Высота спутников gps: Сколько спутниковых систем вращается вокруг Земли / Хабр

Содержание

Сколько спутниковых систем вращается вокруг Земли / Хабр

Большинство навигационных спутниковых систем появилось в ответ на запросы военных и долгое время ограничивалось GPS и ГЛОНАСС. Однако после того, как стало понятно, что данные со спутников можно эффективно использовать в мирных целях, число систем принялось планомерно расти. Мы изучили наиболее значимые из существующих сегодня НСС.

GPS — начало глобальной навигации

Действующих спутников: 31

Всего спутников на орбите: 32

Средняя высота от Земли: 22180

Время полного оборота вокруг Земли: 11 ч 58 мин

Американская система появилась в 1974 году и сразу произвела фурор своей эффективностью. Правительству США пришлось даже искусственно понижать точность определения координат, чтобы сохранить преимущества для своих военных. От собственноручно созданных трудностей избавились только в 2000 году — после указа Билла Клинтона. Первоначально архитектура GPS подразумевала использование 24 спутников, однако для большей надежности на орбите находится сразу 32 слота, постоянно из которых используется 31. Каждый спутник огибает Землю дважды в день и управляется с военной базы Шривер радиосигналами частотой в 2000-4000 МГц. GPS была и остается бесспорным лидером среди подобных систем и найти НСС-устройство без чипа с поддержкой GPS довольно трудно — как минимум в западном полушарии. Несмотря на свою явную успешность, GPS не стоит на месте. Уже в 2017 году будет запущен аппарат третьего поколения, чья главная особенность — способность передавать гражданские сигналы нового типа: L2C, L1C и L5. Известно, что сейчас GPS-сигнал нередко теряется среди городских небоскребов. Запуск нового аппарата решает эту проблему и имеет важное значениедля интеграции с другими системами, так как сигнал L2C универсален и может работать не только с GPS.

«Русская ракета» ГЛОНАСС

Действующих спутников: 24

Всего спутников на орбите: 24

Средняя высота: 19400 км

Время полного оборота вокруг Земли: 11 ч 15 мин

О влиянии холодной войны на технический прогресс в США и СССР слышали все. Поэтому запуск советскими учеными собственного проекта в ответ на появление GPS — шаг логичный и ожидаемый. Несмотря на то, что работы над проектом ГЛОНАСС начались еще в 1976 году, а на развертывание программы было потрачено 2,5 миллиарда долларов, официальный запуск системы произошел лишь в 1993 году. Девяностые выдались для отечественной науки не самыми безоблачными, финансирование было урезано, потому догнать и обогнать американского брата нам не удалось. Однако само появление второй системы создало необходимую для развития конкуренцию, что наилучшим образом повлияло всю отрасль в целом. В 2018 году в космос планируется запустить спутники системы ГЛОНАСС-К2, так же способные передавать сигналы в диапазонах L1 и L2.

Европейская система Galileo

Действующих спутников: 10

Всего спутников на орбите: 30 (в планах)

Средняя высота: 23222 км

Время полного оборота вокруг Земли: 14 ч 4 мин

Первая из неглобальных навигационных систем была создана Европейским космическим агентством в рамках проекта Транс-Евразийской сети. Она финансируется правительствами стран ЕС (и примкнувших к ним Китая, Израиля, Южной Кореи), хотя многие из них имеют и собственные космические программы. Сейчас на орбите находится 10 спутников и к 2020 году это число планируется утроить. Только на запуск первых двух спутников Евросоюз потратил более 1,5 миллиардов долларов. Первый спутник был запущен с Байконура всего лишь в 2005 году, а всего месяц назад на орбиту вывели 9 и 10 спутники.

Очевидно, что за десять лет невозможно создать сколько-нибудь конкурентоспособную систему, но у Galileo уже появились первые успехи. Например, ей удалось самостоятельно обнаружить местоположение тестового самолета во время испытаний в 2013 году. В то же время Galileo «дышит в унисон» с GPS. Его архитектура позволяет улавливать сигналы от американской инфраструктуры и использовать его для собственной навигации. В ближайшее время европейцы намерены увеличить точность своей системы до невероятных 10 сантиметров во время работы в специальном режиме.

Самая быстрорастущая система Beidou

Действующих спутников: 20

Всего спутников на орбите: 35 (в планах)

Средняя высота: от 21500 до 36000 км

Время полного оборота вокруг Земли: 12 ч 38 мин

Эта *пока еще* локальная система навигации была запущена в октябре 2000 года в Китае и стала самым стремительно развивающимся проектом отрасли. Планируется, что к 2020 году Бэйдоу получит 5 спутников на геостационарной и 30 на среднеземной орибитах, что даст ей право именоваться глобальной системой навигации. В отличие от европейской, нацеленной на сотрудничество с американцами, китайская система активно дружит с российской ГЛОНАСС. В мае этого года президенты стран договорились о взаимной эксплуатации двух систем.

Дмитрий Рогозин, куратор космической программы РФ:

— Если, скажем, GPS и Galileo выступает здесь как некая пара навигационных систем, охватывающих страны — члены НАТО, то мы видим возможность активной кооперации российско-китайских навигационных систем. Тем более что Китай уже сейчас вышел на второе место в мире по обладанию орбитальной группировкой.

Мобильные японцы QZSS

Действующих спутников: 1

Всего спутников на орбите: 4 (в планах)

Средняя высота: от 32 000 до 42 164 км

Время полного оборота вокруг Земли: 23 ч 56 мин

Интересный проект представляет японское агентство аэрокосмических исследований JAXA. Он предполагает запуск на геосинхронную орбиту системы из четырех спутников, рассчитанных на работу в азиатском регионе. Первый из них запущен в космос в 2010 году, а завершить работу планируется к концу 2017. Главная особенность проекта — сосредоточенность на поддержке мобильных приложений, что для Японии с ее крупнейшим в мире мобильным рынком, выглядит как само собой разумеющийся факт. Навигационная система сосредоточена прежде всего на улучшении качества мобильной картографии, платного медиа-контента, информации о достопримечательностях для туристов и системы мониторинга общественного транспорта.

Индийский домосед IRNSS

Действующих спутников: 4

Всего спутников на орбите: 7 (в планах)

Средняя высота: 36 000 км

Время полного оборота вокруг Земли: 23 ч 56 мин

Удовлетворение потребностей более чем миллиарда индийцев — более чем амбициозная задача, поэтому индийская система в ближайшее время на мировое господство не претендует. Четыре из семи разработанных спутника уже вращаются вокруг Земли, чтобы обеспечить жителей страны всеми благами навигации. Сегодня IRNSS используется в наземной, воздушной и морской навигации, сервисе точного времени, управлении ликвидациями последствий катастроф, картографии и геодезии, логистике, мониторинге автотранспорта, туризме. И, конечно, активно интегрируется с мобильными телефонами — куда без них теперь.

Вместо итога еще раз обозначим основные тренды спутниковой навигации:

  • Универсальность и интеграция. Все системы в большей или меньшей степени движутся к использованию сигналов одного и того же типа и взаимодействию друг с другом.
  • Консолидация. Политическая обстановка и военный бэкграунд дают о себе знать. Если формально «холодная война» осталась далеко в прошлом, то фактически мы сами видим четкое разделение космических программ на «наших» и «чужих».
  • Курс на мобильные технологии. Ориентация на поддержку мобильных приложений — самый свежий и самый перспективный на наш взгляд тренд, за развитием которого будем пристально наблюдать в дальнейшем. И, наверное, не раз к нему вернемся.

GPS-гонка: России не хватает спутников

|

Поделиться

Несмотря на широкое распространение недорогих и точных приемников американской GPS, интерес во всем мире к национальным системам спутникового позиционирования продолжает нарастать. Фактически космические системы позиционирования пытаются создать (самостоятельно или в сотрудничестве) все страны, едва преодолевшие необходимую для этого технологическую планку. Все это происходит на фоне показательно доступных за пределами России услуг американской системы GPS (и, к тому же, бесплатно), причем с беспрецедентно высокой точностью. Встает вопрос — какова роль и место систем спутникового позиционирования в наши дни, какие у них перспективы? И, самое главное, – какая политика в этой области была бы наиболее уместна в нашей стране сегодня?

Содержание:


История спутниковой навигации
GPS и ГЛОНАСС: создание
GPS и ГЛОНАСС: эффективность и точность
Проблемы ГЛОНАСС
Государственная политика и перспективы ГЛОНАСС
Перспективы использования спутниковых систем позиционирования


Недавно были опубликованы сообщения о двух событиях в области высокоточного спутникового позиционирования, произошедших практически одновременно. Во-первых, китайская национальная система позиционирования на базе геостационарных спутников «Бэйдоу» с успешным запуском третьего из них стала способна обеспечивать пользователей данными об их положении в трех измерениях (широта, долгота, высота). Во-вторых, после долгих споров страны-участницы ESA вынесли окончательный вердикт – европейская система позиционирования «Галилео» будет создана.


Проект «Галилео» предусматривает развертывание орбитальной группировки из 30 спутников, в том числе резервных. Первый спутник должен выйти на орбиту в конце 2004 г., а к 2008 г. а система достигнет полной операционной готовности. Согласно расчетам, «Галилео» позволит значительно повысить точность прямого определения местоположения пользователя, доведя ее до одного метра без использования специальных режимов и дополнительных подсистем. Стоимость проекта составит ориентировочно $3,6 млрд.


В то же время, несмотря на широкое распространение GPS приемников по всему миру и начало работ по европейской системе позиционирования «Галилео», даже в нашей стране непросто найти человека, имевшего реальный опыт работы с отечественным аналогом GPS — системой ГЛОНАСС.

История спутниковой навигации


Навигационные системы первого поколения, построенные на базе низкоорбитальных спутников, разрабатывались и вводились в строй в 60–70 гг. В США была разработана система навигации для ВМС под названием NNSS (Navy Navigation Satellite System), впоследствии получила наименование TRANSIT. В ее состав входили спутники типа Oscar и Nova.

 
Спутник GPS block II F (производство Boeing)

С 1967 г. TRANSIT находится в открытом коммерческом использовании, позволяя с помощью малогабаритных приемников GEOCEIVER определять координаты с субметровой точностью. С помощью этой системы, в частности, в СССР и затем в России в 1984–1993 гг. была создана допплеровская геодезическая сеть.

Помимо этого, в нашей стране разрабатывалась собственная аналогичная система – ЦИКАДА. К этому типу систем можно отнести и международную систему обнаружения терпящих бедствие КОСПАС-SARSAT. Но настоящую революцию в навигации и геодезии произвели спутниковые системы следующего поколения – GPS в США и ГЛОНАСС в СССР.

GPS и ГЛОНАСС: создание


GPS (Global Positioning System) – глобальная система позиционирования. Известна так же под именем NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Разработка GPS началась в 1973 г., в 1978 г. начат вывод спутников системы на орбиту. Признана готовой к эксплуатации в 1995 г., хотя еще до этого спутниковая навигация широко применялась как на транспорте и в быту, так и военными – в частности, в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г.

 
Спутник GPS block II R (производство Boeing)

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) – стала разрабатываться в СССР также в середине 70-х гг. и в 1993 г. была официально принята в эксплуатацию МО РФ (Министерство обороны России).


Американская GPS и отечественная ГЛОНАСС концептуально аналогичны и отличаются некоторыми аспектами технической реализации. В их основе — орбитальные группировки спутников на круговых орбитах. Высота орбит такова, что спутники совершают примерно два оборота вокруг Земли в сутки (у GPS – высота орбиты 20150 км и период обращения 11 часов 57 минут, у ГЛОНАСС – 19100 км и 11 часов 16 минут соответственно).


Спутники распределены по нескольким орбитальным плоскостям – в ГЛОНАСС их три, в GPS – шесть. В обеих системах в полной конфигурации действуют 24 спутника плюс 3 резервных. Пользовательские приемники позволяют определить местоположение, регистрируя излучаемые видимыми в данной точке спутниками сигналы. Обе системы фактически дают возможность определять не только координаты, но и время с высокой точностью.

Точность определения координат после отключения режима селективного доступа с помощью приемников Trimble и Garmin: избирательный доступ отключен 1 мая 2000 г. (плот координат)

Источник: AGP.ru


Сама эта точность зависит от целого ряда факторов – как технических, так и политических. При использовании обычного приемника GPS удается получать точность порядка единиц метров. До 2000 г. сигнал GPS, предназначенный для обычных пользователей, намеренно искажался, что вело к снижению точности (так называемый режим селективного доступа).

GPS и ГЛОНАСС: эффективность и точность


Историческим стало решение президента Клинтона. Он 1 мая 2000 г. специальным распоряжение отменил загрубление сигналов. Ситуация изменилась разительно. Специальные режимы работы (дифференциальный, двухчастотный, фазовые измерения) позволяют получать точность намного более высокую. Например, измерения фазы несущей в GPS-приемниках (реализованные в серийной и имеющейся на рынке аппаратуре) позволяют получать точность определения расстояний между приемниками порядка 1 см + 1 мм на 1 км расстояния между ними.

Точность определения координат после отключения режима селективного доступа с помощью приемников Trimble и Garmin: избирательный доступ отключен 2 мая 2000 г. (плот координат)

Источник: AGP.ru


Не совсем ясно, какой уровень точности сможет обеспечивать ГЛОНАСС даже при гипотетической ситуации полного развертывания. Сообщалось, что ее удалось улучшить до 1 метра. Но и это не все.

Точность определения координат после отключения режима селективного доступа с помощью приемников Trimble и Garmin

Приёмник Ошибка 1s (м) Ошибка 2s (м) Ошибка 3s (м)
4700 1.3 2.6 2.9
Ag 132 0.85 1.7 2.5
GeoExplorer 3 1.9 3.9 5.8
NT300 4.8 9.7 14.6

Источник: AGP. ru


Открытость GPS привела не только к быстрому насыщению рынка недорогими, надежными и эффективными приемниками различных классов, но и к развитию большого числа вспомогательных сервисов и систем, значительно улучшивших точность позиционирования. К ним, в первую очередь, относятся широкозонные и региональные дифференциальные подсистемы. К числу первых относятся WAAS (Wide Area Augmentation System) на американском континенте, европейская EGNOS и японская MSAS, передающие через геостационарные спутники корректирующую информацию на приемники пользователей. Региональные дифференциальные системы начинают развиваться и в России, однако законодательные требования, обессмысливающие использование GPS, являются главным тормозом в их развитии.

