65 нанометров - следующая цель зеленоградского завода «Ангстрем-Т», которая будет стоить 300-350 миллионов евро. Заявку на получение льготного кредита под модернизацию технологий производства предприятие уже подало во Внешэкономбанк (ВЭБ), сообщили на этой неделе «Ведомости» со ссылкой на председателя совета директоров завода Леонида Реймана. Сейчас «Ангстрем-Т» готовится запустить линию производства микросхем с топологией 90нм. Выплаты по прошлому кредиту ВЭБа, на который она приобреталась, начнутся в середине 2017 года.

Пекин обвалил Уолл-стрит

Ключевые американские индексы отметили первые дни Нового года рекордным падением, миллиардер Джордж Сорос уже предупредил о том, что мир ждет повторение кризиса 2008 года.

Первый российский потребительский процесор Baikal-T1 ценой $60 запускают в массовое производство

Компания «Байкал Электроникс» в начале 2016 года обещает запустить в промышленное производство российский процессор Baikal-T1 стоимостью около $60. Устройства будут пользоваться спросом, если этот спрос создаст государство, говорят участники рынка.

МТС и Ericsson будут вместе разрабатывать и внедрять 5G в России

ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и компания Ericsson заключили соглашения о сотрудничестве в области разработки и внедрения технологии 5G в России. В пилотных проектах, в том числе во время ЧМ-2018, МТС намерен протестировать разработки шведского вендора. В начале следующего года оператор начнет диалог с Минкомсвязи по вопросам сформирования технических требований к пятому поколению мобильной связи.

Сергей Чемезов: Ростех уже входит в десятку крупнейших машиностроительных корпораций мира

Глава Ростеха Сергей Чемезов в интервью РБК ответил на острые вопросы: о системе «Платон», проблемах и перспективах АВТОВАЗа, интересах Госкорпорации в фармбизнесе, рассказал о международном сотрудничестве в условиях санкционного давления, импортозамещении, реорганизации, стратегии развития и новых возможностях в сложное время.

Ростех "огражданивается" и покушается на лавры Samsung и General Electric

Набсовет Ростеха утвердил "Стратегию развития до 2025 года". Основные задачи – увеличить долю высокотехнологичной гражданской продукции и догнать General Electric и Samsung по ключевым финансовым показателям.

Управление образования

администрации Балашовского муниципального района

Районная научно-практическая конференция учащихся

«Юные лидеры образования»

_______________________________________________________

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Гуманитарно-педагогический лицей-интернат

г. Балашова Саратовской области

«Спутниковые навигационные системы»

секция: «Информатика и современные компьютерные технологии»

Выполнил: Есиков Ярослав,

ученик 11 ф/м класса

Руководитель: Барсукова М.А.,

учитель информатики

Балашов 2008

Введение

История спутниковых навигационных систем

Низкоорбитные спутниковые навигационные системы (СНС)

Среднеорбитные спутниковые навигационные системы СНС GPS

Спутниковые навигационные системы.

Принципы работы навигационных систем

• Глобальная навигационная система NAVSTAR

  Российская спутниковая навигационная система ГЛОНАСС

  Европейская система ГАЛИЛЕО

Еще о ГЛОНАСС и GPS

Отношение руководства России к системе ГЛОНАСС

Заключение

Библиографический список

Введение

Актуальность

Долгие годы все, что связано с высокоточным определением местоположения подвижных объектов, оставалось уделом "привилегированных" систем; эти способы использовались исключительно в мореплавании, воздушной авиации и при картографировании. Создание систем GPS и ГЛОНАСС коренным образом изменило ситуацию. Сегодня приемники GPS/ГЛОНАСС прочно вошли в нашу жизнь, а определение местоположения стало привычной услугой мобильной связи.

Первоначально гарантируемая точность определения местоположения у обеих систем составляла около 100 м. Однако после того, как в 2000 г. основной провайдер услуг GPS (Министерство обороны США) отказался от режима селективного доступа, точность определения координат возросла почти на порядок. Заметим, что применение режима дифференциальных поправок увеличивает точность еще в несколько десятков раз. Казалось бы, сегодня все категории потребителей навигационной информации удовлетворены. Однако активно продолжаются работы по европейскому проекту глобальной навигационной спутниковой системы (Global Navigation Satellite System - GNSS), создаваемой по инициативе EC и Европейского космического агентства.

