ИЗМЕРЕНИЯ
M in
Авторизованный перевод с английского языка: What is GPS? By GARMIN
Corporation, 1998. Подготовлено фирмой Boston PC.
С
п у т н и к о в а я
н а в и г а ц и о н н а я
с и с т е м а
GPS
Global Positioning System
(GPS) - это спутниковая на-
вигационная система, состо-
ящая из работающих в еди-
ной сети 24 спутников, нахо-
дящихся на 6 орбитах высо-
той около 17 000 км над по-
верхностью Земли. Спутни-
ки постоянно движутся со
скоростью около 3 км/с, со-
вершая два полных оборота
вокруг планеты менее чем за 24 часа.
Спутниковая система GPS известна
также под другим названием - N AVSTAR.
Очевидно, рассказ о GPS был бы непол-
ным без сведений о самих спутниках.
Первый GPS-спутник был запущен в
феврале 1978 г.
Каждый спутник весит более 900 кг и
имеет размер около 5 м (с раскрытыми
солнечными батареями).
Мощность радиопередатчика - не бо-
лее 50 Вт.
Каждый спутник передает сигналы на
3-х частотах. Гражданские GPS-прием-
ники используют частоту “L1", равную
1575,42 МГц.
Каждый спутник рассчитан на рабо-
ту примерно в течение 10 лет. Новые
спутники изготавливаются и запускают-
ся на орбиту по мере необходимости.
Работа всей системы запланирована и
профинансирована минимум до 2006 г.
Орбиты спутников располагаются
примерно между 60 градусами северной
и южной широты. Этим достигается то,
что сигнал от некоторых спутников мо-
жет приниматься повсеместно в любое
время. Даже на полюсах можно “увидеть”
спутники - правда, они не будут проле-
тать прямо над головой. Это, конечно, по-
влияет на геометрию и, следовательно,
на точность - но лишь немного.
Одним из важнейших преимуществ
GPS перед существовавшими ранее на-
земными системами является всепогод-
ность. Независимо от того, для каких це-
лей вы используете навигацию, GPS-при-
емник готов показать ваше местоположе-
ние - и именно тогда, когда вам это надо.
Какую же информацию передает
GPS-спутник? Его сигнал содержит т.н.
“псевдослучайный код” (PRN - pseudo-
random code), эфимерис (ephimeris) и
альманах (almanach). Псевдослучайный
код служит для идентификации переда-
ющего спутника. Все они пронумерова-
ны от 1 до 32, и этот номер показывает-
ся на экране GPS-приемника во время
его работы. Почему же количество PRN-
номеров больше, чем число спутников
(24)? Это облегчает обслуживание GPS-
сети : новый спутник может быть запущен,
проверен и введен в эксплуатацию еще
до того, как старый выйдет из строя. Та-
кому спутнику просто будет присвоен но-
вый номер (1.
..32).
Данные эфимериса, постоянно пере-
даваемые каждым спутником, содержат
такую важную информацию, как состоя-
ние спутника (рабочее или нерабочее),
текущая дата и время. Без этого ваш
GPS-приемник не знал бы, в частности,
какой сегодня день и сколько сейчас вре-
мени. Помимо этого, как мы увидим да-
лее, эта часть сигнала крайне важна для
определения местоположения.
Данные альманаха говорят о том, где
в течение дня должны находиться все
GPS-спутники. Каждый из них передает
альманах, содержащий параметры сво-
ей орбиты, а также всех других спутни-
ков системы.
Пожалуй, теперь картина того, как ра-
ботает GPS, должна становиться для вас
немного яснее. Каждый спутник переда-
ет сигнал, который, образно говоря, озна-
чает следующее: “Я - спутник # X, сейчас
мое положение Y, это сообщение было
послано во время Z”. Конечно, это - силь-
ное упрощение, но поможет понять идею.
Ваш GPS-приемник получает это со-
общение и запоминает эфимерис и аль-
манах для дальнейшего использования.
Эта же информация используется для
установки или коррекции часов прием-
ника. Итак, для определения местополо-
жения GPS-приемник сравнивает время
отправки сигнала со спутника со време-
нем его получения на Земле. Эта разни-
ца во времени говорит приемнику о рас-
стоянии до конкретного спутника. Если
добавить к этому информацию о рассто-
янии, измеренном до нескольких других
спутников, то можно триангулировать
свое местоположение.
Это в точности то, что делает GPS-
приемник. Имея сигналы, минимум от
трех спутников, он может определить
широту и долготу - это называется дву-
мерной фиксацией. Если же спутников
четыре или более, то GPS-приемник мо-
жет определить положение в 3-х мерном
пространстве, т.е. указать широту, дол-
готу и высоту. Постоянно отслеживая
ваше местоположение в течение неко-
торого времени, приемник также может
рассчитать скорость и направление Ва-
шего движения (имеется в виду т.н. “на-
земная скорость” и “наземный курс").
Это были хорошие новости, теперь -
плохие! Что же заставляет GPS-прием-
ник работать хуже своих предельных воз-
можностей? Существует несколько фак-
торов, вносящих ошибку в определение
местоположения, не позволяющих полу-
чить наилучшую точность. Первым и наи-
более существенным из них является т.н.
“избирательный доступ” (SA - Selective
Availability). SA - это преднамеренное
уменьшение точности гражданских GPS-
навигаторов, осуществляемое Министер-
ством обороны США. SA приводит к
уменьшению точности максимум до 100
м. Конечно, внесенная ошибка обычно
не достигает этой величины, но значе-
ния в 30 м и более - не так уж редки.
Почему существует SA? Первона-
чально GPS была разработана и созда-
на для военных целей. По мере ее вне-
дрения стало ясно, что она может успеш-
но применяться и для ряда гражданских
задач. В начале 80-х годов в своей пре-
зидентской речи Рональд Рейган заявил,
что GPS будет доступна каждому- стем
только исключением, что наилучшая точ-
ность будет оставлена для военных. С
этого времени начался регулярный за-
пуск спутников с возможностью SA. Се-
годня все существующие GPS-спутники
имеют возможность и применяют на
практике SA. Рациональное зерно в SA
- не дать военному противнику или тер-
рористическим организациям использо-
вать максимальную точность GPS.
Другим фактором, влияющим на точ-
ность GPS является геометрия спутни-
ков. Простыми словами, понятие “гео-
метрия спутников” означает то, как они
расположены относительно друг друга
и GPS-приемника. Если, например, при-
емник “видит” четыре спутника и все че-
тыре расположены в северном и запад-
ном направлениях, то спутниковая гео-
метрия скорее плохая. Причем вплоть
до того, что приемник вообще не смо-
жет определить местоположение.
Почему? Потому что все расстояния,
измеренные до спутников, будут лежать
в одном глобальном направлении. Это
означает, что триангуляция будет пло-
хой и что область пересечения постро-
енных прямых будет довольно большой
(т.е. область вероятного положения бу-
дет занимать значительное простран-
ство и точно указать координаты невоз-
можно). В этом случае, даже если при-
предыдущая страница 23 Радиолюбитель 2001-08 читать онлайн следующая страница 25 Радиолюбитель 2001-08 читать онлайн Домой Выключить/включить текст