1.    
  2.    
  3.     Як працює система супутникової навігації GPS

Як працює система супутникової навігації GPS

 

Система GPS (Global Positioning System – всесвітня система визначення координат) була розроблена в кінці сімдесятих років минулого століття. Замовником стало Міністерство оборони США. Через кілька років після запуску систему відкрили для цивільного використання. Офіційна назва її – NAVSTAR – NAVigation System with Timing And Ranging – навігаційна система визначення часу і дальності.

Основний принцип роботи системи полягає у використанні постійно перебувають на навколоземних орбітах супутників, що передають сигнали прив’язки. Таких супутників не менше 24. Зазвичай їх більше, деякі з них при цьому знаходяться в резерві. По мірі необхідності супутники замінюються новими. Строк служби кожного з них складає близько 10 років. Важить супутник системи близько 1 тонни і має розмах “крил” (сонячних батарей) близько 5 метрів. Супутники обертаються по 6 орбітах, расположеным на висоті близько 18000 км, з періодом обертання навколо Землі 12 годин. Управлінням системи займаються декілька наземних станцій спостереження, розташованих на тропічних островах і контрольованих центральним пунктом управління в Колорадо-Спрінгс (США). Нахил орбіт до земного екватора – 55 градусів, кут між площинами орбіт – 60 градусів.

Розташування GPS приймача обчислюється на основі вимірювання затримки проходження сигналу від декількох супутників та обчислення на основі цих вимірювань географічних координат і висоти над рівнем моря. Сигнал кожного супутника містить псевдовипадковий код (PRN – PseudoRandom Number code), ефемериди (ephimeris) і альманах (almanach). Псевдовипадковий код служить для ідентифікації супутника – джерела сигналу.
Ефемериди – координати даного супутника в навколоземному просторі. Вони передаються на супутник з центру управління.
Альманах – містить дані про те, де повинні знаходиться супутники в даний момент і їх стан – робочий чи ні.
Цей набір даних передається супутником з великою частотою. Для визначення свого місця розташування електроніка GPS-приймача обчислює різницю у часі відправлення сигналу з супутника згодом його отримання на Землі. По цій різниці обчислюється відстань до конкретного супутника. Основою ідеєю визначення координат GPS-приймача є обчислення відстані від нього до декількох супутників, розташування яких вважається відомим, (ці дані містяться в прийнятому з супутника альманасі). У геодезії метод обчислення положення об’єкта по вимірюванню його віддаленості від точок із заданими координатами використовується для тріангуляції.

Очевидно, що сигналу одного супутника недостатньо для визначення свого місцезнаходження – за нього можливе знаходження десь на поверхні сфери з обчисленим радіусом. По двом супутникам місце визначається вже як лінія перетину двох сфер – в загальному випадку це якась окружність. Теоретично, трьох супутників вже досить – обчислення дадуть дві можливі точки, одна з яких буде розташована високо над рівнем моря і тому буде відкинута. Однак, насправді відстань обчислюється з деякою похибкою, вплив якої тим більше, чим менше кути між напрямками від спадкоємця до супутників. Помилка у визначенні координат коригується обсчитывая сигнали інших супутників. Чим більше супутників використовує приймач, тим з більшою точністю можливо визначення його місцезнаходження.

До 2000 року в технології визначення координат вносилася навмисна помилка, що знижує точність їх визначення до 100 метрів за вимогами військового відомства. Зараз такі обмеження скасовані. Точність визначення координат зараз складає в середньому 10-15 метрів. При цьому вплив надають: кількість одночасно видимих супутників над горизонтом, напрямок на них, перешкоди від навколишнього фону, прохідність радіохвиль в атмосфері. Сучасні методи електронної корекції помилок дозволяють при використанні сигналів з 6-8 супутників (а просунуті приймачі дозволяють приймати одночасно до 12 каналів) звести похибка прив’язки до місцевості до 3-5 метрів.

На сьогоднішній день система GPS дуже широко використовується в навігаційних і картографічних цілях на увазі стабільності і довгого часу своєї роботи. Однак, треба пам’ятати про те, що всеж ця система контролюється військовим відомством однієї країни – США. В даний час активно здійснюється розгортання альтернативних подібних супутникових систем – російська ГЛОНАСС і європейська Galileo. Перспективно створення пристроїв, які будуть використовувати одночасно всі системи для більш точного позиціонування в просторі.

 

29.11.2016

Написати коментар