Как gps определяет местоположение

Системы GPS слежения

Автор fast12v0_gpscool На чтение 9 мин. Просмотров 249 Опубликовано 10.07.2022

В настоящее время существует несколько глобальных навигационных спутниковых систем. К их числу относятся ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo. Однако, первой появилась система GPS.

Рассмотрим, какие GPS-устройства, геодезическое оборудование, модули, сервисы и технологии сегодня применяются.

Что такое GPS

То, как люди привыкли называть группировку, на самом деле аббревиатура. Буквам GPS соответствует расшифровка «Global Positioning System», или «Система Глобального Позиционирования». Установку можно описать как совокупность наземного и космического оборудования для определения координат объектов на Земле.

Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС

История возникновения

Изначально структура разрабатывалась для нужд американского военного флота и называлась «NavSTaR». Свое привычное название система GPS получила в 1973 году. Первый спутник был выведен на орбиту в 1974 году, а последний – в 1993.

Система предназначалась для наведения оружия. Но в 1983 году самолет «Корейских Авиалиний» оказался на территории СССР и был сбит возле острова Сахалин. Причиной инцидента была названа дезориентация пилотов в пространстве. После случившегося президент США Рональд Рейган пообещал допустить гражданское использование установки.

Во избежание военного использования точность определения координат была снижена. Погрешность гражданской версии системы была существенно сокращена в 2000 году.

Принцип работы

В процесс GPS-навигации включены три элемента:

• космические аппараты;
• наземные антенны;
• приемники.

Станции и антенные вышки несут в себе две функции:

1. Определение местоположения спутников относительно станции.
2. Получение информации об атмосферных искажениях сигнала. В случае проверки заранее известно, где находится станция. Спутник отправляет сигнал на Землю, а станция замеряет время его поступления и отклонение в направлении. Если наблюдаются искажения сигнала (например, из-за плохой погоды), то поправки отправляются на все приемники, находящиеся в радиусе действия помех.

Работа системы состоит из трех этапов:

1. Определение расположения спутника. Аппарат отправляет сигнал на наземные станции. Так как антенны недвижимы в пространстве, устройство определяет свое положение, используя антенны как ориентиры.
2. Отправка сигнала спутником на Землю. В сообщении содержится информация о времени отправки и координатах аппарата.
3. Получение сигнала. Приемник анализирует информацию, полученную со спутника, и определяет свое местонахождение. Для точной навигации нужны сигналы с четырех спутников.

Сигналы и частоты

Установка использует метод кодового разделения CDMA. Благодаря этой схеме снижается износ спутников. Метод применяет два частотных диапазона:

Просто о том, как устроена GPS

• L1 с частотой 1575,42 МГц;
• L2 с показателем в 1227,60 МГц.

Определение координат

Система высчитывает положение объекта по времени приема сигнала с орбиты модулем. Для интерпретации данных существует множество программ и мобильных приложений, а также технического оборудования.

Основные термины

В описании системы могут участвовать следующие понятия:

• покрытие – площадь, которую охватывают спутники группировки;
• WGS 84 – всемирная единая система координат;
• спутник – космический аппарат, принимающий и отправляющий сигналы;
• приемник – любой аппарат, снабженный модулем связи.

Плюсы и минусы системы

Основное преимущество группировки – глобальное покрытие. Остальные системы (ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou) не обладают таким количеством спутников, из-за чего их действие ограничено. Нельзя также игнорировать малую погрешность определения координат – всего 4 метра. Для сравнения, ГЛОНАСС гарантирует точность поиска объекта до 6 метров.

Однако, у установки есть один весомый недостаток – сигналы спутников практически недосягаемы в высоких широтах планеты из-за малого наклона космических аппаратов. Ввиду этого люди, живущие на севере, предпочитают использовать систему ГЛОНАСС.

Применение GPS

Спутниковая навигация повсеместно используется в жизни человека. Самые популярные сферы применения перечислены в таблице.

