12.3 Навигационные системы.

СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ (GРS-GLOBAL РОSITIONING SYSTЕМ).

Система GPS создана министерством обороны США и позволяет с точностью до 3-х метров определять в любой точке земного шара местонахождение неподвижного или движущегося объекта на земле, в воздухе и на море в трех измерениях с очень высокой точностью. Более того, GPS сообщает скорость передвижения объекта, что позволяет оснастить суда, самолеты, автомобили электронными картами, на которых показывается место нахождения объекта и кратчайший (либо наиболее удобный) путь к пункту назначения. GPS используется для составления географических карт.

История создания. Система GPS создана по проекту NAVSTAR основанному в феврале 1978 года, когда был запущен первый навигационный спутник. Изначально этот проект разрабатывался исключительно как военный, однако с 1983 года разрешено частичное использование для гражданских целей. Первая группировка из 24 спутников введена 14 февраля 1989 года. 50-й спутник (с момента запуска первого спутника в 1978г.) в 2004году. Министерством обороны США, априорно вводилась погрешность , позволяющая определять местоположение с точностью 30-100 м, хотя принципиально точность 6Р5-системы может достигать нескольких сантиметров. С 1-го мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен, что позволило России пользоваться системой СР5.

Спутниковая система NAVSTAR. Состоит из трех сегментов: 1-космос, 2- управление, 3- пользователь. Космос - спутники, управление - станции слежения, пользователь - GPS-приемник. 24 ИСЗ находящиеся на 6 различных круговых орбитах , которые расположены под углом 60° друг к другу. Период обращения одного спутника 12 часов. Вес каждого спутника 787 кг, размер более 5м, включая солнечные батареи. На борту находятся: 1-атомные часы, 2-вычислительное кодирующее устройство, 3-передатчик. Каждый спутник делает 2витка в сутки на высоте 20 тыс. км. Средний срок службы спутника 10 лет, поэтому постоянно идет обновление. Стоимость постройки и запуска 24 спутников - 12 млрд. долларов, стоимость поддерживания в работе - 400 млн. долларов.

Информация передаваемая спутником. Спутник передает на Землю следующую информацию:

1.Свой статус (сообщения об исправности или неисправности).

2.Дату.

3. Время. 4.Данные альманаха (альманах-информация о том, в каком месте небесной сферы находится спутник в любой момент времени). 5Время отправки всей информации.

Определение координат. Многие ошибочно полагают, что координаты объекта выдает спутник. Спутник только определяет время с точностью до наносекунды. Координаты определяет GPS-приемник на основании информации о расстоянии (по времени) до видимых спутников, а затем по законам геометрии вычисляет свое местоположение. При этом, для получения широты и долготы достаточно получить информацию с 3-х спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с 4-х. Одним из важнейших компонентов системы являются атомные часы, способные определять время с точностью до тысячной доли секунды. Сигналы приемника синхронизируются с передатчиками спутников. Скорость радиосигнала со спутника постоянна и равна скорости света. Расстояние определяется по задержке времени приема от спутника до СР5. Ресивер калькулирует расстояние от Зх-4х спутников и определяет свое положение методом трилатерации, т. е. точка пересечения линий дает точную информацию о местонахождении ресивера.

Пользование спутниковой GPS-системой. Система GPS бесплатна и может использоваться любым человеком. Для вхождения в GPS каждый абонент должен иметь небольшое устройство (приемник). В бытовом варианте это устройство размером с портсигар, позволяющее определять свое местоположение и включающее широкий набор сервисных услуг (расчет и формирование маршрута, электронная почта и др.). В зависимости от области применения и стоимости (от сотен долларов до десятков тысяч) исполнение приемников разнообразно, от персональных и автомобильных GPS до стационарных установок, позволяющих определять координаты с очень высокой точностью (х,у - см, h- метры).