Жпс навигатор как работает


Как работает GPS-навигация

Менее чем за $100, вы можете получить карманный гаджет, который расскажет вам в любой момент, в какой именно точке земного шара вы находитесь. Пока у вас есть GPS-навигатор, и вы ясно видите небо, вы никогда не потеряетесь. В этой статье мы выясним, как эти удобные устройства-гиды проделывают удивительный трюк, ориентируя нас в пространстве.

Когда люди говорят о «GPS», они обычно имеют в виду приёмник GPS. На самом же деле Система глобального позиционирования (GPS) – это группировка из 27 спутников на околоземной орбите (24 в эксплуатации и три запасных). Американские военные разработали и внедрили эту спутниковую сеть в качестве системы военной навигации, но вскоре открыли её для всех желающих.

Каждый из этих спутников весом 1300 – 1800 кг крутится вокруг планеты на высоте примерно 19300 км, делая два полных оборота каждый день. Орбиты расположены так, что в любое время и в любом месте на Земле есть, по крайней мере, четыре спутника «видимых» в небе.

Работа приёмника GPS заключается в том, чтобы найти четыре или более из этих спутников, выяснить расстояние до каждого, и использовать эту информацию для вычисления собственного месторасположения. Эта операция основана на простом математическом принципе, который называется трилатерация. Трилатерация в трёхмерном пространстве может быть сложновата, поэтому мы начнем с объяснения простой двухмерной трилатерации.

Двухмерная трилатерация

Представьте, что вы где-то в Соединенных Штатах, и вы совершенно потерялись – по какой угодно причине – и у вас нет ни малейшего представления о том, где вы находитесь. Вы спрашиваете у кого-нибудь из местных: «Где я?», на что вам отвечают: «Вы находитесь в 625-и милях от города Бойс, штат Айдахо».

Это хороший, основательный факт, но он не особенно полезен сам по себе. Вы можете быть где угодно в радиусе 625 миль от этого самого Бойса, как на картинке:

Вы спрашиваете кого-то ещё, где вы находитесь, на этот раз, скажем, даму, и она говорит: «Вы в 690 милях от Миннеаполиса, штат Миннесота». Уже лучше. Если совместить эту информацию с информацией о городе Бойс, вы получите две накладывающиеся окружности. Теперь вы знаете, что вы должны быть на одной из двух точек пересечения окружностей, если вы в 625 милях от Бойса и 690 милях от Миннеаполиса.

Если третий спрошенный скажет вам, что вы 615 милях от Тусона, штат Аризона, можно отбросить одну из возможностей, так как третья окружность пересекается лишь с одной из этих точек. Теперь вы знаете точно, где вы находитесь – в Денвере, штат Колорадо.

Тот же принцип работает и в трёхмерном пространстве, но вы имеете дело с шарами вместо окружностей. В следующем разделе мы рассмотрим этот тип трилатерации.

3D трилатерация

По сути трёхмерная трилатерация не сильно отличается от двухмерной, но для визуализации она немного сложнее. Представьте себе, что радиусы из предыдущих примеров уходят во всех направлениях. Таким образом, вместо ряда кругов вы получаете ряд сфер.

Если вы знаете, что находитесь в 16 км от спутника А в небе, вы можете быть в любом месте на поверхности огромной мнимой сферы радиусом в 16 км. Если вы также знаете, что вы в 24 км от спутника Б, вы можете наложить первую сферу на вторую, большую. Пересечение сфер даёт идеальную окружность. Если вы знаете расстояние до третьего спутника, вы получаете третью сферу, которая пересекает эту окружность в двух точках.

Земля сама по себе может выступать в качестве четвертой сферы, ведь только одна из двух возможных точек на самом деле будет на поверхности планеты, так что вы можете исключить ту точку, которая находится в космосе. Приёмники обычно берут данные с четырёх или более спутников для снижения погрешности и получения более точной информации о высоте над поверхностью.

Анимированная схема вращения cпутников GPS. Обратите внимание, что число видимых спутников меняется в зависимости от местонахождения.

Чтобы проделать это несложное вычисление, приёмник GPS должен «знать» две вещи: расположение по крайней мере трёх спутников над вами и расстояние между вами и каждым из этих спутников. Данные расчитываются путём анализа высокочастотных радиосигналов малой мощности от спутников. 

GPS-вычисления

Прибор GPS вычисляет расстояние до спутников, замеряя время путешествия сигнала со спутника на приёмник. Удивительно, но это довольно сложный процесс. В определенный момент времени (скажем, в полночь), спутник начинает передавать длинный цифровой паттерн, называемый псевдослучайным кодом. Приёмник начинает «проигрывать» тот же цифровой паттерн также ровно в полночь. Когда сигнал спутника достигает адресата, его передача будет немного отставать от кода, проигрываемого в приёмнике.

Продолжительность задержки равна времени прохождения сигнала. Приёмник умножает это время на скорость света, чтобы определить, как далеко путешествовал сигнал. Предполагая, что сигнал путешествовал по прямой линии, получаем расстояние от приёмника до спутника.

Для того чтобы произвести эти измерения, приёмнику и спутнику необходимы часы, которые должны быть синхронизированы до наносекунды. Чтобы сделать систему спутникового позиционирования, работающую только на синхронизированных часах, вы должны иметь атомные часы не только на всех спутниках, но и в самом приёмнике. Однако атомные часы стоят от 50 до 100 тысяч долларов, что делает их просто слишком дорогими для массового потребителя.

Разработчики GPS нашли умное и эффективное решение этой проблемы. Каждый спутник содержит дорогие атомные часы, но сам приёмник использует обычные кварцевые, которые он постоянно переустанавливает. Коротко говоря, приёмник смотрит на входящие сигналы от четырех или более спутников и измеряет свою погрешность.

