| Тезисы: | Ветер |
|---|---|
| Обработка: | Мимоходец |
В основе системы GPS лежит достаточно простая и давно используемая идея триангуляции. Суть этой идеи заключается в том, что зная координаты нескольких эталонных ориентиров и расстояние до них можно установить собственное положение относительно этих ориентиров. Для этого вокруг каждого эталонного ориентира проводится сфера с радиусом, равным расстоянию от эталонного ориентира до точки, чьи координаты надо вычислить. В идеальном случае точка измерения будет совпадать с единственной точкой пересечения построенных сфер. Расчет координат в этом случае дело математики и элементарно выполняется процессором GPS-приемника.
В качестве эталонных ориентиров используются GPS-спутники. Они выведены на высокоточные стабильные орбиты, благодаря чему все параметры этих орбит хорошо известны. Так же каждый GPS-спутник снабжен высокоточными часами. Благодаря этим двум факторам, в любой момент времени, можно указать точные координаты любого спутника GPS.
Для того, что бы сделать возможным определение расстояния до GPS-спутника, каждый спутник при передаче своего сигнала добавляет временную метку: точное время трансляции сигнала. GPS-приемник, получая сигнал, фиксирует время. Так как сигнал распространяется со скоростью света, то умножив скорость света на разницу между временем приема, зафиксированным во время приема, и временем передачи, полученным из сигнала GPS-спутника, GPS-приемник вычисляет расстояние до спутника.
GPS была создана и контролируется Департаментом обороны США. До 2000 года департамент обороны США принудительно загрублял точность гражданских GPS-приемников внося небольшую ошибку в сигналы атомных часов. В результате этих действий точность гражданских GPS приемников была приблизительно в 10 раз хуже военных и составляла 50 - 150 м. В 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.
Однако вычисление расстояния до спутника происходит изложенным выше методом только в теории. Основная проблема заключается в том, что этот метод предполагает высокоточную синхронизацию часов на спутнике и приемнике. На спутнике высокую точность хода обеспечивают при помощи сложных, а главное дорогостоящих, высокоточных часов. Для массово используемого GPS-приемника использование таких часов невозможно из-за их веса, размеров и стоимости. В тоже время разница в 1 миллионную секунды может привести к ошибке в 250 м.
Для решения этой проблемы в GPS-приемниках используется обычные часы на основе кварца. Для устранения неточности GPS-приемник использует сигналы не двух, а как минимум трех, спутников. Благодаря этому GPS-приемник получает возможность рассчитывать погрешность собственных часов и корректировать их. Таким образом собственные кварцевые часы для GPS-приемника являются лишь вспомогательными часами. При получении сигнала от большего количества спутников GPS-приемник получает возможность точнее рассчитывать свое время. И как следствие возрастает его точность.
Для получения не только широты и долготы, но и высоты над уровнем моря GPS-приемнику требуются, как минимум, сигналы с 4 спутников. Увеличение количества спутников так же увеличивает и точность измерения высоты.
Если GPS-приемник перестает получать сигнал с одного или нескольких спутников - его точность падает. Именно поэтому в ситуациях, когда честь спутников экранируется рельефом, высотными зданиями или другими препятствиями GPS-приемник может давать нечеткие показания. Если GPS-приемник теряет третий спутник - то качество измерений скачком ухудшается и уже не может реально использоваться для навигации.