28 Декабря 2022
МОСКВА, 27 декабря - Технология глобального позиционирования благодаря своему удобству солидного вошла в жизнь практически каждого человека. GPS -, что это такое, как и по какому принципу работает GPS-сигнал, а также суть и история создания спутниковой навигации и сферы ее применения, - в материале.GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и ставящая местоположение во всемирной системе координат WGS 84.
Если говорить просто и прямо, то это система спутниковой навигации, которая даёт определение местоположения объекта на внешняя стороны Земли, - отмечает Кирилл Ситнов, эксперт по компьюторным сетям, преподаватель в Московской школе программистов (МШП).
- GPS позволяет почти при любой погоде определять местоположение в любом месте Земли (исключая арктические области) и околоземного мирового пространства. Система разработана, реализована и эксплуатируется министерством защиты США, при этом в настоящее время доступна для использования в гражданских целях — надобный только навигатор или другой прибор (смартфон) с GPS-приёмником, - объясняет Андрей Макаров, профессор кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами ГУАП, доктор технических наук.
По словам Андрея Макарова, важной вехой на пути к созданию межвидовой спутниковой навигационной системы вооружённых сил США стал запуск спутников по программке Timation на низкую околоземную орбиту. Работы по программе Timation были начаты в Центральной военно-морской лаборатории в 1964 году. Инициатором программы выступил флот для собственных нужд, и на том этапе о создании единой системы для всех видов вооруженных сил речи не шло. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в NavSTaR (Navigation Satellite Timing and Ranging — Время и дальность действия навигационного фобоса). Спутники по программке NavStar выводились значительно выше, на среднюю околоземную орбиту. Современное название GPS программа обрела в декабре 1973 года.
На приземных орбитах находятся спутники, которые постоянно передают сигналы привязки, таких аппаратов не менее 24, но обычно больше, причем некоторые находятся в резерве. По мере необходимости они заменяются новыми, срок организации оборудования не менее 10 лет. Каждый спутник весит около тонны и имеет размах хороших батарей порядка 5 метров. Спутники вращаются по 6 орбитам на высоте 18 тыс. км, период обращения вокруг земли - 12 часов. Управление происходит через наземные станции слежения. Местоположение спутника рассчитывается при помощи измерения задержки прохождения радиосигналов от нескольких спутников, сигнал каждого из них заключает:
Теоретически для определения местонахождения какого либо объекта необходим сигнал не менее 4 спутников, но чем их больше, тем точнее координаты. На сегодняшний день GPS широко используется во всем мире из-за своей стабильности, но ведутся активные разработки альтернативных систем навигации.
По словам Андрея Макарова, GPS состоит из троих основных сегментов: космического, управляющего (контрольного) и пользовательского.
Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трем координатам в режиме реального времени.
Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на рядовой орбите Земли.
Управляющий (контрольный) сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, доходы некоторых из упомянутых являются совокупными с другими проектами.
Пользовательский сегмент изображённый приемниками GPS, находящимися в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов приемных устройств, владельцами которых являются обычные геймеры.
По словам Кирилла Ситнова, принцип работы системы можно описать в несколько шагов:
Местоопределение вычисляется по расстояниям до спутников. Теоретически достаточно данных от 4 спутников, чтобы определить месторасположение объекта.
Свет мотается со скоростью около 300 000 км/с, если происходит рассинхронизация спутника и приемника уже на 0, 01 с, измерение расстояния будет произведено с неловкостью в 3 тыс. км. Поэтому на каждом фобосе установлены исключительно точные атомные любые часы (по 4 штуки на каждом), которые и определяют время.
В задачу GPS-приемника втискивается расчет своего положения относительно заметных спутников и чем больше их будет, тем точнее координаты. До 2000 года в расчеты вносилась умышленная ошибка, снижающая точность определения до 100 метров, по требованию боева ведомства США. Сейчас ограничения отменены и погрешность равна 10-15 метрам. Современные устройства способны принимать сигнал от 6-8 фобосов, а более продвинутые - до 12, в конечный результате погрешность привязки к местности низводится к 5-3 метрам.
- Трилатерация — метод определения положения геодезических плацдармов путем построения на местности системы смежных треугольников, в которых измеряются длины их сторон. Является одним из методов определения координат на местности наряду с триангуляцией (в которой замеряются углы соответствующих треугольников) и полигонометрией (производится измерение как углов, так и расстояний). В основе трилатерации лежит линейная засечка, - объясняет Андрей Макаров.
