Система глобального позиціонування GPS.

Глобальна система визначення місця розташування GPS (Global Position System) забезпечує високоточне визначення координат і швидкості об'єктів в будь-якій точці земної поверхні, в будь-який час доби, а також точне визначення часу.

У 1993 р. США розгорнула програму запуску супутників для високоточної навігації військових об'єктів, яка називалась NAVSTAR (NAVigation Satellite providing Time And Range), тобто "навігаційна супутникова система, що забезпечує вимір часу і місця". У Росії діє аналогічна система супутникової навігації ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), принцип роботи якої багато в чому подібний GPS.

Спочатку передбачалося використовувати систему GPS тільки в навігаційних цілях, але потім її можливості стали використовувати для:

Ø геодезичного застосування GPS, тобто визначення координат з міліметровою точністю;

Ø диспетчерські служби – забезпечення водієві пріоритетний проїзд через найскладніші ділянки доріг в межах міста. Для визначення оптимального шляху руху використовується інформація про координати і швидкість автомобіля, а також можливі альтернативні маршрути і завантаженість перехресть.

Ø навігація – точніше слідування заданого маршруту польоту літаком, яке забезпечувалося використанням GPS - навігацією, давало економію палива в десятки млн. USD в рік на кожен літак; також GPS – навігацією користуються морські судна.

Принцип роботи GPS. У навколоземному просторі розгорнута мережа штучних супутників Землі, що рівномірно покривають усю земну поверхню. Орбіти штучних супутників обчислюються з дуже високою точністю, тому у будь-який момент часу відомі координати кожного супутника. Радіопередавачі супутників безперервно випромінюють сигнали у напрямку Землі. Ці сигнали приймаються GPS – приймачем, що знаходиться в деякій точці земної поверхні, координати якої треба визначити. У приймачі вимірюється час поширення сигналу від супутника і обчислюється дальність (радіосигнал, як відомо, поширюється із швидкістю світла).

До складу системи входять:

· штучні супутники Землі (рис.5.1) (космічний сегмент), які складаються з 26 супутників (21 основний і 5 запасних), які обертаються на 6 орбітах. На борту кожного супутника є 4 стандарти частоти (два цезієвих і два рубідієвих - для цілей резервування), сонячні батареї, двигуни коригування орбіт, приймально - передавальна апаратура, комп'ютер.

 

 

Рис. 5.1. Штучний супутник Землі та його орбіти.

 

· мережа наземних станцій стеження і управління (сегмент управління). Містить головну станцію управління (авіабаза Фалькон в шт. Колорадо), п'ять станцій стеження, розташованих на американських військових базах на Гавайських островах. Збирана інформація обробляється в суперкомп'ютерах і періодично передається на супутники для коригування орбіт і оновлення навігаційного повідомлення.

· GPS – приймачі (апаратура споживачів) (рис.5.2). У апаратурі споживача прийнятий сигнал декодується. Отриманий код порівнюється з аналогічним кодом, який генерує сам GPS – приймач, що дозволяє визначити затримку поширення сигналу від супутника і таким чином визначити псевдодальність.

 

Рис.5.2. GPS – приймачі.

 

Система GPS грунтується на 5-и простих фізичних принципах. Розглянемо ці принципи: