Что такое GPS

Tornado

Auto Club Team
Супер-модератор
Auto Club Team
Регистрация
5 Фев 2009
Адрес
Минск-Пулихова
NAVSTAR GPS (англ. NAVigation Satellites providing Time And Range; Global Positioning System — обеспечивающие измерение времени и расстояния навигационные спутники; глобальная система позиционирования) — спутниковая система навигации, часто именуемая GPS. Позволяет в любом месте Земли (включая приполярные области), почти при любой погоде, также в космическом пространстве на расстоянии до 100 км от поверхности Земли, определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и полностью эксплуатируется Министерством обороны США.
История

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 нашего спутника и обнаружили; частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и понижается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственные координаты.

Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом Глобальная Система Позиционирования или сокращённо 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. Также с помощью системы вмонтированной в спутники стало реально определять мощные ядерные заряды, находящиеся на поверхности планеты.

Первоначально GPS — глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983г. был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Но точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки, и в 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.

Основной принцип системы — определение местоположения путем измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала посылки от спутника к GPS-приемнику. То есть для определения трехмерных координат GPS-приемнику нужно знать положение трех спутников. На деле используются показания с четырех — для устранения погрешности, вызванной разницей между часами спутника и приемника.
Настоящее

Сегодня GPS-приёмники можно использовать в гражданских целях, в основном для определения местонахождения и скорости. GPS-устройства продают во многих компьютерных магазинах. Какими же они бывают? Начнем со спортивных GPS-устройств. Формой и размерами они напоминают либо сотовые телефоны конца девяностых, либо часы и отображают на дисплее только навигационную информацию: время, координаты, среднюю скорость движения, высоту над уровнем моря, направление на точку и компас. Кроме того, все спортивные устройства глобального позиционирования, позволяют прокладывать маршруты. Идя по маршруту, Вы можете обозначить точку отправления, чтобы затем устройство показало Вам направление на эту точку, и Вы смогли вернуться обратно по кратчайшему пути. На первый взгляд этого достаточно — но у этих устройств есть один минус; в них нет карты местности.

Если же вам захочется узнать не только свое местоположение, но и находящиеся поблизости объекты, то в этом случае на помощь придут универсальные GPS-навигаторы.

В эти устройства загружается карта, и они отображают всю необходимую информацию. Карманные компьютеры могут вмесить в себя GSM-модуль для того чтобы владелец мог общаться по телефону, а также интернет для загрузки информации о пробках. Минусом этих девайсов является высокая стоимость и небольшое время автономной работы; около 5 часов, чего может не хватить для полноценного похода.

Самым простым и экономичным вариантом считается отдельный GPS-модуль, его можно подключить к любому карманному компьютеру, ноутбуку и даже к некоторым продвинутым моделям телефонов. Такой GPS модуль работает от 9 часов и выше, без подзарядки. Остаётся только записать на выбранное вами устройство карту местности и можно начинать путешествие.
Карты

Все электронные GPS-карты можно поделить на два основных типа — векторные и растровые.

Растровые карты — это самый простой и доступный тип карт. Фактически это изображение местности, к которому привязываются географические координаты. Масштаб растровой карты напрямую зависит от исходного варианта; или это фотография со спутника, или отсканированная бумажная карта. Чаще всего встречаются карты крупных городов, трасс, но подробные листы для отдаленных районов найти крайне проблематично.

Векторные карты представляют собой базу данных, где хранится информация об объектах, их характеристиках и взаимном месторасположении, географических координатах и прочем. Поскольку в них не содержится объемных графических изображений, места в памяти они занимают гораздо меньше, чем растровые и быстрее работают.

Безусловным преимуществом векторных карт, является возможность искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие необходимые путешественнику места.

Также существует возможность прокладывать маршруты — с учетом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок.
Недостатки

Главным недостатком GPS, как и других существующих систем спутниковой навигации, является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника. Например, вы никогда не обнаружите своё местонахождение в квартире, в подвале или в тоннеле.
Космический сегмент

Основой системы являются навигационные спутники, движущихся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники излучают сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц, последние модели также на L5=1176,45 МГц . Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника. Информация в C/A коде (стандартной точности), передаваемая с помощью L1, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование. Военное применение (точность выше на порядок) обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом. 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 позиции и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 к Сентябрю 2007 года). Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено 31.
Сегмент контроля (Наземные станции)

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