назад
Обсудить

GPS


      GPSGlobal Positioning System.
      GPS - это система, позволяющая с точностью не хуже 100 м определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения.
      GPS состоит из совокупности 24 искусственных спутников Земли спутниковой системы NAVSTAR и наземных станций слежения, объединенных в общую сеть.
В качестве абонентского оборудования служат индивидуальные GPS-приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение.
Спутники система NAVSTAR имеют 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. Вес каждого спутника около 900 кг, и размер более 5 м, включая солнечные батареи.
На борту каждого спутника расположено несколько высокоточных атомных часов, обеспечивающие точность 10-9 сек, вычислительно кодирующее устройство и два передатчика один мощностью 50 Вт излучающий на частоте L1=1575,42 МГц, второй на 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.
Рождением NAVSTAR можно считать февраль 1978 года, когда на орбиту был выведен первый спутник системы. Средний срок службы одного спутника приблизительно 10 лет, поэтому в программу входит постоянное производство и выведение на орбиту новых спутников, на смену использовавшим свой ресурс.
Информация о состоянии всех спутников включается в альманах, передаваемый на каждый спутник. Данные альманаха обновляются ежедневно и передаются с каждого спутника приблизительно каждые 12.5 минут.
Если какой либо спутник "нездоров", то приёмник не будет отслеживать и принимать данные от неработоспособного спутника до тех пор, пока альманах не будет обновлён.

Информация передаваемая спутниками на Землю.
Каждую миллисекунду спутники передают на Землю:

  • свой статус (сообщение об исправности или неисправности)
  • текущую дату
  • текущее время
  • данные альманаха (альманах - орбитальные данные всех спутников)
  • точное время отправки всей совокупности сообщений.
Определение координат.
GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широту и долготу) достаточно получить сигналы с трех спутников, а для определения высоты над уровнем моря – с четырех.
     Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приемнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приемника по информации, содержащейся, в сигналах спутников.

Точность измерения.
Точность GPS измерений различается от 1 сантиметра до более чем 15 метров, в зависимости от используемой аппаратуры, методики обработки данных и других факторов. Кроме того, на точность получаемых данных влияет ваш опыт и знание основ работы c GPS системами.
     Помните, что точность определения плановых координат при использовании GPS обычно в 2-5 выше, чем высоты, независимо от местоположения на поверхности Земли.
Сигналы от GPS спутников большую часть времени имеют искусственно заниженную точность при определении координат и скорости объектов. Система GPS была разработана и обслуживается Министерством Обороны США и её главной задачей является обеспечение навигационными данными военных потребителей США и их союзников. В период становления системы МО США приняло решение о создании алгоритма, позволяющего закрывать доступ к высокоточным навигационным данным неавторизованным пользователям. В результате появились такие понятия как "Избирательный Доступ" (Selective Availability или S/A) и шифрование P-кода (Anti-Spoofing или AS). Эффект вызываемый S/A можно практически полностью нейтрализовать применением техники измерений под названием дифференциальная обработка.
Избирательный Доступ (Selective Availability или S/A) - был отключен 1 мая 2000 года
Если S/A неактивен и не применяется техника дифференциальной коррекции, то точность плановых координат с использованием одночастотного кодового приёмника составит порядка 2-5 метров (с вероятностью 95 %). А при активированном S/A точность плановых координат с таким же приёмником составит порядка 100 метров (с вероятностью 95 %). Точность высотных отметок заявляется на уровне 10 метров (с вероятностью 95 %).

Источники погрешности.
Основной источник - режим "избирательного доступа". Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

GPS-приемник.
Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, исполнение GPS-приемников также весьма разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:
Персональные GPS-приемники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.
Автомобильные GPS-приемники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приемо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
Морские GPS-приемники, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
Авиационные GPS-приемники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.

Другие системы определения местоположения.
Отечественной военно-космической промышленностью создана альтернативная спутниковая система ГЛОНАСС. Однако, несмотря на более высокую точность определения местоположения, ее надежность и потребительские характеристики существенно ниже, чем у NAVSTAR, и на сегодняшний день широкого распространения эта система не получила.

В создании обзора использованы сайты: http://www.garmin.ru/
http://www.agp.ru/gps.htm

21.03.2001
Экстремальный портал VVV.RU