Ιστορία του GPS. Πώς να διαβάσετε τις συντεταγμένες GPS συσκευών πλοήγησης GPS

Δορυφόρος GPS σε τροχιά

Η βασική αρχή της χρήσης του συστήματος είναι ο προσδιορισμός της θέσης μετρώντας τα χρονικά σημεία λήψης ενός συγχρονισμένου σήματος από τους δορυφόρους πλοήγησης στον καταναλωτή. Η απόσταση υπολογίζεται από τον χρόνο καθυστέρησης μετάδοσης του σήματος από την αποστολή του από τον δορυφόρο έως τη λήψη του από την κεραία του δέκτη GPS. Δηλαδή, για τον προσδιορισμό των τρισδιάστατων συντεταγμένων, ο δέκτης GPS πρέπει να έχει τέσσερις εξισώσεις: «η απόσταση είναι ίση με το γινόμενο της ταχύτητας του φωτός και τη διαφορά μεταξύ των στιγμών λήψης του σήματος του καταναλωτή και της στιγμής του σύγχρονη ακτινοβολία από τους δορυφόρους»:

Εδώ: - η θέση του -ου δορυφόρου, - η στιγμή λήψης του σήματος από τον -ο δορυφόρο σύμφωνα με το ρολόι του καταναλωτή, - η άγνωστη χρονική στιγμή της σύγχρονης εκπομπής του σήματος από όλους τους δορυφόρους σύμφωνα με ρολόι του καταναλωτή, - η ταχύτητα του φωτός, - η άγνωστη τρισδιάστατη θέση του καταναλωτή.

Ιστορία

Η ιδέα της δημιουργίας δορυφορικής πλοήγησης γεννήθηκε τη δεκαετία του '50. Τη στιγμή που η ΕΣΣΔ εκτόξευσε τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο της Γης, Αμερικανοί επιστήμονες με επικεφαλής τον Richard Kershner παρατήρησαν το σήμα που προερχόταν από τον σοβιετικό δορυφόρο και διαπίστωσαν ότι λόγω του φαινομένου Doppler, η συχνότητα του λαμβανόμενου σήματος αυξάνεται καθώς πλησιάζει ο δορυφόρος και μειώνεται καθώς απομακρύνεται. Η ουσία της ανακάλυψης ήταν ότι εάν γνωρίζετε ακριβώς τις συντεταγμένες σας στη Γη, τότε καθίσταται δυνατή η μέτρηση της θέσης και της ταχύτητας του δορυφόρου και αντίστροφα, γνωρίζοντας την ακριβή θέση του δορυφόρου, μπορείτε να προσδιορίσετε τη δική σας ταχύτητα και συντεταγμένες .

Αυτή η ιδέα υλοποιήθηκε μετά από 20 χρόνια. Το 1973 ξεκίνησε το πρόγραμμα DNSS, το οποίο αργότερα μετονομάστηκε σε Navstar-GPS και στη συνέχεια GPS. Ο πρώτος δοκιμαστικός δορυφόρος εκτοξεύτηκε στις 14 Ιουλίου 1974 και ο τελευταίος από τους 24 δορυφόρους που χρειάζονταν για την κάλυψη ολόκληρης της επιφάνειας της γης εκτοξεύτηκε το 1993, οπότε τέθηκε σε λειτουργία το GPS. Κατέστη δυνατή η χρήση GPS για την ακριβή στόχευση πυραύλων σε ακίνητα και στη συνέχεια σε κινούμενα αντικείμενα στον αέρα και στο έδαφος.

Αρχικά, το GPS, το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης, αναπτύχθηκε ως ένα καθαρά στρατιωτικό έργο. Αλλά μετά την κατάρριψη αεροπλάνου της Korean Airlines με 269 επιβάτες που εισέβαλε στον εναέριο χώρο της Σοβιετικής Ένωσης το 1983 λόγω αποπροσανατολισμού του πληρώματος στο διάστημα, ο πρόεδρος των ΗΠΑ Ρόναλντ Ρίγκαν, προκειμένου να αποτρέψει παρόμοιες τραγωδίες στο μέλλον, επέτρεψε μερική χρήση του συστήματος πλοήγησης για πολιτικούς σκοπούς. Προκειμένου να αποφευχθεί η χρήση του συστήματος για στρατιωτικούς σκοπούς, η ακρίβεια μειώθηκε με ειδικό αλγόριθμο. [ διευκρινίζω]

Στη συνέχεια εμφανίστηκαν πληροφορίες ότι ορισμένες εταιρείες είχαν αποκρυπτογραφήσει τον αλγόριθμο για τη μείωση της ακρίβειας στη συχνότητα L1 και αντιστάθμισαν επιτυχώς αυτό το στοιχείο του σφάλματος. Το 2000, ο Πρόεδρος των ΗΠΑ Μπιλ Κλίντον κατάργησε αυτή τη χονδρική ακρίβεια με διάταγμά του.

δορυφόρους

ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ	Περίοδος εκτοξεύει	Εκτοξεύσεις δορυφόρου				δουλειά τώρα
ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ	Περίοδος εκτοξεύει	Ξεκίνα κουτάβι	Δεν επιτυχώς	Παω σε- ανατροπές	Σχέδιο- ροβάνο	δουλειά τώρα
Εγώ	1978-1985	10	1	0	0	0
II	1989-1990	9	0	0	0	0
ΙΙΑ	1990-1997	19	0	0	0	11
IIR	1997-2004	12	1	0	0	12
IIR-M	2005-2009	8	0	0	0	7
IIF	2010-2011	2	0	10	0	2
ΙΙΙΑ	2014-?	0	0	0	12	0
Σύνολο		59	2	10	12	31
(Τελευταία ενημέρωση δεδομένων: 9 Οκτωβρίου 2011)

Τεχνική υλοποίηση

διαστημικούς δορυφόρους

Ένας δορυφόρος που δεν εκτοξεύτηκε εκτίθεται σε ένα μουσείο. Θέα από την πλευρά των κεραιών.

Δορυφορικές τροχιές

Τροχιές δορυφόρων GPS. Ένα παράδειγμα ορατότητας δορυφόρων από ένα από τα σημεία στην επιφάνεια της Γης. Visible sat είναι ο αριθμός των δορυφόρων που είναι ορατοί πάνω από τον ορίζοντα του παρατηρητή υπό ιδανικές συνθήκες (καθαρό πεδίο).

Ο δορυφορικός αστερισμός του συστήματος NAVSTAR περιστρέφεται γύρω από τη Γη σε κυκλικές τροχιές με το ίδιο ύψος και περίοδο περιστροφής για όλους τους δορυφόρους. Μια κυκλική τροχιά με υψόμετρο περίπου 20.200 km είναι μια ημερήσια πολλαπλή τροχιά με περίοδο τροχιάς 11 ώρες 58 λεπτά. Έτσι, ο δορυφόρος κάνει δύο τροχιές γύρω από τη Γη σε μια αστρική ημέρα (23 ώρες 56 λεπτά). Η τροχιακή κλίση (55°) είναι επίσης κοινή σε όλους τους δορυφόρους του συστήματος. Η μόνη διαφορά μεταξύ των τροχιών των δορυφόρων είναι το γεωγραφικό μήκος του ανερχόμενου κόμβου ή το σημείο στο οποίο το επίπεδο της τροχιάς του δορυφόρου τέμνει τον ισημερινό: αυτά τα σημεία απέχουν περίπου 60 μοίρες μεταξύ τους. Έτσι, παρά τις ίδιες (εκτός από το μήκος του ανερχόμενου κόμβου) τροχιακές παραμέτρους, οι δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τη Γη σε έξι διαφορετικά επίπεδα, 4 δορυφόρους στο καθένα.

Χαρακτηριστικά RF

Οι δορυφόροι εκπέμπουν σήματα ανοιχτά για χρήση στις ζώνες: L1=1575,42 MHz και L2=1227,60 MHz (ξεκινώντας από το Block IIR-M), και τα μοντέλα IIF θα ακτινοβολούν επίσης σε L5=1176,45 MHz. Οι πληροφορίες πλοήγησης μπορούν να ληφθούν από την κεραία (συνήθως σε οπτική επαφή με τους δορυφόρους) και να υποβληθούν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας δέκτη GPS.

Ο τυπικός κωδικός ακριβείας (κωδικός C/A - διαμόρφωση BPSK (1)) που μεταδίδεται στη ζώνη L1 (και το σήμα L2C (διαμόρφωση BPSK) στη ζώνη L2 που ξεκινά με συσκευές IIR-M) διανέμεται χωρίς περιορισμούς στη χρήση. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε στο L1, το τεχνητό χοντρό σήμα (επιλεκτική λειτουργία πρόσβασης - SA) έχει απενεργοποιηθεί από τον Μάιο του 2000. Από το 2007, οι Ηνωμένες Πολιτείες εγκατέλειψαν οριστικά την τεχνική της τεχνητής χονδρόκοψης. Σχεδιάζεται να εισαχθεί ένα νέο σήμα L1C (διαμόρφωση BOC(1,1)) στη ζώνη L1 με την κυκλοφορία συσκευών Block III. Θα έχει συμβατότητα προς τα πίσω, βελτιωμένη δυνατότητα παρακολούθησης διαδρομής και είναι πιο συμβατό με τα σήματα Galileo L1.

Για στρατιωτικούς χρήστες, τα σήματα στις μπάντες L1 / L2 είναι επιπλέον διαθέσιμα, διαμορφωμένα με έναν ανθεκτικό στον θόρυβο κωδικό P (Y) κρυπτο-ανθεκτικό (διαμόρφωση BPSK (10)). Ξεκινώντας με συσκευές IIR-M, τέθηκε σε λειτουργία ένας νέος κωδικός M (χρησιμοποιείται διαμόρφωση BOC (15,10). Η χρήση του M-code καθιστά δυνατή τη διασφάλιση της λειτουργίας του συστήματος στο πλαίσιο της έννοιας Navwar (navigation war). Ο κωδικός M μεταδίδεται στις υπάρχουσες συχνότητες L1 και L2. Αυτό το σήμα έχει αυξημένη ασυλία θορύβου και αρκεί να προσδιοριστούν οι ακριβείς συντεταγμένες (στην περίπτωση του κωδικού P, ήταν επίσης απαραίτητο να ληφθεί ο κωδικός C / A). Ένα άλλο χαρακτηριστικό του M-code θα είναι η δυνατότητα μετάδοσής του για μια συγκεκριμένη περιοχή με διάμετρο αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων, όπου η ισχύς του σήματος θα είναι 20 ντεσιμπέλ υψηλότερη. Το συμβατικό σήμα M είναι ήδη διαθέσιμο σε δορυφόρους IIR-M, ενώ η στενή δέσμη θα είναι διαθέσιμη μόνο σε δορυφόρους GPS-III.

Με την εκτόξευση του δορυφόρου IIF, εισήχθη μια νέα συχνότητα L5 (1176,45 MHz). Αυτό το σήμα ονομάζεται επίσης ασφάλεια ζωής (προστασία της ανθρώπινης ζωής). Το σήμα L5 είναι 3 dB ισχυρότερο από το μη στρατιωτικό σήμα και έχει εύρος ζώνης 10 φορές μεγαλύτερο. Το σήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κρίσιμες καταστάσεις που σχετίζονται με απειλή για την ανθρώπινη ζωή. Το πλήρες σήμα θα χρησιμοποιηθεί μετά το 2014.

Τα σήματα διαμορφώνονται με δύο τύπους ψευδοτυχαίων ακολουθιών (PRN): C/A-code και P-code. Το C/A (Clear access) - δημόσιος κωδικός - είναι ένα PRN με περίοδο επανάληψης 1023 κύκλων και ρυθμό επανάληψης παλμού 1023 MHz. Με αυτόν τον κωδικό λειτουργούν όλοι οι μη στρατιωτικοί δέκτες GPS. Ο κωδικός P (Protected/precise) χρησιμοποιείται σε συστήματα κλειστά για γενική χρήση, η περίοδος επανάληψης του είναι 2*1014 κύκλοι. Τα σήματα διαμορφωμένα με κωδικό P μεταδίδονται σε δύο συχνότητες: L1 = 1575,42 MHz και L2 = 1227,6 MHz. Ο κωδικός C/A μεταδίδεται μόνο στη συχνότητα L1. Ο μεταφορέας, εκτός από τους κωδικούς PRN, διαμορφώνεται επίσης από ένα μήνυμα πλοήγησης.

Δορυφορικός τύπος	GPS II	GPS-IIA	GPS-IIR	GPS IIRM	GPS-IIF
Βάρος, kg	885	1500	2000	2000	2170
Διάρκεια ζωής	7.5	7.5	10	10	15
Ώρα εν πλω	Cs	Cs	Rb	Rb	Rb+Cs
διαδορυφορική σύνδεση	-	+	+	+	+
Αυτονόμος δουλειά, μέρες	14	180	180	180	>60
Αντι-ακτινοβολία ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ	-	-	+	+	+
Κεραία	-	-	βελτιωμένη	βελτιωμένη	βελτιωμένη
Δυνατότητα προσαρμογής σε τροχιά και δύναμη αερομεταφερόμενος πομπός	+	+	++	+++	++++
ναυτιλιακός σήμα	L1:C/A+P L2: P	L1:C/A+P L2: P	L1:C/A+P L2: P	L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M	L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M L5:C

24 δορυφόροι παρέχουν 100% λειτουργικότητα του συστήματος οπουδήποτε στον κόσμο, αλλά δεν μπορούν πάντα να παρέχουν αξιόπιστη λήψη και καλό υπολογισμό θέσης. Επομένως, προκειμένου να αυξηθεί η ακρίβεια εντοπισμού θέσης και η επιφύλαξη σε περίπτωση αστοχιών, ο συνολικός αριθμός των δορυφόρων σε τροχιά διατηρείται σε μεγαλύτερο αριθμό (31 δορυφόροι τον Μάρτιο του 2010).

Σταθμοί ελέγχου εδάφους του διαστημικού τμήματος

Κύριο άρθρο: επίγειο τμήμα του συστήματος δορυφορικής πλοήγησης

Ο τροχιακός αστερισμός παρακολουθείται από τον κύριο σταθμό ελέγχου που βρίσκεται στην αεροπορική βάση Schriever, Κολοράντο, ΗΠΑ και με τη βοήθεια 10 σταθμών παρακολούθησης, από τους οποίους τρεις σταθμοί είναι ικανοί να στέλνουν δεδομένα διόρθωσης στους δορυφόρους με τη μορφή ραδιοφωνικών σημάτων με συχνότητα 2000-4000 MHz. Η τελευταία γενιά δορυφόρων διανέμει τα δεδομένα που λαμβάνονται μεταξύ άλλων δορυφόρων.

