Мы каждый день пользуемся системами навигации. Кому-то нужно проложить маршрут в незнакомое место, кто-то ищет новые пути дом-работа-дом, кто-то просто страдает топографическим кретинизмом. Мы редко задумываемся о том, как это работает и вспоминаем, что это как-то связано со спутниками только тогда, когда все рьяно тупит и маршрут не строится. А все же, как это работает и нужен ли для корректной работы GPS Интернет?
Нет, Интернет не нужен. С этим разобрались. На самом деле, вокруг нашей планеты кружит 24 спутника (запущено почти 60, но не все уже в работе), с помощью которых каждый из нас может определить свое местоположение. У каждого спутника есть своя орбита, и за космические сутки (23 часа 56 минут) он успевает облететь Землю два раза. И все же, как люди додумались до создания спутниковой системы?
В 80-х российские учёные занялись разработкой системы навигации по спутникам, которую в будущем назовут “ГЛОНАСС”. Первый спутник со стороны России был запущен в 1982 году, но идея не взлетела, потому что финансирование закончилось. Зато в это время подсуетились в США, заметив, что их соперник уже во всю выводит что-то на орбиту. Их проект начался еще в 1973 году, но шел неспешно, не торопясь, а после того, как “противник” вплотную занялся делом, американцы до 1993 года быстренько вывели на орбиту Земли 24 спутника и покрыли всю площадь планеты сигналом. Изначально, GPS задумывался исключительно как военная технология, но в процессе работы над проектом было решено дать возможность каждому использовать систему. Для этого абсолютная точность наведения была изменена с помощью специального алгоритма.
Принцип работы
24 спутника на высоте около 20 тысяч километров, вокруг планеты они расположены так, что в любой момент времени из любой точки Земли точно видно 4 спутника, максимум их может быть видно 12. В каждом спутнике имеются атомные часы, точность которых определена до наносекунд. Любой объект на Земле или над ней (самолеты, к примеру) определяют свое положение в зависимости от получаемых сигналов времени от разных спутников. Расстояние от трех спутников определяет точку на земном шаре. Для корректного определения вашего местоположения необходимы как минимум 3 спутника, но чем их больше, тем точность выше. Три сигнала дают нам три точки, вокруг которых мы можем начертить воображаемую сферу с радиусом, равным расстоянию до объекта. Пересечение двух сфер дает окружность возможных положений искомого объекта, а наличие третьей сферы дает возможность свести данные до одной конкретной точки – вашего местоположения. В целом каждое устройство с GPS-приемником ориентируется на данные от 3 до 12 спутников. Когда пользователь задает запрос (в машине, в смартфоне, просто gps-навигатор), он получает “ответочку” от трех-четырех и больше спутников с орбиты. Сигнал содержит данные о координатах спутника и времени на его часах. Получая сигналы из разных источников, учитывая разницу времени на Земле и в космосе, зная скорость передачи радиоволн, приемник рассчитывает с помощью уравнения расстояние до спутника (называется она псевдодальность) и, анализируя данные, определяет точное местоположение. Таким образом каждый человек может прокладывать маршруты и находить себя в пространстве в режиме реального времени.
Интересным моментом в работе GPS является вопрос коррекции времени. Ведь точность в вопросах определения геолокации важна, особенно если речь идет о военной технологии, пусть она и стала общественным достоянием. Для корректной работы спутников была учтена теория относительности. Из-за того, что с Земли мы видим спутники в движении, специальная теория относительности утверждает, что часы на них должны идти медленнее на 7 микросекунд из-за меньшей скорости хода времени. Кроме того, положение спутника относительно Земли заставило ученых брать в расчет кривизну пространства и времени, ведь масса планеты меньше влияет на часы на спутнике, чем на ее территории (ход часов, расположенных ближе к массивному объекту, кажется медленнее, чем часов, находящихся дальше от объекта). Короче говоря, с Земли кажется, что время на спутнике идет медленнее с разницой в 38 миллисекунд в сутки. Ведь даже разность данных на 20 наносекунд привела бы к погрешностям в вычислениям геолокации каждые пару минут, и эта ошибка накапливалась бы. К примеру, за день точность определения местоположения объектов сбилась бы приблизительно на 10 км!
