GPS — что это такое и как работает, принципы. Gps что это такое.

Повышение точности нового поколения спутников GPS стало возможным благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники движутся со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышенная точность определения времени, даже до шестого знака, имеет решающее значение для триангуляции.

Система GPS. Взгляд изнутри и снаружи

Как это часто бывает с высокотехнологичными проектами, военные стали пионерами в разработке и внедрении GPS (Глобальной системы позиционирования). Спутниковая сеть для определения координат в реальном времени в любой точке мира получила название Navstar (Navigation system with timing and ranging), а аббревиатура GPS появилась позже, когда система стала использоваться не только в оборонных, но и в гражданских целях.

Первые шаги по созданию навигационной сети были сделаны в середине 1970-х годов, а коммерческая эксплуатация системы в ее нынешнем виде началась в 1995 году. В настоящее время в эксплуатации находятся 28 спутников, равномерно распределенных по орбитам высотой 20350 км (для полнофункциональной системы достаточно 24 спутников).

Действительно важным моментом в истории GPS стало решение президента США отменить с 1 мая 2000 года так называемый режим выборочной доступности (SA) — ошибку, искусственно вводимую в спутниковые сигналы, чтобы сделать гражданские GPS-приемники неточными. Отныне любительский терминал может определять координаты с точностью до нескольких метров (ранее погрешность составляла десятки метров)! На рис. 1 показаны навигационные ошибки до и после отключения функции селективного доступа (данные космического агентства США).Рис. 1.

Давайте попробуем разобраться, как устроена система глобального позиционирования в целом, а затем перейдем к некоторым пользовательским аспектам. Начнем с принципа измерения расстояния, который определяет, как работает система космической навигации.

Алгоритм измерения расстояния от точки наблюдения до спутника.

Измерение расстояния основано на вычислении расстояния с использованием временной задержки в распространении радиосигнала от спутника до приемника. Если вы знаете время распространения радиосигнала, то легко вычислить пройденное расстояние, просто умножив время на скорость света.

Каждый спутник GPS непрерывно передает радиоволны на двух частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц. Передаваемая мощность составляет 50 и 8 Вт соответственно. Навигационный сигнал представляет собой фазово-манипулированный код псевдослучайного числа (PRN), который бывает двух типов: Первый, C/A код (Coarse Acquisition Code), используется в гражданских приемниках; второй, P код (Precision Code), используется для военных целей и иногда для геодезии и картографии. Частота L1 модулируется как кодом C/A, так и кодом P, в то время как частота L2 доступна только для передачи кода P. Помимо описанного, существует также Y-код, который представляет собой зашифрованный P-код (в военное время схема шифрования может быть изменена).

Период итерации кода довольно длительный (например, для кода P он составляет 267 дней). Каждый GPS-приемник имеет свой собственный генератор, который работает на той же частоте и модулирует сигнал по тому же закону, что и спутниковый генератор. Таким образом, время распространения сигнала и, следовательно, расстояние до спутника может быть рассчитано по задержке между одинаковыми сегментами кода, полученными со спутника, и самостоятельно сгенерированным кодом.

Одной из самых больших технических трудностей описанного выше метода является синхронизация часов на спутнике и приемнике. Даже самая маленькая ошибка может привести к большой погрешности при определении расстояния по обычным стандартам. Каждый спутник оснащен высокоточными атомными часами. Конечно, невозможно установить его в каждый приемник. Поэтому, чтобы исправить ошибки в позиционировании, связанные с неточностями в часах, установленных в приемнике, используется некоторая избыточность в данных, необходимых для однозначного географического определения (подробнее об этом чуть позже).

Помимо собственно навигационных сигналов, спутник постоянно передает всевозможную служебную информацию. Например, приемник получает эфемериды (точные данные об орбите спутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере (поскольку скорость света меняется при прохождении через разные слои атмосферы), а также информацию о функционировании спутника (так называемый «альманах», который содержит данные о состоянии и орбитах всех спутников и обновляется каждые 12,5 минут). Эти данные передаются со скоростью 50 бит/с на частотах L1 или L2.

