GPS: основные понятия.

Небольшой обзор про основные понятия GPS-навигации. История создания и примеры применения.

GPS (Global Positioning System, кодовое название - NAVSTAR) - спутниковая система, разработанная и обслуживаемая Министерством Обороны США. Предоставляет возможность точного определения своего местоположения на земной поверхности абонентам с GPS-приемниками. При разработке системы, прежде всего, подразумевалось, разумеется, ее военное использование, однако бытовая составляющая применения GPS-навигаторов стала столь популярной, что в мае 2000г. решением президента США были сняты все помехи (т.н. Selective Availability - селективный доступ), которые прежде намеренно вводились в показания спутников для занижения точности определения координат бытовыми (не военными) устройствами. До этого события, точность приемника не превышала +/-100м. в 95% времени работы и лишь в оставшиеся 5% времени, приемник работал "на полную мощность".

Во всех сегментах и элементах GPS используется оборудование, построенное на самых современных "высоких технологиях", но идеи в ее основе удивительно просты. Рассмотрим из них пять наиболее важных.

Для того чтобы приемник мог определять координаты, он, очевидно, должен иметь возможность "видеть" небо - т.е. в помещении система работать не будет. Современные приемники, как правило, все 12-канальные (т.е. позволяют отслеживать до 12 спутников одновременно) и имеют схожие остальные характеристики, различаясь, в основном, наличием или отсутствием встроенных картографических возможностей.

Процесс определения координат приемником выглядит примерно так:

a) при включении приемника после достаточно долгого перерыва (т.н. "холодный старт"), приемник начинает принимать сигнал со спутников и определять, какие именно спутники из всей группировки доступны из этого местоположения. Группа спутников, видимых в данной точке называется "альманахом". После выключения, приемник некоторое время держит в памяти последний альманах и в случае повторного включения после кратковременного перерыва, время фиксации приемника существенно возрастает ("горячий старт").

b) Приемник, получая со спутников точное время (которое последние четко синхронизируют между собой), по задержкам вычисляет физические расстояния до них (скорость распространения радио-волны известна). Имея в видимости три или более спутника, приемник получает возможность определить свое точное положение в 2D-пространстве. Имея в видимости четыре или более спутника, приемник может также определить и высоту абонента над уровнем моря, которая, правда, вычисляется с заведомо большей погрешностью, чем координаты на земной поверхности.

Первые системы глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) разрабатывались исключительно для военных целей. Глобальная навигационная система GPS предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех регионах мира. Инициатором создания GPS-системы стало Министерство Обороны США. Ее разработка началась в 1973 г., когда Министерство Обороны США перестала устраивать радионавигационная система, состоящая из наземных навигационных систем Loran-C и Omega, и спутниковой системы Transit. Проект создания спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System — навигационная система определения времени и дальности). Используемая сейчас аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только для военных, но и для мирных целей. Первая штатная орбитальная группировка системы разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г. На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block II. Окончательно GPS-система была введена в эксплуатацию в 1995 г. В настоящее время она эксплуатируется и обслуживается Министерством Обороны США.


Основные возможности GPS-системы (при наличии приемника GPS-сигнала):

- определение местонахождения мобильного абонента;
- определение наиболее короткого и удобного пути до пункта назначения;
- определение обратного маршрута;
- определение скорости движения (максимальной, минимальной, средней);
- определение времени в пути (прошедшего и сколько потребуется еще) и др.

Основные характеристики GPS-системы

Количество спутников в орбитальной группировке

28

Число орбитальных плоскостей

63

Число спутников в каждой плоскости

48

Высота орбиты (км)

20350

Наклонение орбиты (градус)

55

Период обращения спутников (ч)

12

Масса спутника (кг)

1055

Мощность солнечных батарей спутника (Вт)

450

Срок эксплуатации (лет)

7,5

Поляризация

правосторонняя

Погрешность определения

100 (С/А-код); 16 (Р-код)

Погрешность определения

10 (С/А-код); 0,1 (Р-код)

Погрешность определения времени (нc)

340 (С/А-код); 90 (Р-код)

Надежность навигационных определений (%)

95

Существует несколько типов GPS-навигаторов:

* портативные GPS навигаторы Garmin,
* портативные GPS навигаторы Magellan,
* стационарные GPS навигаторы,
* авиационные GPS навигаторы.

Также существует другая классификация GPS-навигаторов:

* GPS без картографической поддержки
* GPS с картографической поддержкой (наличие и возможность дополнительной загрузки карт в навигатор)

Источник: www.novintex.ru