Звездный шкипер
Дмитрий Шульгин
Благодаря появлению компактных GPS-модулей спутниковая навигация теперь доступна не только автолюбителям, но и пешеходам, не желающим часами блуждать по незнакомым окраинам больших городов.
GPS-навигация
Хотя рядовой пользователь спутниковой навигационной системы работает только с оконечными устройствами, оснащенными картами, ему будет полезно иметь общее представление о системе GPS. Во всяком случае, зная принципы работы спутниковой навигации, вы не будете пытаться поймать сигнал под крышей дома, перестанете удивляться сбоям в работе при прохождении транспортных развязок и будете при покупке GPS-ресивера обращать внимание на порядковые номера чипсетов SiRF.
Триангуляция
Уникальные навигационные возможности спутниковой системы основаны на принципе триангуляции. Система работает, измеряя время, за которое радиосигнал доходит от спутника до GPS-приемника, а затем вычисляет расстояние. Если мы можем точно определить момент времени, в который спутник начал посылать радиосигнал, и момент, когда он был получен, то можно также определить, как долго он шел до нас. И тогда, умножая скорость распространения сигнала (300 000 км/с) на время в секундах, мы вычислим искомое расстояние от спутника до ресивера. В результате этой операции мы получаем первую точку отсчета: помещаем GPS-приемник где-нибудь на поверхности воображаемой сферы с радиусом, равным его расстоянию до спутника. Когда сигналы от трех других спутников будут обработаны таким же образом, встроенный компьютер GPS-приемника сможет вычислить точку, в которой все четыре сферы пересекаются, определив, таким образом, текущую долготу, широту и высоту.
В теории три спутника обеспечивают однозначное определение места в пространстве, но на практике системе требуется по крайней мере четыре спутника, чтобы скорректировать погрешность в часах GPS-ресивера. Дело в том, что на GPS-устройстве нельзя разместить точные атомные часы, поэтому приходится использовать данные четвертого спутника, чтобы исключить относительное смещение шкалы времени приемника. Каждый спутник системы GPS передает навигационные сигналы на двух частотах: 1575,42 МГц (для гражданских лиц) и 1227,6 МГц (для вооруженных сил США).
Орбиты навигационных спутников известны заранее, а GPS-приемники имеют альманах, размещаемый в памяти их компьютеров, из которого известно, где будет находиться каждый спутник в любой момент времени. Чтобы сделать систему более совершенной, движение спутников системы GPS находится под постоянным контролем наземных станций слежения.
Наземные станции определяют параметры движения спутника и передают эту информацию обратно на спутник, заменяя ею в памяти бортового компьютера прежние данные.
Таким образом, спутники системы GPS всегда передают информационные сообщения о своем точном положении на орбите. Все виды приемников GPS используют эти данные вместе с информацией, заключенной в альманахе, для того чтобы установить точное положение каждого спутника.
Долой ограничения!
Долгие годы российские военные настороженно относились к возможностям, предоставляемым устройствами GPS-навигации. В России существовали серьезные ограничения на точность определения координат, однако с 1 января 2007 года они были сняты. Теперь стало возможным определение истинных координат на местности с точностью лучше 30 м и использование космических снимков с высоким пространственным разрешением.
Со стороны военных это был скорее вынужденный шаг. Дело в том, что, несмотря на существовавшие запреты, на практике их никто не соблюдал. Кроме того, определить координаты какого-либо объекта можно вообще без непосредственного использования GPS-аппаратуры — достаточно воспользоваться программой Google Earth.
Наконец, следует понимать и то, что реальная возможность изменения точности определения координат контролируется страной, владеющей космической группировкой, то есть США. Не секрет, что система GPS, дополненная различными интенсифицирующими технологиями (например, геосинхронным наложением), позволяет американским военным уже сегодня определять координаты с точностью до 1 см (0,4 дюйма)!
Мобильные устройства с GPS
В состав системы GPS-навигации входят три основных сегмента: космический, наземный и пользовательский. Первый состоит из 28 автономных спутников, равномерно распределенных по орбитам на высоте 20 350 км. Параметры их орбит контролируют пять наземных станций слежения, находящихся в тропических широтах. Третий сегмент системы — это GPS-приемники, выполненные и как самостоятельные приборы (носимые или стационарные), и как платы для подключения к ПК, бортовым компьютерам и другим аппаратам. За время существования и развития навигационных систем примерно 60 фирмами создано более 400 типов приемной аппаратуры, которая используется для решения как военных, так и гражданских задач. Сегодня мы расскажем о GPS-навигаторах, которые являются частью мобильных устройств — телефонов, коммуникаторов и ноутбуков.