О возможности определения своего положения с помощью портативного устройства размером с мобильный телефон я случайно узнал из журнала за девяносто седьмой год. Однако замечательные перспективы, составленные авторами статьи, были безжалостно сведены на нет указанной в тексте ценой на навигатор — почти $400!

Полтора года спустя (август 1998 года) судьба привела меня в небольшой спортивный магазин в Бостоне, Америка. К моему удивлению и восторгу, на одной из витрин я обнаружил несколько различных навигационных систем, самая дорогая из которых стоила 250 долларов (самые дешевые модели продавались по 99 долларов). Я не мог уйти из магазина без прибора и начал расспрашивать продавца о функциях, преимуществах и недостатках каждой модели. Я не мог понять ничего из того, что они говорили (и не только потому, что я не очень хорошо знаю английский), поэтому мне пришлось все выяснять самому. И как это часто бывает, я купил самую продвинутую и дорогую модель — Garmin GPS II+, специальный чехол для нее и кабель питания для автомобильного прикуривателя. В магазине были еще два аксессуара для моего устройства: устройство для крепления навигатора к рулю велосипеда и кабель для подключения к компьютеру. Я долго заигрывал с последним вариантом, но потом решил не покупать его из-за высокой цены (чуть больше 30 долларов). Потом выяснилось, что я неправильно купил кабель, потому что все взаимодействие с компьютерным устройством ограничивается «слиянием» с пройденным путем (а также, как я полагаю, координатами в реальном времени, но в этом есть некоторые сомнения), и только если вы покупаете программное обеспечение от Garmin. К сожалению, нет возможности загрузить карты на устройство.

Я воздержусь от подробного описания моего устройства, поскольку оно уже снято с производства (все желающие могут ознакомиться с подробными техническими характеристиками здесь). Я лишь упомяну, что Navigator весит 255 граммов, а его размеры составляют 59x127x41 мм. Благодаря треугольному сечению устройство очень устойчиво стоит на столе или приборной панели в автомобиле (для лучшего крепления в комплект входит застежка-липучка). Питание осуществляется от четырех батареек типа АА (достаточно для 24 часов непрерывной работы) или от внешнего источника питания. Я постараюсь рассказать об основных функциях моего устройства, которые, как мне кажется, есть у подавляющего большинства навигационных устройств на рынке.

Когда устройство включается, оно начинает получать информацию со спутников, и на экране появляется простой эскиз (вращающаяся сфера). После начальной инициализации (которая занимает несколько минут на открытом воздухе) на дисплее отображается примитивная карта неба с номерами видимых спутников и рядом с ней гистограмма, показывающая уровень сигнала каждого спутника. Он также отображает навигационную ошибку (в метрах) — чем больше спутников видит устройство, тем точнее позиционирование.

Интерфейс GPS II+ основан на принципе «перелистывания страниц» (для этого есть даже специальная кнопка PAGE). Страница «спутник» уже была описана выше, кроме того, существуют «навигационная страница», «карта», «страница возврата», «страница меню» и многие другие. Следует отметить, что описанный модуль не торопится, но даже при небольшом знании английского языка можно понять его работу.

В 1983 году, когда корейский пассажирский самолет был сбит после входа в советское воздушное пространство из-за проблем с навигацией, президент Рональд Рейган принял решение разрешить использование GPS для гражданских служб по всему миру.

GPS — что это такое и как работает, принципы

GPS — это важная система глобального позиционирования, которая позволяет нам определить местоположение любого объекта на Земле.

GPS может использовать любой человек с любым смартфоном, навигатором или компьютером. И это очень практично.

В предыдущем материале вы узнали, что делать, если ваш телефон не включается. Далее мы подробнее рассмотрим термин GPS, дадим его определение и узнаем, как работает эта система в целом.