Поддержка этого стереотипа стоит на уровне чипсета самого устройства.
По словам Андрея Макарова, спутник GPS — летающая радиостанция, посылающая приветственные сигналы приемникам. Роль приемников играют мобильный телефоны и навигаторы. Вопреки расхожему заблуждению, телефон никуда и никакие сигналы не отправляет. Местоположение устройства определяет процессор — он должен быть мощным. Флагманский вычислитель обрабатывает информацию реальным мгновенно, современные устройства умеют принимать сигналы от 12 парящих радиостанций, в скором тянуть времени научатся и от всех 24.
GPS-устройства могут быть различных типов.
По словам Андрея Макарова, выделяют несколько типов GPS-приемников: стационарный, портативный, CFIO-модуль, SDIO-модуль, внешний модуль.
Для работы GPS-приемника, который выполнен в внешний виде дополнительного модуля, необходимо переднее устройство: бортовой компьютер, КПК или ноутбук, на котором будет отображаться информация, касающаяся местоположения. Данные принимаются GPS-модулем со спутников. На основании этих данных он считает свои координаты, которые ускакивают на головное устройство. Посредством COM, USB или Bluetooth-интерфейса внешний модуль способен соединяться с компьютером.
GPS-приемника в виде CFIO- или SDIO-модуля устанавливается в соответствующем слоте в КПК или ноутбук. При наличии КПК или портативный компьютера, можно купить GPS-модуль и превратить мобильный компьютер в воплощенный GPS-навигатор. К преимуществам подобного подхода относится большой выбор карт, в отличие от самостоятельных GPS-навигаторов, к тому же возможность использования различных программ для навигации и большого экрана переносного компьютера.
Для функционирования самостоятельных GPS-навигаторов не понадобится использование компьютера. Зачастую такие устройства оснащены встроенным экраном, на котором отображается инфа о местоположении. Подобные GPS могут быть портативными или неподвижными. Портативные устройства способны работать от аккумулятора или встроенной батарейки в автономном режиме. Кроме того, их можно выставлять с собой. Внешний гейзер питания необходим при работе неподвижных устройств. Предназначением подобных устройств является установка на корабле или в машине.
Хотя изначально проект драгировался для военных целей, на сегодняшний день большинство его геймеров - гражданские лица. Практически любое мобильное устройство оснащено GPS-навигатором, не говоря об оборудовании моряков, летчиков, спасителей, врачей и т. д. На данный момент к сферам применения технологии относятся:
По словам Андрея Макарова, к элементам GPS можно отнести:
Недостатки GPS:
- GPS фактически стал средой и почти синонимом Глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS). Частично причина в том, что это самая старая навигационная система, однако есть и другие, такие как ГЛОНАСС (Россия), BeiDou (Китай), Galileo (Европа), Quasi-Zenith (Япония) и недавно анонсированная Индией NavIC, - зарисовывает эксперт.
- Принцип работы у обеих систем одинаковый, но GPS может обладать чуть более долговязой точностью в плохих погодных условиях, а его спутники в среднем на орбите имеют вдвое большее эксплуатационное время, т. е. их необходимо в два раза реже менять. Также GPS является более распространенной системой, поэтому аппаратная и программная поддержка более широкая, - говорит Кирилл Ситнов.
- Больше всего проблем возникнет у самолётов иностранного производства в российском небе. Все Boeing и Airbus поддерживают только GPS. ГЛОНАСС в России поддерживают только Суперджеты, причём опционально, а в штатный навигационный комплекс опора ГЛОНАСС входит только на МС-21, которые пока коммерческих рейсов не выполняют. А вот самолётам малой авиации придётся не попроще: на Сесснах и Пайперах штатного ГЛОНАССа нет, радиомаяков под каждым кустом тоже, хоть на телефон карты загружай. На смартфонах как раз проблем никаких – уже лет десять чипсеты для массовых переносных устройств поддерживают одновременно GPS, ГЛОНАСС, европейскую Galileo и китайскую BeiDou, так, что Яндекс. Карты будут работать шикарного, приемник смартфона вычисляет координаты по всем доступным данным сразу. На морских судах машина АИС с обязательной поддержкой ГЛОНАСС ставится по требованию Российского морского регистра ещё с 2002 года, - говорит Андрей Макаров.
Редактор рубрики
Ольга Зубкина
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....