Чтобы информация о расстоянии была пригодна к использованию, приёмник также должен знать, где на самом деле находятся спутники. Это не особенно трудно, потому что спутники перемещаются на очень высокой и предсказуемой орбите. Приёмник GPS просто сохраняет навигационный календарь, который показывает, где каждый спутник должен находиться в любой заданный момент времени.

После того как приёмник производит этот расчёт, он может сообщить вам широту, долготу и высоту своего актуального местонахождения. Для того чтобы сделать навигацию более удобной для пользователей, большинство приёмников привязывают эти данные к картам, хранящимся в их памяти.

Стандартный приёмник GPS не только укажет вам ваше место на карте, но также способен отслеживать по карте ваши перемещения. Если вы оставите приёмник включённым, он может находиться в постоянной связи со спутниками GPS, чтобы отслеживать изменение вашего положения. С помощью этой информации и встроенных часов, приёмник может дать вам следующие ценные сведения:

• Как далеко вы уже уехали;

• Как долго вы путешествуете;

• Вашу скорость в настоящий момент;

• Вашу среднюю скорость;

• Расчётное время прибытия в пункт назначения при сохранении текущей скорости.

По материалам: How Stuff Works. Авторы: Маршалл Брэйн, Том Харрис Переводчик: Надежда Пахмутова

kramtp.info

Как это работает: GPS

Привет, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала. Сегодня понедельник, начало новой недели, и почти конец лета. Тем временем я продолжаю свою интересную рубрику «Как это работает». Сегодня я хочу поговорить о GPS. Давайте же узнаем, что такое GPS и как это работает. Самое интересное под катом. GPS (Global Positioning System) — система глобального позиционирования, спутниковой навигации или всемирная система определения координат. Была разработана в период семидесятых годов Министерством обороны Соединённых Штатов Америки. Первоначально применялась только в военных целях — нанесение ракетных ударов по не движущимся и движущимся объектам. В начале девяностых годов начала распространяться в области гражданской техники. GPS позволяет в любом месте нашей планеты (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость самых различных объектов. Основным принципом использования системы глобального позиционирования является определение точного местоположения путём измерения времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной пользователя. Для более точного определения координат местоположения GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников».

Принцип работы GPS заключается в эффекте Допплера — уменьшение частоты получаемого приёмником сигнала при отдалении спутника и её увеличении при приближении. Система глобального позиционирования состоит из трёх основных сегментов: спутники, наземные управляющие и приёмники, соответственно. Для установления местоположения система GPS использует способ определения по дальности до ориентиров-спутников, определяемых с помощью случайного кода. Приёмник генерирует свой внутренний код в то же самое время — для дублировки кода спутника. Приёмник сравнивает разницу во времени между приёмом части спутникового кода и с такой же частью своего кода. Таким образом, приёмник получает расстояние до спутника, называемое псевдодальностью.

Для стабильного функционирования системе GPS достаточно 24 спутника. Каждый спутник двигается по собственной траектории на высоте приблизительно двадцать тысяч километров от Земли со скоростью около четырнадцати тысяч километров в час. Для устранения случайных сбоев запускают дополнительные спутники. В настоящее время их насчитывается более тридцати. Срок жизни одного спутника составляет приблизительно от семи с половиной лет до целых 15 лет.

Точность современных GPS-приёмников составляет примерно 6-8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. В некоторых странах, благодаря использованию корректирующих наземных станций, координаты приёмника определяются с точностью до одного метра. На точность установления местоположения влияет несколько параметров: число видимых спутников и их расположение, погодные условия, а также помехи от радиоволн. Несмотря на то, что применение системы GPS изначально было направлено на военные цели, в настоящее время система спутниковой навигации широко используется в гражданских целях. GPS-навигаторы свободно продаются по всей планете, система используется в смартфонах и планшетах. Также модулями GPS оснащаются системы слежения, велокомпьютеры и даже часы. Помимо всего перечисленного, система GPS используется в картографии, геодезии, тектонике, активном отдыхе (геокэшинг) и геотегинге.

GPS-приёмник потребляет большое количество энергии. Причиной тому — продолжительное время поддерживания связи одновременно с несколькими источниками сигнала. Инициация соединения со спутником занимает до полуминуты, а получение детальных данных требует 10-12 минут. Также стоит отметить одну достаточно важную составляющую работы системы GPS: устройство не уходит в спящий режим — приемник GPS препятствует этому. Частично проблему высокого энергопотребления решает модуль A-GPS, который получает данные о координатах приемника не через спутники, а от базы сотовой связи или точки Wi-Fi.

trashbox.ru

НАВИГАЦИЯ. Система НАВИГАЦИИ. Как работает НАВИГАЦИЯ. Сервисы НАВИГАЦИИ. Система GPS. технология GPS. Навигационные системы

Вам не по душе захватывающие поиски Вашего местонахождения с помощью карты? Можете забыть об этой проблеме - необходимую информацию способны моментально предоставить навигаторы и сотовые телефоны. Давайте разберемся в том, как работает технология GPS, и какие преимущества она может предоставить пользователям.

К счастью, необходимость перелистывать толстые атласы в автомобиле отпала: устройства с функцией местоопределения - навигаторы или сотовые телефоны с GPS-модулями - всегда предоставят данные о Вашем местонахождении.

Рассмотрим подробнее, как работает технология GPS и как извлечь максимум пользы от новых функций, которыми сегодня оснащаются мобильные устройства даже низкой ценовой категории.

Что такое местоопределение?

Это понятие объединяет все способы определения местонахождения объекта на поверхности земли в данный момент времени. Только при наличии необходимой информации о Вашем местонахождении, направлении и скорости движения - НАВИГАЦИЯ, а точнее, - автонавигация будет точной.

