СПУТНИКОВАЯ GPS НАВИГАЦИЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Человечеству уже давно известны принципы определения координат. С течением времени сам принцип практически не изменился, а вот инструменты и технологии значительно усовершенствовались. Российская армия ещё в Первой мировой войне для обнаружения артиллерии противника использовала такой метод: примитивные датчики в момент приёма звукового сигнала от выстрела вражеской пушки вырабатывали электрический ток. Сами датчики располагались в разных точках с заранее известными координатами, поэтому по разнице времени поступления звукового сигнала можно было вычислить месторасположение вражеской батареи.

Во время Второй мировой войны англичане значительно усовершенствовали технологию навигации. Они использовали радиостанции-маяки, которые по своему назначению выполняли туже функцию, что и современные спутники для навигации. Эти маяки располагались на британских островах и передавали на борт бомбардировщиков данные о месторасположении противника. Благодаря этой технологии британские бомбардировщики отличались очень высокой точностью ночных бомбардировок.

Современная спутниковая навигационная система работает всё по тем же принципам. На каждом спутнике находятся высокоточные атомные часы, самих спутников 30. С этими атомными часами синхронизированы все остальные составляющие спутника: генератор цифрового кода и радиопередатчик. Последний передаёт на Землю цифровой код, в котором содержатся данные о спутнике: его номер, параметры орбиты и другие важные параметры. Навигационный приёмник (навигатор) принимает эти сигналы, при этом учитывается скорость распространения радиоволн. Далее происходит обработка данных, но тут стоит учитывать, что сам навигатор использует очень неточные часы, которые по сравнению с атомными имеют огромную погрешность. В итоге мы получаем, что данные с одного спутника нам ничего не дают.

Давайте рассмотрим, такой пример: у нас есть сигнал от двух спутников: С1 и С2. Допустим, что мы в какой-то момент принимаем сигнал со спутника С1 в виде цифры 2. Если расстояние до спутника С2 меньше, то и сигнал с него до приёмника будет идти быстрее. В итоге мы получаем, что с первого спутника мы получили цифру 2, а со второго цифру 5. Разница между этими цифрами определяется разностью: 5 – 2 = 3. Таким образом, даже при условии, что в приёмнике неточные часы, мы получаем более точные данные о его местоположении. Если разница будет равна нулю, то это значит, что приёмник наблюдателя находится посередине между точками, определяющими местоположение спутников. Если же разница отлична от нуля, то наблюдатель находится в некоторой двумерной плоскости.

Если мы получим сигнал ещё от одного спутника С3, то мы сможем получить данные ещё об одной поверхности, а, как известно пересечение трёх поверхностей даёт одну единственную точку. Эта точка и будет являться месторасположением наблюдателя.

Навигатор-приёмник обрабатывает данные со спутников и решает системы из уравнений, вычисляя координаты. Таким образом, получается, что для вычисления координат приёмника необходимо получить данные минимум с трёх спутников. Но для более точного определения координат нужен ещё один спутник, четвёртый. Сигнал с него позволяет определить реальное месторасположение приёмника в трёхмерном пространстве, а математическая модель Земли позволяет показывать высоту над уровнем моря.

Современные навигационные GPS приёмники могут одновременно принимать сигнал с 12 спутников, что позволяет определять координаты с точностью до 4 метров. Со спутниковой навигацией связанно много слухов, думаю, стоит развеять самые популярные:

• Навигационные приёмники ничего не излучают в эфир. Они лишь принимают сигнал от спутников и обрабатывают его. В итоге вычисляются данные, которые и выводятся на экран навигационного приёмника.
• За использование навигационного оборудования не надо платить абонентскую плату, достаточно просто купить навигационный приёмник и всё. Платить придётся только один раз. Дополнительные затраты могут быть связанны только с приобретением программы для спутниковой навигации.
• Навигаторы не такие дорогие, как это считается. Благодаря введению новых технологий в производстве навигаторов их себестоимость постоянно снижается, что ведёт за собой и падение цен на них.