Обзор различных видов GNSS-приемников и сферы их применения.

Приемники Global Navigation Satellite Systems (GNSS) – это специальные устройства, которые предназначены для приема сигналов от глобальных систем позиционирования QZZ, COMPASS, GPS, GLONASS, а также систем корректировки SBAS. Указанные спутниковые аппараты находятся на различных орбитах, опоясывающих нашу планету, либо над ее определенными территориями. Приемники (они же спутниковые ресиверы), которые имеют возможность работать сразу с несколькими системами, именуются многосистемными.

Данные устройства используются человеком для определения точных координат на местности и не только (возможно позиционирование в околоземном прострaнcтве). Кроме того, они способны измерять точное время и различные параметры при передвижении объектов (к примеру, направление и скорость). Метод, с помощью которого производится позиционирование, заключается в вычислении расстояния между спутником и антенной ресивера GNSS.

Таким образом, если известно положение нескольких спутников, то с помощью способа триангуляции возможно с высокой точностью установить положение искомого объекта, использовав при этом нехитрые геометрические вычисления.

Сами спутники передают цифровой сигнал, содержащий эфемериды (т. е. информацию об орбите спутника, с которого ведется передача) и общий альманах (т. е. информацию о положении всех спутников в используемой системе), а также уточненное время. Tрaнcферинг информации происходит на особых частотах, которые выделены для спутниковой передачи. Как правило, это диапазоны от 1100 до 1600 Мегагерц.

Современное применение спутниковых устройств вывело геодезическое оборудование на совершенно новый уровень – теперь с его помощью стало просто решать задачи, необходимые не только для строительства, но и для других сфер деятельности человека. Данная отрасль высокоточной промышленности развивается «семимильными» шагами, постоянно появляются различные усовершенствования, поэтому выбрать нужный GNSS-ресивер бывает очень сложно, по причине простой невозможности отслеживать новинки на перманентной основе. Тем более, что сложно определиться с параметрами приемника, которые точно будут необходимы пользователю.

Содержание

• 1 Некоторые особенности функционирования приемников
• 2 Состав спутникового GNSS-комплекта
• 3 Современная потребность в GNSS-приборах
  • 3.1 Области применения GNSS-оборудования
  • 3.2 Основные способы ведения GNSS-съемки с помощью ресиверов
• 4 Грамотный выбор местоположения базового приемника
  • 4.1 Условие №1: GNSS-прием
  • 4.2 Условие № 2: известность/неизвестность положения базы
• 5 Процесс инициализации
• 6 Основные параметры GNSS-оборудования, требующие пристального внимания
• 7 Грамотный выбор GNSS-приемников при покупке
• 8 Рейтинг лучших GNSS-приемников на 2023 год
  • 8.1 5-ое место: SP ProMark 220
  • 8.2 4-ое место: Комплект SOUTH S660
  • 8.3 3-ье место: Комплект SOUTH Galaxy G1
  • 8.4 2-ое место:  LEICA GS18T LTE
  • 8.5 1-ое место: GPS Leica GR50
• 9 Вместо эпилога

Некоторые особенности функционирования приемников

GNSS-ресиверы способны не только определять местоположение как на земле, так и в воздухе, но также они могут замерять свойства объектов, не взирая на то, находятся ли те в статичном положении или же передвигаются. Суть вычисления заключается в непрерывном измерении расстояния между спутником и объектом слежения. С каждым годом погрешность таких вычислений непреклонно уменьшается и, соответственно, определение координат объекта слежения становится точнее. На текущий момент точность составляет уже несколько метров.

Состав спутникового GNSS-комплекта

Как правило, приемники не продаются по одиночке, а идут сразу в комплекте. Стандартный набор подобного оборудования состоит из:

• Двух спутниковых приемников;
• Полевого контроллера с установленным программным обеспечением;
• Спутниковой антенны типа GNSS;
• Передающего устройства (модема).

Текущие технологии уже достигли такого уровня развития, что весь вышеперечисленный комплект может быть заключен в одном приборе. Основная сфера применения данных моноблоков – кадастровые и геодезические работы. Существуют устройства, в которых контроллер вынесен отдельно и такие приборы именуются «наладонниками». В них очень просто обновить операционную систему и управляющие программы.

