GPS — различия между версиями

Материал из База знаний
Перейти к: навигация, поиск
(Ссылки)
м (См. также)
 
Строка 51: Строка 51:
 
== См. также ==
 
== См. также ==
 
* [[СНС]]
 
* [[СНС]]
 +
* [[EGNOS]]
 
* [[WAAS]]
 
* [[WAAS]]
 
* [[ГЛОНАСС]]
 
* [[ГЛОНАСС]]

Текущая версия на 12:34, 14 марта 2011

  • GPS (англ. Global Positioning System) - Глобальная система позиционирования.
  • NAVSTAR GPS (англ. NAVigation Satellites providing Time And Range - обеспечивающие измерение времени и расстояния навигационные спутники).

Спутниковая система навигации, позволяющая в любом месте Земли (включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Но поскольку разница между часами спутника и приёмника может внести в решение огромную ошибку, один из КА используется как "базовый", с него получают время, остальные три используются для определения координат. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.

Navstar-gps logo.jpg

История

Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

Первоначально GPS — глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.

Космический сегмент

GPS_Satellite_NASA_art-iif

Основой системы являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте примерно 20180 км. Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5=1176,45 МГц . Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приемника.

Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код, модуляция BPSK), передаваемый в диапазоне L1 и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M, распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа - SA) с мая 2000 года отключен. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диаппазоне L1. Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диаппазонах L1/L2 модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y) кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введен в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война).

24 спутника обеспечивают 100% работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 аппарат в марте 2010 года).


Наземные станции контроля космического сегмента

Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000—4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.

Пользовательский сегмент

Сегодня GPS-приёмники всё чаще используются в гражданских целях, в основном для определения местонахождения и скорости. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты.

Точность

Типичная точность современных GPS приемников в горизонтальной плоскости составляет примерно 1-2 метра при хорошей видимости спутников. Для сравнения, точность ГЛОНАСС составляет +/-10 метров. При использовании систем дифференциальных поправок или WAAS, точность GPS может быть существенно увеличена.

Недостатки

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США. Так, например, во время боевых действий в Ираке, гражданский сектор GPS был отключён.


Начиная с 2010 года, нормальной работе американской Системе глобального позиционирования (GPS) грозят серьезные сбои , сообщается в докладе Главного контрольного управления при правительстве США. Одной из главных причин возможного выхода из строя системы называются плохое управление орбитальной группировкой, состоящей из 31 спутника.

В документе отмечается, что ВВС США, ответственные за обслуживание спутниковой группировки, уже превысили бюджет соответствующей программы почти на 1 млрд долларов, однако оказались неспособны обеспечить соблюдение графика плановой замены спутников, отслуживших свой срок в космосе.

По заключению авторов доклада, сбои в работе GPS затронут не только военные операции американской армии, но и негативно отразятся на миллионах людей и бизнес-секторе.

См. также

Ссылки



Wiki avsim 2.jpg Это незавершённая статья. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.