Що таке глобальне позиціонування

Сьогодні, напевно, немає людини, яка б не чула про GPS. Однак повне розуміння того, що ж це таке, є далеко не у кожного. У статті спробуємо розібратися, що ж таке система глобального позиціонування, з чого вона складається і як працює.

Її база складається з супутників, які рухаються по шести кругових траєкторіях орбіти. В ширину вони всього півтора метра, а в довжину - трохи більше п'яти. Вага при цьому становить близько восьмисот сорока кілограм. Всі вони забезпечують повну працездатність в будь-якій точці нашої планети.

Стеження здійснюється з головної керуючої станції, що знаходиться в штаті Колорадо. Там знаходиться база ВПС Шрівер - п'ятидесяте космічне з'єднання.

На Землі розташовано більше десяти станцій, призначених для спостереження. Вони знаходяться на острові Вознесіння, Гаваях, Кваджалейн, Дієго-Гарсія, Колорадо-Спрінгс, на мисі Канаверал і в інших місцях, кількість яких зростає з кожним роком. Вся інформація, що отримується від них, переробляється на головній станції. Завантаження даних з поправками робиться кожні двадцять чотири години.

Таке глобальне позиціонування - супутникова система, яка функціонує під управлінням МО США. Вона працює за любої погоди і постійно передає інформацію.

принцип функціонування

Системи глобального позиціонування GPS працюють на основі наступних складових:

• трилатерація супутника;
• дальнометрія супутника;
• точна прив'язка за часом;
• розташування;
• корекція.

Розглянемо їх докладніше.

Під трілатераціі розуміється розрахунок відстані даних трьох супутників, завдяки якому вдається обчислити місце розташування певної точки.

Дальнометрія має на увазі відстань до супутників, що обчислюється часом проходження радіосигналу від них до приймача з урахуванням швидкості світла. Для визначення часу генерується псевдовипадковий код, завдяки якому приймач здатний в будь-який час зафіксувати затримку.

Наступний показник говорить про пряму залежність від точності годин. На супутниках працюють атомні годинники, точність яких складає до однієї наносекунди. Однак в силу дорожнечі вони використовуються не скрізь.

Супутники розташовані на висоті понад двадцять тисяч кілометрів від Землі, рівно стільки, скільки необхідно для стабільного руху по орбіті і звуження опору атмосфери.

При роботі системи глобального позиціонування в світі відбуваються помилки, які важко усувати. Це пов'язано з проходженням сигналу через тропосферу і іоносферу, де швидкість знижується, що призводить до збоїв в вимірах.

Компоненти картографічної системи

Існує безліч продуктів системи глобального позиціонування і ГІС-додатків для картографування. Завдяки їм географічні дані швидко формуються і оновлюються. Компонентами цих продуктів є GPS-приймачі, ПО і накопичувачі даних.

Приймачі здатні робити обчислення з частотою менше секунди і точністю від десятків сантиметрів до п'яти метрів, функціонуючи в диференціальному режимі. Вони відрізняються один від одного за габаритами, обсягом пам'яті і числу каналів стеження.

Поки людина стоїть на одному місці або пересувається, приймач отримує сигнали від супутників і робить обчислення про його розташуванні. Результати у вигляді координат висвічуються на дисплеї.

Контролери є портативні комп'ютери, які функціонують під управлінням ПО, необхідного для збору даних. ПО контролює установки приймача. Накопичувачі мають різні габарити і типи запису даних.

Кожна система оснащена програмним забезпеченням. Після того як ви вивантажуєте інформацію з накопичувача на комп'ютер, програма збільшує точність даних за допомогою спеціального методу обробки, що отримав назву «диференціальна корекція». ПО візуалізує дані. Одні з них можна редагувати в ручному режимі, інші - виводити на друк і так далі.

GPS глобального позиціонування - системи, що сприяють збору інформації для введення в бази даних, а ПО експортує їх в ГІС-програми.

корекція диференціальна

Даний метод істотно підвищує точність зібраних даних. При цьому один з приймачів знаходиться в точці певних координат, а інший збирає інформацію там, де вони невідомі.

Диференціальна корекція реалізується двома шляхами.

• Перший - це диференційна корекція в реальному часі, де обчислюються і видаються помилки кожного супутника основний станцією. Уточнені дані сприймаються пересувним приймачем, який показує скоректовані дані.
• Другий - диференціальна корекція в постобробці - має місце тоді, коли основна станція записує корекції прямо на файл в комп'ютері. Початковий файл обробляється разом з уточненим, далі виходить диференційно скоригований.