Виды GPS-устройств

Почти в каждый смартфон встроен модуль спутниковой связи. Благодаря этой детали прибор можно использовать как навигатор. Для этого нужно включить геолокацию в настройках устройства и бесплатно скачать программу с картами из открытых источников: Play Market для Андроид и AppStore для айфона. Выбрать лучшую навигационную разработку помогут отзывы пользователей на форумах.

Большая часть приложений бесплатна, в некоторых можно купить платные улучшения – апгрейды. Цена подписки (тарифа) индивидуальна для каждой программы.

Что касается компьютеров, то в сети можно найти онлайн-GPS сервис. На ПК также загружают бесплатные утилиты для навигации из интернета. Более того, существуют геодезические программы, разработки для планирования маршрутов по воде и воздуху, приложения для пересчета координат – выбор огромен.

Помимо мобильных гаджетов, модуль GPS встраивают в ряд других приборов. Большая их часть производится такими знаменитыми компаниями, как Eplutus, Leica, Navitel, Pioneer, Starline, Xiaomi, Garmin и пр.

GPS-приемники

Выглядят как небольшие съемные приборы для подсоединения к технике – ноутбукам, планшетам и телефонам. Помогают добавить функцию навигации на те устройства, на которых она не запланирована. Существует два вида подключения:

1. Проводной, по USB. Часто такие ресиверы выглядят как флешка. Некоторые напоминают компьютерную мышь – особенно автомобильные устройства. Предоставляют точную информацию о местонахождении объекта, но сильно разряжают аккумулятор прибора.
2. Беспроводной, на Bluetooth-канале. Приемник удобен из-за отсутствия подключения к прибору. Однако, беспроводной ресивер нужно своевременно заряжать.

Как правило, приемник стоит недорого – от 300 рублей в интернет-магазинах.

Трекеры и маяки

Чаще всего выглядят как небольшие коробочки или брелоки. Приборы используются для слежения за людьми и машинами (и легковыми, и грузовиками). Устройство может как работать постоянно, так и выходить на связь по расписанию.

Трекер снабжается GSM-передатчиком для управления и отправки координат. Таким образом, прибор определяет свои координаты даже в условиях плохого сигнала, по вышкам сотовой связи. Часто маяк дополняют функциями прослушки и тревожной кнопки. Единственный недостаток – такому устройству нужна симка для работы.

Навигаторы

Чаще всего под этим словом подразумевают автомобильное устройство. Ранее были популярны пешеходные навигаторы для путешествий и отдыха на природе. Сейчас эту функцию приняли на себя мобильные гаджеты.

Почти все современные автомобильные навигаторы оснащены операционной системой Android. Также большая часть приборов совмещает использование нескольких спутниковых группировок.

Логгеры

Прибор напоминает трекер. Устройство тоже определяет местонахождение объекта и отслеживает его передвижение. Логгер отличается от маяка по двум параметрам:

1. Наличие внутренней памяти. Прибор записывает все маршруты во встроенную карту.
2. Отсутствие GSM-передатчика. Вывести данные можно только после получения логгера, по USB или Bluetooth.

Картплоттеры-эхолоты

В названии прибора обозначены две его основные функции. Благодаря эхолоту пользователь может получить информацию о рельефе дна и местах скопления рыбы. А функция картплоттера поможет нанести все данные на карту для лучшей ориентации на местности.

Обзор типового устройства представлен по ссылке.

Таким образом, рыбаки имеют возможность найти «рыбные места» и отметить их на карте.

Законность самодельных GPS-модулей

Сбор антенн своими руками не запрещен. Однако, в законодательстве России есть такое понятие, как СТС НПИ, означает «Специальные Технические Средства для Негласного Получения Информации». К таким приборам закон относит все устройства, технически и внешне предназначенные для незаметной слежки за человеком.

