GPS як працює? Принципи роботи GPS-навігатора

Сьогодні ми поговоримо про те, що таке GPS, як працює ця система. Приділимо увагу розвитку даної технології, її функціональним особливостям. Також обговоримо, яку роль в роботі системи відіграють інтерактивні карти.

Історія появи GPS

Історія появи глобальної системи позиціонування, або визначення координат, почалася в США ще в далеких 50-х роках при запуску першого радянського супутника в космос. Бригада американських вчених, які стежили за запуском, помітила, що при віддаленні супутник рівномірно змінює свою частоту сигналу. Після глибокого аналізу даних вони дійшли висновку, що за допомогою супутника, якщо говорити більш детально, то його розташування і видаваного сигналу, можна точно визначити знаходження та швидкість пересування людини на землі, як і навпаки, швидкість і знаходження супутника на орбіті при визначенні точних координат людини. До кінця сімдесятих років Міноборони США запустило систему GPS в своїх цілях, а ще через кілька років вона стала доступна для цивільного застосування. Система GPS як працює зараз? Точно так, як і працювала в той час, за тими ж принципам і засадам.

Мережу супутників

Більше двадцяти чотирьох супутників, що знаходяться на навколоземній орбіті, передають радіосигнали прив`язки. Кількість супутників варіюється, але на орбіті завжди знаходиться потрібне їх число для забезпечення безперебійної роботи, плюс деякі з них є в запасі, щоб у разі поломки першого прийняти їх функції на себе. Так як термін служби кожного з них приблизно близько 10 років, здійснюється запуск нових, модернізованих версій. Обертання супутників відбувається по шести орбітах навколо Землі на висоті менше 20 тисяч км, воно утворює взаємопов`язану мережу, якою управляють станції GPS. Знаходяться останні на тропічних островах і пов`язані з основним координаційним центром в США.

Як працює GPS-навігатор?

Завдяки цій мережі можна дізнатися місцезнаходження за допомогою обчислення затримки проходження сигналу від супутників, і за допомогою цієї інформації визначити координати. Система GPS як працює зараз? Як і будь-яка мережа навігації в просторі - вона абсолютно безкоштовна. Вона з високою ефективністю працює при будь-яких погодних умовах і в будь-який час доби. Єдина покупка, яка повинна у вас бути, це сам GPS-навігатор або пристрій, який підтримує функції GPS. Власне, принцип роботи навігатора будується на давно використовуваної простою схемою навігації: якщо точно знаєте місце, де знаходиться маркерний об`єкт, найбільш підходящий на роль орієнтиру, і відстань від нього до вас, намалюйте коло, на якій точкою позначте ваше місце розташування. Якщо радіус кола великий, то замініть її прямою лінією. Проведіть кілька таких смуг від можливого вашого розташування в сторону маркерів, точка перетину прямих позначить ваші координати на карті. Вищезазначені супутники в такому випадку якраз і грають роль цих маркерних об`єктів з відстанню від вашого місця розташування близько 18 тисяч км. Хоча обертання їх по орбіті і відбувається з величезною швидкістю, місце розташування постійно відстежується. У кожному навігаторі встановлений GPS-приймач, який запрограмований на потрібну частоту і знаходиться в прямій взаємодії з супутником. У кожному радіосигналі міститься певна кількість закодованої інформації, яка включає в себе відомості про технічний стан супутника, місцезнаходження його на орбіті Землі і часовому поясі (точний час). До слова, інформація про точний час і є найбільш потрібною для отримання даних про ваших координатах: що відбувається обчислення відрізка часу між віддачею і прийомом радіосигналу множиться на швидкість самої радіохвилі і шляхом недовготривалих підрахунків розраховується відстань між вашим навігаційним приладом і супутником на орбіті.

Складності синхронізації

Виходячи з цього принципу навігації, можна припустити, що для точного визначення ваших координат можуть знадобитися всього два супутники, на основі сигналів яких легко буде знайти точку перетину, і в підсумку - місце, де ви знаходитесь. Але, на жаль, технічні причини вимагають застосування ще одного супутника як маркера. Головна проблема полягає в годинах GPS-приймача, що не дозволяє провести достатню синхронізацію з супутниками. Причиною цьому є різниця у відображенні часу (на вашому навігаторі і в космосі). На супутниках присутні дорогі високоякісні годинники на атомній основі, що дозволяє їм вести підрахунок часу з граничною точністю, тоді як на звичайних приймачах такі хронометри застосувати попросту неможливо, так як габарити, вартість, складність в експлуатації не дозволили б застосовувати їх всюди. Навіть мала помилка в 0.001 секунди може змістити координати більш ніж на 200 км в сторону!