Объект исследования

Спутниковые навигационные системы

Предмет исследования

Принцип работы спутниковых навигационных систем

Структура

Работа состоит из введения, 4 частей, заключения и библиографического списка.

История спутниковых навигационных систем Низкоорбитные спутниковые навигационные системы (снс)

Проблема использования для целей навигации подвижных ориентиров, вынесенных в космическое пространство, приобрела практическое решение после запуска 4 октября 1957 года первого в мире советского искусственного спутника Земли (ИСЗ).

СНС Transit («Транзит») начала разрабатываться уже в 1958 году в США.В 1959 году на орбиту выведен первый навигационный искусственный спутник Земли, а в 1964 году вступила в эксплуатацию система для обеспечения навигации американских атомных ракетных подводных лодок «Поларис». Для коммерческой эксплуатации СНС «Transit» была предоставлена в 1967 году, причем количество гражданских пользователей вскоре существенно превысило число военных. К концу 1975 года на круговых околоземных орбитах (высотой около 1000 км) находилось шесть навигационных космических аппаратов (КА), и на основе приема и выделения доплеровского сдвига частоты передатчика одного из них рассчитывались координаты наблюдателя. Масса ИСЗ составляла 56 кг. Спутник излучал сигнал на двух частотах - 150 и 400 МГц, среднеквадратическая погрешность (СКП) определения места объекта на земной поверхности составила 100 м. В 2000 году система была выведена из эксплуатации.

СНС «Цикада» - эта российская система ведет свое летосчисление с 1967 года, когда был выведен на орбиту первый навигационный спутник «Космос-192». Полностью система введена в эксплуатацию в 1979 году в составе четырех космических аппаратов, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83 градуса и равномерным распределением плоскостей орбиты вдоль экватора. Система позволяла наблюдателю каждые 1,5-2 часа определять координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 10 мин. С течением времени в результате модернизации системы СКП определения места объекта достигла 80-100 м. «Цикада» также использовала доплеровский сдвиг частоты сигнала передатчика для определения координат места. Позже космические аппараты этой системы были дооснащены аппаратурой для обнаружения терпящих бедствие объектов, оборудованных радиобуями, излучающими специальные сигналы. В настоящее время «Цикада» имеет ограниченное применение в навигации. Для определения координат кораблей ВМФ СССР использовалась низкоорбитная спутниковая навигационная система «Цикада-М», обладающая характеристиками, близкими к системе «Цикада».

Таким образом, со времен средневековых мореходов способ определения координат объекта на поверхности Земли принципиально не изменился, а лишь значительно облегчился благодаря широкому применению вычислительных устройств и чувствительной приемной аппаратуры. Для решения задачи определения координат по величине доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого ИСЗ, приемная аппаратура рассчитывала скорость КА, находящегося на высоте 1000 км. Кроме того, необходимо было знать положение аппарата на орбите (эту так называемую «эфемеридную информацию» КА «сбрасывал» потребителю) и иметь на КА и в приемной аппаратуре высокостабильный генератор частоты.

Принципиально измерять расстояния можно было бы одновременно до двух ИСЗ или последовательно во времени до одного и того же спутника. На практике измерялась разность расстояний до одного и того же ИСЗ через 20-секундные интервалы времени. Поэтому в состав спутниковой навигационной системы входил наземный комплекс управления (со средствами измерения и передачи на КА данных о его положении на орбите - «эфемеридной информации»).

В статье рассмотрен принцип работы, состав и особенности системы спутникового позиционирования GPS (англ. 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 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.

