположения человека с приемником GPS достигает 3 метров, у моделей старого коммерческого выпуска точность положения – около 150 метров в условиях плохого сигнала от спутника, на открытой местности – около 3 метров. Существуют дополнительные системы поправок (SBAS), применяя которые точность определяется одним или двумя метрами.

Описание работы антенны

Антенна gps является составляющим устройством в системе беспроводной структуры определения географического положения объекта. Правильный выбор элемента приема сигнала (антенны) обеспечивает способность работы всей системы по таким показателям, как: дальность принятия сигнала от спутника, пропускная способность (каналы связи), другие параметры.

Антенна, выбранная неправильно, проявит свои негативные качества только в условиях непогоды: дождь, снег, это отразится ухудшением сигнала или прекращением работы. В нормальных условиях она будет показывать хорошие параметры связи. Спроектировать отличную антенну требует значительных усилий, не меньше чем конструирование электронных изделий.

GPS антенна

Дополнительные сведения. GPS расшифровывается как Глобальная Система Позиционирования, которая разработана в начале 70 годов прошлого века для вооруженных сил США, но уже в середине 90 годов прошлого века ее стали применять и для гражданских нужд. Первоначально в этой системе было 24 спутника, на этот год уже насчитывается 31 спутник.

Купленный смартфон или планшет имеет встроенную антенну gps, через драйвера она связывается с ПО (программным обеспечением). По этой причине специалисты выделяют три возможных фактора ошибки определения географического места, это:

• количество спутников gps над конкретной местностью;
• какого качества антенна находится в устройстве;
• насколько качественно работают драйвера.

Классификация антенн

Антенны GPS классифицируются, как: активные и пассивные, встроенные или внешние. Специалисты акцентируют внимание на тот фактор, что антенна в этой системе играет важную роль. Даже мощное устройство, но с неправильно подобранной антенной может показывать параметры намного ниже паспортных данных.

Активные gps антенны – это стандартная антенна, в схему которой встроен усилитель сигнала. Они часто применяются в приемниках, где нет внутренних аппаратов, но есть вывод для подключения внешней антенны. Активные элементы системы более чувствительные, а именно уровень сигнала к окружающему шуму выше, кроме этого происходит понижение помех.

Пассивную gps антенну характеризует окружающее электромагнитное излучение: чем оно выше, тем слабее сигнал дойдет к приемнику. Рекомендуется устанавливать в автомобиле активные антенны, с более большой амплитудой, выбор зависит от установленного приемника и наличия антенного усилителя.

Активные gps антенны

Изготовители антенн gps предлагают покупателям большой выбор внутренних и внешних моделей этих устройств, есть отличия по напряжению питания, от 3 вольт до 5 вольт, кроме этого устройства имеют и дополнительные полосовые фильтры для снятия сигнала (вырезания), который находится вне нужного диапазона.

Автомобильная gps антенна для навигационного блока имеет диапазон частоты 1575, 42 плюс-минус 3 МГц. Учитывая работу полосового фильтра, получается 10 МГц, с усилением 4 Децибела и рассеиваемой мощностью в один ватт. Эти устройства показывают стабильную работу при следующих температурных колебаниях: минус 40 градусов – плюс 100 градусов по Цельсию, влажность считается 100%.

Кроме большого выбора антенн производители предлагают различную комплектацию к ним по маркам кабеля и виду разъемов, что дает возможность применять их с разного вида устройствами. Важным показателем в комплектации кабеля выступает его длина, сейчас она достигает пяти метров. Оптимизация антенн проводится по разным показателям, это: коэффициент усиления, уменьшение энергопотребления, уменьшение стоимости устройств, уменьшение габаритных размеров устройств.

Как подключить антенну gps к планшету

Современные мобильные устройства и планшеты имеют внутреннюю gps антенну, но их нельзя приравнивать к навигатору, так как не всегда эти устройства могут уловить сигнал от спутника, когда плохие условия приема, а именно:

1. Автомобильные стекла с напылением, которые не дают полноценного прохождения сигнала;
2. Габаритные размеры планшета не позволяют его разместить под стеклом;
3. Маленький обзор.

Простой выход из такой ситуации – это сделать подключение; gps антенна для планшета станет почти 100% навигатором. Эту работу можно выполнить самостоятельно или же обратиться в сервис.

Важно! Внешняя антенна представлена в миниатюрном виде, она размещается в специальном боксе, который имеет габариты не больше ½ коробка спичек, из него выходит специальный кабель, экранированный по всей длине, которая может быть разной, это зависит от модификации антенны, в основном установлено около 3500 миллиметров. Через специальный разъем антенный блок подключается к планшету, такого вида антенну можно подключать к стационарному ПК или смартфону.

