Поняття GPS (повна назва - Global Positioning System) визначають по-різному, але зміст ці визначення мають один і той же. GPS-ом називають супутникову систему навігації (навігаційні супутники), яка сприяє забезпеченню вимірювань відстані і часу. Це система моніторингу. що дозволяє практично при будь-якій погоді в будь-якому місці (навіть у космічному просторі поблизу планети) визначити швидкість руху об'єктів і місце розташування. Дану систему розробило і реалізувало Міністерство оборони США. Сьогодні вона застосовується повсюдно.
Основним принципом застосування системи є визначення місця розташування за рахунок вимірювання відстані від супутників з уже відомими координатами до певного об'єкта. Відстань зазвичай обчислюють за той час, на яке затримується поширення сигналу від його посилки супутником аж до прийому антеною приймача GPS. З цього випливає висновок: для того, щоб GPS-приймач визначив значення тривимірних координат, йому необхідно знати час системи, а також відстань до цих трьох супутників. Тому, щоб визначити висоту і координати приймача, використовують сигнали, що подаються з чотирьох супутників.
історична зведення
У 50-ті роки минулого століття виникла ідея створення супутникової системи. Це були якраз ті часи, коли в СРСР був запущений в космос перший штучний супутник. В цей час в США американські вчені під кураторством Річарда Кершнера спостерігали за сигналом даного супутника і виявили цікаве явище: при наближенні супутника до Землі збільшується частота сигналу, а при віддаленні навпаки - зменшується, що відбувається завдяки ефекту Доплера. Сенс відкриття полягає в тому, що, знаючи свої координати на планеті, можна легко визначити швидкість і положення супутника і навпаки - якщо знати положення супутника, то можна обчислити свої координати і швидкість руху. Після цього і виникла задача по створенню прототипу навігатора.
Спочатку глобальна система позиціонування GPS розроблялася для застосування в чисто військових цілях. Але після інциденту, коли в 1983 році літак Корейських авіаліній, на борту якого знаходилися пасажири, при вторгненні в радянський повітряний простір був збитий, тодішній президент Америки Рональд Рейган дав змогу частково застосовувати системи навігації також і в цивільних цілях. Але при цьому американські вчені зменшили за допомогою спеціального алгоритму точність, щоб не допустити використання даної системи в військових цілях.
Військові користувачі отримують додатковий доступ до сигналів, що діють в діапазонах L1 / L2, які модулюються за допомогою кріптоустойчивость коду P (Y) (модуляція BPSK (10)). З введенням в експлуатацію пристроїв IIR-M застосовується і новий М-код, в якому може бути застосована модуляція ВОС (15,10). Використання даного коду сприяє забезпеченню функціональної системи, що діє в рамках концепції навігаційної війни (Navwar). Передача М-коду здійснюється на частотах L1 і L2. Цей сигнал відрізняється підвищеною стійкістю до різних перешкод, тому його вистачає для вимірювання точних координат. M-код має ще одну особливість, яка полягає в можливості передачі для певної області, діаметр якої досягає кілька сотень кілометрів, при цьому потужність сигналу дорівнює понад 20 дБ. У супутниках IIR-M сигнал M вже доступний, однак при необхідності узконаправленного сигналу необхідно звертатися до допомоги супутників GPS-III.
Завдяки знаходженню на орбіті 24-х супутників забезпечується стовідсоткова працездатність всієї системи, причому незалежно від положення точки на земній кулі. Однак і вони не завжди здатні забезпечувати прийнятний розрахунок позицій і впевнений прийом. У зв'язку з цим на випадки збоїв і для того, щоб збільшити точність позиціонування, на орбіті підтримується кілька більшу кількість супутників.
Наземні станції контролю
Використання GPS
Крім цього, GPS застосовується для наступних цілей:
Точність GPS-приймачів
Нормальна точність GPS-приймачів дорівнює приблизно 6-8 метрів при наявності параметрів гарної видимості супутників і застосуванні корекційних алгоритмів. Станції WAAS, розташовані на території Канади і США, передають поправки для режиму, що сприяє зниженню похибки на території даних країн на 1-2 метра. Точність координат досягає 10 см, якщо використовувати диференціальні режими більш складного рівня.
Недоліки системи GPS
Самим явним недоліком використання будь-якої такої системи є те, що до приймача при певних умовах сигнал може і не доходити або приходити, але зі значними затримками або спотвореннями. Так, в глибині квартири, що знаходиться в залізобетонному будинку, тунелі або підвалі, визначити точне місцезнаходження практично неможливо.
Велика хмарність та щільна листя дерев також можуть погіршувати прийом сигналу з супутників. Сигнал GPS можуть також спотворити перешкоди, що виникають в результаті магнітних бур, або перешкоди від наземних джерел радіосигналу. У приполярних районах Землі точність погіршує невисока нахил орбіт, по яких рухаються супутники. Також особливість GPS в тому, що ця система знаходиться в повній залежності від умов надання сигналу міністерством оборони Сполучених Штатів.
Зараз вдалося реалізувати повне оновлення GPS-системи, хоча в планах цей проект був досить давно. Старі супутники в процесі оновлення планується замінити на нові, розроблені компаніями Boeing і Lockheed Martin. Вважається, що ці супутники надають точне позиціонування з похибкою лише 0,5 метра. На реалізацію даної програми буде потрібно якийсь час.
Міністерство оборони США вказує на те, що повне завершення поновлення даної системи можливо тільки через 10 років. При цьому кількість супутників залишиться колишнім - 30, з яких 6 резервних і 24 робітників.
Хронологія подій
Дозвіл про виробництво супутникової системи навігації - 1973 рік.
Випробування системи - 1974-1979 роки.
Прийом сигналу від станції - 1977 рік.
Запуск першої групи супутників (11 штук) - 1978-1985.
Рішення про запуск 18 супутників з огляду на скорочення фінансування системи - 1979 рік.
Покладання на супутники GPS-функції відстеження ядерних вибухів. Супутники починають оснащуватися сенсорами виявлення ядерних вибухів - 1980 рік.
Подальше скорочення фінансування системи - 1980-1982.
Після того, як літак компанії Korean Airline був збитий на території Радянського Союзу, влада США вирішують надати сигнал цивільним службам - 1983 рік.
Загибель космічного човна Space Shuttle «Challenger» пригальмувала вдосконалення програми, оскільки човник повинен був вийти на орбіту в складі другої групи супутників - 1986 рік. Після цього основним транспортом служила «Дельта» - ракета-носій.
Прийнято рішення про випуск на орбіту 24 супутників, оскільки 18 супутників не здатні забезпечити безперебійну роботу системи - 1988 рік.
Супутники другої групи активовані - 1989 рік.