Определение координат и GPS навигация.
Основой идеи определения координат GPS-приемника является вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным. Определение местоположения GPS-приёмника в пространстве осуществляется на базе алгоритма измерения расстояния от точки наблюдения до спутника. Дальнометрия основана на вычислении расстояния по временной задержке распространения радиосигнала от спутника к приемнику. Если знать время распространения радиосигнала, то пройденный им путь легко вычислить. Приёмники работают в пассивном режиме и вычисляют свои координаты, но это совсем не означает, что координаты GPS-приёмника будут известны кому либо, кроме его владельца. Каждый спутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны двух частот – L1=1575.42МГц и L2=1227.60МГц. Каждый GPS-приемник имеет собственный генератор, работающий на той же частоте и модулирующий сигнал по тому же закону, что и генератор спутника. Таким образом, по времени задержки между одинаковыми участками кода, принятого со спутника и сгенерированного самостоятельно, можно вычислить время распространения сигнала, а, следовательно, и расстояние до спутника.
Основная проблема при вычислении расстояния до спутника системы GPS связанна с синхронизацией часов на спутнике и в приемнике. Даже мизерная погрешность может привести к огромной ошибке в определении расстояния. Каждый спутник несет на борту высокоточные атомные часы, которые встроить в обычный GPS-приёмник невозможно. Чтобы скоррелировать временное рассогласование и избежать огромных ошибок в позиционировании, в систему GPS введен принцип избыточности для определения трехмерных координат на поверхности Земли. GPS-приёмник использует сигналы не трех, а как минимум четырех спутников и на основании вспомогательных сигналов вносит все необходимые коррективы в работу своих часов. Кроме навигационных сигналов, спутник непрерывно передает различную служебную информацию. GPS-приёмник получает, например, эфемериды (точные данные об орбите спутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере, а также сведения о работоспособности спутника (так называемых “альманах”, содержащий обновляемые каждые 12.5 минут сведения о состоянии и орбитах всех спутников). Эти данные передаются со скоростью 50 бит/с на частотах L1 или L2.

Расстояние до навигационных спутников системы GPS обозначим как А, В и С. Допустим, что известно расстояние А до одного спутника. В данном случае координаты GPS-приемника определить нельзя, т.к. он может находится в любой точке сферы с радиусом А, описанной вокруг спутника. Если известна удаленность В приемника от второго спутника, то определение координат также не представляется возможным – объект находится где-то на окружности (показана синим цветом), которая является пересечением двух сфер. Известное расстояние С до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек (обозначены красными точками). Этого уже достаточно для однозначного определения координат GPS-приемника. Не смотря на то, что мы имеем две точки с координатами, только одна находится на поверхности Земли, а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, теоретически для трехмерной GPS навигации достаточно знать расстояния от приемника до трех спутников, но как мы уже говорили GPS-приемник, использует сигналы не трех, а как минимум четырех спутников и на основании вспомогательных сигналов вносит все необходимые коррективы для повышения точности навигации.
Недостатками GPS навигации является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до GPS-приёмника, поэтому практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приёма сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования. Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приёму сигналов GPS. Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS-приёмника, но и своим собственным глазам. Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Претенденты уже были. Благо, что у GPS есть альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), которые в перспективе должны получить широкое распространение.

Сегодня все чаще встречается термин GPS. В современном мире можно ориентироваться на местности не только с помощью компаса или звезд, но и благодаря спутникам. Сам термин GPS - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, обозначает глобальную систему позиционирования (англ. Global Positioning System - система глобального позиционирования). В нее входят 24 спутника, которые по своим орбитам движутся вокруг нашей планеты.

Эти аппараты питаются от солнечных батарей и имеют срок службы около 10 лет. Они формируют целую сеть, которая предоставляется в бесплатное пользование для гражданских лиц. Сегодня создано немало устройств, осуществляющих навигацию с помощью спутника. Кроме того, есть возможность следить за транспортным средством с помощью GPS, знать его точные координаты в текущий момент времени.

Вот только покупатель встает перед трудным выбором: брать дорогое устройство или китайское, какой навигатор может считать хорошим? Некоторые вообще находятся в плену утверждений, считая это изобретение бесполезным, полагаясь на «более точные» традиционные атласы. Настало время разобраться в многочисленных мифах о спутниковой навигации и устройствах, помогающих ее осуществлять.

Приемнику для работы достаточно связаться с двумя спутниками. Действительно, устройству для получения координат необходимо увидеть минимум два спутника. Этот метод определения положения именуется «двухмерной фиксацией». С его помощью можно узнать свою широту и долготу. А вот связь с четырьмя спутниками и более позволит детализировать информацию. Устройство начинает показывать еще и скорость перемещения объекта, его высоту над уровнем моря.