Изменение точности определения координат в системе GPS до и после отмены режима селективного доступа

Новые типы атак можно выявлять даже без сигнатур и правил корреляции

Безопасность

Аббревиатуры:

  • SPS CEP AFTER TRANSITION – круговое вероятное отклонение (радиус окружности, куда попадут 50% всех измерений) после отключения режима селективного доступа.
  • SPS SEP AFTER TRANSITION – сферическое вероятное отклонение (радиус окружности, куда попадут 50% всех измерений) после отключения режима селективного доступа. Трехмерный аналог плоского CEP.

Источник: GME.net


Недавно, военное ведомство США запросило дополнительное финансирование в размере $90 млн. Эти средства будут использованы для модификации 20 новых спутников, запуск первого из которых состоится в 2004 г., а вся группировка должна вступить в строй к 2006 г. Утверждается, что это приведет к повышению мощности сигналов и повысит их устойчивость к атмосферным помехам, а также к помехам, создаваемым намеренно возможным противником. Таким образом, новые радиопередатчики повысят мощность излучаемых спутниками сигналов в восемь раз. Некоторые эксперты cчитают, что повышение мощности передатчиков преследует целью сохранить превосходство американской системы спутникового позиционирования над европейской гражданской системой Galileo, которая должна давать сигнал большей мощности, чем обеспечивают сейчас спутники системы GPS.

Спутники орбитальной группировки GPS (на 27 мая 2003 г.)

№ 
Спутника
Порядковый номер Миссия Дата запуска Орбита Начало эксплуатации Потеря КА Причина выхода из строя Продолжитель-
ность работы (мес.)
1 ** I-1 22-Фев.-78 ** 29-Март-78 25-Янв-80 Стандарт частоты 21.9
2 ** I-2 13-Май-78 ** 14-Июль-78 30-Авг-80 Стандарт частоты 25.5
3 ** I-3 6-Окт-78 ** 9-Нояб-78 19-Апр-92 Стандарт частоты 161.3
4 ** I-4 11-Дек-78 ** 8-Янв-79 27-Окт-86 Стандарт частоты 93.6
5 ** I-5 9-Фев-80 ** 27-Фев-80 28-Фев-83 Потеря ориентации 45
6 ** I-6 26-Апр-80 ** 16-Май-80 10-Дек-90 Потеря ориентации 126.8
7 ** I-7 18-Дек-81 ** ** ** Авария разгонного блока 0
8 ** I-8 14-Июль-83 ** 10-Авг-83 4-Май-93 Нет данных 116.8
9 ** I-9 13-Июнь-84 ** 19-Июль-84 25-Фев-94 Нет данных 115.2
10 ** I-10 8-Сен-84 ** 3-Окт-84 18-Нояб-95 Нет данных 133.5
11 ** I-11 9-Окт-85 ** 30-Окт-85 27-Фев-94 Нет данных 99.9
BLK I Сумма= 78.29 (годы)
Среднее= 7.12 (годы)
13 2 II-2 10-Июнь-89 B5 12-Июль-89 Действующий ** **
14 ** II-1 14-Фев-89 ** 14-Апр-89 14-Апр-00 Стандарт частоты 133.9
15 15 II-9 1-Окт-90 D5 20-Окт-90 Действующий ** **
16 ** II-3 17-Авг-89 ** 13-Сен-89 13-Окт-00 Стандарт частоты 134.9
17 17 II-5 11-Дек-89 D3 11-Янв-90 Действующий ** **
18 ** II-6 24-Янв-90 ** 14-Фев-90 18-Авг-00 Стандарт частоты 127.9
19 ** II-4 21-Окт-89 ** 14-Нояб-89 11-Сент-01 Нет данных 141.9
20 ** II-7 25-Март-90 ** 19-Апр-90 10-Май-96 Потеря ориентации 72.7
21 ** II-8 2-Авг-90 ** 31-Авг-90 27-Янв-03 Нет данных 161
22 22 IIA-18 2-Фев-93 B6 4-Апр-93 Действующий ** **
23 23 IIA-10 26-Нояб-90 E5 10-Дек-90 Действующий ** **
24 24 IIA-11 3-Июль-91 D1 30-Авг-91 Действующий ** **
25 25 IIA-12 23-Фев-92 A2 24-Март-92 Действующий ** **
26 26 IIA-14 7-Июль-92 F2 23-Июль-92 Действующий ** **
27 27 IIA-15 9-Сен-92 A4 30-Сен-92 Действующий ** **
28 ** IIA-13 9-Апр-92 ** 25-Апр-92 5-Май-97 Навигационное ПО 87.6
29 29 IIA-17 18-Дек-92 F5 5-Янв-93 Действующий ** **
30 30 IIA-27 12-Сен-96 B2 1-Окт-96 Действующий ** **
31 31 IIA-19 30-Март-93 C3 13-Апр-93 Действующий ** **
32 1 IIA-16 22-Нояб-92 F4 11-Дек-92 Действующий ** **
33 3 IIA-25 28-Март-96 C2 9-Апр-96 Действующий ** **
34 4 IIA-23 26-Окт-93 D4 1-Дек-93 Действующий ** **
35 5 IIA-22 30-Авг-93 B4 20-Сен-93 Действующий ** **
36 6 IIA-24 10-Март-94 C1 28-Март-94 Действующий ** **
37 7 IIA-20 13-Май-93 C4 12-Июнь-93 Действующий ** **
38 8 IIA-28 6-Нояб-97 A3 18-Дек-97 Действующий ** **
39 9 IIA-21 26-Июнь-93 A1 21-Июль-93 Действующий ** **
40 10 IIA-26 16-Июль-96 E3 15-Авг-96 Действующий ** **
42 12 IIR-1 17-Янв-97 ** ** ** Авария разгонного блока 0
43 13 IIR-2 22-Июль-97 F3 31-Янв-98 Действующий ** **
46 11 IIR-3 07-Окт-99 D2 03-Янв-00 Действующий ** **
51 20 IIR-4 11-Мая-00 E1 1-Июня-00 Действующий ** **
44 28 IIR-5 16-Июля-00 B3 17-Авг-00 Действующий ** **
41 14 IIR-6 10-Нояб-00 F1 10-Дек-00 Действующий ** **
54 18 IIR-7 30-Янв-01 E4 15-Фев-01 Действующий ** **
56 16 IIR-8 29-Янв-03 B1 19-Фев-03 Действующий ** **
45 21 IIR-9 31-Март-03 D3 12-Апр-03 Действующий ** **

Источник: AGP. ru

Проблемы ГЛОНАСС


Теоретически наивысшую точность определения местоположения дает использование сигналов спутников одновременно и американской, и российской систем. Но на практике ситуация выглядит несколько сложнее. Можно сказать, что ГЛОНАСС не оправдал ожиданий. При необходимости одновременной работы не менее 24 спутников в реальности их (в работоспособном состоянии) никогда не было больше 11-15. Например, по состоянию на январь 1999 г. на орбите работало 24 американских спутника, но при этом российских было всего 16, причем 5 из них в нерабочем состоянии. Но и это еще цветочки.


Неточность в определении расстояний приводила к тому, что в этот период реальная точность измерения местоположения с помощью российской ГЛОНАСС колебалась от 100 до 24000 метров, что не в полной мере отвечает потребностям высокоточной навигации и геодезии. Как следствие, федеральное авиационное управление США FAA приостановило процесс выработки технических стандартов на использование ГЛОНАСС. Так было, напомним, в 1999 г. Сейчас спутников осталось всего 8, и не все из них работают. По данным, на 5 мая 2003 г. работало всего семь спутников, к тому же неравномерно распределенных по орбитальным плоскостям.

Государственная политика и перспективы ГЛОНАСС


Состояние отечественной системы позиционирования в настоящее время не дает возможности эксплуатировать ее в соответствии с предъявляемыми техническими требованиями по банальной причине – у страны нет на это ресурсов, и в обозримом будущем не предвидится. Стоимость эксплуатации столь сложных спутниковых систем будет во многом определяться продолжительностью работы самих спутников и частотой их замены. В этом отношении ГЛОНАСС опять явно уступает GPS.

Спутники орбитальной группировки ГЛОНАСС (на 5 мая 2003 г.)

Номер ГЛОНАСС Номер серия «Космос» Плоскость орбиты Частот. канал Дата запуска Начало работы Статус Окончание работы
784 2363 1/8 8 30.12.98 29.01.99 Рабочий
786 2362 1/7 7 30.12.98 29.01.99 Рабочий
783 2374 1/18 10 13.10.00 05.01.01 Рабочий
787 2375 1/17 5 13.10.00 04.11.00 Рабочий
788 2376 1/24 3 13.10.00 21.11.00 Рабочий
789 2381 1/03 12 01.12.01 04.01.02 Рабочий
790 2380 1/06 9 01.12.01 04.01.02 Рабочий
711 2382 1/05 1.12.01 Не функц.
791 2394 3/22 25.12.02 Не функц.
792 2395 3/21 25.12.02 Не функц.
793 2396 3/23 25.12.02 Не функц.

Источник: AGP. ru


Судя по опубликованным данным, самый старый из работавших в мае этого года спутников GPS был запущен в 1989 г. (возраст 14 лет), в то время как старейший спутник ГЛОНАСС – в 1998 г. (5 лет). По спутникам только первого поколения GPS (блок I), выводившимся на орбиты в конце 70-х – начале 80-х гг., средняя продолжительность функционирования составила 7,12 лет. Поддержание состояния орбитальной группировки с помощью недостаточно долговечных спутников приведет к значительному превышению стоимостью ее эксплуатации по сравнению с конкурентом – GPS.


В доведении ГЛОНАСС до рабочего состояния совместно с Россией было заинтересовано Европейское космическое агентство ESA, рассматривавшее подобный вариант в качестве альтернативы создания собственной полноценной системы «Галилео». Переговоры, однако, не увенчались успехом. Принято решение о создании «Галилео» исключительно силами европейских государств. Средства выделены, и, по всей видимости, к 2008 г. система будет введена в строй. А вот будет ли к тому времени существовать ГЛОНАСС, судить трудно.

 
Спутник ГЛОНАСС

Однако одними лишь спутниками все проблемы ГЛОНАСС не исчерпываются – есть еще наземный сегмент, аппаратура пользователей. Без достаточного количества недорогих, удобных и надежных пользовательских приемников полноценная эксплуатация системы невозможна.


Состояние нашей промышленности не вселяет уверенности в то, что она способна самостоятельно обеспечить потребителей высококачественной серийной продукцией. А без массового производства невозможно ни доведение стоимости отдельного приемника до приемлемого уровня, ни отработка технологии. Ряд экспертов полагают, что ГЛОНАСС находится в тяжелейшем положении и не имеет перспектив как коммерческая система, а рынок наземной потребительской аппаратуры для ГЛОНАСС находится в «в коматозном состоянии и его нельзя сравнивать ни по объему, ни по номенклатуре, ни по эксплуатационным характеристикам с GPS-рынком, имеющим почти десятилетнюю историю». При этом анонсирование некоторыми западными и российскими компаниями выпуска совмещенных ГЛОНАСС/GPS-приемников также не выведет в этом тысячелетии ГЛОНАСС из этого состояния, так как цена этих приборов просто несопоставима со стоимостью GPS-комплексов, а рынок для них весьма незначителен и фактически исчерпывается только лишь задачами аэронавигационного обеспечения.

 
Спутник GPS block II (производство Boeing)

В сложившихся условиях фактический запрет на массовое использование уже имеющихся на рынке GPS-приемников не только наносит тяжелейший вред отечественной промышленности, жизненно заинтересованной в высокоточных пространственных данных, но и лишает возможности привнести культуру работы с высокоточными пространственными данными в широкие массы. Ситуация в этой области привычно парадоксальна. Страна с одной из лучших в мире школ картографии не имеет открытых и доступных высокоточных карт местности – а значит, не имеет их вовсе (закрытые для широкого доступа карты тоже стремительно устаревают – причем тем быстрее, чем крупнее масштаб).


Ущерб государственным интересам, угрозу для которых сегодня в первую очередь представляет ситуация в экономике и в промышленности, вследствие запрета на широкое использование GPS трудно оценить — достаточно представить на секунду, что в России требовалось бы получение специального разрешение на приобретение импортного компьютера, программного обеспечения или мобильного телефона. Страна, у которой от былого могущества остались разве что территории, лишается самой возможности отобразить эти территории и навести на них порядок. Тем самым она лишается перспектив. А перспективы — как никогда заманчивы.

Перспективы использования спутниковых систем позиционирования
 
Спутник Oscar системы Transit

Основные направления использования средств спутниковой навигации и геодезии классифицированы и многократно описаны. В первую очередь это:

  • Навигация морских, воздушных судов, наземных транспортных средств, а также космических аппаратов
  • Создание глобальной и высокоточной службы времени
  • Геодезические и картографические работы
  • Управление городским хозяйством и территориями
  • Мониторинг объектов и территорий
  • Военное дело
  • Устранение последствий природных и техногенных катастроф


Но это не все. Упомянутыми областями отнюдь не исчерпывается весь спектр задач, при решении которых GPS станет полезным или просто незаменимым. Сообщения о новых, подчас весьма необычных, сферах применения GPS, продолжают приходить регулярно, почти еженедельно. Вот только некоторые из них, о которых уже сообщалось ранее:

Максим Рахманов / CNews.ru

Основная концепция GPS — iTrack


Общий принцип работы


Приемник GPS вычисляет свои позиции, точно измеряя время распространения сигналов, посылаемых со спутников GPS высоко над Землей. Каждый спутник постоянно передает сообщения, которые включают в себя:


  • время, когда сообщение было передано;

  • положение спутника на момент передачи сообщения.