Конечно, погрешности имеются. Каждый знает, что сигнал очень плохо считывается в помещении, ведь он плохо проходит через бетонные стены и металлические укрепления, в тоннеле или подвале не принимается совсем. Даже повышенная облачность может сбить точность информации. К тому же, если часы вашего GPS идут неверно, это тоже может привести к неправильным результатам.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Система слежения очень может пригодиться на охоте, особенно, если происходит она в незнакомых местах или в крупных лесных и горных массивах. Кроме того, возможности GPS-слежения позволят контролировать передвижения вашего четвероногого помощника и не потерять его в угодьях.
Что такое GPS
Если сильно не углубляться в специальные термины и детали, то глобальная система позиционирования Global Positioning System – GPS оказывается очень простой. Помните школьную задачку – из пункта А в пункт Б выехал автомобиль со скоростью 100 км/час…Вот GPS и является тем способом, который простым измерением расстояния и времени, потраченного на его преодоление, может определить точное местонахождение передвигающегося предмета или человека.
Для точного определения своих координат не человеку достаточно знать расстояние до трех каких-либо пунктов. В Случае GPS эти три пункта-ориентира – космические спутники.
Немного истории
Первые спутники системы Вооруженные силы США начали размещать на орбите в 1974 году. От Земли они на расстоянии почти 1900 километров. Изначальное количество их было 6 и возросло до 24 в 1994 году. Этого оказалось достаточно, чтобы можно было вычислить местоположение чего-либо или кого-либо в любой точке планеты, включая Антарктиду. Первая система имела аббревиатуру DNSS. Сейчас группа этих спутников носит название NAVSTAR (акроним Navigation Timing and Ranging), а сама система переименована в GPS (не путать с GPRS, которая работает только через Интернет). На 2015 год она включает 29 спутников, 5 из которых – запасные. Они подключаются, когда какой-нибудь из основных выходит из строя или на время замены устаревших новыми, более современными технологически моделями.
Спутники не очень большие – от 1 до 2 тонн каждый, размеры не более 5 метров с развернутыми солнечными батареями, движутся они по 4 штуки на 6 орбитах. Скорость их такова, что за сутки каждый облетает Землю по 2 раза. Орбиты расположены таким образом, что 4 из спутников постоянно могут принимать сигналы из любой точки на планете.
Принцип работы системы GPS
В систему входит также единый центр управления в американском городе Колорадо Спрингс и еще 5 подчиненных пунктов по всему миру, предназначенных только для приема сигналов и мониторинга работы системы GPS. Задача центра управления – проверка соответствия передвижения спутников заданной им орбите. Если какой-то из них отклоняется – то через радиосвязь подается сигнал и с помощью ракетных двигателей, установленных на каждом из спутников, его отправляют на место.
Бесконечно вращаясь вокруг Земли, спутники в унисон ведут радиопередачу на одной частоте – 1,57542 Ггц, к которой подключаются ежесекундно сотни миллионов GPS-приемников в машинах, на кораблях, в карманах пользователей и даже на собачьих и кошачьих ошейниках.
Вообще-то спутники GPS транслируют два сигнала – L1 и L2. Изначально они имели разное назначение. Сигнал L1 предназначался только для гражданского пользования, и в намеренно была заложена погрешность на точность определения координат с разбросом в 100 метров. Сигнал L2 имеет назначения высокоточной навигации авиации и флота, а также, для применения в военных целях. Но с развитием технологий и потребностями гражданских пользователей в более высокой точности в 2002 году было принято решение дать доступ к L2 и гражданским лицам. Хотя в системе предусмотрена возможность в случае надобности моментально поменять код и закрыть доступ к военной системе GPS.
Что примечательно, этой высокоточной навигацией абоненты могут пользоваться бесплатно, а оплачивать надо только стоимость самих устройств.
Как и в стандарте цифровой беспроводной связи CDMA, которую изначально американцы также разработали для военных нужд, в GPS используется принцип «псевдослучайной последовательности», или еще одно название – псведошумовой сигнал. Он отличается такими характеристиками как защита от естественных и искусственных помех, возможность мгновенного оправления и принятия огромных объемов информации от множества объектов. А еще, эти сигналы не требуют большой мощности передаточных и приемных устройств ни на спутниках, ни на аппаратах абонентов.
Скорость, с которой распространяется сигнал, равна скорости света. То есть, если спутник находится прямо над головой, то сигнал с орбиты дойдет чуть меньше чем за 0,06 секунды. При такой скорости погрешность в вычислении координат будет составлять почти 3 километра. Конечно, такая точность не интересует ни гражданских, ни военных, поэтому на каждый спутник установлены и синхронизированы с другими высокоточные атомные часы, дающие погрешность всего в одну наносекунду (0,000000001 секунды) против 0,0001 секунды в обычных электронных часах. На каждом спутнике установлены по 4 такие атомные часы (про запас) и такая точность позволяет допускать погрешность в координатах 3-5 метров.
