Пожалуй, самой распространенной и стабильно работающей системой спутниковой навигации является система NAVSTAR (чаще называемая просто GPS - Global Positioning System), принадлежащая министерству обороны США. GPS позволяет в любом месте Земли, включая приполярные области, почти при любой погоде определять местоположение и скорость объектов.
Коротко о главном
Основой системы являются навигационные спутники, движущихся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Информация в C/A коде (стандартной точности) распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование. Военное применение (точность выше на порядок) обеспечивается зашифрованным кодом. 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиции и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (~29 на 2006 год). Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено 31. Так они выглядят.
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000—4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.
Историческая справка
Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от нашего спутника и обнаружили, что частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и понижается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственные координаты.
Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, Глобальная Система Позиционирования или сокращённо GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле. Также с помощью системы вмонтированной в спутники стало реально определять мощные ядерные заряды, находящиеся на поверхности планеты.
Первоначально GPS — глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после 1983 г. президент США, Рональд Рейган, разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Но точность была уменьшена специальным алгоритмом.
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки, и в 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США. Следует отметить, что в любой момент это загрубление может быть восстановлено.
Как работает
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приёмников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.
GPS сегодня
Сегодня GPS-приёмники можно использовать в гражданских целях, в основном для определения местонахождения и скорости. GPS-устройства продают во многих компьютерных магазинах. Какими же они бывают? Начнем со спортивных GPS-устройств.
Формой и размерами они напоминают либо сотовые телефоны конца девяностых, либо часы и отображают на дисплее только навигационную информацию: время, координаты, среднюю скорость движения, высоту над уровнем моря, направление на точку и компас. Кроме того, все спортивные устройства глобального позиционирования, позволяют прокладывать маршруты. Идя по маршруту, Вы можете обозначить точку отправления, чтобы затем устройство показало Вам направление на эту точку, и Вы смогли вернуться обратно по кратчайшему пути. На первый взгляд этого достаточно — но у этих устройств есть один минус; в них нет карты местности.
Если же вам захочется узнать не только свое местоположение, но и находящиеся поблизости объекты, то в этом случае на помощь придут универсальные GPS-навигаторы.
В эти устройства загружается карта, и они отображают всю необходимую информацию. Карманные компьютеры могут вмесить в себя GSM-модуль для того чтобы владелец мог общаться по телефону, а также интернет для загрузки информации о пробках. Минусом этих девайсов является высокая стоимость и небольшое время автономной работы.
Самым простым и экономичным вариантом считается отдельный GPS-модуль, его можно подключить к любому карманному компьютеру, ноутбуку и даже к некоторым продвинутым моделям телефонов. Такой GPS модуль работает от 9 часов и выше, без подзарядки. Остаётся только записать на выбранное вами устройство карту местности и можно начинать путешествие.
Большое распространение получили и автомобильные GPS-навигаторы. В основном они напоминают современные медиаплееры, т.е. обладают трансфлективным дисплеем и несколькими функциональными кнопками. В них тоже можно загружать карты, получать информацию о пробках и т.д. Дополнительный плюс – это возможность подзарядки и вообще работы от прикуривателя автомобиля. Если вы путешествуете на авто, то этот вариант самый оптимальный. В некоторых дорогих автомобилях распространенной практикой стала установка стационарных навигационных систем, интегрированных в электроначинку автомобиля.
Подпишись на RSS и скоро ты узнаешь, как можно использовать GPS для развлечений. Не знаешь, что такое RSS? Тебе сюда.
Комментариев нет:
Отправить комментарий