ВАЖНО! Стоит отличать GNSS-приемники от туристических GРS-приемников. Первые являются высокоточным промышленным оборудованием и предназначены для применения в строго определенных сферах. Вторые нужны для путешествий и туризма и обладают куда меньшим функционалом.

Современная потребность в GNSS-приборах

Приемники для геодезических работ подразделяются на одно- и двухсистемные, а также на одно- и двухчастотные. Пpaктически все современные образцы имеют возможность учитывать дифференциальные поправки для реализации навигационных задач. При использовании новейшего программного обеспечения возможно заранее спланировать геодезическую съемку, сохранить и передать полученные данные на внешние устройства (компьютер), осуществить первичную обработку собранной информации, сформировать цифровую карту прострaнcтва.

Области применения GNSS-оборудования

Подобные геодезические системы широко применяются на стартовых этапах строительства зданий и сооружений, а также для межевания земельных участков и их привязки к географическим объектам. Основным преимуществом использования данных приборов являются их крайне быстрые сроки работы, что позволяет передать полученные координаты на обработку почти что немедленно. Помимо прочего, GNSS-координация позволит не только построить дом грамотно, но и безошибочно проложить различные коммуникации: от водопровода до электрической сети ЛЭП.

В итоге, приоритетными направлениями можно назвать:

• Поддержание геодезических связей на всех уровнях – от глобальных до классических съемочных;
• Изучение природных явлений, происходящих на земной поверхности (движение горных пород и ледников, сейсмическая активность и вулканизм и т. п.) ;
• Сопровождение прокладки трубопроводов, различных строительных этапов, а также решение многих инженерно-прикладных задач;
• Оказание помощи в землеустройстве и землеотведении;
• Организация манипуляций нивелирных;
• Установление единообразной временной шкалы в режиме высокой точности;
• Решение задач в области геоинформатики и картографии.

Основные способы ведения GNSS-съемки с помощью ресиверов

Традиционный способ представляет собой статистическую съемку, которая оптимально сочетается со всеми текущими размерами базисов. Для этого необходимо установить в отведенных контрольных пунктах две антенны, они будут обpaбатывать весь объем поступающих данных. Приемники, в свою очередь, будут отслеживать спутники и фиксировать относительно сходные параметры. Для данного способа возможно применение методы «быстрой статики» — в сценарий получаемых данных закладывается пользователем небольшая погрешность, но зато вся нужная информация может быть собрана в течение 15 минут.

Кинематический способ заключается в быстром отслеживании сразу нескольких точек, но в данном случае необходимо сделать так, чтобы оборудование находилось в искомой точки до начала процесса инициализации (грубо говоря до следующего момента получения спутникового сигнала). Если не успеть вовремя, то всю процедуру придется начинать сначала. Этот способ желательно применять на относительно больших территориях, когда быстро достичь следующей точки возможно, например, на автомобиле.

Также кинематический способ можно применять на крайне малых территориях, пользуясь принципом «стою-иду». В данном случае расстояние между точками должно быть минимальным и главное, чтобы в округе отсутствовали предметы, способные помешать прохождению сигнала спутника (высотные здания, лини ЛЭП и т.п.).

Помимо прочего, можно осуществлять позиционирование в реальном времени: связь между приемником и спутником пpaктически не прерывается. Однако, эта метода потребует высоких энергетических затрат, на которые может быть не рассчитан аккумулятор GNSS-ресивера. Обычно подобные решения используют кадастровые инженеры или топографы.

Грамотный выбор местоположения базового приемника

Местоположение крайне важно для проведения успешной съемки. При выполнении постобработки либо съемки в реальном времени на одно- или двухчастотный приемник нужно помнить, что положение ровера (подвижной антенны) постоянно будет отсчитываться относительно положения базы. Любая погрешность определения координат базы передвигающейся антенной неизбежно приведет к искажению координат самого ровера.

Таким образом, необходимо соблюсти два условия:

• Надежность GNSS-приема;
• Известность/неизвестность координат самой базы.

Также может быть и третье условие, которое заключается в окружении базы. Базовая антенна должна быть установлена настолько высоко, насколько это возможно, дабы не существовало преград для приема сигнала по горизонтальной плоскости и была бы достигнута предельная дальность действия.