Приемник использует сообщения, которые он получает, чтобы определить время прохождения каждого сообщения и рассчитывает расстояние до каждого спутника с учетом скорости света. Каждое из этих расстояний и положения спутников задает определенные сферы в пространстве. Если расстояния и расположения спутников правильные, то приемник находится в точке пересечения этих сфер. Измеренные расстояния и местоположения спутников используются для вычисления местоположения приемника с помощью навигационных уравнений. Это местоположение потом отображается на дисплее с картой или в виде широты и долготы. Также возможен вывод высоты над условным уровнем моря. Многие приемники GPS также показывают вычисленные производные параметры, такие как направление и скорость.


Наиболее часто необходима информация с четырех или более спутников для получения точного результата. При этом четыре поверхности сферы обычно не пересекаются. В связи с этим мы можем с уверенностью сказать, что когда мы решаем уравнения навигации, чтобы найти пересечение, это решение дает нам положение приемника наряду с точным временем (необходимость четвертого уравнения), тем самым устраняя необходимость для очень дорогих высокоточных часов на стороне приемника. Полученное точное время как правило используется только для отображения на экране или вовсе не используется во многих приложениях GPS, которые используют только местоположение. Однако можно использовать этот очень дешевый способ получения высокоточного времени для решения ряда задач. С помощью этих данных возможна синхронизация светофоров на дорогах, синхронизация времени в базовых станциях сотовой связи и многое другое.


Несмотря на то, что необходимо четыре спутника для нормальной работы, в особых случаях может применятся меньшее количество. Если одна переменная уже известна (как правило время), приемник может определить свое положение с помощью только трех спутников. Либо, например, морское или воздушное судно обладает точно известной высотой. Некоторые GPS приемники могут использовать дополнительные предположения, такие как повторное использование последней известной высоты, инерциальную навигацию, в том числе и информации с бортового компьютера автомобиля, чтобы дать (возможно, худшее по качеству) положение, когда видно менее четырех спутников.


Структура системы


В настоящее время система GPS состоит из трех основных сегментов. Это космический сегмент (SS), управляющий сегмент (CS) и пользовательский сегмент. ВВС США разрабатывает, поддерживает и управляет космическим и управляющим сегментами. GPS спутники передают сигналы из космоса и каждый приемник GPS использует эти сигналы для расчета его трехмерного местоположения (широта, долгота и высота над уровнем моря).


Космический сегмент состоит из 24-32 спутников на средней околоземной орбите, а также включает в себя адаптеры ускорителей, необходимые для их запуска на орбиту. Сегмент управления состоит из главной станции управления, альтернативных главных станций управления, и распределенных наземных антенн и станций мониторинга. Пользовательский сегмент состоит из сотен тысяч американских и союзных военных приемников защищенной службы точного позиционирования GPS, а также десятков миллионов гражданских, коммерческих и научных пользовательских стандартный устройств позиционирования.


Космический сегмент


Космический сегмент (SS) состоит из орбитальных спутников GPS, или космических аппаратов (КА) в терминологии GPS. Система GPS первоначально насчитывала 24 спутника, по восемь в трех круговых орбитах, но это было впоследствии изменено на шесть орбитальных плоскостей с четырьмя спутниками в каждой плоскости. Орбиты центрированы на Земле, но не вращаются вместе с Землей, а вместо этого фиксируется относительно далеких звезд. Шесть плоскостей орбит имеют наклон приблизительно в 55° (наклон относительно экватора Земли) и разделены на 60° правого восхождения восходящего узла (угол вдоль экватора от точки отсчета до пересечения орбиты). Орбитальный период составляет половину звездных суток, т.е. 11 часов и 58 минут. Орбиты расположены таким образом, что по крайней мере шесть спутников всегда в пределах прямой видимости почти с любой точки на поверхности Земли. В результате этого получается, что четыре спутника распределены не равномерно (90 градусов) друг от друга в пределах каждой орбиты. В общем, угловая разница между спутниками на каждой орбите составляет 30, 105, 120 и 105 градусов друг от друга которые, конечно дают сумму 360 градусов.


Каждый космический аппарат находится на орбите высотой около 20 200 км, с орбитальным радиусом 26 600 км и делает два полных оборота каждый сидерический день, повторяя тот же трек каждый день. Это было очень полезно во время развития, потому что даже с четырех спутников, правильное расположение спутников означало, что все четыре видны из одного места в течение нескольких часов каждый день. Для военной операции, повторение маршрута спутника обеспечивало хорошее покрытие в зонах боевых действий.


По состоянию на декабрь 2012 года имеется 32 спутника в группировке GPS. Дополнительные спутники повышают точность расчетов координат GPS приемниками, обеспечивая избыточность измерений. С увеличением числа спутников, группировка была переформирована на неоднородное расположение спутников. Такое расположение было принято для повышения надежности и доступности системы, по отношению к однородной системе, для случаев одновременного отказа нескольких спутников. Около девяти спутников видны из любой точки на земле в любой момент времени, обеспечивая значительную избыточность, так как для определения координат необходим минимум в четыре спутника.


Управляющий сегмент


Управляющий сегмент состоит из:


  • главной станции управления;

  • альтернативных главных станций управления;

  • четырех выделенных наземных антенн;

  • шести выделенных станций мониторинга.


Главные станции управления также имеют доступ к Сети Управления Спутниками (AFSCN) ВВС США, наземным антеннам (для дополнительных команд и возможности управления) и станциям мониторинга NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Траектории полета спутников отслеживаются выделенными станциями мониторинга ВВС США на Гавайях, Кваджалейн, Острове Вознесения, Диего-Гарсии, Колорадо-Спрингс, Колорадо и мысе Канаверал, наряду с общими станциями мониторинга NGA, которые работают в Англии, Аргентине, Эквадоре, Бахрейн, Австралия и Вашингтоне. Информация направляется в командование Космических Военно-воздушных сил на авиабазе Шривер в 25 км от Колорадо-Спрингс, которая управляется 2-й эскадрильей космических операций ВВС США. Далее каждый спутник GPS регулярно опрашивается, загружаются навигационные обновления с помощью выделенных или общих (AFSCN) наземных антенн (выделенные наземные GPS антенны расположены на Кваджалейн, Острове Вознесения, Диего-Гарсия, и мысе Канаверал). Это обновления синхронизации атомных часов на борту спутника с точностью до нескольких наносекунд, а также настройки эфемерид внутренних орбитальных моделей каждого спутника. Обновления создаются с помощью фильтра Калмана, который использует входы от наземных станций мониторинга, информации о космической погоде, и различных других материалов.


 


Спутниковые маневры не являются точными по стандарту GPS. Таким образом, чтобы изменить орбиту спутника, он отмечается как не действующий и приемники перестают использовать его в своих расчетах. Тогда маневр может быть осуществлен, и в результате орбиты отслеживается с Земли. После этого новые эфемериды загружаются на спутник и он отмечается действующим.


 


Сегмент операционного контроля (OCS) в настоящее время служит в качестве заключительного контрольного сегмента. Он обеспечивает оперативный потенциал, который поддерживает глобальных пользователей GPS и поддерживает системы GPS в пределах спецификации.


OCS успешно заменил мэйнфреймы на базе Шривер в сентябре 2007 года. После установки, система помогла обеспечить модернизацию и основу для новой архитектуры безопасности, которая поддерживает вооруженные силы США. OCS будет по-прежнему наземной системой контроля, пока новый сегмент следующего поколения OCX не будет полностью разработан и запущен.


Новые возможности, предоставляемые OCX будет крайне важным для обеспечения революционных возможностей GPS и обеспечит Космическое управление ВВС США возможностями значительно повысить оперативные возможности GPS для боевых сил, гражданских партнеров и множества внутренних и международных пользователей.


Программа GPS OCX также позволит сократить затраты, сроки и технические риски. Она предназначена для обеспечения 50% экономии затрат за счет эффективной архитектуры программного обеспечения и системы логистики. Кроме того, как ожидается, GPS OCX будет стоить на миллионы меньше, чем стоимость обновления OCS, обеспечивая при этом в четыре раза больше возможностей.


Программа GPS OCX представляет собой важную часть модернизации GPS и обеспечивает значительное улучшение обеспечения информацией по текущей программе GPS OCS.


OCX будет иметь возможность контролировать и управлять старыми спутниками GPS, а также следующим поколением спутников GPS III, позволяя контролировать полный спектр военных сигналов.


Построенный па гибкой архитектуре, которая может быстро адаптироваться к изменяющимся потребностям сегодняшних и завтрашних пользователей GPS, OCX позволит осуществлять немедленный доступ к данным GPS и статусу группировки спутников с предоставлением безопасной, точной и достоверной информации.


OCX будет включать новые модернизированные сигналы (L1C, L2C и L5) и иметь возможность работы с М-кодом, что существующая система не в состоянии выполнить. Также новая система будет обеспечивать значительное улучшение безопасности передачи информации по сравнению с текущей программой, включая обнаружение и предотвращение кибератак, и обеспечит изоляцию, содержание и эксплуатацию системы во время таких атак.


14 сентября 2011 года, ВВС США объявили о завершении Предварительного обзор проекта OCX и подтвердили, что программа OCX готова к следующему этапу развития. Программа GPS OCX установила основные вехи и находится на пути к поддержке запуска GPS IIIA в мае 2014 года.


Пользовательский сегмент


GPS приемники выпускаются в различных форматах, с устройствами встроенными в автомобили, телефоны и часы, а также в виде специальных устройств.


Пользовательский сегмент состоит из сотен тысяч американских и союзных военных пользователей безопасной службы точного позиционирования GPS, а также десятков миллионов гражданских, коммерческих и научных пользователей стандартного сервиса позиционирования. В общем, GPS приемники состоят из антенны, которая настроена на частоты передаваемые со спутников, приемника, процессоров и часов с высокой стабильностью (часто компенсированный кварцевый генератор). Они также могут включать в себя дисплей для обеспечения отображения местоположения и скорости для пользователя. Приемник часто описывается количеством его каналов: это означает, сколько спутников он может контролировать одновременно. Первоначально был ограничен четырьмя или пятью, эта цифра постепенно увеличивается на протяжении многих лет, так что, начиная с 2007 года, приемники обычно имеют от 12 до 20 каналов. На данный момент многие приемники имеют более 50 каналов.


Многие приемники GPS могут передавать данные о положении на ПК или другое устройства с помощью протокола NMEA 0183. Хотя этот протокол официально определен Национальной ассоциацией морской электроники (NMEA), ссылки на этот протокол были получены из государственных архивов, программ с открытым исходным кодом, так что можно работать с этим протоколом не нарушая законов об интеллектуальной собственности. Существуют другие проприетарные протоколы, например, такие как SiRF и MTK протоколы. Приемники могут взаимодействовать с другими устройствами использующими методы такие как последовательный порт, USB или Bluetooth.


Статья подготовлена по материалам ресурса en.wikipedia.org

Система GPS. Взгляд изнутри и снаружи

Немного истории.

Как нередко бывает с высокотехнологичными проектами, инициаторами разработки и реализации системы GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) стали военные. Проект спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван Navstar (Navigation system with timing and ranging — навигационная система определения времени и дальности), тогда как аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только в оборонных, но и в гражданских целях.

Первые шаги по развертыванию навигационной сети были предприняты в середине семидесятых, коммерческая же эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась с 1995 года. В настоящий момент в работе находятся 28 спутников, равномерно распределенных по орбитам с высотой 20350 км (для полнофункциональной работы достаточно 24 спутников).

Несколько забегая вперед, скажу, что поистине ключевым моментом в истории GPS стало решение президента США об отмене с 1 мая 2000 года режима так называемого селективного доступа (SA — selective availability) — погрешности, искусственно вносимой в спутниковые сигналы для неточной работы гражданских GPS-приемников. С этого момента любительский терминал может определять координаты с точностью в несколько метров (ранее погрешность составляла десятки метров)! На рис.1 представлены ошибки в навигации до и после отключения режима селективного доступа (данные U.S. Space Command ).Рис1.

Попробуем разобраться в общих чертах, как устроена система глобального позиционирования, а потом коснемся ряда пользовательских аспектов. Рассмотрение же начнем с принципа определения дальности, лежащего в основе работы космической навигационной системы.

Алгоритм 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, просто умножив время на скорость света.

Каждый спутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны двух частот — L1=1575.42МГц и L2=1227.60МГц. Мощность передатчика составляет 50 и 8 Ватт соответственно. Навигационный сигнал представляет собой фазовоманипулированный псевдослучайный код PRN (Pseudo Random Number code). PRN бывает двух типов: первый, C/A-код (Coarse Acquisition code — грубый код) используется в гражданских приемниках, второй Р-код (Precision code — точный код), используется в военных целях, а также, иногда, для решения задач геодезии и картографии. Частота L1 модулируется как С/А, так и Р-кодом, частота L2 существует только для передачи Р-кода. Кроме описанных, существует еще и Y-код, представляющий собой зашифрованный Р-код (в военное время система шифровки может меняться).

Период повторения кода довольно велик (например, для P-кода он равен 267 дням). 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.

Одной из основных технических сложностей описанного выше метода является синхронизация часов на спутнике и в приемнике. Даже мизерная по обычным меркам погрешность может привести к огромной ошибке в определении расстояния. Каждый спутник несет на борту высокоточные атомные часы. Понятно, что устанавливать подобную штуку в каждый приемник невозможно. Поэтому для коррекции ошибок в определении координат из-за погрешностей встроенных в приемник часов используется некоторая избыточность в данных, необходимых для однозначной привязки к местности (подробней об этом чуть позже).

Кроме самих навигационных сигналов, спутник непрерывно передает разного рода служебную информацию. Приемник получает, например, эфемериды (точные данные об орбите спутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере (так как скорость света меняется при прохождении разных слоев атмосферы), 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.

Общие принципы определения координат с помощью GPS.

Основой идеи определения координат GPS-приемника является вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным (эти данные содержатся в принятом со спутника альманахе). В геодезии метод вычисления положения объекта по измерению его удаленности от точек с заданными координатами называется трилатерацией. Рис2.