Εφαρμογή GPS

Δέκτης σήματος GPS

Παρά το γεγονός ότι το έργο GPS αρχικά είχε ως στόχο στρατιωτικούς σκοπούς, σήμερα το GPS χρησιμοποιείται ευρέως για πολιτικούς σκοπούς. Οι δέκτες GPS πωλούνται σε πολλά καταστήματα ηλεκτρονικών ειδών και είναι ενσωματωμένοι σε κινητά τηλέφωνα, smartphone, PDA και ενσωματωμένες συσκευές. Στους καταναλωτές προσφέρονται επίσης διάφορες συσκευές και προϊόντα λογισμικού που τους επιτρέπουν να βλέπουν την τοποθεσία τους σε έναν ηλεκτρονικό χάρτη. να έχουν τη δυνατότητα χάραξης διαδρομών λαμβάνοντας υπόψη τα οδικά σήματα, τις επιτρεπόμενες στροφές και ακόμη και την κυκλοφοριακή συμφόρηση· αναζήτηση στο χάρτη για συγκεκριμένα σπίτια και δρόμους, αξιοθέατα, καφετέριες, νοσοκομεία, βενζινάδικα και άλλες υποδομές.

Υπήρξαν προτάσεις για την ενοποίηση συστημάτων Iridium και GPS.

Ακρίβεια

Τα στοιχεία που επηρεάζουν το σφάλμα ενός μεμονωμένου δορυφόρου σε μια μέτρηση ψευδοαπόστασης δίνονται παρακάτω:

Πηγή σφάλματος	Σφάλμα RMS, m
Αστάθεια γεννήτριας	6,5
Καθυστέρηση στον εποχούμενο εξοπλισμό	1,0
Η αβεβαιότητα της χωρικής θέσης του δορυφόρου	2,0
Άλλα σφάλματα διαστημικού τμήματος	1,0
Εφημερίς ανακρίβεια	8,2
Άλλα σφάλματα τμήματος γείωσης	1,8
Ιονοσφαιρική καθυστέρηση	4,5
Τροποσφαιρική καθυστέρηση	3,9
Σφάλμα θορύβου δέκτη	2,9
πολλαπλών διαδρομών	2,4
Άλλα σφάλματα τμήματος χρήστη	1,0
Ολικό σφάλμα	13,1

Το συνολικό σφάλμα δεν είναι ίσο με το άθροισμα των συστατικών.

Η τυπική ακρίβεια των σύγχρονων δεκτών GPS στο οριζόντιο επίπεδο είναι περίπου 6-8 μέτρα με καλή δορυφορική ορατότητα και χρήση αλγορίθμων διόρθωσης. Στην επικράτεια των ΗΠΑ, του Καναδά, της Ιαπωνίας, της Κίνας, της Ευρωπαϊκής Ένωσης και της Ινδίας, υπάρχουν σταθμοί WAAS, EGNOS, MSAS κ.λπ., που μεταδίδουν διορθώσεις για τη διαφορική λειτουργία, γεγονός που μειώνει το σφάλμα σε 1-2 μέτρα σε αυτές τις χώρες . Όταν χρησιμοποιείτε πιο πολύπλοκες διαφορικές λειτουργίες, η ακρίβεια του προσδιορισμού των συντεταγμένων μπορεί να αυξηθεί στα 10 εκ. Η ακρίβεια οποιουδήποτε SNS εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το άνοιγμα του χώρου, από το ύψος των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται πάνω από τον ορίζοντα.

Στο εγγύς μέλλον, όλες οι συσκευές του τρέχοντος προτύπου GPS θα αντικατασταθούν από μια νεότερη έκδοση του GPS IIF, η οποία έχει πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της μεγαλύτερης αντοχής στις παρεμβολές.

Αλλά το κύριο πράγμα είναι ότι το GPS IIF παρέχει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισμό των συντεταγμένων. Εάν οι τρέχοντες δορυφόροι παρέχουν ακρίβεια 6 μέτρων, τότε οι νέοι δορυφόροι θα μπορούν να προσδιορίσουν τη θέση, όπως αναμένεται, με ακρίβεια τουλάχιστον 60-90 cm.Εάν αυτή η ακρίβεια δεν είναι μόνο για στρατιωτικές, αλλά και για μη στρατιωτικές εφαρμογές, τότε αυτά είναι καλά νέα για τους κατόχους πλοηγών GPS.

Από τον Οκτώβριο του 2011, οι δύο πρώτοι δορυφόροι από τη νέα έκδοση εκτοξεύτηκαν σε τροχιά: ο GPS IIF SV-1 που εκτοξεύτηκε το 2010 και ο GPS IIF-2 που εκτοξεύτηκε στις 16 Ιουλίου 2011.

Συνολικά, η αρχική σύμβαση προέβλεπε την εκτόξευση 33 δορυφόρων GPS νέας γενιάς, αλλά στη συνέχεια, λόγω τεχνικών προβλημάτων, η έναρξη της εκτόξευσης αναβλήθηκε από το 2006 στο 2010 και ο αριθμός των δορυφόρων μειώθηκε από 33 σε 12. από αυτά θα τεθούν σε τροχιά στο εγγύς μέλλον.

Η βελτιωμένη ακρίβεια της νέας γενιάς δορυφόρων GPS γίνεται δυνατή με τη χρήση πιο ακριβών ατομικών ρολογιών. Επειδή οι δορυφόροι ταξιδεύουν με περίπου 14.000 km/h (3.874 km/s) (πρώτη ταχύτητα διαφυγής στα 20.200 km), η βελτίωση της χρονικής ακρίβειας ακόμη και στο έκτο ψηφίο είναι κρίσιμη για τον τριγωνισμό.

Ελαττώματα

Ένα κοινό μειονέκτημα της χρήσης οποιουδήποτε συστήματος ραδιοπλοήγησης είναι ότι υπό ορισμένες συνθήκες, το σήμα μπορεί να μην φτάσει στον δέκτη, ή φτάνουν με σημαντική παραμόρφωση ή καθυστέρηση. Για παράδειγμα, είναι σχεδόν αδύνατο να προσδιορίσετε την ακριβή θέση σας στα βάθη ενός διαμερίσματος μέσα σε ένα κτίριο από οπλισμένο σκυρόδεμα, σε υπόγειο ή σε σήραγγα, ακόμη και με επαγγελματικούς γεωδαιτικούς δέκτες. Δεδομένου ότι η συχνότητα λειτουργίας του GPS βρίσκεται στη δεκατιανή περιοχή των ραδιοκυμάτων, το επίπεδο λήψης σήματος από δορυφόρους μπορεί να επιδεινωθεί σοβαρά κάτω από πυκνό φύλλωμα δέντρων ή λόγω πολύ βαρέων νεφών. Η κανονική λήψη των σημάτων GPS μπορεί να καταστραφεί από παρεμβολές από πολλές επίγειες πηγές ραδιοφώνου, καθώς και (σε σπάνιες περιπτώσεις) από μαγνητικές καταιγίδες ή να δημιουργηθεί σκόπιμα από "παραβίαση" (αυτή η μέθοδος αντιμετώπισης δορυφορικών συναγερμών αυτοκινήτων χρησιμοποιείται συχνά από κλέφτες αυτοκινήτων ).

Η χαμηλή κλίση των τροχιών GPS (περίπου 55) υποβαθμίζει σοβαρά την ακρίβεια στις περιπολικές περιοχές της Γης, καθώς οι δορυφόροι GPS δεν ανεβαίνουν πολύ ψηλά πάνω από τον ορίζοντα.

Βασικό χαρακτηριστικό του GPS είναι η πλήρης εξάρτηση των συνθηκών λήψης σήματος από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ.

Τώρα [ πότε?] Το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ αποφάσισε να ξεκινήσει μια πλήρη αναβάθμιση του συστήματος GPS. Είχε προγραμματιστεί εδώ και πολύ καιρό, αλλά μόλις τώρα μπόρεσε να ξεκινήσει το έργο. Κατά τη διάρκεια της αναβάθμισης, οι παλιοί δορυφόροι θα αντικατασταθούν με νέους που έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί από τη Lockheed Martin και την Boeing. Υποστηρίζεται ότι θα μπορούν να παρέχουν ακρίβεια τοποθέτησης με σφάλμα 0,5 μέτρων.

Η υλοποίηση αυτού του προγράμματος θα διαρκέσει [ οι οποίες?] χρόνος. Το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ υποστηρίζει ότι θα είναι δυνατή η πλήρης ολοκλήρωση της αναβάθμισης του συστήματος μόνο μετά από 10 χρόνια. Ο αριθμός των δορυφόρων δεν θα αλλάξει, θα εξακολουθούν να είναι 30: 24 σε λειτουργία και 6 σε αναμονή.

ιστορική αναδρομή

1973	Απόφαση για την ανάπτυξη συστήματος δορυφορικής πλοήγησης
1974-1979	Δοκιμή συστήματος
1977	Λήψη σήματος από επίγειο σταθμό που προσομοιώνει δορυφόρο συστήματος
1978-1985	Εκτόξευση έντεκα δορυφόρων της πρώτης ομάδας (Block I)
1979	Μείωση της χρηματοδότησης του προγράμματος. Η απόφαση για εκτόξευση 18 δορυφόρων αντί για τους προγραμματισμένους 24.
1980	Σε σχέση με την απόφαση να περιοριστεί το πρόγραμμα χρήσης δορυφόρων Vela για την παρακολούθηση πυρηνικών εκρήξεων, αποφασίστηκε να ανατεθούν αυτές οι λειτουργίες σε δορυφόρους GPS. Εκτόξευση των πρώτων δορυφόρων εξοπλισμένων με αισθητήρες για την ανίχνευση πυρηνικών εκρήξεων.
1980-1982	Περαιτέρω περικοπές στη χρηματοδότηση του προγράμματος
1983	Μετά τον θάνατο του αεροσκάφους της εταιρείας Korean Airlinesκαταρρίφθηκε πάνω από την επικράτεια της ΕΣΣΔ, ελήφθη απόφαση να δοθεί σήμα στις πολιτικές υπηρεσίες.
1986	Ο θάνατος του διαστημικού λεωφορείου Διαστημικό λεωφορείο "Challenger"ανέστειλε την ανάπτυξη του προγράμματος, καθώς το τελευταίο είχε προγραμματιστεί να εκτοξεύσει τη δεύτερη ομάδα δορυφόρων σε τροχιά. Ως αποτέλεσμα, το όχημα εκτόξευσης Delta επιλέχθηκε ως κύριο όχημα.
1988	Η απόφαση να αναπτυχθεί ένας τροχιακός αστερισμός 24 δορυφόρων. 18 δορυφόροι δεν είναι σε θέση να εξασφαλίσουν την ομαλή λειτουργία του συστήματος.
1989	Ενεργοποίηση δορυφόρων της δεύτερης ομάδας
1990-1991	Προσωρινή διακοπή λειτουργίας ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ(Αγγλικά) επιλεκτική διαθεσιμότητα- δημιουργήθηκε τεχνητά για μη εξουσιοδοτημένους χρήστες που στρογγυλεύουν την τοποθεσία στα 100 μέτρα) λόγω του Πολέμου του Κόλπου και της έλλειψης στρατιωτικών μοντέλων δεκτών. Συμπερίληψη ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ 1 Ιουνίου 1991.
08.12.1993	Μήνυμα ετοιμότητας συστήματος Αρχική επιχειρησιακή ικανότητα ). Την ίδια χρονιά λήφθηκε οριστική απόφαση για παροχή σήματος δωρεάν χρήσης σε δημόσιες υπηρεσίες και ιδιώτες.
1994	Ο δορυφορικός αστερισμός ολοκληρώθηκε
17.07.1995	Πλήρης ετοιμότητα συστήματος Πλήρης επιχειρησιακή ικανότητα)
01.05.2000	ΤΕΡΜΑΤΙΣΜΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑγια μη στρατιωτικούς χρήστες, επομένως η ακρίβεια προσδιορισμού έχει αυξηθεί από 100 σε 20 μέτρα
26.06.2004	Υπογραφή κοινής δήλωσης για τη συμπληρωματικότητα και τη διαλειτουργικότητα μεταξύ Galileo και GPS 1
Δεκέμβριος 2006	Ρωσοαμερικανικές διαπραγματεύσεις για συνεργασία στον τομέα της διασφάλισης της συμπληρωματικότητας των διαστημικών συστημάτων πλοήγησης GLONASS και GPS.²

δείτε επίσης

Transit (πρώτο σύστημα δορυφορικής πλοήγησης, δεκαετία 1960 - 1996)
Galileo (Ευρωπαϊκό σύστημα πλοήγησης)
GLONASS (Ρωσικό σύστημα πλοήγησης)

Σημειώσεις

Βιβλιογραφία

Αλεξάντροφ Ι.Διαστημικό σύστημα ραδιοπλοήγησης NAVSTAR (Ρωσικά) // Ξένη στρατιωτική επιθεώρηση. - Μ., 1995. - Νο. 5. - Σ. 52-63. - ISSN 0134-921X.
Κοζλόφσκι Ε.Η τέχνη της τοποθέτησης // Σε όλο τον κόσμο. - Μ., 2006. - Νο. 12 (2795). - S. 204-280.
Shebshaevich V. S., Dmitriev P. P., Ivantsev N. V. et al.Συστήματα δορυφορικής ραδιοπλοήγησης δικτύου / εκδ. V. S. Shebshaevich. - 2η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον - Μ .: Ραδιόφωνο και επικοινωνία, 1993. - 408 σελ. - ISBN 5-256-00174-4

Συνδέσεις

Επίσημα έγγραφα και προδιαγραφές

Επίσημος ιστότοπος της κυβέρνησης των ΗΠΑ και το σύστημα GPS με την ιδιότητα του δορυφορικού αστερισμού (αγγλ.)

Επεξηγήσεις Εργασίας

Παγκόσμια Δορυφορικά Συστήματα Πλοήγησης (GNSS). Πως δουλεύει? , gps-club.ru

Συμβατότητα με Gallileo και GLONASS

Galileo και GPS
Κοινή δήλωση σχετικά με τη συμπληρωματικότητα και τη συμβατότητα GLONASS και GPS ( (μη διαθέσιμος σύνδεσμος), αντίγραφο)

Διάφορα

Συστήματα πλοήγησης

Δορυφόρος

ιστορικός	Τζιτζίκι διέλευσης/Κυκλώνας
Τρέχουσα παγκόσμια	GPSΓΚΛΟΝΑΣΣ
Τρέχουσα περιφερειακή	Beidou/Πυξίδα Galileo
Προβαλλόμενη	IRNSS QZSS

Εδαφος

Omega Alpha Loran-C

Όπως γνωρίζουμε οι περισσότεροι από εμάς, η Γη εμφανίζεται σε σχήμα κοντά σε μια μπάλα, αλλά όλοι γνωρίζουν ότι δεν είναι μπάλα. Μια διαφορά που είναι πολύ σημαντική για ακριβή συστήματα πλοήγησης και συντεταγμένων. Η πολύπλοκη επιφάνεια της Γης ονομαζόταν γεωειδές τον 19ο αιώνα. Η επιφάνεια του γεωειδούς συμπίπτει με την επιφάνεια των θαλασσών και των ωκεανών σε ήρεμη κατάσταση και ουσιαστικά συνεχίζει κάτω από τις ηπείρους.