Условие №1: GNSS-прием

Необходимо удостовериться, что антенна установлена в таком месте, где не существует преград для обозрения определенного участка неба в вертикальном направлении (здесь не ведется речь о наземных экранирующих препятствиях, расположенных по горизонтали). Чистое прострaнcтво над базой позволит собирать данные от максимального количества спутников, над ней пролетающих. Подобное расположение гарантирует благоприятную работу системы в целом и получение надежных данных даже от спутников, находящихся на геостационарной орбите, не говоря уже о низколетящих.

Условие № 2: известность/неизвестность положения базы

При некоторых методах съемки вполне может статься так, что положение базы точно не известно роверу. Поэтому, необходимо принять следующие меры: в случае, если необходимо достичь сантиметровой точности измерений, то следует использовать примерные координаты в сантиметрах, которые известны для местности, где установлена базовая антенна. Если и это сделать невозможно, тогда следует заложить в сценарий измерений небольшую погрешность, которую потом можно будет устранить, узнав точные координаты базы.

Процесс инициализации

Инициализацией называют такую процедуру, в ходе которой ресивер в режиме реального времени (либо программа при постобработке) может установить неоднозначность целого координатного числа, которое свойственно фазе несущей обработки. Такое решение является необходимой кондицией для приемника и его программного обеспечения при получении измерений с точностью до сантиметра. Соответственно, для сверхточных вычислений необходимо постоянно отслеживать данный параметр.

ВАЖНО! Не стоит путать данный процесс с инициализацией приемника спутником, когда между устройствами устанавливается первичная связь. При первичной связи точность координат составляет 5-10 метров.

Основные параметры GNSS-оборудования, требующие пристального внимания

Ключевую роль в работе приемника будут играть:

• Технология обработки сигналов и количество используемых каналов. При работе в сложных погодных или географических условиях точность получаемых измерений будет напрямую зависеть от стабильности сигнала, а значит и от количества используемых каналов. Современные технологии подавления посторонних шумов и многолучевость некоторых моделей позволяют эффективно работать и в ненастную погоду на пересеченной местности;
• Время работы и мощность аккумуляторов. Стоит озаботиться наличием в комплекте дополнительной батареи для «горячей замены» израсходованной. Сегодняшний стандарт работы одного аккумулятора – один световой день полевых работ;
• Пыле- и влагозащита оборудования и температурный режим работы. Самые дорогие и модернизированные образцы могут работать в пределах от -40 до +60 градусов по Цельсию. Степень защиты корпуса по международному стандарту IP должен быть указан на самом приборе. К примеру, IP67 означает, что устройство может быть даже ненадолго погрузиться в воду, а корпус его полностью защищен от пыли;
• Формат данных для передачи. У роверного и базового оборудования они должны быть одинаковы. Любые несоответствия сразу же исключаются, если это будет оборудование одной и той же компании. Если же изготовители приборов разные, то возможно воспользоваться стандартом RTCM, который универсален для всех образцов.

Грамотный выбор GNSS-приемников при покупке

Даже если потенциальный покупатель не является профессиональным геодезистом и ранее не имел дел с подобным оборудованием, то нижеперечисленные критерии максимально помогут не ошибиться с выбором:

• Простота в работе и надежность. Любое оборудование данного типа должно иметь простой и интуитивно понятный интерфейс, не иметь слишком большого количества многоуровневых меню и опций. Проще говоря, должен соблюдаться принцип «включил-и-работай»;
• Возможность соединения приемника с другими внешними устройствами: от модема и компьютера до смартфона;
• Поддерживаемые спутниковые группировки. Здесь необходимо определиться в какой местности предполагается более длительная работа. Для Европы подойдет Галлилео, для России и стран СНГ лучше использовать ГЛОНАСС, в общемировом масштабе – GPS. Стоит заранее узнать является ли выбранная модель многосистемный – такие обычно дороже;
• Наличие цифрового дисплея. Естественно, что лучше, когда он в модели присутствует. Тем более, предпочтительнее выбрать модель с многопиксельным жидкокристаллическим экраном, нежели с предустановленными изображениями. С хорошим нестатичным экраном работать куда легшее и приятнее;
• Производитель. GNSS-ресиверы относятся к технически сложному оборудованию, поэтому профессионалы-геодезисты предпочитают образцы от западных производителей. В то же время они не обходят стороной и Японию – особой популярностью пользуются модели от Leica (подразделение Panasonic), которые хаpaктеризуются повышенной точностью.

Рейтинг лучших GNSS-приемников на 2023 год

5-ое место: SP ProMark 220

В данной модели применяется усовершенствованная технология «ЗЕД-Блэйд», позволяющая проводить ускоренную инициализацию и выдавать повышенную точность даже на удлиненных базовых линиях. Приемник старается максимально использовать все GNSS-созвездия, что означает высокую эффективность и точность измерения даже в сложных условиях.

SP ProMark 220 Преимущества:

• Использованы инновационные технологии;
• Крайне демократичная цена;
• Хорошая укомплектованность набора.

Недостатки:

• Работает только с 2-мя системами: ГЛОНАСС и GPS.

4-ое место: Комплект SOUTH S660

Данный образец крайне прост в использовании, имеет сравнительно небольшую массу и ударопрочный комплекс у всех устройств, входящих в набор. Уникальная конструкция антенны позволяет получить сверхточные измерения и в статическом режиме и в режиме реального времени. Дизайн аппарата представляет собой образец эргономичности, а интерфейс управления прост и интуитивно понятен. Чаще применяется для ландшафтной архитектуры.

Комплект SOUTH S660 Преимущества:

• Актуальное соотношение цены и качества;
• Эргономичный дизайн;
• Поддерживает все известные спутниковые группировки (конечно, гражданские).

Недостатки:

• Модем работает только в сетях 2G/3G.

3-ье место: Комплект SOUTH Galaxy G1

Данный аппарат представляет новое поколение приемников, имеющих малый размер и расширенную функциональность. Ресивер оснащен автоматическим регулированием уровней приема, что однозначно повышает точность измерений. Также, в конструкцию включен специальный датчик наклона, позволяющий устранять ошибки центрирования и автоматизирующий связи в пути следования. Набор получил премию «Лучший друг геодезиста» в 2015 году на «Reddot Design Award».

Комплект SOUTH Galaxy G1 Преимущества:

• Почти полностью автоматизированная модель – в некоторых случаях для производства измерений даже не нужно нажимать кнопку;
• Заслуженный бренд, обладающий международной премией;
• Работает под управлением всех существующих операционных систем от Майкрософт (кроме 10-ой версии).

Недостатки:

• Не обнаружено (для своего сегмента).

2-ое место:  LEICA GS18T LTE

Эта модель оснащена особым компенсатором, которые сглаживает неточности в измерениях при возникновении угла наклона вехи. Таким образом, не требуется постоянного выставления прибора по уровню. Весьма устойчив к электромагнитному влиянию, что позволяет обеспечивать устойчивую связь со спутником даже вблизи ЛЭП. Корпус имеет повышенный уровень пыле- и влагозащиты (IP68). Крайне неприхотлив к погодным условиям.

LEICA GS18T LTE Преимущества:

• Работает со всеми спутниковыми системами;
• Нет необходимости в дополнительной калибровке;
• Данные возможно хранить на внешнем носителе (до 8 Гб).

Недостатки:

• Высокая цена для неполного комплекта.

1-ое место: GPS Leica GR50

Этот приемник можно назвать «сервером из мира GNSS-оборудования». Может работать как постоянно действующая неподвижная станция, так и в качестве референционной (отсылочной) модели. Исключительная точность прибора позволяет использовать его в крайне точных областях, например, при мониторинге деформаций земной поверхности. Имеет собственное программное обеспечение «СмартВоркс», ориентированное на выполнение специальных задач. Может работать со множеством клиентских роверов.

GPS Leica GR50 Преимущества:

• Многофункциональность;
• Собственное ПО;
• Поддержка большого количества роверов;
• Работает со всеми спутниковыми системами.

Недостатки:

• Крайне высокая цена (доступна лишь для крупных покупателей для применения в специфических областях).

Вместо эпилога

В связи с тем, что описанное оборудование является технически сложным, то приобретать его следует только у проверенных поставщиков. При чем, профессионалы советуют осуществлять покупки на интернет-площадках, ибо там будет возможно сэкономить на разнице розничной стоимости. Это обстоятельство наиболее актуально, ведь цена аппаратов крайне высока.

х