Что такое GPS

GPS (gps) — это глобальная система позиционирования, которая использует спутниковую навигационную систему для определения местоположения объектов на суше, в воздухе и в воде с точностью до 1,8 метра. Это одна из двух основных спутниковых систем, предоставляющих информацию о геолокации, вторая — ГЛОНАСС. Но есть и другие, менее известные, такие как европейский Galileo и китайский Beidou.

Он принадлежит правительству США и эксплуатируется космическими войсками этой страны. На английском языке она пишется Global Positioning System, что переводится как Глобальная система позиционирования.

GPS обеспечивает важные функции определения местоположения для всех пользователей, будь то обычные граждане, военные или коммерческие организации. Она доступна для всех.

Он работает даже в плохую погоду и позволяет осуществлять слежение практически на всей поверхности Земли, за исключением зон патрулирования и околоземного пространства.

Какую информацию об объекте предоставляет GPS?

• Местоположение с точностью до 1,8 метра
• 1,8 мегапикселей на расстоянии 1,8 метра за 1,8 секунды
• Направление движения
• Широта, высота, долгота над уровнем неба

Что такое GPS?

Это сеть из 24 спутников (сейчас 30), вращающихся вокруг Земли на высоте 20 000 км, и наземных станций мониторинга, объединенных в единую сеть.

Участники/пользователи получают доступ к системе через устройства с установленным GPS-приемником. Это может быть, например, навигационное устройство или смартфон.

Интересно! Система работает в двух зонах, первая из которых является секретной и доступна только для военных, а вторая — для всех остальных. США могут в любой момент заблокировать доступную частоту, и GPS перестанет работать. Чтобы быть независимой от них, Россия разработала собственную спутниковую навигационную систему — ГЛОНАСС.

Какие радиосигналы спутник посылает на землю:

• Ваш номер
• Его статус
• Параметры орбит всех спутников — Данные альманаха
• Точное время

Как работает GPS

Чтобы определить положение объекта, на нем должен быть установлен и активирован GPS-приемник. Спутниковая система измеряет расстояние до объекта, рассчитывает время и определяет положение в глобальной системе координат WGS 84.

На экране вашего смартфона или навигатора вы можете увидеть наше местоположение на карте. Мы можем выбрать точку, до которой хотим добраться, и программа подбирает ближайший маршрут на основе нашего текущего положения.

GPS работает независимо от вашего телефона или подключения к Интернету. Если соответствующий датчик установлен на устройстве и активирован, сигнал уже передается.

Как рассчитываются координаты:

GPS работает на основе радиосигналов. Скорость, с которой распространяются радиосигналы, постоянна и соответствует скорости света. Когда GPS посылает сигнал, передается также точное время передачи. Спутник принимает этот сигнал с определенной задержкой и передает навигатору его точное местоположение и точное время отправки сигнала.

Эта задержка (миллисекунды) между отправкой и получением, а также данные о положении спутника включаются в расчет.

Значение задержки умножается на скорость радиоволн для расчета расстояния до спутника. Имея данные о положении как минимум трех, предпочтительно четырех спутников и расстояние до них, рассчитанное с учетом задержки, GPS-навигатор вычисляет свои координаты (см. рисунок). Данные о местоположении отображаются на карте, загруженной в навигационное устройство.

Для правильного позиционирования объект должен находиться в прямой видимости трех или более спутников. Сигнал может блокироваться горами, зданиями и другими препятствиями.

В 1983 году, когда корейский пассажирский самолет был сбит после входа в советское воздушное пространство из-за проблем с навигацией, президент Рональд Рейган принял решение разрешить использование GPS для гражданских служб по всему миру.

Что такое GPS?

GPS — это навигационная система, которая отслеживает смартфон, прокладывает маршруты и позволяет определить местоположение объекта на карте.

Почти каждое современное устройство имеет встроенный GPS-навигатор. Это антенна, настроенная на сигнал от спутников GPS. Изначально он был разработан в США для военных целей, но позже сигнал стал доступен всем. GPS-модуль устройства представляет собой приемную антенну с усилителем, но он не может передавать сигнал. Принимая сигналы спутника, смартфон определяет координаты своего местоположения.

