GPS. Общая информация.

Глобальная система позиционирования, GPS (Global Positioning System) — спутниковая система навигации, обеспечивающая определение координат, направления и скорости движения в любую погоду, время суток и в любом месте на Земле.

Система была разработана в США и сейчас доступна практически любому пользователю вне зависимости от местоположения. Система состоит из трех частей: орбитальные спутники (количеством от 24 до 32), 4 станции контроля и мониторинга на земле и пользовательские GPS приемники. Спутники транслируют сигал из космоса, который используется GPS приемниками для определения координат местонахождения (долгота, широта и высота) и времени.

Система была полностью введена в эксплуатацию 27 апреля 1995 года. С этого момента она широко используется во многих областях жизнедеятельности: в картографии, научных, географических исследованиях, бизнесе, обеспечении безопасности, и даже в развлекательных целях — для проведения различных игр и соревнований, когда по координатам необходимо найти определенные предметы.

Функция, позволяющая точно определять время с помощью GPS, так же востребована, например, при изучении землетрясений, для синхронизации протоколов вычислительной техники, в системах сотовой связи, банковской сфере.

Наиболее широкое применение GPS нашла на транспорте. С помощью этой системы обеспечивается навигация воздушных и морских судов, а так же автомобильного транспорта.

Как работает система позиционирования?

GPS приемник рассчитывает свое местопложение с помощью сигналов, посылаемых со спутников, находящихся на орбите Земли. Каждый спутник постоянно передает сообщения, которые включают в себя данные о времени отправки сообщения, точную орбитальную информацию, общесистемную информацию и примерные орбиты всех спутников системы.

Приемник измеряет время передачи каждого сообщения и рассчитывает расстояние до каждого спутника. С помощью математических методов эти данные используются для определения местонахождения самого приемника. Эта информация отображается на дисплее — на карте или просто координатами (широта, долгота, иногда высота). Многие GPS приемники могут отображать так же направление и скорость движения, которые определяются изменение координат.

Может показаться, что трех спутников было бы достаточно для определения координат, так как пространство имеет три измерения. Однако, совсем небольшая погрешность во времени, увеличивается из-за скорости света, с которой распространяются сигналы спутников, и это приводит к очень большим погрешностям в определении координат. Поэтому GPS приемники используют сигнал от 4 и более спутников для вычисления местоположения и времени.

Таким образом для нормального функционирования GPS приемника ему необходимо получить сигнал от четырех спутников. В некоторых случаях может быть достаточно и меньшего количества — например, самолет или корабль могут определять свое положение над уровнем моря используя другие приборы, и эти данные могут использоваться для определения координат в комбинации с сигналами со спутников.

Точность, с которой бытовой GPS приемник может определить координаты в горизонтальной плоскости, составляет примерно 15 метров (до 5 метров при хорошей видимости спутников).

Основными недостатками системы GPS является возможность недоступности сигнала, возможности искажения сигнала из за погодных или природных условий (сильная облачность, помехи от магнитных бурь). Так как система GPS была разработана изначально для военных целей, то в некоторых ситуациях министерство обороны США может отключать от системы гражданских пользователей.