Как узнать свое положение на земле

Наиболее точную информацию предоставляет спутниковая пеленгация посредством системы GPS, которая работает во всем мире. В населенных пунктах свое местонахождение можно определить с помощью сотового телефона: через мобильную сеть или через беспроводную сеть WLAN (Wireless Local Area Network - беспроводная локальная вычислительная сеть), если аппарат ее поддерживает.

Так работают технологии местоопределения в современных мобильных телефонах.

GPS-модуль в навигаторе или мобильном телефоне принимает закодированные блоки данных с американских спутников. Помимо прочего в них содержится и время отправки сигнала. GPS-приемник сравнивает его с временем устройства с точностью атомных часов. Исходя из этого временного сдвига он и вычисляет расстояние до соответствующего спутника.

Но для определения местоположения сведений об отдаленности объекта недостаточно. GPS-приемник комбинирует результаты измерения от трех (и более) различных спутников. Поскольку он находится в месте пересечения всех сигналов, идущих со спутников, становится возможным однозначно установить его местоположение.

Беспроводные сети WLAN позволяют однозначно вычислить местонахождение с помощью своих MAC-адресов. Этот уникальный идентификатор учитывают, например, специальные измерительные системы таких фирм, как Skyhook и Google, и вместе с местоположением соответствующих сетей WLAN записывают его в базы данных. Все это абсолютно легально - запрещена лишь запись трафика данных с автотранспортных средств.

Для установления местонахождения сотовый телефон получает идентификатор WLAN-сети с самым мощным сигналом в данной местности. Затем через мобильный Интернет устройство запрашивает соответствующие координаты в базе данных конкретной фирмы.

Мобильные телефоны всегда автоматически регистрируются ближайшей вышкой. Каждая базовая станция сотовой связи оснащена специальным внесенным в базы данных маркером, сообщающим о ее точном расположении.

При определении местонахождения мобильный телефон запрашивает этот маркер и получает сведения о расположении вышки. В этом случае определение местонахождения ограничивается только областью приема: чем дальше от вышки, тем сильнее погрешность.

В крупных городах, где на небольшом пространстве располагается множество вышек базовых станций, отклонение при расчете местонахождения зачастую не превышает 50 метров.

Как использовать функцию местоопределения

Любая система НАВИГАЦИИ основана на максимально точном определении Вашего местонахождения. В те времена, когда еще не было GPS, это вызывало большие затруднения: владельцы первых навигационных систем должны были изначально знать свои координаты, чтобы ввести их в систему. Только после этого датчики частоты вращения колес и компас во время всей поездки могли вычислять положение автомобиля в пространстве. Теперь же с помощью системы GPS в спутниковом навигаторе этот процесс осуществляется автоматически - и с точностью до метра.

Услуги, основанные на определении местонахождения пользователя (Location-Based Service или LBS-сервис), предоставляют информацию о нахождении ближайшей заправки или супермаркета. В автонавигаторы эти сервисы встроены по умолчанию, а для телефонов есть бесплатные программы, например Friends Around Me («Друзья вокруг меня») для iPhone.

Дополнительные приложения

Функция местоопределения в мобильном телефоне позволит, например, узнать, где в данный момент находятся Ваши друзья при условии, что их мобильные устройства находятся в зоне доступа. Данная функция необходима также для некоторых мобильных игр. Кроме того, она используется системами вызова помощи в телефонах и других устройствах, которые передают информацию о Вашем местонахождении в службу спасения.

Навигаторы собирают данные о поездках

С помощью функции Tracking (отслеживание) навигатор непрерывно ведет сбор данных о пройденных участках пути и скоростях. Благодаря этому он может более точно «предсказывать» время прибытия к пункту назначения.

Эта функция предусмотрена во многих навигаторах. Некоторые модели, например Medion, позволяют передавать данные на компьютер. Впоследствии с помощью программы-атласа Google Earth можно проехать по виртуальному маршруту. Никто, кроме самого пользователя, не сможет узнать его маршруты и, самое главное, скорость: данные сохраняются только в ПК и навигаторе. С помощью некоторых функций подключенный к компьютеру навигатор может передавать данные о поездке производителю устройства - таким образом, компании Falk, TomTom и другие собирают сведения, опираясь на которые, они улучшают создаваемые маршруты. При составлении маршрута учитываются дни недели и время суток. Производители заверяют, что при этом сохраняется полная анонимность: данные загружаются только с согласия пользователя, и применяются лишь для оптимизации прокладки маршрутов.

Использование информации о пробках

В западных странах давно уже применяются многочисленные сервисы, передающие на навигационные устройства постоянно обновляемую информацию о пробках. Причем данные транслируются не только по сотовой сети (в этом случае пользователю приходится оплачивать мобильный трафик), но и по другим каналам. Например, устройства от компании Garmin получают данные через RDS-TMC-приемник.

В России получение актуальной информации о пробках долгое время было неразрешимой проблемой, но за последние год-два положение дел заметно улучшилось. В качестве одного из самых удачных примеров российских разработок можно привести сервис «Яндекс.Пробки», работающий в связке с навигационным сервисом «Яндекс.Карты». Для абонентов «Мегафона» или МТС трафик мобильных «Яндекс.Карт» будет бесплатным. Небольшая плата будет взиматься только за обращения телефона к DNS - и A-GPS-серверам. В процессе использования программы Вы можете передавать информацию о загруженности дорог, тем самым помогая создавать актуальную карту пробок.

О степени загруженности дорог в сервисе «Яндекс.Карты» информируют три цвета: зеленый - все свободно, желтый - имеются затруднения, красный - серьезные пробки.

Другие НАВИГАЦИОННЫЕ спутниковые системы

Не желая быть зависимыми от американской системы GPS, некоторые страны создают свои собственные системы спутниковой НАВИГАЦИИ.