Сегодня почти все пользуются GPS-навигацией на смартфоне или планшете. Она может понадобиться в любой момент людям всех профессий и слоев общества. Он необходим водителям, курьерам, охотникам, рыбакам и даже обычным пешеходам в незнакомом городе. С помощью такой навигации вы можете определить свое местоположение, найти нужный объект на карте, проложить маршрут и, если у вас есть доступ к интернету, избежать пробок.

Оффлайн-карты для GPS

Компания Google разработала специальное геолокационное приложение для своей операционной системы Android — Google Maps. Он быстро находит спутники, разрабатывает маршруты к интересующим точкам и предлагает альтернативные варианты. К сожалению, Google Maps не работает при отсутствии мобильной сети, поскольку географические карты загружаются через Интернет.

Для навигации вне сети лучше всего загрузить приложения, поддерживающие автономные карты, такие как Maps.me, Navitel и 2GIS. Вы также можете установить приложение «Карты»: Транспорт и навигация для Google Maps.

В этом случае вам не нужно использовать подключение к Интернету для загрузки карт — они всегда доступны на вашем устройстве, независимо от вашего местоположения. Это особенно важно, когда вы находитесь за границей, поскольку стоимость роуминга для доступа в Интернет очень высока.

Как включить GPS на Android?

Существует два способа активации модуля GPS в операционной системе Android:

• Верхний экран. Перетащите экран сверху вниз и в открывшемся меню нажмите «Местоположение», «Геолокация» или «Геоданные» (в зависимости от версии Android).
• В настройках Android найдите похожие элементы и установите флажок «Активно».

Когда навигационная система смартфона активна, аккумулятор расходуется довольно интенсивно, поэтому стоит предусмотреть дополнительные источники энергии. Например, во время движения следует использовать автомобильное зарядное устройство, а во время езды на велосипеде или ходьбы — сетевое зарядное устройство.

Важно также помнить, что надежный прием спутниковых сигналов возможен только на открытом воздухе; геолокация невозможна в помещениях или в туннелях. Облачная погода также оказывает влияние — из-за облаков устройству требуется больше времени для поиска спутников, и оно может определить свое местоположение менее точно.

Не так давно GPS была единственной системой геолокации, поэтому в ранних версиях Android она только упоминалась, а кнопка активации сервиса так и называлась. С 2010 года полностью функционирует российская спутниковая система ГЛОНАСС, а с 2012 года — китайская Beidou.

Я не буду углубляться в описание функций устройства — поверьте, у него есть много других приятных и полезных фишек, помимо описанных. Вы можете использовать устройство как в горизонтальном (автомобиль), так и в вертикальном (пешеход) положении (см. рис. 3).

Радиочастотные характеристики

Спутники передают сигнал в этих диапазонах. Навигационная информация может приниматься антенной (обычно в прямой видимости спутника) и обрабатываться GPS-приемником.

Стандартный сигнал точного кода (C/A-код — модуляция BPSK(1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2, начиная с оборудования IIR-M), транслируется без ограничений на использование. Искусственное сжатие сигнала (режим избирательного доступа (SA)), первоначально использовавшееся в L1, отключено с мая 2000 года. С 2007 года США окончательно отказались от техники искусственной конденсации. С началом блока III в диапазоне L1 будет введен новый сигнал L1C (конфигурация BOC(1,1)). Он будет иметь обратную совместимость, улучшенные возможности слежения и большую совместимость с сигналами Galileo L1.

Для военных пользователей будут доступны дополнительные сигналы в диапазоне L1/L2, модулированные помехоустойчивым ключом шифрования P(Y) (модуляция BPSK(10)). Начиная с IIR-M, используется новый М-код (модуляция BOC(15,10)). Благодаря использованию М-кода система может быть использована в рамках концепции Navwar (морская война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Этот сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью и достаточен для определения точных координат (при использовании P-кода необходимо было также принимать C/A-код). Еще одной особенностью кода М станет возможность его передачи на определенную территорию диаметром в несколько сотен километров, где уровень сигнала будет на 20 децибел выше. Обычный сигнал М уже доступен на спутниках IIR-M, а узкополосный сигнал будет доступен только на спутниках GPS III.

С запуском спутника IIF block была введена новая частота L5 (1176,45 МГц), также известная как Life Safety. Сигнал на частоте L5 на 3 децибела сильнее гражданского сигнала и имеет в 10 раз большую полосу пропускания. Сигнал может быть использован в критических, опасных для жизни ситуациях. Сигнал будет полностью готов к работе с 2014 года.

Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN) двух типов: Код C/A и Код P. Код C/A (Clear Access) — это PRN с периодом повторения 1023 цикла и частотой повторения импульсов 1023 МГц. Это код, с которым работают все гражданские GPS-приемники. Код P (Protected/Precise) используется в системах, закрытых для общего пользования. Его период повторения составляет 2*1014 циклов. Модулированные P-кодом сигналы передаются на двух частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. Код C/A передается только на частоте L1. В дополнение к кодам PRN несущая должна быть промодулирована навигационным сообщением.

Применение GPS

Хотя проект GPS изначально был разработан для военных целей, сейчас он используется и в гражданских целях. GPS-приемники продаются во многих магазинах электроники и встраиваются в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и автомобили. Пользователям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие просматривать свое местоположение на электронной карте, планировать маршруты с учетом дорожных знаков, разрешенных поворотов и даже пробок, искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправочные станции и другие объекты инфраструктуры.

GPS используется для определения точного местоположения и установления границ Земли: GPS используется в гражданской и военной картографии: GPS используется для навигации в море и на дорогах: GPS используется для отслеживания положения, скорости и управления движением транспортных средств: первые мобильные телефоны с поддержкой GPS появились в 1990-х годах. В некоторых странах, например, в США, он используется для определения местонахождения людей, набравших номер 911. В России аналогичный проект, «Эра-Глонасс», был запущен в 2010 году. 3 : Существуют различные игры, в которых используется GPS, например, геокешинг и т.д. : Информация, например, фотографии «привязанных» знаков, используется для определения местонахождения человека, сделавшего экстренный вызов. Информация, например, фотографии, «географически привязываются» с помощью встроенных или внешних GPS-приемников.

Есть предложения по интеграции систем Iridium и GPS. 4

Точность

Ниже перечислены компоненты, влияющие на неопределенность одного спутника при измерении псевдодальности 5 :

Суммарная ошибка не является суммой ее составляющих.

Типичная точность современных GPS-приемников в горизонтальной плоскости составляет около 6-8 метров при хорошей видимости спутника и использовании алгоритмов коррекции. WAAS, EGNOS, MSAS и т.д. В США, Канаде, Японии, Китае, Европейском Союзе и Индии имеются станции, передающие поправки для дифференциального режима, что снижает точность в этих странах до 1-2 метров. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат может быть повышена до 10 см. Точность SNS сильно зависит от пространственной апертуры и высоты над горизонтом используемых спутников.

В ближайшем будущем все устройства, использующие текущий стандарт GPS, будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет множество преимуществ, включая более высокую помехоустойчивость.

Самое главное, GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность позиционирования. В то время как нынешние спутники обеспечивают точность 6 метров, новые спутники должны быть способны определять положение с точностью не менее 60-90 сантиметров. Если такая точность будет доступна не только для военных, но и для гражданских приложений, это хорошая новость для владельцев GPS.

Первые два спутника новой версии находятся на орбите с октября 2011 года: GPS IIF SV-1 был запущен в 2010 году, GPS IIF-2 — 16 июля 2011 года.

Первоначальный контракт предусматривал поставку в общей сложности 33 спутников GPS нового поколения. Позже, из-за технических проблем, запуск был перенесен с 2006 на 2010 год, а количество спутников было сокращено с 33 до 12. Все они будут выпущены в ближайшее время.

Повышение точности нового поколения спутников GPS стало возможным благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники движутся со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышенная точность определения времени, даже до шестого знака, имеет решающее значение для триангуляции.

