Як працює gps

Ми кожен день користуємось системами навігації. Кому-то потрібно прокласти маршрут в незнайоме місце, хтось шукає нові шляхи дім-робота-дім, хтось просто страждає топографічним кретинізмом. Ми рідко замислюємося про те, як це працює і згадуємо, що це якось пов'язано з супутниками тільки тоді, коли всі завзято тупить і маршрут не будується. А все ж, як це працює і чи потрібен для коректної роботи GPS Інтернет?

Ні, Інтернет не потрібен. З цим розібралися. Насправді, навколо нашої планети кружляє 24 супутника (запущено майже 60, але не всі вже в роботі), за допомогою яких кожен з нас може визначити своє місце розташування. У кожного супутника є своя орбіта, і за космічні добу (23 години 56 хвилин) він встигає облетіти Землю два рази. І все ж, як люди додумалися до створення супутникової системи?

Принцип роботи

Цікавим моментом в роботі GPS є питання корекції часу. Адже точність в питаннях визначення геолокації важлива, особливо якщо мова йде про військову технології, нехай вона і стала суспільним надбанням. Для коректної роботи супутників була врахована теорія відносності. Через те, що з Землі ми бачимо супутники в русі, спеціальна теорія відносності стверджує, що годинник на них повинні йти повільніше на 7 мікросекунд через меншу швидкості ходу часу. Крім того, положення супутника щодо Землі змусило вчених брати в розрахунок кривизну простору і часу, адже маса планети менше впливає на годинник на супутнику, ніж на її території (хід годин, розташованих ближче до масивного об'єкту, здається повільніше, ніж годин, що знаходяться далі від об'єкта). Коротше кажучи, з Землі здається, що час на супутнику йде повільніше з різницею в 38 мілісекунд на добу. Адже навіть різницю даних на 20 наносекунд привела б до погрішностей в обчисленнях геолокації кожні пару хвилин, і ця помилка накопичувалася б. Наприклад, за день точність визначення місця розташування об'єктів збилася б приблизно на 10 км!

Звичайно, похибки є. Кожен знає, що сигнал дуже погано зчитується в приміщенні, адже він погано проходить через бетонні стіни і металеві зміцнення, в тунелі або підвалі не береться зовсім. Навіть підвищена хмарність може збити точність інформації. До того ж, якщо годинник вашого GPS йдуть не так, це теж може призвести до неправильних результатів.

Альберт Ейнштейн мл. GPS супутники передають два види даних - альманах і ефімеріса. Альманах містить параметри орбіт всіх супутників. Кожен супутник передає альманах для всіх супутників. Дані альманаху не відрізняються великою точністю і дійсні кілька месяцев.В свою чергу, дані ефімеріса містять дуже точні коректування параметрів орбіт і годин для кожного супутника, що потрібно для точного визначення координат. Кожен GPS супутник передає тільки дані свого власного ефімеріса. Ці дані дійсні тільки 30 хвилин. Супутники передають свій ефімеріса кожні 30 секунд.

Якщо GPS був відключений більше 30 хвилин, а потім включений, він починає шукати супутники, грунтуючись на відомому йому альманасі. По ньому GPS вибирає супутники для ініціації пошуку.

Ефімеріса ще не прінят.Ефімеріс прийнятий, GPS готовий до навігації. Коли GPS приймач фіксує супутник, він показує на екрані "порожній" стовпчик сили сигналу. У цей момент ще йде процес збору даних ефімеріса. Коли ефімеріса кожного супутника прийнятий, відповідний йому стовпчик сили сигналу закрашивается чорним кольором і дані, прийняті від супутника вважаються придатними для навігації.

Якщо харчування приймача відключити, а потім знову включити в перебігу 30 хвилин, він "зловить" супутники дуже швидко, тому що не треба буде знову збирати дані ефімеріса. Це називається "гарячий" старт.

Якщо після відключення пройшло більше 30 хвилин, буде проведений "теплий" старт і GPS приймач знову почне збирати дані ефімеріса.

Якщо GPS приймач був перевезений (у вимкненому стані) на кілька сотень кілометрів або внутрішній годинник стали показувати неточне час, то дані наявного альманаху є невірними. В такому випадку навігатора потрібно виконати новий "пошук неба" (переініціалізація) для завантаження нового альманаху і ефімеріса. Це вже буде "холодний" старт.