Що таке gps

Супутникова навігаційна система GPS є цілий комплекс, основою якого є 24 супутника (системи NAVSTAR) і ряд наземних станцій спостереження, об'єднаних в загальну мережу. Супутники обертаються навколо Землі по кругових орбітах на висоті близько 20 200 км (11 000 морських миль). Зазначена висота необхідна для забезпечення стабільності орбітального руху супутників і зменшення фактора впливу опору атмосфери. Як абонентського обладнання служать індивідуальні GPS-приймачі, здатні приймати сигнали з супутників і за прийнятою інформації обчислювати своє місце розташування. Кожен супутник робить два повних обороту менше ніж за 24 години і рухається зі швидкістю приблизно 11 000 км / ч. У шести різних площинах розташоване по 4 супутника, що мають нахил до екватору в 55 °. На борту кожного супутника встановлений атомний годинник, щоб забезпечити точність 10 -9 с, вичіслітельнокодірующее пристрій і передавач потужністю 50 Вт, що випромінює на частотах f1 = 1575,42 МГц і f2 = 1227,60 МГц. Сигнал f1 має два віддалемірних коду з псевдовипадковим шумом (PRN), P-код і C / A-код. «Точний» або P-код може бути зашифрований для військових цілей. «Грубий» або C / A-код не зашифрований. Сигнал f2 модулюється тільки з P-кодом. Більшість цивільних користувачів використовують C / A-код при роботі з GPS-системами. Кожну мілісекунду супутники передають на Землю:

свій статус (повідомлення про справність або несправність);

поточну дату;

поточний час;

дані альманаху (інформація про те, в якому місці небесної сфери повинен знаходитися кожен супутник в будь-який момент часу протягом доби, тобто орбітальні дані всіх супутників);

точний час відправлення всієї сукупності повідомлень.

Харчування супутників GPS забезпечують сонячні і резервні акумуляторні батареї, розташовані на борту. Кожен супутник має невеликі ракетні двигуни, призначені для корекції орбітальних траєкторій. Супутники GPS обертаються навколо Землі по кругових орбітах з частотою два обороту на добу, передаючи навігаційні радіосигнали. GPS-приймачі приймають ці сигнали і обчислюють місце розташування методом тріангуляції. Приймач порівнює час випромінювання сигналу з часом прийому цього сигналу. Різниця між цими величинами дозволяє обчислити відстань до супутника. Знаючи відстань до декількох супутників, GPS-приймач може визначити своє місце розташування і відобразити його на електронній карті. Орбіти супутників розташовуються приблизно під кутом 60 ° один до одного, що впливає на точність роботи всієї системи. Цим досягається те, що сигнал хоча б від деяких супутників може прийматися повсюдно в будь-який час. Одним з найважливіших переваг GPS перед існуючими раніше наземними системами є всепогодность. Незалежно від того, для яких цілей ви використовуєте навігацію, GPS-приймач готовий показати ваше місце розташування - і саме тоді, коли вам це треба.

Що може GPS-приймач:

Визначати географічні координати місця (широту і довготу). Частота оновлення даних - 1 секунда.

Виходячи з того, що він знає де знаходиться кожну секунду, GPS-приймач обчислює пройдену відстань, швидкість поточну і середню, розраховує час прибуття в потрібну точку виходячи з поточної швидкості при русі в розрахункову точку.

Малює на вбудованому екрані маршрут руху - трасу. Потім може вивести «назад по сліду».

Може вести вас по маршруту, переходячи від точки до точки. Різні моделі мають різну кількість запам'ятовуються маршрутів.

Обчислює відстань між двома довільними точками і азимут між ними.

Обчислює схід і захід сонця в будь-якій точці світу в будь-яку довільну дату.

Взагалі кажучи, GPS може знайти застосування скрізь, крім місць, де можна приймати супутникові сигнали, тобто в будівлях, під землею, під водою і т.п. В авіації найбільш поширене застосування GPS в навігаційному обладнанні літаків. На море GPS зазвичай використовується рибалками і любителями відпочинку на морі в якості навігаційного приладу. Наземне застосування GPS дуже різноманітно. Залежно від області застосування, а також від вартості, виконання GPS-приймачів також вельми різноманітно. В цілому весь спектр моделей можна розділити на чотири великі групи:

Персональні GPS-приймачі. Ці моделі відрізняються малими габаритами і широким набором сервісних функцій: від базових навігаційних, включаючи можливість формування і розрахунку маршрутів слідування, до функції прийому і передачі електронної пошти.

