Что такое GPS?

Введение

Глобальная Система Позиционирования (Global Positioning System - GPS) – это навигационная система, позволяющая точно определить ваше положение в любой точке земного шара, с точностью, как правило, в несколько метров. Эта удивительная технология доступна для каждого, работает и днем и ночью, а самое главное – не требуется никакой оплаты за полученные навигационные данные. GPS использует совокупность из 24-х спутников на определенных орбитах приблизительно в 11 000 миль над землей. Спутники передают данные через высокочастотные радиоволны обратно на Землю и, захватывая эти сигналы, GPS приемник обрабатывает полученные данные и определяет Ваше точное местоположение на земном шаре.

GPS работает 24 часа в сутки, в любых погодных условиях, и может использоваться по всему миру для точной навигации на земле, на воде и даже в воздухе. Он находит свое применение в таких областях как: лодочный спорт, рыбалка, охота, разведка на земле и с воздуха, пеший туризм, велотуризм, рафтинг, верховая езда, авиация, поиски пострадавших от стихийных бедствий и многих других, где требуется определение местоположения.

Как GPS определяет Ваше положение

GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии.

Захватывая сигналы, минимум трех различных спутников, приемник GPS может вычислить 2D (двухмерное) местоположение, состоящее из широты и долготы. Захватывая сигнал от четвертого спутника, GPS может вычислить 3D (трехмерное) положение, т.е. кроме широты и долготы еще и высоту над уровнем моря.

Для того чтобы сделать это, GPS использует 12-ти параллельно-канальный приемник. Три канала фиксируют сигналы спутников для триангуляции. Еще один канал фиксирует сигнал с четвертого спутника для 3D навигации. Эти четыре канала непрерывно и одновременно отслеживают четыре спутника в лучших геометрических позициях относительно вас. Дополнительные восемь каналов отслеживают все остальные видимые спутники, потом добавляют эти данные к данным от первых четырех спутников, что позволяет более точно определить координаты. Дополнительные каналы также гарантируют надежную, продолжительную и непрерывную навигацию, даже в неблагоприятных условиях, таких как долины и плотные леса.

Точность GPS

GPS были зарождены в 1970-х-годах и контролируются Министерством Обороны Соединенных Штатов. Хотя GPS первоначально предполагались для военного использования, Правительство США сразу поняло, что этим устройствам найдется многочисленное применение и для гражданского использования. В последствии, Мин. Обороны США создало два кода передачи: P code (Precision code – код точности) - для военного использования и C/A code (Civilian Access code – Гражданский код Доступа) - для гражданского использования.

Самые высокие уровни точности должны были сохраняться для вооруженных сил, чтобы предотвратить враждебные вражеские нападения на США, используя их собственную навигационную систему. Однако, однажды выяснилось, что гражданские GPS приемники, используя С/А код, оказались более точными, чем предполагалось Мин. Обороны. Поэтому, вооруженные силы разрабатывали систему для ухудшения точности сигнала передаваемых на гражданские GPS приемники. Это намеренное ухудшение точности называют Выборочный Доступ или S/A (Selective Availability). Это уменьшило уровень точности гражданских GPS до 100 метров и более. Однако типичная точность для большинства пользователей составляла в среднем между 20 и 50 метрами. Вы легко можете увидеть эффект S/A на GPS приемнике при отсутствии движения. Как правило, есть случайные колебания скорости движения, параметров высоты и позиционных показаний, в соответствии с медленным «блуждающим» положением на следе картографа. Это легко увидеть при зуме (zoom) 0,1 или 0,2 км не двигаясь. Например: в то время как вы запарковали свою лодку в доке, вы наблюдаете необъяснимые изменения скоростных показателей, которые повышаются на несколько км/ч, даже если Вы не двигаетесь.

Диаграммы точности позиции, используя стандартный GPS приемник Lowrance (отличия в масштабе).
5,5 часовой период перед отключением Выборочного Доступа8-ми часовой период после отключения Выборочного Доступа
долготадолгота

2 мая 2000 года ограничения, накладываемые Выборочным Доступом (S/A), были сняты Федеральным Правительством США. Взамен были разработаны другие методы ограничения доступа к данным спутников. В результате точность определения координат для гражданских GPS приемников была повышена от 100 метров до диапазона в 10-20 метров. Теперь авиаторы, охотники, водители, туристы могут передвигаться по любым маршрутам на любой незнакомой территории. Рыбаки могут возвращаться на свои «прикормленные» места на озере или реке. GPS приемники в сочетании с передовыми технологиями смогут отвести Вас туда, куда Вы захотите пойти.

Решение снять ограничения для гражданских GPS было окончательно принято, т.к. GPS продолжает играть очень важную роль в жизни людей по всему миру. GPS – глобальный стандарт в навигации потому, что он полностью бесплатен при использовании.

Дифференциальные GPS

Дифференциальные GPS (Differential GPS), или DGPS, были разработаны для улучшения точности GPS до нескольких метров. DGPS первоначально были инициированы Береговой Охраной США, чтобы противостоять ухудшению точности Выборочного Доступа. Даже с S/A, теперь устраненным, DGPS остается ключевым инструментом для очень точной навигации на земле и море. Технология DGPS дополняется наземным приемником, расположенным на точно разведанном участке, связанным с остальными GPS компонентами. Эта, неподвижная связная станция DGPS знает, где расположены спутники в космосе в любой момент времени, так же как и свое точное расположение. Это позволяет станции вычислять теоретическое расстояние и время прохождения сигнала между собой и каждым спутником. Когда эти теоретические измерения не совпадают с реальными спутниковыми сигналами, то эти отличия представляются в виде ошибки спутникового сигнала. Все связные станции DGPS передают все ошибочные факторы на ваш DGPS приемник, который дает информацию вашему GPS приемнику о том, как использовать данные для корректировки собственных измерений и вычислений.

Глобальная Коррекция Спутниковых Данных

(Wide Area Augmentation System - WAAS)

Система GPS обеспечивает необходимую точность для наземных передвижений, но не обеспечивает специальных требований, выдвигаемых Федеральным Управлением Авиации США. Выполнение этих требований возложено на дополнительную систему Глобальной Коррекции Спутниковых Данных (WAAS). Это дополнение к системе GPS включает контроль временных интервалов и повышение точности определения координат. Но эта подсистема имеет несколько ограничений. Во-первых, система WAAS еще не полностью введена в эксплуатацию; хотя все наземные станции слежения уже работают, но лишь несколько из требуемого числа спутников уже выведены на орбиту. Во-вторых, WAAS предназначена большей частью для нужд авиации. Орбиты спутников находятся довольно низко над линией горизонта, так что приемники, установленные на летательных аппаратах и судах, находящихся в открытом море, обеспечивают уверенный прием, однако, любые препятствия естественного или искусственного происхождения способны полностью или частично блокировать прохождение радиосигналов.

Вы найдете, что приемник GPS обеспечивает высокую точность даже без использования преимуществ WAAS. Однако помните, что этот приемник всего лишь прибор. Всегда имейте при себе альтернативные методы навигации, такие как хорошая карта и магнитный компас!!!

Перевод: Navitech.kiev.ua
Lowrance Electronics