Как работает GPS-навигатор
Это высокотехнологичное устройство, размером не больше мобильного телефона – приемник и компьютер в одном корпусе. Приемник принимает сигналы с орбиты, а программа его расшифровывает и производит все нужные вычисления, выдавая пользователю нужную информацию.
В GPS-навигатор встроены также высокоточные часы, но не атомные (их стоимость – 75 тысяч долларов), а кварцевые, погрешность которых учитывается при компьютерных расчетах, и производится их корректировка.
Все модели навигаторов GPS отображают на экране текущее его место положения, географические координаты точки, а также траекторию пройденного пути от предыдущей отмеченной точки (все эти данные сохраняются в памяти компьютера). Кроме того, все приборы двух последних поколений имеют несколько страниц, на которых отображается разная информация: положение спутников относительно точки расположения прибора, карту с пройденным путем, страничку навигации с указанием самого короткого и удобного пути к выбранной точке. Это может быть сделано различными способами: стрелочкой на экране путевого компьютера или голосовыми предупреждениями. При этом программа учитывает скорость передвижения и отмечает уже пройденное расстояние.
В программе уже заложена часть совместимых с ним карт, но производители рекомендуют загружать более точные в стране использования прибора, что позволяет получать не только географические координаты, но и отметку на карте конкретной местности, что гораздо удобнее и нагляднее.
В чем особенности автомобильных GPS-навигаторов
По принципу действия они практически ничем не отличаются, просто оснащены дополнительным оборудованием: креплением для передней панели автомобиля, шнуром питания в прикуривателе и разъемом для выносной антенны. Последний момент очень важен, так как в салоне часть неба закрыта крышей — и сигнал от части спутников не достигает приемного устройства. Кроме того, именно в автомобильных навигаторах чаще всего предусмотрена функция голосовых подсказок, а также, возможность прокладывания и расчета маршрута только по заданной конечной точке, в автоматическом режиме, без участия человека.
Эта функция удобная и необходимая в условиях передвижения на незнакомой местности и позволяет сгенерировать весь маршрут, конечной точкой которого может быть конкретный город, улица и даже дом.
Но эта функция поддерживается только при загрузке определенных карт с подробной информацией о дорогах, развязках, знаках. При этом программа сама выбирает из всех возможных вариантов маршрута тот, который будет самым коротким, комфортным для автомобиля и максимально пролегающим по качественным дорогам.
На карте при этом фиксируются путевые точки (отправная и конечная) а также точки POI – точки интереса. Они хранятся в памяти устройства и недоступны для редактирования пользователем. Точки POI – это координаты АЗС, полицейские посты, СТО, магазины, кафе и рестораны, отели, кемпинги, развлекательные заведения и пр. Библиотеку POI можно пополнять, но только с фирменных CD, с информацией о конкретных регионах и городах. Последние версии с библиотеками точек интереса содержат не только точный адрес и название, но и номер телефона заведения или учреждения.
GPS-навигатор на охоте – есть ли в нем потребность?
Система слежения очень может пригодиться на охоте, особенно, если происходит она в незнакомых местах или в крупных лесных и горных массивах. В азарте поиска и преследования дичи охотник может потерять ориентиры и заблудиться. Или же охотник получил ранение и не имеет возможность самостоятельно передвигаться. Сколько раз уже находили останки охотников (даже промысловиков), которые так и не нашли выход из тайги. Часто в таких диких местах мобильная связь недоступна, зато поисковые службы могут определить местонахождение потерявшегося или раненого человека по сигналу GPS-трекера (более простой, бюджетный вариант, работающий через сотовую связь) или навигатора (независимое устройство). Кроме того, навигатор поможет найти кратчайший путь до нужной точки: например, до охотничьей базы или ближайшей дороги.
GPS-ошейники для собак
Еще одно, наверное, чаще всего используемый функционал системы позиционирование – контроль за местоположением собаки на охоте.