Συστήματα συντεταγμένων για GPS-πλοηγούς, γεωγραφικές συντεταγμένες.

Η Γη, το σχήμα και οι συντεταγμένες της.

Για πρακτική εφαρμογή, χρησιμοποιούνται ευρέως δύο μοντέλα του σχήματος της Γης: σφαιρικό με απλοποιημένη αναπαράστασή της με τη μορφή μπάλας με ακτίνα 6371,1 χιλιομέτρων και σφαιροειδές με τη μορφή έλλειψης περιστροφής (ελλειψοειδές). Εννοείται ως ένα γεωμετρικό σχήμα, το οποίο σχηματίζεται από την περιστροφή μιας έλλειψης γύρω από τον δευτερεύοντα άξονά της. Οι διαστάσεις του ελλειψοειδούς της περιστροφής, ο προσανατολισμός και η θέση του σε σχέση με το κέντρο μάζας της Γης μπορούν να ποικίλουν για να επιτευχθεί η μεγαλύτερη ακρίβεια προσέγγισης στην πραγματική επιφάνεια της γης. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι κάθε μοντέλο που χρησιμοποιείται έχει το δικό του σύστημα συντεταγμένων.

Όταν μιλάμε για οποιοδήποτε σύστημα συντεταγμένων, εννοούμε και το αντίστοιχο ελλειψοειδές μοντέλο. Δεν είναι όμως όλες αυτές οι διαφορές που πρέπει να γνωρίζει ο χρήστης του συστήματος GPS. Εάν οι παράμετροι του ελλειψοειδούς επιλεχθούν για τη Γη συνολικά, τότε ένα τέτοιο ελλειψοειδές ονομάζεται ελλειψοειδές κοινής γης (GGE). Προκειμένου να περιγραφεί μια τοπική (μερική) περιοχή της επιφάνειας της Γης με μεγαλύτερη ακρίβεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ελλειψοειδές με άλλες παραμέτρους.

Ένα τέτοιο ελλειψοειδές, νομικά αποδεκτό για τη μέτρηση και την επεξεργασία γεωδαιτικών δεδομένων, ονομάζεται ελλειψοειδές αναφοράς (RE) και το σύστημα συντεταγμένων που σχηματίζει ονομάζεται αναφορά. Στο ελλειψοειδές αναφοράς, ο δευτερεύων άξονά του δεν συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής της Γης, αλλά πρέπει να είναι παράλληλος με αυτόν. Στον ΟΣΕ, ο ημιμικρός άξονας συμπίπτει πάντα με τον άξονα περιστροφής και το κέντρο του ελλειψοειδούς συμπίπτει με το κέντρο μάζας της Γης.

Στην επικράτεια της CIS, χρησιμοποιούνται δύο παγκόσμια συστήματα συντεταγμένων, το PZ-90 και το International WGS-84 (Wordl Geodetic System 1984). Οι αριθμοί στον χαρακτηρισμό του συστήματος υποδεικνύουν το έτος δημιουργίας του. Και τα δύο συστήματα είναι κοντά το ένα στο άλλο. Το PZ-90 χρησιμοποιείται στο CIS για γεωδαιτική υποστήριξη τροχιακών πτήσεων και το WGS-84 χρησιμοποιείται παγκοσμίως για την επεξεργασία δορυφορικών μετρήσεων GPS. Τα ρωσικά συστήματα αναφοράς περιλαμβάνουν τα συστήματα SK-42 (Pulkovo) και SK-95. Και τα δύο συστήματα χρησιμοποιούν το ελλειψοειδές Krasovsky (που εισήχθη από το 1946) και χρησιμοποιούνται σε γεωδαιτικές και χαρτογραφικές εργασίες.

Συστήματα συντεταγμένων για πλοηγούς GPS.

Κατά την πλοήγηση και τη χρήση πλοηγών GPS, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσετε ότι η εμφάνιση θέσεων GPS σε χάρτες με διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων χωρίς επανυπολογισμό τους θα οδηγήσει σε μεγάλα σφάλματα. Επομένως, τα προγράμματα χαρτογράφησης χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή δεδομένων, για παράδειγμα, από το σύστημα WGS-84 σε τοπικά συστήματα συντεταγμένων. Ευτυχώς, οι χρήστες φορητών πλοηγών GPS δεν αντιμετωπίζουν καθόλου αυτό το πρόβλημα. Όταν χρησιμοποιείτε έναν χάρτινο χάρτη με ένα πλέγμα συντεταγμένων μαζί με έναν πλοηγό GPS, είναι απαραίτητο να ελέγξετε τη σύμπτωση των συστημάτων συντεταγμένων του χάρτη και του πλοηγού.

Εάν είναι απαραίτητο, μπορείτε να προσαρμόσετε το σύστημα συντεταγμένων του πλοηγού ορίζοντας παραμέτρους σε αυτό, που ονομάζονται δεδομένα, που αντιστοιχούν στον φορτωμένο χάρτη ή επιλέγοντας ένα προσαρμοσμένο σημείο αναφοράς. Στη συνέχεια, ο πλοηγός θα εκτελέσει αυτόματα τον μετασχηματισμό συντεταγμένων. Το δεδομένο είναι ένα γεωδαιτικό σύστημα συντεταγμένων, που καθορίζεται μοναδικά από το μέγεθος του ελλειψοειδούς του και τη θέση του σε σχέση με το κέντρο της Γης. Ο αριθμός των διαφορετικών δεδομένων, ή πιο απλά - συστημάτων συντεταγμένων που χρησιμοποιούνται στην παγκόσμια χαρτογραφία, είναι πάνω από εκατό. Έχουν προταθεί διαφορετικά δεδομένα προκειμένου να επιτευχθεί η καλύτερη προσέγγιση του μοντέλου που ορίζουν με την πραγματική επιφάνεια της Γης σε μια δεδομένη περιοχή.

Για παράδειγμα, το τοπικό σημείο αναφοράς NAD-27 της Βόρειας Αμερικής έχει σχεδιαστεί για να αντιπροσωπεύει καλύτερα τη Βόρεια Αμερική, ενώ το τοπικό ευρωπαϊκό δεδομένο ED-50 έχει σχεδιαστεί για χρήση στην Ευρώπη. Τα τοπικά δεδομένα δεν μπορούν να εφαρμοστούν εκτός της περιοχής για την οποία αναπτύχθηκαν. Για τη διευκόλυνση του χρήστη των πλοηγών GPS, οι παράμετροι πολλών δεδομένων αποθηκεύονται στη μνήμη τους, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση ηλεκτρονικών χαρτών από διάφορες πηγές σε αυτά χωρίς δυσκολίες.

Σε πολλά έγγραφα, υποδεικνύεται μια τροπολογία για τη μετάβαση από το σύστημα συντεταγμένων χαρτών στο διεθνές WGS-84, στο οποίο λειτουργεί το GPS. Για παράδειγμα, για να σχεδιάσετε ένα σημείο που βρίσκεται στην περιοχή της Βαλτικής Θάλασσας και της Λάντογκα με συντεταγμένες σύμφωνα με το σύστημα WGS-84 σε έναν ρωσικό χάρτη που κατασκευάστηκε στο σύστημα του Παρατηρητηρίου Pulkovo το 1942, είναι απαραίτητο να μετατοπιστεί αυτό το σημείο κατά 0,14 λεπτά ανατολικά. Στο γεωγραφικό πλάτος της Αγίας Πετρούπολης, η διαφορά αυτή αντιστοιχεί περίπου σε 130 μέτρα.

Γεωγραφικές συντεταγμένες.

Για τον προσδιορισμό της θέσης οποιουδήποτε αντικειμένου στην επιφάνεια της Γης, χρησιμοποιείται ένα σύστημα γεωγραφικών συντεταγμένων και δύο ειδικών σημείων - του Βόρειου και του Νότιου πόλου. Οι πόλοι είναι, ως γνωστόν, τα σημεία τομής του άξονα περιστροφής της Γης με την επιφάνεια του ελλειψοειδούς. Οι γεωγραφικές συντεταγμένες αναπαριστώνται πιο ξεκάθαρα σε ένα σφαιρικό μοντέλο της Γης. Σε αυτό, οι γεωγραφικές συντεταγμένες, γεωγραφικό πλάτος και μήκος, καθορίζονται χρησιμοποιώντας κύκλους που σχηματίζονται όταν το σφαιρικό μοντέλο της Γης κόβεται από επίπεδα: για γεωγραφικό πλάτος - στην οριζόντια κατεύθυνση και για γεωγραφικό μήκος - στην κατακόρυφη κατεύθυνση.

Ο κύκλος EQ, που σχηματίζεται στην επιφάνεια της μπάλας από ένα οριζόντιο επίπεδο κοπής κάθετο στον άξονα της γης και που διέρχεται από το κέντρο της μπάλας, ονομάζεται ισημερινός. Χωρίζει την υδρόγειο σε βόρειο και νότιο ημισφαίριο. Κύκλοι μικρών κύκλων, τα επίπεδα των οποίων είναι παράλληλα με το επίπεδο του ισημερινού, σχηματίζουν παράλληλα (PP). Οι κύκλοι που σχηματίζονται από επίπεδα που διέρχονται από τον άξονα της γης ονομάζονται μεσημβρινοί (γεωγραφικοί ή αληθινοί). Μεταξύ όλων των μεσημβρινών, είναι απαραίτητο να ξεχωρίσουμε τα αρχικά (μηδενικά) PnGP, που ονομάζονται μεσημβρινός του Γκρίνουιτς, καθώς διέρχεται από το αστρονομικό παρατηρητήριο στο Γκρίνουιτς (Αγγλία). Αυτός ο μεσημβρινός χωρίζει την υδρόγειο σε ανατολικό και δυτικό ημισφαίριο.

γεωγραφικό πλάτος.

Το γεωγραφικό πλάτος κάποιου σημείου στην επιφάνεια του σφαιροειδούς της γης είναι η γωνία μεταξύ του ισημερινού επιπέδου και της κανονικής (κάθετης γραμμής) σε αυτήν την επιφάνεια. Για το μοντέλο της Γης με τη μορφή μπάλας, το κανονικό συμπίπτει με τη γήινη ακτίνα OM που σύρεται μέσω ενός δεδομένου σημείου M στο κέντρο της μπάλας. Το γεωγραφικό πλάτος μετριέται από το τόξο του μεσημβρινού (γωνία MOL) από τον ισημερινό έως το παράλληλο του δεδομένου σημείου. Το Latitude παίρνει τιμές στην περιοχή από 0 έως 90 μοίρες. Εάν το σημείο βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο, τότε στο γεωγραφικό πλάτος αποδίδεται το όνομα N (βόρεια), εάν στο νότιο - S.

Γεωγραφικό μήκος.

Το γεωγραφικό μήκος ενός σημείου είναι η δίεδρη γωνία μεταξύ των επιπέδων του αρχικού (μηδενικού) μεσημβρινού και του μεσημβρινού που διέρχεται από ένα δεδομένο σημείο. Έτσι, το γεωγραφικό μήκος του σημείου Μ καθορίζεται από τη γωνία GOL. Το γεωγραφικό μήκος μετράται από το μικρότερο τόξο του ισημερινού, GL, και, για παράδειγμα, όχι από το τόξο GEQL. Τα γεωγραφικά μήκη μετρώνται ανατολικά ή δυτικά του πρώτου μεσημβρινού, από 0 έως 180 μοίρες.

Εάν το σημείο βρίσκεται στο ανατολικό ημισφαίριο, τότε στο γεωγραφικό μήκος αποδίδεται το όνομα E (ανατολικό), εάν στο δυτικό - W (δυτικό). Μερικές φορές, για τον προσδιορισμό των ημισφαιρίων ενός σημείου, χρησιμοποιούνται σύμβολα +/- σε συντεταγμένες. Επιπλέον, το σύμβολο μείον αποδίδεται σε συντεταγμένες που βρίσκονται στο νότιο και το δυτικό ημισφαίριο. Για γεωγραφικές συντεταγμένες σε πλοηγούς GPS, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μορφές:

- ddd.mm.ss.s - μοίρες, λεπτά, δευτερόλεπτα,
- ηη.ηηη - μοίρες, δεκαδικοί μοίρες,
— ddd.mm.mmmm — μοίρες, λεπτά, δεκαδικά κλάσματα λεπτών.

Βασισμένο στα υλικά του βιβλίου "All about GPS-navigators".
Naiman V.S., Samoilov A.E., Ilyin N.R., Sheinis A.I.

Πώς να διαβάσετε τις συντεταγμένες GPS. Πριν ξεκινήσουμε την ανάγνωση των συντεταγμένων GPS, είναι σημαντικό να έχετε καλή κατανόηση του συστήματος GPS και να έχετε βασικές γνώσεις σχετικά με τις γεωγραφικές γραμμές γεωγραφικού πλάτους και μήκους. Μόλις το καταλάβετε και διαβάσετε τις συντεταγμένες σας, μπορείτε να εξασκηθείτε με τα διαδικτυακά εργαλεία.

Εισαγωγή στο GPS

Το GPS σημαίνει Global Positioning System. ένα σύστημα που χρησιμοποιείται παγκοσμίως για πλοήγηση και γεωδαισία. Χρησιμοποιείται ευρέως για τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης σας σε οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειας της Γης και τη λήψη της τρέχουσας ώρας σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.

Αυτό γίνεται εφικτό από ένα δίκτυο 24 τεχνητών δορυφόρων που ονομάζονται δορυφόροι GPS που κινούνται γύρω από τη γη με μεγάλη ταχύτητα και ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα χαμηλής ισχύος, οι συσκευές μπορούν να επικοινωνούν με δορυφόρους για να εντοπίσουν την ακριβή τους θέση στον πλανήτη.

Αρχικά χρησιμοποιήθηκε μόνο από τον στρατό, το σύστημα GPS έγινε διαθέσιμο για πολιτική χρήση σχεδόν πριν από 30 χρόνια. Υποστηρίζεται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ.

Γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος

Το σύστημα GPS χρησιμοποιεί γεωγραφικές γραμμές γεωγραφικού πλάτους και μήκους για να παρέχει τις συντεταγμένες της τοποθεσίας ενός ατόμου ή της θέσης ενός αντικειμένου. Η ανάγνωση και η κατανόηση των συντεταγμένων GPS απαιτεί βασική κατανόηση της πλοήγησης χρησιμοποιώντας γραμμές γεωγραφικού πλάτους και μήκους. Η χρήση και των δύο συνόλων γραμμών παρέχει συντεταγμένες για διάφορες τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο.