GPS-навигаторы на самом деле бесполезны, их легко заменяют обычные карты. В этом высказывании есть своя логика. Действительно, в свое время люди вполне себе жили без компьютеров, автомобилей, самолетов и спутников. Просто GPS-навигация стала очередной степенью эволюции техники. Обходиться без такого устройства вполне можно, просто придется потратить немало времени для определения нужной страны, города, улицы и дома. Потом еще к этой точке надо проложить рациональный маршрут, что займет немалое время. А вот GPS-навигатору понадобится для этого всего несколько минут. При этом устройство сможет учесть и такие нюансы, как объезд платных дорог, выбор скоростных магистралей и т. д. Никаких особенных навыков для этого не потребуется. А вот для работы с обычными картами человеку понадобится не одна книга. Нужна будет дорожная карта страны, области или города. Прокладывание маршрута вручную может затянуться на часы, ведь нужна будет еще и финальная корректировка. Стоит понимать, что попасть в чужой город можно и проездом, так что карт под рукой может банально не оказаться. А сколько бензина и нервов будет стоить возвращение на правильный маршрут? А ведь полный набор карт мира от знаменитого производителя IGO займет около 8 гигабайт, которые легко поместятся на носитель площадью менее квадратного сантиметра. Бумажный же вариант такого объема карт в машину даже и не влезет. Так что сравнивать навигатор с обычной картой можно, равно как и компьютер с печатной машинкой.

В навигаторе главное - «правильные» карты. Часто акцентируется внимание на том, что в навигаторе важны именно карты и их производитель. А вот чип, процессор и оперативная память отходят на второй план. На самом деле ситуация верна чуть ли не с точностью до наоборот. Выбирая компьютер, глупо ориентироваться только лишь на установленную операционную систему и программы. Поставить сюда можно любой «софт», а вот замена комплектующих со временем может стать проблемой. Похожая ситуация и с навигатором. Но если компьютерные детали приобрести несложно, то с устройствами спутниковой навигации не все так просто. Тут обычно кроме самого чипа связи, аккумулятора, дисплея и памяти больше ничего и нет. Именно на них и следует обращать самое пристальное внимание при выборе навигатора. После покупки их уже улучшить вряд ли удастся, в отличие от записанной на носитель карты. К тому же современные устройства зачастую работают на основе операционных систем Windows или Android. Это позволяет устанавливать не просто разные карты, но и целые навигационные системы со своими пакетами. А поверив в данный миф и сэкономив, окажется, что навигатор, пусть даже и с хорошей картой, будет просто медленно работать и обладать плохим экраном.

Почти все навигаторы изготавливаются в Китае, так что нет принципиальной разницы, какое устройство покупать. На самом деле это утверждение является ошибочным. Порой действительно не стоит верить наклейкам, гарантирующим корейское, европейское или американское производство. Чаще всего эта продукция все же китайская. И несмотря на это между отдельными моделями существует широкая пропасть в качестве, впрочем, как и вообще для другой электроники. В Китае есть много заводов, которые по разному и оснащены. Самые современные обладают конвейером, отлаженными технологическими процессами, а есть и такие, где пайка осуществляется «на коленке», а комплектование - по принципу «лишь бы работало». Так что стоит выбирать проверенные модели с хорошими отзывами, пусть даже за это и придется доплатить.

Навигатор лучше приобретать напрямую из китайских интернет-магазинов. Первый минус такого подхода сразу же очевиден - отсутствие гарантии. Придется иметь дело с непонятным программным продуктом, и не факт, что на русском языке. Да и в случае поломки придется потратить время на поиски специалиста, который согласится иметь дело с диковинным гаджетом. В итоге все эти риски перевешивают незначительную экономию. Да и качество таких устройств обычно таково, что поломки могут следовать одна за другой, что сделает устройство бесполезным для длительной эксплуатации.

