Что такое GPS ?

Global Positioning System (GPS) - это спутниковая навигационная система, состоящая из работающих в единой сети 24 спутников, находящихся на 6 орбитах высотой около 17 000 км над поверхностью Земли. Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 км/сек, совершая два полных оборота вокруг планеты менее, чем за 24 часа.

 

Спутниковая система GPS известна также под другим названием - NAVSTAR. Очевидно, рассказ о GPS был бы неполным без сведений о самих спутниках.

 

Первый GPS-спутник был запущен в феврале 1978 г. Каждый спутник весит более 900 кг и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечными батареями). Мощность радиопередатчика - не более 50 ватт. Каждый спутник передает сигналы на 3-х частотах. Гражданские GPS-приемники используют частоту "L1", равную 1575.42 МГц. Каждый спутник расчитан на работу примерно в течение 10 лет. Новые спутники изготавливаются и запускаются на орбиту по мере необходимости. Работа всей системы запланирована и профинансирована минимум до 2006 г.  Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты. Этим достигается то, что сигнал от хотя бы от некоторых спутников может приниматься повсеместно в любое время. Даже на полюсах можно "увидеть" спутники - правда, они не будут пролетать прямо над головой. Это, конечно, повлияет на геометрию и , следовательно, на точность - но лишь немного.

 

Одним из важнейших преимуществ GPS перед существовавшими ранее наземными системами является всепогодность. Независимо от того, для каких целей Вы используете навигацию, GPS-приемник готов показать Ваше местоположение - и именно тогда, когда вам это надо.

 

Какую же информацию передает GPS-спутник? Его сигнал содержит т.н. "псевдослучайный код" (PRN - pseudo-random code), эфимерис (ephimeris) и альманах (almanach). Псевдослучайный код служит для идентификации передающего спутника. Все они пронумерованы от 1 до 32 и этот номер показывается на экране GPS-приемника во время его работы. Почему же количество PRN-номеров больше, чем число спутников (24)? Это облегчает обслуживание GPS-сети: новый спутник может быть запущен, проверен и ивведен в эксплуатацию еще до того, как старый выйдет из строя. Такому спутнику просто будет присвоен новый номер ( от 1 до 32).

 

Данные эфимериса, постоянно передаваемые каждым спутником, содержат такую важную информацию, как состояние спутника ( рабочее или нерабочее), текущая дата и время. Без этого Ваш GPS-приемник не знал бы, в частности, какой сегодня день и сколько сейчас времени. Помимо этого, как мы увидим далее, эта часть сигнала крайне важна для определения местоположения.

 

Данные альманаха говорят о том, где в течение дня должны находиться все GPS-спутники. Каждый из них передает альманах, содержащий параметры своей орбиты, а также всех других спутников системы.

Пожалуй теперь картина того, как работает GPS, должна становиться для Вас немного яснее. Каждяй спутник передает сигнал, который, образно говоря, означает следующее: "Я - спутник ? Х, сейчас мое положение Y, это сообщение было послано во время Z". Конечно, это - сильное упрощение, но поможет понять идею.

 

Ваш GPS-приемник получает это сообщение и запоминает эфимерис и альманах для дальнейшего использования. Эта же информация используется для установки или коррекции часов приемника. Итак, для определения местоположения GPS-приемник сравнивает время отправки сигнала со спутника со временем его получения на Земле. Эта разница во времени говорит приемнику о расстоянии до конкретного спутника. Если добавить к этому информацию о расстоянии, измеренном до нескольких других спутников, то можно триангулировать свое местоположение. Это в точности то, что делает GPS-приемник. Имея сигналы от минимум трех спутников, он может определить широту и долготу - это называется двумерной фиксацией. Если же спутников четыре или более, то GPS-приемник может определить положение в 3-х мерном пространстве, т.е. указать широту, долготу и высоту. Постоянно отслеживая Ваше местоположение в течении некоторого времени, приемник также может расчитать скорость и направление Вашего движения (имеется ввиду т.н. "наземная скорость" и "наземный курс").