Она может убежать за дичью и потерять любую связь с охотником, а может стать в крепкую стойку и найти ее в высокой траве или зарослях будет крайне сложно. Каждый охотник наверняка вспомнит такой случай в своей практике, когда приходится по несколько часов рыскать по угодьям, свистя и срывая голос, в поисках пропавшего помощника. Специальный ошейник с трекером раз и навсегда избавит от этой проблемы. Мы не будет описывать все системы – а их более 10-ти от разных производителей, просто предоставляем советы охотников, которые уже испытали несколько доступных в нашей стране вариантов и рекомендуют выбирать модели:
в которых есть двухсторонняя связь;
встроено устройство экономии энергии;
зарядка аккумулятора действует больше 24 часов;
корпус устройства должен быть водонепроницаем;
есть возможность слежения в режиме реального времени;
есть кнопка подачи тревожного сигнала (дай Бог, чтобы никогда не пригодилась).
Такие модели незначительно дороже, но они того стоят, особенно если вы собираетесь на серьезную охоту.
Немного юмора
Чтобы 100%-но найти утку, надо ее поймать и прикрепить навигатор — теперь трофей точно будет ваш
Возможности устройства — обнаружены 8 белых грибов и 1 лисица
Видео
Видеосюжет о возможностях навигатора
Как выбрать навигатор
Навигатор для охоты и рыбалки
Спутник системы GPS на орбите
Основной принцип использования системы - определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников до потребителя. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников»:
Здесь: - местоположение -го спутника, - момент времени приема сигнала от -го спутника по часам потребителя, - неизвестный момент времени синхронного излучения сигнала всеми спутниками по часам потребителя, - скорость света, - неизвестное трехмерное положение потребителя.
История
Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли , американские учёные во главе с Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.
Реализована эта идея была через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS, а, затем, в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г., а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.
Первоначально GPS - глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту был сбит из-за дезориентации экипажа в пространстве, президент США Рональд Рейган с целью не допустить в будущем подобные трагедии разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом. [уточнить ]
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон.
| Блок | Период запусков |
Запуски спутников | Работают сейчас |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Запу- щено |
Не успешно |
Гото- вится |
Заплани- ровано |
|||
| I | 1978-1985 | 10 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| II | 1989-1990 | 9 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| IIA | 1990-1997 | 19 | 0 | 0 | 0 | 11 |
| IIR | 1997-2004 | 12 | 1 | 0 | 0 | 12 |
| IIR-M | 2005-2009 | 8 | 0 | 0 | 0 | 7 |
| IIF | 2010-2011 | 2 | 0 | 10 | 0 | 2 |
| IIIA | 2014-? | 0 | 0 | 0 | 12 | 0 |
| Всего | 59 | 2 | 10 | 12 | 31 | |
| (Последнее обновление данных: 9 Окт 2011) |
||||||
Техническая реализация
Космические спутники
Незапущенный спутник, экспонирующийся в музее. Вид со стороны антенн.
Орбиты спутников
Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat- число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).
Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой порядка 20200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.
Радиочастотные характеристики
Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5=1176,45 МГц. Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника .
Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код - модуляция BPSK (1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа - SA) с мая 2000 года отключён. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами Galileo L1.
Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y) кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Еще одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.
C запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 (1176.45 МГц). Этот сигнал также называют safety of life (охрана жизни человека). Сигнал на частоте L5 мощнее на 3 децибела, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в 10 раз шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.
Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN) двух типов: C/A-код и P-код. C/A (Clear access) - общедоступный код - представляет собой PRN с периодом повторения 1023 цикла и частотой следования импульсов 1023 МГц. Именно с этим кодом работают все гражданские GPS-приемники. P (Protected/precise)-код используется в закрытых для общего пользования системах, период его повторения составляет 2*1014 циклов. Сигналы, модулированные P-кодом, передаются на двух частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. C/A-код передается лишь на частоте L1. Несущая, помимо PRN-кодов модулируется также навигационным сообщением.
| Тип спутника | GPS-II | GPS-IIA | GPS-IIR | GPS-IIRM | GPS-IIF |
| Масса, кг | 885 | 1500 | 2000 | 2000 | 2170 |
| Срок жизни | 7.5 | 7.5 | 10 | 10 | 15 |
| Бортовое время | Cs | Cs | Rb | Rb | Rb+Cs |
| Межспутниковая связь |
- | + | + | + | + |
| Автономная работа, дней |
14 | 180 | 180 | 180 | >60 |
| Антирадиационная защита |
- | - | + | + | + |
| Антенна | - | - | Улучшенная | Улучшенная | Улучшенная |
| Возможность настройки на орбите и мощность бортового передатчика |
+ | + | ++ | +++ | ++++ |
| Навигационный сигнал |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M |
L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M L5:C |
24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 аппарат в марте 2010 года).