Я не буду углубляться в описание функций устройства — поверьте, у него есть много других приятных и полезных фишек, помимо описанных. Вы можете использовать устройство как в горизонтальном (автомобиль), так и в вертикальном (пешеход) положении (см. рис. 3).

Принцип работы GPS

В основе этой технологии лежит простой принцип навигации по объектам, основанный на цели, который использовался задолго до появления GPS. Объект-маркер — это ориентир, координаты которого точно известны. Чтобы определить координаты объекта, необходимо также знать его расстояние от объекта-маркера. Поэтому на карте можно провести линии от вероятного местоположения до маркеров: Пересечение этих линий дает координаты.

Спутники, вращающиеся вокруг Земли, играют роль маркерных объектов в GPS. Они быстро вращаются, но их положение постоянно отслеживается, и у каждого навигатора есть приемник, настроенный на нужную частоту. Спутники посылают сигналы, в которых закодировано много информации, включая точное время. Точная информация о времени — одно из важнейших требований для определения географических координат: Используя разницу между возвращением и приемом радиосигнала, спутники рассчитывают расстояние между собой и навигатором.

Как работает GPS в смартфонах

Навигационные устройства являются одними из самых востребованных товаров на рынке гаджетов, и по популярности их превосходят только смартфоны. Но производители также встраивают GPS-чипы в смартфоны, чтобы устройство могло выполнять функции навигатора. Но именно здесь может таиться ловушка для пользователя, поскольку в погоне за прибылью производители намеренно или непреднамеренно допускают неточности в описании своей продукции, чтобы покупатели могли спутать технологии GPS и AGPS.

Gypis — это бесплатная высокоточная навигационная система. Никакой подписки нет и быть не может, потому что американцы разрешают использовать свои спутники для навигации бесплатно. Владельцы смартфонов платят только за приложения или карты, если вообще платят. У GPS-приемников есть один небольшой недостаток: они работают только на дороге, и в плохих погодных условиях могут возникнуть проблемы с приемом спутникового сигнала. Однако эти недостатки были преодолены с помощью технологии A-GPS (не путать с AGPS). Идея заключается в том, что сигнал передается от приемника к серверу, который содержит всю информацию о положении спутников, поэтому проблем с приемом сигнала не возникает. A-GPS используется всеми современными автомобильными навигационными устройствами.

Но существует также мобильная навигация AGPS, которая работает только в пределах мобильной сети и определяет ваше местоположение с точностью до 500 метров. Он менее точен, чем GPS, и дает общее представление о том, где вы находитесь, но предоставляет спутниковую карту вашего окружения. Важно, чтобы у вас была услуга мобильного интернета и деньги на счету. Карты Google работают с AGPS. Часто можно ориентироваться с помощью мобильного телефона, но не путайте его с GPS, который является точным и бесплатным.

Виды GPS-устройств

Простейшим навигационным устройством является внешний приемник. Он имеет доступ к спутникам и принимает от них сигнал, но для использования информации необходимо подключить его к другому устройству — смартфону или ноутбуку, например, к счастью, он совместим со всеми устройствами и программным обеспечением. Для чрезвычайных ситуаций вам нужна карта. GPS-приемники используются любителями пеших походов: Устройство стоит недорого и может использоваться даже с обычной туристической картой для расшифровки полученной информации. Все, что вам нужно, — это наложение навигационной сетки.

Но сегодня самым востребованным GPS-устройством является автомобильный навигатор. Он гораздо сложнее и функциональнее, чем приемник: навигатор больше похож на усовершенствованную версию компьютера. Все необходимое программное обеспечение уже установлено производителем, операционная система закрыта. Навигационная система оснащена множеством дополнительных функций, включая доступ в Интернет.

Другая категория устройств — это смартфоны со встроенными GPS-приемниками. Не путайте их с моделями, использующими сотовую навигацию! На смартфонах система работает не так гладко, как на автономных устройствах. Не все модели предлагают возможность установки полноценного навигационного программного обеспечения, а если вы используете веб-решения, то функции будут недоступны при прерывании интернет-соединения, теряя одно из преимуществ технологии: постоянный доступ. Однако смартфоны со спутниковой навигацией отлично подходят для пешеходов — навигация проста, а данные точны, поэтому вы не заблудитесь даже на пересеченной местности.