Подключение антенны

Как подключить внешнюю антенну к своему устройству

Приобретая наружную антенну gps, вы должны четко объяснить продавцу, для какого устройства вы ее берете, это необходимо сделать, так как современные усилители сигнала можно применять, используя USB порт, а также Bluetoot, а именно подключить своими руками:

• Для смартфона идеально подходит усилитель сигнала с подключением Bluetoot, все параметры будут передаваться, используя специальный протокол, вам не нужны дополнительные разъемы;
• На ПК и ноутбуках сейчас устанавливается разъем USB/PS2, поэтому можно выбрать наружный усилитель с подключением через него;
• На некоторых планшетах нет USB входа, тогда решением будет подключение через Bluetoot, эффективность этой антенны достигается автономным блоком питания и необходимостью правильно установить крепление антенны.

Виды подключения усилителя к приемнику сигнала

Работа GPS в автомобиле

Специалисты для упрощения понимания работы системы позиционирования авто сделали простой алгоритм понятий, который представляет следующее:

1. Внешняя gps антенна принимает и усиливает сигнал, получаемый от спутников, передает его в приемник навигатора;
2. В блоке навигации расположен приемник сигнала, который рассчитывает местонахождение авто по сигналу, принятому от GPS антенны, затем для уточнения положения параметры передаются в блок управления системы навигации;
3. В задачу навигационного блока входит окончательный расчет вашего местонахождения, он должен показать маршрут к точке следования. Блок корректирует загруженную дорожную карту, рассчитывает расстояние до выбранного пункта назначения. Навигационный блок управляет голосовыми командами, устройством DVD, показывает нужный фрагмент карты на дисплее;
4. Расчет направления движения в навигационном блоке проводится на основании данных, получаемых от угловой скорости колеса и параметра сигнала VSP авто, который приходит от ECM компьютера.

Для правильного определения положения авто надо настроить дорожную карту, на ней отмечается местоположение машины. Дорожная карта через устройство DVD транслируется в навигационный блок и сравнивается с положением авто. Нельзя настраивать карту, когда авто в движении, а также когда машина находится на дороге, не обозначенной на карте.

Как сделать наружный усилитель самостоятельно

Знать собственное местонахождение в некоторых случаях важно, поэтому навигация все сильнее входит в повседневную жизнь. Очень часто пользователи сталкиваются со слабым gps сигналом, когда он нужен, а еще с полным его отсутствием. Выходом из этого положения может быть антенна самостоятельного изготовления для любого устройства с GPS модулем.

Китайского происхождения устройство с модулем gps часто страдает отсутствием сигнала; причина – слабый модуль приема сигнала. Антенной работает патч, размещенный на внешней стороне устройства. Необходимо отметить, что на улице это устройство работает, но сигнал пропадает, если создать плохие условия приема (занести устройство в дом, положить в авто). Порядок действий:

• Определяем, насколько сложно или легко можно добраться к gps модулю;
• Берем медную проволоку сечением 5/2 миллиметра квадратного, длиной 46 миллиметров*4, где 4 – это стороны квадрата, она представляет собой квадрат;
• Делаем из проволоки правильный квадрат, используем плоскогубцы, надо точно выдержать размеры, от этого зависит, как будет работать антенна;
• Припаиваем антенну к внешнему патчу gps.

Для удобства антенну можно прикрепить к корпусу устройства скотчем. Результатом выполненной работы является стабильный прием сигнала устройством в помещении и в авто.

Самодельная антенна

Пример самодельной антенны gps дает возможность принимать сигнал даже в плохих погодных условиях и внутри авто. Часто навигацией пользуются любители путешествий, когда надо проложить короткий маршрут из одного пункта в другой. Наружная GPS антенна дает гарантию стабильного приема сигнала.

Видео

Оцените статью:

Gps антенна своими руками для магнитолы

Чтобы обеспечить работу радио, телевизора и GPS в машине, можно изготовить антенну для автомагнитолы своими руками. Такое приемное устройство по качеству не будет уступать промышленным образцам.

Виды и принципы действия антенн

Антенны улавливают распространяющиеся повсюду электромагнитные волны. В проводнике антенны наводится слабая электродвижущая сила переменного радиочастотного тока. Она подается на приемное устройство. После этого происходит усиление, детектирование и выделение требуемой информации.

Антенны делятся на активные и пассивные. Первые отличаются наличием усилителя, который увеличивает сигнал автомобильной антенны. Активные приемные устройства обеспечивают стабильный прием радиостанций на расстоянии более 60 км от передатчика.

Пассивные антенны не имеют усилителя. Они отличаются большей простотой сборки своими руками. Пассивная автоантенна чаще всего устанавливается на крыше транспортного средства и обеспечивает уверенный прием сигнала на расстоянии до 15 км, например, в городской черте.

