Принцип действия спутниковой GPS-навигации основан на определении расстояния от текущего положения приемника до группы спутников. Точное местоположение GPS-спутников известно. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей (рисунок).
Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = tc, где t - время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с - постоянная величина, равная скорости света.
Чтобы определить момент, в который сигнал был отправлен со спутника, навигационное сообщение модулируется «псевдошумовым» PRN-кодом, соответствующим номеру спутника. Аналогичная последовательность генерируется в GPS-приемнике в строгой временной синхронизации с кодом спутника. Принятый со спутника код сравнивается с кодом приемника, и определяется «как давно» в приемнике была сгенерирована схожая последовательность. Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Преимуществом кодовых посылок является то, что измерения временного сдвига могут быть проведены в любой момент времени.
Определение текущего местоположения GPS-приемника
Стоит отметить, что для точного вычисления расстояния часы GPS-приемника и GPS-спутника должны быть синхронизированы с высокой точностью. Но если на GPS-спутниках установлены атомные часы, имеющие очень высокую точность, то в обычных GPS-приемниках используются недорогие кварцевые генераторы, которые имеют существенно меньшую стабильность частоты. Поэтому для вычисления «ухода» частоты кварцевого генератора при решении навигационной задачи используются измерения параметров сигнала от 4-го спутника.
Информацию о местоположении спутников GPS-приемники получают из передаваемых в навигационных сообщений данных «альманаха» и «эфемерид». «Альманах» содержит информацию о расположение спутников в пространстве, что позволяет при очередном включении GPS-приемника значительно сузить сектор поиска навигационного сигнала и уменьшить время его захвата. Точные координаты спутников вычисляются на основании данных «эфемерид». В отличие от «альманаха», спутник передает только данные своих «эфемерид», поэтому для его использования в подсчете позиции GPS-приемник должен получить полное навигационное сообщение. Ошибки передачи, связанные с плохими окружающими условиями, могут существенно увеличить время фиксации позиции. Наличие в памяти данных «альманаха» и «эфемерид» позволяет GPS-приемнику определять позицию за 1-2 секунды. Этот режим называется «горячим» стартом.
Геометрический фактор определяет относительное расположение GPS-приемника и спутников, используемых в подсчете позиции. Его величина влияет на точность определения позиции. Если все спутники расположены в одном направлении от GPS-приемника, то площадь пересечения всех окружностей будет достаточно большой. Эта площадь характеризует величину неопределенности измерений, влияющих на точность подсчета позиции.
В случае, когда спутники расположены вокруг GPS-приемника, область пересечений окружностей и соответственно величина неопределенностей уменьшаются.
Правительством США был разработан долгосрочный план развития системы GPS. В ближайшие несколько лет планируется вывод на орбиту новых модификации GPS-спутников (GPS-IIF, GPS-III) с новыми военными и гражданскими сигналами (L5, M, L1C). Существенному усовершенствованию подвергнется наземный сегмент системы.
Российское правительство прилагает большие усилия, чтобы восстановить работоспособность ГЛОНАСС. С большими сложностями, но все же, развивается европейская система Galilleo. В апреле был выведен на орбиту уже 5-й спутник китайской системы «Beidou».
Большим шагом в отношениях России и США стало создание универсально чипа GPS-ГЛОНАСС, который может работать с двумя системами.
Список литературы
1. http://www.stariy.com/2008/10/15/gps-global-positioning-system-navstar.
2. http://www.gpsportal.ru/articles_info/kategorija-statej-3/chto-takoe-gps.
Библиографическая ссылка
Горбунов А.С., Якушкина Е.А. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СПУТНИКОВОЙ GPS-НАВИГАЦИИ // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 6. – С. 91-92;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=30416 (дата обращения: 19.04.2024).