GPS - це навігаційна технологія, яка за допомогою супутників передає точну інформацію про місцезнаходження. В основному система GPS складається з групи супутників та добре розроблених інструментів, таких як приймач. Однак система повинна включати принаймні чотири супутника. Кожен супутник і приймач оснащені стабільними атомними годинниками. Годинники-супутники синхронізовані між собою та наземними. GPS-приймач також має годинник, але він не синхронізований і не стабільний (менш стабільний). Будь-яке відхилення фактичного часу супутників від наземного годинника слід виправляти щодня. Для синхронізованої мережі супутників та приймача потрібно обчислити чотири невідомі величини (три координати та відхилення годинника від супутникового часу).Робота приймача GPS полягає в отриманні сигналів від мережі супутників для обчислення трьох основних невідомих рівнянь часу та положення.
Сигнал GPS включає псевдовипадкові коди та час передачі та супутникове положення на той момент. Сигнал, що транслюється GPS, також називається несучою частотою з модуляцією. Далі, псевдовипадковий код - це послідовність нулів та одиниць. Практично положення приймача та зміщення годинника приймача відносно системного часу приймача обчислюються одночасно, використовуючи навігаційні рівняння для обробки часу польоту (TOF). TOF - це чотири значення, які приймач формує з використанням часу надходження та часу передачі сигналу. Місце розташування зазвичай перетворюється на широту, довготу та висоту щодо геоїдів (по суті, середній рівень моря). Потім координати відображаються на екрані.
Елементи GPS
Структура GPS є складною. Він складається з трьох основних сегментів космічного сегмента, сегмента управління та сегмента користувача. Запуск супутника на середню навколоземну орбіту - це важка робота. Космічний сегмент включає від 24 до 32 супутників або космічних апаратів на одній орбіті, по 8 на трьох кругових орбітах. Щонайменше шість супутників завжди знаходяться в прямій видимості майже звідусіль на земній поверхні.
Поруч з космічним сегментом знаходиться контрольний сегмент. У контрольному сегменті є головна станція управління, альтернативна головна станція управління, наземні антени та станція моніторингу. Користувацький сегмент складається з тисяч цивільних, комерційних та військових служб позиціонування. Приймач або пристрій GPS складається з антени, налаштованої на частоту, що передається супутниками. Він також включає екран дисплея, щоб вказати місце та час.
Приймач GPS класифікується за кількістю супутників, які він може одночасно контролювати, тобто за кількістю каналів. Як правило, приймачі мають чотири-п’ять каналів, але нещодавні досягнення показали, що було зроблено також до 20 каналів.
Частота супутника: Усі частоти супутникового мовлення. Смуга частот складається з п’яти типів, таких як L1, L2, L3, L4 та L5. Ці смуги мають діапазони частот від 1176 МГц до 1600 МГц.
Як працює GPS
Супутники GPS обертаються навколо Землі два рази на день. Він обертається навколо дуже точним курсом і надсилає індикацію та інформацію на землю. Приймачі GPS отримують всю інформацію та застосовують триангуляцію, щоб виявити точне місцезнаходження користувача. Принципово, приймач GPS протиставляє тривалість розповсюдження сигналу супутником і розподіляє час його отримання. Різниця в часі формулює відстань приймача від супутників GPS. Він вимірює точну відстань з кількома супутниками, і приймач визначає положення користувача та відображає його на карті електронного приладу.
Приймач повинен бути зафіксований до сигналу принаймні з трьома супутниками, щоб створити двовимірне положення, а також відстежувати рух користувача. Використовуючи чотири або більше супутників, приймач може визначити тривимірне положення користувача, яке складається з висоти, широти та довготи. Після визначення положення користувача пристрій GPS обчислює іншу інформацію, таку як швидкість, підшипник, колія, відстань, пункт призначення, схід та час заходу сонця.
Наскільки точний GPS?
Приймачі GPS дуже точні завдяки паралельній багатоканальній конструкції. Паралельні канали дуже швидкі та точні, хоча деякі фактори, такі як атмосферний шум та збурення, можуть порушити ситуацію та вплинути на точність GPS-приймачів.
Користувачі також можуть отримати покращену точність за допомогою диференціального GPS (DGPS), який коригує сигнали GPS до оточуючих штатних від трьох до п’яти метрів. Берегова охорона США працює з найпоширенішою службою виправлення DGPS. Система містить розташування веж, які отримують сигнали GPS і передають напружений сигнал передавачами маяків. З метою отримання точного сигналу, користувачі повинні мати диференціальний приймач маяка та антену маяка, крім GPS.
Джерела помилок сигналу GPS
Фактори, які можуть пошкодити точність сигналів GPS і, таким чином, впливати на точність, включають наступне:
- Іоносфера та тропосфера затримуються - Супутниковий сигнал сповільнюється, перетинаючи шари атмосфери. Система GPS використовує вбудовану модель, яка використовується для розрахунку регулярної тривалості перешкод, необхідних для виправлення цього типу неточності.
- Багатопроменева передача сигналу - Ця помилка виникає, коли сигнал відбивається від таких об'єктів, як високі будівлі та більші породи, перш ніж він потрапить до приймача. Це збільшує загальну тривалість руху сигналу та спричиняє помилки та неточність.
- Орбітальні помилки - Ці помилки також відомі як помилки ефемерид, які використовуються для обчислення неточностей розташування супутника.
- Кількість видимих супутників - точність залежить від точної кількості супутників, яку може бачити приймач GPS. Такі фактори, як будівлі, рельєф місцевості, електронні перешкоди, блокують точність та прийом сигналу, що спричиняє помилку в положенні та іноді відсутність зчитування сигналів. Зазвичай він не працює в приміщенні, під водою та під землею.
Програми
Машина GPS широко відома не лише для військового використання у цивільних та комерційних службах. Деякі цивільні програми:
1. Астрономія: використовується у розрахунках астрометрії та небесної механіки.
2. Автоматизовані транспортні засоби: Він також використовується в автоматизованих транспортних засобах (транспортні засоби без водія) для нанесення місць на автомобілі та вантажівки.
3. Стільникова телефонія: Сучасні мобільні телефони оснащені програмним забезпеченням GPS-відстеження. Він присутній тому, що можна знати своє становище, а також відстежувати сусідні комунальні послуги, такі як банкомати, кав’ярні, обмежувальні пристрої тощо. Перший GPS із підтримкою стільникового телефону був запущений в 1990-х. У стільниковій телефонії він також використовується для виявлення екстрених дзвінків та багатьох інших програм.
4. Ліквідація наслідків стихійних лих та інші аварійні служби: У разі будь-якої стихійної катастрофи GPS є найкращим інструментом для визначення місця розташування. Навіть до таких катастроф, як циклони, GPS допомагає підрахувати передбачуваний час.
5. Відстеження флоту: GPS - це інструмент розробника, відомий своїм потенціалом для відстеження військових кораблів під час війни.
6. Розташування автомобіля: Автомобіль з підтримкою GPS полегшує відстеження його місцезнаходження.
7. Гео фехтування: У гео фехтування ми використовуємо GPS для відстеження людини, тварини чи автомобіля. Пристрій кріпиться до транспортного засобу, особи або на нашийнику тварини. Він забезпечує постійне відстеження та оновлення.
8. Географічне позначення: одним із основних застосувань є геотегування, що означає застосування локальних координат до цифрових об’єктів.
9. GPS для майнінгу: використовує точність позиціонування на сантиметровому рівні.
10. GPS-тури: допомагає визначити місце розташування найближчої точки інтересів.
11. Геодезія: Геодезисти використовують Глобальну систему позиціонування для складання карт.