Что такое «GPS»

Что такое «GPS»

GPS" - это первые буквы английских слов "Global Positioning System" - глобальная система местоопределения.

Основу системы составляет сеть  ИСЗ (Искуственный Спутник Земли) развёрнутых в около земной орбите и равномерно “покрывающих” всю земную поверхность, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользовательских приемников-вычислителей. "GPS" предзначенна для определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве.

Сеть ИЗС состоит из 26 искуственных спутников Земли (ИСЗ) (21 основной и 5 запасных), которые обращаются на 6 орбитах. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Орбиты ИСЗ расчитаны с очень высокой степенью точности, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчик каждого из спутников непрерывно излучает сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящемся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить. Радиусы орбит составляют около 26 тыс. км, а период обращения составляет преблизительно половину звездных суток (примерно 11 ч. 58 мин.). На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты (два цезиевых и два рубидиевых - в целях резервирования), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер.

Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями (по-научному, эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: C/A-кодом (код свободного доступа) и P-кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только P-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.

Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:
• обеспечение возможности синхронизации сигналов ИСЗ и приемника;
• создание наилучших условий различения сигнала в аппаратуре приемника на фоне шумов (доказано, что псевдослучайные коды обладают такими свойствами);
• реализация режима ограниченного доступа к GPS, когда высокоточные измерения возможны лишь при санкционированном использовании системы.

Современные GPS-приемники имеют от 5 до 12 каналов, т.е. они могут одновременно принимать сигналы от 5 до 12 ИСЗ. Приём сигнала более чем от четырех спутников естественно позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи.

(http://kunegin.narod.ru/ref6/gps/pringps1.htm)

Навигация.
По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определют текущие координаты местоположения. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач НАВИГАЦИИ подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, автомобили и т.д.).

Землемерие.
Новое понятие "Система местоопределения" - является существенно более общим, чем "навигационная система". Оно охватывает и чрезвычайно важные для человечества проблемы и задачи ЗЕМЛЕМЕРИЯ (геодезия, картография, планиметрия, геофизика, строительство уникальных промышленных сооружений и дорог и т.д.). Для этих целей погрешности местоопределения не должны превышать долей метра и даже долей сантиметра. Специальные применики и методы обработки сигналов обеспечивают эту точность.

Микроэлектроника.
Если ракеты и спутники - это механическая основа системы, ее кости и мышцы, то радиотехнические и вычислительные микроэлектроные устройства - это ее мозг и нервы. Вместе с теоретическими методами это информационная основа системы, без которой ее существование невозможно. Плата приемника содержит: высокочастотный приемный тракт, устройства сложной математической оработки принятых из космоса сигналов, первокласный компьютер с большим быстродействием и значительной памятью, микроэлектронные схемы его сопряжения с внешними устройствами и другие сложные элементы. Сама плата имеет шесть слоев печатного монтажа и обеспечивает одновременный прием и обработку сигналов до восьми спутников. Управляют этим ансамблем уникальные математические алгоритмы, реализованные в виде машинных программ. Не будет преувеличением сказать, что GPS - дитя микроэлектроники и вычислительной техники. Что в каждом из своих проявлений GPS - одновременно и продукт и средство современных высоких технологий.

Новая "общественная потребность".
До 1991 года существовали практические ограничения на применение GPS из-за отсутствия в России разработок этой техники гражданского применения. Сейчас же спутниковое местоопределение становится для нас новой "общественной потребностью", такой же необходимой и доступной, какой давно стала телефонная связь.