Γραμμές γεωγραφικού πλάτους

Οι γραμμές γεωγραφικού πλάτους είναι οριζόντιες γραμμές που εκτείνονται από την ανατολή προς τη δύση σε όλη την υδρόγειο. Η μεγαλύτερη και πιο σημαντική γραμμή γεωγραφικού πλάτους ονομάζεται ισημερινός. Ο ισημερινός αναπαρίσταται ως 0° γεωγραφικό πλάτος.

Προχωρώντας βόρεια του ισημερινού, κάθε γραμμή γεωγραφικού πλάτους αυξάνεται κατά 1°. Έτσι θα υπάρχουν γραμμές γεωγραφικού πλάτους που αντιπροσωπεύουν 1°, 2°, 3° και ούτω καθεξής έως και 90°. Η παραπάνω εικόνα εμφανίζει μόνο τις γραμμές γεωγραφικού πλάτους 15°, 30°, 45°, 60°, 75° και 90° πάνω από τον ισημερινό. Θα παρατηρήσετε ότι η γραμμή γεωγραφικού πλάτους 90° απεικονίζεται ως ένα σημείο στον Βόρειο Πόλο.

Όλες οι γραμμές γεωγραφικού πλάτους πάνω από τον ισημερινό σημειώνονται με "N" για να υποδείξουν βόρεια του ισημερινού. Άρα έχουμε 15°Β, 30°Β, 45°Β και ούτω καθεξής.

Προχωρώντας νότια του ισημερινού, κάθε γραμμή γεωγραφικού πλάτους αυξάνεται επίσης κατά 1°. Θα υπάρχουν γραμμές γεωγραφικού πλάτους που αντιπροσωπεύουν 1°, 2°, 3° κ.λπ. έως και 90°. Η παραπάνω εικόνα δείχνει μόνο τις γραμμές γεωγραφικού πλάτους 15°, 30° και 45° κάτω από τον ισημερινό. Η γραμμή γεωγραφικού πλάτους 90° αντιπροσωπεύεται από ένα σημείο στο Νότιο Πόλο.

Όλες οι γραμμές γεωγραφικού πλάτους κάτω από τον ισημερινό συμβολίζονται με ένα «S» για να υποδηλώνουν νότια του ισημερινού. Άρα έχουμε 15°S, 30°S, 45°S, και ούτω καθεξής.

Γραμμές γεωγραφικού μήκους

Οι γραμμές γεωγραφικού μήκους είναι κάθετες γραμμές που εκτείνονται από τον Βόρειο Πόλο στον Νότιο Πόλο. Η κύρια γραμμή γεωγραφικού μήκους ονομάζεται μηδενικόμεσημβρινός. Ο μεσημβρινός αντιπροσωπεύεται ως γεωγραφικό μήκος 0°.

Προχωρώντας ανατολικά του πρώτου μεσημβρινού, κάθε γραμμή γεωγραφικού πλάτους αυξάνεται κατά 1°. Έτσι θα υπάρχουν γραμμές γεωγραφικού μήκους που αντιπροσωπεύουν 1°, 2°, 3° και ούτω καθεξής έως και 180°. Η εικόνα δείχνει μόνο τις γραμμές 20°, 40°, 60°, 80° και 90° γεωγραφικού μήκους ανατολικά του μεσημβρινού.

Όλες οι γραμμές γεωγραφικού μήκους ανατολικά του μεσημβρινού σημειώνονται με ένα "E" για να υποδείξουν ανατολικά του πρώτου μεσημβρινού. Έτσι έχουμε 15°Α, 30°Α, 45°Α κ.ο.κ.

Προχωρώντας δυτικά του μεσημβρινού, κάθε γεωγραφικό πλάτος αυξάνεται επίσης κατά 1°. Θα υπάρχουν γραμμές γεωγραφικού μήκους που αντιπροσωπεύουν 1°, 2°, 3° κ.λπ. έως 180°. Η παραπάνω εικόνα δείχνει μόνο τις γραμμές 20°, 40° 60°, 80° και 90° δυτικά του πρώτου μεσημβρινού.

Όλες οι γραμμές γεωγραφικού μήκους δυτικά του μεσημβρινού σημειώνονται με ένα "W" για να υποδείξουν δυτικά του μεσημβρινού. Έτσι έχουμε 15°Δ, 30°Δ, 45°Δ κ.ο.κ.

Μπορείτε να δείτε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη γραμμή γεωγραφικού πλάτους και μήκους παρακολουθώντας αυτό το βίντεο YouTube στον παρακάτω σύνδεσμο:

Ανάγνωση γεωγραφικών συντεταγμένων

Η παγκόσμια πλοήγηση χρησιμοποιεί γραμμές γεωγραφικού πλάτους και μήκους για να εντοπίσει μια συγκεκριμένη τοποθεσία στην επιφάνεια της Γης. Δίνεται ως γεωγραφικές συντεταγμένες.

Έστω η Τοποθεσία κατά μήκος μιας γραμμής γεωγραφικού πλάτους 10°Β και κατά μήκος μιας γραμμής γεωγραφικού μήκους 70°Δ. Όταν δηλώνετε τις συντεταγμένες μιας τοποθεσίας, η γραμμή γεωγραφικού πλάτους αναφέρεται πάντα πρώτη, ακολουθούμενη από τη γραμμή γεωγραφικού μήκους. Έτσι, οι συντεταγμένες αυτού του τόπου θα ήταν: 10° βόρειο γεωγραφικό πλάτος, 70° δυτικό γεωγραφικό μήκος.
Οι συντεταγμένες μπορούν απλώς να γραφτούν ως 10°Β, 70°Δ (10°Β, 70°Δ)

Ωστόσο, τα περισσότερα μέρη στη Γη δεν βρίσκονται κατά μήκος των γραμμών γεωγραφικού πλάτους ή μήκους, αλλά μέσα στις μορφές που δημιουργούνται λόγω της τομής οριζόντιων και κάθετων γραμμών. Για τον εντοπισμό ενός ατόμου στην επιφάνεια της Γης, οι γραμμές γεωγραφικού πλάτους και μήκους διαχωρίζονται περαιτέρω και εκφράζονται σε μία από τις τρεις γενικές μορφές:

1 / μοίρες, λεπτά και δευτερόλεπτα (DMS)

Το διάστημα μεταξύ κάθε γραμμής γεωγραφικού πλάτους ή μήκους που αντιπροσωπεύει 1° διαιρείται σε 60 λεπτά και κάθε λεπτό διαιρείται σε 60 δευτερόλεπτα. Ένα παράδειγμα τέτοιας μορφής:

41°24'12,2" Β 2°10'26,5" ΑΗ γραμμή γεωγραφικού πλάτους δείχνει 41 μοίρες (41°), 24 λεπτά (24'), 12,2 δευτερόλεπτα (12,2') βόρεια. Η γραμμή γεωγραφικού μήκους διαβάζεται ως 2 μοίρες (2°), 10 λεπτά (10'), 26,5 δευτερόλεπτα (12,2') ανατολικά.

2 / Μοίρες και δεκαδικά λεπτά (DMM)

Το διάστημα μεταξύ κάθε γραμμής γεωγραφικού πλάτους ή μήκους που αντιπροσωπεύει 1° διαιρείται σε 60 λεπτά και κάθε λεπτό διαιρείται περαιτέρω και εκφράζεται σε δεκαδικά ψηφία. Ένα παράδειγμα αυτής της μορφής:

41 24,2028, 10,4418 2 Η γραμμή γεωγραφικού πλάτους διαβάζεται ως 41 μοίρες (41), 24,2028 λεπτά (24,2028) βόρειο γεωγραφικό πλάτος. Η συντεταγμένη για τη γραμμή γεωγραφικού πλάτους αντιπροσωπεύει βόρεια του ισημερινού επειδή είναι θετική. Εάν ο αριθμός είναι αρνητικός, αντιπροσωπεύει νότια του ισημερινού.

Η γραμμή του γεωγραφικού μήκους δείχνει 2 μοίρες (2), 10,4418 λεπτά (10,4418) ανατολικά. Η συντεταγμένη για τη γραμμή γεωγραφικού μήκους αντιπροσωπεύει την ανατολική πλευρά του πρώτου μεσημβρινού επειδή είναι θετική. Εάν ο αριθμός είναι αρνητικός, αντιπροσωπεύει δυτικά του μεσημβρινού

3 / Δεκαδικοί βαθμοί (DD)

Το διάστημα μεταξύ κάθε γραμμής γεωγραφικού πλάτους ή μήκους που αντιπροσωπεύει 1° διαιρείται και εκφράζεται σε δεκαδικά ψηφία. Ένα παράδειγμα αυτής της μορφής:

41,40338, 2,17403
Η γραμμή γεωγραφικού πλάτους δείχνει 41,40338 μοίρες βόρεια. Η συντεταγμένη για τη γραμμή γεωγραφικού πλάτους αντιπροσωπεύει βόρεια του ισημερινού επειδή είναι θετική. Εάν ο αριθμός είναι αρνητικός, αντιπροσωπεύει νότια του ισημερινού.

Η γραμμή γεωγραφικού μήκους δείχνει 2,17403 μοίρες ανατολικά. Η συντεταγμένη για τη γραμμή γεωγραφικού μήκους αντιπροσωπεύει την ανατολική πλευρά του πρώτου μεσημβρινού επειδή είναι θετική. Εάν ο αριθμός είναι αρνητικός, αντιπροσωπεύει δυτικά του μεσημβρινού.

Ανάγνωση συντεταγμένων στους Χάρτες Google

Οι περισσότερες συσκευές GPS παρέχουν συντεταγμένες σε μορφή μοιρών, λεπτών και δευτερολέπτων (DMS) ή συνηθέστερα σε μορφή δεκαδικών μοιρών (DD). Οι δημοφιλείς Χάρτες Google παρέχουν τις συντεταγμένες τους σε μορφές DMS και DD.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει τη θέση του Αγάλματος της Ελευθερίας στους Χάρτες Google. Οι συντεταγμένες θέσης του είναι:

40° 41′ 21,4” N 74° 02′ 40,2” W (DMS)Διαβάζεται όπως:
"40 μοίρες, 41 λεπτά, 21,4 δευτερόλεπτα βόρεια και 74 μοίρες, 2 λεπτά, 40,2 δευτερόλεπτα ανατολικά"

40.689263 -74.044505 (ΗΔ)Θυμηθείτε ότι οι δεκαδικές συντεταγμένες (DD) δεν έχουν τα γράμματα N ή S για να υποδείξουν εάν η συντεταγμένη γεωγραφικού πλάτους βρίσκεται πάνω ή κάτω από τον ισημερινό. Εάν δεν υπάρχει το γράμμα W ή E για να υποδείξει εάν το γεωγραφικό μήκος είναι μια συντεταγμένη δυτικά ή ανατολικά του πρώτου μεσημβρινού.

Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας θετικούς και αρνητικούς αριθμούς. Επειδή η συντεταγμένη του γεωγραφικού πλάτους είναι θετική, η συντεταγμένη είναι πάνω από τον ισημερινό. Επειδή η συντεταγμένη του γεωγραφικού μήκους είναι αρνητική, είναι δυτικά του πρώτου μεσημβρινού.

Έλεγχος συντεταγμένων GPS

Οι Χάρτες Google είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο Διαδικτύου για τον έλεγχο των συντεταγμένων των τόπων ενδιαφέροντος.

Εύρεση συντεταγμένων για μια συγκεκριμένη τοποθεσία
1/ Ανοίξτε τους Χάρτες Google στη διεύθυνση https://maps.google.com/ και βρείτε την τοποθεσία του τόπου ενδιαφέροντός σας.

2/ Κάντε δεξί κλικ στην τοποθεσία και επιλέξτε "Τι υπάρχει εδώ;" Στο μικρό μενού που εμφανίζεται.

3 / Ένα μικρό ορθογώνιο θα εμφανιστεί στο κάτω μέρος με το όνομα της τοποθεσίας και τις συντεταγμένες σε μορφή δεκαδικών μοιρών (DD).

Έλεγχος των συντεταγμένων ενός συγκεκριμένου τόπου

Διατίθενται ιστότοποι που παρέχουν γρήγορη μετατροπή μεταξύ DMS και DD. Εδώ είναι ένας σύνδεσμος προς Ιστότοπος, το οποίο παρέχει συντεταγμένες DMS και DD για οποιαδήποτε συγκεκριμένη τοποθεσία χρησιμοποιώντας τους Χάρτες Google.

Συσκευές με δυνατότητα GPS

Για να επωφεληθείτε από την ακριβή ακρίβεια του συστήματος GPS, χρειάζεστε μια συσκευή με δυνατότητα GPS. Αυτές οι συσκευές επικοινωνούν απευθείας με δορυφόρους GPS χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα χαμηλής ισχύος. Επικοινωνώντας με τουλάχιστον τρεις δορυφόρους GPS, η συσκευή μπορεί να εντοπίσει την ακριβή θέση σας στη Γη.

Συσκευές πλοήγησης GPS

Εταιρείες όπως η Garmin και η Magellan κατασκευάζουν αποκλειστικές συσκευές πλοήγησης GPS. Διατίθενται σε διαφορετικά μεγέθη και μπορούν να μοιάζουν με smartphone ή tablet. Αυτές οι συσκευές διαθέτουν ειδικό ενσωματωμένο λογισμικό που χρησιμοποιεί το σύστημα GPS για να βοηθήσει τους ανθρώπους να βρουν τη συντομότερη διαδρομή προς ένα συγκεκριμένο μέρος, να βρουν σημεία ενδιαφέροντος και πολλά άλλα. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε οχήματα, πεζοπορία και ορισμένα αθλήματα.

Παραπάνω είναι μια εικόνα μιας συσκευής πλοήγησης GPS. Magellan RoadMate 2255T-LMB.

Smartphones

Τα περισσότερα smartphone, ειδικά τα τηλέφωνα προηγμένης τεχνολογίας, υποστηρίζουν GPS και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συσκευή πλοήγησης εάν έχετε εγκαταστήσει τις σωστές εφαρμογές.

Φορητοί υπολογιστές

Ορισμένοι φορητοί υπολογιστές και netbook υποστηρίζουν GPS και παρέχουν πληροφορίες πλοήγησης εν κινήσει.

Περιφερειακά υπολογιστών

Οι συσκευές που συνδέονται στον υπολογιστή μέσω USB, Bluetooth ή υποδοχών επέκτασης επιτρέπουν στον υπολογιστή να χρησιμοποιεί το σύστημα GPS.

GPS(Global Positioning System - παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης) - ένα δορυφορικό σύστημα αναζήτησης, που αποτελείται από ένα σύνολο 24 δορυφόρων που τοποθετούνται σε τροχιά από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ και σταθμούς παρακολούθησης εδάφους, ενωμένοι σε ένα κοινό δίκτυο. Το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης λειτουργεί υπό οποιεσδήποτε μετεωρολογικές συνθήκες, οπουδήποτε στον κόσμο, 24 ώρες την ημέρα. Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη χρήση του συστήματος συντεταγμένων.