Ты водитель автомобиля?! Тогда ты сможешь пройти этот простейший тест и узнать . Перейти к тесту »

Инструкция по сборке

Сделать антенну для автомагнитолы своими руками в домашних условиях можно из материалов и инструментов, которые имеются в гараже или мастерской. Для штыря подойдет жесткая стальная или алюминиевая проволока. Корпус можно изготовить из дерева или пластика, не мешающего приему радиоволн.

Чтобы закрепить самодельную антенну для магнитолы своими руками на крыше автомобиля, потребуется магнит от неисправной колонки. На ту его сторону, которая будет соприкасаться с кузовом авто, приклеивается вырезанный по форме кусок пластиковой пленки или безворсовой ткани, чтобы защитить лакокрасочное покрытие от повреждений.

Неактивная

Чтобы сделать автомобильную антенну своими руками, потребуются:

• жесткая медная или стальная проволока;
• винт М5 с гайкой и контргайкой;
• термоклей или термоусадочная трубка;
• радиочастотный кабель со штекером для автомагнитолы;
• грунтовка, эпоксидная смола или термопластик;
• отвертка, кусачки и напильник.

Для изготовления штыря следует размотать проволоку и отрезать кусок длиной от 20 до 50 см. Затем его следует выпрямить, а нижний конец — загнуть под прямым углом и свернуть колечком, чтобы надеть на штырь болт, с помощью которого будет подключаться радиокабель. Нижнюю часть вибратора можно скрутить в виде спирали.

После этого подготавливается корпус. На его дне проделывается отверстие под крепежный магнит, который прикрепляется на клей. Центральная жила радиокабеля подключается к штырю через болт. Экранная оплетка отодвигается и изолируется таким образом, чтобы она не перемыкала на вибратор. Иначе радиоприемник в авто не будет работать.

Следующий этап — это установка антенны FM для автомобиля в корпус. Для этого следует проделать в нем отверстие по форме болта, который затем вставляется и фиксируется путем заливки холодной сваркой, другой застывающей смолой или пластиком. Этой части следует придать форму конуса и отшлифовать после застывания для более опрятного вида.

Можно также сделать автомобильную радиоантенну своими руками в домашних условиях в виде акульего плавника. Для этого потребуется анкерный болт длиной от 10 до 25 см, в обоих концах которого надо просверлить отверстия. На него следует намотать гибкую медную проволоку в 2 слоя как можно плотнее. Ее концы надо просунуть в ранее просверленные отверстия. Верхний конец следует надежно запаять, а на нижний — накрутить гайку с контргайкой.

Затем следует сделать внешний слой изоляции из эпоксидной смолы или термопластика и придать ему нужную форму.

Не следует использовать винил или карбон, так как они затрудняют прием радиосигнала.

Когда корпус застынет, следует обработать поверхность на токарном станке или путем ручного шлифования, чтобы придать изделию опрятный вид.

В завершение работ по изготовлению радиоантенны в виде акульего плавника для авто самому следует ее покрасить в цвет кузова, если расцветка использованного для корпуса материала отличается от черного. Установка приемного устройства на крышу осуществляется через специальный кронштейн, который не позволит штырю соприкасаться с кузовом. Эта конструкция будет хорошо принимать полезный ФМ-сигнал в крупных городах с мощными передатчиками, выделяя его на фоне помех.

Активная

Чтобы сделать активную антенну авто своими руками, потребуется усилитель от телевизионной антенны, рассчитанный на 12 В, вместе с прилагаемым инжектором питания и кожухом и 2 телескопические антенны от бытовых радиоприемников. В их нижних частях следует просверлить отверстия, подходящие по диаметру ко входам усилителя. Для более надежного крепления между этими деталями и платой усилителя нужно проложить по шайбе. Вся конструкция помещается в герметичный кожух, к нижней части которого прикрепляется фиксационный магнит.

Подавать питание на усилитель можно не только через инжектор, но и таким способом. В разрыв центральной жилы радиочастотного кабеля включается конденсатор емкостью 20-50 пФ. Голубой с белой полосой провод автомагнитолы удлиняется и подключается к выводу конденсатора, обращенному к усилителю. В разрыв этого провода нужно включить дроссель, состоящий из 100 витков тонкого провода и намотанный на ферритовом сердечнике.

Эта антенна будет обеспечивать уверенный прием не только радиостанций, но еще и аналоговых и цифровых телеканалов в машине. Сделать автомобильную антенну можно также с усилителем на основе транзистора КТ 368 А или аналогичного ему.

Для изготовления GPS-антенны на авто потребуется кусок проволоки толщиной 2,5 мм, корпус, сделанный из пластика, и кабель. Также в качестве приемного устройства для навигатора можно задействовать радиоантенну Bosch, клеящуюся на ветровое стекло, если демонтировать модуль усилителя сигнала радиостанций для автоприемника.