В РФ оборот (покупка, использование и продажа) данных технических средств незаконен. Собранный своими руками трекер будет отнесен к СТС НПИ, если он обладает двумя характеристиками:

1. Скрытая прослушка. Устройство дает возможность включить микрофон удаленно и услышать, что происходит вокруг. Функция может активироваться командой или звонком. При этом приборы с возможностью добровольного вызова разрешены законом – к ним относятся телефоны со встроенным модулем, часы и некоторые модели трекеров.
2. Маскировка. Имеется в виду не просто спрятанный в салоне автомобиля трекер, а замаскированный прибор (например, под сувенирную статуэтку). В первом случае предназначение устройства предельно ясно, во втором – обладатель «статуэтки» не поймет, что за ним следят.

За использование «шпионского» оборудования могут быть назначены санкции:

• штраф размером до 200 000 рублей;
• лишение свободы сроком до 4 лет;
• ограничение деятельности на некоторое время;
• запрет на занятие определенных должностей.

Внимание. Для законного использования самодельного модуля на нем должна быть четкая маркировка назначения устройства.

С началом массового использования онлайн-сервисов с картами стартовала новая, электронная эпоха навигации. Система GPS применяется не только для работы предприятий, но и на бытовом уровне.

Источник: gpscool.ru

У россиян появилась проблема с геолокацией по GPS, разберёмся в её причинах

Недавно у россиян появилась проблема с геолокацией, их гаджеты стали подолгу определять своё местоположение. В статье мы подробно рассмотрим эту проблему и попробуем найти её решение.

6 ноября 2022, воскресенье 18:20
Alex-IT [ ] для раздела Блоги
4090 в Ситилинке по норм ценам
i7 13700K 16 ядер — быстрее и дешевле i9 12900K
Цена RTX 3070 идет к 40 тр
i5 13600K 14 ядер — дешевле и быстрее i7 12700K
RTX 3070 Ti за 50 тр в Ситилинке
Ryzen 7700X 4.5GHz = цена рухнула!

3060 Ti MSI дешевле 40 тр
За пост начислено вознаграждение

На фоне рекордного числа санкций и прочих бед (например, отключения монетизации Ютуба для русских блогеров) россиян настигла ещё одна проблема — глюки с навигацией у смартфонов и навигаторов.

Потеря сигнала, чем она вызвана

реклама

Стало известно, что гаджеты на территории РФ начали плохо определять своё местоположение. Одни определяли его намного дольше обычного, другие давали более высокую погрешность, чем ранее. Например, если обычно на обнаружение ближайших спутников уходили считанные секунды, то теперь эта же операция занимает минуты, а иногда до получаса и дольше. Причиной этого безобразия стали санкции против России.

рекомендации
MSI 3050 за 26 тр в Ситилинке
Подъехал i5 13600K 14 ядер — сильно дороже 12600K
RTX 4080 — 6 видов в Регарде
Компьютеры дешевле 10 тр в Ситилинке
ASUS 3070 дешевле 50 тр в Ситилинке
Упала цена Ryzen 7600 4.7ГГц
4 вида RTX 4090 в Регарде

3070 Ti — обвал цен дошел до нас, смотри
Снижена цена 12 ядерного Ryzen 9 7900X
3070 за 45 тр в Ситилинке
Core i9 12900 — цена снижена на 10%
RTX 3090 уже за 100 тр с началом

Новый 16-ядерный 7950X 4.5ГГц в Ситилинке

Сразу поясню, что в РФ не отключали GPS, она работает, просто более медленно на многих устройствах. Для полноценной геолокации по спутниковым системам устройству (смартфону или навигатору) нужно поймать сигналы минимум от 4 навигационных спутников. При этом, ваш гаджет пользуется сборниками положений спутников на ближайшие дни и недели, зная заранее их точную дислокацию.

