GPS (Global Positioning System) - это спутниковая навигационная система. Она предоставляет информацию о времени и местоположении для приемника GPS, расположенного в любом месте на поверхности земли или вблизи нее. GPS работает в любых погодных условиях при условии беспрепятственной связи на линии прямой видимости с 4 или более спутниками GPS.
GPS работает независимо от интернет-соединения пользователя или телефонного сигнала. Однако их наличие повышает эффективность GPS-позиционирования. Первоначально GPS был разработан для военных целей, но в настоящее время любой, у кого есть GPS-приемник, может получать радиосигналы со спутников GPS.
Примечание:
- Первоначально, когда GPS был разработан для военного использования, каждые 12 часов на высоте 20 180 км вокруг Земли вращались 24 спутника GPS.
- 4 спутника GPS были расположены на каждой из 6 орбит с ориентацией 60 градусов между собой. Эти орбитальные плоскости не вращаются относительно какой-либо звезды.
- Позже количество спутников было увеличено до 32, чтобы повысить точность определения местоположения.
- Локализация любого GPS-приемника осуществляется через измерение времени полета.
- Чем больше спутников от линии визирования до приемника GPS, тем выше точность определения положения приемника.
Как работает GPS?
В любой момент времени на земле есть как минимум 4 спутника GPS на линии видимости с приемником. Каждый из этих спутников GPS отправляет информацию о своем местоположении и текущем времени в приемник GPS в фиксированные регулярные моменты времени. Эта информация передается в приемник в виде сигнала, который затем перехватывается приемными устройствами. Эти сигналы являются радиосигналами, которые распространяются со скоростью света. Расстояние между приемником GPS и спутником рассчитывается путем нахождения разницы между временем, когда сигнал был отправлен со спутника GPS, и временем, когда приемник GPS получил сигнал.Как только приемник получает сигнал по меньшей мере от трех спутников, он затем указывает свое местоположение, используя процесс трилатерации. GPS требует как минимум 3 спутника для расчета двухмерного положения (широта и долгота на карте). В этом случае приемник GPS предполагает, что он расположен на среднем уровне моря. Однако для нахождения 3-D положения приемников (широта, долгота и высота) требуется как минимум 4 спутника.
Что такое трилатерация?
Трилатерация - это процесс определения вашей позиции на основе пересечения сфер. Когда приемник получает сигнал от одного из спутников, он рассчитывает свое расстояние от спутника, учитывая трехмерную сферу со спутником, расположенным в центре сферы. Как только приемник проделает то же самое с 3 другими спутниками GPS, приемник затем приступает к поиску точки пересечения 3 сфер, чтобы вычислить его местоположение.Технические проблемы, с которыми сталкивается GPS:
- Синхронизация времени между отдельными спутниками и приемником GPS
- Обновление в реальном времени точного местоположения спутника GPS
- Точное измерение времени полета
- Помехи другим сигналам
Синхронизация времени
Каждый из спутников GPS оборудован атомными часами, чтобы держать время обновленным и точным. Для обновления и обеспечения точного времени на приемнике, приемник использует четвертый спутник GPS, чтобы сохранить его точное время. С синхронизацией с приемником и спутниками GPS, поддерживаемыми атомными часами, точная разница во времени может быть вычислена приемником.
Спутники GPS постоянно управляются с наземных станций для разрешения синхронизации времени.
Спутники GPS постоянно управляются с наземных станций для разрешения синхронизации времени.
Значение ультра точности синхронизации времени
Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света. Точность положения прямо пропорциональна измерению времени, так как скорость * время = расстояние, поэтому даже небольшое отклонение в расчете времени может создать огромную разницу в расстоянии из-за большой скорости света.
Обновление в реальном времени точного местоположения спутника.
Это делается путем мониторинга спутников из ряда широко распространенных наземных систем.
Мастер станция анализирует все измерения и передает фактическое положение каждого спутника.
Обновление в реальном времени точного местоположения спутника.
Это делается путем мониторинга спутников из ряда широко распространенных наземных систем.
Мастер станция анализирует все измерения и передает фактическое положение каждого спутника.
Дифференциальный GPS [DGPS]
DGPS - это улучшение по сравнению с GPS, которое обеспечивает повышенную точность определения местоположения.
Как он работает?
- Приемник GPS, также называемый базовой станцией, должен быть установлен в точно известном месте.
- Приемник базовой станции вычисляет свое местоположение на основе спутниковых сигналов и сравнивает свое местоположение с известным местоположением
- Разница между этими двумя местоположениями применяется к данным, записанным приемником GPS
- Обеспечивает точность позиционирования в диапазоне от метра до сантиметра