Что такое GPS и как она работает

Global Positioning System (GPS), т.е. глобальная система определения местоположения, является системой спутникового обнаружения на основе сети из 24 орбитальных станций, протяженностью 19800 километров в космосе. Спутники находятся на шести орбитах, высота которых составляет около 20 000 километров, а скорость движения равна 3000 м/сек. Таким образом, за сутки каждый спутник делает два «витка» вокруг земли.Спутники GPS относятся к системе Navstar. Первый такой спутник GPS был запущен в феврале 1978 года. Каждый спутник GPS весит около 900 кг и оснащен солнечными панелями площадью 5 кв.м. Мощность передачи составляет всего 50 Вт или менее. Каждый спутник GPS передает на двух частотах. Гражданские GPS используют частоту L1 на 1575,42 МГц, военные GPS - частоту L2 на 1227,60 МГц. На основании данных, передаваемых с помощью L1, можно добиться точности позиционирования до 3 метров. Если же наряду с гражданской L1 использовать еще и военную L2, то погрешность определения координат снижается до нескольких миллиметров. Однако такая точность необходима крайне редко, кроме геодезических исследований, поэтому большинство современных  GPS-навигаторов используют исключительно L1. Каждый спутник GPS рассчитан на эксплуатацию в течение около 10 лет. Первая программа замены и запуска на орбиту была запущена в 2006 году.Положение спутников GPS относительно ЗемлиСпутник GPS движется по орбите между 60 градусами северной широты и 60 градусами южной широты. Это значит, что вы можете получать сигнал GPS в любой точке земного шара и в любое время. Для этого необязательно, чтобы спутник GPS находился прямо над вами, хотя незначительно это влияет на устойчивость сигнала.Одним из существенных преимуществ сигнала GPS перед наземной системой навигации является всепогодная работа первого. Поскольку система GPS помогает не только в обыденном передвижении, но и в критических ситуациях на воде, горах, пустыне или в лесу, то ваш  GPS-навигатор действительно является неоценимым помощником.

фото: Положение спутников GPS относительно Земли

Какие данные получает GPS-навигатор? Сигнал GPS содержит «псевдо-рандомный код» - эфемериду, а также данные альманах. Эфемерида определяет, какой именно спутник GPS работает в данный момент, т.е. его идентификационный номер в сети. Спутники различают по их ПРН (псевдо-рандомный номер), от 1 до 32. Именно эти номера отображаются на мониторе вашего GPS-навигатора, и позволяют определить, от какого спутника идет сигнал в данній момент. Но почему количество ПРН превышает 24? Это вызвано требованиями к резервному обслуживанию системы GPS. Новый спутник GPS должен быть запущен, выведен на орбиту и введен в эксплуатацию до момента крушения устаревшего спутника. Номер вышедшего из строя спутника просто присваивается новому в пределах от 1 до 32.Эфемериды постоянно экстраполируются каждым спутником и содержат важную информацию, например, статус спутника (рабочий или нерабочий), текущую дату и время. Без этой части данных ваш  GPS-навигатор просто не мог бы определить, какое сейчас время и дата. Также дата и время позволяют точно определить ваше местоположение.Данные альманах сообщают GPS-навигатору, где каждый спутник GPS должен находиться в любое время в течение суток. Каждый спутник GPS экстраполирует данные альманах в формате показа орбитального местонахождения данного спутника и любого другого в системе GPS.Теперь общая картина того, как работает система GPS, прояснилась в обших чертах, не так ли? Каждый спутник GPS, фактически, передает следующее сообщение: «Я спутник №#, мое текущее положение Y и время сообщения Z”. Конечно, это грубое приближение, чтобы вы уловили идею. Ваш GPS-навигатор читает это сообщение и сохраняет эфемериды и альманах для дальнейшего использования. Также эта информация используется для установки (или коррекции) часов в GPS-навигаторе.