Если у вас нет интернета (на момент установления геолокации), то информация приходит только со спутников. Это называется холодным стартом, он имеет продолжительность несколько минут, иногда дольше. При подключении к интернету, связь со спутниками происходит гораздо быстрее (технология A-GPS). Максимально быстро GPS работает при наличии доступа к вышкам сотовой связи и точкам Wi-Fi доступа. Поэтому в городской черте определение местоположения обычно занимает не больше пары секунд.

реклама

var firedYa28 = false; window.addEventListener(‘load’, () => < if(navigator.userAgent.indexOf(«Chrome-Lighthouse») < window.yaContextCb.push(()=>< Ya.Context.AdvManager.render(< renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-630193-28’, blockId: ‘R-A-630193-28’ >) >) >, 3000); > > >);

GPS (полное название Global Positioning System) является системой глобального позиционирования. Через спутниковую систему навигации происходит измерение расстояния от спутника до приёмника. Используется всемирная система координат WGS 84. GPS позволяет определять местоположение гаджета в любую погоду и в любой точке планеты.

A-GPS (расшифровывается как Assisted GPS) — технология ускорения «холодного старта» GPS-приёмника, используется в смартфонах и планшетах. A-GPS многие путают с LBS. Для полноты картины рассмотрим и LBS.

Location-based service (LBS) является сервисом определения местоположения объекта через привязку к ориентирам из базы данных оператора связи. В качестве ориентиров чаще всего выступают вышки сотовой связи. В составе навигационного терминала (трекера) имеются GPS приемник и GSM модем, передающий данные на мониторинговый сервер.

Обычно GSM имеет более стабильный сигнал (чем GPS со спутников), его сложнее заглушить и проще поймать, даже в условиях неисправности внешней антенны. Для определения места дислокации трекера, GSM модем регистрируется на базовой станции оператора мобильной связи. Станция в ответ передаёт свой идентификационный номер (Cell_ID) и прочие служебные параметры. Координаты большинства базовых станций известны, например, крупнейшая из открытых баз данных Opencellid имеет информацию о 8 млн. точек. В итоге LBS получает данные от GPS спутников и GSM станций одновременно, повышая точность геолокации.

История создания GPS

Первый известный аналог GPS был описан в фантастическом романе Эрнста Юнгера «Гелиополь», который вышел в далёком 1949 году. Как ни странно, но GPS появился благодаря запуску СССР первого искусственного спутника Земли. Этот запуск не оставил равнодушными американских учёных во главе с Ричардом Кершнером, которые выяснили, что благодаря эффекту Доплера, частота принимаемого сигнала увеличивается, если спутник приближается, и уменьшается, если он отдаляется. Если точно знать собственные координаты, то можно определить положение и скорость полёта спутника. И наоборот, зная координаты спутника на земной орбите, можно узнать свою скорость и геолокацию.

реклама

Результатом этого важного открытия стал запуск спутников по программе Timation (в 1964 году) в интересах ВМФ США. Затем, уже в 1973 году, американцы запустили программу DNSS, позднее переименованную в NavSTaR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Переводится как «время и дальность действия навигационного спутника». И если ранее первые спутники выводились на низкую околоземную орбиту, то по программе NavStar их выводили уже выше, на среднюю околоземную орбиту.

Первый спутник вышел на орбиту 14 июля 1974 года. Позднее, в 1982 году, вышел на орбиту и первый спутник советской системы позиционирования ГЛОНАСС. Шла холодная война, и успехи СССР, побудили США увеличить финансирование программы и ускорить работу. В 1983 году началось создание GPS. Для полного покрытия планеты система требовала 24 спутника, последний из которых вышел на орбиту в 1993 году.

Этот год можно считать датой рождения современной GPS. Изначально она применялась для наведения ракет на воздушные и наземные цели.