Если известно расстояние А до одного спутника, то координаты приемника определить нельзя (он может находится в любой точке сферы радиусом А, описанной вокруг спутника). Пусть известна удаленность В приемника от второго спутника. В этом случае определение координат также не представляется возможным — объект находится где-то на окружности (она показана синим цветом на рис.2), которая является пересечением двух сфер. Расстояние С до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек (обозначены двумя жирными синими точками на рис.2). Этого уже достаточно для однозначного определения координат — дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близи от нее), а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, теоретически для трехмерной навигации достаточно знать расстояния от приемника до трех спутников.

Однако в жизни все не так просто. Приведенные выше рассуждения были сделаны для случая, когда расстояния от точки наблюдения до спутников известны с абсолютной точностью. Разумеется, как бы ни изощрялись инженеры, некоторая погрешность всегда имеет место (хотя бы по указанной в предыдущем разделе неточной синхронизации часов приемника и спутника, зависимости скорости света от состояния атмосферы и т.п.). Поэтому для определения трехмерных координат приемника привлекаются не три, а минимум четыре спутника.

Получив сигнал от четырех (или больше) спутников, приемник ищет точку пересечения соответствующих сфер. Если такой точки нет, процессор приемника начинает методом последовательных приближений корректировать свои часы до тех пор, пока не добьется пересечения всех сфер в одной точке.

Следует отметить, что точность определения координат связана не только с прецизионным расчетом расстояния от приемника до спутников, но и с величиной погрешности задания местоположения самих спутников. Для контроля орбит и координат спутников существуют четыре наземных станции слежения, системы связи и центр управления, подконтрольные Министерству Обороны США. Станции слежения постоянно ведут наблюдения за всеми спутниками системы и передают данные об их орбитах в центр управления, где вычисляются уточнённые элементы траекторий и поправки спутниковых часов. Указанные параметры вносятся в альманах и передаются на спутники, а те, в свою очередь, отсылают эту информацию всем работающим приемникам.

Кроме перечисленных, существует еще масса специальных систем, увеличивающих точность навигации, — например, особые схемы обработки сигнала снижают ошибки от интерференции (взаимодействия прямого спутникового сигнала с отраженным, например, от зданий). Мы не будем углубляться в особенности функционирования этих устройств, чтобы излишне не осложнять текст.

После отмены описанного выше режима селективного доступа гражданские приемники «привязываются к местности» с погрешностью 3-5 метров (высота определяется с точностью около 10 метров). Приведенные цифры соответствуют одновременному приему сигнала с 6-8 спутников (большинство современных аппаратов имеют 12-канальный приемник, позволяющий одновременно обрабатывать информацию от 12 спутников).

Качественно уменьшить ошибку (до нескольких сантиметров) в измерении координат позволяет режим так называемой дифференциальной коррекции (DGPS — Differential GPS). Дифференциальный режим состоит в использовании двух приемников — один неподвижно находится в точке с известными координатами и называется «базовым», а второй, как и раньше, является мобильным. Данные, полученные базовым приемником, используются для коррекции информации, собранной передвижным аппаратом. Коррекция может осуществляться как в режиме реального времени, так и при «оффлайновой» обработке данных, например, на компьютере.

Обычно в качестве базового используется профессиональный приемник, принадлежащий какой-либо компании, специализирующейся на оказании услуг навигации или занимающейся геодезией. Например, в феврале 1998 года недалеко от Санкт-Петербурга компания «НавГеоКом» установила первую в России наземную станцию дифференциального GPS. Мощность передатчика станции — 100 Ватт (частота 298,5 кГц), что позволяет пользоваться DGPS при удалении от станции на расстояния до 300 км по морю и до 150 км по суше. Кроме наземных базовых приемников, для дифференциальной коррекции GPS-данных можно использовать спутниковую систему дифференциального сервиса компании OmniStar. Данные для коррекции передаются с нескольких геостационарных спутников компании.

Следует заметить, что основными заказчиками дифференциальной коррекции являются геодезические и топографические службы — для частного пользователя DGPS не представляет интереса из-за высокой стоимости (пакет услуг OmniStar на территории Европы стоит более 1500 долларов в год) и громоздкости оборудования. Да и вряд ли в повседневной жизни возникают ситуации, когда надо знать свои абсолютные географические координаты с погрешностью 10-30 см.

В заключение части, повествующей о «теоретических» аспектах функционирования GPS, скажу, что Россия и в случае с космической навигацией пошла своим путем и развивает собственную систему ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Но из-за отсутствия должных инвестиций в настоящее время на орбите находятся лишь семь спутников из двадцати четырех, необходимых для нормального функционирования системы…

Краткие субъективные заметки пользователя GPS.

Так уж получилось, что о возможности определять свое местоположение с помощью носимого приборчика размерами с сотовый телефон я узнал году в девяносто седьмом из какого-то журнала. Однако замечательные перспективы, нарисованные авторами статьи, были безжалостно разбиты заявленной в тексте ценой навигационного аппарата — почти 400 долларов!

Года через полтора (в августе 1998) судьба занесла меня в маленький спортивный магазинчик в американском городе Бостон. Какого же было мое удивление и радость, когда на одной из витрин я случайно заметил несколько разных навигаторов, самый дорогой из которых стоил 250 долларов (простенькие же модели предлагались за $99). Конечно, уйти из магазина без прибора я уже не мог, поэтому принялся пытать продавцов о характеристиках, преимуществах и недостатках каждой модели. Ничего вразумительного от них я не услышал (и отнюдь не из-за того, что плохо знаю английский), так что пришлось разбираться во всем самому. И в результате, как это нередко бывает, была приобретена самая продвинутая и дорогая модель — Garmin GPS II+, а также специальный чехол к ней и шнур для питания от гнезда прикуривателя автомобиля. В магазине имелось еще два аксессуара для теперь уже моего аппарата — устройство для крепления навигатора на велосипедном руле и шнур для соединения с РС. Последний я долго крутил в руках, но, в конце концов, все же решил не покупать из-за немалой цены (немногим более 30 долларов). Как потом оказалось, шнур я не купил совершенно правильно, ибо все взаимодействие прибора с компьютером сводится к «сливке» в ЭВМ пройденного маршрута (а также, думаю, координат в режиме реального времени, но насчет этого есть определенные сомнения), да и то при условии покупки софта от Garmin. Возможность загружать в прибор карты, к сожалению, отсутствует.

Давать подробное описание своего прибора я не буду хотя бы потому, что он уже снят с производства (желающие ознакомиться с подробной технической характеристикой могут сделать это здесь ). Замечу лишь, что вес навигатора — 255 гр., размеры — 59х127х41 мм. Благодаря своему треугольному сечению аппарат исключительно устойчиво располагается на столе или панели приборов автомобиля (для более прочной фиксации в комплект входит липучка Velcro). Питание осуществляется от четырех пальчиковых батареек АА (их хватает лишь на 24 часа непрерывной работы) или внешнего источника. Попробую рассказать об основных возможностях моего прибора, которые, думаю, имеет подавляющее большинство присутствующих на рынке навигаторов.

С первого взгляда GPS II+ можно принять за мобильный телефон, выпущенный пару лет назад. Лишь только присмотревшись, замечаешь необычно толстую антенну, огромный дисплей (56х38 мм!) и малое, по телефонным меркам, количество клавиш.

При включении прибора начинается процесс сбора информации со спутников, а на экране появляется простенькая мультипликация (вращающийся земной шар). После первоначальной инициализации (которая в открытом месте занимает пару минут) на дисплее возникает примитивная карта неба с номерами видимых спутников, а рядом — гистограмма, свидетельствующая об уровне сигнала от каждого спутника. Кроме того, указывается погрешность навигации (в метрах) — чем больше спутников видит прибор, тем, разумеется, точнее будет определение координат.

Интерфейс GPS II+ построен по принципу «перелистываемых» страниц (для этого даже есть специальная кнопка PAGE). Выше была описана «страница спутников», а кроме нее, есть «страница навигации», «карта», «страница возврата», «страница меню» и ряд других. Следует заметить, что описываемый аппарат не русифицирован, однако даже с плохим знанием английского можно понять его работу.

На странице навигации отображаются: абсолютные географические координаты, пройденный путь, мгновенная и средняя скорости движения, высота над уровнем моря, время движения и, в верхней части экрана, электронный компас. Надо сказать, что высота определяется с гораздо большей погрешностью, чем две горизонтальные координаты (на этот счет есть даже специальная ремарка в руководстве пользователя), что не позволяет использовать GPS, например, для определения высоты парапланеристами. Зато мгновенная скорость вычисляется исключительно точно (особенно для быстродвижущихся объектов), что дает возможность использовать прибор для определения скорости снегоходов (спидометры которых имеют обыкновение значительно врать). Могу дать «вредный совет» — взяв напрокат автомобиль, отключите его спидометр (чтобы он насчитал поменьше километров — ведь оплата зачастую пропорциональна пробегу), а скорость и пройденное расстояние определяйте по GPS (благо он может вести измерения как в милях, так и в километрах).

Средняя скорость движения определяется по несколько странному алгоритму — время простоя (когда мгновенная скорость равна нулю) в вычислениях не учитывается (более логично, на мой взгляд, было бы просто делить пройденное расстояние на общее время поездки, но создатели GPS II+ руководствовались каким-то иными соображениями).

Пройденный путь отображается на «карте» (памяти аппарата хватает километров на 800 — при большем пробеге автоматически стираются самые старые метки), так что при желании можно посмотреть схему своих блужданий. Масштаб карты меняется от десятков метров до сотен километров, что, несомненно, исключительно удобно. Самое же замечательное состоит в том, что в памяти прибора имеются координаты основных населенных пункты всего мира! США, конечно, представлено более подробно (например, все районы Бостона присутствуют на карте с названиями), чем Россия (тут указано расположение лишь таких городов как Москва, Тверь, Подольск и т.п.). Представьте, например, что Вы направляетесь из Москвы в Брест. Находите в памяти навигатора «Брест», жмете специальную кнопку «GO TO», и на экране появляется локальное направление Вашего движения; глобальное направление на Брест; количество километров (по прямой, разумеется), оставшееся до точки назначения; средняя скорость и расчетное время прибытия. И так в любой точке мира — хоть в Чехии, хоть в Австралии, хоть в Таиланде…

Не менее полезной является так называемая функция возврата. Память аппарата позволяет записывать до 500 ключевых точек (waypoints). Каждую точку пользователь может называть по своему усмотрению (например, DOM, DACHA и т.п.), также предусмотрены различные пиктрограммки для отображения информации на дисплее. Включив функцию возврата к точке (любой из заранее записанных), владелец навигатора получает те же возможности, что и в описанном выше случае с Брестом (т.е. расстояние до точки, расчетное время прибытия и все остальное). У меня, например, был такой случай. Приехав в Прагу на автомобиле и устроившись в гостинице, мы с приятелем отправились в центр города. Оставив машину на стоянке, пошли побродить. После бесцельной трехчасовой прогулки и ужина в ресторане мы поняли, что совершенно не помним, где оставили машину. На улице ночь, мы — на одной из маленьких улочек незнакомого города… К счастью, прежде чем покинуть автомобиль, я записал его местоположение в навигатор. Теперь же, нажав пару кнопок на аппарате, я узнал, что машина стоит в 500 метрах от нас и через 15 минут мы уже слушали тихую музыку, направляясь на автомобиле в гостиницу.

Кроме движения к записанной метке по прямой, что не всегда удобно в условиях города, Garmin предлагает функцию TrackBack — возврат по своему пути. Грубо говоря, кривая движения аппроксимируется рядом прямолинейных участков, а в точках излома ставятся метки. На каждом прямолинейном участке навигатор ведет пользователя к ближайшей метке, по достижении же ее осуществляется автоматическое переключение на следующую метку. Исключительно удобная функция при езде на автомобиле по незнакомой местности (сигнал со спутников сквозь здания, конечно, не проходит, поэтому, чтобы получить данные о своих координатах в условиях плотной застройки, приходится искать более-менее открытое место).

Я не буду дальше углубляться в описание возможностей прибора — поверьте, что кроме описанных, в нем есть еще масса приятных и нужных примочек. Одна смена ориентации дисплея чего стоит — можно использовать аппарат как в горизонтальном (автомобильном), так и в вертикальном (пешеходном) положении (см. рис.3).

Одной из основных же прелестей GPS для пользователя я считаю отсутствие какой-либо платы за пользование системой. Купил один раз прибор — и наслаждайся!

Заключение.

Я думаю, нет нужды перечислять области применения рассмотренной системы глобального позиционирования. GPS-приемники встраивают в автомобили, сотовые телефоны и даже наручные часы! Недавно я встретил сообщение о разработке чипа, совмещающего в себе миниатюрный GPS-приемник и модуль GSM — устройствами на его базе предлагается оснащать собачьи ошейники, чтобы хозяин мог без труда обнаружить потерявшегося пса посредством сотовой сети.

Но в любой бочке меда есть ложка дегтя. В данном случае в роли последнего выступают российские законы. Я не буду подробно рассуждать о юридических аспектах использования GPS-навигаторов в России (кое-что об этом можно найти здесь ), замечу лишь, что теоретически высокоточные навигационные приборы (коими, без сомнения являются даже любительские GPS-приемники) у нас запрещены, а их владельцев ждет конфискация аппарата и немалый штраф.

К счастью для пользователей, в России строгость законов компенсируется необязательностью их выполнения — например, по Москве разъезжает огромное количество лимузинов с шайбой-антенной GPS-приемников на крышке багажника. Все более-менее серьезные морские суда оборудованы GPS (и уже выросло целое поколение яхтсменов, с трудом ориентирующихся в пространстве по компасу и прочим традиционным средствам навигации). Надеюсь, власти не будут вставлять палки в колеса техническому прогрессу и в ближайшее время легализуют пользование GPS-приемниками в нашей стране (отменили же разрешения на сотовые телефоны), а также дадут добро на рассекречивание и тиражирование подробных карт местности, необходимых для полноценного использования автомобильных навигационных систем.

Vantage M Руководство пользователя | GPS

Часы со встроенной системой GPS предоставляют точные данные о скорости, дистанции и высоте при занятиях на улице. После тренировки вы также можете просмотреть свой маршрут на карте при помощи приложения или онлайн-сервиса Flow.

