Загальні відомості про GPS (Global Positioning System)

 

Хоча технологія GPS не нова і її історія налічує вже два десятки років, але тільки останнім часом вона перестала бути темою для вузького кола осіб, і тепер таким продуктам може користуватися буквально кожен.

GPS (Global Positioning System) – це супутникова система для високоточного визначення координат статичних і рухомих об'єктів. Розроблена вона і обслуговується Міністерством оборони США, також відома у військових під кодовою назвою NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging).

Проект запущений в 1978 р. і вийшов на заплановану потужність в 1994 році, одержавши високі оцінки військових під час війни в Затоці (особливо ним були задоволені групи спеціального призначення, що йшли з-під вогняних нальотів власної артилерії і авіації).

Система GPS в цілому складається з трьох сегментів - космічного, управляючого і призначеного для користувача.

До першого відносяться 24 супутники, запущені по шести різних орбітах так, щоб з будь-якої точки земної поверхні були видні від чотирьох до дванадцяти таких супутників. Термін служби кожного з них складає 10 років, їх замінюють по мірі виходу з ладу. До управляючого (супутниками) сегменту GPS входять 5 контрольних центрів (включаючи майстер-центр), дислокованих на американських військових базах. І неважко здогадатися, що до призначеного для користувача сегменту відносяться десятки і сотні тисяч персональних GPS-приймачів, які продаються у вигляді автономних пристроїв, модулів розширення до портативних комп'ютерів або ж вбудовуються в певні види устаткування.

Приймач системи GPS є крихітним вузькоспеціалізованим комп'ютером, здатним обчислювати своє місцеположення по радіосигналах, що приймаються з супутника. І чим більше супутників може відстежувати такий приймач одночасно і чим більше рознесуть ці супутники на небесній півсфері, тим швидше піде процес обчислення координат і тим більш точними можуть бути його свідчення. Здатність приймача обробляти сигнали від декількох супутників визначається числом його каналів, в сучасних пристроях їх майже завжди 12. А для відстежування супутників потрібно бути просто неба – у приміщенні під дахом або в тісному оточенні висотних будинків антена приймача фактично безпорадна. До речі, саме тому комплект для використання в транспортних засобах найчастіше забезпечується зовнішньою антеною, яка кріпиться зовні, а багато моделей GPS оснащене MMCX-штекером для їх підключення. Вбудована антена приймача звичайно працює по вузькій діаграмі спрямованості (patch-антени), але ряд виробників освоїв випуск приймачів з антенами, які мають широку діаграму (multi-directional).

Процес визначення координат GPS-приймачем виглядає приблизно так. При включенні пристрою після достатньо тривалої перерви приймач починає приймати сигнали з супутників і тим самим визначати, які з них зараз доступні з цієї локації. Такий стан приймача називається «холодним стартом», а групу запеленгованих супутників часто іменують «альманахом». Після виключення приймач якийсь час тримає в пам’яті останній альманах і у разі повторного включення після короткочасної перерви час пеленга зменшиться (має місце «теплий старт»), а якщо перерва була зовсім короткою, то це «гарячий старт». Термін TTFF (Time To First Fix), яким часто користуються при описі цього етапу роботи, якраз і означає час, необхідний для захоплення того мінімального числа супутників, якого достатньо для подальших обчислень, і воно указується роздільно для холодного (звично 1-2 хвилини), теплого (до хвилини) і гарячого (до десяти секунд) старту. Але це можливо у відповідних умовах.

Самі сигнали з супутників бувають двох видів (L1 і L2), всі GPS цивільного призначення використовують частоту L1=1575,42 MHz. Містить такий сигнал, згідно поточної версії 2,2 стандарти NMEA 0183, три складові: псевдовипадковий код (ідентифікатор супутника), власне дані у форматі GGA (статус готовності супутника, дата і час) і позиції всіх супутників протягом дня у форматах GSA (Global Satellites Active -- активні супутники), GSV (Global Satellites in View -- супутники в зоні видимості) і RMC (Recommended Minimum speCific data -- службові дані про них). В рамках стандарту NMEA обумовлені також додаткові формати - GLL і VTG, що мають обмежене застосування, наприклад, VTG використовується тільки при роботі з устаткуванням фірми Garmin - лідера на ринку класичних (не комп'ютерних) GPS-приймачів. Крім того, способами обміну можуть бути двійковий SiRF-код, управляючі коди формату Trimble Standard Interface Protocol (TSIP) і деякі інші - вони вказуються в описах після NMEA.

Впровадження такої системи допомагає автотранспортному підприємству вирішувати такі завдання:

- відстеження відхилень від маршруту транспортними засобами;

- одержання практично будь-яких даних про транспортний засіб у будь-якій точці Європи, не виходячи зі свого офісу;

- розрахунок оптимального маршруту за допомогою визначення кілометражу по карті, часу проходження, необхідних витрат палива і іншої необхідної інформації;

- визначення маршруту руху в текстовому вигляді із зазначенням контрольних пунктів руху, відстані, географічних координат, а також напрямку руху (зручно для водіїв).