Глобальная система позиционирования

Global Positioning System – Глобальная Система Позиционирования. Эта система состоит из сети спутников, которые в непрерывном режиме посылают электромагнитные сигналы на Землю. Используя специальный приемник такого излучения, измеряющий расстояние до спутников, можно с установленной точностью (от нескольких десятков километров до нескольких миллиметров) определить месторасположение объекта на земной поверхности. Идея создания системы глобального позиционирования возникла в 50 гг. прошлого столетия и нашла свое воплощение в Университете Джона Хопкинса. GPS была создана по заказу Министерства Обороны США в 1969 году и изначально состояла из 24 спутников, вращающихся по 6 круговым орбитам на высоте около 20.2 км над уровнем моря с наклонением 55^o, и сети специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение параметров движения спутников и коррекцию бортовой информации об их орбитах. Спутники передают на Землю сигналы малой мощности, но её вполне достаточно для местонахождения любого объекта. Эта система обошлась США в 12 млрд. долларов.

Каждый современный спутник на своем борту несёт ряд высокотехнологического оборудования, основу которого составляют:

- четверо атомных часов;

- три кадмий-никелевые батареи;

- две солнечные батареи мощностью 1136 Вт;

- антенна коротковолнового диапазона для управления спутником;

- 12-ти элементная антенна длинноволнового диапазона для связи с пользователем.

В настоящее время используются GPS-приемники, размер которых сравним с размером сотового телефона, а вес составляет несколько сотен граммов, также большинство смартфонов имеют встроенный GPS-модуль. При этом GPS-приемник сообщает пользователю не только координаты нахождения (широта и долгота), но и отображает местоположение на электронной карте наряду с городами, транспортными магистралями и многими другими объектами. Кроме определения трех текущих координат (долгота, широта и высота над уровнем моря) GPS обеспечивает:

- определение трех составляющих скорости объекта;

- определение точного времени с точностью не менее 0.1 с;

- вычисление истинного путевого угла объекта;

- прием и обработку вспомогательной информации.

 

Рис. . Связь GPS приемника со спутниковой системой.

 

В настоящее время на Земле установлено пять крупных контрольных станций, осуществляющих мониторинг и обратную связь с GPS спутниками. Управляющая станция находится в США (штат Колорадо), остальные станции распределены по всему миру: Гаваи (Тихий океан), о. Вознесения (Атлантический океан), о. Диего Гарсия (Индийский океан), о. Кважален (Тихий океан), рис.3.29.

GPS была разработана для военных целей: безошибочное перемещение отрядов по местности, оптимальное развертывание артиллерии, определение кратчайшего пути до объекта уничтожения. В начале 80-х гг. прошлого столетия GPS стала доступна и гражданскому населению. Теперь практически каждый житель Земли может по достоинству оценить функциональные возможности GPS, причем совершенно бесплатно (на самом деле услуги GPS во многих странах учтены в налоговых сборах). GPS используется не только на земле, но также на море и в воздухе. GPS призывают на помощь везде, за исключением тех мест, где невозможно принимать сигнал (пещеры, шахты, полости). Области применения GPS чрезвычайно широки. Это и навигация любых подвижных объектов – частных автомобилей, инкассаторских машин, кораблей и самолетов. Землеустроительные задачи, картография и координирование строительных объектов относятся к такой группе приложений, как измерение Земли и ее поверхности, рис.3.30. Здесь могут использоваться не только отдельные приемники, но и целые измерительно-вычислительные комплексы, точность измерений которыми доходит до долей сантиметра. На основе сочетания возможностей GPS и других технических средств создаются информационно-измерительные системы, позволяющие получать новые качества в решении старых задач.