GPS

Сегодня в мире, наверное, осталось уже мало людей, которые хотя бы раз не слышали о GPS — спутниковой системе навигации, помогающей без труда ориентироваться на любой, даже незнакомой местности. Однако не всем понятно, как же эта система работает и для каких целей ее можно использовать. Чтобы понять это, попробуем выяснить основные принципы работы GPS.

Итак, термин GPS (сокращение от Global Positioning System) так и расшифровывается: спутниковая система навигации. Эта глобальная сеть, построенная с помощью космического и наземного оборудования, изначально должна была служить исключительно военным целям. Однако, как это часто бывает в современном мире, военная технология нашла успешное применение и в мирных целях.

Если говорить упрощенно, то работа GPS зависит от взаимодействия нескольких видов оборудования. Во-первых, это искусственные спутники земли (всего 29 штук, из которых 24 обеспечивают позиционирование, а 5 постоянно находятся «в запасе»), которые с земли координируются специализированной системой управления. Во-вторых, это GPS-навигаторы — клиентские устройства, которые принимают и обрабатывают сигналы спутников. Наконец, в системе есть еще и дополнительный элемент — система радиомаяков (дифференциальная GPS), которые обеспечивают повышенное качество сигнала со спутников.

Все спутники, входящие в систему GPS, облетают Землю за 12 часов и работают с шести различных круговых орбит, которые проложены так, чтобы с любой точки поверхности земли каждый GPS-навигатор мог «увидеть» не менее 4 (а в идеале −12) спутников. Каждому спутнику присвоен номер (от 1 до 32), который, собственно, и высвечивается на экране GPS-приемника. Как вы уже заметили, номеров задано больше, чем самих спутников. Сделано это для того, чтобы специалисты могли буквально «на лету» производить замену оборудования: сначала запускается новый спутник, которому присваивается «резервный» номер, а потом уже старый выводится из системы. Все спутники постоянно передают сигналы, содержащие определенные данные о состоянии оборудования, а также альманах — набор данных, координирующий работу всей системы.

Суть сигнала, который поступает на GPS-приемник, означает примерно следующее: «Спутник Х в данный момент имеет положение Y. Точное время — Z часов Z минут». Приемник получает сигнал со спутника и, сравнив время отправки и получения, определяет расстояние до него. Затем также обрабатываются сигналы еще с нескольких спутников, сравниваются между собой, и, вуаля! — мы знаем свое местоположение. Для того, чтобы сориентироваться на плоскости (в двух измерениях — по широте и долготе), необходим анализ данных с трех спутников. Если же обработаны 4 сигнала, можно дополнительно понять, на какой высоте мы находимся. За некоторое время GPS-приемник может также с легкостью рассчитать, с какой скоростью и в каком направлении вы движетесь.

Думаю, картина достаточно ясна. Проблема в том, что GPS работает далеко не так идеально. По ряду причин GPS-приемники постоянно «халтурят», ошибаясь с определением точного местоположения своего хозяина. Чаще всего виной тому, как ни странно, сами разработчики системы. Точнее, Мин.обороны США, которое намеренно ограничило точность гражданской системы GPS, введя так называемый SA (от Selective Availability — избирательный доступ). Из-за этого обычный приемник может ошибаться на 30, а то и на 100 метров.

Подоплека такого ограничения, в принципе, понятна. SA — это своеобразная плата за то, что американские военные поделились своей разработкой со всем миром. Теперь каждый человек на Земле может примерно определить свое местоположение, но было бы несколько глупо давать потенциальным противникам (террористам, например) возможность получать максимально точные координаты.

Впрочем, есть и другие причины SA. Например, далеко не идеальная геометрия спутников (то есть то, как они располагаются на орбитах относительно друг друга и конкретного GPS-приемника). Приемник может «видеть» 4 и даже 6 спутников, но все они, например, находятся на запад и север от него. Обрабатывая такие «однообразные» сигналы, приемник вряд ли сможет вычислить точную точку своего положения, и погрешность, скорее всего, будет составлять от 100 до 150 м.

Бывает и так, что GPS-приемник не способен «увидеть» часть спутников. Чаще всего это происходит в городе, среди высоких зданий, или в горах, когда небо заслонено различными объектами. Или сигналы будут поступать на приемник не напрямую, а отражаясь от поверхности объектов, искажая реальное расстояние до спутника. В этом случае точность приемника будет напрямую зависеть от того, сколько же спутников он может «правильно видеть» в этой местности. В итоге, достаточно высокая точность возможна только в том случае, если спутники в данных момент времени находятся в разных направлениях, а вы передвигаетесь по открытой местности. Вот тогда вы получите минимальный SA — всего метров 20—30.

Итак, на практике точность среднестатистического гражданского GPS-приемника составляет от 20 до 70 м. Если же вам повезло приобрести в пользование дорогой и достаточно сложный прибор (обычно его стоимость исчисляется несколькими тысячами долларов), он теоретически может показать вам очень высокую точность: буквально до нескольких сантиметров.

Впрочем, есть и другой способ повысить точность показаний. Для этого специалисты GPS разработали DGPS — дифференциальную GPS, которая корректирует спутниковые сигналы. Делается это с помощью дополнительных, фиксированных в одной точке GPS-приемников, которыми владеют специальные службы (например, Береговая охрана США или Инженерный корпус Армии США). Сигналы со спутников поступают на эти фиксированные GPS-приемники, корректируются и передаются по всему миру по системе морских радио-буев. Построив DGPS, эти ведомства не только обеспечивают собственные нужды, но и оказывают бесплатную или платную помощь рядовым пользователям GPS. Для того, чтобы начать использовать DGPS, необходимо лишь приобрести специальный DGPS-приемник. Он без труда подключается к обычному GPS-навигатору и передает на него необходимые поправки.

В принципе, как уже было сказано, услуга DGPS может быть бесплатной. Однако, если вам необходима действительно высокая точность, можно воспользоваться платными системами. Цена вопроса будет зависеть только от того, насколько высокие требования вы предъявляете к точности вашего приемника.

Как правильно выбрать GPS приёмник?

Это интересно:

• Мониторинг транспорта
• Глонасс мониторинг транспорта