-->

Аббревиатура GPS, которая расшифровывается, как Global Positioning System, и переводится на русский, как система позиционирования глобального масштаба, обозначает спутниковую технологию, обеспечивающую:

  • определение местоположения объекта;
  • измерение расстояния между заданными точками;
  • определение скорости объекта.

Главным принципом эксплуатации технологии является определение местоположения объекта при помощи измерения специальным прибором моментов времени приема синхронизированного сигнала антенной потребителя от одного из нескольких навигационных спутников, находящихся в пределах «видимости» устройства. Учитывая то, что GPS в переводе с английского обозначает глобальную систему позиционирования, несложно догадаться, что основная задача, которую она решает — определение широты и долготы заданного объекта или приемника.

С целью обеспечения работы GPS, американским космическим агентством было выведено на орбиту 24 спутника, которые разделены по шести орбитам и вращаются вокруг нашей планеты на высоте около 1,7 километра. Скорость их движения по заданной орбите составляет 3 километра в секунду, совершая, таким образом, полный оборот вокруг Земли примерно за 12 часов. Спутники имеют такое расположение, что в любой точке Земли, независимо от времени, можно использовать сигналы с 6 из спутников. Каждый из них оснащен высокоточными атомными часами, работающими с погрешностью 1 секунда в 70 000 лет. Они применяются с целью синхронизации передачи сигнала.

Мало кто знает, что GPS — система, которую также называют NAVSTAR. Разумеется, чтобы вы смогли составить максимально полное впечатление о системе, необходимо также рассказать и о самих спутниках:

  • Запуск первого из 24 спутников GPS был произведен в начале 1978 года.
  • Передатчик сигнала имеет мощность, не превышающую 50 Вт.
  • Вес каждого спутника составляет больше 900 килограмм, а ширина — 5 метров.
  • Передача сигналов осуществляется по трем частотам.
  • Ресурс спутников составляет не менее 10 лет.
  • Изготовление и запуск новых устройств на орбиту происходит по мере необходимости.

Каждый из спутников GPS-системы передает определенную информацию. Спутниковый сигнал включает в себя:

  • Так называемый «псевдослучайный код» или сокращенно, по-английски — PRN. Он необходим для идентификации спутника, который передает сигнал. Они имеют порядковые номера, количество которых достигает 32. Это может показаться странным, ведь всего на орбите в данный момент находится 24 спутника. Дело в том, что число PRN-номеров на 8 больше, чтобы упростить обслуживание сети: например, в том случае, когда новое устройство будет запущено и введено в эксплуатацию до момента выхода из строя старого. Именно этому спутнику будет присвоен собственный новый номер.
  • Эфимерис (англ. — ephimeris). Сведения, содержащиеся в эфимерисе, позволяют судить о статусе спутника (он может быть активным и пассивным), а также определять актуальную дату и время. Не имея этой информации, GPS-приемник не смог бы определить точные временные параметры и день. Причем, такая информация носит не просто ознакомительный характер. Она крайне необходима для определения координат, но об этом несколько позже.
  • Альманах (англ. — almanach). Данные, зашифрованные в этом сообщении, свидетельствуют о заданном расположении всех спутников в течение дня. Они передают альманахи, включающие параметры собственно орбиты, а кроме того, остальных 23 орбитальных элементов системы.

Как взаимодействует спутник с GPS-приемником? Устройство, которое находится у вас в руке, закреплено на ветровом стекле автомобиля или на борту яхты, получает сообщение, состоящее из трех параметров. После этого GPS фиксирует эфимерис и альманах, чтобы использовать указанные параметры в дальнейшем. Они необходимы, чтобы устанавливать и корректировать часы приемника. Таким образом, с целью определения ваших координат приемник проводит сравнительный анализ времени отправки сообщения со спутника и времени его получения на поверхности планеты.

Именно разница во времени является фактором, определяющим расстояние до того или иного спутника. Добавим к этому данные о расстоянии, полученном при помощи других орбитальных элементов системы, и мы сможем триангулировать местоположение объекта. Именно так и работает приемник GPS-системы. Получая сигналы, как минимум, от 3 спутников, он имеет возможность рассчитать широту и долготу, то есть, провести двухмерную фиксацию.