Суть проблемы с GPS

Выяснилось, что в России появилась проблема с работой A-GPS. Это означает длительный старт позиционирования и недоступность спутниковых данных для многих гаджетов. Они просто не могут получить доступ к данным для GPS с серверов чипа, установленного в устройстве. Эти проблемы уже выявили у чипов Qualcomm (США) и MediaTek (Тайвань).

Видимо компании, блокируют доступ к серверам для пользователей с российскими IP-адресами. После безуспешных попыток подключиться к серверам производителя чипов, гаджетам приходится подключаться непосредственно к навигационным спутникам, а это занимает гораздо больше времени. Если пользоваться VPN (который подменяет IP-адреса), то A-GPS функционирует нормально, что подтверждает версию о санкциях.

Проблемы пользователей

реклама

Проблемы, с которыми сталкивались пользователи:

• Если находишься в помещении, то отсутствие A-GPS даёт погрешность в определении координат.
• В приложениях такси местоположение гаджета не видно, пользователю приходится вручную выбирать его на карте.
• Приложение Яндекс Go стало периодически уточнять, где находится пользователь.
• У других пользователей регулярно прыгает позиционирование на карте.
• Около недели не работает фитнес приложение для пробежек, оно просто не отображало карту. Сначала пользователь грешил на проблемы с Google Карты, но с VPN оно заработало.
• Периодически Яндекс.Навигатор очень долго выясняет местоположение, решить проблему помогало переключение в авиарежим, либо перезагрузка телефона.
• Яндекс.Навигатор начал часто ошибаться, совсем терять геолокацию. Иногда он определяет скорость от 0 до 140 км/ч.

В марте текущего года глава «Роскосмоса» предупредил о том, что США не исключают отключения РФ от системы GPS.

Аналоги GPS и их применение

Как поясняют специалисты, совсем остаться без навигации России не грозит, поскольку в современных гаджетах предусмотрены сразу несколько навигационных систем. На сегодня активно эксплуатируются: GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европа), Бэйдоу (Китай). Также собственные навигационные спутниковые системы разрабатывают Индия и Япония. Эксперты отметили, что технически выключить в России GPS невозможно, поскольку это спутники висящие на орбите планеты и транслирующие сигнал. Возможно только отключить некоторые спутники, но в результате без GPS останутся и соседние с РФ страны.

Но уже в апреле отечественным авиакомпаниям предписали подготовиться летать без использования GPS. В Росавиации обещали, что в случае перебоев с сигналом GPS, угрозы безопасности полётов не будет. Пояснив, что в 115 аэропортах России имеются локальные контрольно-корректирующие станции, постоянно мониторящие сигналы ГЛОНАСС и GPS, и выдающие поправки к ним, в случае сбоя или аномалии.

За пост начислено вознаграждение

Источник: overclockers.ru

Что такое GPS трекер и сама GPS. Где используется?

Путешествия на дальние расстояния всегда считались довольно опасным делом. В прошлом путники определяли свое местоположение по звездах или по солнцу. Вероятность потеряться всегда была высокой. Сегодня же ситуация совсем другая. Чтобы определить координаты, достаточно глянуть на GPS-навигатор, или же GPS трекер пришлёт вам местоположение отслеживаемого объекта.

Системами GPS оборудованы и автомобили, и смартфоны, и даже часы. GPS – это спутниковая система навигации (Global Positioning System). Координаты любой точки на Земле определяются за считанные секунды посредством системы из спутников на орбите. Основная коммерческая цель системы GPS в обеспечении навигации. Она предоставляет пользователю информацию о его местонахождении и показывать наилучшие маршруты между объектами.

Содержание скрыть

Что такое GPS

GPS – с чего все началось?

Спутниковая система навигации впервые была запущена в США. GPS стала результатом разработок TRANSIT – спутниковой системы, испытания которой начались еще в 1960 году. Первый тестовый запуск GPS произошел уже в 1972 году. В 1978-м был выведен на орбиту специально разработанный для системы спутник SVN 1.