Сегодня GPS-позиционирование возможно с точностью от 1 до 15 метров. Точность зависит от нескольких факторов: заблокирован сигнал или нет, количество, направление и высота спутников, видимых приемником, и есть ли поблизости станции, посылающие поправки к сигналам.

Классификация GPS-приемников

Все GPS-приемники делятся на два основных типа — кодовые и фазовые. Первые используют информацию из спутникового сигнала для определения координат, а вторые — сам радиосигнал для вычисления положения. Фазовые приемники сегодня используются исключительно в геодезии и картографии, стоят десятки тысяч долларов и имеют точность до нескольких миллиметров. Для гражданского применения используются только кодовые приемники.

До недавнего времени гражданские GPS-приемники можно было разделить на три основных типа: для автотранспорта, пешеходов и судов.

Пожалуй, самыми распространенными сегодня являются GPS-навигаторы для автомобилей. Эти устройства могут быть либо встроены в автомобиль на стадии производства, либо установлены после покупки. Они всегда оснащены подробной картой, с помощью которой можно спланировать маршрут с учетом всех правил дорожного движения. Они имеют большой, часто цветной сенсорный экран и оптимизированы для использования в автомобиле. Многие модели позволяют загружать информацию о пробках и дорожных работах.

Пешеходные навигационные устройства предназначены в первую очередь для туристов. Эти устройства могут быть ориентированы для работы с картой или без карты. В последнем случае они служат в качестве усовершенствованного компаса. Например, когда вы едете в лес, вы отмечаете местоположение своего автомобиля с помощью ориентира, а затем отправляетесь в путь. Когда приходит время возвращаться, вы точно знаете, в каком направлении двигаться, чтобы добраться до контрольной точки, отображаемой на экране навигатора, — вашего автомобиля.

Задачу навигаторов можно определить по их названию. Они содержат, пожалуй, наибольшее количество специализированных функций. К ним относятся прием метеорологических данных, информация об океанских течениях, глубине и приливах, а также возможность приема спутниковых радиостанций. Обычно они имеют внушительные размеры и водонепроницаемость.

Наконец, давайте рассмотрим относительно новые встроенные GPS-приемники. Хотя в настоящее время это самые маленькие из доступных GPS-устройств, в будущем они будут доминировать на гражданском рынке и в конечном итоге станут полной заменой специализированных GPS-устройств. Современные встроенные GPS-чипы очень малы и ни в чем не уступают своим старым аналогам по точности позиционирования. Не забывайте, что их цена снижается каждый день. А это может означать, что для такой функции нужны не только топовые модели, но и устройства из бюджетной категории. Вспомните ситуацию с камерами в мобильных телефонах. История может повториться и здесь, и GPS может стать обычным явлением.

Выводы

В последние годы технология GPS превратилась из чисто военной технологии в универсальную функцию для всех. А сегодня спутниковая навигация уже стала привычной для многих людей, благодаря чему надоедливые атласы и путаные объяснения прохожих ушли в прошлое.

До недавнего времени GPS-приемники продавались исключительно в специализированных магазинах, ориентированных на путешественников, продвинутых охотников и рыболовов. Стоимость относительно простого устройства может достигать нескольких тысяч долларов по сегодняшним меркам. Сегодня GPS-навигаторы продаются почти во всех магазинах электроники и стали таким же обычным товаром, как цифровая камера или карманный компьютер. Тот факт, что эта технология была легализована в России, внес значительный вклад. До 2007 года точность GPS-слежения в нашей стране была сильно ограничена. После их устранения многие производители навигационного программного обеспечения узнали о нашем рынке. На данном этапе она находится в зачаточном состоянии и будет активно развиваться в будущем. Появление компактных и недорогих встраиваемых решений также оказало значительное влияние на развитие рынка GPS-устройств. Многие современные пользователи навигационных систем понятия не имели об этой технологии, когда покупали трансивер с GPS. Но попробовав его, они уже не могут представить свою повседневную жизнь в большом городе без спутниковой навигации.