Чтобы сделать автомобильную антенну своими руками для GPS, следует загнуть кусок проволоки под прямым углом с трех сторон. Получится П-образная конструкция. Левый край следует загнуть под острым углом, а правый — под прямым. Длина последнего лепестка должна быть около 18 мм. Длина сторон такой антенны — 46 мм.

Соблюдение размеров необходимо для обеспечения работоспособности приемного устройства. Кабель со штекером для антенны GPS припаивается к лепестку, изогнутому под прямым углом. В заключение конструкция помещается в корпус и приклеивается на лобовое стекло или ставится поближе к нему под приборную панель.

Преимущества и недостатки самодельных устройств

Одно из достоинств самодельной автомобильной антенны — это возможность более точной подстройки под условия приема посредством выбора длины приемного штыря и места установки на кузове транспортного средства или внутри него. При тщательной и правильной сборке чувствительность и полоса пропускания самодельного приемного устройства будет не хуже, чем у фабричного.

Один из недостатков самодельных антенн — необходимость сверления кузова авто. Со временем отверстие может проржаветь. Некоторые самодельные антенны могут не соответствовать по своим габаритам Правилам дорожного движения.

Подключение и настройка

Перед подключением самодельной антенны для автомагнитолы необходимо убедиться в том, что кабель не имеет повреждений. Затем он прокладывается под приборной панелью автомобиля до магнитолы. Если кабель заводится в салон через отверстие в крыше, то все отверстия тщательно герметизируются. Штекер кабеля вставляется в автомобильный ресивер.

Если приемное устройство собрано правильно, то все доступные станции должны приниматься четко и уверенно без эфирного мусора. Провод питания активной антенны подсоединяется к голубому с белой полосой проводу автомагнитолы или напрямую к аккумулятору через выключатель.

Антенна GPS используется для определения специальными приборами координат местности, в которой находится человек в данный конкретный момент. С недавнего времени наша страна располагает собственной разработкой в данной области – системой ГЛОНАСС. Современные GPS-приёмники без дополнительных систем уточнения обладают достаточной для определения местоположения точностью – в районе 3-х метров.

Принцип работы

С появлением GPS-устройств для определения местоположения всё меньшее количество человек умеет пользоваться компасом. Первой составляющей GPS-навигатора является его антенна. Именно с помощью неё происходит приём сигнала от ближайшего навигационного спутника связи. От верного подбора характеристик принимающего устройства (антенны) зависит точность и способность принятия нужного сигнала.

Неверно подобранные характеристики принимающего элемента могут сильно усложнить жизнь во время таких природных явлений, как снег или дождь, что сделает определение местоположения невозможным как раз в тот момент, когда это наиболее необходимо. Поэтому проектированием GPS-антенн занимаются специальные проектные организации, и без обязательных полевых испытаний в промышленное производство изделие не запускается.

Дополнительная информация. GPS – Global Positioning System. В переводе означает система глобального позиционирования. Изначально была разработана военными для своих нужд на территории Северной Америки. Она настолько хорошо себя зарекомендовала, что военные ведомства в конце прошлого века вынуждены были поделиться технологией с гражданским населением.

На сегодняшний день в любом новом гаджете присутствует встроенная GPS-антенна. Однако точность определения местоположения зачастую оставляет желать лучшего. Выделяются три основные причины ошибочной работы устройства:

• Отсутствие спутника в данный конкретный момент в данной конкретной местности;
• Плохое качество антенного устройства;
• Нерасторопное программное обеспечение.

Типы антенн

Существуют различные типы антенн:

• Встроенные или внешние;
• Активные или пассивные.

Для правильного выбора GPS-антенны необходимо охарактеризовать перечисленные выше разновидности. Это важно, т.к. неверное применение типа детали может привести к снижению характеристик GPS-приёмника.

Активные GPS-антенны

Это часто применяемое устройство со встроенным усилителем сигнала. Основная область применения – приёмники без встроенного аппарата приёма сигнала, но с возможностью его подключения через соответствующий разъём. Данные аппараты чувствительны. Ими же происходит понижение уровня помех.

Пассивные GPS-антенны

Обычно встроенные. Есть очень сильная зависимость от внешнего электромагнитного поля. Чем больше его влияние, тем менее сильный сигнал дойдёт до конечного устройства.

Производители выпускают огромное количество различных моделей данных GPS-устройств, в которых можно легко запутаться. Различаются и характеристики, вплоть до питающего напряжения. На рынке присутствует даже GPS антенна для планшета с фильтрацией паразитных сигналов.

На сегодняшний момент присутствуют различная комплектация моделей, виды разъёмов и марки кабелей, что позволяет применять их со всеми существующими видами приёмников. При выборе необходимо обращать внимание на длину кабеля: чем он больше, тем лучше.

При всём многообразии моделей устройства всё время модернизируются, улучшаются следующие показатели:

• Коэффициент усиления;
• Снижение потребления энергии;
• Уменьшение себестоимости;
• Уменьшение габаритов.

