Как это работает: GPS

Привет, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала. Сегодня понедельник, начало новой недели, и почти конец лета. Тем временем я продолжаю свою интересную рубрику «Как это работает». Сегодня я хочу поговорить о GPS. Давайте же узнаем, что такое GPS и как это работает. Самое интересное под катом.

GPS (Global Positioning System) — система глобального позиционирования, спутниковой навигации или всемирная система определения координат. Была разработана в период семидесятых годов Министерством обороны Соединённых Штатов Америки. Первоначально применялась только в военных целях — нанесение ракетных ударов по не движущимся и движущимся объектам. В начале девяностых годов начала распространяться в области гражданской техники.

GPS позволяет в любом месте нашей планеты (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость самых различных объектов. Основным принципом использования системы глобального позиционирования является определение точного местоположения путём измерения времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной пользователя. 

Для более точного определения координат местоположения GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников». 

Принцип работы GPS заключается в эффекте Допплера — уменьшение частоты получаемого приёмником сигнала при отдалении спутника и её увеличении при приближении. Система глобального позиционирования состоит из трёх основных сегментов: спутники, наземные 

управляющие и приёмники, соответственно.

Для установления местоположения система GPS использует способ определения по дальности до ориентиров-спутников, определяемых с помощью случайного кода. Приёмник генерирует свой внутренний код в то же самое время — для дублировки кода спутника. Приёмник сравнивает разницу во времени между приёмом части спутникового кода и с такой же частью своего кода. Таким образом, приёмник получает расстояние до спутника, называемое псевдодальностью. 

Для стабильного функционирования системе GPS достаточно 24 спутника. Каждый спутник двигается по собственной траектории на высоте приблизительно двадцать тысяч километров от Земли со скоростью около четырнадцати тысяч километров в час. Для устранения случайных сбоев запускают дополнительные спутники. В настоящее время их насчитывается более тридцати. Срок жизни одного спутника составляет приблизительно от семи с половиной лет до целых 15 лет.

Точность современных GPS-приёмников составляет примерно 6-8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. В некоторых странах, благодаря использованию корректирующих наземных станций, координаты приёмника определяются с точностью до одного метра. На точность установления местоположения влияет несколько параметров: число видимых спутников и их расположение, погодные условия, а также помехи от радиоволн.

Несмотря на то, что применение системы GPS изначально было направлено на военные цели, в настоящее время система спутниковой навигации широко используется в гражданских целях. GPS-навигаторы свободно продаются по всей планете, система используется в смартфонах и планшетах. Также модулями GPS оснащаются системы слежения, велокомпьютеры и даже часы. Помимо всего перечисленного, система GPS используется в картографии, геодезии, тектонике, активном отдыхе (геокэшинг) и геотегинге.

GPS-приёмник потребляет большое количество энергии. Причиной тому — продолжительное время поддерживания связи одновременно с несколькими источниками сигнала. Инициация соединения со спутником занимает до полуминуты, а получение детальных данных требует 10-12 минут. Также стоит отметить одну достаточно важную составляющую работы системы GPS: устройство не уходит в спящий режим — приемник GPS препятствует этому. Частично проблему высокого энергопотребления решает модуль A-GPS, который получает данные о координатах приемника не через спутники, а от базы сотовой связи или точки Wi-Fi.