Автомобільні GPS-приймачі. які призначені для установки в будь-якому наземному транспортному засобі і мають можливість підключення зовнішньої приймально-передавальної апаратури для автоматичної передачі параметрів руху на диспетчерські пункти.

Морські GPS-приймачі. оснащені ультразвуковим ехолотом, а також додатковими змінними картриджами з картографічною і гідрографічної інформацією для конкретних берегових районів.

Авіаційні GPS-приймачі. використовувані для пілотування літальних апаратів, включаючи комерційну авіацію.

Беручи інформацію принаймні від трьох супутників, GPS-приймач може визначити двомірні координати користувача (широту і довготу). «Захопивши» чотири і більше супутників, прилад може визначити тривимірні координати (широту, довготу і висоту). Визначивши місце розташування користувача, приймач може обчислити такі величини як швидкість, шляховий кут, траєкторію, пройдену відстань, відстань до кінцевого пункту, час сходу і заходу сонця і багато іншого.

GPS-приймач на підставі отриманої з супутників інформації визначає відстань до кожного супутника, їх взаємне розташування і обчислює свої координати за законами геометрії. Оскільки швидкість поширення радіосигналів постійна і дорівнює швидкості світла, відстань до супутників визначається по затримці часу прийому повідомлення GPS-приймачем щодо часу відправлення повідомлення з борту супутника. Звичайно, для точного визначення цієї затримки годинник на супутниках і годинник в GPS-приймачі повинні бути синхронні, що забезпечується синхронізацією годинника приймача за інформацією, що міститься, як вказувалося вище, в сигналах супутників.

Наступним вагомим фактором, що впливає на точність GPS є геометрія супутників. Простими словами, поняття «геометрія супутників» означає те, як вони розташовані щодо один одного і GPS-приймача. Якщо, наприклад, приймач «бачить» чотири супутники і всі чотири розташовані в північному і західному напрямках, то супутникова геометрія швидше погана. Причому аж до того, що приймач взагалі не зможе визначити місце розташування. Тому що всі відстані, виміряні до супутників, будуть лежати в одному глобальному напрямку. Це означає, що тріангуляція буде поганий і що область перетину побудованих прямих буде досить великий (тобто область ймовірного положення буде займати значний простір і точно вказати координати неможливо). В цьому випадку, навіть якщо приймач видає деякі значення координат, їх точність не буде достатня (помилка складе 100-150 м).

Іншими джерелами похибки є:

іоносферні і тропосферні затримки
У міру проходження атмосфери сигнал сповільнюється. Система GPS використовує вбудовану модель, яка визначає середню величину затримки для часткової корекції помилки цього типу.

многолучевой прийом
Це відбувається, коли сигнал GPS відбивається від об'єктів, таких як високі будівлі або скелі, і потрапляє в GPS-приймач. Збільшення часу проходження відбитого сигналу призводить до виникнення помилки.

помилка годинника приймача
Вбудований годинник GPS-приймача поступаються в точності атомним годинником, що знаходяться на борту супутників. Це може бути причиною невеликих помилок у визначенні часу проходження сигналу.

орбітальні помилки
Відомі також як ефемероїдниє помилки, відповідають неточності в переданому місцезнаходження супутників.

число видимих ​​супутників
Чим більше супутників «бачить» GPS-приймач, тим вище точність. Будинки, елементи рельєфу, а іноді і густе листя можуть перешкоджати прийому сигналів GPS, приводячи до помилок в місцезнаходження або до його неможливості.

Досить цікавим є використання GPS багатьма вченими і дослідниками в якості джерела точного часу. Дійсно, як уже говорилося вище, визначення часу проходження радіосигналу лежить в основі самої ідеї GPS. З цією метою внутрішній годинник приймача постійно синхронізуються з прецизійними атомним годинником, встановленими на супутниках. Це дозволяє забезпечити точність вимірювання часу від мікро- до наносекунд. Тому при проведенні наукових експериментів стає можливим повсюдно мати абсолютні точні часові позначки. Не можна, звичайно забувати, що і інформація про становище в ряді експериментів теж може становити інтерес.

Важливе місце займає GPS в роботі рятувальних служб. GPS дозволяє істотно скоротити витрати, пов'язані з пошуковими роботами і значно скоротити час проведення рятувальних операцій. Використовувані цими службами GPS-приймачі забезпечують точність до 1 м. Існують і ще більш дорогі моделі, що забезпечують точність до декількох сантиметрів.

Цілі, для яких GPS використовується любителями відпочинку на природі, так само різноманітні, як і види такого відпочинку. Сьогодні GPS стає надзвичайно популярним серед любителів пішого, гірського, водного і лижного туризму, мисливців, рибалок, велосипедистів та багатьох інших. Будь-, кому потрібно знати, де він знаходиться і звідки прийшов, як йому дістатися до потрібного місця, з якою швидкістю він рухається і коли добереться до мети - може легко користуватися перевагами, наданими GPS.