Интересно, что как и Интернет, GPS-технология в самом начале должна была оставаться в секрете и быть на службе только у армии США. Так или иначе, уже тогда специалисты разрабатывали такие функции GPS, как возможность определения позиции в режиме реального времени и прокладка маршрутов. По их идее, система должна была быть доступной по всему миру и не иметь ограничений насчет количества пользователей.

Часто GPS-технологии использовались военными для синхронизации действий разных подразделений, а также для повышения точности оружия дальнего действия. Сегодня на орбите уже 30 спутников, зоны действия которых равномерно покрывают Землю. А на поверхности планеты – 12 станций на экваторе, которые управляют системой GPS.

Как работает GPS?

Принцип действия GPS основан на точном измерении времени и считывании положения спутников на орбите. Для определения времени используются атомные часы. Устройства посылают сигнал на двух несущих частотах, что позволяет измерять расстояние между спутниками и приемниками двумя методами: кодовым и фазовым. В реальности для точного определения позиции необходимо одновременно принимать сигнал хотя бы от четырех спутников одновременно – таким образом вычисляются наиболее точные координаты, которые и передаются в навигационном сообщении.

GPS модуль

В основе любого гаджета, работающего с системой позиционирования есть GPS модуль — устройство предназначенное для чтения сигналов со спутников и вычисления гео координат своего местоположения (за ответом на вопрос как оно вычисляет обратитесь в википедию).

Размеры современного модуля достаточно малы, что позволяет без труда использовать их не только в смартфонах, но даже в умных часах. В любых гаджетах, работающих с GPS, будь то навигатор, или маяк слежения, или умные часы и т.д. используются одни и те же GPS модули.

Что такое GPS трекер

Отдельно рассмотрим gps трекеры, как наиболее интересное нам в рамках данного сайта применение данной технологии. Предназначены они для отслеживания перемещаемых объектов или для поиска их текущего местоположения. В основе современного трекера в обязательном порядке лежит использование не только GPS но и GSM технологий.

(если запутались, то GPS — глобальная система позиционирования, т.е. спутники и координаты, а GSM — мобильные сети операторов сотовой связи, т.е. сим карты, телефоны и разговор)

GPS GSM технология

Связка сетей GPS и GSM используется не только в трекерах. Принцип работы заключается в том, что данные собранные GPS модулем используются не на локальном устройстве, а передаются по GSM сети. Например, на сервер в сети интернет, или на чей-то смартфон. Так работают программы родительского контроля и шпионские программы для смартфонов, определяющие перемещение телефона и отправляющие информацию на сервер в интернете. Маяки экстренной помощи, встроенные в современные автомобили, спасательные маячки горнолыжников и т.д.

Так вот, GPS трекер использует указанные технологии по той же схеме — с определённой периодичностью он определяет свои координаты при помощи GPS и отправляет их в заранее обозначенное место по GSM. В указанном месте разработчики размещают карту, на которую и накладываются географические координаты с временной привязкой. Причём они там хранятся достаточно продолжительное время. И понятно, что если несколько точек было заснято с определённой периодичностью (например, раз в минуту), то на карте получается маршрут перемещения.

Ну а сам GPS трекер — это просто небольшая коробочка с GPS, GSM, батарейкой и иногда с микрофоном (и динамиком) и магнитом на корпусе. Хотя, стандарта здесь нет, и встречаются более экзотические модели.

Где ещё можно найти GPS трекер сегодня?

Сегодня сфера использования системы GPS расширилась далеко за пределы военного дела. Привычными для всех стали средства навигации GPS в автомобилях, на мобильных телефонах или планшетах. GPS-устройствах используются специалистами по геологии и геодезии, метеорологами, строителями, картографами, спортсменами. Также активными пользователями GPS являются службы спасения и правоохранительные органы. В основе всех таких прикладных решений для GPS лежит GPS трекер.