Чтобы быстрее установить связь со спутником, в часах используется сервис Assisted GPS (A-GPS). Данные A-GPS сообщают часам предполагаемое расположение GPS-спутников. Таким образом, часы знают, где искать спутники и, следовательно, могут принимать от них сигналы за считанные секунды даже при помехах.

Данные A-GPS обновляются раз в день. Файл с последними данными A-GPS загружается на часы каждый раз, когда вы синхронизируете их с онлайн-сервисом Polar Flow через программу FlowSync или приложение Polar Flow. Раз в день данные A-GPS автоматически загружаются на ваши часы через приложение Polar Flow, если оно работает хотя бы в фоновом режиме и телефон находится в зоне досягаемости Bluetooth.

Дата истечения срока действия A-GPS

Файл с данными A-GPS действителен до 14 дней. Точность позиционирования относительно высока на протяжении первых трех дней и постепенно снижается на протяжении остальных дней. Регулярные обновления позволяют достичь высокого уровня точности позиционирования.

Дату истечения срока действия для текущего файла с данными A-GPS можно узнать из часов. Перейдите в раздел Настройки > Общие настройки > О ваших часах > Дата истечения срока действия A-GPS. Если срок действия файла с данными истек, синхронизируйте часы с онлайн-сервисом Flow через программное обеспечение FlowSync для того, чтобы обновить данные A-GPS.

Как только срок действия файла с данными A-GPS истек, для получения данных о текущем расположении может потребоваться больше времени.

Функции GPS

Часы обладают следующими функциями GPS:

  • Расстояние: Точные данные о пройденной за тренировку дистанции.
  • Скорость / темп: Точные данные о скорости и темпе, доступные во время тренировки и после нее.
  • Высота, подъем и спуск: Измерение высоты, а также подъемов и спусков в метрах/футах во время тренировки.
  • Индекс бега: Running Index рассчитывается на основании частоты сердечных сокращений и скорости, замеренных во время бега. Таким образом, вы получаете информацию об уровне своего прогресса, аэробном физическом состоянии и экономичности бега.


Для наиболее эффективной работы системы GPS рекомендуется носить часы на запястье, дисплеем вверх. Из-за расположения антенны GPS не рекомендуется носить часы дисплеем вниз. То же правило действует и при креплении устройства к рулю велосипеда: дисплей должен быть обращен вверх.

Почему GPS-позиционирование требует четырех спутников?

>> 3 спутника

будет достаточно


Глобальная система (ы) позиционирования предполагают «трехмерную декартову систему координат xyz с центром на земле» . Любое место в этом трехмерном пространстве требует, чтобы не более 3 компонентов были полностью идентифицированы. Таким образом, даже если 3 сферы, которые мы получаем по 3 измерениям расстояния, пересекаются в двух разных точках, одна из этих точек становится бесполезной из-за характеристики [ ориентирование по земле + фиксирование по земле ] системы координат, принятой в GPS; нас интересуют места под земной атмосферой. 3 спутника могут быть использованы для определения 3-х измерений положения с «идеальными» часами приемника (с дорогими атомными / оптическими часами).

! ДА! Вы могли бы получить! 3D-определение местоположения с 3 спутниками, ЕСЛИ используемый вами GPS-приемник был оснащен атомными часами. (Ликвидация второй точки, на левом нижнем рисунке на рисунке выше, выполняется «интуитивно», поскольку она соответствует некоторому месту в DEEP SPACE. ПОТОМУ ЧТО , есть причина, по которой спутники GPS находятся в своем определенном созвездии (~ их установка в небе):! более! 24 спутников GPS на 6 орбитальных плоскостях, которые находятся на высоте ~ 20 000 км над вами, и 4 спутника на каждой плоскости, 60 градусов между этими плоскостями и наклон 55 градусов относительно экваториальной плоскости, ДАЕТ ВАМ 5-8 спутников, к которым можно «подключиться» из (почти) любого места на земле, и 3 СПУТНИКА, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ 3D ПОЗИЦИОННОЕ ИСПРАВЛЕНИЕ НА ЗЕМЛЕ, Если мы говорим о расположении вещей «внутри и снаружи» Земли, ХОРОШО, ДА, вам понадобится как минимум еще 1 спутник, чтобы исключить одну из двух возможных точек пересечения на последнем шаге. Это был не вопрос, не так ли?

На практике размещение дорогих часов в приемниках GPS редко возможно / выполнимо, и вместо этого можно использовать 3 космических аппарата (КА, то есть спутники) для вычисления двумерного горизонтального фиксирования (по широте и долготе) при определенной высоте (например, z измерение) предполагается; Таким образом, вы избавляетесь от 1-мерного измерения из 4-х, которые изначально требовались. Предполагаемая высота может быть либо уровнем моря, либо высотой (обычно) самолета, оборудованного альтиметром.

Именно измерение высоты выбрано для отбрасывания, потому что оно является (относительно) наименее важным среди других. Из четырех требуемых размерных измерений (x, y, z, время) всегда необходимо разрешать время, ПОТОМУ ЧТО спутниковые сигналы (электромагнитные волны) распространяются со скоростью света и достигают приемника за ~ 0,07 атомных секунд; и, таким образом, небольшая неточность в относительно дешевых внутренних часах GPS-приемника может привести к «очень неправильному» определению местоположения из-за дополнительного расстояния, на которое предполагается, что сигнал проходит с предельной скоростью света. И, что ж, другие два измерения разместят приемник GPS на некоторой паре (долгота, широта) на поверхности планеты.

Более 4 спутников обеспечивают лучшую точность, вводя дополнительные «пары разницы во времени». Остается 4 требования к размерам, но количество независимых уравнений увеличивается и превышает 4. Это приведет к переопределенной системе уравнений с несколькими решениями. Переопределенные системы являются! с числовыми методами, например наименьших квадратов. В этом случае метод наименьших квадратов даст положение (приемника GPS), которое наилучшим образом соответствует всем измерениям времени (с дополнительными измерениями) путем минимизации суммы квадратов ошибок.

(1)
Обзор системы глобального позиционирования, Питер Х. Дана, Департамент географии, Техасский университет в Остине, 1994 год.
Http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html

(Мастер GPS Центр управления расположен в Колорадо, военно-воздушная база Schriever)

(2)
Определение местоположения с помощью GPS, Dr. Аня Кёне, Михаэль Весснер, Öko-Institut (Институт прикладной экологии), Фрайбург-им-Брайсгау, Германия
http://www.kowoma.de/en/gps/positioning.htm

(3)
Недоопределенная линейная система для GPS, Дэн Калман,
https://www.maa.org/sites/default/files/pdf/upload_library/22/Polya/Kalman.pdf

(4)
Для красочных иллюстраций
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gif/figure09.gif
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gif/ ecefxyz.gif
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gif/gpsxyz.gif
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gif/navigate.gif

>>

Неточность


« Четыре сферы поверхности, как правило, НЕ пересекаются. Поэтому мы можем с уверенностью сказать, что когда мы решаем уравнения навигации, чтобы найти пересечение, это решение дает нам положение приемника наряду с точным временем, устраняя тем самым необходимость в очень большом , дорогие и энергозатратные часы. »

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Position_System#Basic_concept_of_GPS

Он говорит, что «как правило», потому что измерения являются неточными; в противном случае они будут пересекаться ровно в одной точке. Из 4 спутников вы получаете 4 неточных измерения расстояния. Неточность во всех этих 4 измерениях одинакова (= в одинаковом количестве), ПОТОМУ ЧТО спутники используют атомные часы, что обеспечивает их точную синхронизацию между собой (и точную по шкале времени GPS), кроме того, неточные часы в измерениях также остаются неизменными , потому что речь идет об одном конкретном приемнике GPS. Поскольку точные и неточные часы, а, следовательно, и неточность, постоянны в наших измерениях, может быть только одно значение коррекции, которое уменьшает объем пересечения 4 сфер до одной точки пересечения. Это значение представляет неточность времени.

(5) Часы UTC в настоящее время (2012-11-14) отстают на 16 секунд от часов GPS.
http://www.leapsecond.com/java/gpsclock.htm

(6) Как блокируется приемник GPS, Томас А. Кларк, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА
http://gpsinformation.net/main/gpslock.htm

(7) Насколько точны радиоуправляемые часы? Майкл Ломбарди, NIST-отдел времени и частоты, Мэриленд
http://tf.nist.gov/general/pdf/2429.pdf

Структура системы — Trimble

2. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ GPS состоит из трех сегментов (segments): из космического (space), то есть спутникового сегмента, из сегмента управления и контроля и из сегмента пользователя. Здесь и далее использован термин «сегмент», хотя можно использовать и другой термин, например «подсистема». Спутниковый сегмент состоит из созвездия функционирующих в данную эпоху спутников. Сегмент управления и контроля содержит главную станцию управления и контроля, станции слежения за спутниками и станции закладки информации в бортовые компьютеры спутников. Сегмент пользователя — это совокупность спутниковых приемников и программного обеспечения, находящихся в распоряжении пользователей. Пользователя системы в первую очередь интересует его собственный сегмент, то есть имеющиеся у него приемники, а также спутниковый сегмент, в значительной мере обеспечивающий достоверность результатов. Вместе с тем действия сегмента управления и контроля иногда оказывают критическое влияние на полученные пользователем результаты. Были случаи, когда результаты получались абсурдными: например, высота пункта, расположенного на равнине, оказывалась такой, как будто он находится в высокогорье, либо в глубочайшей впадине. Пользователь не может контролировать систему и воздействовать на нее, но он обязан выявлять сбои в ее работе и на этапе обработки отсекать ложные данные и результаты.

2.1. Спутниковый сегмент Номинально в каждую эпоху имеется 24 работающих (здоровых — healthy) спутника системы. Спутники распределены по шести круговым орбитам. На каждой орбите, таким образом, находится 4 спутника. Плоскости орбит разнесены по прямому восхождению на 60°. Наклон плоскости орбиты к плоскости экватора составляет 53°. Именно таков угол наклона i для спутников GPS. Расстояние спутников от поверхности Земли составляет 20200 км. При этом период обращения равен половине звездных суток. Наблюдателю это удобно. Если сегодня оказалось, что в такой-то интервал времени спутник занимал такое-то видимое с данного пункта положение, то завтра примерно в тот же интервал времени все повторится. Повторители геометрия наблюдений, то есть PDOP. Следовательно, можно планировать наблюдения на несколько суток вперед с точностью до нескольких минут. Помешать этому может только резкая корректировка орбит спутников или переход какого-либо из них из состояния здорового в состояние больного (unhealthy) или наоборот.

Командование GPS меняет статус спутников: корректирует орбиты, переводит спутник из состояния здорового в состояние больного, отключает операционные спутники, включает резервные спутники. На орбитах находятся еще три резервных спутника, которые иногда включают. Часто имеется не 24, а 25 и более операционных спутника. В резерве всегда держат несколько готовых к запуску спутников. Подробнее о том, что представляет собой спутник GPS, написано в разделе 3.

2.2. Сегмент управления и контроля Этот сегмент называют также операционной системой управления и контроля — Operational Control System (OCS). Основными задачами сегмента является слежение за спутниками для определения их орбит и параметров хода часов спутников относительно GPST, прогноз эфемерид спутников, временная синхронизация часов спутников, загрузка навигационного сообщения на спутники. Существует также много других задач, таких, например, как обеспечение запусков новых спутников.

Первоначально главная станция управления и контроля располагалась в Вандерберге, Калифорния. Затем ее перевели в объединенный центр космических исследований — Consolidated Space Operations Center — CSOC. Центр расположен на базе военно-воздушных сил США в Фальконе, Колорадо Спрингс, штат Колорадо. Центр собирает и обрабатывает данные со станций слежения за спутниками системы. Используя фильтр Калмана, вычисляют и предсказывают эфемериды спутников, а также параметры хода часов спутников. Затем эти данные передают на одну из трех наземных станций закладки информации, каждая из которых совмещена со станцией слежения за спутниками. Станции закладки информации закладывают информацию в память бортовых компьютеров спутников. Делают это примерно каждый час. На главной станции находятся цезиевые стандарты частоты и времени, хранящие GPST. В задачи главной станции входит также контроль работоспособности спутников и системы в целом.

Имеется пять станций слежения за спутниками системы. Они расположены на Гавайях, в Колорадо Спрингс (США, совпадает с главной станцией системы), на острове Асунсьон в южной части Атлантического океана, на острове Диего Гарсия в Индийском океане и на острове Кваджалейн в южной части Тихого океана. Каждая из этих станций оборудована высокоточным цезиевым стандартом частоты и Р-кодовым (см. раздел 7.3.3) приемником. Приемник непрерывно, каждые полторы секунды, измеряет псевдодальности до всех находящихся над горизонтом спутников. В псевдодальности вводят поправки за задержки сигнала в ионосфере и нейтральной атмосфере. Затем данные сглаживают на интервалах в пятнадцать минут и передают предварительно обработанную таким образом информацию на главную станцию управления и контроля.

Эту сеть из пяти станций используют для создания широковещательных эфемерид и для определения параметров хода часов спутников. Именно эту информацию пользователь получает из спутникового сообщения. Более точную информацию, но с запаздыванием, получают из результатов наблюдений спутников на контрольных пунктах других сетей. Гораздо более глобальная и точная сеть — это Кооперативная международная сеть GPS — Cooperative International GPS Network (CIGNET), управляемая национальной геодезической службой (NGS) США. Координаты станций этой сети определены методом РСДБ. Полученные на этой сети эфемериды спутников называют точными. Они доступны, например, через INTERNET. Подчеркнем еще раз, что получить их можно только по прошествии некоторого времени после наблюдений. Следовательно, их используют, когда нужна наивысшая точность результатов, а задержка в их получении особой роли не играет.

В сегмент управления и контроля входят три станции закладки информации, которые называют также наземными контрольными станциями. Они совмещены со станциями слежения на островах Асунсьон, Диего Гарсия и Кваджалейн. Каждая такая станция содержит аппаратуру связи со спутниками и передающую антенну. Эти станции по спутниковым линиям связи получают с главной станции управления и контроля информацию об эфемеридах спутников и параметрах хода их часов. Эту информацию станции закладывают в память бортовых компьютеров спутников примерно каждый час. Для этого используют линию связи в диапазоне от 2,3 до 3,7 ГГц. Если по какой-либо причине закладка новых эфемерид приостановлена, то спутник транслирует старые эфемериды еще в течение 14 суток. Поскольку такие эфемериды являются результатом экстраполяции, то ошибка их постепенно увеличивается с 10 до 200 метров.

