GPS — что это такое и как работает, принципы

GPS является важной системой глобального позиционирования, которая позволяет нам узнавать местоположение любого объекта на планете.

Пользоваться GPS может абсолютно любой человек с любого смартфона, навигатора или персонального компьютера. И это очень удобно.

Из прошлого материала вы узнали, что делать если телефон не включается. Сейчас мы подробно рассмотрим термин GPS, дадим ему определение, и вы узнаете, как, вообще, работает эта система.

Что такое GPS

GPS (джипиэс, гпс) — система глобального позиционирования, использующая спутниковую систему навигации для определения местоположения наземных, воздушных и водных объектов с точностью до 1.8 метра. Это одна из двух основных спутниковых систем, которая предоставляет информацию о геолокации, вторая это — ГЛОНАСС. Но кроме них есть и другие, менее известные, европейский Galileo и китайский Beidou.

Принадлежит правительству Соединенных Штатов и управляется ее космическими силами. На английском пишется — Global Positioning System, что в переводе означает — Глобальная Позиционирующая Система.

GPS дает важные возможности позиционирования всем пользователям: как простым гражданским, так и военным или коммерческим организациям. Она доступна абсолютно для всех.

Работает даже при плохой погоде, и позволяет определять местоположение практически на всей поверхности земли, кроме приполярных областей и околоземного космического пространства.

Какую информацию об объекте дает GPS:

• Местоположение с точностью до 1.8 метра
• Скорость движения
• Направление движения
• Широта, высота, долгота над уровнем неба

Что представляет собой GPS:

Представляет собой сеть из 24 спутников (сейчас их уже 30), которые летают по орбите земли на высоте 20 000 км и наземных станций слежения, объединенных в единую сеть.

Абоненты/пользователи, получают доступ к системе с помощью устройств с установленным GPS-приемником. Это может быть, к примеру, навигатор или смартфон.

Интересно! Система работает в двух диапазонах, первый секретный и он доступен только для военных, второй доступен для всех остальных. В любой момент США могут заблокировать доступную частоту и GPS перестанет работать. Чтобы быть независимыми от них в РФ разработана своя спутниковая система навигации — ГЛОНАСС.

Какие радиосигналы отправляет спутник на землю:

• Свой номер
• Свой статус
• Параметры орбиты всех спутников — данные альманаха
• Точное время

Как работает GPS

Чтобы определить местоположение какого-либо объекта, необходимо чтобы на нем был установлен GPS-приемник, и он был включен. Спутниковая система обеспечивает измерение расстояния до него, просчитывает время и определяет местоположение во всемирной системе координат WGS 84.

На экране смартфона или навигатора мы видим наше расположение на карте. Можем выбрать точку, к которой хотим добраться, и программа настроит ближайший маршрут, учитывая наше настоящее местоположение.

GPS работает независимо от телефонной связи или интернет соединения. Если на устройстве установлен соответствующий датчик, и он включен, сигнал уже будет передаваться.

Как вычисляются координаты:

GPS работает на основе радиосигналов. Скорость распространения радиосигналов постоянна и равняется скорости света. Когда GPS-навигатор отправляет сигнал, вместе с ним отсылается точное время отправки. Спутник принимает этот сигнал с определенной задержкой, плюс отправляет навигатору свое точное местоположение и тоже отсылает точное время отправки этого сигнала.

Эта задержка (миллисекунды) между отправкой и приемом, плюс информация о местоположении спутника и используется в расчетах.

Значение задержки умножается на скорость радиоволн, таким образом рассчитывается расстояние до спутника. Имея данные расположения, как минимум трех, а лучше четырех спутников и расстояние до них, высчитанное по задержке, GPS-навигатор вычисляет свои координаты (смотрите картинку). Данные местоположения показываются на карте, которая загружена в навигатор.

Чтобы правильно определить местоположение, объект должен находится в прямой видимости для трех или более спутников. Сигнал может блокироваться горами, зданиями и другими препятствиями.

Немного истории GPS

Сама идея создания спутниковой системы навигации родилась еще в 1 957 году, когда был запущен первый искусственный спутник в космос. Ученые, следившие за его полетом, заметили интересный эффект Доплера.

Когда спутник удалялся частота принимаемого сигнала, который он посылал — уменьшалась, а когда приближался, то, наоборот, становилась сильнее — появлялась задержка между отправкой и приемом сигнала. Таким образом, зная точное расположение/координаты, как минимум трех, а лучше четырех спутников, становится возможным узнать точное расположение объекта на земле по этой самой задержке.

Проект GPS был начат в 1 973 году Министерством обороны США, назвали программу NavStar. Первый навигационный спутник был запущен в 1 978 году, а полная группировка из 24 спутников была введена в эксплуатацию в 1 993 году.

Изначально предполагалось, что пользоваться системой будут только военные, но гражданское использование было разрешено 1 980 году. Такой указ принял президент США Рональд Рейган.

В заключение

В ближайшее время, скорее всего, все спутниковые системы будут объединены в одну, международную. Если это произойдет, то процесс определения геолокации будет происходит куда быстрее и точнее, за счет того, что спутников много, и навигатор сможет подключаться сразу к любому, который находится в пределах приема сигнала.