У дуже недалекому майбутньому GPS стане стандартним обладнанням автомобілів. Деякі базові системи, такі як, наприклад, виклик техдопомоги і поліції на місце аварії, вже почали впроваджуватися. Сценарій використання може бути приблизно такою: водій натиснув кнопку, GPS-приймач визначив координати і передав їх разом з сигналом виклику на диспетчерський центр і виїзна бригада вже знає, куди їхати). Впроваджуються також і інші системи, які відображають на екрані ваше становище і допомагають прокладати маршрут через лабіринти вулиць і доріг. Для контролю пересування спецавтомобілів (наприклад, інкасаторських) і для боротьби з угонами почали використовуватися системи, постійно відстежують стан рухомого об'єкту на карті місцевості.

Області використання супутникової навігації:

Софель Євген
Інженер Київського СЦ ТОВ «Астел»

Як вибрати навігатор

Часто при виборі супутникового GPS навігатора постає питання - Як його вибирати, і які параметри є найбільш важливими? Перш за все, відповідно до поставлених завдань, Вам необхідно визначитися, з якої групи необхідний GPS навігатор.

Є прилади, які показують Ваше місце розташування і переміщення на тлі графічної карти. Ця карта завантажується з комп'ютерного диска і може зберігатися безпосередньо у вбудованій незалежній пам'яті приладу, або на картриджі різної ємності (від 8-ми до 256-ти мегабайт). У деяких навігаторів немає можливості завантажувати карту, але в пам'яті приладу є база даних про населені пункти земної кулі. У пам'яті спеціалізованих приладів можуть також знаходитися дані про об'єкти морської / авіаційної навігації. Навігатори також можна розрізняти за конструктивними особливостями антени. Є прилади, що мають вбудовану антену, і працюють тільки з нею. Такі всі моделі з першої групи. Є прилади, що працюють з вбудованою антеною, але мають додаткове гніздо для підключення виносної антени. Це дозволяє працювати з приладом з закритою металевою кабіни катера або всюдихода.

Є і зовсім вже екзотичні навігатори, що представляють собою власне антену. У них немає свого екрану, і призначені вони для передачі інформації про місцезнаходження на екран локатора або комп'ютера. Корисна функція в нових моделях - вбудовані в корпусі навігатора електронний магнітний компас і барометричний альтиметр. Перший призначений для орієнтації по сторонах світу незалежно від сигналів супутників, другий - для визначення висоти над рівнем моря зі зміни атмосферного тиску, а також для відстеження історії зміни атмосферного тиску. З альтиметром Ви можете відстежити, як змінювалася висота над рівнем моря під час руху по маршруту, подивившись графік на екрані приладу. Практично всі прилади мають вихід для підключення до комп'ютера, тобто можуть передавати дані в реальному часі для відстежування місцеположення і просто зберігати дані в комп'ютері "про всяк випадок". При такому розмаїтті приладів дійсно можна розгубитися, тому перш ніж робити покупку максимально точно визначитеся - для чого Вам потрібен прилад:

Рибалкаохота - тому що що для лісу, що для річки або водосховища карта не актуальна (ну яка може бути карта для водної гладі?), то підійдуть моделі без пам'яті для карт, але зате защіщЈнние від вологи. Найчастіше стоїть завдання повернутися у вихідну точку, яку можна внести в пам'ять перед відправленням. Для цих цілей підійдуть моделі eTrex, eTrex Legend, eTrex Summit, eTrex Venture, GPS 12, GPS 76. Ці ж моделі ідеально підходять для туристичних походів. Для риболовлі, також дуже зручні прилади, які поєднують в собі можливості GPS пріЈмніка і ехолота. Ви можете одночасно бачити своЈ розташування і глибину в цьому місці. Це LMS320 від Lowrance, SeaCharter 320 DF або FishElite 320 від Eagle.

Автотуризм - тут карта стає більш необхідною, навіть якщо вона дуже приблизна. Такі карти поставляються і Garmin і Lowrance на окремих CD. У той же самий час захист від попадання вологи не так важлива. Підійдуть eMap і GPSMAP176C від Garmin, iFinder від Lowrance, або GM100 від HOLUX.

Морська навігація - тут необхідними стають вже серьЈзние картплоттери з можливістю передачі даних на радари і автопілот. Такі прилади є практично у всіх виробників навігаційного обладнання.

Джерело: shems.h1.ru