2.3. Сегмент пользователя Пользователь GPS — это человек или коллектив, имеющий в своем распоряжении всю необходимую для работы спутниковую аппаратуру и программное обеспечение. Следовательно, сегмент пользователя — это совокупность находящихся в работе спутниковых приемников и другой аппаратуры. Пользователи различаются на категории по нескольким признакам: гражданские и военные, навигаторы и геодезисты, имеющие полный доступ к системе и имеющие ограниченный доступ. Как правило, американские военные имеют полный доступ к системе. Таких пользователей называют авторизованными, допущенными, уполномоченными — authorized users. Остальные пользователи, как правило, гражданские, — это неавторизованные — unauthorized — пользователи. Аппаратура авторизованных пользователей позволяет получать и обрабатывать информацию такой точности, на которую только способна система. Аппаратура неавторизованных пользователей до недавнего времени была способна получать только информацию с намеренно загрубленной точностью. Сейчас режим намеренного загрубления отключен.

Специалисты в области навигации как пользователи GPS заинтересованы в решении задач навигации. Эти задачи в значительной мере сводятся к определению мгновенных координат транспортного средства и к определению скорости и направления его перемещения. Необходимая точность такого определения зависит от того, в какой ситуации находится транспортное средство. Судно в открытом океане не требует высокоточной навигации, вполне удовлетворительна ошибка местоположения в сто метров и даже в километр (в кабельтов или в милю). Резко возрастают точностные требования, до дециметрового уровня, при подходе к портам, при маневрах в узкостях (проливы, фьорды) и в потоке движения. На самом деле навигационные приемники определяют не только месторасположение и вектор скорости. Приемник указывает требуемый и реальный курс на заданный объект, отклонение от маршрута, предписывает маневры, желательные для возвращения на курс. Вообще навигационный приемник многофункционален.

Геодезический приемник также выполняет функции навигационного приемника. Другими словами, он работает не только в фазовом, но и в кодовом режиме. Однако навигационные функции геодезического приемника не столь обширны, сколь у чисто навигационного приемника. Предназначение геодезического приемника не в навигации, но он всегда поможет оператору выйти в нужный пункт.

При геодезических измерениях одновременно работают несколько приемников. Как минимум — два. Определяют вектор базы, соединяющий пункты, на которых установлены антенны приемников. Определяют их на миллиметровом — сантиметровом Уровне точности. Точность зависит от производителя аппаратуры, от методики наблюдений, от расстояния между пунктами.

Что такое GPS?

Спутник GPS Block IIR (M), показанный здесь, является одним из различных поколений спутников GPS, вращающихся вокруг Земли. Спутники GPS летают по средней околоземной орбите на высоте около 20 200 километров. Каждый спутник обращается вокруг Земли дважды в день. Спутники в группировке GPS расположены таким образом, что пользователи могут видеть как минимум четыре спутника практически из любой точки планеты.

Знаете ли вы?

Движение земной поверхности в U.S. находятся под наблюдением Национальной геодезической службы NOAA через общенациональную сеть постоянных GPS-станций, называемых постоянно действующими опорными станциями. Эти станции позволяют NOAA предоставлять продукты позиционирования для использования в геодезии, строительстве, навигации, картографии и других отраслях.

Тысячи лет люди находили свой путь, глядя в небо. Моряки использовали созвездия, солнце и луну для навигации к далеким берегам.Сегодня все, что нужно, — это устройство, называемое GPS-приемником. GPS расшифровывается как Global Positioning System, и он позволяет нам знать, где мы находимся и куда мы идем в любую точку Земли.

Нам все еще нужны объекты в небе, чтобы знать, где мы находимся и как добраться до других мест, но теперь мы используем спутники вместо звезд. Более 30 спутников GPS-навигации курсируют по всему миру на высоте 20 200 километров, чтобы помочь нам сориентироваться.

GPS — это система, состоящая из трех частей: спутников, наземных станций и приемников.Спутники действуют как звезды в созвездиях — мы знаем, где они должны быть в любой момент времени. Наземные станции отслеживают и контролируют спутники, а также помогают определять их местоположение — как где они находились, так и где, по прогнозам, они будут. Приемник, который вы можете найти в своем телефоне или в машине, постоянно прослушивает сигналы от этих спутников, которые можно использовать как гигантскую рулетку между приемником и спутниками.

Как только ваш приемник вычислит расстояние от четырех или более спутников, он точно знает, где вы находитесь.За секунды, находясь за тысячи миль в космосе, ваше местоположение на земле может быть определено с невероятной точностью, часто в пределах нескольких ярдов от вашего фактического местоположения. Многие высокотехнологичные приемники могут определить, где вы находитесь, с точностью до долей дюйма.

Navstar: спутниковая сеть GPS | Космос

Navstar — это сеть спутников США, которые предоставляют услуги глобальной системы позиционирования (GPS). Они используются для навигации как военными, так и гражданскими лицами.

Эти 24 основных спутника GPS вращаются вокруг Земли каждые 12 часов, посылая синхронизированный сигнал с каждого отдельного спутника. Поскольку спутники движутся в разных направлениях, пользователь на земле принимает сигналы в несколько разное время. Когда по крайней мере четыре спутника связываются с приемником, приемник может вычислить, где находится пользователь — часто с точностью до нескольких футов для гражданского использования.

Сигналы GPS раньше «ухудшались» для гражданского использования, что означало, что они были действительно точными только в военных приложениях.Однако в 2000 году президент Билл Клинтон санкционировал отключение этой «выборочной доступности».

В наши дни многие люди воспринимают устройства глобальной системы позиционирования как должное. Большинство людей знакомы с концепцией использования системы GPS (в качестве автономного устройства или в телефоне), чтобы ориентироваться. GPS также может определять местоположение пользователя, что полезно для ориентации и даже для забавных действий, таких как геокэшинг (поиск скрытых тайников с использованием устройств GPS). Но есть и другие применения, помимо определения местоположения и навигации.

GPS также можно использовать для отслеживания, например, для добавления метки к животному, чтобы увидеть протяженность его территории. Эта технология также помогает при составлении карт, например, помогает лучше определить очертания страны. Вероятно, существуют тысячи приложений для систем GPS, начиная от всего, чтобы помочь туристам ориентироваться в отдаленных районах, чтобы помочь фермерам точно засеять поля и помочь дронам найти свои цели.

«Идея поехать куда-нибудь без спутникового позиционирования и карт под рукой — или делать снимки без данных с геотегами — в наши дни может быть столь же чуждой людям, как запрячь повозку для бега к кормовому магазину.«Это анахронизм из другой эпохи», — пишет Digital Trends о GPS.

Держать подводные лодки в правильном направлении

ВМС США разработали первую оперативную спутниковую навигационную систему — Transit — в 1960-х годах. Эти космические аппараты со стабилизированной спинкой — Это означает, что их вращение удерживало космический корабль в одном направлении — впервые они были использованы для навигации в 1964 году подводными лодками Polaris.

Однако даже в те первые дни люди, создавшие систему, могли видеть научное применение GPS.

«Мы оба были чрезвычайно довольны некоторыми из прошлых и настоящих способов использования спутниковой навигации, включая отслеживание мигрирующих птиц и животных, а также эффективные поисково-спасательные методы, позволяющие выявить проблемы в отдаленных районах по всему миру», — писали Джордж Вайффенбах и Уильям Гайер, оба участвовавшие в создании Transit, в статье 1998 года для Университета Джона Хопкинса.

«Конечно, мы недооценили прогресс в электронике. В частности, мы не прогнозировали невероятную степень сокращения размеров и стоимости повседневных приложений для массового рынка, например.g., навигационные системы для наших автомобилей и прогулочных катеров и даже портативные устройства для туристов ».

Были и другие ранние системы, такие как спутник ВМФ Timation, который проверял использование точных часов в космосе. Это было важным предшественник Navstar, поскольку эта система GPS полагается на время для синхронизации спутников.

Художественная концепция спутника Navstar-2F GPS (Global Positioning System). (Изображение предоставлено ВВС США)

Поколения спутников

Между тем , другие отделения U.С. военные работали над собственными навигационными системами. С таким количеством систем, пытающихся удержать пользователей в курсе, в конце концов военные поняли, что, возможно, стоит разработать систему, которую могли бы использовать все подразделения.

В 1973 году Пентагон предложил спутниковую систему глобального позиционирования, которая сегодня известна как Navstar.

«Основными причинами разработки GPS была необходимость доставлять оружие точно в цель и остановить распространение навигационных систем в США.S. military », — написал Рик Стердевант в книге НАСА 2007 года о космосе в гражданских целях.

« Однако с самого начала Министерство обороны (DOD) признало полезность GPS для мирового гражданского сообщества ».

Navstar спроектирован так, чтобы работать с как минимум 24 спутниками на орбите. Первое поколение спутников Navstar начали запускать в 1978 году. За исключением отказа Navstar 7 в 1981 году, который не смог выйти на орбиту, около 10 спутников, построенных Lockheed Martin, смогли попасть на орбиту. Космос.

Начиная с 1989 года, согласно Gunter’s Space Page, были запущены первые полноценные спутники GPS. Они были спроектированы для работы в течение 14 дней без необходимости вмешательства на земле. Девять из этих спутников были запущены в быстрой последовательности в период с 1989 по 1990 год.

систем GPS в Соединенных Штатах прошли шесть основных итераций с 1978 года. Последний блок спутников, называемый IIF, был запущен в период с 2010 по 2016 год. рассчитан на срок службы 12 лет.Некоторые из их примечательных особенностей включают возможность загрузки программного обеспечения, лучшую устойчивость к помехам и удвоенную точность.

Набор спутников GPS Block IIIA — седьмой набор спутников GPS и первый набор спутников третьего поколения — производится компанией Lockheed Martin. Первоначально планировалось, что запуск блока начнется в 2014 году. Однако из-за технических задержек первый запланированный запуск был перенесен на май 2018 года. Ожидается, что в серию будет запущено 10 спутников, последний из которых запланирован на второй квартал 2023 года.

«Спутники Lockheed Martin GPS III будут иметь в три раза лучшую точность и до восьми раз улучшенные возможности защиты от помех», — написала компания на своем веб-сайте. «Срок службы космического корабля продлится до 15 лет, что на 25 процентов дольше, чем у новейших спутников GPS, находящихся сегодня на орбите. Новый гражданский сигнал L1C GPS III также сделает его первым спутником GPS, транслирующим сигнал, совместимый с другими международными глобальными навигационными спутниковыми системами, такими как Galileo. , улучшая возможности подключения для гражданских пользователей.«

GPS III находится в разработке с 1998 года, финансирование доступно с 2000 года, согласно Digital Trends. Новый набор спутников будет иметь четыре набора гражданских сигналов вместо стандартного. Один из этих новых сигналов (известный как L2C ) имеет более сильный сигнал, который будет легче уловить под деревьями, внутри или в труднодоступных местах, таких как каньоны.

Военные также получат преимущество благодаря доступным сигналам M-кода с высокой пропускной способностью. В некоторых районах это повысит мощность сигнала GPS в 100 раз.Таким образом, у военных будет более сильный сигнал, который труднее заглушить, обеспечивая помощь дронам или командам, работающим в отдаленных районах.

Выборочная доступность

Система GPS для гражданских пользователей совершила скачок вперед в 2000 году, когда Клинтон санкционировал прекращение «выборочной доступности». Раньше гражданские лица получали гораздо более «грубое» представление о своем положении, потому что военные манипулировали такими факторами, как орбитальные данные или частота часов спутника.

Однако вскоре мирные жители опасались, что эту опцию можно снова включить.Террористические атаки 11 сентября 2001 г. на Всемирный торговый центр и Пентагон вызвали ряд новых мер безопасности. Через шесть дней после атак Межведомственный исполнительный совет GPS заявил, что в политике Соединенных Штатов не было никаких изменений: больше не использовать выборочную доступность.

В 2007 году президент Джордж Буш принял рекомендацию пойти еще дальше. По совету Министерства обороны он постановил, что поколение Navstar III вообще не будет иметь возможности делать выборочную доступность.Теперь, когда GPS стала отраслью с многомиллиардным оборотом, в Вашингтоне, казалось, были решены коммерческие соображения.

«Хотя это действие не приведет к существенному улучшению производительности системы», — зачитано заявление Министерства обороны, — «оно отражает твердую приверженность США пользователям, подтверждая, что эта глобальная утилита может рассчитывать на поддержку. мирное гражданское применение по всему миру «.

В отличие от ранних дней, Navstar сталкивается с конкуренцией со стороны других GPS-подобных систем, созданных другими странами для гражданского и военного использования.У русских есть система под названием ГЛОНАСС, а у европейцев есть еще одна под названием Galileo, которая находится на ранних стадиях развертывания.

Благодаря выборочной доступности, не включенной в последние спутники GPS, новые системы могут отслеживать местоположение гражданских лиц с точностью до одного фута, согласно The Verge. Типичный GPS-локатор сегодня может определять местонахождение гражданских лиц с точностью от трех до девяти метров (от 10 до 16 футов).

Satellite Constellation — обзор

Обзор GPS

GPS — это космическая навигационная система, номинально состоящая из 24 спутниковых группировок, которые предоставляют информацию о местоположении и времени военным и гражданским пользователям по всему миру.Спутники GPS, вращающиеся вокруг Земли каждые 12 часов, непрерывно передают сигналы GPS на двух разных частотах L-диапазона, L1 и L2. Помимо спутников GPS, система состоит из всемирной сети управления спутниками и приемников GPS, которые принимают сигналы GPS и преобразуют их в информацию о местоположении и времени. GPS предоставляет несколько услуг, включая высокоточную трехмерную информацию о местоположении, точную скорость и синхронизацию, а также доступность для неограниченного числа военных, гражданских и коммерческих пользователей во всем мире.