Наземные станции контроля космического сегмента
Основная статья: наземный сегмент спутниковой системы навигации
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо , США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000-4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.
Применение GPS
Приёмник сигнала GPS
Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS широко используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны , смартфоны , КПК и онбордеры . Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.
Высказывались предложения об интеграции систем Iridium и GPS.
Точность
Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже :
| Источник погрешности | Среднеквадратичное значение погрешности, м |
|---|---|
| Нестабильность работы генератора | 6,5 |
| Задержка в бортовой аппаратуре | 1,0 |
| Неопределённость пространственного положения спутника | 2,0 |
| Другие погрешности космического сегмента | 1,0 |
| Неточность эфемерид | 8,2 |
| Другие погрешности наземного сегмента | 1,8 |
| Ионосферная задержка | 4,5 |
| Тропосферная задержка | 3,9 |
| Шумовая ошибка приёмника | 2,9 |
| Многолучёвость | 2,4 |
| Другие ошибки сегмента пользователя | 1,0 |
| Суммарная погрешность | 13,1 |
Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих.
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6-8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции . На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS , EGNOS , MSAS и т. д. передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.
Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не менее 60-90 см. Если такая точность будет не только для военных, но и для гражданских применений, то это приятная новость для владельцев GPS-навигаторов.
На октябрь 2011 года на орбиту выведены первые два спутника из новой версии: GPS IIF SV-1 запущен в 2010 году и GPS IIF-2 запущен 16 июля 2011 года.
Всего первоначальный контракт предусматривал запуск 33 спутников GPS нового поколения, но потом из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. Все они будут выведены на орбиту в ближайшее время.
Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов . Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14000 км/ч (3.874км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для триангуляции.
Недостатки
Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника , или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь , либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками).
Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом .
Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США.
Теперь [когда? ] Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается, что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра.
Реализация данной программы займёт некоторое [какое? ] время. В Министерстве обороны США утверждают, что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Количество спутников изменено не будет, их по-прежнему будет 30: 24 работающих и 6 резервных.
Хронология
| 1973 | Решение о разработке спутниковой навигационной системы |
| 1974-1979 | Испытание системы |
| 1977 | Приём сигнала от наземной станции, симулирующей спутник системы |
| 1978-1985 | Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I) |
| 1979 | Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24. |
| 1980 | В связи с решением свернуть программу использования спутников Vela системы отслеживания ядерных взрывов, эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащённых сенсорами регистрации ядерных взрывов. |
| 1980-1982 | Дальнейшее сокращение финансирования программы |
| 1983 | После гибели самолёта компании Korean Airline , сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам. |
| 1986 | Гибель космического челнока Space Shuttle «Challenger» приостановила развитие программы, так как последний планировался для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта» |
| 1988 | Решение о развёртывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы. |
| 1989 | Активация спутников второй группы |
| 1990-1991 | Временное отключение SA (англ. selective availability - искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приёмников. Включение SA 01 Июня 1991 года. |
| 08.12.1993 | Сообщение о первичной готовности системы (англ. Initial Operational Capability ). В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам |
| 1994 | Спутниковая группировка укомплектована |
| 17.07.1995 | Полная готовность системы (англ. Full Operational Capability ) |
| 01.05.2000 | Отключение SA для гражданских пользователей, таким образом точность определения выросла со 100 до 20 метров |
| 26.06.2004 | Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости Galileo и GPS 1 |
| Декабрь 2006 | Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.² |
См. также
- Transit (первая спутниковая навигационная система, 1960-е - 1996)
- Galileo (европейская навигационная система)
- ГЛОНАСС (российская навигационная система)
Примечания
Литература
- Александров И. Космическая радионавигационная система НАВСТАР (рус.) // Зарубежное военное обозрение . - М ., 1995. - № 5. - С. 52-63. - ISSN 0134-921X .
- Козловский Е. Искусство позиционирования // Вокруг света . - М ., 2006. - № 12 (2795). - С. 204-280.
- Шебшаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / под ред. В. С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М .: Радио и связь, 1993. - 408 с. - ISBN 5-256-00174-4
Ссылки
Официальные документы и спецификации- Официальный сайт правительства США и системы GPS со статусом спутниковой группировки (англ.)
- Глобальные Навигационные Спутниковые Системы (GNSS). Как это работает? , gps-club.ru
- Галилео и GPS (англ.)