Подключение гаджетов

У современных гаджетов присутствует встроенная GPS-антенна. Однако в качестве навигаторов их использовать можно далеко не всегда. Не во всех неблагоприятных условиях они могут уловить сигнал от ближайшего спутника связи. К таким неблагоприятным условиям можно отнести:

• Стёкла автомобиля с напылением, мешающим свободному прохождению сигналов;
• Размеры экрана гаджета не всегда позволяют чётко увидеть все детали маршрута;
• Габаритные размеры планшетов не позволяют разместить его под лобовым стеклом автомобиля.

При походе в магазин для приобретения необходимого устройства необходимо очень подробно объяснить продавцу-консультанту тип гаджета, для которого приобретается антенна, для каких целей планируется использование устройства, а также, какой результат применения требуется, где его необходимо будет устанавливать.

Всё это нужно учитывать потому, что сегодняшние усилители применяют такие современные средства коммуникации, как USB-порт и Bluetooth. Для использования в гаджетах последний кодированный протокол передачи данных предпочтительнее, т.к. не вменяет необходимость дополнительных проводов, мешающих при его использовании, например, у смартфона. Однако при данном подключении необходимо очень точно установить антенну в требуемое место. На компьютерах обычно используют специальные разъёмы USB.

GPS в автомобиле

В современном автомобиле нужен навигатор, зашитый в бортовой компьютер. Навигацией очень удобно пользоваться любому водителю.

Проектировщики, занимающиеся проектированием систем навигации автомобилей, остановились на следующем алгоритме работы:

• Устройство внешнего типа получает и усиливает сигнал, идущий от спутника. В усиленном виде он попадает в навигатор;
• В приёмном устройстве навигации появляется полученный сигнал. На его основе происходит определение местоположения автомобиля. Далее происходит уточнение координат с помощью блока управления системы;
• После уточнения координат местоположения автомобиля происходит вычисление оптимального маршрута движения до конечного пункта назначения. Это происходит на основе загруженных при производстве машины дорожных карт. Зачастую управление навигационной системой производится голосом. При необходимости обновления загруженных в память автомобиля карт используют специальные загрузочные DVD-диски;
• Определение верного направления движения происходит с помощью параметров угловой скорости колёс, за вычисление которой отвечает бортовой компьютер.

При настройке определения местоположения автомобиля на загруженной в его память карте машина должна быть в статическом покое и в месте, обозначенном на карте. При этом gps антенна для навигационного блока устанавливается на заводе.

GPS-антенна своими руками

Бывают ситуации, в которых без определения местоположения, можно попасть в очень незавидное положение. В таком случае навигационные приборы просто жизненно необходимы. Здесь слабый сигнал от спутника связи или его полное отсутствие недопустимы. Тогда, зная, что из себя представляет GPS-антенна, есть возможность изготовить её самостоятельно.

На приведённом рисунке видно, каким образом можно изготовить необходимый элемент из подручных материалов:

• Берётся проволока, желательно медная, небольшого сечения. В нашем случае 2,5 мм²;
• Из проволоки сгибается квадрат соответствующего размера. Величины сторон показаны на рис.;
• Полученную деталь прикрепляем с помощью пайки или изоленты (скотча) к GPS-приёмнику.

В результате произведённых манипуляций можно получить приемлемый для определения координат местоположения сигнал.

GPS-антенны незаменимы в современных GPS-приёмниках для определения местоположения на местности. Очень востребованы туристами, которые с помощью данных устройств правильно прокладывают маршруты.

Видео

Антенна GPS используется для определения специальными приборами координат местности, в которой находится человек в данный конкретный момент. С недавнего времени наша страна располагает собственной разработкой в данной области – системой ГЛОНАСС. Современные GPS-приёмники без дополнительных систем уточнения обладают достаточной для определения местоположения точностью – в районе 3-х метров.

Принцип работы

С появлением GPS-устройств для определения местоположения всё меньшее количество человек умеет пользоваться компасом. Первой составляющей GPS-навигатора является его антенна. Именно с помощью неё происходит приём сигнала от ближайшего навигационного спутника связи. От верного подбора характеристик принимающего устройства (антенны) зависит точность и способность принятия нужного сигнала.

Неверно подобранные характеристики принимающего элемента могут сильно усложнить жизнь во время таких природных явлений, как снег или дождь, что сделает определение местоположения невозможным как раз в тот момент, когда это наиболее необходимо. Поэтому проектированием GPS-антенн занимаются специальные проектные организации, и без обязательных полевых испытаний в промышленное производство изделие не запускается.

Дополнительная информация. GPS – Global Positioning System. В переводе означает система глобального позиционирования. Изначально была разработана военными для своих нужд на территории Северной Америки. Она настолько хорошо себя зарекомендовала, что военные ведомства в конце прошлого века вынуждены были поделиться технологией с гражданским населением.