Основная идея GPS для определения местоположения пользователя относительно проста. Если расстояния от пользователя (приемника GPS) до трех спутников GPS и местоположения спутников известны, местоположение пользователя может быть определено путем применения хорошо известной процедуры картирования триангуляционной съемки. Приемник будет расположен на пересечении трех сфер; каждый имеет радиус, равный расстоянию между приемником и спутником, и центрируется на этом конкретном спутнике. Теоретически необходимы три расстояния до трех одновременно отслеживаемых спутников и их координаты.Информация о местоположении является частичным результатом обработки сигнала GPS. Точность определения местоположения была ограничена 100 м для горизонтальной составляющей, 156 м для вертикальной составляющей и 340 нс для временной составляющей в соответствии с политикой выборочной доступности (SA). Ожидается, что с прекращением SA 1 мая 2000 года полученная горизонтальная точность улучшится примерно до 22 м (уровень вероятности 95%). Для дальнейшего повышения точности позиционирования GPS разработаны методы относительного позиционирования GPS, а также разработаны модернизированные сигналы GPS (L2C, L5 и L1C), которые будут использоваться в ближайшем будущем.В этом случае уровень точности позиционирования будет повышен до нескольких метров или субсантиметра.

Тот факт, что топографическая поверхность Земли очень неровная, затрудняет определение местоположения пользователя. Чтобы решить эту проблему, геодезисты приняли гладкую математическую поверхность, называемую опорной поверхностью, чтобы приблизиться к неправильной форме Земли. Одна из таких поверхностей — это двухосный опорный эллипсоид, известный как геодезическая система координат. Геодезическая база данных — это математическая поверхность или опорная поверхность с четко определенными исходной точкой (центром) и ориентацией.

Координаты спутников, указанные в эфемеридах вещания, относятся к системе отсчета Мировой геодезической системы 1984 года (WGS 84). WGS 84 — это трехмерная ориентированная на Землю система координат, разработанная бывшим картографическим агентством Министерства обороны США, теперь входящая в состав нового агентства, Национального агентства изображений и картографии (NIMA). Это официальная справочная система GPS. В дополнение к геодезической системе координат в качестве опорной поверхности используется так называемая вертикальная точка отсчета, к которой относятся высоты (отметки) точек.Геоид часто выбирается в качестве вертикальной точки отсчета. Высота точки над геоидом называется ортометрической высотой, которая обычно отображается на топографических картах. Однако в случае GPS полученные высоты являются ссылками на опорный эллипсоид, а не на геоид, известный как эллипсоидальные высоты. Многие приемники GPS и программные пакеты имеют встроенные модели геоида для автоматического преобразования между ортометрическими и эллипсоидальными высотами.

Время играет очень важную роль в позиционировании с помощью GPS.Сигнал GPS контролируется устройствами системы точного времени, часами атомных спутников. Кроме того, измерение расстояний от приемника до спутников основано на часах приемника и спутников. Две системы времени, всемирное координированное время (UTC) и время GPS, очень важны для пользователей GPS. UTC — это атомная шкала времени, основанная на международном атомном времени (TAI). TAI — это единая шкала времени, которая вычисляется на основе независимых шкал времени, генерируемых атомными часами, расположенными в различных лабораториях хронометража по всему миру.Время GPS — это шкала времени, используемая для привязки сигналов GPS. Он вычисляется на основе шкалы времени, генерируемой атомными часами на станциях мониторинга и на борту спутников GPS. Шкала времени GPS была установлена ​​на UTC 6 января 1980 года. Однако из-за дополнительных секунд, введенных в шкалу времени UTC, 1 января 1999 года время GPS опередило время UTC на 13 секунд. Разница между шкалой времени GPS и UTC. указывается в сообщении GPS-навигации.

5.2 Глобальные системы позиционирования | GEOG 160: Отображение нашего меняющегося мира

Использование геолокационных технологий достигло беспрецедентного уровня.Устройства с функцией определения местоположения, дающие нам доступ к широкому спектру LBS, пронизывают наши дома и могут быть найдены почти в каждом торговом центре, офисе или автомобиле. От цифровых фотоаппаратов и мобильных телефонов до автомобильных навигационных устройств и микрочипов для наших домашних животных — миллионы людей и бесчисленное множество устройств имеют доступ к глобальной системе позиционирования (GPS). У большинства из нас есть базовое представление о том, что такое GPS, но к чему именно мы все подключены?

В просторечии термин «GPS» часто относится к бортовому навигационному устройству или другому устройству, способному определять свое местоположение.Эта терминология неверна; такие устройства не являются глобальной системой позиционирования — это приемники GPS . Настоящая глобальная система позиционирования слишком велика, чтобы поместиться в наших карманах или наклеить на наши панели инструментов.

Точнее, GPS (как следует из буквы S) — это система, состоящая из приемников, группы спутников, вращающихся вокруг Земли, и центров управления, которые отслеживают скорость и форму орбит спутников. По данным Военно-морской обсерватории США, в настоящее время в группировке GPS (2012 г.) 32 спутника.Из всех спутников на орбите 27 используются в основном (в 2011 г. было 24), а остальные служат в качестве резервных на случай выхода из строя основного спутника. Мы обсудим важность этого числа в следующем разделе.

Вместе спутники, центры управления и пользователи составляют три сегмента, на которых основана GPS: космический сегмент , управляющий сегмент и пользовательский сегмент . Эти сегменты общаются с помощью радиосигналов.

Рисунок 5.5: Схема 3-х сегментов GPS.
Глобальная система позиционирования основана на взаимодействии трех отдельных сегментов.

Кредит: Джошуа Стивенс, географический факультет, Государственный университет Пенсильвании.

5.2.1 Космический сегмент

Космический сегмент состоит из всех спутников в группировке GPS, которая постоянно изменяется по мере запуска новых спутников и вывода из эксплуатации других на периодической основе. Каждый спутник вращается вокруг Земли, следуя одной из шести орбитальных плоскостей (Рисунок 5.6) и совершает полный оборот за 12 часов.

Рисунок 5.6: Шесть орбитальных плоскостей группировки GPS.

Кредит: Джошуа Стивенс, географический факультет, Государственный университет Пенсильвании.

Орбитальные плоскости расположены так, чтобы гарантировать, что по крайней мере четыре спутника находятся «в поле зрения» в любой момент времени в любой точке Земли (если возникают препятствия, радиосигнал спутника не может быть принят). Приемникам необходимы три спутника для определения местоположения, а четвертый улучшает измерения и дает возможность вычислять высоту.Поскольку четыре спутника должны быть видны из любой точки планеты, а спутники расположены в шести орбитальных плоскостях, минимальное количество спутников, необходимое для обеспечения полного покрытия в любом месте на Земле, составляет 24.

Почему именно три спутника необходимы для определения положения одного, будет рассмотрено в разделе 5.5 этой главы. Как вы узнаете, этот процесс очень похож на метод, использовавшийся более ранними геодезистами и навигаторами, которые вычисляли местоположения с невероятной точностью задолго до появления спутниковых технологий.

Чтобы просмотреть карту рабочего состояния спутников, работающих в настоящее время, см. Статус спутников Waas. Попробуйте отслеживать движение отдельного спутника по вашему выбору в режиме реального времени на N2YO (обратите внимание на изменения высоты и скорости при движении спутника по своей орбите).

5.2.2 Контрольный сегмент

Хотя спутники GPS являются примерами впечатляющей инженерной мысли и дизайна, они не лишены ошибок. Гравитационные изменения, возникающие в результате взаимодействия Земли и Луны, могут влиять на орбиты спутников.Помехи, вызванные излучением, электрическими аномалиями, космическим мусором и естественным износом, также могут ухудшить или нарушить орбиту и функциональность спутника. Время от времени спутники должны получать инструкции по исправлению этих ошибок на основе данных, собранных и проанализированных центрами управления на земле. Существуют два типа центров управления: станции мониторинга и станции управления.

Monitor Station — это очень точные GPS-приемники, установленные в известных местах. Они фиксируют расхождения между известными и рассчитанными положениями, вызванные небольшими изменениями орбиты спутников.Данные, описывающие орбиты, производятся на главной станции управления в Колорадо-Спрингс, загружаются на спутники и, наконец, транслируются как часть сигнала позиционирования GPS. Приемники GPS используют данные этого сообщения спутниковой навигации для корректировки измеряемых ими позиций.

При необходимости Главный центр управления может изменять орбиты спутников с помощью команд радиосигнала, передаваемых через наземные антенны сегмента управления.

Технические подробности контрольного сегмента, включая текущее расположение станций, можно увидеть на сайте контрольного сегмента GPS.

5.2.3 Пользовательский сегмент

По оценкам Федерального авиационного управления США (FAA) в 2006 году, около 500000 GPS-приемников использовались для многих приложений, включая геодезию, транспорт, точное земледелие, геофизику и отдых, не говоря уже о военной навигации. Это было до того, как автомобильные навигационные устройства GPS стали одними из самых популярных потребительских электронных подарков во время курортного сезона 2007 года в Северной Америке. Это также до появления первого потребительского телефона с поддержкой GPS (Nokia N95, выпущенного в 2007 году) и первых камер со встроенным GPS (которые не появлялись до 2010 года).

Сегодня активировано более одного миллиарда смартфонов, планшетов, фотоаппаратов и других мобильных устройств с поддержкой GPS. На этих устройствах карты и приложения для определения местоположения составляют почти 17% «справочного» использования — помимо спорта, информации о ресторанах и розничной торговли (mobiThinking, 2012).

Эти устройства и операторы, которые их используют, составляют пользовательский сегмент GPS.

спутников GPS передают сигналы на двух радиочастотах, зарезервированных для использования в радионавигации: 575.42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2). Публичная часть пользовательского сегмента до 2012 года полагалась только на частоту L1; Частота L2 использовалась для двух зашифрованных сигналов только для использования в военных целях. Постепенно, начиная с 2005 года, новые спутники начали использовать L2C (гражданское использование частоты L2) для незашифрованных сигналов общего доступа, которые не предоставляют полные навигационные данные. Производители GPS-приемников теперь могут создавать двухчастотные модели, которые могут измерять небольшие различия во временах прихода двух сигналов (они называются приемниками с дифференциальной фазой несущей).Такие различия могут использоваться для использования частоты L2 для повышения точности без декодирования зашифрованного военного сигнала. Приемники для исследования фазы несущей, способные выполнять кинематическую коррекцию ошибок в реальном времени (RTK), могут выдавать горизонтальные координаты с точностью до метра по цене от 1000 до 2000 долларов. Неудивительно, что GPS заменил несколько традиционных инструментов для многих задач землеустройства.

5.2.4 Определение местоположения по спутникам: как устройства GPS определяют местоположение

Каждый спутник GPS оснащен атомными часами, которые показывают время с исключительной точностью.Точно так же каждый GPS-приемник также включает часы. Время, измеряемое этими часами, используется для определения того, сколько времени требуется спутниковому сигналу, чтобы достичь приемника. Точнее, спутники GPS передают «псевдослучайные коды», которые содержат информацию о времени и орбитальном пути спутника. Затем приемник интерпретирует этот код, чтобы он мог вычислить разницу между его собственными часами и временем передачи сигнала. Умноженную на скорость сигнала (который движется со скоростью света), можно использовать разницу во времени для определения расстояния между спутником и приемником, как показано на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7: GPS-приемники вычисляют расстояние как функцию разницы во времени трансляции и приема сигнала GPS. Расстояние = скорость света x разница во времени.

Кредит: географический факультет Пенсильванского государственного университета. По материалам Hurn (1989).

Как обсуждалось выше, группировка GPS настроена таким образом, что минимум четыре спутника всегда «в поле зрения» повсюду на Земле. Если бы приемнику был доступен только один спутниковый сигнал, лучшее, что мог бы сделать приемник, — это использовать время сигнала для определения своего расстояния от этого спутника, но положение приемника могло бы быть в любой из бесконечного числа определенных точек. воображаемой сферой с таким радиусом, окружающей спутник («дальность действия» этого спутника).Если доступны два спутника, приемник может сказать, что его положение где-то вдоль круга, образованного пересечением двух сферических диапазонов. Когда известны расстояния от трех спутников, положение приемника должно быть одной из двух точек на пересечении трех сферических диапазонов. Приемники GPS обычно достаточно умны, чтобы выбирать местоположение, ближайшее к поверхности Земли. Для двумерной (горизонтальной) фиксации требуется как минимум три спутника. Для трехмерной фиксации необходимо четыре диапазона (горизонтальный и вертикальный).Процесс получения двумерного исправления показан на рис. 5.8.

Рисунок 5.8: Для двумерного определения местоположения требуются три спутника. Добавление четвертого спутника позволяет определять местоположение в трех измерениях (по горизонтали + возвышению).

Щелкните, чтобы увидеть текстовое описание рисунка 5.8.

Три графика спутниковой съемки:

  • Один спутник: положение в любом месте на поверхности сферы.
  • Два спутника: положение в любом месте круга, где сферы пересекаются.
  • Три спутника: Позиция — это одно из двух мест, где пересекаются все три сферы. Выбрано ближайшее к Земле местоположение.

Кредит: Джошуа Стивенс, географический факультет, Государственный университет Пенсильвании.

Спутниковое определение местоположения похоже на более старый метод, называемый трилатерацией, который геодезисты используют для определения горизонтального местоположения на основе трех известных расстояний. Съемка и трилатерация более подробно обсуждаются в разделе 5.5 этой главы.

Спутник GPS III следующего поколения, построенный компанией Lockheed Martin, отправляется на орбиту

ДЕНВЕР, 17 июня 2021 г. / PRNewswire / — Пятый спутник Глобальной системы позиционирования III (GPS III), спроектированный и изготовленный Lockheed Martin (NYSE: LMT), теперь направился на свою орбиту на высоте 12550 миль над землей. Это знаменует собой еще один шаг в поддержке усилий космических сил США по модернизации спутниковой группировки GPS.