Картографічні системи Trimble здатні використовувати обидва методи. Таким чином, якщо режим в реальному часі перерветься, то залишається можливість його використання в постобробці.

застосування

GPS застосовуються в різних областях. Наприклад, системи глобального позиціонування на місцевості широко використовуються в сфері природних ресурсів, де геологи, біологи, лісники і географи використовують їх для запису положень і додаткової інформації. Також це область розвитку інфраструктури та міського господарства, коли контролюються транспортні потоки і комунальна система.

Область застосування картографічних систем GPS цим не вичерпується. Вони можуть бути використані в будь-яких інших додатках, де необхідні точні координати, час та інша інформація.

GPS-приймач

Це пристрій, який одночасно яке визначає координати місця розташування антени, грунтуючись на інформації про тимчасові затримки радіосигналів від супутників Navstar.

Вимірювання формуються з точністю до трьох-п'яти метрів, а якщо є сигнал від наземної станції - до одного міліметра. GPS-навігатори комерційного типу на старих зразках мають точність від ста п'ятдесяти метрів, а на нових - до трьох метрів.

На основі приймачів виготовляють GPS-логгер, GPS-трекери і GPS-навігатори.

Устаткування може бути призначеним для користувача і професійним. Друге відрізняється якістю, режимами роботи, частотами, системами навігації і ціною.

GPS-навігатори: карти

Карти підвищують якість навігатора. Вони бувають векторного і растрового типів.

У векторних варіантах зберігаються дані про об'єкти, координатах і інша інформація. У них може бути закладена характеристика місцевості природного типу і безлічі об'єктів, наприклад, готелів, заправок, ресторанів і т. Д. Так як вони не містять зображень, займають менше місця і швидше працюють.

Растрові типи - найбільш прості. Вони являють собою зображення місцевості за географічними координатами. Може бути зроблена фотографія з супутника або карта паперового типу - відсканована.

В даний час є навігаційні системи, які користувач може доповнювати своїми об'єктами.

GPS-трекери

Таке радіоприймальний пристрій приймає і передає дані для контролю і спостереження за пересуваннями різних об'єктів, до яких його прикріплюють. У нього входить приймач, що визначає координати, і передавач, що відправляє їх користувачеві, що знаходиться у видаленні.

• персональними, використовуваними індивідуально;
• автомобільними, що підключаються до бортової автомережі.

Їх застосовують для визначення місцезнаходження різних об'єктів (людей, транспорту, тварин, товарів і так далі).

Проти цих пристроїв можуть бути використані кошти придушення сигналів, які формують перешкоди на тих частотах, де працює трекер.

GPS-логгер

Дані радіоприймачі здатні працювати в двох режимах:

• звичайного GPS-приймача;
• Логгер, записуючи в пам'ять інформацію про шлях, який був пройдений.

• портативними, оснащеними малогабаритної акумуляторною батареєю;
• автомобільними, що харчуються від бортової мережі.

У сучасних моделях логгерів є можливість записування до двохсот тисяч точок. Також пропонується відзначати будь-які точки на своєму шляху.

Пристрої активно застосовуються в туризмі, спорті, стеження, картографії, геодезії і так далі.

Глобальне позиціонування сьогодні

На основі наведеної інформації можна зробити висновок, що подібні системи вже використовуються повсюдно, і сфера застосування має тенденцію до ще більшого розповсюдження.

Глобальне позиціонування охоплює сферу споживання. Використання самих останніх технічних новинок робить систему однією з найбільш затребуваних на цьому сегменті ринку.

Поряд з GPS вУкаіни розробляється ГЛОНАСС, в Європі - Galileo.

У той же час глобальне позиціонування не позбавлене недоліків. Наприклад, в квартирі залізобетонної будівлі, в тунелі або підвалі визначити точне місцезнаходження неможливо. Нормальному прийому здатні перешкодити магнітні бурі і радиоисточники, що знаходяться на землі. Мапи швидко застарівають.

Найбільшим недоліком є ​​те, що система повністю залежить від Міністерства оборони США, яке в будь-який момент може, наприклад, включити перешкоди або відключити громадянську частина взагалі. Тому так важливо, що крім системи глобального позиціонування GPS і ГЛОНАСС, і Galileo також розвиваються.