- Совместное заявление по обеспечению взаимодополняемости и совместимости ГЛОНАСС и GPS ((недоступная ссылка) , копия)
| Системы навигации | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Спутниковые |
| ||||||
После того как многие из нас с трудом запомнили аббревиатуру WAP, наступило время для задания посложнее. Скоро сотовые операторы и производители мобильных телефонов будут терпеливо учить нас без запинки произносить GPRS («джи-пи-эр-эс»).
Некоторым компаниям это особо хорошо удается. Однажды MTC объяснила, что авария, произошедшая у них, была вызвана неполадками при наладке GPRS-оборудования. Потом отличились производители сотовых телефонов, которые неожиданно обнаружили, что сотовые телефоны быстро перегреваются при GPRS-передаче данных. Как уж тут не запомнить четыре «зловещие» буквы. GPRS обозначает новый переходный стандарт, позволяющий в 12 раз повысить скорость приема/передачи данных в сетях GSM (с 9,6 до 115 Кбит/с, а по другим данным - до 171 Кбит/с). Причем «мобильный Интернет» должен стать не только «быстрее», но и значительно дешевле.
GPRS. Что это такое?
GPRS (General Packet Radio Service) - современный стандарт пакетной передачи данных по радиоканалу. Если у оператора сотовой связи (и, скажем, провайдера Интернета в одном лице) установлено оборудование с поддержкой GPRS, а вы купили мобильный телефон с GPRS-поддержкой, то это означает, что потенциально вы можете работать с Интернетом со скоростью 15 Кбайт/с (115 Кбит/с). Забегая вперед, сразу оговорюсь, что при этом вам не придется каждый раз устанавливать соединение - абонент как бы постоянно находится на связи с провайдером (в онлайне). Кто испугался, утешу: платить нужно будет не за время, проведенное в сети (или за эфирное время, как в случае с WAP), а лишь за реально отправленные или принятые данные. То есть тарифицироваться будут не секунды, а килобайты данных.
Считается, что 115 Кбит/с GPRS - это переходный стандарт. Его задача - подготовить почву для транзита к полноценным сетям третьего поколения, которые позволят с высокой скоростью передавать по радиоканалам не только Интернет-, но и мультимедийную информацию (включая режим видеотелефона). Уже в этом году предполагается рост объема трафика данных в сетях GSM на 100% - люди все чаще отправляют через сотовые телефоны факсы, работают с электронной почтой и Интернетом. Ожидается, что после введения наземных и спутниковых сегментов (до 2010 года) в сетях третьего поколения будет достигнута производительность до 64 Кбит/с - без ограничения подвижности абонентов, до 384 Кбит/с (48 Кбайт/с) - при ограниченной скорости перемещения (например, у пешеходов) и до 2 Мбит/с - при использовании стационарных сотовых телефонов. К сожалению, надежды на единый всемирный стандарт сотовой связи третьего поколения не оправдались. В товарищах согласья нет, поэтому стараниями конкурирующих телекоммуникационных концернов «третье поколение» (3G) сотовых сетей будет опираться на группу из нескольких стандартов. Поживем - увидим, что из этого получится. А пока нам за глаза хватит и возможностей GPRS.
Практический GPRS
Производители оборудования GPRS приводят яркие примеры использования GPRS-мобильников в ближайшем будущем. Особенно мне понравилась история о коммивояжере. Представьте, что торговый представитель получает на телефон весточку из главного офиса о том, что сегодня ему предстоит встреча с потенциальными покупателями. Коммивояжер не долго думая входит с коммуникатора (или ноутбука, соединенного с сотовым телефоном) в корпоративную базу данных, чтобы получить сведения о покупателях. Причем «входит» - не совсем точно сказано, поскольку его GPRS-телефон постоянно подключен к удаленной локальной сети. За считанные секунды продавец может просмотреть историю заказов, осведомиться о состоянии склада и получить дополнительную информацию о заказчиках. Все готово к встрече с клиентами. Звучит фантастично? Пока - да. Но техническая инфраструктура GPRS практически готова в большинстве европейских, латиноамериканских, азиатских стран и в России - по крайней мере, в ее столице.
Сотовые телефоны с поддержкой GPRS - это больная тема для операторов. Серверное оборудование для GPRS закуплено и смонтировано, а абонентских терминалов (трубок) как не было, так и нет. С WAP дело обстояло почти с точностью до наоборот. В чем же дело? Это можно объяснить только двумя причинами: при разработке телефонов с GPRS-поддержкой возникли серьезные технические трудности или сотовые GPRS-трубки получаются слишком дорогими для массового рынка. Серьезной критики ни одна из этих причин не выдерживает, но косвенные подтверждения им все-таки имеются. Как уже упоминалось в начале статьи, есть сведения, что GPRS-трубки при интенсивной работе с данными перегреваются, а возникающий уровень излучения превышает допустимые пределы. Оговорюсь, что это лишь «онлайновые» домыслы, доказательствами я не располагаю.