Российская глобальная НАВИГАЦИОННАЯ спутниковая система, разработанная еще во времена холодной войны. Она оснащена такими же, как у разработанной в военных целях американской системы GPS, функциями. По точности определения координат система ГЛОНАСС почти не отличается от своей американской «сестры». Новое поколение спутников ГЛОНАСС должно быть выведено на орбиты к 2012 году.

Разрабатывается с 2003 года Европейским союзом и другими странами. К 2012 году эта НАВИГАЦИОННАЯ спутниковая система должна быть полностью введена в эксплуатацию. GALILEO будет состоять из 30 спутников, составляющих кольцо вокруг Земли на высоте примерно 23 тыс. км. Ожидается, что система НАВИГАЦИИ будет определять местоположение объектов лучше сегодняшней американской GPS - с точностью, по меньшей мере, до четырех метров. Приемные устройства должны быть совместимы с системой GPS.

Китайцы делают ставку на систему со спутниками на разных орбитах. Четыре аппарата находятся на геостационарной орбите на высоте 36 тыс. км. Поскольку время их оборота вокруг Земли составляет 24 часа, они всегда находятся над одной и той же точкой планеты. Для 21 спутника запланированы другие орбиты. Система НАВИГАЦИИ должна быть полностью готова к 2015 году. Китайская система предназначена для работы не только в Азии, но и во всем мире. Предполагаемая погрешность COMPASS - 10 метров. Интересно, что Китай в свое время принимал участие в европейском проекте GALILEO.

Другие методы НАВИГАЦИИ

Местоположение телефона с включенной функцией Bluetooth также можно легко установить. Как и при местоопределении с помощью сотовой связи, в этом случае мобильный аппарат обнаруживается с помощью многочисленных Bluetooth-приемников. Этот метод, например, позволяет исследователям выяснить, сколько времени требуется пассажиру, чтобы пройти от пункта регистрации к выходу на посадку в аэропорту.

Технология RFID - это метод радиочастотной идентификации объектов. Его используют, например, в супермаркетах: для этого к товарам приклеивается крохотный, размером с рисовое зернышко, передатчик (транспондер) с индивидуальной меткой, позволяющей узнать артикул каждого продукта. При приближении передатчика к считывающему устройству RFID-чип сообщает свой особый идентификатор. На основании расположения считывателя можно точно определить, где находится транспондер. Данная технология позволяет, например, полностью автоматизировать сортировку пакетов.

Неточность показаний высоты у GPS-устройств

Некоторые GPS-аппараты помимо местоположения сообщают и фактическую высоту. Это важно, например, для альпинистов или спортсменов. Однако точность таких приборов при определении высоты, чаще всего, в два раза ниже точности определения горизонтального местоположения. Например, если точность GPS составляет 15 метров, погрешность при вычислении высоты может доходить до 30 метров.

Некоторые GPS-устройства способны также извлекать точные сведения о высоте непосредственно из навигационной карты. Туристам этого вполне достаточно.

Еще один способ - барометрическое определение высоты. Он лучше всего подходит тем, кому нужны точные показания, например летчикам. Этот метод позволяет определить высоту с точностью до 5 метров.

Интересные программы и устройства с функцией местоопределения

Поиск магазинов и других общественных мест. Владелец навигатора быстрее найдет ближайшую заправку с помощью коллекции LBS-приложений (Location-Based Service). Например, для смартфонов с GPS-модулем на платформе Android разработана программа Layar Reality Browser, помогающая в поиске POI (points of interest - точек интереса). Это приложение, используя возможности встроенной в мобильное устройство фотокамеры, синхронизирует информацию из базы данных с реальным изображением зданий, ландшафтов и пр. Эта технология относится к технологиям Augmented Reality - дополненная реальность.

Google Labs представляет собой набор дополнительных расширений для мобильной версии «Карт Google», которые сама компания называет «экспериментальными функциями». Речь идет о таких простых и удобных инструментах, как линейка для измерения расстояния, отображение загруженности автодорог, работа со слоями, получение подсказок в процессе НАВИГАЦИИ и т.д.

Отдых и спорт

Дорожные GPS-навигаторы сегодня все чаще используются туристами, спортсменами и велосипедистами в качестве удобной замены классическим бумажным путеводителям. Карты в таких специализированных устройствах отображают местность с большей детализацией. Кроме того, GPS-навигаторы отмечают пройденный маршрут, который Вы впоследствии всегда можете проанализировать на компьютере, например, определив высоту или скорость на разных участках пути. Полезной может оказаться также возможность размещения маршрута на веб-страницах.

Сегодня даже в некоторых фотокамерах предусмотрен GPS-модуль или возможность его подключения. При съемке каждого кадра камера сохраняет информацию о месте, где он был получен. Впоследствии Вы можете просмотреть их на компьютере и узнать, где именно была сделана фотография. Это можно определить и с помощью Интернета, загрузив изображение на один из специальных сайтов, например Flickr или Panoramio.

Игры

Геокэшинг - это одна из самых известных игр, в которой необходимо определить местоположение объекта. Игроки прячут контейнеры, в которых находятся «сокровища» и блокнот, а географические координаты тайника публикуются на веб-сайтах, например на geocaching. Другие участники игры с помощью GPS-навигатора или смартфона со встроенным GPS-модулем должны найти контейнер и отметиться в блокноте. Они могут взять себе один из предметов, но при этом обязаны оставить равноценную замену.

Такие как Mister-X и Fast Foot, требуют наличия GPS-модуля, безлимитного интернет-тарифа и бесплатной программы. Правила игры таковы: все игроки охотятся за участником, чей телефон периодически дает информацию о своем местоположении. Если беглеца обнаруживают, он считается проигравшим.

Foursquare и Gowalla предоставляют еще больше возможностей для исследователей, охотников и коллекционеров.