Третій маркер

Так що розробники вирішили залишити звичайну технологію кварцових годин в GPS-навігаторах і піти іншим шляхом, якщо говорити точніше - використовувати замість двох орієнтирів-супутників - три, відповідно, стільки ж ліній для подальшого перетину. Рішення проблеми будується на геніально простому виході: при перетині всіх ліній з трьох позначених маркерів, навіть при можливі неточності, створюється зона у формі трикутника, за центр якого береться його середина - ваше розташування. Також це дозволяє виявити відміну в часі приймача і всіх трьох супутників (для яких відмінність буде однаковим), що дозволяє скорегувати перетин ліній рівно в центрі, простіше кажучи - це визначає ваші координати GPS.

Одна частота

Слід також зауважити, що всі супутники посилають на ваш пристрій інформацію на одній частоті, і це досить незвично. Як працює GPS-навігатор і як сприймає всю інформацію коректно, якщо всі супутники безперервно і одночасно посилають на нього інформацію? Все досить-таки просто. Передавачі на супутнику для визначення себе посилають в радіосигналі ще й стандартну інформацію, в якій знаходиться зашифрований код. Він повідомляє максимум характеристик супутника і заноситься в базу даних вашого пристрою, що потім дозволяє звіряти дані з супутника з базою даних навігатора. Навіть при великій кількості супутників в зоні досяжності дуже швидко і легко їх можна визначити. Все це спрощує всю схему і дозволяє використовувати в GPS-навігаторах менші за розміром і більш слабкі антени прийому, що здешевлює і зменшує дизайн і габарити пристроїв.

GPS-карти

Карти GPS завантажуються на ваш пристрій окремо, так як ви самі впливаєте на вибір місцевості, по якій хочете пересуватися. Система всього лише встановлює ваші координати на планеті, а вже функцією карт є відтворення на екрані графічної версії, на яку наносяться координати, що і дозволяє вам орієнтуватися на місцевості. GPS як працює в даному випадку? Безкоштовно, це так і продовжує залишатися в такому статусі, карти в деяких інтернет-магазинах (і не тільки) все ж платні. Найчастіше для приладу з GPS-навігатором створюються окремі додатки для роботи з картами: як платні, так і безкоштовні. Різновид карт приємно дивує і дозволяє налаштувати дорогу з точки A в точку Б максимально інформативно і з усіма зручностями: які пам`ятки ви будете проїжджати, найкоротший шлях до пункту призначення, голосовий помічник, який вказує напрямок та інші.

Додаткове GPS-обладнання

Застосовується система GPS не тільки для вказівки вам потрібного шляху. Вона дозволяє виробляти стеження за об`єктом, на якому може перебувати так званий маячок, або GPS-трекер. Складається він з самого приймача сигналів і передавача на основі gsm, 3gp чи інших протоколів зв`язку для передачі інформації про розташування об`єкта в сервісні центри, які здійснюють контроль. Застосовуються вони в багатьох галузях: охоронної, медичної, страхової, транспортної та багатьох інших. Також існують автомобільні трекери, які підключаються виключно до автомобіля.

Подорожі без проблем

З кожним днем значення карти і беззмінного компаса йдуть все далі в минуле. Сучасні технології дозволяють людині прокласти дорогу для свого мандрівки з мінімальними втратами часу, зусиль і коштів, при цьому побачити найбільш захоплюючі та цікаві місця. Те, що було фантастикою близько століття тому, сьогодні стало реальністю, і скористатися цим може практично кожен: від військових, моряків та пілотів літаків до туристів і кур`єрів. Зараз більшу популярність набирає і використання цих систем для комерційної, розважальної, рекламної галузей, де кожен підприємець може вказати себе на глобальній карті світу, і його буде зовсім неважко знайти. Сподіваємося, що ця стаття допомогла всім, хто цікавиться тим, GPS - як працює, за яким принципом відбувається визначення координат, які його сильні і слабкі сторони.