Як працює система GPS та ваш навігатор

Зміст

• Історія
• Принцип роботи GNSS
• Як визначається положення
• A-GPS
• Системи уточнення GPS
• Незалежні аналоги GPS у світі

Кожного дня мільйони людей знаходять дорогу, ведуть навігацію за допомогою супутникової системи навігації, а саме GNSS(Global Navigation Satellite System). Ми не задумуємося, який принцип роботи системи, а також яким чином наш смартфон з точністю до декількох метрів вказує на розташування.

Сьогодні розпишу коротко, як працює GPS, що таке A-GPS та системи коригування GPS.

Історія

У 20 столітті США та СРСР розробили власні супутникові навігаційні системи, GPS та Глонасс, які спочатку використовувалися виключно в військових цілях.

Згодом, після трагедії Boeing 747 над Сахаліном, GPS стала доступною для цивільних, але з обмеженою точністю. Лише на початку 21 століття ці обмеження були зняті, зробивши GPS незамінним інструментом для навігації в повітрі та на землі (радіус точності до ~20 метрів).

Принцип роботи GNSS

Тепер розберімось, по якому принципу працює супутникова навігаційна система.

На круговій орбіті землі крутяться супутники системи GPS. На цей час їх 32, чого більш ніж достатньо.

Повертаються супутники нижче геостаціонарної орбіти, приблизно на висоті 200 км над рівнем моря.

Як визначається положення

Уявіть собі 32 супутники, що обертаються навколо Землі на висоті 20 200 км. Кожен з них постійно надсилає сигнали, що містять інформацію про час. Наш телефон, подібно до радара, “ловить” ці сигнали та, знаючи швидкість світла, може розрахувати відстань до супутника.

Перекриття трьох сфер з радіусами, що дорівнюють цим відстаням, дає нам загальне уявлення про наше місцеперебування.

Але для точного визначення координат потрібен четвертий супутник, який допоможе скоригувати похибку годинника в нашому телефоні (адже атомні годинники на супутниках значно точніші). Ось тут і приходить на допомогу A-GPS.

A-GPS

A-GPS (Assisted GPS) – це технологія, що допомагає вашому телефону швидше знаходити супутники. Замість того, щоб чекати, поки кожен супутник по черзі надішле сигнал, A-GPS використовує інформацію з мережі мобільного зв’язку або Wi-Fi, щоб отримати приблизне розташування супутників.

Це значно скорочує час, необхідний для визначення вашого точного місцеперебування.

Таким чином GPS доповнена даними з інших джерел, що впливає на точність розрахунків, а також швидкість обробки інформації.

Системи уточнення GPS

Оскільки система GPS все більше використовується в більшості сфер, система знайшла місце в аеронавігації. Наприклад, уже не дивно, що легка авіація як основний засіб навігації в візуальних польотах використовує GPS у зв’язці із продуманими системами авіоніки.

Що стосується важкої авіації, система GPS також працює як резервна, а інколи і як основна(або як доповнення чинної, наприклад, інерціальної системи). Проте якщо для візуальних польотів, або навігації на дорогах висока точність не надзвичай потрібна, для виконання інструментальних заходів на посадку(як по системі ILS), висока точність важлива.

Для цього існують системи корекції, які використовують мережу наземних станцій для внесення поправок до сигналу GPS, роблячи його більш точним та надійним.

Незалежні аналоги GPS у світі

Хоча GPS (Global Positioning System) розроблена та експлуатується Сполученими Штатами, вона не єдина супутникова навігаційна система у світі. На орбіті Землі обертаються супутники й інших країн, які також надають послуги навігації:

• BeiDou (Китай): розроблена Китаєм, BeiDou налічує понад 30 супутників і надає послуги навігації, позиціювання та синхронізації часу в усьому світі.
• Galileo (Європа): розроблена Європейським Союзом, Galileo налічуватиме понад 40 супутників, коли буде повністю завершена. Вона пропонуватиме точніші та надійніші послуги навігації, ніж GPS, а також додаткові послуги, такі як пошуково-рятувальні та аварійні сигнали.
• ГЛОНАСС (Росія): розроблена Росією, ГЛОНАСС налічує понад 30 супутників і надає послуги навігації, позиціювання та синхронізації часу в усьому світі.

Важливо зазначити, що всі ці системи сумісні, тобто приймач GPS може отримувати сигнали з супутників BeiDou, Galileo та ГЛОНАСС, а також з GPS. Це дає користувачам доступ до більш точного та надійного сигналу, особливо в тих регіонах, де сигнал GPS може бути слабким або недоступним.

GPS може бути вразливою до методів радіоелектронної боротьби, таких як глушіння та спуфінг. Про це розказав в окремій статті про глушіння GPS.