Наблюдение

Эта служба регулярно отправляет координаты Вашего местонахождения в службу Google. При этом Вы сами определяете, кто может просматривать эту информацию. С помощью сервиса Google Latitude Ваши друзья сразу узнают, где Вы находитесь в данный момент времени.

С помощью программы TrackYourKid Вы сможете узнать, где находится Ваш ребенок. Кроме того, существуют интернет-службы, действующие не совсем законно, например сервисы для наблюдения за предположительно неверным супругом (супругой). Для его или её обнаружения Вы посылаете SMS с запросом, и уже через несколько секунд получаете примерные координаты местонахождения объекта, вычисленные с помощью мобильной вышки.

Эти устройства оснащены модулем мобильной связи: после отправки на него сообщения по SMS Вы получаете ответное SMS с указанием местоположения трекера. Чаще всего подобного рода GPS-трекеры используются в автомобилях, чтобы можно было немедленно обнаружить его в случае угона.

Для детей разработаны специальные устройства, которые при необходимости подают сигнал родителям - такие гаджеты очень популярны в США и Европе.

Экстренный вызов

В некоторых западных странах при наборе с мобильного телефона номера службы спасения местонахождение человека, попавшего в беду, будет установлено даже без его разрешения - через сеть мобильной связи. Это позволяет обойтись без специальных, зачастую слишком дорогих договоров на подключение специальной функции определения местонахождения.

Приложение для сотовых телефонов Pakoo позволяет точно определить Ваше местонахождение (по GPS) и одним нажатием на кнопку передать данную информацию аварийной службе.

Во время путешествий или занятий зимними видами спорта специальное устройство, например, такое как Spot 2 Satellite Messenger, записывает Ваш путь. В случае бедствия с его помощью можно будет отправить текстовые сообщения через спутниковую систему Globarstar в службу спасения или друзьям. Абонентская плата за пользование такими устройствами может доходить до 4 тыс. руб. в год.

venture-biz.ru

Как устроена и как работает GPS-навигация, сигналы системы GPS, как приемник GPS-навигатора определяет свое положение.

GPS-навигация — система NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) состоит из трех частей или сегментов : космического, наземного и пользовательского оборудования. 

Космическая часть — это 32 спутника, вращающихся по 6 орбитам. Наклон орбит к земному экватору — 55 градусов, угол между плоскостями орбит — 60 градусов. Высота орбит 20180 километров, период обращения — 12 часов. Такой период обращения означает, что каждый спутник в одно и тоже время дня пролетает над одним и тем же местом. Мощность спутникового передатчика 50 Вт, вес спутников 1055 кг, срок службы спутников до 7,5 лет. Спутники GPS способны, передвигаясь, заполнять бреши в системе, если один из них вышел из строя. Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом. Спутники идентифицируются номером PRN (Pseudo Random Number), который отображается приемником GPS.

Наземная часть GPS состоит из станций слежения. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию (MCS) управления и контроля на авиабазе в штате Колорадо, США, для обработки траекторий спутников на сложных компьютерных программных моделях. Этой обработкой достигается определение эфемеридной информации, состоящей из параметров орбит спутников, их координат и производных координат. Через наземные станции вычисленные эфемеридные данные передаются на спутники, а затем спутник передает их приемникам GPS, где они используются для расчета координат места.

GPS-навигация, система NAVSTAR GPS, находится в подчинении Министерства обороны США, а вопросы ее гражданского использования курируются Министерством транспорта. Система предоставляет два вида услуг : SPS (Standard Position Service) -стандартной точности для гражданских пользователей, и PPS (Precise Position Service) — высокой точности для военных. При разработке системы, точность SPS в 100 метров считалась достаточной для гражданских целей. По мере испытаний оказалось, что подсистема SPS точнее, чем предполагалось. Для сохранения преимущества высокой точности для военных с марта 1990 года и был введен режим ограничения доступа SA (Selective Availability), в результате которого гражданская GPS-навигация искусственно снижает свою точность.

Пользовательский сегмент также претерпел значительные изменения. Первые одноканальные приемники последовательно настраивались на спутники. Первоначальное определение местоположения «холодный старт» требовало ввода примерной позиции и занимало много времени, «теплый старт» при последующих включениях также требовал нескольких минут. Сигнал часто пропадал, не хватало чувствительности. Затем появились двухканальные, а позже быстро переключающиеся, «мультиплексные» приемники. Их чувствительность и быстродействие казались революционными. С конца 90-х потребительским стандартом GPS стали параллельные 12-канальные приемники, отслеживающие все видимые спутники одновременно. Совершенствовались алгоритмы защиты от помех и коррекции ошибок, пользовательский интерфейс.

Сигналы системы GPS.

Все частоты в системе GPS кратны основной тактовой частоте часов спутника — 10,23 МГц. Спутник передает кодированные сигналы в диапазонах L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. Модуляция фазовая, так называемая псевдослучайная. Сигналы содержат два вида информации : навигационные сообщения и дальномерный псевдослучайный код. Код представляет собой последовательность единиц и нулей, на первый взгляд случайную, но изменяющуюся по сложному закону. Псевдослучайный код содержит номер спутника (PRN). Существуют два вида кода. Гражданские GPS используют С/А (Coarse Acquisition) — код, ныне передаваемый только на частоте L1. Этот код также используется для первоначального (грубого) определения позиции в PPS. Один цикл передачи кода состоит из 1023 бит и повторяется 1000 раз/сек.

Военные GPS высокой точности используют Р-код (Precise), который передается на обеих частотах, L1 и L2. В случае военной опасности Р-код может заменяться на зашифрованный Y-код. В будущем, в дополнение к отмене режима SA, для высокоответственных гражданских приложений, связанных с безопасностью жизни, например авиации, будет введен двухчастотный гражданский сервис : с 2008 года — С/А-код на частоте L2, в 2012-2014 годах — третья гражданская частота L5 = 1176,45 МГц. Для военных появится М-код, лучше защищенный от помех.

