Wbudowany GPS, zewnętrzny GPS/kompas czy kompas GNSS – co wybrać do swojej łodzi?

Nowoczesny ploter nawigacyjny często posiada wbudowany odbiornik GPS, ale nie zawsze wskazuje on kierunek, w którym zmierza łódź, gdy jej prędkość jest niska lub łódź stoi w miejscu. W przypadku wielu łodzi wbudowany odbiornik GPS jest więcej niż wystarczający, natomiast instalacje z radarem, systemem AIS i innymi zaawansowanymi funkcjami mogą wymagać osobnego czujnika kierunku.

W tym artykule porównujemy trzy różne rozwiązania:

• Wbudowany odbiornik GNSS np. w Raymarine Axiom
• Zewnętrzny czujnik GNSS i kierunku, np. Raymarine AR200
• Profesjonalny kompas GNSS, np. Hemisphere Vector V200

Przyjrzymy się różnicom w położeniu, kierunku kompasowym, dokładności, czasie uruchamiania i instalacji oraz wyjaśnimy, co specyfikacje oznaczają w praktyce.

GPS i GNSS – jaka jest różnica?

GPS to amerykański satelitarny system pozycjonowania. GNSS to szersza zbiorcza nazwa systemów satelitarnych, takich jak GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou.

Nowoczesny morski odbiornik GNSS może odbierać sygnały z wielu systemów satelitarnych. Zapewnia to dostęp do większej liczby satelitów, ale rzeczywista wydajność nadal zależy od rozmieszczenia anteny, widoczności nieba, zakłóceń i specyfikacji odbiornika.

W mowie potocznej GPS jest nadal często używany jako termin zbiorczy, nawet gdy dany produkt jest w rzeczywistości odbiornikiem GNSS.

Poziom 1: Wbudowany GPS w ploterze nawigacyjnym

Nowoczesne plotery nawigacyjne, takie jak Raymarine Axiom, mają wbudowany odbiornik GNSS. Oznacza to, że możesz odczytać pozycję swojej łodzi na mapie bez konieczności instalowania oddzielnej anteny GPS.

Dla wielu łodzi rekreacyjnych jest to proste i ekonomiczne rozwiązanie.

Korzyści z wbudowanego GPS-u

• Nie potrzeba osobnej anteny GPS
• Mniej komponentów i kabli
• Łatwa instalacja
• Niższy całkowity koszt
• Wystarczająca dokładność do normalnej nawigacji rekreacyjnej

Zweryfikowana specyfikacja poprzedniej generacji Raymarine Axiom zapewnia obsługę GPS, GLONASS i BeiDou, śledzenie do 28 satelitów i aktualizację pozycji z częstotliwością 10 Hz. Deklarowana dokładność pozycji wynosi maksymalnie 15 metrów bez SBAS i maksymalnie 5 metrów z SBAS, w obu przypadkach przez 95% czasu. Dokładne specyfikacje różnią się w zależności od modelu i generacji.

Kluczowy jest wyraźny widok nieba

Wbudowany odbiornik GPS działa tylko wtedy, gdy pozwala na to miejsce instalacji. Ponieważ antena znajduje się wewnątrz plotera nawigacyjnego, odbiór jest bezpośrednio uzależniony od miejsca montażu ekranu.

Warunki odbioru mogą ulec pogorszeniu, jeżeli ploter znajduje się:

• Wewnątrz sterówki
• Pod twardym dachem
• Pod mostem nawigacyjnym
• Za metalizowanym lub mocno przyciemnianym szkłem
• W pobliżu większych konstrukcji metalowych
• W miejscu, gdzie duża część nieba jest zasłonięta

W otwartej kabinie pilota z dobrym widokiem na niebo wbudowana antena zwykle działa w znacznie lepszych warunkach niż w zamkniętej kabinie.

Zatem nie tylko używany odbiornik ma znaczenie. Lokalizacja anteny i wyraźny widok na satelity również są bardzo ważne.

Ile czasu zajmuje uzyskanie pozycji po rozpoczęciu pracy?

Samo uruchomienie plotera nawigacyjnego nie oznacza automatycznie, że odbiornik GNSS ustalił już stabilną pozycję.

Podany czas zimnego startu dla zweryfikowanego odbiornika Raymarine Axiom wynosi mniej niż dwie minuty. Zimny start oznacza, że odbiornik musi wyszukać satelity, nie mogąc wykorzystać wszystkich wcześniej zapisanych danych.

Na szybkość wyświetlania pozycji w praktyce wpływają m.in. następujące czynniki:

• Widok w stronę nieba
• Umiejscowienie anteny
• Jeśli informacje satelitarne są zapisywane
• Jak długo system był wyłączony
• Jeżeli łódź została przeniesiona od czasu ostatniego użycia odbiornika

Po krótkim wyłączeniu można więc szybko osiągnąć żądaną pozycję, natomiast zimny start lub niejasna instalacja mogą wiązać się z dłuższym oczekiwaniem.

