Глобальная спутниковая система GPS

GPS (Global Positioning System) расшифровывается как система глобального позиционирования. Первоначально она разрабатывалась для использования в военном деле. Примерно с 80-х годов XX века руководство США предоставило созданную систему и для гражданского использования.  Был создан проект спутниковой сети – Navstar – используемый для определения координат в абсолютно любой точке Земного шара в режиме "онлайн" при любых метеорологических условиях.

Действия по развертыванию сети глобального позиционирования начали проводить  в середине 70-х годов, а  эксплуатация созданной системы в коммерческих целях в современном  виде стартовала с 1995 года. К настоящему дню  в рабочем режиме  находятся 28 спутников, которые равномерно распределены по орбитам с высотой 20350 км. Однако, для полнофункциональной работы системы достаточно всего  24 спутника.

Принцип действия

По точно рассчитанной орбите двигаются спутники, которые имеют период обращения, равный 12 часам, и передают информацию на приемники GPS, расположенные на поверхности Земли. В свою очередь приемники методом триангуляции (триангуляция – это разбивание площадного объекта на треугольники) вычисляют точное позиционирование пользователя.

Простыми словами, приемник проводит сравнение времени, которое передал спутник, и времени, когда оно  отправлено. По полученной разности во времени  можно судить о дальности расположения спутника. Аналогичные действия приемник совершает с еще несколькими спутниками, а затем определяет местоположение пользователя и показывает его на карте.

Спутники GPS

Система составлена  из 24-х орбитальных спутников. Они расположены на высоте 12 тысяч миль и находятся в непрерывном движении, проходя  две полные орбиты  менее чем за 24 часа (одни звездные сутки – 23 часа 56 минут). Скорость их составляет около 7 тысяч миль в час. Питание спутников происходит от солнечной энергии, также они имеют батареи на борту для работы в периоды солнечных затмений. Траектория полета контролируется  ракетным ускорителем, находящимся на каждом спутнике.

Один спутник имеет вес порядка 2 тысяч фунтов (787 килограмм)  и имеет размер около 17 футов (примерно 6 метров) вместе с солнечными панелями. Срок службы спутника в среднем 10 лет. Стоимость одного спутника составляет огромную сумму – около 500 миллионов долларов.

Точность, получаемая при использовании GPS

Разумеется, один из наиболее важных критериев системы – это точность. Современные приемники определения координат очень точные, несмотря на погодные, архитектурные  условия и т.д. Также качество приемников играет немаловажную роль в точности получаемой информации. На сегодняшний день можно получить данные с точностью до 1-4 метра(ов)!

Также существуют наземные дифференциальные станции, которые передают особые сигналы, называемые корректирующими. Обычно такие станции располагают в прибрежных районах, бассейнах рек. Сигналы этих станций корректируют данные при определении местоположения пользователя. При использовании таких станций сложного уровня появляется возможность получения координат с точностью до 10 сантиметров.

Источники ошибок сигнала (влияние на точность)

Число спутников – принцип прост – чем больше спутников видит приемник, тем точность выше.

Ошибки в измерении времени приемником  - на приемнике часы имеют большую погрешность, чем на спутнике.

Ошибки, вызванные влиянием атмосферы – при прохождении через слои атмосферы сигнал задерживается  (очень маленькие величины). Сигнал может не проходить  в железобетонных зданиях и сооружениях, в подвалах, квартирах и т.д.

Положение аппаратов относительно друг друга – наибольшая точность достигается, когда спутники располагаются под широкими углами относительно друг друга.

Эфемеридные ошибки — погрешности местоположений спутников. Точность падает в приполярных районах Земли (из-за низкого наклонения орбит спутников).

Области применения:

• Навигация – наиболее распространенная область применения. Простота, скорость определения – все это позволяет применять систему GPS в морском и военном деле, водителям, пешеходам и т.д.
• Картография – с помощью данных системы составляются подробные карты и планы местностей любой сложности и любого масштаба.
• Геодезия – упрощаются определения контуров участков земли и координат используемых объектов.
• Транспорт – маршрут, состояние загруженности дорог – легко узнать с помощью GPS.
• Метеорология – получение данных о погодных условиях в конкретной местности.
• Тектоника – мониторинг движения тектонических плит Земли, и, как следствие, прогноз таких стихийных бедствий, как землетрясения, цунами и извержения вулканов.
• Мобильная связь – в экстренных случаях можно узнать местоположение звонящего.

Кратко подводя итог, можно с уверенностью сказать, что GPS система  - это прорыв в современной науке и технике. И если ее использовать во благо, то многие сферы жизни и работы значительно облегчаются и выходят на новый, более сложный уровень.

Размещено: 17.02.2017