Принцип дії GPS-навігації.

Пристрої для GPS-навігації в наш час набувають все більшого і більшого поширення. У них вже є безліч областей застосування. Так, GPS-навігаторами активно користуються туристи, коли вирушають у туристичні походи, спортсмени-професіонали і любителі. В автомобілі міського жителя GPS-навігатор також стає незамінним пристроєм. Ці апарати стають більш функціональними.

Розібратися у світі GPS не так вже й просто, як це може здаватися на перший погляд. Зараз існує велика кількість пристроїв GPS-навігації від самих різних виробників, з різними характеристиками, додатковими функціями і можливостями.

Global Positioning System (GPS), є супутникової навігаційної системою, яка складається з єдиної мережі 24 супутників. Ці супутники постійно працюють і перебувають на 6 орбітах на висоті близько 17 тисяч кілометрів над поверхнею Землі. Ці супутники рухаються зі швидкістю близько 3 км/с. За 24 години вони здійснюють навколо планети два повних оберти. Супутникова система ще має назву NAVSTAR.

Найголовнішою перевагою GPS перед будь-якими іншими наземними системами вважається їх всепогодность. Незалежно від цілей використання навігації, GPS-приймач завжди покаже місце розташування свого власника, незважаючи на погодні умови.

GPS-супутник передає сигнал, який містить в собі «псевдовипадковий код» (PRN), ефімеріс і альманах. Псевдовипадковий код потрібен для того, щоб ідентифікувати передає супутник. Коди пронумеровані від 1 до 32 і номер показується на приймачі, коли той працює. Тільки от кількість PRN-номерів більше, ніж кількість супутників. Таке відбувається, щоб запуск нового супутника не викликав жодних проблем у разі, якщо старий супутник буде виведений з ладу, йому присвоять один з вільних номерів від 1 до 32.

Дані альманаху інформують про те, де протягом всього дня повинні бути супутники GPS-системи. Кожен супутник передає свій альманах з параметрами своїх орбіт, а заодно й інших супутників системи.

Дані ефімеріса передають важливі дані про стан супутника (робоче воно чи ні), поточну дату і час. Без цих даних GPS-приймач не зміг би орієнтуватися в часі.

Так, можна сказати, що для визначення свого місцезнаходження GPS-приймач проробляє велику роботи. Для початку він порівнює місце відправлення з супутника сигналу, в якому зазначено час його отримання на Землі. Ця отримана різниця в часі дає GPS-приймача інформацію про відстані до супутника, з якого надходить сигнал. Якщо до отриманого результату додати дані про відстані, які виміряні до кількох інших супутників, то можна отримати своє місцезнаходження.

Приблизно так виглядає схема розміщення супутників GPS навколо Землі

Маючи сигнали як мінімум про трьох супутників, GPS-приймач може визначити широту і довготу – це визначається, як двомірна фіксація. Якщо супутників чотири і більше, то в цьому випадку приймач вже може визначити довготу, широту і висоту – тривимірний простір. Приймач, який постійно відстежує місце розташування свого власника, без праці розраховує швидкість (наземну швидкість, з якою він рухається, а також вказує напрямок руху (наземний курс).

Однак існують деякі фактори, які впливають на точність визначення місцезнаходження. Найвпливовішим є так званий виборчий доступ – SA – Selective Availability. Це зроблено навмисно Міністерством оборони США, щоб цивільні GPS-приймачі не були абсолютно точними. Зменшення точності досягається до 100 метрів максимум.

Наступний фактор, що впливає на точність даних – це геометрія супутників. Тобто велике значення має відстань супутників один від одного і відстань їх до GPS-приймача. Так, якщо приймач бачить чотири супутники, які розташовані на північному і західному напрямку, то можна стверджувати, що геометрія супутників досить поганенька. Аж до того, що цей приймач взагалі не може вказувати точне місце розташування. Точність зростає саме тоді, коли всі супутники знаходяться в різних напрямках.

Геометрія супутників дуже важлива, коли GPS-приймачі використовуються в таких складних умовах, як в автомобілях, там, де високі будівлі, в глибоких ущелинах або ж перебуваючи в горах. Чим більше небо закрите штучними або природними об'єктами, тим більш складно визначити точне місце розташування. Хороші моделі приймачів показують не тільки кількість супутників, які в даний момент посилають сигнал, але також і те, де саме вони розташовані на небі.

Є ще кілька факторів, які впливають на точну роботу GPS-приймачів. До них можна віднести затримку проходження сигналу із-за погодних умов, помилку в ході годинника приймача. Є багато моделей, які покликані по можливості компенсувати ці чинники, і вони справляються зі своїм завданням відмінно. Але потрібно пам'ятати, що все-таки невеликі спотворення цілком можливі і реальні. На практиці, цивільні GPS-навігатори можуть забезпечити точність від 20 до 70 метрів, враховуючи дію SA, кількість видимих супутників і їх геометрію. Прилади, які є більш складними, а відповідно і більш дорогими, забезпечують точність аж до декількох сантиметрів.

Найцікавіший питання полягає в тому, який же GPS-приймач буде кращим для кожного конкретного користувача. На цей відповідь впливають знову ж таки, декілька чинників. Для початку треба відповісти на деякі питання. Для чого потрібен GPS-приймач взагалі, як його користувач збирається використовувати? Складно знайти прилад, який підходив би для вирішення якихось конкретних завдань. Якщо користувач надає перевагу піший туризм, то, швидше за все, підійде прилад, виконаний в герметичному корпусі, і такі ж моделі підійдуть яхтсменам, льотчикам-любителям.

Наступне питання - який ціновий діапазон. Як тільки користувач для себе зміг визначити короткий перелік відповідних йому приладів, то відразу ж постає питання про їх вартість. Потрібно уважно вивчити кожну модель і зрозуміти, що є в більш дорогої моделі, чого немає у більш дешевою. Визначити для себе важливість і необхідність додаткових функцій, якими зазвичай забезпечені дорогі моделі GPS-приймачів, або дешева модель цілком впоратися з тими завданнями, які поставить перед нею власник.

Вибрати яка саме модель подобається. Іноді різниця в зручності експлуатації різних моделей може виявитися досить великий. Один з приладів може здатися зрозумілим і зручним у використанні, а інший – навпаки, занадто складним та заплутаним.

Кожен використовує GPS-приймач по-різному. Взагалі, можна сказати, що GPS-приймач може стати в нагоді в багатьох випадках – у будівлях, під землею, під водою. На море навіть рибалки можуть користуватися GPS-приймачами. Наземне ж застосування досить різноманітно. Багато вчені і дослідники використовують GPS-навігатори для визначення точного часу, адже, в принципі, в самій ідеї появи GPS лежало визначення часу проходження радіосигналу. Для проведення наукових експериментів стало можливим мати абсолютно точні позначки часу.

Особливе місце GPS-приймачі займають у роботі рятувальних служб. Зазвичай використовуються дорогі моделі, до 3000 доларів, що забезпечують точність до 1 метра. За допомогою GPS-навігатора значно скорочуються витрати, пов'язані з пошуковими роботами.

Дуже скоро GPS-навігатори стануть невід'ємною частиною автомобільного обладнання. Деякі системи вже почали впроваджувати, вони здатні викликати технічну або поліцію, якщо сталася аварія. Є ще й такі системи, які допомагають прокласти маршрут в лабіринті вулиць.

За матеріалами сайту www.digimedia.ru