Уже сейчас можно сказать, что будущее GPS за встраиваемыми решениями. Многие пользователи не готовы тратить 300-400 долларов на специальное устройство. Однако при покупке телефона, смартфона или коммуникационного устройства они считают вполне нормальным заплатить на 2-3 тысячи рублей больше за GPS на устройстве.

Михаил Леонов (leonov@maxus.ru) Опубликовано 14 августа 2007 года.

Программа GPS была запущена Министерством обороны США в 1973 году и называлась программой NavStar. Первый навигационный спутник был запущен в 1978 году, а полная группировка из 24 спутников начала функционировать в 1993 году.

Использование GPS

GPS сегодня используется во многих сферах жизни. Принцип работы GPS одинаков для всех устройств, но точность может отличаться. GPS-приемники делятся на две категории: профессиональные и частные. Профессиональные приемники, обладающие наивысшей точностью, имеют различные поддерживаемые режимы работы, частоты, различные навигационные системы, количество одновременно принимаемых сигналов, запас мощности, алгоритмы исправления неточностей и высокую цену. Такие приемники используются военными, геодезистами и картографами.

GPS-приемники для домашнего использования могут быть стационарными (ручными) или встроенными в другое устройство (например, мобильный телефон или ноутбук). Специализированные GPS-приемники (разнообразные навигационные, туристические, автомобильные, авиационные и морские приемники) имеют собственный процессор, в отличие от встраиваемых приемников.

Другой вариант — GPS-трекер. Это устройство используется для отслеживания конкретных объектов через спутник (например, людей, животных, ценностей или транспортных средств). GPS-трекер работает аналогично навигатору, но обычно не имеет дисплея, а его координаты передаются в центр управления по радио или GSM-передатчику.

Разновидностью GPS-трекера является GPS-логгер — устройство, которое работает как обычный GPS-приемник, но может также записывать данные о поездке. Разница с GPS-трекером заключается в том, что эти данные не могут быть переданы в режиме реального времени, а должны быть загружены на компьютер, имеющий к нему подключение.

Альтернативы GPS

Поскольку GPS и все ее спутники являются собственностью США и могут быть заблокированы для других стран в случае конфликта, некоторые страны разрабатывают собственные системы спутниковой навигации. Каждая из них имеет свои преимущества, и большинство современных приемников способны комбинировать различные системы, что значительно повышает их точность.

Второй полнофункциональной глобальной спутниковой навигационной системой, помимо GPS, является российская система Глонасс. Принцип его работы такой же, как и у GPS. Главное отличие этой системы в том, что спутники не координируются с движением Земли, поэтому они более стабильны и не нуждаются в регулярной коррекции. Их орбита разработана таким образом, чтобы систему можно было использовать в полярных регионах, где GPS работает плохо.

Недостатком российской системы является короткий срок службы спутников — семь лет. Официально проект начался в 1976 году, СССР запустил первый спутник Глонасс в 1982 году, в 1991 году было запущено 12 спутников, а в 1993 году система начала функционировать. В 1995 году все 24 запланированных спутника были выведены на орбиту, но к 2001 году их число сократилось до 6 из-за короткого срока службы и проблем с финансированием. Программа продолжалась в 1970-е годы, и к 2017 году было запущено 27 спутников.

Другие системы спутниковой навигации

В 2016 году ЕС официально запустил систему Galileo (хотя она все еще находится на ранних стадиях). Сегодня он состоит из 26 спутников (планируется 30).

Китай эксплуатирует собственную навигационную систему BeiDou с 2012 года, с 21 спутником на орбите (планируется 35), которая в настоящее время является региональной системой, охватывающей территорию Китая, но к 2020 году будет развернута во всем мире.

Франция (DORIS), Индия (IRNSS) и Япония (QZSS) также разрабатывают свои собственные спутниковые навигационные системы.