"GPS" - это первые буквы английских слов "Global Positioning System" - глобальная система местоопределения. GPS состоит из 24 искусственных спутников Земли, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользовательских приемников. "GPS" предназначена для определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве. По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определяют текущие координаты местоположения. Погрешности не превышают нескольких метров. Этого вполне достаточно для решения задач навигации подвижных объектов (самолеты, корабли, автомобили и т.д.).
1957 год - в СССР запущен первый в мире искусственный спутник земли (ИСЗ)
1958-1959 годах в Ленинграде и других городах проводились исследования по теме “Спутник”, ставшие впоследствии основой для построения первой отечественной низкоорбитальной навигационной спутниковой системы “Цикада”. В 1963 году начались работы по построению этой системы.
1964 год - в США создали спутниковую радионавигационную систему первого поколения Transit.
В 1967 году на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник “Космос-192”.
В 1973 году ВМС и ВВС США объединились в общую Навигационную технологическую программу. Как следствие, появилась программа Navstar - Navigation system with timing and ranging - Навигационная система с определением времени и дальности. Когда Navstar стала использоваться и для гражданских целей, появился термин GPS.
1982 год - в СССР начались испытания новой высокоорбитальной спутниковой системы Глонасс
О спутниках
Первый спутник для работы GPS был запущен в феврале 1978 года.
Сегодня система включает в себя 28 спутников. Для покрытия земного шара необходимо только 24 спутника, остальные выступают в качестве запасных.
Спутники распределены по шести орбитам на высоте около 20 000 км (по четыре спутника на каждой орбите).
Они движутся со скоростью около 3 км/с (два оборота вокруг Земли менее чем за сутки).
Вес каждого спутника около тонны, а размер с раскрытыми солнечными батареями - около 5 м.
Мощность передатчика порядка 50 Вт.
Каждый спутник рассчитан на работу в течение десяти лет.
Как это работает
Задачей трилатерации (триангуляции) является вычисление координат объекта путем измерения его удаленности от точек с заданными координатами. В нашем случае объектом является GPS-приемник, а точками с заданными координатами - минимум четыре спутника системы GPS.
Сегмент контроля и управления GPS
Пять станций слежения, расположенных вдоль экватора, обеспечивают траекторными измерениями вычислительный центр. В центре управления вычисляются уточненные элементы орбит и коэффициенты поправок спутниковых часов. Эти данные составляют так называемый альманах, который передается по каналам станций связи на спутники.
Так же в центре управления рассчитывают, а затем экстраполируют на сутки вперед орбитальные дуги. После чего эфемериды транслируются на спутники, чтобы через них дойти до пользователя в навигационных сообщениях. Точность предсказания орбиты оценивается в 3-10 метров.
Альманах один для всех спутников и пользователь скачивает его с первого спутника, с которым установлена связь, эфемериды, скачиваются с каждого конкретного спутника.
История развития системы GPS (Global Positioning System).
Навигационная система Global Positioning System (GPS) является частью комплекса NAVSTAR, который разработан, реализован и эксплуатируется Министерством обороны США. Разработка комплекса NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range - навигационная система определения времени и дальности) была начата ещё в 1973 году, а уже 22 февраля 1978 года был произведён первый тестовый запуск комплекса, а в марте 1978 года комплекс NAVSTAR начали эксплуатировать. Первый тестовый спутник был выведен на орбиту 14 июля 1974 года, а последний из 24 необходимых спутников для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 году. Гражданский сегмент военной спутниковой сети NAVSTAR принято называть аббревиатурой GPS, коммерческая эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась в 1995 году.
Спустя более 20-ти лет с момента тестового запуска системы GPS и 5-ти лет с момента начала коммерческой эксплуатации Глобальной системы позиционирования GPS, 1 мая 2000 года министерство обороны США отменило особые условия пользования системой GPS, существовавшие до тех пор. Американские военные выключили помеху (SA - selective availability), искусственно снижающую точность гражданских GPS приёмников, после чего точность определения координат с помощью бытовых навигаторов возросла как минимум в 5 раз. После отмены американцами режима селективного доступа точность определения координат с помощью простейшего гражданского GPS навигатора составляет от 5 до 20 метров (высота определяется с точностью до 10 метров) и зависит от условий приема сигналов в конкретной точке, количества видимых спутников и ряда других причин. Приведенные цифры соответствуют одновременному приему сигнала с 6-8 спутников. Большинство современных GPS приёмников имеют 12-канальный приемник, позволяющий одновременно обрабатывать информацию от 12 спутников. Военное применение навигации на базе NAVSTAR обеспечивает точность на порядок выше (до нескольких миллиметров) и обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом. Информация в C/A коде (стандартной точности), передаваемая с помощью L1, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование.
Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры - 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт. 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. В настоящий момент на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной управляющей станции (Master Control Station - MCS), которая находится на базе ВВС Шривер, шт. Колорадо, США. С нее осуществляется управление системой навигации GPS в мировом масштабе. База ВВС Шривер (Schriever) является местом размещения 50-го космического соединения США - подразделения командования воздушно-космических сил.
Наземная часть.
Наземная часть системы GPS состоит из десяти станций слежения, которые находятся на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесения, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс, в мысе Канаверел, шт. Флорида и т.д.. Количество наземных станций непрерывно растет, на всех станциях слежения используются приемники GPS для пассивного слежения за навигационными сигналами всех спутников. Информация со станций наблюдения обрабатывается на главной управляющей станции MCS и используется для обновления эфемерид спутников. Загрузка навигационных данных, состоящих из прогнозированных орбит и поправок часов, производится для каждого спутника каждые 24 часа.