Навигационные сообщения GPS-навигация передает со скоростью 50 бит/сек и кодирует также псевдослучайным кодом. Каждое сообщение состоит из 25 кадров (страниц) по 1500 бит. Полный цикл передачи всего сообщения занимает 12,5 минут. Навигационное сообщение включает в себя эфемеридные данные и данные альманаха, данные о времени в системе GPS и коэффициенты для его пересчета во всемирное время, ключевые слова к Р-коду и специальные сообщения, об исправности аппаратуры и другие.

Эфемериды — это параметры орбиты спутника и некоторые коэффициенты, с помощью которых приемник вычисляет текущее и будущее положение спутника, используя математическую кеплеровскую модель. Кроме того, навигационные сообщения содержат поправки к спутниковым часам и к задержке распространения сигнала в ионосфере для пользователей С/А-кода. Альманах — это данные об эфемеридах и состоянии всех остальных спутников в системе, хранятся в памяти GPS-приемника. Благодаря этим данным приемник всегда знает, где находятся все спутники системы, даже когда он их не видит, и какие спутники лучше использовать для определения координат.

Как приемник GPS-навигатора определяет свое положение.

GPS-навигация использует способ определения координат места по измерениям дальностей до ориентиров-спутников, определяемой с помощью псевдослучайного кода. Для этого GPS-приемник синхронно со спутником генерирует аналогичный собственный код. Измеряя разность сдвига между одинаковыми участками указанных кодов по времени, приемник определяет так называемую псевдодальность. По трем псевдодальностям он может определить свое точное положение.

Определение координат места по одному и двум спутникам системы GPS.

Почему «псевдо»? Проблема в том, что если бы псевдослучайные коды приемника и спутника были сгенерированы одновременно, то псевдодальности были бы дальностями. Однако часы спутника очень точные и корректируются по сигналам с Земли, а часы приемника менее точны, кроме того, имеются задержки распространения сигнала в ионосфере, тропосфере и так далее, что создает суммарную ошибку.

Определить однозначно двухмерные координаты по двум окружностям равных расстояний (линиям положений) невозможно. Например, если часы приемника GPS-навигатора отстают, истинная позиция будет ближе, но в каждом случае пропорционально ближе к каждому из спутников. Вводя линию положения от 3-го спутника, мы можем получить однозначный результат.

Программа приемника GPS-навигатора, используя три измеренные псевдодальности, три линии положения, путем совместного решения трех уравнений вычисляет три неизвестные величины : долготу, широту и ошибку часов. Вот почему для определения двухмерных координат необходимы как минимум три спутника, для трехмерных — четыре. Скорость и направление движения, вектор пользователя, в непрофессиональных моделях приемников GPS-навигаторов, как правило, определяются по приращению координат.

По материалам книги «Все о GPS-навигаторах». Найман В.С., Самойлов А.Е., Ильин Н.Р., Шейнис А.И.

survival.com.ua

Как работает GPS

Система Глобального Позиционирования (GPS или Global Positioning System) является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в сутки.

Основы системы GPS можно разбить на пять основных подпунктов:

  1. Спутниковая трилатерация – основа системы

  2. Спутниковая дальнометрия – измерение расстояний до спутников

  3. Точная временная привязка – зачем нужно согласовывать часы в приёмнике и на спутнике и для чего требуется 4-й космический аппарат

  4. Расположение спутников – определение точного положения спутников в космосе

  5. Коррекция ошибок – учёт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере

    Спутниковая трилатерация

Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него.

Если мы знаем также расстояние и до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер.

Третий спутник определяет две точки на окружности.

Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.

Спутниковая дальнометрия

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала нам необходимо знать когда он покинул спутник.

Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код

Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние.

Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).

Точная временная привязка

Как видно из сказанного выше, вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной наносекунды. Однако это слишком дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый GPS приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника.

Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают если часы на спутнике и в приёмнике не синхронизированы. Для наглядности, иллюстрации приведённые ниже рассматривают ситуацию на плоскости, так как только три спутника необходимо для вычисления местоположения объекта.

Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния до двух спутников.

Если получены измерения с трёх спутников и все часы точные, то круг описанный радиус-вектором от третьего спутника будет пересекаться, как показано на рисунке.

Однако, если часы в приёмнике спешат на 1 секунду, то картина будет выглядеть следующим образом.

Если сделать замер до третьего спутника, то полученный радиус-вектор не пересечётся с двумя другими как показано на рисунке.

Когда GPS приёмник получает серию измерений которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание.

Если вам требуется третье измерение, то необходим четвёртый спутник для устранения ошибок хода часов в приёмнике. Таким образом, при работе в поле вам необходимо иметь минимум четыре спутника, чтобы определить трёхмерные координаты объекта.

Расположение спутников

Система NAVSTAR имеет 24 рабочих спутника с орбитальным периодом в 12 часов на высоте примерно 20200 км от поверхности Земли. В шести различных плоскостях имеющих наклон к экватору в 55° , расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения стабильности орбитального движения спутников и уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы.

Министерство Обороны США (DoD) осуществляет непрерывное слежение за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы с собственным уникальным идентификационным кодом*. МО США имеет 4 станции слежения за спутниками, три станции связи и центр осуществляющий контроль и управление за всем наземным сегментом системы. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. В центре управления вычисляются уточнённые элементы

спутниковых орбит и коэффициенты поправок спутниковых шкал времени, после чего эти данные передаются по каналам станций связи на спутники по крайней мере один раз в сутки.

Коррекция ошибок

Некоторые источники ошибок возникающих при работе GPS являются трудноустранимыми. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако в реальности всё гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130-290 км) и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерения дальности. В современных GPS приёмниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек.