Примеры использования GPS в повседневной жизни:

1. наручные часы для детей с передатчиком GPS. Устройство определяет местоположение ребенка и показывает координаты родителям через специальное приложение на смартфоне. Дополнительные функции: кнопка SOS, прослушивание окружения, история маршрутов, установка безопасной зоны. Телефон с GPS запросто может выпасть с кармана, а вероятность потери наручных часов намного ниже;
2. браслет или часы с GPS для пожилых людей. Принцип действия тот же, что и у детских GPS-часов. Если человеку становится плохо, он может быстро подать сигнал близким или в службу спасения. Устройство может реагировать на опасность и автоматически – программное обеспечение определит плохое самочувствие человека с помощью пульсометра, датчика движения и других приспособлений, и без промедления подаст сигнал службе спасения;
3. устройство навигации для автомобиля. Система постоянно определяет координаты автомобиля и сверяет полученную информацию с базой данных. Таким образом водителю демонстрируется его местоположение на карте, а также предлагаются наиболее выгодные маршруты для дальнейшего перемещения. С помощью GPS ПО автомобиля может рассчитать, сколько потребуется времени или топлива, чтобы переместиться с одной точки на карте в другую;
4. определение координат в интернете. Пользователь может использовать GPS, чтобы находить нужную ему информацию через поисковые системы и быстро указывать собственное местоположение для передачи веб-ресурсам;
5. GPS-ошейник для домашних животных. Устройство поможет найти потерявшегося домашнего любимца. В случае любой опасности владельцу животного передается сигнал SOS (например, при выходе животного из заданной владельцем безопасной зоны, при резкой смене его пульса).
6. мобильные телефоны — gps навигация, сервисы такси, кстати заметить, шпионские программы слежения за телефоном и т.д.

Выводы

Использование GPS стало обыденным делом для современного человека. Технология активно применяется каждый день, часто даже таким образом, что пользователь не замечает этого. Смартфоны, операционные системы ПК и планшетов, а также электронные устройства в автомобилях определяют местоположение с помощью GPS. Но это не значит, что система является вредной, так как выдает местоположение владельца электронного устройства. Для многих это удобное средство, делающее жизнь более комфортной и безопасной.

Источник: agent-time.ru

GPS: принципы работы системы и точность определения координат.

GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования), позволяет точно определять трехмерные координаты объекта, оснащенного GPS приемником: широту, долготу, высоту над уровнем моря, а также его скорость, направление движения и текущее время.

Краткая история

Система GPS разработана Министерством обороны США. Работы над этим проектом, именуемым NAVSTAR (NAVigation System with Ttiming and Ranging — навигационная система определения времени и дальности), начались еще в 70-х годах.

Первый спутник системы был выведен на орбиту в 1974 г, а последний из 24 необходимых для покрытия всей Земли только в 1993 г. Первоначально GPS предназначалась для эксплуатации военными США (навигация, наведение ракет и пр.), однако с 1983 года, когда был сбит самолет Корейских авиалиний, случайно вторгшийся на территорию СССР, использование GPS было разрешено и для гражданских. При этом, точность передаваемого сигнала загрублялась с помощью специального алгоритма, но в 2000 году и это ограничение было снято. Министерство обороны США продолжает обслуживать и модернизировать систему GPS. Именно эта полная зависимость работоспособности системы от правительства одной страны (например, во время первой войны в Персидском заливе, гражданский сектор GPS был отключён) побудило другие страны развивать альтернативные системы навигации (российская — ГЛОНАСС, европейская — GALILEO, китайская — Beidou).

Принципы определения координат

Принцип определения координат объекта в системе GPS основан на вычислении расстояния от него до нескольких спутников, точные координаты которых известны. Информация о расстоянии минимум до 3 спутников позволяет определять координаты объекта как точку пересечения сфер, центр которых спутники, а радиус измеренное расстояние.

