Сегмент потребителей
Сегмент потребителей GPS, аналогично сегменту потребителей ГЛОНАСС, состоит из приемников и некоторых дополнительных устройств, таких как антенны, интерфейс с исполнительными устройствами, а также вспомогательного программного обеспечения. В простейшем случае приемник получает от НКА навигационные данные, встроенный вычислитель решает навигационную задачу и выводит на дисплей абсолютные значения координат. Однако для большинства применений столь скромных возможностей недостаточно.
Области применения GPS на сегодняшний день:
военные задачи (точное целеуказание и целенаведение, позиционирование);
авиация (прокладка курса, позиционирование, автоматическая посадка);
морской транспорт (прокладка курса, позиционирование);
наземный транспорт (прокладка маршрута, контроль движения);
геодезия и картография (кадастровые съемки, картографирование и т.п.);
строительство (мосты, тоннели, продуктопроводы);
сельское хозяйство (разметка и обработка сельхозугодий);
добыча полезных ископаемых;
спасательные работы;
системы безопасности (поиск похищенных автомобилей и грузов и т.п.);
службы точного времени;
частное использование в быту (туризм, охота, хобби).
В соответствии с областью применения конструкции и возможности приемников GPS могут значительно отличаться. Так, например, приемники для частного применения, как правило, не измеряют высоту и не вычисляют составляющие вектора скорости в режиме реального времени, тогда как системы автоматизированной по садки выполняют эти измерения обязательно. С другой стороны, существуют приемные устройства GPS, единственной задачей которых является получение сигналов точного времени и образцовой частоты. Наиболее часто подобные устройства используются в системах мобильных коммуникаций, а также для проведения техниче ских измерений и научных экспериментов.
Интерфейс системы gps navstar
Интерфейс системы подразумевает под собой перечень требований, описаний и технические стандарты сигналов, путем которых происходит передача информации от космического сегмента GPS к сегменту потребителей. Навигационные НКА используют для передачи информации две частоты. Все НКА вещают на одинаковых частотах и используется кодовое разделение каналов.
Интерфейс системы GPS беззапросный, т.е. НКА излучают радиосигналы непрерывно, и любой приемник потребителя, находящийся в зоне радиовидимости НКА, в произвольный момент времени может получать от него навигационную ин формацию в пассивном режиме.
Точность
Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже:
Источник погрешности |
Среднеквадратичное значение погрешности, м |
Нестабильность работы генератора |
6,5 |
Задержка в бортовой аппаратуре |
1,0 |
Неопределённость пространственного положения спутника |
2,0 |
Другие погрешности космического сегмента |
1,0 |
Неточность эфемерид |
8,2 |
Другие погрешности наземного сегмента |
1,8 |
Ионосферная задержка |
4,5 |
Тропосферная задержка |
3,9 |
Шумовая ошибка приёмника |
2,9 |
Многолучёвость |
2,4 |
Другие ошибки сегмента пользователя |
1,0 |
Суммарная погрешность |
13,1 |
Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих.
Так как погрешность GPS складывается из многих составляющих, она не может быть представлена в виде нормального белого шума. Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6—8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS, EGNOS, MSAS и т. д. передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1—2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.
Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с погрешностью не более 60—90 см.
Всего первоначальный контракт предусматривал запуск 33 спутников GPS нового поколения, но потом из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. На сентябрь 2014 года на орбиту выведены первые семь спутников из новой версии: GPS IIF SV-1 (запущен 28 мая 2010 года), GPS IIF-2 (запущен 16 июля 2011 года), GPS IIF-3 (запущен 4 октября 2012 года), GPS IIF-4 (запущен 15 мая 2013 года), GPS IIF-5[en] (запущен 21 февраля 2014 года), GPS IIF-6[en] (запущен 17 мая 2014 года), GPS IIF-7[en] (запущен 2 августа 2014 года).
Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км). Однако, даже точности в 10 см недостаточно для ряда задач по геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в 10 см площадь участка в 600 м² может уменьшиться или увеличиться на 10 м².