Строение навигационной системы GPS

Глобальная система позиционирования (GPS) совершила настоящий переворот в навигации. Во многих случаях, когда точность определения местоположения объекта не должна превышать 5–10 м, портативный приемник GPS, сопоставимый по размеру и цене с мобильным телефоном, просто незаменимая вещь, позволяющая отказаться от традиционных методов определения координат и экономить время и средства.

Широкое распространение с середины 1990-х годов доступных приемников GPS преобразило практику навигации. Точность этих приборов, их способность функционировать при любых погодных условиях сделали гораздо более безопасными многие специальности и виды досуга.

Технология GPS постоянно совершенствуется, становится все более дешевой. Уже появились миниатюрные приемники GPS, встроенные в наручные часы, в мобильные телефоны, карманные компьютеры и другие электронные устройства.

Глобальная система позиционирования — детище американского военного ведомства. Изначально она была задумана как точный и надежный всепогодный инструмент навигации для армии, флота и военно-воздушных сил США. Систему стали разрабатывать в начале 1970-х годов, однако полностью была введена в действие только в середине 1990-х. Первоначально проект именовался Navstar GPS (Навигационная спутниковая система отсчета времени и расстояний), но сегодня повсеместно известен просто как GPS.

Подобно многим другим более ранним военным технологиям, GPS очень скоро доказала возможность своего применения во многих других, вполне мирных областях человеческой деятельности, включая картографию, геологию, геодезию, а также коммерческую и любительскую навигацию.

В России также разработана система глобальной навигации, прошедшая опытную эксплуатацию, но до запуска группировки спутников и серийного выпуска пользовательских терминалов дело дойдет еще очень не скоро.

Строение навигационной системы GPS

Глобальная система позиционирования (GPS) состоит из трех отдельных, связанных элементов: наземного сегмента (наземных станций слежения), космического сегмента (спутников) и пользовательского сегмента (персональных приемников GPS). Все три объединяются посредством передачи и приема радиосигналов.

Наземная система управления

Пять наземных станций сегмента управления размещены на базах ВВС США по всему миру, а именно: в Колорадо-Спрингс (Северная Америка), на Гавайях (центральная часть Тихого океана), на острове Вознесения (центральная часть Атлантического океана), на острове Диего-Гарсия (Индийский океан) и на атолле Кваджалейн (западная часть Тихого океана). Наземные станции постоянно следят за работой спутников, контролируют их точное положение, корректируют орбиту, синхронизируют атомные часы и передают на спутники данные о точном местоположении и времени.

Группировка космических спутников

Космический сегмент системы составляют двадцать четыре спутника GPS, которые вращаются вокруг Земли на высоте около 20200 км. Всего орбит шесть и на каждой находится по четыре спутника. Каждый спутник за 12 часов совершает один виток вокруг Земли. Орбиты расположены так, что в любой момент времени на линии прямой связи с любой точкой поверхности планеты находятся, по крайней мере, пять спутников.

Каждый спутник постоянно передает радиосигналы, в которых закодированы данные как о его собственном положении и скорости, так и о положении и скорости всех остальных спутников. Кроме того, каждый спутник транслирует сигналы точного времени по собственным атомным часам.

Все спутники поддерживают друг с другом постоянную связь, поэтому каждый из них «знает», где в каждый момент времени находятся все прочие спутники системы.

Глобальная система позиционирования оснащена 24 спутниками, вращающимися вокруг Земли на высоте 20200 км. Каждый спутник за 12 часов совершает один виток.

Пользовательский сегмент

Данный сегмент представлен всеми имеющимися в мире приемниками GPS. Поскольку все, что делает приемник ради определения собственного местоположения, сводится к получению сигналов со спутников — сами устройства лишены качеств передатчика, то, соответственно, верхнего предела численности пользователей просто не существует.

Селективный доступ

Когда система впервые стала доступной для гражданских лиц, Министерство обороны США обеспечило военным преимущество в ее использовании путем включения в принимаемые гражданскими GPS сигналы намеренных и случайных ошибок. Такая практика получила название селективного доступа.

Реальным проявлением подобного подхода стало то, что, если военные приемники могли определять местоположение с точностью до 15 м, а в отдельных случаях и до 1 м и даже меньше, то точность гражданских не превышала 100 м. При этом выбор величины ошибки производился методом случайных чисел и узнать ее было фактически невозможно. К счастью, 1 мая 2000 года практика селективного доступа была отменена, и сегодня точность показаний гражданских и военных приемников вполне сопоставима.