Что такое GPS и как она работает?

Американская система глобального позиционирования (GPS) изначально создавалась исключительно в военных целях. И сейчас большая часть этой системы (имеющая, кстати, лучшие показатели по всем параметрам) используется в интересах Министерства Обороны США. Другая её часть служит «мирным» целям и применяется в работе навигационных устройств, в геодезии и картографии, в сотовой связи, в мониторинге положения транспортных средств.

История GPS началась в 1978 году, когда США запустили первый спутник этой системы. Сейчас на разных орбитах находится целая группировка, состоящая из 24 действующих аппаратов и нескольких резервных. 24 спутника – это именно то их количество, которое обеспечивает гарантированное покрытие любой точки поверхности Земли сигналом минимум от четырёх аппаратов.

Принцип действия системы GPS основан на способности приёмника получать сигналы со спутника и точно рассчитывать расстояние до него. Координаты каждого космического аппарата хорошо известны и приёмник сигналов может определить их взаимное расположение. На основании данных от нескольких спутников можно узнать точное пространственное положение любого объекта и время. Чем больше сигналов от разных космических аппаратов получает GPS-приёмник, тем меньше погрешность при определении координат объекта.

Что касается погрешности при определении координат объектов, то в обычных условиях она не превышает 8 – 10 метров. Использование более сложных устройств и дифференциальных способов получения и обработки сигнала точность измерения положения можно повысить до нескольких десятков сантиметров.

Погрешность при измерении местоположения в основном зависит от:

• географических условий местности (чем более равнинная территория, тем обеспечивается большая точность позиционирования);
• количества видимых GPS-приёмником спутников и высоты их расположения над горизонтом.

Работа системы позиционирования GPS практически не зависит от погодных условий. Сигналы со спутников одинаково хорошо доходят до приёмника, как в пасмурную или дождливую погоду, так в ясную и сухую.

Возможность постоянного мониторинга положения объекта и времени позволяет системе GPS рассчитывать и скорость его перемещения. Весь маршрут следования разбивается на маленькие участки. Координаты начала и конца этих участков, а также время рассчитываются системой.

На основании этих данных определяется средняя скорость на каждом из этих микроучастков. Благодаря тому, что протяжённость участков и время их прохождения малы, значения средней скорости фактически равны значениям реальной скорости в каждый конкретный момент времени. В оптимальных условиях система GPS обеспечивает высокую точность измерения скорости передвижения объекта.

Основными гражданскими устройствами, использующими систему GPS, являются различные (в том числе и автомобильные) навигаторы. Существующее программное обеспечение позволяет не просто определять координаты транспортного средства и скорость его движения, но и совмещать эти характеристики с виртуальными картами.

Навигаторы, оснащённые системой GPS, могут прокладывать маршруты из одной точки в другую (и отображать всё это на карте), подбирать оптимальные маршруты и рассчитывать время на их прохождение.

Если сравнивать систему GPS, например, с аналогичной российской системой ГЛОНАСС, то результаты сравнения по основным характеристикам будут примерно одинаковыми. Плюсами системы GPS являются отлаженность взаимодействия между всеми её элементами и практически полно доминирование на рынке устройств, использующих системы позиционирования.

Основным недостатком GPS является увеличение погрешности измерения координат объектов, расположенных севернее 60° северной широты и южнее 60° южной широты. Связано это с расположением спутников, входящих в состав орбитальной группировки. Для России, часть территории которой располагается в приполярных и полярных областях, это может иметь незначительные отрицательные последствия.