Иногда возникают ошибки в ходе атомных часов и орбитах спутников, но они обычно незначительны и тщательно отслеживаются со станций слежения.

Многолучёвая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов расположенных на земной поверхности, что создаёт заметную интерференцию с сигналами приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок.

Раньше существовал ещё один источник ошибок – это Избирательный Доступ (Selective Availability или S/A), искусственное снижение точности спутникового сигнала вводимое МО США. Это приводило к тому, что точность полученных координат с помощью GPS снижалась до 100 метров. Однако 1 мая 2000 года по решению президента США «Избирательный Доступ» был отключен. Кроме того, S/A можно исключить, применяя технику дифференциальной коррекции.

Примечания

Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P-кодом.

hron.com.ua

Как работает gps-трекер

Вам понадобится

  • GPS-трекер, мобильный телефон, персональный компьютер.

Инструкция

Работа GPS-трекера проста и сложна одновременно. Сама технология для пользователя устройства выглядит очень просто: небольшой прибор, который можно положить в машине, отдать ребенку или повесить на ошейник собаке, принимает данные со спутников Земли о месторасположении с помощью приемника GPS, затем отправляет эти данные на специализированный сайт в интернете, а также на мобильный телефон владельца трекера. Владелец может отследить весь путь по карте на сайте в режиме онлайн с любого устройства (планшета, персонального компьютера или телефона).

Технически же все немного сложнее. Трекер не может работать без предустановленной в него sim-карты, которая по каналу GPRS (мобильный интернет) и будет отсылать информацию о точках местонахождения на карте на ваш сотовый телефон и на специализированные сайты. Благодаря создаваемому на сайте треку вы сможете не просто определить местонахождение прибора, но так же проследить весь путь (к примеру, таким образом можно выяснить не прогуливает ли ребенок школу). Функция сохранения маршрута так же необходима людям, занимающимся грузоперевозками, для отслеживания ценных грузов по дороге.

В случаях, когда нет возможности поймать сигналы GPS (высокая облачность, дождь, закрытое помещение), трекеры подключаются к сетям GSM. Это дает более выраженную погрешность по нахождению трекера, но она исчисляется всего лишь 100-150 метрами.

При отклонениях с маршрута владелец трекера может включить функцию прослушивания звуков вокруг трекера. Микрофон не очень силен, поэтому можно услышать только, что происходить совсем рядом с прибором, но иногда это очень успокаивает родителей, которые беспокоятся за своих детей. Кроме этого, GPS-трекер может также выполнять фунции «кнопки SOS». Это крайне удобно для связи в тех случаях, когда нет возможности воспользоваться мобильным телефоном. Необходимый номер телефона вбивается в память трекера заранее, далее достаточно нажать всего лишь одну кнопку. Кроме этого, можно добавить еще 2-3 номер, чтобы была возможность использовать трекер в качестве запасного мобильного телефона.

GPS-трекеры в большинстве своем работают от аккумуляторов, поэтому не стоит забывать о подзарядке последних. Чем чаще идет сигнал от прибора, тем быстрее садится зарядка батареи. Также батарею сажает использование дополнительных функций: датчика вибрации и падения, тревожной кнопки и прослушивания фоновых звуков.

Обратите внимание

При выборе трекера обратите внимание на емкость батареи прибора.

Полезный совет

Выбирайте трекеры GPS, которые передают информацию лучше, чем Glonass.

Источники:

  • Описание GPS-трекеров на www.msk-gps.ru

www.kakprosto.ru

Что такое GPS, как это работает?

Идеи использования космических аппаратов для навигации подвижных объектов в США, как свидетельствует профессор Стэнфордского университета Б. Паркинсон, в прошлом руководитель программы Navstar ВВС США, начали развиваться после запуска в СССР в 1957 г. первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Тогда же перед лабораторией прикладной физики университета Джона Хопкинса была поставлена задача слежения за советским ИСЗ посредством приема его сигнала на наземном пункте с известными координатами, выделения доплеровского сдвига несущей частоты передатчика ИСЗ и дальнейшего расчета параметров движения спутника. Обратная задача расчета координат приемника на основе обработки принятого сигнала и координат ИСЗ представлялась очевидной и естественной.

В 1960 г. были разработаны атомные часы. Благодаря этому стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков, передающих кодированные сигналы. Измерение приемником соответствующих временных задержек позволяло рассчитать координаты приемника.

В интересах навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет Polaris в 1964 г. была создана спутниковая радионавигационная система первого поколения Transit. Для коммерческого использования эта система была предоставлена в 1967 г. Ее достоинства и открывающиеся перед пользователями возможности были быстро оценены, и число гражданских потребителей вскоре существенно превысило число военных. Координаты потребителя рассчитывались на основе приема и выделения доплеровского сдвига частоты передатчика одного из 6–7 космических аппаратов (КА). Система позволяла получить достаточно высокую точность определения координат лишь для медленно движущихся и стационарных объектов.

Кроме того, в 1964 г. ВВС США начали программу разработки и испытаний возможностей использования для целей местоопределения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми (PRN) кодами. Свойство корреляционного разделения таких сигналов обусловило возможность использования несколькими передатчиками одной несущей частоты.В 1973 г. программы ВВС и ВМС США были объединены в общую Навигационную технологическую программу, позднее превратившуюся в программу Navstar-GPS. Спутники системы Navstar стали оборудовать стандартами частоты с наибольшей достижимой степенью точности — сначала кварцевым и рубидиевым, затем цезиевым и водородным стандартами. В ходе экспериментов были подобраны оптимальные высоты орбит спутников. В результате высота увеличилась с 925 до 13 тыс. км, а затем — до 20 тыс. км. Изменилась также несущая частота передатчиков: с 400 МГц до 1227 МГц и 1575 МГц.К 1995 г. система была полностью развернута.