На сегодняшний день в любом новом гаджете присутствует встроенная GPS-антенна. Однако точность определения местоположения зачастую оставляет желать лучшего. Выделяются три основные причины ошибочной работы устройства:

• Отсутствие спутника в данный конкретный момент в данной конкретной местности;
• Плохое качество антенного устройства;
• Нерасторопное программное обеспечение.

Типы антенн

Существуют различные типы антенн:

• Встроенные или внешние;
• Активные или пассивные.

Для правильного выбора GPS-антенны необходимо охарактеризовать перечисленные выше разновидности. Это важно, т.к. неверное применение типа детали может привести к снижению характеристик GPS-приёмника.

Активные GPS-антенны

Это часто применяемое устройство со встроенным усилителем сигнала. Основная область применения – приёмники без встроенного аппарата приёма сигнала, но с возможностью его подключения через соответствующий разъём. Данные аппараты чувствительны. Ими же происходит понижение уровня помех.

Пассивные GPS-антенны

Обычно встроенные. Есть очень сильная зависимость от внешнего электромагнитного поля. Чем больше его влияние, тем менее сильный сигнал дойдёт до конечного устройства.

Производители выпускают огромное количество различных моделей данных GPS-устройств, в которых можно легко запутаться. Различаются и характеристики, вплоть до питающего напряжения. На рынке присутствует даже GPS антенна для планшета с фильтрацией паразитных сигналов.

На сегодняшний момент присутствуют различная комплектация моделей, виды разъёмов и марки кабелей, что позволяет применять их со всеми существующими видами приёмников. При выборе необходимо обращать внимание на длину кабеля: чем он больше, тем лучше.

При всём многообразии моделей устройства всё время модернизируются, улучшаются следующие показатели:

• Коэффициент усиления;
• Снижение потребления энергии;
• Уменьшение себестоимости;
• Уменьшение габаритов.

Подключение гаджетов

У современных гаджетов присутствует встроенная GPS-антенна. Однако в качестве навигаторов их использовать можно далеко не всегда. Не во всех неблагоприятных условиях они могут уловить сигнал от ближайшего спутника связи. К таким неблагоприятным условиям можно отнести:

• Стёкла автомобиля с напылением, мешающим свободному прохождению сигналов;
• Размеры экрана гаджета не всегда позволяют чётко увидеть все детали маршрута;
• Габаритные размеры планшетов не позволяют разместить его под лобовым стеклом автомобиля.

При походе в магазин для приобретения необходимого устройства необходимо очень подробно объяснить продавцу-консультанту тип гаджета, для которого приобретается антенна, для каких целей планируется использование устройства, а также, какой результат применения требуется, где его необходимо будет устанавливать.

Всё это нужно учитывать потому, что сегодняшние усилители применяют такие современные средства коммуникации, как USB-порт и Bluetooth. Для использования в гаджетах последний кодированный протокол передачи данных предпочтительнее, т.к. не вменяет необходимость дополнительных проводов, мешающих при его использовании, например, у смартфона. Однако при данном подключении необходимо очень точно установить антенну в требуемое место. На компьютерах обычно используют специальные разъёмы USB.

GPS в автомобиле

В современном автомобиле нужен навигатор, зашитый в бортовой компьютер. Навигацией очень удобно пользоваться любому водителю.

Проектировщики, занимающиеся проектированием систем навигации автомобилей, остановились на следующем алгоритме работы:

• Устройство внешнего типа получает и усиливает сигнал, идущий от спутника. В усиленном виде он попадает в навигатор;
• В приёмном устройстве навигации появляется полученный сигнал. На его основе происходит определение местоположения автомобиля. Далее происходит уточнение координат с помощью блока управления системы;
• После уточнения координат местоположения автомобиля происходит вычисление оптимального маршрута движения до конечного пункта назначения. Это происходит на основе загруженных при производстве машины дорожных карт. Зачастую управление навигационной системой производится голосом. При необходимости обновления загруженных в память автомобиля карт используют специальные загрузочные DVD-диски;
• Определение верного направления движения происходит с помощью параметров угловой скорости колёс, за вычисление которой отвечает бортовой компьютер.

При настройке определения местоположения автомобиля на загруженной в его память карте машина должна быть в статическом покое и в месте, обозначенном на карте. При этом gps антенна для навигационного блока устанавливается на заводе.

GPS-антенна своими руками

Бывают ситуации, в которых без определения местоположения, можно попасть в очень незавидное положение. В таком случае навигационные приборы просто жизненно необходимы. Здесь слабый сигнал от спутника связи или его полное отсутствие недопустимы. Тогда, зная, что из себя представляет GPS-антенна, есть возможность изготовить её самостоятельно.