Однако GPRS-трубки в природе все-таки существуют. Самая известная из них - модель Ericsson R520, впервые продемонстрированная еще летом прошлого года в виде рабочего предпродажного образца. Производитель обещает развернуть массовые поставки уже в текущем квартале. Этот трехдиапазонный телефон (GSM 900/1800/1900) помимо GPRS поддерживает технологию радиообмена между цифровой электроникой Bluetooth. Встроенный WAP-браузер в сочетании со скоростью GPRS позволяет действительно комфортно просматривать WML-страницы в Интернете. Причем за очень небольшие деньги - размер этих страниц измеряется в нескольких килобайтах. Среди «некомпьютерных» возможностей этого телефона можно отметить громкую связь, инфракрасный порт и адресную книгу более чем на 500 записей. При габаритах 130×50×16 мм телефон весит всего 105 граммов. Ресурс аккумулятора: 7,5 - часов в режиме разговора и 8 дней - в режиме ожидания.
Довольно скоро на прилавках появится расширенная версия изящного телефона Alcatel One Touch 700, в списке возможностей которого будут числиться поддержка GPRS и Bluetooth. Аппарат, снабженный самой современной литий-полимерной батареей, весит 88 граммов и обеспечивает 5 часов работы в режиме разговора. Управление производится плоским пятипозиционным джойстиком, меню - анимированные. Особое внимание разработчики уделили расширенным функциям. Так, SMS с этого аппарата можно отправлять не одному, а сразу нескольким получателям (типа списка рассылки). В органайзере, синхронизирующемся с ПК, можно хранить 1200 записей. Плюс голосовой набор, плюс виброрежим… Словом, One Touch 700 - это самый продвинутый аппарат в современном модельном ряду Alcatel. К нему даже трудно что-либо добавить.
Среди доступных на сегодняшний день GPRS-адаптированных телефонов можно особо отметить трехдиапазонный Motorola Timeport 7389i, упоминания о специальных версиях которого мелькают в отчетах о тестировании серверного GPRS-оборудования. Странно, что в штатных спецификациях этой модели слово GPRS нигде не упоминается. Из этого я делаю вывод, что не все модели поддерживают высокоскоростную пакетную передачу данных. Timeport 7389i - аппарат не новый, но во всех отношениях удачный, как показало тестирование лаборатории «КомпьютерПресс». Особого упоминания заслуживает ЖК-дисплей Optimax c рефлективной подсветкой, то есть преломленные солнечные лучи дают эффект электрической подсветки экрана, что экономит заряд аккумуляторов. В эту модель не «втиснут» пока только Bluetooth. А все остальное есть - от голосового набора до инфракрасного порта.
Вообще, просмотр Web-каталогов производителей телефонов утверждает меня в мысли, что до бума GPRS осталось не меньше полугода, а силу этот процесс наберет лишь в начале 2002 года. Именно к тому времени производители реально способны предоставить достаточный выбор GPRS-терминалов.
GPRS в России
Надо сказать, что по темпам внедрения GPRS наша страна выглядит вполне достойно, ничем не уступая странам Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Еще в сентябре прошлого года российская компания - оператор MTC совместно с Motorola объявили о запуске в тестовую эксплуатацию первой в России сети GPRS. В тот момент 160 базовых станций МТС, установленных в Москве, стали способны работать в режиме пакетной передачи данных. Во время опытной эксплуатации сети GPRS использовались сотовые телефоны Motorola Timeport 7389i. Через этот аппарат «испытатели» могут подключить к Интернету свой ноутбук или электронный органайзер (например, Palm) и обеспечить таким образом постоянный беспроводной доступ к любым ресурсам Интернета, в том числе к электронной почте. При этом пользователям не потребуется предварительно дозваниваться до специального сервера или Интернет-провайдера - Интернет им доступен всегда. Любопытно, что телефонные аппараты Motorola Timeport, относящиеся к терминалам класса GPRS-B, позволят им звонить и принимать звонки, не прерывая соединения с Интернетом. В части, касающейся бизнес-приложений с использованием мобильного офиса (ноутбук плюс GPRS-терминал), сеть GPRS компании МТС теоретически обеспечивает возможность мгновенного подключения пользователей к локальным и корпоративным сетям (интранет). Интересно, что взамен обещанных 115 Кбит/с сегодняшняя GPRS-технология реально способна обеспечить скорость работы до 27 Кбит/с. Но уже в этом году GPRS-терминалы Motorola Timeport позволят передавать информацию со скоростью 56-64 Кбит/c. Ожидается, что к концу 2001 года МТС, используя оборудование компании Motorola, сможет предоставлять своим абонентам услуги и приложения под GPRS, работающие со скоростями до 86 Кбит/с. Аналогичные работы с сопоставимыми темпами по внедрению GPRS ведутся и вторым крупным российскими оператором - компанией «Вымпелком» (торговая марка «Би Лайн») на базе оборудования Ericsson. Еще не начавший привлечение абонентов московский оператор Sonic Duo (с участием финской компании Sonera) также подписал соглашение на поставку GPRS-оборудования шведской компании Ericsson. Словом, ждать осталось недолго. Ведь только с запуском GPRS в коммерческую эксплуатацию мы сможем получить честные ответы на два главных вопроса: насколько быстро работает и сколько реально стоит «мобильный Интернет» в переходном варианте.
КомпьютерПресс 2"2001
Смартфоны давно перестали быть простыми «звонилками». Своим владельцам они открыли массу новых возможностей.
На первом месте полноценный скоростной доступ в интернет и общение в социальных сетях и мессенджерах. Но не менее востребовано и GPS-позиционирование, о котором мы сейчас подробно расскажем.
Что такое GPS?
GPS - система навигации, которая определяет местоположение смартфона, строит маршруты и позволяет найти нужный объект на карте.
Практически в каждый современный гаджет встроен GPS-модуль. Это антенна, настроенная на сигнал спутников системы геолокации GPS. Изначально она была разработана в США для военных целей, но позже ее сигнал стал доступен всем желающим. GPS-модуль гаджет является принимающей антенной с усилителем, но передавать сигнал она не может. Получая сигнал от спутников, смартфон определяет координаты своего местоположения.
Практически каждый современный хотя бы раз пользовался GPS-навигацией на смартфоне или планшете. Потребность в ней может возникнуть в любой момент у людей разных профессий и разного рода занятий. Она необходима водителям, курьерам, охотникам, рыболовам и даже простым пешеходам, оказавшимся в незнакомом городе. Благодаря такой навигации можно определить свое местонахождение, найти нужный объект на карте, выстроить маршрут, а при наличии доступа в интернет объехать пробки.
Оффлайн-карты для GPS
Google разработала для своей операционной системы Android специальное геолокационное приложение - Google Maps. Оно быстро находит спутники, разрабатывает маршруты до объектов и предлагает альтернативы. К сожалению, при отсутствии зоны покрытия сотовой сети Google Maps не работает, так как географические карты тут подгружаются через интернет.
Для навигации без использования сети лучшим выходом будет скачать приложения с поддержкой оффлайн-карт, например, Maps.me, Navitel и 2GIS. Также можно установить приложение «Карты: транспорт и навигация» для Google Maps.
В этом случае придется расходовать интернет-трафик для загрузки карт не придется - они будут всегда в вашем устройстве, независимо от местоположения. Особенно это актуально при нахождении за границей, так как стоимость роуминга для доступа в интернет весьма высока.
Как включить GPS на Android?
Активация GPS-модуля в операционной системе Android возможна двумя способами:
- Верхняя шторка. Проведите по дисплею сверху вниз и в открывшемся меню нажмите кнопку «Местоположение», «Геолокация» или «Геоданные» (зависит от версии Android).
- В настройках Android найдите пункт аналогичные пункты передвиньте флажок в положение «Включено».
Во время активной работы навигационной системы смартфона заряд его аккумулятора начинает расходоваться достаточно активно, поэтому стоит позаботиться о дополнительных источниках питания. Например, за рулем нужно воспользоваться автомобильной зарядкой, а при передвижении на велосипеде или пешком - .
Также стоит помнить, что уверенный прием спутникового сигнала возможен на открытой местности, поэтому при нахождении в помещении или туннеле геолокация становится невозможной. Пасмурная погода также влияет - из-за туч устройство дольше ищет спутники и менее точно определяет свои координаты.
Не так давно GPS была единственной системой геолокации, поэтому в ранних версиях Android упоминалась только она, а кнопка активации службы так и называлась. С 2010 года полноценно заработала российская , а с 2012 - .