3.2 Система визначення координат точок земної поверхні за допомогою штучних супутників Землі

Протягом існування людства були винайдені різні способи орієнту­вання на місцевості, наприклад, за Сонцем, за зірками. Винайдено ряд спеціальних приладів, які допомагають орієнтуватись (компас, секс­тант), складено детальні карти земної поверхні тощо. Але до останніх десятиріч минулого століття не існувало способу визначення коорди­нат, доступного у будь-якій точці планети й за будь-яких кліматичних чи погодних умов. У 70-х роках минулого століття з'явилась можливість вирішити це питання, коли була запропонована система глобального позиціювання - Global Positioning System (GPS).

Розробка цієї системи була започаткована Міністерством оборони США для військових потреб і спочатку мала назву NAVSTAR (Navigation System with Timing and Ranging) - система навігації на основі розрахунку часу і відстаней. Вона передбачала визначення координат будь-якої точки земної поверхні за допомогою штучних супутників Землі. Перший супутник цієї системи було виведено на орбіту в 1978 p., останній - у 1994 р. На початку 90-х років систему GPS було відкрито для масо­вого користування, однак управління і контроль за нею і зараз здійсню­ються американськими військовими.

Система GPS складається з 3-х основних елементів: космічного, сегмента управління та користувачів.

Космічний сегмент складається з 24 штучних супутників Землі, розподілених по шести орбітах радіусом близько 20 тис. кілометрів. Період обертання кожного супутника дорівнює 12 годинам. Супутники розташовані таким чином, що одночасно в будь-якій точці земної повер­хні можна приймати сигнали від чотирьох з них. Кожен супутник облад­наний атомним годинником, помилка якого становить 1 секунду за 70 тис. років. Ці годинники використовують для синхронізації передачі та прийому сигналів.

Сегмент управління складається з п'яти моніторингових станцій, які керують супутниками. Зокрема, ці станції визначають точні коорди­нати супутників, передають на них часові й просторові поправки, дані про стан атмосфери, що впливає на швидкість розповсюдження радіо­сигналів, а, отже, й на точність обчислення координат. Моніторингові станції розташовані на великій відстані одна від одної: дві з них, в тому числі і головна, знаходяться на території США, решта - на островах Ти­хого, Індійського та Атлантичного океанів.

Користувачі - це різноманітні приймачі GPS, які приймають сигнали супутників і видають інформацію про координати точки та інші дані.

Працює система GPS наступним чином. Кожен супутник посилає на Землю дані про свої точні координати, час подачі сигналу й стан ат­мосфери. Приймач перевіряє сигнал, який надійшов з супутника, і ви­значає час, коли цей сигнал генерований супутником. Різниця в часі подачі сигналу супутником і отримання його GPS-приймачем помноже­на на швидкість світла (300000 км/сек.) дає відстань від супутника до приймача. На основі даних, одержаних від чотирьох супутників (три з них визначають відстань, а четвертий видає інформацію, яка дозволяє усунути помилки ходу годинника у приймачі), GPS-приймач проводить розрахунок місцезнаходження користувача за допомогою комп`ютера.

Система, аналогічна GPS, розроблена в Росії і носить назву ГЛ0НАСС (Глобальна навігаційна супутникова система). Вона мало чим відрізняється від американської NAVSTAR. Існуючі GPS-приймачі можуть користуватись інформацією обох систем.

В Україні ведеться робота по створенню спеціальних карт, які до­зволять застосувати систему GPS на її території. Проблема полягає в тому, щоб розробити комп'ютерні програми, які дали б змогу переобчислити "американські" координати супутників у місцеву систему коорди­нат. Це дасть змогу більш широко застосувати систему GPS у нашій країні для потреб народного господарства і, зокрема, землевпорядку­вання, лісовпорядкування і лісового господарства, геологічних пошуків, рятувальних робіт.