Самые лучшие навигаторы выпускаются под маркой «Pioneer». Часто говорят, что эти навигаторы подходят лучше всего к нашим реалиям, ведь на них можно установить нелицензионные навигационные пакеты. На самом деле настоящих навигаторов «Pioneer» есть около десятка, они снабжены индексом AVIC. И увидеть действительно фирменные аппараты можно на сайте производителя. А вот что присутствует на нашем рынке под видом продукции этой почтенной марки, объяснить порой не могут сами продавцы. Считается, что на наших просторах в продаже есть около сотни разных «пионеров». Рынок захлестнула волна подделок и желающих присоединиться к ней, заработав на этом. Так о каком качестве марки можно говорить в этих условиях? Чаще всего неизвестно, где точно изготавливают такие навигаторы, какие комплектующие при этом используются, есть ли контроль качества. Под одним и тем же названием встречаются разные модели, изготовленные на разных заводах и с использованием разной элементной базы. Поэтому если и искать фирменное качество «Pioneer», то следует обратить внимание именно на серию AVIC. А подделывать этот бренд стали из-за известности, звучности торговой марки. Да и на Украине, к примеру, официально этот продукт не поставляется.

Навигаторы нуждаются в функциях голосового оповещения. Этот миф способен напугать тех, кто не разбирается в этих устройствах. На самом деле эта функция вовсе не самого устройства, а программы, в нем установленной. Для того чтобы навигатор голосом сообщил о повороте или направлении движения, надо чтобы у него просто был динамик. Функция оповещения нужна для уведомления водителя об особенностях маршрута. Справедливости ради стоит заметить, что она есть практически у всех современных программ навигации.

Навигаторы связываются с американскими спутниками. На самом деле стоит понимать, что устройство является обычным приемником. Он может только принимать сигналы, об излучении тут и речи не идет.

Если пользоваться GPS, то американцы смогут отследить местоположение. Излучение от навигатора так же мало, как и от фонарика или фотоаппарата. Соответственно, отследить его практически невозможно.

Навигаторы врут, в них нет всех тропинок. Любой навигатор может выдавать обычно только лишь текущие координаты местоположения - широту, долготу и высоту. Остальное же ложится на плечи самого программного обеспечения, загруженного в этот прибор. И если на электронной карте нет того самого мелкого ручья, тропинки или даже дороги, то это вопрос не к самому устройству, а к его программе. И не стоит думать, что оно каким-то образом сможет загрузить карту со спутника, как думают некоторые.

Сенсорные экраны в навигаторах неудобные. Надо понимать, что удобство является субъективным фактором. Многие пользователи считают, что с появлением сенсорных, да еще и емкостных экранов в таких устройствах они стали куда лучше управляться. Возросла скорость работы в меню - достаточно кликнуть пальцем по нужному пункту, а не выбирать его с помощью клавиш. Правда, с надежностью не все так просто. Сломанный сенсор автоматически делает устройство «мертвым». Кнопочное устройство ломается все же реже.

ГЛОНАСС лучше, чем GPS. Если говорить объективно, то в российской группировке ГЛОНАСС число спутников вдвое меньше, чем у американского аналога. К тому же при Клинтоне исчезли искусственно вносимые помехи в гражданский диапазон GPS, что сделало определение координат более точным. Правда, современные аппараты умеют работать одновременно с обеими системами, что пойдет точности только на пользу.

Лучше выбирать специализированный навигатор. Не секрет, что сегодня практически все смартфоны, да и многие планшеты снабжены чипом GPS. Но насколько оправдана их работа в качестве навигатора или все же лучше довериться узкоспециализированным устройствам, специально для этого и предназначенных? Когда смартфоны были с экраном диагональю в 2,8-3,5 дюйма, то они явно проигрывали в удобстве пользования 5-7 дюймовым навигаторам. Однако сегодня рынок мобильных устройств изменился. Размеры смартфонов выросли, есть модели и с 5, и даже с 6-дюймовым экраном. Да и планшеты обладают дисплеями, начиная от 7 и заканчивая 12 дюймами. Былой выигрыш в размерах экрана исчез. Правда, стоит понимать, что работа GPS в телефоне или планшете обычно более энергоемкая. Там, где обычный навигатор проживет день, смартфон сможет помочь только пару часов. Но если использовать устройство в автомобиле, а не при пешей прогулке, поможет специальная зарядка. Сегодня делается упор на универсальность гаджетов. Смартфоны умеют не только звонить, но и подменяют собой навигаторы, ридеры, планшеты и фотоаппараты. Так что узкоспециализированные навигаторы практически утратили свои козыри.

Создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение спутника, инаоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственные координаты.

Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г. США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом Глобальная система позиционирования или сокращённо GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле. Также с помощью системы вмонтированной в спутники стало реально определять мощные ядерные заряды, находящиеся на поверхности планеты.

Первоначально GPS – глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 г. был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Ноточность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки, и в 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.

1. Спутниковая система навигации

Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скороти и направлення движения и т.д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

1.1 Что такое GPS?

Спутниковая навигационная система GPS была изначально разработана США для использования в военных целях. Другое известное название системы – «NAVSTAR». Ставшее уже нарицательным название «GPS» является сокращением от Global Positioning System, которое переводится, как Глобальная Навигационная Система. Это название полностью характеризуется предназначение системы – обеспечение навигации на всей территории Земного шара. Не только на суше, но и на море и в воздухе. Используя навигационные сигналы системы GPS, любой пользователь может определить свое текущее местоположение с высокой точностью.

Такая точность, во многом, стала возможной благодаря шагам Американского правительства, которое в 2000 году сделало систему GPS доступной и открытой для гражданских пользователей. Напомним, что ранее с помощью специального режима избирательного доступа (SA – Selective Availability) в передаваемый сигнал вносились искажения, снижающие точность позиционирования до 70–100 метров. С 1 мая 2000 года, этот режим был отключен и точность повысилась до 3–10 метров.

Фактически, это событие дало мощный импульс для развития бытовой навигационной GPS аппаратуры, снижению ее стоимости, и активной ее популяризации среди обычных пользователей. На текущий момент, GPS приемники разных типов активно применяются во всех областях человеческой деятельности, начиная от обычной навигации, заканчивая персональным контролем и увлекательными играми, типа «Geocaching ». По результатам многих исследований, использование навигационных GPS систем дает большой экономический эффект для мировой экономики и экологии – повышается безопасность движения, улучшается дорожная ситуация, уменьшается расход топлива, снижается количество вредных выбросов в атмосферу.

Растущая зависимость европейской экономики от системы GPS, и, как следствие, от администрации США, вынудила Европу начать разработку собственной навигационной системы – Galilleo. Новая система во многом похожа на систему GPS.

2. Состав системы GPS

2.1 Космический сегмент

Космический сегмент системы GPS состоит из орбитальной группировки спутников, излучающих навигационные сигналы. Спутники расположены на 6-и орбитах на высоте около 20000 км. Период обращения спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c. Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два полных оборота вокруг Земли.

Первый спутник был запущен в феврале 1978 года. Его размер с раскрытыми солнечными батареями равнялся 5 метрам, а вес – более 900 кг. Это был спутник первой модификации GPS-I. За последние 30 лет, на орбите сменилось несколько модификаций GPS спутников: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. В процессе модернизации снижался вес спутников, улучшалось стабильность бортовых часов, повышалась надежность.

GPS спутники передают три навигационных сигнала на двух частотах L1 и L2. «Гражданский» сигнал C/A, передаваемый на частоте L1 (1575.42 МГц), доступен всем пользователям, и обеспечивает точность позиционирования 3–10 метров. Высокоточный «военный» P-код, передается на частотах L1 и L2 (1227.60 МГц) и его точность на порядок выше «гражданского» сигнала. Использование сигнала, передаваемого на двух разных частотах, позволяет также частично компенсировать ионосферные задержки.

В последней модификации спутников «GPS IIR-М» реализован новый «гражданский» сигнал L2C, призванный повысить точность GPS измерений.

Идентификация навигационных сигналов осуществляется по номеру, соответствующему «псевдошумовому коду», уникального для каждого спутника. В технической спецификации GPS системы изначально было заложено 32 кода. На этапе разработки системы и начальном периоде ее эксплуатации, планировалось, что количество рабочих спутников не будет превышать 24-х. Свободные коды выделялись для новых GPS спутников, находящихся на этапе ввода в эксплуатацию. И этого количества было достаточно для нормального функционирования системы. Но в настоящее время, на орбите находится уже 32 спутника, из которых 31 функционирует в рабочем режиме, передавая навигационный сигнал на Землю.