На приведённом рисунке видно, каким образом можно изготовить необходимый элемент из подручных материалов:

• Берётся проволока, желательно медная, небольшого сечения. В нашем случае 2,5 мм²;
• Из проволоки сгибается квадрат соответствующего размера. Величины сторон показаны на рис.;
• Полученную деталь прикрепляем с помощью пайки или изоленты (скотча) к GPS-приёмнику.

В результате произведённых манипуляций можно получить приемлемый для определения координат местоположения сигнал.

GPS-антенны незаменимы в современных GPS-приёмниках для определения местоположения на местности. Очень востребованы туристами, которые с помощью данных устройств правильно прокладывают маршруты.

Видео

Рекомендуем к прочтению

Как правильно разместить GPS антенну внутри автомобиля. Часть 2

Под лобовым стеклом, в центре?

Между передними сидениями?

Или подвесить как-нибудь сбоку?

В первой части мы рассмотрели одну часть вопроса о размещении антенны внутри салона автомобиля, связанную уменьшением количества видимых спутников. Теперь переходим ко второй части:

Снижение точности определения координат, связанное с ухудшением качества приема сигналов.

Выше уже было сказано, что принцип измерения дальности до спутника основан на измерении времени задержки принятого от него сигнала. Вообще, навигационные спутники транслируют сигналы не нескольких частотах, но мы имеем дело с простым GPS приемником, который принимает сигналы только одного частотного диапазона L1, представляющего собой гармоническую несущую частоты 1575.4 МГц, последовательно промодулированную двумя псевдошумовыми последовательностями (P (precision) и C/A (coarse acqusition) кодами) и информационным сообщением. В GPS разные спутники ипользуют разные псвевдошумовые последовательности, что соответствует кодовому разделению сигналов, в ГЛОНАСС сигналы разных спутников различаются частотами несущих колебаний.

В нашем случае простого навигационного приемника под измерением задержки сигнала подразумевается измерение задержки C/A кода. GPS приемник генерирует реплику кода и, меняя ее начальную фазу, вычисляет значение свертки: перемножает оцифрованные отсчеты принятого сигнала с отсчетами реплики и суммирует результаты перемножений остчетов. В случае правильно подобранной начальной фазы реплики C/A кода наблюдается «всплеск» свертки (что вызвано особыми свойствами псевдошумовой последовательности), при его обнаружении принимается решение об обнаружении спутника, а подобранная начальная фаза реплики принимается равной времени задержки сигнала.

Измеренное время задержки, умноженное на скорость света принято называть псевдодальностью. Приставка «псевдо» призвана подчеркнуть факт существенного отличия измеренной дальности от реальной. Дело в том, что при ее измерении используется разность не между отсчетами одних и тех же часов, а между отсчетами часов спутника в момент передачи и GPS приемника в момент приема. Если часы всех спутников в значительной мере синхронизированы друг относительно друга, и, кроме того, информация об уходе их часов содержится в информационном сообщении, то часы применика могут идти совершенно иначе — заметно отставать или спешить. В то же время ошибка измерения задержки величиной в 1 секунду приведет к погрешности измерения дальности в 300 000 км, то есть будет значительно превосходить саму измеряемую величину. В общем, скорее «псевдо», чем дальность. К счастью, в уравнениях для всех спутников ошибка часов GPS приемника одна и та же, что позволяет вычислить ее в процессе решения навигационной задачи.

Какие есть еще источники ошибок измерения дальности? Их несколько: ошибка часов спутника, ошибка, связанная с неточностью знания его орбиты, ошибка, связанная с дополнительной задержкой сигнала в ионосфере и в тропосфере земли, ряд ошибок, связанных с релятивистскими эффектами, ошибка «многолучевости», ошибка, связанная с тепловым шумом. Из всех перечисленных только две последние связаны с качеством приема. Рассмотрим их.

Величина ошибки, связанной с тепловым шумом, определяется отношением мощности сигнала к мощности шума. Алгоритм навигационного приемника, оценивая качество принимаего сигнала, может вычислить это отношение. Однако, целесообразно рассматривать шумовую ошибку совместно с ошибкой многолучевости, поскольку последняя также влияет на мощность принимаего сигнала, то-есть на отношение сигнал/шум. Ошибка многолучевости связана с тем, что вместо одного сигнала, распространяющегося по прямой линии от спутника к GPS приемнику, приемник анализирует смесь различных переотражений сигнала от окружающих антенну объектов: поверхности земли, соседних домов, деревьев, а в нашем случае еще и элементов конструкции автомобиля. Существуют разные способы уменьшения ошибки многолучевости, например, измерение задержки с помощью несимметричного строба, позволяющего устранить так называемую «дальнюю» многолучевость, вызванную отражениями от объектов, расположенных вдали от антенны, фазированные антенные решетки, позволяющие динамически формировать диаграмму направленности определенного вида, с целью подавить мешающие сигналы, различные модели многолучевости, позволяющие оценить параметры отражающих объектов и учесть влияние мешающих сигналов. Однако, в данном случае нас эти методы не интересуют, нам лишь важно узнать, как изменится ошибка многолучевости при расположении антенны внутри автомобиля. Так же, как и в предыдущем пункте, мы не будем составлять электродинамическую модель кузова для выяснения его отражательных свойств в виду сложности данной задачи, а обратимся к уже проведенному эксперименту с парами антенн: одна на крыше автомобиля, другие поочередно устанавливаются в салоне в разных местах. Как уже было сказано ранее, автомобиль в течение эксперимента остается неподвижным. Для каждого из трех сеансов навигационный применик определял положение многократно, один раз в секунду. Примем средние за сеанс координаты за истинное местоположение антенны . Тогда для каждого отдельного измерения дальности до спутника можно записать:

(11)

	где — сумма ошибок измерения дальности, связанных с уходом часов спутника, задржкой сигнала в ионосфере и тропосфере земли, и с поворотом земли за время распространения сигнала,
	— ошибка часов GPS приемника, вычисленная в процессе решения навигационной задачи,
	— сумма ошибок многолучевости и шума,
	— координаты спутника.

Ошибки не зависят от способа расположения антенны. Поэтому, сравнивая величины (12) для антенны на крыше автомобиля и внутри салона мы увидим, как изменится сумма ошибок многолучевости и шума.

(12)

На следующих графиках представлены результаты сравнения ошибок псевдодальностей, а также отношения сигнал/шум для трех спутников и трех вариантов расположения антенн. На всех рисунках красным цветом обозначены результаты для антенны на крыше, а синим — результаты для антенны внутри салона.

Антенна под лобовым стеклом:

№ спутника	Ошибка измерения дальности, связанная с многолучевостью и шумом	Отношение сигнал/шум
21
29
16

Антенна между сидениями:

№ спутника	Ошибка измерения дальности, связанная с многолучевостью и шумом	Отношение сигнал/шум
21
29
16

Развернутая на 90 градусов антенна:

№ спутника	Ошибка измерения дальности, связанная с многолучевостью и шумом	Отношение сигнал/шум
21
29
16

Представленные графики наглядно иллюстрируют, как именно проявляется влияние корпуса автомобиля. Видно, что хотя количество видимых спутников при размещении антенны внутри салона меняется не сильно, качество принимаемого сигнала заметно ухудшается, что приводит к увеличению ошибки измерения дальности до спутников. Как отмеченное ухудшение качества приема влияет на определение координат? Ответ на этот вопрос иллюстрируется следующими графиками, на которых показана вычесленная позиция в плане для антенны на крыше (красные точки на графиках слева) и позиция в плане для антенн внутри салона (синие точки на графиках справа):

Антенна на крыше

Антенна под лобовым стеклом

Антенна на крыше

Антенна между сидениями

Антенна на крыше

Развернутая на 90 градусов антенна

Таким образом, в процессе ответа на вторую часть вопроса о размещении антенны внутри автомобиля, было отмечено серьезное ухудшение качества приема и заметное снижение точности определения координат. Однако, выявленное ухудшение оказалось не столь значительным, чтобы сделать невозможным решение задач мониторинга транспорта. Поэтому, мы решили провести еще один экспепримент более общего характера.

С помощью системы «Навигатор+» мы осуществляли мониторинг автомобиля с тремя установленными GPSтрекерами, работающими одновременно. В результате можно было наблюдать три траектории его перемещений и выявить отличия в них.

В процессе анализа полученных траекторий движения выяснилось, что все три исследованных способа расположения антенны дают приемлемые результаты с точки зрения работы в установившемся режиме. Вот фрагмент карты, с показанными на нем тремя траекториями, которые, совпадают с графической точностью

Однако, несмотря на то, что в установившемся режиме все три модуля показывали одинаковые результаты, был отмечен факт более медленного холодного старта для варианта расположения антенны между передними сидениями. Причина этого понятна — в момент холодного старта в GPS приемнике работает алгоритм первоначального поиска спутников. Для этого момента характерно отсутствие априорной информации о приблизительном расположении приемника и спутников, поэтому в процесе поиска GPS приемнику приходится перебирать множество возможных значений доплеровских сдвигов частот и началных фаз кодовых последовательностей. Для ускорения поиска в этом режиме к качеству сигналов предъявляются более жесткие требования. Видимо, для варианта расположения антенны между сидениями эти требования не очень удовлетворяются. Поэтому, если вы пользуетесь вариантом GPS трекера системы «Навигатор плюс» без провода резервного питания, и малое время включения модуля для вас важно, старайтесь не устанавливать антенну слишком глубоко в салоне.