Ιστορία ανάπτυξης GPS

Το GPS αναπτύχθηκε αρχικά για καθαρά στρατιωτικούς σκοπούς: το αμυντικό σύστημα χρειαζόταν, αφενός, εργαλεία καθοδήγησης για όπλα μεγάλης εμβέλειας υψηλής ακρίβειας και, αφετέρου, ένα παγκόσμιο σύστημα πλοήγησης διαθέσιμο για μαζική χρήση στο στρατό. Συνδυάζοντας αυτές τις εργασίες σε ένα - τη δημιουργία ενός ακριβούς συστήματος εντοπισμού θέσης - από τη δεκαετία του 1960, το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ άρχισε να εργάζεται. Βλέποντας τις δυνατότητες αυτού του συστήματος όχι μόνο για στρατιωτικούς σκοπούς, οι προγραμματιστές επιφορτίστηκαν με τη διάθεση του εξοπλισμού σε ένα ευρύ φάσμα χρηστών, αλλά υπό την προϋπόθεση ότι ο στρατός θα μπορούσε ανά πάσα στιγμή να περιορίσει τη λειτουργία του συστήματος.

Με τις βασικές απαιτήσεις για το σύστημα, το Ναυτικό και η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ άρχισαν να αναπτύσσουν μια ιδέα για τη χρήση ραδιοφωνικών σημάτων που εκπέμπονται από δορυφόρους για σκοπούς πλοήγησης. Φυσικά, ο λόγος ήταν η εκτόξευση του πρώτου τεχνητού δορυφόρου. Οι Ηνωμένες Πολιτείες παρακολούθησαν την πτήση τους, λαμβάνοντας ένα σήμα από έναν πομπό επί του σκάφους σε σημεία εδάφους με γνωστές συντεταγμένες εκ των προτέρων. Μελετήθηκαν οι παράμετροι της διέλευσης των σημάτων μέσω του πάχους της ατμόσφαιρας της γης και η μετατόπιση συχνότητας Doppler που συμβαίνει όταν ο δορυφόρος κινείται κατά μήκος της τροχιάς, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της πλήρους τροχιάς του δορυφόρου. Ο Δρ Frank McClure του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Φυσικής (APL) επεσήμανε ότι, αντίθετα, εάν είναι γνωστή η πλήρης τροχιά του δορυφόρου, τότε η ακριβής θέση του δορυφόρου σε τροχιά μπορεί να υπολογιστεί από τη μετατόπιση Doppler. Προέκυψε ενδιαφέρον για το αντίστροφο πρόβλημα: τον υπολογισμό των συντεταγμένων του δέκτη με βάση τα σήματα που λαμβάνονται από τον δορυφόρο.

Το σύστημα Transit, που αναπτύχθηκε το 1964, ήταν ο πρόδρομος του GPS. Αποτελούνταν από 7 δορυφόρους χαμηλής τροχιάς που εξέπεμπαν σταθερά σήματα. Αρκετοί επίγειοι σταθμοί παρακολούθησαν και διόρθωσαν τις παραμέτρους τροχιάς. Οι χρήστες καθόρισαν τις συντεταγμένες τους στην επιφάνεια της γης μετρώντας τη μετατόπιση συχνότητας Doppler από κάθε δορυφόρο. Το 1967, το σύστημα Transit έγινε διαθέσιμο σε πολίτες. Προσαρμόστηκε πολύ γρήγορα για ναυσιπλοΐα πλοίων, αλλά λόγω μεγάλου αριθμού ελλείψεων, δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε αεροσκάφη και άλλα γρήγορα κινούμενα αντικείμενα.

Ο δεύτερος προκάτοχος του GPS, Timation, αναπτύχθηκε υπό τη διεύθυνση του Roger Easton στο NRL (Naval Research Laboratory, Naval Research Laboratory). Το ερευνητικό πρόγραμμα ξεκίνησε το 1964 και περιελάμβανε την εκτόξευση δύο τεχνητών δορυφόρων που έφεραν εξαιρετικά σταθερά ρολόγια, τη μετάδοση ακριβών σημάτων χρόνου από τον δορυφόρο και τον προσδιορισμό των δισδιάστατων συντεταγμένων του δέκτη. Η κύρια ιδέα ήταν να χρησιμοποιηθούν συγχρονισμένοι πομποί που εκπέμπουν ένα κωδικοποιημένο σήμα. Μετρώντας την καθυστέρηση του σήματος από δορυφόρους με γνωστές συντεταγμένες, είναι δυνατός ο υπολογισμός της απόστασης από τους δορυφόρους και ο υπολογισμός των συντεταγμένων του δέκτη με βάση αυτό. Έτσι, η βασική αρχή της λειτουργίας του GPS τέθηκε και δοκιμάστηκε πειραματικά.

Εν τω μεταξύ, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ εργαζόταν σε ένα τρισδιάστατο σύστημα («System 621B») με συνεχή πρόσβαση. Το 1972, ένα σύστημα επιδείχθηκε χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο διαχωρισμού δορυφορικών σημάτων - διαίρεση κώδικα με βάση ένα ψευδοτυχαίο σήμα που μοιάζει με θόρυβο. Σε αυτήν την έκδοση, όλοι οι δορυφόροι ακτινοβολούν στην ίδια φέρουσα συχνότητα, η οποία διαμορφώνεται από έναν εξαιρετικά μεγάλο ψευδοτυχαίο κωδικό, ξεχωριστό για κάθε δορυφόρο, ο οποίος κατέστησε δυνατή τη σημαντική αύξηση της ατρωσίας θορύβου και τη μετάδοση πληροφοριών σχετικά με τη θέση των δορυφόρων (εφήμερη) στο σήμα, καθώς και ακριβείς χρονικές σημάνσεις. Στην απλούστερη περίπτωση, οι κωδικοί θα μπορούσαν να είναι δημοσίως διαθέσιμοι και μυστικοί. Μόνο ανοιχτοί κωδικοί ήταν διαθέσιμοι σε πολιτικούς χρήστες, επομένως αρκούσε να εισαχθούν σκόπιμα λάθη στις πληροφορίες που μεταδίδονταν από ανοιχτούς κώδικες, μόνο ο στρατιωτικός εξοπλισμός θα παρέμενε σε λειτουργία και οι πολιτικοί δέκτες θα έπαυαν να λειτουργούν με αποδεκτή ακρίβεια. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών αυτού του συστήματος, διατυπώθηκε η ιδέα ενός παγκόσμιου συστήματος 16 δορυφόρων σε γεωστατικές τροχιές, των οποίων οι προβολές στην επιφάνεια της γης επεκτάθηκαν 30 ° βόρεια και νότια του ισημερινού.

Τα επόμενα χρόνια, μια επιτροπή που συγκροτήθηκε για να συντονίσει τις προσπάθειες όλων των ερευνητικών ομάδων που ανέπτυξαν διάφορα συστήματα πλοήγησης αποφάσισε τελικά τι θα έπρεπε να είναι ένα σύστημα δορυφορικής πλοήγησης. Τον Απρίλιο του 1973, η Πολεμική Αεροπορία εγκρίθηκε ως ο κύριος προγραμματιστής του DNSS (Defensive Navigation Satellite System). Τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους, το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ ενέκρινε και χρηματοδότησε την πρώτη από τις τρεις φάσεις ανάπτυξης του NAVSTAR GPS, ενός συστήματος βασισμένου σε ιδέες.

Το πρώτο στάδιο συνεπαγόταν πειραματική επιβεβαίωση της καταλληλότητας της γενικής ιδέας του συστήματος δορυφορικής πλοήγησης, επίδειξη των εγγενών δυνατοτήτων του και προδιαγραφή του περαιτέρω σχεδίου εργασίας. Το δεύτερο στάδιο περιελάμβανε την ανάπτυξη μηχανικής πλήρους κλίμακας, το τρίτο - την παραγωγή και την ανάπτυξη τμημάτων GPS. Οι πρώτοι πειραματικοί δορυφόροι κατέστησαν δυνατή τη δοκιμή της μεθόδου μέτρησης του εύρους χρησιμοποιώντας ένα ευρυζωνικό ραδιοφωνικό σήμα και χρονικές σφραγίδες ακριβείας που προέρχονται από ατομικά ρολόγια. Οι κυκλικές τροχιές των δορυφόρων αυξήθηκαν διαδοχικά από 925 km σε 13000 km και στη συνέχεια έφτασαν στην τελική τιμή των 20145 km. Η φέρουσα συχνότητα των πομπών άλλαξε με τον ίδιο τρόπο: πρώτα 400 MHz, μετά 1227 MHz, και αργότερα έφτασε στην τρέχουσα τιμή των 1575 MHz. Ο στρατός προέβλεπε τη διπλή χρήση δορυφόρων GPS, εκτός από τον υπάρχοντα εξοπλισμό εντοπισμού θέσης και ακριβούς χρόνου, οι δορυφόροι μπορούσαν να φέρουν αισθητήρες πυρηνικής έκρηξης (NUDET, πυρηνική έκρηξη) επί του σκάφους, σχεδιασμένους να ανιχνεύουν τα γεγονότα μιας δοκιμής πυρηνικών όπλων, μια πυρηνική επίθεση και να αξιολογήσει την έκταση της καταστροφής.

Τον Αύγουστο του 1979, όλα τα βασικά στοιχεία του συστήματος τέθηκαν σε λειτουργία, το Κοινό Κέντρο ανακοίνωσε τη μετάβαση στο επόμενο στάδιο εργασίας. Η περίοδος από το 1980 έως το 1989 σημαδεύτηκε από προσπάθειες διατήρησης της βιωσιμότητας της ανάπτυξης του GPS, με αρκετές σημαντικές οπισθοδρομήσεις, κυρίως λόγω προβλημάτων χρηματοδότησης. Ο πρώτος δορυφόρος αυτής της περιόδου εκτοξεύτηκε σε τροχιά τον Φεβρουάριο του 1989 και άρχισε να λειτουργεί τον Απρίλιο. Στη συνέχεια εκτοξεύτηκαν 23 ακόμη δορυφόροι.

Ταυτόχρονα με το δορυφορικό τμήμα, αναπτύχθηκαν το επίγειο και το τμήμα χρηστών. Ο έλεγχος μεταφέρθηκε στην αεροπορική βάση Falcon στο Κολοράντο. Το σύστημα έχει δοκιμαστεί πλήρως και έχει αποδείξει επιτυχημένη αλληλεπίδραση μεταξύ σταθμών ελέγχου εδάφους, δορυφόρων και τερματικού εξοπλισμού.

Η πρώτη δοκιμή μάχης πλήρους κλίμακας για το σύστημα ήταν η κρίση στον Περσικό Κόλπο, η οποία συνέβη το 1990-1991. Οι δορυφόροι GPS έδωσαν τη δυνατότητα στις δυνάμεις του συνασπισμού κατά του Ιράκ να ελίσσονται, να εντοπίζουν και να πυροβολούν με άνευ προηγουμένου ακρίβεια 24 ώρες το 24ωρο. Οι συνθήκες ήταν οι πιο δύσκολες - συχνές αμμοθύελλες, έλλειψη ασφαλτοστρωμένων δρόμων, βλάστηση και άλλα ορόσημα.

Τον Μάρτιο του 1994 ολοκληρώθηκε ο σχηματισμός του αστερισμού GPS με την εκτόξευση του 24ου δορυφόρου. Το σύστημα διατηρεί την ακρίβεια εντοπισμού θέσης 100 μέτρων για πολιτικούς χρήστες. Αναφέρθηκε επίσης ότι το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ δεσμεύεται να ειδοποιεί τους πολίτες 48 ώρες νωρίτερα για τον προγραμματισμένο τερματισμό της τυπικής υπηρεσίας εντοπισμού θέσης και να ενημερώνει για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Από το 1996, δορυφόροι νέου τύπου με προηγμένες δυνατότητες, συμπεριλαμβανομένου ενός αυτόνομου συστήματος πλοήγησης, έχουν εκτοξευθεί σε τροχιά. Επιτρέπει στον δορυφόρο, σε περίπτωση αδυναμίας επαφής με τον επίγειο σταθμό, να λειτουργεί αυτόνομα χωρίς απώλεια ακρίβειας για τουλάχιστον 180 ημέρες.

Κατά την ανάπτυξη της αρχικής ιδέας του GPS, πιστευόταν ότι η ακρίβεια 100 μέτρων θα ήταν επαρκής για τους πολίτες. Η δοκιμή στα τέλη της δεκαετίας του 1970 έδειξε ότι οι τυπικοί κώδικες ακριβείας παρήγαγαν σημαντικά καλύτερα αποτελέσματα. Η πραγματική ακρίβεια εντοπισμού θέσης εκείνη τη στιγμή ήταν εντός 20-30 μ. Για να διασφαλιστεί το πλεονέκτημα του στρατού στη χρήση του GPS, αποφασίστηκε να εισαχθεί ένας σκόπιμος περιορισμός της ακρίβειας για τους πολιτικούς χρήστες (εσκεμμένα λάθη εισήχθησαν στα δεδομένα πλοήγησης που μεταδίδονταν από δορυφόρους , η ακρίβεια των σημάτων χρόνου αναφοράς υποεκτιμήθηκε). Η χρήση του GPS επεκτάθηκε και σύντομα η τυπική ακρίβεια των εκατό μέτρων έπαψε να ικανοποιεί τους ανθρώπους. Τα μεσάνυχτα μεταξύ 1ης και 2ας Μαΐου 2000, ο αναγκαστικός τερματισμός της ακρίβειας απενεργοποιήθηκε.

Σύνθεση Συστήματος

Το σύστημα GPS αποτελείται από τρία τμήματα:

διαστημικό τμήμα
τομέα ελέγχου και διαχείρισης
τμήμα εξοπλισμού πλοήγησης καταναλωτών/δορυφορικού εξοπλισμού πλοήγησης

Διαστημικό τμήμα

Επί του παρόντος, ο αστερισμός του GPS έχει 32 δορυφόρους.

Γίνονται εργασίες ενημέρωσης του συστήματος GPS με την αντικατάσταση του τροχιακού αστερισμού με τους δορυφόρους πέμπτης γενιάς (GPS-III), για τους οποίους:

Στο Waterton, pc. Το Κολοράντο, η Lockheed Martin ολοκλήρωσε τη συναρμολόγηση 10 δορυφόρων GPS-III.

Ο δορυφόρος GPS-IIISV01 εκτοξεύτηκε τον Δεκέμβριο του 2018 από ένα όχημα εκτόξευσης Falcon-9 (ο πρώτος από τους δέκα δορυφόρους GPS-III που θα πρέπει σταδιακά να αντικαταστήσει άλλα οχήματα που βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε τροχιά).

Η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ τον Σεπτέμβριο του 2018 υπέγραψε πρόσθετη σύμβαση με τη Lockheed Martin για την κατασκευή 22 δορυφόρων GPS-IIIF.

Η Raytheon παρέδωσε ένα σύστημα μπροστινού συστήματος ελέγχου εδάφους (GCC) επόμενης γενιάς, γνωστό ως Block 0, για να υποστηρίζει εκτοξεύσεις και τροχιακούς ελέγχους δορυφόρων GPS-III.

Η χρήση δορυφόρων GPS-III θα πρέπει να παρέχει αύξηση στα χαρακτηριστικά των καταναλωτών, όπως: ισχύς, σταθερότητα, αξιοπιστία, θόρυβος, ακρίβεια εντοπισμού θέσης, επέκταση των δυνατοτήτων χρήσης του μη στρατιωτικού σήματος L1C και του σήματος M-Code για στρατιωτικούς καταναλωτές.

Η εισαγωγή νέων σημάτων πλοήγησης GPS διασφαλίζει τη βελτίωση της δομής των ψηφιακών πληροφοριών και τη χρήση νέων τύπων διαμόρφωσης, καθώς και τη μετάβαση από τη δομή του μηνύματος πλοήγησης τύπου NAV σε δομές των CNAV και CNAV-2 τύπους, που μεταδίδουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πληροφορίες για την κατάσταση του GPS στη νέα μορφή (τρέχουσα ώρα, ΚΑ, εφημερίς-χρονικές πληροφορίες, ημερολόγιο συστήματος κ.λπ.). Σε αυτή την περίπτωση, τα μηνύματα μεταδίδονται με τη μορφή πακέτων διαφόρων διάρκειων αντί της αρχιτεκτονικής υπερπλαισίου/πλαισίου που χρησιμοποιείται.

Μια σημαντική αλλαγή στη δομή του CNAV είναι η αύξηση του αριθμού των διαστημικών σκαφών που χρησιμοποιούνται για τον προορισμό τους, από 32 σε 63, καθώς και η δυνατότητα γρήγορης μετάδοσης δεδομένων σχετικά με την απόδοση μιας συγκεκριμένης συσκευής (ακεραιότητα) με καθυστέρηση όχι περισσότερο από 6 δευτερόλεπτα.

Επιπρόσθετα χαρακτηριστικά

Σύστημα ανίχνευσης πυρηνικών εκρήξεων.

Δορυφορικό σύστημα προειδοποίησης έκτακτης ανάγκης DASS.

μπλοκ ΚΑ

Αρχή λειτουργίας

Οι δορυφόροι του συστήματος κινούνται σε ακριβή τροχιά με περίοδο περιστροφής 11 ώρες 58 λεπτά και μεταδίδουν πληροφορίες στη Γη. Οι δέκτες GPS λαμβάνουν αυτές τις πληροφορίες και χρησιμοποιούν τριγωνισμό για να υπολογίσουν την ακριβή τοποθεσία του χρήστη. Ουσιαστικά, ο δέκτης GPS συγκρίνει την ώρα που μεταδόθηκε από τον δορυφόρο με την ώρα που στάλθηκε η ώρα. Η διαφορά ώρας λέει στον δέκτη πόσο μακριά είναι ο δορυφόρος. Έχοντας μετρήσει μια τέτοια απόσταση σε πολλούς ακόμη δορυφόρους, ο δέκτης μπορεί να προσδιορίσει τη θέση του χρήστη και, για παράδειγμα, να την εμφανίσει στον ηλεκτρονικό χάρτη του δέκτη πλοήγησης (πλοηγός).

Ο πλοηγός πρέπει να είναι κλειδωμένος στα σήματα τουλάχιστον τριών δορυφόρων για τον προσδιορισμό δύο συντεταγμένων (γεωγραφικό πλάτος και μήκος). Με τέσσερις ή περισσότερους δορυφόρους στην προβολή, ο δέκτης μπορεί να καθορίσει τρεις συντεταγμένες χρήστη (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος και υψόμετρο). Μόλις προσδιοριστεί η θέση του χρήστη, το σύστημα μπορεί να υπολογίσει άλλες πληροφορίες όπως ταχύτητα, κατεύθυνση, απόσταση που διανύθηκε, απόσταση από τον προορισμό, ώρα ανατολής και δύσης του ηλίου κ.λπ.

Οι σημερινοί δέκτες GPS είναι εξαιρετικά ακριβείς λόγω της παράλληλης πολυκαναλικής φύσης τους. 12 παράλληλοι δέκτες GPS είναι σε θέση να διατηρούν δορυφορικά σήματα ακόμη και σε πυκνά φυλλώματα ή κτίρια της πόλης. Ορισμένοι ατμοσφαιρικοί παράγοντες και άλλες πηγές σφαλμάτων μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια των δεκτών του παγκόσμιου συστήματος.

Νεότερα μοντέλα δεκτών GPS με το σύστημα WAAS(Wide Area Augmentation System) είναι σε θέση να βελτιώσουν την ακρίβεια του προσδιορισμού συντεταγμένων έως και 2-3 μέτρα. Αυτό το διαστημικό σύστημα μεταδίδει πληροφορίες που διασφαλίζουν τη συνέχεια των δορυφορικών σημάτων, καθώς και δεδομένα διόρθωσης που καθορίζονται από επίγειους σταθμούς. Οι κυβερνήσεις των Ηνωμένων Πολιτειών, του Καναδά και άλλων χωρών έχουν εγκαταστήσει διαφορικούς σταθμούς GPS ( DGPS) σχεδιασμένο να μεταδίδει διορθωτικά σήματα. Οι σταθμοί αυτοί λειτουργούν σε παράκτιες περιοχές, καθώς και σε πλωτές λεκάνες απορροής ποταμών. Η χρήση του συστήματος DGPS είναι δωρεάν. Τα σήματα που μεταδίδονται από τους σταθμούς DGPS όχι μόνο διορθώνουν τα λάθη στον υπολογισμό της θέσης, αλλά αντισταθμίζουν και την επιδείνωση της ακρίβειας GPS που προκαλείται από τη χρήση του προγράμματος SA (Selective Availability) που εκτελείται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Απαιτείται πρόσθετο υλικό για τη χρήση του DGPS.

Πηγές σφαλμάτων σήματος GPS

Παράγοντες που μπορούν να υποβαθμίσουν το σήμα GPS και συνεπώς να επηρεάσουν την ακρίβεια είναι:

Καθυστερήσεις ιονόσφαιρας και τροπόσφαιρας- το δορυφορικό σήμα εξασθενεί καθώς διέρχεται από την ατμόσφαιρα. Το σύστημα GPS χρησιμοποιεί ένα ενσωματωμένο πρόγραμμα που υπολογίζει το μέσο ποσό καθυστέρησης για μερική διόρθωση αυτού του τύπου σφάλματος.
Διακλαδισμένο σήμα- Αυτό συμβαίνει όταν το σήμα GNSS αντανακλάται από αντικείμενα όπως ψηλά κτίρια ή επιφάνειες βράχων πριν φτάσει στον δέκτη. Αυτό αυξάνει τον χρόνο διαδρομής του σήματος, προκαλώντας έτσι σφάλματα.
Σφάλματα ρολογιού δέκτη- Το ενσωματωμένο ρολόι του δέκτη δεν είναι τόσο ακριβές όσο το ενσωματωμένο ατομικό ρολόι του δορυφόρου GPS. Επομένως, μπορεί να έχει πολύ μικρά σφάλματα χρονισμού.
Τροχιακά σφάλματα- Γνωστά και ως σφάλματα εφημερίς, είναι τα σφάλματα θέσης του δορυφόρου.
Αριθμός δορυφόρων- Όσο περισσότερους δορυφόρους μπορεί να δει ο δέκτης, τόσο καλύτερη είναι η ακρίβεια. Οι μονάδες καθολικού συστήματος δεν θα λειτουργούν κανονικά σε εσωτερικούς χώρους, υποβρύχια ή υπόγεια.
δορυφορική γεωμετρία- Αναφέρεται στη σχετική θέση των δορυφόρων ανά πάσα στιγμή. Μια ιδανική δορυφορική γεωμετρία υπάρχει όταν οι δορυφόροι βρίσκονται σε ευρείες γωνίες μεταξύ τους.
Σκόπιμη υποβάθμιση της απόδοσης του δορυφορικού σήματος- Η κύρια πηγή ήταν η παρουσία του λεγόμενου καθεστώτος «περιορισμένης πρόσβασης». Σε αυτή τη λειτουργία, το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ εισήγαγε εκ των προτέρων ένα σφάλμα στα δορυφορικά σήματα, το οποίο επέτρεψε τον προσδιορισμό της τοποθεσίας με ακρίβεια 30-100 μ. Από την 1η Μαΐου 2000, η λειτουργία "περιορισμένης πρόσβασης" απενεργοποιήθηκε .

Εφαρμογή GPS

Γεωδαισία: χρησιμοποιώντας το GPS προσδιορίζονται οι ακριβείς συντεταγμένες των σημείων και των ορίων της γης
Χαρτογραφία: Το GPS χρησιμοποιείται στην πολιτική και στρατιωτική χαρτογραφία
Πλοήγηση: με χρήση GPS, πραγματοποιείται τόσο θαλάσσια όσο και οδική πλοήγηση
Δορυφορική παρακολούθηση των μεταφορών: με τη βοήθεια GPS παρακολουθείται η θέση και η ταχύτητα των αυτοκινήτων και η κίνηση τους ελέγχεται
Cellular: Τα πρώτα κινητά τηλέφωνα με GPS εμφανίστηκαν τη δεκαετία του '90. Σε ορισμένες χώρες, όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, αυτό χρησιμοποιείται για τον γρήγορο προσδιορισμό της τοποθεσίας ενός ατόμου που καλεί το 911. Στη Ρωσία, το 2010, ξεκίνησε ένα παρόμοιο έργο, το Era-glonass.
Τεκτονική, Τεκτονική πλακών: Παρατηρήσεις GPS κινήσεων και δονήσεων πλακών
Υπαίθριες Δραστηριότητες: Υπάρχουν διάφορα παιχνίδια που χρησιμοποιούν GPS, όπως Geocaching κ.λπ.
Geotagging: πληροφορίες, όπως φωτογραφίες, «προσαρτώνται» σε συντεταγμένες χάρη σε ενσωματωμένους ή εξωτερικούς δέκτες GPS

Όπως συμβαίνει συχνά με τα έργα υψηλής τεχνολογίας, οι εμπνευστές της ανάπτυξης και εφαρμογής του GPS (Global Positioning System - παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης) ήταν οι στρατιωτικοί. Το έργο δορυφορικού δικτύου για τον προσδιορισμό συντεταγμένων σε πραγματικό χρόνο οπουδήποτε στον κόσμο ονομάστηκε Navstar (Σύστημα πλοήγησης με χρονισμό και χρονισμό - σύστημα πλοήγησης για τον προσδιορισμό του χρόνου και της εμβέλειας), ενώ η συντομογραφία GPS εμφανίστηκε αργότερα, όταν το σύστημα άρχισε να χρησιμοποιείται όχι μόνο στην άμυνα, αλλά και για πολιτικούς σκοπούς.

Τα πρώτα βήματα για την ανάπτυξη του δικτύου πλοήγησης έγιναν στα μέσα της δεκαετίας του εβδομήντα, ενώ η εμπορική λειτουργία του συστήματος στη σημερινή του μορφή ξεκίνησε το 1995. Επί του παρόντος, λειτουργούν 28 δορυφόροι, ομοιόμορφα κατανεμημένοι σε τροχιές με υψόμετρο 20.350 km (24 δορυφόροι είναι αρκετοί για πλήρη λειτουργία).

Προχωρώντας λίγο μπροστά, θα πω ότι μια πραγματικά καίρια στιγμή στην ιστορία του GPS ήταν η απόφαση του Προέδρου των ΗΠΑ να ακυρώσει το λεγόμενο καθεστώς επιλεκτικής πρόσβασης (SA - επιλεκτική διαθεσιμότητα) από την 1η Μαΐου 2000 - ένα σφάλμα που εισήχθη τεχνητά σε δορυφορικά σήματα για ανακριβή λειτουργία μη στρατιωτικών δεκτών GPS. Από εδώ και πέρα, το ερασιτεχνικό τερματικό μπορεί να προσδιορίζει τις συντεταγμένες με ακρίβεια πολλών μέτρων (παλαιότερα, το σφάλμα ήταν δεκάδες μέτρα)! Το σχήμα 1 δείχνει σφάλματα στην πλοήγηση πριν και μετά την απενεργοποίηση της λειτουργίας επιλεκτικής πρόσβασης (δεδομένα ).

Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε σε γενικές γραμμές πώς λειτουργεί το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης και, στη συνέχεια, να αγγίξουμε ορισμένες πτυχές των χρηστών. Η εξέταση θα ξεκινήσει με την αρχή του προσδιορισμού της εμβέλειας, η οποία αποτελεί τη βάση της λειτουργίας του διαστημικού συστήματος πλοήγησης.

Αλγόριθμος για τη μέτρηση της απόστασης από το σημείο παρατήρησης στον δορυφόρο.

Η εμβέλεια βασίζεται στον υπολογισμό της απόστασης από τη χρονική καθυστέρηση της μετάδοσης ενός ραδιοφωνικού σήματος από έναν δορυφόρο σε έναν δέκτη. Εάν γνωρίζετε τον χρόνο διάδοσης ενός ραδιοφωνικού σήματος, τότε είναι εύκολο να υπολογίσετε τη διαδρομή που έχει διανύσει πολλαπλασιάζοντας απλώς τον χρόνο με την ταχύτητα του φωτός.

Κάθε δορυφόρος του συστήματος GPS παράγει συνεχώς ραδιοκύματα δύο συχνοτήτων - L1=1575,42MHz και L2=1227,60MHz. Η ισχύς του πομπού είναι 50 και 8 Watt, αντίστοιχα. Το σήμα πλοήγησης είναι ένας ψευδοτυχαίος κωδικός PRN (Κωδικός Ψευτοτυχαίος Αριθμός) με πλήκτρα αλλαγής φάσης. Το PRN είναι δύο τύπων: ο πρώτος, ο κωδικός C / A (Coarse Acquisition code - coarse code) χρησιμοποιείται σε μη στρατιωτικούς δέκτες, ο δεύτερος P-code (κωδικός ακριβείας - ακριβής κωδικός), χρησιμοποιείται για στρατιωτικούς σκοπούς και επίσης, μερικές φορές, για την επίλυση προβλημάτων γεωδαισίας και χαρτογραφίας. Η συχνότητα L1 διαμορφώνεται τόσο με C/A όσο και με P-code, η συχνότητα L2 υπάρχει μόνο για τη μετάδοση του P-code. Εκτός από αυτά που περιγράφονται, υπάρχει επίσης ένας κωδικός Y, ο οποίος είναι ένας κρυπτογραφημένος κωδικός P (σε καιρό πολέμου, το σύστημα κρυπτογράφησης μπορεί να αλλάξει).