«Избыточность» спутников позволяет обеспечить пользователю вычисление позиции в условиях, где «видимость» неба ограничена высотными зданиями, деревьями или горами.

2.2 Наземный сегмент

Наземный сегмент системы GPS состоит из 5-и контрольных станций и главной станции управления, расположенных на военных базах США – на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане и в Колорадо-Спрингс, они преведены на рисунке 1 .В задачи станций мониторинга входит прием и измерение навигационных сигналов поступающих с GPS спутников, вычисление различного рода ошибок и передача этих данных на станцию управления. Совместная обработка полученных данных позволяет вычислить отклонение траекторий спутников от заданных орбит, временные сдвиги бортовых часов и ошибки в навигационных сообщениях. Мониторинг состояния GPS спутников происходит практически непрерывно. «Загрузка» навигационных данных, состоящих из прогнозируемых орбит и поправок часов для каждого из спутников, осуществляется каждые 24 часа, в момент, когда он находится в зоне доступа станции управления.

В дополнение к наземным GPS станциям существует несколько частных и государственных сетей слежения, которые выполняют измерения навигационных GPS сигналов для уточнения параметров атмосферы и траекторий движения спутников.

Рисунок 1

2.3 Аппаратура пользователей

Под аппаратурой пользователя подразумевают навигационные приемники, которые используют сигнал со спутников GPS для вычисления текущей позиции, скорости и времени. Пользовательскую аппаратуру можно разделить на «бытовую» и «профессиональную». Во многом этом разделение условное, так как иногда достаточно трудно определить, к какой категории следует отнести GPS приемник и какие критерии при этом использовать. Есть целых класс GPS навигаторов, использующихся в пеших походах, автомобильных путешествиях, на рыбалке и т.п. Есть авиационные и морские навигационные системы, которые зачастую входят в состав сложных навигационных комплексов. В последнее время широкое распространение получили GPS чипы, которые интегрируются в КПК, телефоны и другие мобильные устройства.

Поэтому в навигации бо льшее распространение получило деление GPS приемников на «кодовые» и «фазовые». В первом случае, для вычисления позиции используется информация, передаваемая в навигационных сообщениях. К этой категории относится большинство недорогих GPS навигаторов, стоимостью 100–2000 долларов.

Вторая категория навигационных GPS приемников использует не только данные, содержащиеся в навигационных сообщениях, но и фазу несущего сигнала. В большинстве случаев это дорогостоящие одно- и двухчастотные (L1 и L2) геодезические приемники, способные вычислять позицию с относительной точностью в несколько сантиметров и даже миллиметров. Такая точность достигается в RTK режиме, при совместной обработке измерений GPS приемника и данных базовой станции. Стоимость таких устройств может составлять десятки тысяч долларов.

3. Работа GPS-навигатор а

Основной принцип, лежащий в основе всей системы GPS, прост и давно используется для навигации и ориентирования: если вы точно знаете местоположение какого-либо реперного ориентира и расстояние до него, то можно начертить окружность (в 3-х мерном случае – сферу), на которой должна быть расположена точка вашего положения. На практике, если вышеуказанное расстояние, т.е. радиус, достаточно велик, то можно заменить дугу окружности отрезком прямой линии. Если провести несколько таких линий, соответствующих разным реперным ориентирам, то точка их пересечения укажет ваше местоположение. В GPS роль таких реперов играют две дюжины спутников, движущихся каждый по своей орбите на высоте ~ 17 000 км над поверхностью Земли. Скорость их движения весьма велика, однако параметры орбиты и их текущее местонахождение с высокой точностью известны бортовым компьютерам.Важной частью любого GPS-навигатора является обычный приемник, работающий на фиксированной частоте и постоянно «прослушивающий» сигналы, передаваемые этими спутниками. Каждый из спутников постоянно излучает радиосигнал, в котором содержатся данные о параметрах его орбиты, состоянии бортового оборудования и о точном времени. Изо всей этой информации данные о точном бортовом времени являются наиболее важными: GPS-приемник с помощью встроенного процессора вычисляет промежуток времени между посылкой и получением сигнала, затем умножает его на скорость распространения радиоволн и т.о. узнает расстояние между спутником и приемником.