В настоящее время она насчитывает 24 рабочих спутника и 4 спутника в резерве, расположенных на шести круговых орбитах высотой примерно 20 тыс. км, наклонением 55° и равномерно разнесенных по долготе через 60°. За то время, которое ушло на развертывание системы, примерно 60 фирм создали более 400 типов приемной аппаратуры различного назначения для применения как в военной, так и в гражданской областях. По прогнозам, общий мировой рынок продаж продуктов GPS к 2002 г. составит $16 млрд.

Ну, а что же мы? Развитие отечественной спутниковой радионавигационной системы также началось с запуска в Советском Союзе 4 октября 1957 г. первого ИСЗ в связи с необходимостью слежения за ним. Первое же научно-обоснованное предложение об использовании ИСЗ для навигации было сформулировано в период проведения в Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им. А. Ф. Можайского с 1955 по 1957 гг. исследований возможностей радиоастрономических методов для самолетовождения. Научные основы спутниковой навигации были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме «Спутник» (1958–1959 гг.), которые осуществляли ЛВВИА им. А. Ф. Можайского, Институт теоретической астрономии АН СССР, Институт электромеханики АН СССР, два морских НИИ и Горьковский НИРФИ. Работы проводились с участием крупных специалистов по аналитической механике и расчетам орбит. Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточного применения и независимости от погодных условий.

Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к ОКР над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей название «Цикада». В 1992 г. генеральный конструктор космических систем навигации и связи академик М. Ф. Решетнев писал о решении этой задачи: «Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы были развернуты в середине 60-х годов, а 27 ноября 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

Одной из глобальных проблем создания спутниковой системы, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам, является проблема взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до нано- секунд, поскольку рассинхронизация излучаемых спутниками навигационных сигналов ведет к увеличению погрешности определения местоположения объекта.

Решение задачи высокоточной синхронизации бортовых шкал времени потребовало установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты и наземного водородного стандарта, а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3…5 нc. Второй проблемой создания высокоорбитальной навигационной системы является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), были начаты в октябре 1982 г. запуском спутника «Космос-1413», а в 1995 г. было завершено ее развертывание до штатного состава. Были выведены на заданные орбиты 24 космических аппарата (КА), разработаны комплексы самолетной, наземной и морской аппаратуры.

Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление системой являлись Военно-космические силы (ВКС) РФ, а затем РВСН, в состав которых позднее вошли ВКС.

Примечательно, что поначалу ГЛОНАСС использовалась в основном только для военных нужд, но в настоящее время она является открытой системой для пользователей. Она имеет свои преимущества перед американской системой GPS. А вот практическое использование комбинированных приемников ГЛОНАСС/GPS обеспечивает максимальную эффективность.

Принцип работы системы GPS

В основе работы системы GPS лежит:

  • спутниковая трилатерация (на ней базируется работа системы);
  • спутниковая дальнометрия (измерение расстояний до спутников);
  • точная временная привязка (высокоточная синхронизация отсчета времени в системе спутники-приемники);
  • точное положение спутников в космосе;
  • коррекция ошибок, вносимых задержкой радиосигнала спутника в ионосфере и тропосфере.

Спутниковая трилатерация предполагает, что точные координаты любой точки на поверхности Земли могут быть вычислены путем измерений расстояний от группы спутников, если их положение в космосе известно.

В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно, и вокруг него можно описать сферу заданного радиуса. Если известно также расстояние до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности. Четвертый спутник позволяет окончательно точно определить местоположение точки. Таким образом, зная расстояние до четырех спутников, можно вычислить координаты определяемой точки (рис. 1).

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника, умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала, нам необходимо знать, когда он был передан со спутника. Для этого на спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый псевдослучайный код. Каждый спутник системы GPS передает два радиосигнала: на частоте L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A-код. «Точный», или P-код, может быть зашифрован для военных целей. «Грубый», или C/A-код, не зашифрован. Сигнал частоты L2 модулируется только с P-кодом.

Большинство гражданских пользователей при работе с GPS-системами используют C/A-код. Некоторые приемники Trimble, применяемые в геодезии, работают с P-кодом. Приемник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет, когда он сам генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света, и дает искомое расстояние. Использование кода позволяет приемнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему PRN.

Как видно из вышесказанного, вычисления напрямую зависят от точности хода часов на спутниках и в приемниках. Код должен генерироваться на спутнике и в приемнике строго в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы, имеющие точность около одной наносекунды. Однако это решение является слишком дорогим, чтобы использовать его в приемниках GPS. Поэтому для устранения ошибок хода часов приемника используются результаты измерения сигналов от четвертого спутника. Их можно использовать для устранения ошибок, которые возникают, если часы на спутнике и в приемнике не синхронизированы. Рисунок 2 наглядно это показывает.

Рис. 2.

24 рабочих спутника системы Navstar расположены на высоте примерно 20 200 км от поверхности Земли с орбитальным периодом в 12 часов. В шести различных плоскостях, имеющих наклон к экватору в 55°, расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения стабильности орбитального движения спутников и уменьшения фактора влияния атмосферы.

Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, являются трудноустранимыми. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако на практике все обстоит гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу и тропосферу, скорость его распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерении дальности. В современных GPS-приемниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек. Иногда возникают ошибки хода атомных часов и отклонения орбит спутников, но они обычно незначительны и тщательно отслеживаются станциями слежения. Многолучевая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS приемника. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, расположенных на земной поверхности, что создает заметную интерференцию с сигналами, приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок. 

А еще Вы можете помочь работе сайта или отблагодарить нас за полезную информацию

mgp-avto.ru


Смотрите также