Η περίοδος επανάληψης του κώδικα είναι αρκετά μεγάλη (για παράδειγμα, για έναν κωδικό P είναι 267 ημέρες). Κάθε δέκτης GPS έχει τον δικό του ταλαντωτή, που λειτουργεί στην ίδια συχνότητα και διαμορφώνει το σήμα σύμφωνα με τον ίδιο νόμο με τον ταλαντωτή του δορυφόρου. Έτσι, από τον χρόνο καθυστέρησης μεταξύ των ίδιων τμημάτων του κώδικα που λαμβάνονται από τον δορυφόρο και δημιουργούνται ανεξάρτητα, είναι δυνατός ο υπολογισμός του χρόνου μετάδοσης του σήματος και, κατά συνέπεια, της απόστασης από τον δορυφόρο.

Μία από τις κύριες τεχνικές δυσκολίες της μεθόδου που περιγράφηκε παραπάνω είναι ο συγχρονισμός των ρολογιών στον δορυφόρο και στον δέκτη. Ακόμη και ένα μικροσκοπικό σφάλμα σύμφωνα με τα συνηθισμένα πρότυπα μπορεί να οδηγήσει σε τεράστιο σφάλμα στον προσδιορισμό της απόστασης. Κάθε δορυφόρος φέρει επί του σκάφους ένα ατομικό ρολόι υψηλής ακρίβειας. Είναι σαφές ότι είναι αδύνατο να εγκαταστήσετε κάτι τέτοιο σε κάθε δέκτη. Επομένως, για τη διόρθωση σφαλμάτων στον προσδιορισμό των συντεταγμένων λόγω των σφαλμάτων του ρολογιού που είναι ενσωματωμένο στον δέκτη, χρησιμοποιείται κάποια πλεονασμός στα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τη σαφή σύνδεση στο έδαφος (περισσότερα για αυτό αργότερα).

Εκτός από τα ίδια τα σήματα πλοήγησης, ο δορυφόρος μεταδίδει συνεχώς διάφορα είδη πληροφοριών υπηρεσίας. Ο δέκτης λαμβάνει, για παράδειγμα, ephemeris (ακριβή δεδομένα στην τροχιά του δορυφόρου), μια πρόβλεψη της καθυστέρησης διάδοσης ενός ραδιοφωνικού σήματος στην ιονόσφαιρα (καθώς η ταχύτητα του φωτός αλλάζει όταν διέρχεται από διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας), καθώς και πληροφορίες σχετικά με την απόδοση του δορυφόρου (το λεγόμενο "αλμανάκ", που περιέχει ενημερώσεις κάθε 12,5 λεπτά πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση και τις τροχιές όλων των δορυφόρων). Αυτά τα δεδομένα μεταδίδονται με 50 bit/s σε συχνότητες L1 ή L2.

Γενικές αρχές για τον προσδιορισμό συντεταγμένων με χρήση GPS.

Η βάση της ιδέας του προσδιορισμού των συντεταγμένων ενός δέκτη GPS είναι ο υπολογισμός της απόστασης από αυτόν σε πολλούς δορυφόρους, η θέση των οποίων θεωρείται γνωστή (αυτά τα δεδομένα περιέχονται στο αλμανάκ που λαμβάνεται από τον δορυφόρο). Στη γεωδαισία, η μέθοδος υπολογισμού της θέσης ενός αντικειμένου με τη μέτρηση της απόστασής του από σημεία με δεδομένες συντεταγμένες ονομάζεται τριπλάσιο. Εικ2.

Εάν η απόσταση Α έως έναν δορυφόρο είναι γνωστή, τότε οι συντεταγμένες του δέκτη δεν μπορούν να προσδιοριστούν (μπορεί να βρίσκεται σε οποιοδήποτε σημείο της σφαίρας με ακτίνα Α, που περιγράφεται γύρω από τον δορυφόρο). Ας είναι γνωστή η απόσταση Β του δέκτη από τον δεύτερο δορυφόρο. Σε αυτή την περίπτωση, ο προσδιορισμός των συντεταγμένων δεν είναι επίσης δυνατός - το αντικείμενο βρίσκεται κάπου σε έναν κύκλο (που φαίνεται με μπλε στο Σχ. 2), που είναι η τομή δύο σφαιρών. Η απόσταση C έως τον τρίτο δορυφόρο μειώνει την αβεβαιότητα στις συντεταγμένες σε δύο σημεία (που υποδεικνύεται με δύο έντονες μπλε κουκκίδες στο Σχήμα 2). Αυτό είναι ήδη αρκετό για να προσδιορίσει αναμφισβήτητα τις συντεταγμένες - το γεγονός είναι ότι από τις δύο πιθανές θέσεις του δέκτη, μόνο μία βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης (ή σε κοντινή απόσταση από αυτήν) και η δεύτερη, ψευδής, αποδεικνύεται να είναι είτε βαθιά μέσα στη Γη είτε πολύ ψηλά πάνω από την επιφάνειά της. Έτσι, θεωρητικά, για την τρισδιάστατη πλοήγηση αρκεί να γνωρίζουμε τις αποστάσεις από τον δέκτη έως τρεις δορυφόρους.

Ωστόσο, η ζωή δεν είναι τόσο απλή. Οι παραπάνω σκέψεις έγιναν για την περίπτωση που οι αποστάσεις από το σημείο παρατήρησης στους δορυφόρους είναι γνωστές με απόλυτη ακρίβεια. Φυσικά, ανεξάρτητα από το πόσο εξελιγμένοι μηχανικοί είναι, πάντα συμβαίνει κάποιο σφάλμα (τουλάχιστον σύμφωνα με τον ανακριβή συγχρονισμό του δέκτη και των δορυφορικών ρολογιών που υποδεικνύονται στην προηγούμενη ενότητα, την εξάρτηση της ταχύτητας του φωτός από την κατάσταση της ατμόσφαιρας κ.λπ. .). Επομένως, για τον προσδιορισμό των τρισδιάστατων συντεταγμένων του δέκτη, δεν εμπλέκονται τρεις, αλλά τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι.

Έχοντας λάβει σήμα από τέσσερις (ή περισσότερους) δορυφόρους, ο δέκτης αναζητά το σημείο τομής των αντίστοιχων σφαιρών. Εάν δεν υπάρχει τέτοιο σημείο, ο επεξεργαστής δέκτης αρχίζει να διορθώνει το ρολόι του με διαδοχικές προσεγγίσεις μέχρι να επιτύχει τη διασταύρωση όλων των σφαιρών σε ένα σημείο.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ακρίβεια του προσδιορισμού των συντεταγμένων σχετίζεται όχι μόνο με τον ακριβή υπολογισμό της απόστασης από τον δέκτη στους δορυφόρους, αλλά και με το μέγεθος του σφάλματος στον καθορισμό της θέσης των δορυφόρων. Για τον έλεγχο των τροχιών και των συντεταγμένων των δορυφόρων, υπάρχουν τέσσερις επίγειοι σταθμοί παρακολούθησης, συστήματα επικοινωνιών και ένα κέντρο ελέγχου που ελέγχεται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Οι σταθμοί παρακολούθησης παρακολουθούν συνεχώς όλους τους δορυφόρους του συστήματος και μεταδίδουν δεδομένα σχετικά με τις τροχιές τους στο κέντρο ελέγχου, όπου υπολογίζονται τα εκλεπτυσμένα στοιχεία τροχιάς και οι διορθώσεις του ρολογιού του δορυφόρου. Αυτές οι παράμετροι εισάγονται στο αλμανάκ και μεταδίδονται στους δορυφόρους, οι οποίοι, με τη σειρά τους, στέλνουν αυτές τις πληροφορίες σε όλους τους δέκτες που λειτουργούν.

Εκτός από αυτά που αναφέρονται, υπάρχουν πολλά ειδικά συστήματα που αυξάνουν την ακρίβεια της πλοήγησης - για παράδειγμα, τα ειδικά σχήματα επεξεργασίας σήματος μειώνουν τα σφάλματα από παρεμβολές (αλληλεπίδραση ενός άμεσου δορυφορικού σήματος με ένα ανακλώμενο, για παράδειγμα, από κτίρια). Δεν θα εμβαθύνουμε στα χαρακτηριστικά της λειτουργίας αυτών των συσκευών, ώστε να μην περιπλέκουμε άσκοπα το κείμενο.

Μετά την κατάργηση του τρόπου επιλεκτικής πρόσβασης που περιγράφηκε παραπάνω, οι πολιτικοί δέκτες «δεσμεύονται στο έδαφος» με σφάλμα 3-5 μέτρων (το ύψος προσδιορίζεται με ακρίβεια περίπου 10 μέτρων). Τα παραπάνω στοιχεία αντιστοιχούν στην ταυτόχρονη λήψη ενός σήματος από 6-8 δορυφόρους (οι περισσότερες σύγχρονες συσκευές διαθέτουν δέκτη 12 καναλιών που σας επιτρέπει να επεξεργάζεστε ταυτόχρονα πληροφορίες από 12 δορυφόρους).

Η ποιοτική μείωση του σφάλματος (έως αρκετά εκατοστά) στη μέτρηση των συντεταγμένων επιτρέπει τη λειτουργία της λεγόμενης διόρθωσης διαφορικού (DGPS - Differential GPS). Η διαφορική λειτουργία συνίσταται στη χρήση δύο δεκτών - ο ένας είναι σταθερός σε ένα σημείο με γνωστές συντεταγμένες και ονομάζεται "βάση", και ο δεύτερος, όπως και πριν, είναι κινητός. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από τον δέκτη βάσης χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση των πληροφοριών που συλλέγονται από το rover. Η διόρθωση μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σε πραγματικό χρόνο όσο και με επεξεργασία δεδομένων "εκτός σύνδεσης", για παράδειγμα, σε υπολογιστή.

Συνήθως, ο βασικός δέκτης είναι ένας επαγγελματικός δέκτης που ανήκει σε εταιρεία πλοήγησης ή τοπογραφίας. Για παράδειγμα, τον Φεβρουάριο του 1998, κοντά στην Αγία Πετρούπολη, η NavGeoCom εγκατέστησε τον πρώτο επίγειο σταθμό διαφορικού GPS της Ρωσίας. Η ισχύς πομπού του σταθμού είναι 100 Watt (συχνότητα 298,5 kHz), γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση DGPS σε απόσταση έως και 300 km από το σταθμό δια θαλάσσης και έως 150 km από την ξηρά. Εκτός από τους επίγειους δέκτες βάσης, το δορυφορικό σύστημα διαφορικών υπηρεσιών της OmniStar μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διόρθωση διαφορικού GPS. Τα δεδομένα για διόρθωση μεταδίδονται από διάφορους γεωστατικούς δορυφόρους της εταιρείας.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι κύριοι πελάτες της διαφορικής διόρθωσης είναι οι γεωδαιτικές και τοπογραφικές υπηρεσίες - για έναν ιδιώτη χρήστη το DGPS δεν παρουσιάζει κανένα ενδιαφέρον λόγω του υψηλού κόστους (το πακέτο υπηρεσιών OmniStar στην Ευρώπη κοστίζει περισσότερα από 1.500 $ ετησίως) και ο ογκώδης εξοπλισμός. Και είναι απίθανο να προκύψουν καταστάσεις στην καθημερινή ζωή όταν πρέπει να γνωρίζετε τις απόλυτες γεωγραφικές σας συντεταγμένες με σφάλμα 10-30 cm.

Ολοκληρώνοντας το μέρος που λέει για τις «θεωρητικές» πτυχές της λειτουργίας του GPS, θα πω ότι η Ρωσία, στην περίπτωση της διαστημικής πλοήγησης, έχει ακολουθήσει το δικό της δρόμο και αναπτύσσει το δικό της GLONASS (Παγκόσμιο Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης). Όμως, λόγω της έλλειψης κατάλληλων επενδύσεων, μόνο επτά δορυφόροι βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε τροχιά από τους είκοσι τέσσερις που απαιτούνται για την κανονική λειτουργία του συστήματος...

Σύντομες υποκειμενικές σημειώσεις χρήστη GPS.

Απλώς έμαθα για τη δυνατότητα προσδιορισμού της τοποθεσίας μου χρησιμοποιώντας μια φορητή συσκευή στο μέγεθος ενός κινητού τηλεφώνου το ενενήντα έβδομο έτος από κάποιο περιοδικό. Ωστόσο, οι υπέροχες προοπτικές που σχεδίασαν οι συντάκτες του άρθρου έσπασαν ανελέητα από την τιμή της συσκευής πλοήγησης που αναφέρεται στο κείμενο - σχεδόν 400 δολάρια!

Ενάμιση χρόνο αργότερα (τον Αύγουστο του 1998), η μοίρα με έφερε σε ένα μικρό κατάστημα αθλητικών ειδών στην αμερικανική πόλη της Βοστώνης. Ποια ήταν η έκπληξη και η χαρά μου όταν σε ένα από τα παράθυρα παρατήρησα κατά λάθος αρκετούς διαφορετικούς πλοηγούς, ο πιο ακριβός από τους οποίους κόστιζε 250 $ (απλά μοντέλα προσφέρθηκαν για 99 $). Φυσικά, δεν μπορούσα πλέον να φύγω από το κατάστημα χωρίς τη συσκευή, οπότε άρχισα να βασανίζω τους πωλητές σχετικά με τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε μοντέλου. Δεν άκουσα τίποτα κατανοητό από αυτούς (και σε καμία περίπτωση επειδή δεν ξέρω καλά αγγλικά), οπότε έπρεπε να τα καταλάβω όλα μόνος μου. Και ως αποτέλεσμα, όπως συμβαίνει συχνά, αγοράστηκε το πιο προηγμένο και ακριβό μοντέλο - Garmin GPS II +, καθώς και μια ειδική θήκη για αυτό και ένα καλώδιο για τροφοδοσία από την υποδοχή αναπτήρα του αυτοκινήτου. Το κατάστημα είχε δύο ακόμη αξεσουάρ για τη συσκευή μου τώρα - μια συσκευή για τη σύνδεση ενός πλοηγού σε ένα τιμόνι ποδηλάτου και ένα καλώδιο για σύνδεση σε υπολογιστή. Το τελευταίο το γύρισα στα χέρια μου για πολλή ώρα, αλλά, τελικά, αποφάσισα να μην το αγοράσω λόγω της σημαντικής τιμής (λίγο πάνω από 30 $). Όπως αποδείχθηκε αργότερα, δεν αγόρασα σωστά το καλώδιο, επειδή όλη η αλληλεπίδραση της συσκευής με τον υπολογιστή καταλήγει στην "κρέμα" στον υπολογιστή της διαδρομής που διανύθηκε (και επίσης, νομίζω, οι συντεταγμένες στο σε πραγματικό χρόνο, αλλά υπάρχουν ορισμένες αμφιβολίες σχετικά με αυτό), και ακόμη και τότε η προϋπόθεση αγοράς λογισμικού από την Garmin. Δυστυχώς, δεν υπάρχει δυνατότητα φόρτωσης χαρτών στη συσκευή.