Цели и задачи GPS

Американская система глобального позиционирования успешно применяется для навигации в авиации, судоходстве, с военными целями и в других сферах. Но в то же время GPS может много дать и рядовому пользователю. В случае наличия соответствующего приемника, его можно настроить на соответствующие спутники, и измерять координаты с высокой точностью. Примечательно то, что в процессе перемещения по поверхности Земли определение координат происходит непрерывно. Поэтому, с помощью GPS можно без труда отслеживать все передвижения объекта в режиме реального времени. Это позволяет решать две важные задачи:

  • знать собственное расположение в любое время и при любых обстоятельствах;
  • получать информацию об оптимальных маршрутах следования к той или иной точке.

А теперь на конкретных примерах разберем, кто, каким образом и зачем применяет GPS.

  • Авиация. Здесь использование GPS более всего распространено с целью обеспечения навигации. Причем, это актуально как для коммерческих судов, так и для малых летательных аппаратов, принадлежащих частным лицам.
  • Водный транспорт. На воде, как правило, GPS применяется также в качестве навигационного прибора. Это приобретает особое значение, если речь идет о перемещении на значительные расстояния.
  • Наука. Многие ученые предпочитают ориентироваться на GPS с целью определения точного времени. И это правильно, ведь как упоминалось ранее, определение параметров времени прохождения сигнала находится в основе самой системы. Для этого внутренние часы наземного устройства синхронизированы с высокоточными атомными часами, имеющимися на спутниках. Данное обстоятельство дает возможность довести степень точности определения времени до наносекунд.
  • Спасательные службы. Система GPS дает возможность значительно сократить расходы, сопряженные с поисковыми работами, а также минимизировать время проведения операций по спасению людей. Именно такая техника может обеспечить точность позиционирования до 1 м.
  • Активный отдых. Задачи, для решения которых GPS применяется поклонниками отдыха на природе, столь же разнообразны, как сам активный отдых. В данный момент особую популярность GPS приобретает среди любителей лыжных и пеших походов, альпинистов, охотников и рыбаков. Не менее востребованы приемники и среди велосипедистов.
  • Автомобильный туризм. Не за горами те времена, когда автомобили будут комплектоваться GPS-приемниками штатно. Многие базовые опции, например, вызов технической или медицинской помощи, а также полиции на место ДТП, уже успешно реализуются производителями авто при помощи GPS. Достаточно нажать кнопку, и оператор службы спасения сразу же получает сигнал тревоги с точными координатами пострадавшего. Внедряются и другие системы, способные отображать на экране портативного устройства положение машины и прокладывают маршрут в хитросплетениях городских улиц к нужной точке на карте. Чтобы контролировать передвижение коммерческого транспорта и спецавтомобилей, также применяется GPS, но уже с целью мониторинга.

Компактность и универсальность

Совсем недавно приемники сигнала GPS являли собой довольно тяжелые и громоздкие приборы, использование которых в бытовых условиях было сильно затруднено. Сегодня эти устройства стали миниатюрными и легкими, их можно встретить даже в наручных часах! Впрочем, этот вариант нельзя назвать самым удобным, поэтому наиболее распространены в настоящее время модули GPS следующих типов:

  • Локальное устройство, подключаемое к любой технике, как правило, по USB интерфейсу. Таким образом, оно может работать вместе с ноутбуком, КПК и пр.
  • Интегрированные GPS модули. Они часто встречаются в мобильных телефонах, карманных компьютерах, планшетах и пр.
  • Специализированный миниатюрный компьютер, в который встроен GPS-приемник. Он используется только в качестве навигатора и оптимален для комплектации автомобиля.

Одним из важнейших преимуществ GPS перед существовавшими ранее наземными системами является всепогодность. Независимо от того, для каких целей Вы используете навигацию, GPS-приемник готов показать местоположение именно тогда, когда вам это надо.

Существуют факторы, заставляющие работать приемники сигнала намного хуже предельных возможностей:

  • Во-первых, это так называемый «избирательный доступ». Проблема заключается в намеренном уменьшение точности навигаторов, производимых для бытовых, гражданских целей. За счет этого погрешность составляет, как минимум, 100 метров. Разумеется, обычно ошибки несколько меньше, но даже 20-30 метров во многих случаях — погрешность довольно критичная. Это ограничение существует неслучайно. Вы наверняка помните, что GPS — система, разработанная для военных нужд, однако с 80-х годов по инициативе американского правительства она стала доступной всем. Исключение было лишь одно — высшая точность приборов будет оставлена только для нужд военных. С данного момента начался запуск спутников на регулярной основе, но все они имели возможности избирательного доступа. В настоящее время все работающие GPS-спутники используют это ограничение на практике. Суть проста — «избирательный доступ» не дает военному противнику использовать весь потенциал системы.
  • Во-вторых, точность GPS непосредственно зависит от геометрии спутников. Иными словами, влияние на позиционирование оказывает их расположение между собой и относительно GPS-приемника. Простой пример: наземное устройство «видит» 4 спутника, и все они находятся в западном и северном направлениях. Значит, спутниковая геометрия не очень хороша. Проблема настолько велика, что во многих случаях приемник в принципе не в состоянии определить местоположение объекта. Все дело в том, что все расстояния, измеряемые до спутников, будут находиться в одном глобальном направлении. Другими словами, триангуляция будет недостаточно хорошей, а сфера пересечения прямых — слишком большой. В таком случае, даже тогда, когда приемник предоставляет определенные значения координат, точность позиционирования будет в пределах 100-150 метров.
  • В-третьих, существенным источником погрешностей при позиционировании является переотражение сигнала от других объектов. В бытовых условиях использования системы это выражается в двоении изображения на телевизионном экране. Если же говорить о GPS, то переотражение образуется в результате взаимодействии спутникового сигнала с рельефом местности или окружающими зданиями еще до момента достижения им антенны приемника. В этом случае для его обработки нужно больше времени, чем в случае с «прямым попаданием». Соответственно, увеличение времени «обманывает» приемник, который «считает», что расстояние до спутника больше, чем на самом деле. Соответственно, увеличивается и погрешность при позиционировании на 3-5 метров.

Насколько же велика погрешность определения координат в бытовых GPS? Как правило, большинство моделей не ошибается более чем на 50-70 метров. Если же говорить о профессиональных приборах, то их точность может достигать нескольких метров и даже сантиметров.

Выбираем лучший GPS!

Какое именно устройство будет самым хорошим именно для меня? Наверняка, данный вопрос интересует многих потенциальных покупателей GPS — рыбаков, автомобилистов, охотников, туристов. И это, без сомнения, актуальная проблема. Она необычайно сложна, ведь на окончательный выбор влияет огромное количество объективных и субъективных факторов.

Прежде всего, попытайтесь ответить на вопрос — зачем вам нужен GPS? Как вы предполагаете его использовать? Несомненно, самое важное и трудное — отыскать то устройство, которое подойдет для решения конкретных задач оптимальным образом:

  • Необходим приемник для монтажа в приборную панель небольшого самолета? Обратите внимание на высокоточные интегрируемые системы.
  • Предполагается использование GPS при автомобильных путешествиях? Лучший вариант — локальное устройство с возможностью временного крепления.
  • Любите пеший туризм? В продаже имеется немало ручных приборов самого высокого качества.
  • Занимаетесь рыбной ловлей или охотой? Обратите внимание на прибор в герметичном исполнении.
  • Часто ходите под парусом? Покупайте навигатор со сменными карточками, на которых хранится точная информация о навигационных знаках, а также глубинах.

Для сужения диапазона поиска мы бы рекомендовали очень внимательно ознакомиться с функциональными особенностями конкретных моделей и подобрать то, что подходит для конкретной области использования.

Что касается брендов, то оптимальный вариант — это проверенные временем марки. Нет необходимости перечислять производителей, самые основные из них — всегда на слуху. Если продукция производится под оригинальным брендом, обеспечивается гарантией и имеет неплохие отзывы, такой товар можно брать. Особого внимания заслуживают российские марки оборудования. Как правило, такие навигаторы обладают сбалансированной по отношению к качеству ценой и отличаются надежностью.

Сколько стоит хороший GPS-приемник?

Диапазон цен на навигаторы чрезвычайно велик. Изучите каждую из моделей приборов максимально внимательно, после чего постарайтесь уяснить для себя, чем отличаются более дорогие приборы от дешевых? Действительно нуждаетесь ли вы в опциях, за которые переплачиваете? Как показывает практика, ответ: чаще «нет», чем «да».

Шаг следующий — определитесь с моделью. Грамотный подбор навигатора — это рационализм всего лишь на две трети, в остальном — ощущения. Если седьмое чувство подсказывает остановиться на той или иной модели, поработайте с каждым из понравившихся устройств. Так, одно из устройств может показаться нелепым, нефункциональным и сложным для восприятия, а другое — максимально комфортным и простым. Наконец, навигатор — это крупная покупка, которая должна дарить радость, поэтому выбирать приемник лучше тот, который действительно нравится!

Смотрите также: Глонасс