Сегменты GPS

Построение созвездия спутников GPS началось с создания серии из 11 спутников, называющейся Блок 1. Первый спутник из этой серии (а также и всей системы GPS) был введён в эксплуатацию 22 февраля 1978, а последний из серии был введён в эксплуатацию 9 октября 1985. Изначально Блок 1 задумывался как эксперимент. Двугранный угол между экватором и орбитами составлял 63. В следующих версиях системы GPS данное значение было изменено. Несмотря на то, что при проектировании было выявлено, что Блок 1 может находится на орбите не более 4,5 лет по техническим причинам, некоторые спутники из этого блока функционировали более, чем 10 лет. Блок 1 был выведен из использования 18 ноября 1995.

 

Глобальная система позиционирования (GPS) это навигационная система, основанная на спутниковых наблюдениях, созданная министерством обороны США в начале 1970-х. Изначально GPS задумывалась, как система, предназначенная для обеспечения топогеодезической информацией лишь военной структуры США. Однако, немного позже данная технология стала применяться как в военных, так и в гражданских целях, как она и используется до наших дней.

 

GPS обеспечивает продолжительную передачу временной и координатной информации по всему миру в любую погоду. Так как GPS обслуживает неограниченное количество пользователей так же хорошо, как и используется в целях обороны, GPS является системой, действующей лишь в одном направлении (пассивной системой). То есть пользователи могут лишь принимать спутниковые сигналы. В данной главе представлена сама система GPS, её компоненты и основная суть её функционирования.

 

Система спутников GPS состоит из трёх разнонаправленных сегментов:

 

Космическая часть системы состоит из двадцати четырёх спутников, как было описано выше. Каждый спутник излучает сигнал, состоящий из нескольких компонентов: 2 синусоидальных волны (так же известные как несущие волны), 2 цифровых кодовых сообщения и навигационного сообщения. Кодовые и навигационные сообщения передаются в составе несущей частоты с помощью бинарных модуляций. Фазовая и кодовая части спутникового сигнала используются для определения расстояния от спутника до приёмника. В навигационном сообщении содержатся не только навигационные данные, но и координаты (положение) спутников как функция времени. Излучаемые со спутников сигналы контролируются высокоточными атомными часами на борту спутников. В данный момент система GPS состоит из созвездия 24-х постоянно действующих спутников. Это созвездие известно, как первоначальный оперативный потенциал (IOC), который был готов к использованию в июле 1993. Однако, официальный релиз IOC состоялся 8 декабря 1993. В целях обеспечения всемирного покрытия спутники GPS были расположены по 4 штуки на 6 орбитах. Вследствие такой конфигурации спутников в любое время суток в любой точке земного шара можно поймать сигнал от 4-10 спутников при угле отсечки в 10. Как будет описано в дальнейшем, для определения планово-высотного положения приёмника на Земле необходимо получать сигналы как минимум от 4 спутников.

 

Спутниковые орбиты GPS имеют форму, подобную окружности (форму эллипсоида с максимальным эксцентриситетом около 0,01), наклонённые к плоскости экватора примерно на 55. Большие полуоси орбит GPS равны примерно 26,560 км (то есть высота спутника над поверхностью земли составляет примерно 20,200 км). Спутники GPS огибают земной шар примерно за 12 сидерических часов (11 часов 58 минут).17 июля 1995 был достигнут и стал общедоступен полный оперативный потенциал (FOC), представляющий из себя 24 полностью функционирующих, не экспериментальных спутников. Фактически, в соответствии с пунктом 1.4, с тех пор, как был достигнут уровень FOC, число спутников в созвездии всегда превышало 24.

 

Сегмент управления системой GPS состоит из сетей базовых референсных станций, расположенных по всему миру, а международная космическая станция (МКС) находится в американском городе Колорадо Спрингс (Штат Колорадо).