Δεν θα δώσω λεπτομερή περιγραφή της συσκευής μου, μόνο και μόνο επειδή έχει ήδη διακοπεί (όσοι θέλουν να εξοικειωθούν με τα αναλυτικά τεχνικά χαρακτηριστικά μπορούν να το κάνουν). Θα σημειώσω μόνο ότι το βάρος του πλοηγού είναι 255 γραμμάρια, οι διαστάσεις είναι 59x127x41 mm. Λόγω της τριγωνικής διατομής της, η συσκευή είναι εξαιρετικά σταθερή στο τραπέζι ή στο ταμπλό του αυτοκινήτου (περιλαμβάνεται Velcro για πιο δυνατή στερέωση). Τροφοδοτείται από τέσσερις μπαταρίες AA (διαρκούν μόνο για 24 ώρες συνεχούς λειτουργίας) ή μια εξωτερική πηγή. Θα προσπαθήσω να σας πω για τα κύρια χαρακτηριστικά της συσκευής μου, τα οποία, νομίζω, διαθέτει η συντριπτική πλειοψηφία των πλοηγών της αγοράς.

Με την πρώτη ματιά, το GPS II + μπορεί να μπερδευτεί με ένα κινητό τηλέφωνο που κυκλοφόρησε πριν από μερικά χρόνια. Απλώς κοιτάζοντας προσεκτικά, παρατηρείτε μια ασυνήθιστα παχιά κεραία, μια τεράστια οθόνη (56x38 mm!) και έναν μικρό αριθμό πλήκτρων σύμφωνα με τα πρότυπα τηλεφώνου.

Όταν η συσκευή είναι ενεργοποιημένη, ξεκινά η διαδικασία συλλογής πληροφοριών από δορυφόρους και στην οθόνη εμφανίζεται ένα απλό κινούμενο σχέδιο (μια περιστρεφόμενη σφαίρα). Μετά την αρχική προετοιμασία (η οποία διαρκεί μερικά λεπτά σε ανοιχτό μέρος), εμφανίζεται στην οθόνη ένας πρωτόγονος χάρτης του ουρανού με τους αριθμούς των ορατών δορυφόρων και δίπλα του υπάρχει ένα ιστόγραμμα που δείχνει το επίπεδο σήματος από κάθε δορυφόρο. Επιπλέον, υποδεικνύεται το σφάλμα πλοήγησης (σε μέτρα) - όσο περισσότερους δορυφόρους βλέπει η συσκευή, τόσο πιο ακριβής είναι ο προσδιορισμός των συντεταγμένων, φυσικά.

Η διεπαφή GPS II+ είναι χτισμένη στην αρχή της "αναστροφής" σελίδων (υπάρχει ακόμη και ένα ειδικό κουμπί PAGE για αυτό). Η "σελίδα δορυφόρου" περιγράφηκε παραπάνω, και εκτός από αυτήν, υπάρχει μια "σελίδα πλοήγησης", "χάρτης", "σελίδα επιστροφής", "σελίδα μενού" και μια σειρά από άλλες. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η περιγραφόμενη συσκευή δεν είναι ρωσισμένη, αλλά ακόμη και με κακή γνώση της αγγλικής γλώσσας, μπορείτε να κατανοήσετε τη δουλειά της.

Η σελίδα πλοήγησης εμφανίζει: απόλυτες γεωγραφικές συντεταγμένες, απόσταση που διανύθηκε, στιγμιαίες και μέσες ταχύτητες κίνησης, υψόμετρο, χρόνο κίνησης και, στο επάνω μέρος της οθόνης, μια ηλεκτρονική πυξίδα. Πρέπει να πω ότι το ύψος καθορίζεται με πολύ μεγαλύτερο σφάλμα από δύο οριζόντιες συντεταγμένες (υπάρχει ακόμη και ειδική σημείωση στο εγχειρίδιο χρήσης για αυτό το θέμα), που δεν επιτρέπει τη χρήση GPS, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό του ύψους των αλεξίπτωτων πλαγιών. Αλλά η στιγμιαία ταχύτητα υπολογίζεται με εξαιρετική ακρίβεια (ειδικά για αντικείμενα που κινούνται γρήγορα), γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση της συσκευής για τον προσδιορισμό της ταχύτητας των οχημάτων χιονιού (των οποίων τα ταχύμετρα τείνουν να βρίσκονται σημαντικά). Μπορώ να δώσω "κακές συμβουλές" - όταν νοικιάζετε ένα αυτοκίνητο, να απενεργοποιείτε το ταχύμετρό του (ώστε να μετράει λιγότερα χιλιόμετρα - τελικά, η πληρωμή είναι συχνά ανάλογη με τα χιλιόμετρα) και να προσδιορίσετε την ταχύτητα και την απόσταση που διανύσατε χρησιμοποιώντας GPS (ευτυχώς, μπορεί να μετρήσει τόσο σε μίλια όσο και σε χιλιόμετρα).

Η μέση ταχύτητα καθορίζεται από έναν κάπως περίεργο αλγόριθμο - ο χρόνος αδράνειας (όταν η στιγμιαία ταχύτητα είναι μηδέν) δεν λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς (κατά τη γνώμη μου, θα ήταν πιο λογικό να διαιρέσουμε απλώς την απόσταση που διανύθηκε με τον συνολικό χρόνο διαδρομής , αλλά οι δημιουργοί του GPS II + καθοδηγήθηκαν από κάποιες άλλες σκέψεις).

Η απόσταση που διανύθηκε εμφανίζεται στον "χάρτη" (η μνήμη της συσκευής είναι αρκετή για 800 χιλιόμετρα - με μεγαλύτερη χιλιομετρική απόσταση, τα παλαιότερα σημάδια διαγράφονται αυτόματα), οπότε αν θέλετε μπορείτε να δείτε το σχέδιο της περιπλάνησής σας. Η κλίμακα του χάρτη αλλάζει από δεκάδες μέτρα σε εκατοντάδες χιλιόμετρα, κάτι που είναι αναμφίβολα εξαιρετικά βολικό. Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι στη μνήμη της συσκευής υπάρχουν συντεταγμένες των κύριων οικισμών όλου του κόσμου! Οι ΗΠΑ, φυσικά, παρουσιάζονται με περισσότερες λεπτομέρειες (για παράδειγμα, όλες οι περιοχές της Βοστώνης υπάρχουν στον χάρτη με ονόματα) από τη Ρωσία (η τοποθεσία μόνο τέτοιων πόλεων όπως η Μόσχα, το Τβερ, το Ποντόλσκ κ.λπ. υποδεικνύεται εδώ). Φανταστείτε, για παράδειγμα, ότι κατευθύνεστε από τη Μόσχα στη Βρέστη. Βρείτε το "Brest" στη μνήμη του πλοηγού, πατήστε το ειδικό κουμπί "GO TO" και η τοπική κατεύθυνση της κίνησής σας εμφανίζεται στην οθόνη. παγκόσμια κατεύθυνση προς τη Βρέστη. τον αριθμό των χιλιομέτρων (σε ευθεία, φυσικά) που απομένουν μέχρι τον προορισμό. μέση ταχύτητα και εκτιμώμενος χρόνος άφιξης. Και έτσι οπουδήποτε στον κόσμο - ακόμα και στην Τσεχία, ακόμα και στην Αυστραλία, ακόμα και στην Ταϊλάνδη ...

Εξίσου χρήσιμη είναι και η λεγόμενη συνάρτηση επιστροφής. Η μνήμη της συσκευής σας επιτρέπει να καταγράψετε έως και 500 βασικά σημεία (σημεία διαδρομής). Ο χρήστης μπορεί να ονομάσει κάθε σημείο κατά την κρίση του (για παράδειγμα, DOM, DACHA κ.λπ.), παρέχονται επίσης διάφορα εικονίδια για την εμφάνιση πληροφοριών στην οθόνη. Ενεργοποιώντας τη λειτουργία της επιστροφής στο σημείο (οποιοδήποτε από τα προηχογραφημένα), ο ιδιοκτήτης του πλοηγού έχει τις ίδιες επιλογές όπως στην περίπτωση που περιγράφεται παραπάνω με το Brest (δηλαδή απόσταση από το σημείο, εκτιμώμενος χρόνος άφιξης και τα πάντα αλλού). Για παράδειγμα, είχα μια τέτοια περίπτωση. Φτάνοντας στην Πράγα με το αυτοκίνητο και τακτοποιώντας σε ένα ξενοδοχείο, με τον φίλο μου πήγαμε στο κέντρο της πόλης. Αφήνοντας το αυτοκίνητο στο πάρκινγκ, πήγαμε μια βόλτα. Μετά από μια άσκοπη τρίωρη βόλτα και δείπνο σε ένα εστιατόριο, συνειδητοποιήσαμε ότι δεν θυμόμασταν πού αφήσαμε το αυτοκίνητο. Είναι νύχτα έξω, είμαστε σε έναν από τους μικρούς δρόμους μιας άγνωστης πόλης... Ευτυχώς, πριν φύγω από το αυτοκίνητο, έγραψα τη θέση του στο πλοηγό. Τώρα, πατώντας μερικά κουμπιά στη συσκευή, ανακάλυψα ότι το αυτοκίνητο ήταν 500 μέτρα μακριά μας και μετά από 15 λεπτά ακούγαμε ήδη ήσυχη μουσική, κατευθυνόμενοι με το αυτοκίνητο στο ξενοδοχείο.

Εκτός από τη μετάβαση στο καταγεγραμμένο σημάδι σε ευθεία γραμμή, κάτι που δεν είναι πάντα βολικό σε συνθήκες πόλης, η Garmin προσφέρει τη λειτουργία TrackBack - επιστρέφοντας κατά μήκος της δικής σας διαδρομής. Σε γενικές γραμμές, η καμπύλη κίνησης προσεγγίζεται από μια σειρά ευθύγραμμων τμημάτων και τα σημάδια τοποθετούνται στα σημεία θραύσης. Σε κάθε ευθύ τμήμα, ο πλοηγός καθοδηγεί τον χρήστη στην πλησιέστερη ετικέτα και όταν φτάσει σε αυτήν, αλλάζει αυτόματα στην επόμενη ετικέτα. Μια εξαιρετικά βολική λειτουργία κατά την οδήγηση αυτοκινήτου σε άγνωστο έδαφος (το σήμα από τους δορυφόρους, φυσικά, δεν περνά μέσα από κτίρια, επομένως, για να λάβετε δεδομένα για τις συντεταγμένες σας σε συνθήκες πυκνής κατασκευής, πρέπει να αναζητήσετε περισσότερα ή λιγότερο ανοιχτό μέρος).

Δεν θα εμβαθύνω περαιτέρω στην περιγραφή των δυνατοτήτων της συσκευής - πιστέψτε με ότι εκτός από αυτές που περιγράφονται, έχει και πολλές ευχάριστες και απαραίτητες λοσιόν. Μια αλλαγή στον προσανατολισμό της οθόνης αξίζει κάτι - μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη συσκευή τόσο σε οριζόντια (αυτοκίνητο) όσο και σε κάθετη (πεζός) θέση (βλ. Εικ. 3).

Ένα από τα κύρια γοητεία του GPS για τον χρήστη, θεωρώ την απουσία οποιασδήποτε χρέωσης για τη χρήση του συστήματος. Αγοράσατε μια φορά τη συσκευή - και απολαύστε!

Συμπέρασμα.

Νομίζω ότι δεν χρειάζεται να απαριθμήσουμε τους τομείς εφαρμογής του εξεταζόμενου συστήματος παγκόσμιας τοποθέτησης. Οι δέκτες GPS είναι ενσωματωμένοι σε αυτοκίνητα, κινητά τηλέφωνα και ακόμη και ρολόγια χειρός! Πρόσφατα συνάντησα ένα μήνυμα σχετικά με την ανάπτυξη ενός τσιπ που συνδυάζει έναν μικροσκοπικό δέκτη GPS και μια μονάδα GSM - προτείνεται να εξοπλιστούν περιλαίμια σκύλων με συσκευές που βασίζονται σε αυτό, ώστε ο ιδιοκτήτης να μπορεί εύκολα να βρει έναν χαμένο σκύλο μέσω ενός κυψελοειδούς δικτύου.

Αλλά σε οποιοδήποτε βαρέλι με μέλι υπάρχει μια μύγα στην αλοιφή. Στην περίπτωση αυτή, οι ρωσικοί νόμοι ενεργούν ως το τελευταίο. Δεν θα συζητήσω λεπτομερώς τις νομικές πτυχές της χρήσης πλοηγών GPS στη Ρωσία (κάτι σχετικά με αυτό μπορεί να βρεθεί), θα σημειώσω μόνο ότι θεωρητικά συσκευές πλοήγησης υψηλής ακρίβειας (οι οποίες, χωρίς αμφιβολία, είναι ακόμη και ερασιτέχνες δέκτες GPS) απαγορεύονται εδώ, και οι ιδιοκτήτες τους περιμένουν την κατάσχεση της συσκευής και ένα σημαντικό πρόστιμο.

Ευτυχώς για τους χρήστες, στη Ρωσία η αυστηρότητα των νόμων αντισταθμίζεται από την προαιρετική εφαρμογή τους - για παράδειγμα, ένας τεράστιος αριθμός λιμουζινών με πλυντήριο-κεραία δεκτών GPS στο καπό του πορτμπαγκάζ οδηγεί στη Μόσχα. Όλα τα περισσότερο ή λιγότερο σοβαρά θαλάσσια σκάφη είναι εξοπλισμένα με GPS (και μια ολόκληρη γενιά ιστιοπλοϊκών έχει ήδη μεγαλώσει, με δυσκολία στην πλοήγηση στο διάστημα χρησιμοποιώντας πυξίδα και άλλα παραδοσιακά μέσα πλοήγησης). Ελπίζω ότι οι αρχές δεν θα βάλουν ακτίνα στους τροχούς της τεχνικής προόδου και σύντομα θα νομιμοποιήσουν τη χρήση δεκτών GPS στη χώρα μας (έχουν ακυρώσει τις άδειες για κινητά τηλέφωνα) και θα δώσουν επίσης το πράσινο φως για αποχαρακτηρισμό και αναπαραγωγή λεπτομερείς χάρτες της περιοχής που είναι απαραίτητοι για την πλήρη χρήση των συστημάτων πλοήγησης αυτοκινήτων.