Пара слов о GPS-навигации

Хотя рядовой пользователь спутниковой навигационной системы работает только с конечными устройствами, оснащенными картами, ему будет полезно иметь общее представление о том, что собой представляет система 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, а при покупке GPS-ресивера будете обращать внимание на номера чипсетов SiRF.

Немного математики

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 пройденное им расстояние. Зная точное время, когда спутник начал посылать радиосигнал, и момент, когда он был получен, можно определить, как долго он шел до нас. Тогда, умножая скорость распространения сигнала (300 000 км/с) на полученное время в секундах, мы вычислим искомое расстояние от спутника до ресивера. В результате этой операции мы получим первую точку отсчета: GPS-приемник находится где-то на поверхности воображаемой сферы с радиусом, равным его расстоянию до спутника. Когда таким же образом будут обработаны сигналы от трех других спутников, процессор GPS-приемника сможет вычислить точку, в которой все четыре сферы пересекаются, и таким образом определит долготу, широту и высоту точки, в которой находится GPS, а следовательно, и вы.

В теории три спутника обеспечивают однозначное определение места в пространстве, но на практике системе требуется по крайней мере четыре спутника, чтобы скорректировать погрешность часов GPS-приемника. Дело в том, что на портативном 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. Для того чтобы
сделать систему еще более точной, 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 военные и чиновники настороженно относились к возможностям, предоставляемым устройствами GPS-навигации. Существовали серьезные ограничения на точность определения координат, однако со временем эти условия, за исключением частотного надзора, стали менее жесткими. Теперь возможно определение координат на местности с точностью свыше 30 м и использование космических снимков с высоким пространственным разрешением.

Со стороны военных это был скорее вынужденный, чем добровольный 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 GPS-приемника — достаточно воспользоваться программой Google Earth.

Наконец, следует понимать и то, что на практике точность определения координат контролируется тем государством, которому принадлежит космическая группировка, то есть США. Не секрет, что система GPS, дополненная различными интенсифицирующими технологиями (например, геосинхронным наложением), позволяет американским военным уже сегодня определять координаты GPS-приемника с точностью до 0,4 дюйма (1 см).