GPS (Глобальная система позиционирования)
GPS-это навигационная технология, которая используя спутники определяет и показывает информацию о местоположении. В основном система GPS состоит из группы спутников, и хорошо применяются таких инструментах, как приемники. Система должна состоять как минимум из четырех спутников. Каждый спутник и приемник оснащен стабильными атомными часами. Спутниковые часы синхронизированы друг с другом и наземными часами. GPS-приемник также имеет часы, но он не синхронизируется и не стабилен (менее стабильный). Любое отклонение от фактического времени спутников земли часы должны корректироваться ежедневно. Четыре неизвестных параметра (три координаты и часы отклонение от времени по спутнику) обязаны быть вычислены из синхронизированной сети спутников и приемника. Работа GPS-приемника состоит, чтобы принимать сигналы из сети спутников, и вычислить три основных неизвестных, это времени и местоположение.
Сигнал GPS в момент передачи включает в себя псевдослучайные коды и положение спутника на тот момент. Сигнал транслируемый с помощью GPS использует несущую частоту с модуляцией. Кроме того, псевдослучайный код — это последовательность нулей и единиц. Практическое, положение приемника и смещение часов приемника относительно системного времени приемника вычисляются одновременно, используя навигационные уравнения для процесса время полета (TOF). TOF — это четыре значения, для приемника используя форму время прибытия и времени передачи сигнала. Расположение преобразуется в широту, долготу и высоту относительно среднего значения над уровнем моря. Тогда координаты отображаются на экране.
Элементы GPS
Структура GPS является сложной. Она состоит из трех основных сегментов: космический сегмент, сегмент управления и пользовательский сегмент. Запуск спутника на средней околоземной орбите — это тяжелейшая работа. Космический сегмент состоит из 24 до 32 спутников или космических кораблей на одной и той же орбите, по 8 в каждой из трех круговых орбитах. По крайней мере шесть спутников всегда в прямой видимости почти всегда находясь на земной поверхности.
После космического сегмента идет сегмент управления. В сегменте управления есть главная станция управления, альтернативная главной станции управления, наземные антенны и станции мониторинга. Пользовательский сегмент состоит из тысячи гражданских, коммерческих и военных устройствах позиционирования сервиса. GPS-приемник состоит из антенны, настроенные на частоты, передаваемые со спутников, также включает в себя экран дисплея, чтобы отображать место и время.
GPS-приемник классифицируется по количеству, то есть число каналов спутников которых он может контролировать одновременно. Приемники обычно имеют от четырех до пяти каналов, но последние достижения показали, что могут принимать до 20 каналов.
Спутниковая частота: все частоты спутникового вещания. Частотная полоса состоит из пяти типов, таких как L1, L2, L3, L4 и L5. Эти полосы имеют частотные диапазоны между 1176МГц и 1600МГц.
Как работает GPS
Спутники GPS вращаются вокруг Земли два раза в день. Они вращаются вокруг очень точно и рассылают указания и информацию на землю. Приемники GPS получают всю информацию и применяют триангуляцию, чтобы обнаружить точное местонахождение пользователя. Принципиально, приемник GPS сравнивает длительность, при которой сигнал был распространен по спутникам и выделяет время когда он был получен. Разница во времени формулирует насколько далеко приемник удален от спутников системы GPS. Он измеряет точное расстояние с нескольких спутников, приемник определяет положение пользователя и показывает его на карте электронного прибора.
Приемник должен зафиксировать сигнал с минимум трех спутников для получения двумерной позиции, а также отслеживать движения пользователя. С помощью четырех или более спутников, приемник может определить трехмерное положение пользователя, которое состоит из высоты, широты и долготы. После определения положения пользователя, блок GPS вычисляет другую информацию, такую как скорость, направление, трасса, расстояние, пункт назначения, время восхода и время заката.
Насколько точны координаты?
Приемники GPS очень точные из-за параллельной многоканальной конструкции. Параллельные каналы очень быстрые и точные, хотя определенные факторы, такие как атмосферные шумы и помехи могут возмущать и повлиять иногда на точность GPS-приемников в целом.
Пользователи также могут получить повышенную точность при дифференцированном GPS (DGPS), который корректирует сигналы GPS в окружении регулярно от трех до пяти метров. Военные службы активно используют наиболее частую коррекцию DGPS сервиса. Система содержит башенную конструкцию, для получения GPS сигналов и трансляции сигналов на маяки передатчиков. С целью получения точного сигнала, пользователи должны иметь дифференциальные приемники и антенну радиомаяка помимо наличия GPS-приемника.
Источники ошибок GPS сигнала
Факторы, которые могут искажать точность сигналов GPS и, следовательно, влияют на точность имеются следующие:
- Задержки ионосферы и тропосферы — сигнал спутника замедляется, когда он проходит через слои атмосферы. Система GPS использует встроенную модель, которая используется для расчета регулярной продолжительности помехи, требуемые для устранения этого вида погрешности.
- Переотражение сигнала— эта ошибка происходит, когда сигнал отражается от объектов, таких как более высокие здания и большие камни, прежде чем он достигнет приемника. Это увеличивает Общее время продолжительности распространения сигнала и вызывает ошибки и неточности.
- Орбитальные ошибки – эти ошибки известны также как эфемеридные ошибки которые используются для расчета погрешности положения спутника.
- Количество видимых спутников— точность положения зависит от точного количества спутников, которых GPS-приемник может видеть. Факторы, такие как здания, рельеф местности, электронные помехи блокируют точность сигнала и прием, который вызывает ошибки в позиции и иногда в не чтении сигналов. Так приемник обычно не работает в помещении, под водой и под землей.
Примечание
Не только для использования в военных целях используется GPS оборудование, но широко известно его применение в гражданских и коммерческих услуг. Некоторые применения в гражданских целях являются:
1. Астрономия: используется в Астрометрии и расчетов небесной механике.
2. Автоматизированные транспортные средства: также используется в автоматизированных транспортных средств (самоходные тележки) применяются к адресам для легковых и грузовых автомобилей.
3. Сотовая телефония: современные мобильные телефоны оснащены GPS отслеживанием программного обеспечения. Здесь присутствует потому, что бы знать положение человека и помогут отслеживать с помощью утилит ближайшие банкоматы, кафе и др. Первый сотовый телефон с поддержкой GPS был запущен в 1990-е годы. В сотовой телефонии, он также используется для обнаружения, для экстренных вызовов и многих других приложений.
4. Ликвидации последствий стихийных бедствий и других экстренных служб: в случае каких-либо стихийных бедствий, GPS-навигатор является лучшим инструментом, чтобы определить местоположение. Еще до бедствия, как циклоны, GPS не помогает в вычислении расчетного времени.
5. Флот слежения: GPS-это инструмент для разработчиков известной своим потенциалом для отслеживания военных кораблей во время войны.
6. Местонахождение автомобиля: AGPS включенная в автомобиле, Для лучшего отслеживания его местоположение.
7. Географическое ограждение: используют GPS, чтобы отследить человека, животного или автомобиля. Прибор крепится к автомобилю, человеку или животному на ошейник. Это обеспечивает непрерывное слежение и обновление.
8. Географические метки: одно из основных приложений геометки смысл применения локальных координатах на цифровых объектов.
9. GPS для интеллектуального анализа: использует сантиметровый уровень точности позиционирования.
10. GPS туры: помогает в определении местоположения близлежащих точки интересов.
11. Геодезия: Геодезисты используют системы глобального позиционирования для построения карты.