На самом деле точек пересечения сфер две, но одну из них можно отбросить т.к. она находится либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Расстояние до каждого из спутников определяется как время прохождения радиосигнала от спутника до приемника умноженное на скорость света. Возникает задача точного определения времени прохождения радиосигнала. Она решается за счет генерации и передачи со спутника сигнала, модулируемого с помощью специальной последовательности. Точно такой же сигнал генерируется в GPS приемнике, а анализ отставания принятого сигнала от внутреннего позволяет определить время его прохождения.

Для точного определения времени прохождения сигнала часы GPS приемника и спутника должны быть максимально синхронизированы, отклонение даже на несколько микросекунд приводит к погрешности измерения в десятки километров. На спутнике для этих целей имеются высокоточные атомные часы.

Установить аналогичные часы в GPS приемник невозможно (используются обычные кварцевые часы), поэтому для синхронизации времени используются дополнительные сигналы, как минимум с еще одного спутника. Предполагается, что если время в GPS приемнике синхронизировано точно, то окружность с радиусом равным расстоянию от четвертого спутника пересечет туже точку, что и окружности от остальных трех спутников. GPS приемник корректирует свои часы, до тех пор пока это условие не выполнится. Таким образом, для точного определения положения объекта в трехмерном пространстве (3D) необходимы сигналы минимум от 4 спутников (от 3 спутников без определения высоты над поверхностью земли — 2D). На практике при хорошей видимости небосвода GPS приемники получают сигналы сразу от множества спутников (до 10-12), что позволяет им синхронизировать часы и определять координаты с достаточно высокой точностью.

Наряду с последовательностью, по которой определяется время распространения сигнала, каждый спутник передает двоичную информацию — альманах и эфемериды. Альманах содержит информацию о текущем состоянии и расчетную орбиту всех спутников (получив информацию от одного спутника, появляется возможность сузить секторы поиска сигналов других спутников). Эфемериды — уточненную информацию об орбите конкретного спутника, передающего сигнал (реальная орбита спутника может отличаться от расчетной). Именно точные данные о текущем положении спутников позволяют GPS приемнику рассчитывать относительно них собственное местоположение.

Точность GPS

Типичная точность определения координат GPS приемниками в горизонтальной плоскости составляет примерно 1-2 метра (при условии хорошей видимости небосвода). Точность определения высоты над уровнем моря обычно в 2-5 раз ниже, чем точность определения координат в тех же условиях (т.е. в идеальных условиях 2-10 метра).

Уровень приёма сигнала от спутников, а как следствие и точность определения координат, ухудшается под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Также нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников. Однако, главным фактором, влияющим на снижение точности GPS, является неполная видимость небосвода.

Особенно ярко это проявляется при нахождении GPS приемника в условиях плотной городской застройки, когда значительная часть небосвода скрыта рядом расположенными строениями, навесами и прочими препятствиями. Точность определения координат при этом может падать до 20-30 метров, а иногда и более. Препятствия не пропускают сигналы от части потенциально доступных в данной точке Земли спутников. Это приводит к тому, что расчеты ведутся по меньшему числу сигналов от спутников, находящихся преимущественно в одном секторе небосвода. Смещение при этом возникает обычно в перпендикулярной плоскости относительно препятствия.

Вообще, если говорить о точности GPS в условиях города, на основе накопленных статистических данных и собственного опыта можно сделать следующие выводы. Точность определения координат при нахождении транспортного средства на открытой местности (парковки, площади и пр.) и при движении по крупным автомагистралям, многополосным дорогам будет составлять 1-2 метра. При движении по узким улицам, особенно, когда вдоль них имеются близко расположенные дома, точность составит 4-10 метров. При нахождении автомобиля в «дворовых колодцах», очень близко к высотным домам и т.п. точность может падать вплоть до 20-30 метров.

Конечно, точность определения координат очень зависит и от качества самого приемника GPS, а также используемых антенн и их правильного размещения на транспортном средстве

Источник: sfort-telecom.ru