Техническая сторона работы GPS-навигатора

Основной принцип GPS-навигации известен давно: зная точное расположение местоположения какого-либо пространственного объекта и расстояние до него, можно начертить окружность или сферу. На ней должна быть расположена точка вашего положения. Если это расстояние, иначе говоря, радиус, велико, то дуга окружности заменяется отрезком прямой линии. Точка пересечения нескольких линий, соответствующих разным ориентирам, укажет ваше местоположение. В случае GPS роль таких ориентиров играют спутники, каждый из которых вращается по своей орбите на высоте примерно в 17 000 километров. Орбиты располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты, что обеспечивает прием сигнала повсеместно в любое время суток. Все они оборудованы очень точными атомными часами, с которым синхронизованы генератор цифрового кода и радиопередатчик, отвечающий за отправку на землю цифрового кода.

Среди этой информации следующие данные:

  • сигналы синхронизации;
  • информация для определения точного времени;
  • данные об ионосфере;
  • информация о состоянии самого спутника.

На Земле GPS-система состоит из четырёх станций слежения, отслеживающих видимые спутники и передающих данные главной станции управления и контроля, которая находится в Колорадо-Спрингс. Там данные обрабатываются на компьютерных программных моделях, а сами наборы данных называются эфемеидами. И вот уже отсюда данные передаются снова на спутники, а спутник транслирует их приемникам GPS, то есть навигаторам. Устройство, отвечающее за связь со спутниками, представляет собой микросхему под названием чипсет. От этой микросхемы зависит скорость обнаружения спутников, качество связи и точность координат.

Работа навигатораСам GPS-навигатор представляет собой приёмник, который отправляет сигнал как минимум трём спутникам, а затем вычисляет промежуток времени между отправкой и получением сигнала, после чего умножает полученный результат на скорость распространения радиоволн. На основе этой информации навигатор определяет свои географические координаты и накладывает их на карту. Точность вычисления зависит от количества и расположения спутников, с которыми сверяется навигатор. Почему навигатор отправляет сигнал трём спутникам, а не, скажем, двум?  Впрочем, заметим, что три спутника это минимальное количество спутников для определения координат. Итак, в чем же дело? А дело в том, что в отличие от спутника, навигационные устройства оборудованы обычными кварцевыми часами, не отличающимися такой точностью, как вышеупомянутые атомные. И именно часы дают ошибку, превосходящую задержку, связанную со скоростью распространения радиоволн.

Как оно работает?

Представим, что навигатор принимает сигналы только от двух спутников. В этом случае мы получаем сначала сигнал от первого, и представляет он собой цифру, например, 3. Если расстояние до второго спутника меньше, то сигнал от него к навигатору придёт быстрее, и в тот момент, когда первый прислал нам цифру 3, второй прислал, например, 7, разница расстояний от приёмника до спутников будет определяться разностью: 7 – 3 = 4. То есть, очевидно, если навигатор принимает сигнал одновременно от двух спутников, то разность расстояний от наблюдателя до иных спутников будет определяться точнее. При разнице равной нулю можно считать, что вы находитесь на плоскости посередине между точками, определяющими местоположение спутников. Добавив третий спутник, мы получим ещё одну поверхность: пересечение двух поверхностей в трёхмерном пространстве образует линию, а трёх - точку. А для более точного определения нужен четвертый спутник, который позволит определить реальное положение приемника в пространстве. Всё это, в общем-то, суть геометрия, и, вышеизложенные данные теоретически должны быть понятны любому, кто в школе этой наукой даже если не увлекался, то, по крайней мере «проходил». Если же эта информация вам не очень понятна, то достаточным будет знать лишь следующее: чем больше количество спутников, с которыми связывается навигатор, тем точнее определяется ваше местоположение. Современные навигаторы могут единовременно «общаться» с двенадцатью спутниками, что позволяет определять координаты с точностью до четырех метров.

Желаем удачи в выборе навигатора и последующем его использовании!


Чем отличаются GPS-навигаторы от гаджетов с функцией навигации?