Oddzielny, montowany zewnętrznie czujnik może mieć lepsze warunki odbioru, jeśli zostanie umieszczony na przykład na twardym dachu lub w łuku radarowym z niezakłóconym widokiem na niebo. Nie oznacza to jednak, że zewnętrzny czujnik zawsze gwarantuje szybsze ustalenie pozycji. Wynik zależy od całej instalacji.

GPS nie pokazuje automatycznie, w którym kierunku zwrócona jest łódź

Ważne jest rozróżnienie kursu nad dnem (COG) i kursu kompasowego (kierunku).

Odbiornik GPS może obliczyć COG, porównując zmiany położenia łodzi. COG wskazuje zatem, w którym kierunku łódź faktycznie porusza się po powierzchni Ziemi.

Kierunek natomiast pokazuje, w którym kierunku skierowany jest dziób.

Wartości te mogą się różnić ze względu na:

• Wiatr boczny
• Aktualny
• Dryf
• Cofanie
• Manewrowanie
• Bardzo niska prędkość

Gdy łódź stoi w miejscu, odbiornik GPS nie może wykorzystać swojego ruchu do obliczenia stabilnego środka ciężkości (COG). Dlatego wbudowany GPS plotera nawigacyjnego nie zastępuje prawdziwego czujnika kierunku.

Można to zauważyć po:

• Symbol łodzi obraca się lub porusza chaotycznie
• Orientacja głowy w górę staje się mniej stabilna
• Nakładka radarowa nie jest prawidłowo wyświetlana, gdy brakuje kierunku
• Prezentacja otaczających celów staje się mniej intuicyjna

Poziom 2: Zewnętrzny GPS/kompas – Raymarine AR200

Raymarine AR200 łączy w sobie odbiornik GNSS z systemem AHRS (Attitude and Course Reference System). Czujnik dostarcza dane o położeniu, kursie magnetycznym, pochyleniu i przechyle do kompatybilnych systemów Raymarine Axiom.

Oznacza to, że AR200 dostarcza informacji, których zwykły odbiornik GPS nie jest w stanie dostarczyć, gdy łódź stoi w miejscu.

Zewnętrzne umiejscowienie zapewnia lepsze możliwości instalacji

AR200 ma wewnętrzną antenę GNSS, ale cały czujnik jest zamontowany na zewnątrz, co pozwala wybrać lokalizację z lepszym widokiem nieba niż ta, którą oferuje ploter nawigacyjny.

Typowe miejsca montażu to:

• Twardy dach
• Łuk radarowy
• Łuk Targa
• Inne otwarte przestrzenie z dobrą widocznością satelitarną

Wybór lokalizacji należy również uwzględnić w przypadku kompasu magnetycznego w urządzeniu. Czujnika nie należy montować w pobliżu urządzeń ani przewodów generujących zakłócenia magnetyczne, a następnie kalibrować.

Stabilny kurs, gdy łódź stoi w miejscu

Najważniejszą różnicą pomiędzy AR200 a zwykłym GPS-em jest dostęp do kierunku.

AR200 wykorzystuje rozwiązanie AHRS z akcelerometrem, cyfrowym kompasem magnetycznym i żyroskopem MEMS. Urządzenie podaje kierunek, pochylenie, przechył boczny i prędkość skrętu z częstotliwością aktualizacji 10 Hz. Raymarine podaje dokładność statycznego kompasu magnetycznego na poziomie 1° RMS i dokładność dynamiczną na poziomie 3° RMS.

Dzięki temu system ma dostęp do informacji o kierunku łodzi, nawet gdy łódź stoi w miejscu lub porusza się powoli.

Informacje zawarte w nagłówkach są cenne dla:

• Stabilna orientacja wykresu
• Nakładka radarowa
• ClearCruise Rzeczywistość rozszerzona
• Stabilizacja wideo
• Prezentacja obiektów AIS i map
• Funkcje wymagające informacji o pochyleniu i przechyle

System AR200 został zaprojektowany specjalnie jako czujnik i moduł stabilizacji obrazu dla ClearCruise AR na kompatybilnych ploterach nawigacyjnych Axiom. W połączeniu z kompatybilną kamerą, system może nakładać na obraz z kamery obiekty nawigacyjne, cele AIS i znaczniki nawigacyjne.

Dane techniczne Raymarine AR200

Raymarine AR200 śledzi do 28 satelitów i aktualizuje pozycję GNSS z częstotliwością 10 Hz. Deklarowana dokładność pozycji z SBAS wynosi mniej niż 5 metrów w 95% przypadków. Zimny start jest deklarowany w czasie krótszym niż dwie minuty, zazwyczaj poniżej 60 sekund, a gorący start w czasie krótszym niż 45 sekund.

Oznacza to, że AR200 nie powinien być postrzegany przede wszystkim jako radykalna poprawa dokładności podawanej pozycji GPS w porównaniu z wewnętrznym odbiornikiem Axiom.

Zamiast tego, największą aktualizacją jest:

• Zewnętrznie umieszczony odbiornik GNSS
• Kierunek magnetyczny, gdy łódź stoi w miejscu
• Pitch and roll
• Informacje o ustabilizowanej cenie
• Wsparcie ClearCruise AR

Aby zapewnić wiarygodne dane o kursie, system AR200 musi być prawidłowo zainstalowany i skalibrowany. Przed wykorzystaniem informacji o kursie przez inne funkcje sieciowe należy również sprawdzić wybrane źródła danych i kompatybilność systemu.

Poziom 3: Profesjonalny kompas GNSS – Hemisphere Vector V200

Hemisphere Vector V200 to profesjonalny kompas GNSS, który wykorzystuje dwie anteny GNSS w jednej obudowie. Anteny oddalone są od siebie o 20 centymetrów i są wyposażone w czujniki żyroskopowe i czujnik przechyłu.

W przeciwieństwie do AR200, V200 nie potrzebuje magnetometru do określenia kierunku. Kierunek jest obliczany na podstawie sygnałów satelitarnych odbieranych przez dwie anteny.

Kierunek bez kompasu magnetycznego

Ponieważ kierunek jest określany za pomocą podwójnej anteny GNSS, obliczenie kursu nie jest zależne od pola magnetycznego Ziemi.

Oznacza to, że funkcja kursu nie jest zakłócana przez odchylenie magnetyczne od, na przykład:

• Głośnik
• Silniki elektryczne
• Generatory
• Kable zasilające o dużej wytrzymałości
• Elementy stalowe
• Przedmioty magnetyczne

Urządzenie nie wymaga kalibracji jak tradycyjny kompas magnetyczny. Jednak instalacja nadal wymaga prawidłowej instalacji. Nadal istotne są orientacja czujnika, brak widoczności nieba oraz odległość od zakłócających nadajników radiowych lub obiektów zasłaniających.

Dane dotyczące pozycji, kierunku i ruchu

V200 może opuścić:

• Pozycja GNSS
• Nagłówek
• Poziom
• Rola
• Falowanie
• Szybkość obrotu

W karcie katalogowej producenta podano 424 kanały, 10 Hz w standardzie i 20 Hz opcjonalnie. Zimny start ma trwać 60 sekund, ciepły – zazwyczaj 30 sekund, gorący – zazwyczaj 10 sekund, a stabilizacja kierunku – zazwyczaj 10 sekund.

Dokładność położenia jest określona jako:

• 1,2 metra RMS przy autonomicznym pozycjonowaniu
• 0,3 metra RMS z SBAS

Dokładność kursu wynosi standardowo 1,5° RMS, a opcjonalnie 0,75° RMS. Pochylenie i przechylenie podano na poziomie 1,5° RMS.

Ważne jest rozróżnienie wersji standardowej i opcjonalnej. Dokładność 0,75° nie powinna być uznawana za ogólną wydajność dla wszystkich konfiguracji V200.

Kiedy V200 jest właściwym wyborem?

Kompas V200 jest szczególnie interesujący, gdy instalacja wiąże się z większymi wymaganiami dotyczącymi położenia i kierunku, lub gdy zakłócenia magnetyczne utrudniają umieszczenie standardowego kompasu elektronicznego.

Przykłady zastosowań:

• Profesjonalne instalacje nawigacyjne
• Łodzie robocze
• Łodzie pomiarowe
• Instalacje wymagające wyznaczania kierunku na podstawie GNSS
• Zaawansowane systemy radarowe i AIS
• Systemy wykorzystujące NMEA 2000 lub NMEA 0183

V200 obsługuje NMEA 2000 lub NMEA 0183, w zależności od wersji produktu i wybranego połączenia. Dlatego należy wybrać odpowiedni wariant, biorąc pod uwagę istniejącą sieć na łodzi.

Porównanie techniczne

Specyfikacje odbiorników GNSS Axiom różnią się w zależności od modelu i generacji. Dlatego tabela jest oparta na generacji Raymarine, której dokumentację zweryfikowano tutaj. Zawsze należy sprawdzić instrukcję obsługi konkretnego modelu Axiom.

Wartości dla Axiom i AR200 są podawane przez Raymarine w 95% przedziale ufności, natomiast wartości dla V200 są podawane jako RMS, dlatego nie można ich porównywać tak, jakby zostały obliczone przy użyciu dokładnie tej samej metody statystycznej.

Co te różnice oznaczają w praktyce?

Wbudowany GPS w Axiom

Wbudowany odbiornik jest dobrym wyborem, gdy:

• Plotter ma dobry widok na niebo
• Przede wszystkim potrzebujesz stabilnej pozycji na wykresie
• Chcesz, aby instalacja była prosta
• Nie musisz kierować się, gdy łódź stoi w miejscu
• Nie masz funkcji wymagających osobnego czujnika kierunku

Do standardowej nawigacji rekreacyjnej może wystarczyć wbudowany odbiornik.

Raymarine AR200

AR200 to naturalny krok naprzód, gdy:

• Plotter zamontowany jest w ukrytym miejscu.
• Chcesz mieć możliwość ustawienia odbiornika GNSS w miejscu zapewniającym lepszy widok nieba
• Musisz ustawić kierunek, gdy łódź stoi w miejscu
• Używasz ClearCruise AR
• Potrzebujesz rzutu i przechyłu
• Chcesz ulepszyć funkcje zależne od stabilnych danych o kursie

Najważniejszą korzyścią niekoniecznie jest lepsza dokładność pozycjonowania. To połączenie zewnętrznego pozycjonowania i prawidłowych danych o kursie robi różnicę.

Wektor półkuli V200

V200 najlepiej sprawdzi się, gdy:

• Wymagany profesjonalny kierunek GNSS
• Zakłóceń magnetycznych trudno uniknąć
• Wymagana jest większa dokładność położenia
• Kurs należy obliczyć bez użycia magnetometru
• Do instalacji wymagany jest protokół NMEA 2000 lub NMEA 0183
• Priorytetem jest standaryzacja i udokumentowanie wydajności czujników

Tutaj przechodzimy od magnetycznego AHRS do kompasu GNSS z dwiema antenami.

Które rozwiązanie powinieneś wybrać?

Wybierz wbudowany GPS jeśli:

• Masz prostą konfigurację nawigacji
• Plotter ma dobry widok na niebo
• Potrzebna jest Ci głównie pozycja i COG
• Chcesz uniknąć dodatkowych komponentów

Wybierz Raymarine AR200 jeśli:

• Posiadasz kompatybilny system Axiom
• Musisz ustawić kierunek, gdy stoisz w miejscu
• Chcesz używać ClearCruise AR
• Potrzebujesz informacji o boisku i roli
• Lokalizacja plotera zapewnia mniej korzystne warunki odbioru

Wybierz Hemisphere Vector V200 jeśli:

• Potrzebujesz kierunku opartego na GNSS
• Chcesz uniknąć problemów z kompasem magnetycznym
• Wymagasz udokumentowanej, profesjonalnej wydajności czujnika
• Potrzebujesz większej dokładności położenia
• Instalacja wykorzystuje protokół NMEA 2000 lub NMEA 0183

Wniosek

Wbudowany odbiornik GPS w ploterze nawigacyjnym, takim jak Raymarine Axiom, jest więcej niż wystarczający do standardowej nawigacji, zwłaszcza gdy ploter jest zamontowany w miejscu z dobrym widokiem na niebo. Nie zapewnia on jednak dokładnego kierunku kompasowego, gdy łódź stoi w miejscu. Wskazuje on przede wszystkim pozycję i może obliczyć środek ciężkości (COG), gdy łódź się porusza.

Raymarine AR200 uzupełnia system o pomiary kierunku, pochylenia i przechyłu. Zewnętrzny montaż pozwala również wybrać lokalizację z lepszą widocznością satelitarną niż lokalizacja plotera. W przypadku systemu Axiom kompatybilnego z ClearCruise AR lub innymi funkcjami wymagającymi stabilnego kierunku, jest to wyraźny krok naprzód.

Hemisphere Vector V200 idzie o krok dalej, obliczając kurs za pomocą dwóch anten GNSS zamiast magnetometru. Zmniejsza to problemy z odchyleniem magnetycznym i zapewnia wyższą udokumentowaną dokładność pozycji, a także kurs, pochylenie, przechylenie i kołysanie pionowe w przypadku bardziej wymagających instalacji.

Najważniejszym pytaniem jest zatem nie tylko to, jak dokładna jest pozycja GPS, której potrzebujesz. Musisz również określić, czy system musi wiedzieć, gdzie znajduje się łódź , w którą stronę się porusza , czy w którą stronę faktycznie skierowany jest dziób .

Krótkie podsumowanie

Wbudowany GPS: Pozycja i COG do standardowej nawigacji.

Raymarine AR200: Pozycja plus kurs magnetyczny, pochylenie i przechył.

Hemisphere Vector V200: Pozycja i kierunek oparty na GNSS z dwiema antenami dla bardziej wymagających i profesjonalnych instalacji.