Запущенный сегодня сегодня космический аппарат GPS III (GPS III SV05) — это новейший спутник нового поколения GPS III, система боевых действий, принадлежащая и управляемая Космическими силами.GPS III SV05 станет 24-м космическим кораблем GPS с включенным сигналом военного кода (M-Code) на орбите, выполняющим базовые требования группировки по обеспечению наших вооруженных сил более безопасным, более надежным для подавления и подделки сигнала GPS.

Спутники

GPS III обеспечивают значительное улучшение возможностей по сравнению с ранее разработанными спутниками GPS на орбите, в том числе:

  • Точность в три раза выше;
  • Повышенные до восьми раз возможности защиты от помех; и
  • Новый гражданский сигнал L1C, который совместим с международными глобальными навигационными спутниковыми системами, такими как европейская Galileo, для улучшения возможности подключения гражданских пользователей.

«С GPS III SV05 мы продолжаем стремиться к быстрому развертыванию инновационных возможностей космических сил для определения местоположения, навигации и хронометража», — сказала Тоня Ладвиг, вице-президент Lockheed Martin по навигационным системам. «С каждым спутником, который мы выводим на орбиту, мы помогаем Космическим силам США модернизировать технологию созвездия GPS и представить себе будущие возможности. Наши следующие три спутника, GPS III SV06, SV07 и SV08, уже готовы и ждут даты запуска. .«

Примерно через 90 минут после 12:09. Взлет инопланетян со станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде, инженеры Космических сил США и Lockheed Martin из Денверского центра запуска и проверки GPS III объявили, что GPS III SV05 отделился от своей ракеты SpaceX Falcon 9 и «полетел» под их контролем.

В ближайшие дни бортовой жидкостный апогейный двигатель GPS III SV05 продолжит продвижение спутника на его рабочую орбиту. После его прибытия инженеры отправят спутнику команды на развертывание солнечных батарей и антенн и подготовят GPS III SV05 для передачи Командованию космических операций.

Являясь частью важнейшей национальной инфраструктуры США, GPS приносит около 300 миллиардов долларов ежегодной экономической выгоды и приносит 1,4 триллиона долларов с момента своего создания. Во всем мире более 4 миллиардов военных, гражданских и коммерческих пользователей зависят от сигналов позиционирования, навигации и синхронизации GPS.

Lockheed Martin является частью группы GPS III, возглавляемой отделом средней околоземной орбиты космического производственного корпуса в Центре космических и ракетных систем Космических сил США, база ВВС Лос-Анджелес.Поддержка сегмента оперативного управления GPS находится в ведении Корпорации Корпорации, Подразделения поддержки GPS на базе ВВС Петерсон. 2-я эскадрилья космических операций на базе ВВС Шривер управляет группировкой GPS как для гражданских, так и для военных пользователей.

Для получения дополнительной информации о GPS III, фотографий и видео посетите: www.lockheedmartin.com/gps.

О компании Lockheed Martin
Lockheed Martin со штаб-квартирой в Бетесде, штат Мэриленд, является глобальной компанией в области безопасности и аэрокосмической отрасли, в которой работает около 114 000 человек по всему миру и в основном занимается исследованиями, проектированием, разработкой, производством, интеграцией и поддержкой передовых технологических систем, продуктов и услуг.Для получения дополнительной информации посетите наш веб-сайт: www.lockheedmartin.com.

Следите за @LMNews в Твиттере, чтобы быть в курсе последних объявлений и новостей корпорации.

ИСТОЧНИК Lockheed Martin

Для получения дополнительной информации: Чип Эшенфельдер, +1 303-564-3392; [email protected]

Система навигации GPS

Глобальная система позиционирования ( GPS ) является
спутниковая навигационная система с промежуточной круговой орбитой (ICO), используемая для определения
точное местоположение и обеспечение высокоточной привязки времени практически в любой точке Земли.Спутники в группировке GPS называются NAVSTAR (Навигационная система).
Система с использованием времени и диапазона).

Система состоит из «созвездия» не менее 24 спутников в 6
орбитальные самолеты. Каждый спутник обращается вокруг Земли дважды в день на высоте 20 200
километров. Спутники несут атомные часы и постоянно транслируют точное время.
по их собственным часам, наряду с административной информацией, включая орбитальные
элементы собственного движения, определяемые набором наземных обсерваторий.

Используются две частоты: 1575,42 МГц (далее L1) и 1227,60 МГц.
(L2). Сигнал L1 несет общедоступный код грубого обнаружения (C / A), а также
зашифрованный код P (Y). Сигнал L2 обычно несет только код P (Y). Ключи требуются
напрямую использовать код P (Y) жестко контролируются правительством США и
обычно предоставляется только для использования в военных целях.

Спутник Дата LS Пусковая установка Замечания:
НТС 2 (П76-4) 23.06.1977 VA SLC-3W Атлас-Ф СГС-1
GPS 1 (Navstar 1, OPS 5111) 22.02.1978 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 2 (Navstar 2, OPS 5112) 13.05.1978 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 3 (Navstar 3, OPS 5113) 07.10.1978 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 4 (Navstar 4, OPS 5114) 11.12.1978 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 5 (Navstar 5, OPS 5117) 09.02.1980 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 6 (Navstar 6, OPS 5118) 26.04.1980 VA SLC-3E Атлас-Ф СГС-1
GPS 7 (Navstar 7) 19.12.1981 VA SLC-3E F Атлас-Э СГС-1
GPS 8 (Navstar 8, OPS 9794) 14.07.1983 VA SLC-3W Атлас-Э СГС-2
GPS 9 (Navstar 9, США 1) 13.06.1984 VA SLC-3W Атлас-Э СГС-2
GPS 10 (Navstar 10, USA 5) 08.09.1984 VA SLC-3W Атлас-Э СГС-2
GPS 11 (Navstar 11, USA 10) 08.10.1985 VA SLC-3W Атлас-Э СГС-2
GPS-2 0 (Navstar 12) не запущен
GPS-2 1 (Navstar 14, USA 35) 14.02.1989 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 2 (Navstar 13, USA 38) 10.06.1989 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 3 (Navstar 16, USA 42) 18.08.1989 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 4 (Navstar 19, USA 47) 21.10.1989 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 5 (Navstar 17, USA 49) 11.12.1989 CC LC-17B Дельта-6925
GPS-2 6 (Navstar 18, USA 50) 24.01.1990 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 7 (Navstar 20, USA 54) 25.03.1990 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 8 (Navstar 21, USA 63) 02.08.1990 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2 9 (Navstar 15, USA 64) 01.10.1990 CC LC-17A Дельта-6925
GPS-2A 1 (Navstar 23, USA 66) 26.11.1990 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 2 (Navstar 24, USA 71) 04.07.1991 CC LC-17A Дельта-7925 с Losat X
GPS-2A 3 (Navstar 25, США 79) 23.02.1992 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 4 (Navstar 28, США 80) 10.04.1992 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 5 (Navstar 26, США 83) 07.07.1992 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 6 (Navstar 27, USA 84) 09.09.1992 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 7 (Navstar 32, США 85) 22.11.1992 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 8 (Navstar 29, USA 87) 18.12.1992 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 9 (Navstar 22, USA 88) 02.02.1993 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 10 (Navstar 31, США 90) 29.03.1993 CC LC-17A Дельта-7925 с SEDS 1
GPS-2A 11 (Navstar 37, USA 91) 14.05.1993 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 12 (Navstar 39, США 92) 26.06.1993 CC LC-17A Дельта-7925 с PMG
GPS-2A 13 (Navstar 35, США 94) 30.08.1993 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 14 (Navstar 34, США 96) 26.10.1993 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 15 (Navstar 36, USA 100) 10.03.1994 CC LC-17A Дельта-7925 с SEDS 2
GPS-2A 16 (Navstar 33, USA 117) 28.03.1996 CC LC-17B Дельта-7925
GPS-2A 17 (Navstar 40, США 126) 16.07.1996 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 18 (Navstar 30, США 128) 12.09.1996 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2R 1 (Navstar 42) 16.01.1997 CC LC-17A F Дельта-7925
GPS-2R 2 (Navstar 43, США 132) 23.07.1997 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2A 19 (Navstar 38, USA 135) 06.11.1997 CC LC-17A Дельта-7925
GPS-2R 3 (Navstar 46, США 145) 07.10.1999 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 4 (Navstar 51, США 150) 11.05.2000 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 5 (Navstar 44, США 151) 16.07.2000 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 6 (Navstar 41, США 154) 10.11.2000 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 7 (Navstar 54, США 156) 30.01.2001 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 8 (Navstar 56, США 166) 29.01.2003 CC SLC-17B Дельта-7925 с XSS 10
GPS-2R 9 (Navstar 45, США 168) 31.03.2003 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 10 (Navstar 47, USA 175) 21.12.2003 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2R 11 (Navstar 59, USA 177) 20.03.2004 CC SLC-17B Дельта-7925
GPS-2R 12 (Navstar 60, США 178) 23.06.2004 CC SLC-17B Дельта-7925
GPS-2R 13 (Navstar 61, США 180) 06.11.2004 CC SLC-17B Дельта-7925
GPS-2RM 1 (Navstar 53, USA 183) (бывший GPS-2R 14) 26.09.2005 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2RM 2 (Navstar 52, USA 190) (бывший GPS-2R 15) 25.09.2006 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2RM 3 (Navstar 58, USA 192) (бывший GPS-2R 16) 17.11.2006 CC SLC-17 Дельта-7925
GPS-2RM 4 (Navstar 55, USA 196) (бывший GPS-2R 17) 17.10.2007 CC SLC-17 Дельта-7925
GPS-2RM 5 (Navstar 57, USA 199) (бывший GPS-2R 18) 20.12.2007 CC SLC-17 Дельта-7925
GPS-2RM 6 (Navstar 48, USA 201) (бывший GPS-2R 19) 15.03.2008 CC SLC-17 Дельта-7925
GPS-2RM 7 (Navstar 49, USA 203) (бывший GPS-2R 20) 24.03.2009 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2RM 8 (Navstar 50, USA 206) (бывший GPS-2R 21) 17.08.2009 CC SLC-17A Дельта-7925
GPS-2F 1 (Navstar 62, USA 213, Polaris) 28.05.2010 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 2 (Navstar 63, USA 231, Sirius) 16.07.2011 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 3 (Navstar 65, USA 239, Arcturus) 04.10.2012 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 4 (Navstar 66, USA 242, Vega) 15.05.2013 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-2F 5 (Navstar 64, USA 248, Canopus) 21.02.2014 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 6 (Navstar 67, USA 251, Rigel) 17.05.2014 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 7 (Navstar 68, USA 256, Capella) 02.08.2014 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-2F 8 (Navstar 69, USA 258, Spica) 29.10.2014 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-2F 9 (Navstar 71, USA 260, Deneb) 25.03.2015 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2)
GPS-2F 10 (Navstar 72, USA 262, Antares) 15.07.2015 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-2F 11 (Navstar 73, USA 265, Altair) 31.10.2015 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-2F 12 (Navstar 70, USA 266, Betelgeuse) 05.02.2016 CC SLC-41 Атлас-5 (401)
GPS-3 1 (Navstar 74, USA 289, Vespucci) 23.12.2018 CC SLC-40 Falcon-9 v1.2 (Блок 5) (бывший)
GPS-3 2 (Navstar 75, USA 293, Magellan) 22.08.2019 CC SLC-37B Дельта-4М + (4,2) (upg.)
GPS-3 3 (Navstar 76, USA 304, Matthew Hensen) (бывший Columbus) 30.06.2020 CC SLC-40 Сокол-9 v1.2 (Блок 5)
GPS-3 4 (Navstar 77, USA 309, Sacagawea) 05.11.2020 CC SLC-40 Сокол-9 v1.2 (Блок 5)
GPS-3 5 (Navstar 78, USA 319, Нил Армстронг) 17.06.2021 CC SLC-40 Сокол-9 v1.2 (Блок 5)
GPS-3 6 (Navstar xx, Амелия Эрхарт) 2022 CC Сокол-9 v1.2 (Блок 5)
GPS-3 7 (Navstar xx, Sally Ride) 2021 CC EELV-M (Атлас-5 (401) или Falcon-9 v1.2 (Блок 5) (пр.)
GPS-3 8 (Navstar xx, Кэтрин Джонсон) 2021 CC EELV-M (Atlas-5 (401) или Falcon-9 v1.2 (Block 5) (ex)
ГПС-3 9 202x CC EELV-M (Atlas-5 (401) или Falcon-9 v1.2 (Block 5) (ex)
ГПС-3 10 202x CC EELV-M (Атлас-5 (401) или Falcon-9 v1.2 (Блок 5) (пр.)
GPS-3F 1 (Navstar xx) 2026 CC
GPS-3F 2 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 3 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 4 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 5 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 6 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 7 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 8 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 9 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 10 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 11 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 12 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 13 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 14 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 15 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 16 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 17 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 18 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 19 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 20 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 21 (Navstar xx) 202x CC
GPS-3F 22 (Navstar xx) 202x CC

% PDF-1.4
%
154 0 объект
>
эндобдж
xref
154 65
0000000016 00000 н.
0000001651 00000 н.
0000001989 00000 н.
0000002051 00000 н.
0000002082 00000 н.
0000002131 00000 п.
0000002282 00000 н.
0000002891 00000 н.
0000003149 00000 п.
0000003266 00000 н.
0000003386 00000 н.
0000003506 00000 н.
0000003621 00000 н.
0000003738 00000 н.
0000003856 00000 н.
0000003975 00000 н.
0000004093 00000 п.
0000004213 00000 н.
0000004330 00000 н.
0000004448 00000 н.
0000004565 00000 н.
0000004780 00000 н.
0000005078 00000 н.
0000005638 00000 п.
0000006065 00000 н.
0000006692 00000 н.
0000006994 00000 н.
0000007287 00000 н.
0000007309 00000 н.
0000008206 00000 н.
0000008228 00000 п.
0000009206 00000 н.
0000009228 00000 п.
0000010151 00000 п.
0000010173 00000 п.
0000011101 00000 п.
0000011123 00000 п.
0000012118 00000 п.
0000012140 00000 п.
0000013367 00000 п.
0000013829 00000 п.
0000014058 00000 п.
0000015295 00000 п.
0000015578 00000 п.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *