GPS სატელიტური სისტემა. GPS სისტემის შემადგენლობა

სმარტფონები დიდი ხანია აღარ არიან მარტივი აკრიფეთ. მათ ბევრი ახალი შესაძლებლობა გაუხსნეს მფლობელებს.

პირველ ადგილზეა სრულფასოვანი მაღალსიჩქარიანი ინტერნეტი და კომუნიკაცია სოციალურ ქსელებსა და მყისიერ მესინჯერებზე. მაგრამ GPS პოზიციონირება არანაკლებ მოთხოვნადია, რასაც ახლა დეტალურად განვიხილავთ.

რა არის GPS?

GPS არის სანავიგაციო სისტემა, რომელიც განსაზღვრავს სმარტფონის მდებარეობას, აშენებს მარშრუტებს და საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ სასურველი ობიექტი რუკაზე.

თითქმის ყველა თანამედროვე გაჯეტს აქვს ჩაშენებული GPS მოდული. ეს არის ანტენა, რომელიც მორგებულია GPS გეოლოკაციის სატელიტის სიგნალზე. იგი თავდაპირველად შემუშავდა აშშ-ში სამხედრო მიზნებისთვის, მაგრამ მოგვიანებით მისი სიგნალი ყველასთვის ხელმისაწვდომი გახდა. გაჯეტის GPS მოდული არის მიმღები ანტენა გამაძლიერებლით, მაგრამ მას არ შეუძლია სიგნალის გადაცემა. თანამგზავრებიდან სიგნალის მიღებისას სმარტფონი განსაზღვრავს მისი მდებარეობის კოორდინატებს.

თითქმის ყველა თანამედროვე ადამიანმა ერთხელ მაინც გამოიყენა GPS ნავიგაცია სმარტფონზე ან პლანშეტზე. ამის საჭიროება ნებისმიერ დროს შეიძლება წარმოიშვას სხვადასხვა პროფესიისა და სხვადასხვა სახის პროფესიის ადამიანებში. ეს აუცილებელია მძღოლებისთვის, კურიერებისთვის, მონადირეებისთვის, მეთევზეებისთვის და თუნდაც ჩვეულებრივი ფეხით მოსიარულეებისთვის, რომლებიც აღმოჩნდებიან უცნობ ქალაქში. ასეთი ნავიგაციის წყალობით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ თქვენი მდებარეობა, იპოვოთ სასურველი ობიექტი რუკაზე, ააწყოთ მარშრუტი და, თუ გაქვთ ინტერნეტზე წვდომა, თავიდან აიცილოთ საცობები.

ოფლაინ რუქები GPS-ისთვის

Google-მა თავისი Android ოპერაციული სისტემისთვის გეოლოკაციის სპეციალური აპლიკაცია - Google Maps შეიმუშავა. ის სწრაფად პოულობს თანამგზავრებს, ავითარებს მარშრუტებს ობიექტებისკენ და სთავაზობს ალტერნატივებს. სამწუხაროდ, თუ არ არის ფიჭური ქსელის დაფარვა, Google Maps არ მუშაობს, რადგან გეოგრაფიული რუქები იტვირთება ინტერნეტით.

ოფლაინ ნავიგაციისთვის საუკეთესო გზაა აპლიკაციების ჩამოტვირთვა, რომლებიც მხარს უჭერენ ოფლაინ რუქებს, როგორიცაა Maps.me, Navitel და 2GIS. თქვენ ასევე შეგიძლიათ დააინსტალიროთ Maps: Transportation and Navigation აპი Google Maps-ისთვის.

ამ შემთხვევაში, თქვენ არ მოგიწევთ ინტერნეტ ტრაფიკის დახარჯვა რუქების ჩამოსატვირთად - ისინი ყოველთვის იქნება თქვენს მოწყობილობაზე, განურჩევლად მდებარეობისა. ეს განსაკუთრებით ეხება საზღვარგარეთ ყოფნისას, რადგან ინტერნეტთან წვდომისთვის როუმინგის ღირებულება ძალიან მაღალია.

როგორ ჩართოთ GPS Android-ზე?

GPS მოდულის გააქტიურება Android ოპერაციულ სისტემაში შესაძლებელია ორი გზით:

  • ზედა ფარდა. გადაფურცლეთ ეკრანზე ქვემოთ და მენიუში, რომელიც იხსნება, დააწკაპუნეთ ღილაკზე „Location“, „Geolocation“ ან „Geodata“ (დამოკიდებულია Android-ის ვერსიაზე).
  • Android-ის პარამეტრებში იპოვნეთ მსგავსი ნივთების პუნქტი და გადაიტანეთ ჩამრთველი „ჩართული“ პოზიციაზე.

სმარტფონის სანავიგაციო სისტემის აქტიური მუშაობის დროს მისი ბატარეის დამუხტვა საკმაოდ აქტიურად იწყებს მოხმარებას, ამიტომ ღირს დამატებითი ენერგიის წყაროებზე ზრუნვა. მაგალითად, მართვის დროს საჭიროა მანქანის დამტენის გამოყენება, ხოლო ველოსიპედით ან ფეხით მგზავრობისას -.

ასევე უნდა გვახსოვდეს, რომ სატელიტური სიგნალის საიმედო მიღება შესაძლებელია ღია ადგილებში, ასე რომ, როდესაც ოთახში ან გვირაბში ხართ, გეოლოკაცია შეუძლებელი ხდება. მოღრუბლულ ამინდსაც აქვს ეფექტი - ღრუბლების გამო მოწყობილობას უფრო მეტი დრო სჭირდება თანამგზავრების ძებნას და ნაკლებად ზუსტად განსაზღვრავს მის კოორდინატებს.

არც ისე დიდი ხნის წინ GPS იყო ერთადერთი გეოლოკაციის სისტემა, ამიტომ ანდროიდის ადრეულ ვერსიებში მხოლოდ ის იყო ნახსენები და სერვისის აქტივაციის ღილაკს ასე ერქვა. 2010 წლიდან რუსული სრულად ფუნქციონირებს, ხოლო 2012 წლიდან -.

GPS არის სატელიტური სანავიგაციო სისტემა, რომელიც ზომავს მანძილს, დროს და განსაზღვრავს მდებარეობას. საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ობიექტების მდებარეობა და სიჩქარე დედამიწის ნებისმიერ წერტილში (პოლარული რეგიონების ჩათვლით), თითქმის ნებისმიერ ამინდში, ისევე როგორც პლანეტის მახლობლად მდებარე კოსმოსში. სისტემა შემუშავებულია, დანერგილია და მუშაობს აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტის მიერ.

GPS-ის მოკლე მახასიათებლები

აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტის სატელიტური სანავიგაციო სისტემა არის GPS, რომელსაც ასევე უწოდებენ NAVSTAR. სისტემა შედგება 24 სანავიგაციო ხელოვნური დედამიწის თანამგზავრები (NES), სახმელეთო სამეთაურო-საზომი კომპლექსი და სამომხმარებლო აღჭურვილობა. ეს არის გლობალური, ყველა ამინდის, სანავიგაციო სისტემა, რომელიც უზრუნველყოფს ობიექტების კოორდინატების განსაზღვრას მაღალი სიზუსტით სამგანზომილებიან დედამიწასთან ახლოს სივრცეში. GPS თანამგზავრები მოთავსებულია ექვს საშუალო სიმაღლის ორბიტაზე (სიმაღლე 20183 კმ) და აქვთ ორბიტალური პერიოდი 12 საათი.ორბიტალური სიბრტყეები განლაგებულია 60° ინტერვალით და დახრილია ეკვატორისკენ 55° კუთხით. თითოეულ ორბიტაზე 4 თანამგზავრია. 18 თანამგზავრი არის მინიმალური რაოდენობა, რათა უზრუნველყოს მინიმუმ 4 თანამგზავრის ხილვადობა დედამიწის ყველა წერტილში.

სისტემის გამოყენების ძირითადი პრინციპია მდებარეობის განსაზღვრა ობიექტამდე მანძილის გაზომვით ცნობილი კოორდინატების მქონე წერტილებიდან - თანამგზავრები. მანძილი გამოითვლება სიგნალის გავრცელების დაყოვნების დროით სატელიტის მიერ მისი გაგზავნიდან GPS მიმღების ანტენის მიღებამდე. ანუ, სამგანზომილებიანი კოორდინატების დასადგენად, GPS მიმღებმა უნდა იცოდეს მანძილი სამ თანამგზავრამდე და GPS სისტემის დრო. ამრიგად, მინიმუმ ოთხი თანამგზავრის სიგნალები გამოიყენება მიმღების კოორდინატებისა და სიმაღლის დასადგენად.

სისტემა შექმნილია თვითმფრინავებისა და გემების ნავიგაციის უზრუნველსაყოფად და დროის განსაზღვრისთვის მაღალი სიზუსტით. მისი გამოყენება შესაძლებელია ორგანზომილებიანი ნავიგაციის რეჟიმში - დედამიწის ზედაპირზე ობიექტების სანავიგაციო პარამეტრების 2D განსაზღვრა) და სამგანზომილებიან რეჟიმში - 3D (დედამიწის ზედაპირის ზემოთ მდებარე ობიექტების სანავიგაციო პარამეტრების გაზომვა). ობიექტის სამგანზომილებიანი პოზიციის საპოვნელად აუცილებელია ნავიგაციის პარამეტრების გაზომვა მინიმუმ 4 NIS, ხოლო ორგანზომილებიანი ნავიგაციისთვის - მინიმუმ 3 NIS. GPS იყენებს ფსევდო დიაპაზონის მეთოდს პოზიციის დასადგენად და ფსევდორადიალური სიჩქარის მეთოდს ობიექტის სიჩქარის დასადგენად.

სიზუსტის გასაუმჯობესებლადგანსაზღვრის შედეგები სრულდება კალმანის ფილტრის გამოყენებით. GPS თანამგზავრები გადასცემენ სანავიგაციო სიგნალებს ორ სიხშირეზე: F1 = 1575.42 და F2 = 1227.60 MHz. რადიაციული რეჟიმი: უწყვეტი ფსევდონოზური მოდულაციით. ნავიგაციის სიგნალები არის საჯარო C/A კოდი (კურსი და მიღება), რომელიც გადაცემულია მხოლოდ F1 სიხშირეზე და დაცული P კოდი (ზუსტი კოდი), რომელიც ემიტირებულია F1, F2 სიხშირეებზე.

GPS-ში თითოეულ NIS-ს აქვს თავისი უნიკალური C/A კოდი და უნიკალური P კოდი. ამ ტიპის სატელიტური სიგნალის გამიჯვნა ეწოდება კოდის გამოყოფას. ის საშუალებას აძლევს ბორტ მოწყობილობებს ამოიცნონ რომელ თანამგზავრს ეკუთვნის სიგნალი, როდესაც ისინი ყველა ერთსა და იმავე სიხშირეზე გადასცემენ GPS უზრუნველყოფს მომხმარებლის მომსახურების ორ დონეს: PPS ზუსტი პოზიციონირების სერვისი და SPS სტანდარტული პოზიციონირების სერვისი PPS ეფუძნება ზუსტ კოდს, ხოლო SPS - საჯაროდ ხელმისაწვდომი. მომსახურების PPS დონე მიეწოდება აშშ-ს სამხედრო და ფედერალურ სამსახურებს, ხოლო SPS მიეწოდება მასობრივ სამოქალაქო მომხმარებელს. სანავიგაციო სიგნალების გარდა, თანამგზავრი რეგულარულად გადასცემს შეტყობინებებს, რომლებიც შეიცავს ინფორმაციას თანამგზავრის სტატუსის, მისი ეფემერების, სისტემის შესახებ. დრო, იონოსფერული დაყოვნების პროგნოზი და შესრულების ინდიკატორები. საბორტო GPS მოწყობილობა შედგება ანტენისა და მიმღების ინდიკატორისგან. PI მოიცავს მიმღებს, კომპიუტერს, მეხსიერების ერთეულებს, საკონტროლო და ჩვენების მოწყობილობებს. მეხსიერების ბლოკები ინახავს აუცილებელ მონაცემებს, პროგრამებს პრობლემების გადასაჭრელად და მიმღების ინდიკატორის მუშაობის გასაკონტროლებლად. დანიშნულებიდან გამომდინარე, გამოიყენება ბორტზე ორი ტიპის მოწყობილობა: სპეციალური და მასიური მომხმარებლისთვის.სპეციალური აღჭურვილობა განკუთვნილია რაკეტების, სამხედრო თვითმფრინავების, გემების და სპეციალური გემების კინემატიკური პარამეტრების დასადგენად. ობიექტის პარამეტრების პოვნისას ის იყენებს P და C/A კოდებს. ეს მოწყობილობა უზრუნველყოფს პრაქტიკულად უწყვეტ განსაზღვრას სიზუსტე: ობიექტის მდებარეობა— 5+7 მ, სიჩქარე — 0,05+0,15 მ/წმ, დრო — 5+15 წმ.

GPS სანავიგაციო სატელიტური სისტემის ძირითადი აპლიკაციები:

  • გეოდეზია: GPS-ის გამოყენებით დგინდება მიწის ნაკვეთების წერტილებისა და საზღვრების ზუსტი კოორდინატები
  • კარტოგრაფია: GPS გამოიყენება სამოქალაქო და სამხედრო კარტოგრაფიაში
  • ნავიგაცია: GPS გამოიყენება როგორც საზღვაო, ასევე საგზაო ნავიგაციისთვის
  • ტრანსპორტის სატელიტური მონიტორინგი: GPS-ის გამოყენებით ხდება მანქანების პოზიციისა და სიჩქარის მონიტორინგი და მათი გადაადგილების კონტროლი.
  • ფიჭური: პირველი მობილური ტელეფონები GPS-ით 90-იან წლებში გამოჩნდა. ზოგიერთ ქვეყანაში, როგორიცაა აშშ, ეს გამოიყენება 911-ზე დარეკილი პირის ადგილმდებარეობის სწრაფად დასადგენად.
  • ტექტონიკა, ფირფიტების ტექტონიკა: GPS-ის გამოყენება ფირფიტების მოძრაობებსა და ვიბრაციაზე დასაკვირვებლად
  • აქტიური დასვენება: არის სხვადასხვა თამაშები, რომლებიც იყენებენ GPS-ს, მაგალითად, Geocaching და ა.შ.
  • გეოთეგირება: ინფორმაცია, როგორიცაა ფოტოები, „მიბმულია“ კოორდინატებთან ჩაშენებული ან გარე GPS მიმღების წყალობით.

სამომხმარებლო კოორდინატების განსაზღვრა

პოზიციონირება თანამგზავრებამდე მანძილის მიხედვით

მდებარეობის კოორდინატები გამოითვლება თანამგზავრებამდე გაზომილი მანძილების საფუძველზე. ადგილმდებარეობის დასადგენად საჭიროა ოთხი გაზომვა. სამი განზომილება საკმარისია, თუ თქვენ შეგიძლიათ აღმოფხვრათ დაუჯერებელი გადაწყვეტილებები სხვა ხელმისაწვდომი საშუალებებით. ტექნიკური მიზეზების გამო საჭიროა კიდევ ერთი გაზომვა.

სატელიტამდე მანძილის გაზომვა

თანამგზავრამდე მანძილი განისაზღვრება იმ დროის გაზომვით, რომელიც სჭირდება რადიო სიგნალს თანამგზავრიდან ჩვენამდე მისასვლელად. ორივე თანამგზავრი და მიმღები ქმნიან ერთსა და იმავე ფსევდო შემთხვევით კოდს მკაცრად ერთდროულად საერთო დროის მასშტაბით. მოდით განვსაზღვროთ რამდენი დრო დასჭირდა სატელიტის სიგნალს ჩვენამდე მისასვლელად მისი ფსევდო შემთხვევითი კოდის დაყოვნების მიმღების კოდთან შედარებით.

სრულყოფილი დროის უზრუნველყოფა

ზუსტი დრო არის გასაღები სატელიტებამდე მანძილის გასაზომად. თანამგზავრები ზუსტია დროში, რადგან მათ აქვთ ატომური საათები. მიმღების საათი შეიძლება არ იყოს სრულყოფილი, რადგან მისი დრეიფი შეიძლება აღმოიფხვრას ტრიგონომეტრიული გამოთვლების გამოყენებით. ამ შესაძლებლობის მისაღებად აუცილებელია მეოთხე თანამგზავრამდე მანძილის გაზომვა. ოთხი გაზომვის საჭიროება განისაზღვრება მიმღების დიზაინით.

თანამგზავრის პოზიციის განსაზღვრა გარე სივრცეში.

ჩვენი კოორდინატების გამოსათვლელად, ჩვენ უნდა ვიცოდეთ როგორც მანძილი თანამგზავრებამდე, ასევე თითოეულის მდებარეობა გარე სივრცეში. GPS თანამგზავრები იმდენად მაღლა მოძრაობენ, რომ მათი ორბიტები ძალიან სტაბილურია და მათი წინასწარმეტყველება დიდი სიზუსტითაა შესაძლებელი. თვალთვალის სადგურები მუდმივად ზომავენ ორბიტებში მცირე ცვლილებებს და ამ ცვლილებების შესახებ მონაცემები გადაცემულია თანამგზავრებიდან.

იონოსფერული და ატმოსფერული სიგნალის შეფერხება.

არსებობს ორი მეთოდი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას შეცდომის მინიმუმამდე შესამცირებლად. პირველ რიგში, ჩვენ შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ, თუ როგორი იქნება სიჩქარის ტიპიური ცვლილება ჩვეულებრივ დღეს, საშუალო იონოსფერულ პირობებში, და შემდეგ გამოვიყენოთ კორექტირება ყველა ჩვენს გაზომვაზე. მაგრამ, სამწუხაროდ, ყოველდღე არ არის ჩვეულებრივი. კიდევ ერთი მეთოდი არის ორი სიგნალის გავრცელების სიჩქარის შედარება, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა გადამზიდავი სიხშირე. თუ შევადარებთ GPS სიგნალის ორი განსხვავებული სიხშირის კომპონენტის გავრცელების დროს, შეგვიძლია გავარკვიოთ, რა სახის შენელება მოხდა. კორექტირების ეს მეთოდი საკმაოდ რთულია და გამოიყენება მხოლოდ ყველაზე მოწინავე, ეგრეთ წოდებულ „ორმაგი სიხშირის“ GPS მიმღებებში.

მრავალმხრივი.

შეცდომის კიდევ ერთი ტიპია "მრავალმხრივი" შეცდომები. ისინი წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც თანამგზავრიდან გადაცემული სიგნალები არაერთხელ აისახება მიმდებარე ობიექტებიდან და ზედაპირებიდან მიმღებამდე მისვლამდე.

გეომეტრიული ფაქტორი, რომელიც ამცირებს სიზუსტეს.

კარგი მიმღებები აღჭურვილია გამოთვლითი პროცედურებით, რომლებიც აანალიზებენ ყველა დაკვირვებადი თანამგზავრის შედარებით პოზიციებს და ირჩევენ მათგან ოთხ კანდიდატს, ე.ი. საუკეთესოდ განლაგებული ოთხი თანამგზავრი.

შედეგად მიღებული GPS სიზუსტე.

შედეგად მიღებული GPS შეცდომა განისაზღვრება სხვადასხვა წყაროდან მიღებული შეცდომების ჯამით. თითოეულის წვლილი განსხვავდება ატმოსფერული პირობებისა და აღჭურვილობის ხარისხზე. გარდა ამისა, სიზუსტე შეიძლება განზრახ შემცირდეს აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტის მიერ GPS თანამგზავრებზე ეგრეთ წოდებული S/A რეჟიმის (Selective Availability) დაყენების შედეგად. ეს რეჟიმი შექმნილია იმისთვის, რომ თავიდან აიცილოს პოტენციური მტერი GPS პოზიციონირებისას ტაქტიკური უპირატესობის მოპოვებაში. როდესაც და თუ ეს რეჟიმი დაყენებულია, ის ქმნის GPS-ის მთლიანი შეცდომის ყველაზე მნიშვნელოვან კომპონენტს.

დასკვნა:

გაზომვების სიზუსტე GPS-ის გამოყენება დამოკიდებულია მიმღების დიზაინსა და კლასზე, თანამგზავრების რაოდენობასა და მდებარეობაზე (რეალურ დროში), იონოსფეროსა და დედამიწის ატმოსფეროს მდგომარეობაზე (მძიმე ღრუბლები და ა.შ.), ჩარევის არსებობაზე და სხვა ფაქტორებზე. „საყოფაცხოვრებო“ GPS მოწყობილობებს, „სამოქალაქო“ მომხმარებლებისთვის, აქვთ გაზომვის შეცდომა ±3-5მ-დან ±50მ-მდე და მეტი დიაპაზონში (საშუალოდ, რეალური სიზუსტე მინიმალური ჩარევით, ახალი მოდელების შემთხვევაში, არის ±5-15 მეტრი. გეგმაში). მაქსიმალური შესაძლო სიზუსტე აღწევს +/- 2-3 მეტრს ჰორიზონტალურად. სიმაღლე – ±10-50მ-დან ±100-150 მეტრამდე. სიმაღლის საზომი უფრო ზუსტი იქნება, თუ ციფრულ ბარომეტრს დააკალიბრებთ უახლოესი წერტილით ცნობილი ზუსტი სიმაღლით (მაგალითად, ჩვეულებრივი ატლასიდან) ბრტყელ რელიეფზე ან ცნობილი ატმოსფერული წნევით (თუ ის ძალიან სწრაფად არ იცვლება ამინდის დროს. ცვლილებები). "გეოდეზიური კლასის" მაღალი სიზუსტის მრიცხველები - უფრო ზუსტი სიდიდის ორიდან სამ ბრძანებით (სანტიმეტრამდე, გეგმაში და სიმაღლეში). გაზომვების ფაქტობრივი სიზუსტე განისაზღვრება სხვადასხვა ფაქტორებით, მაგალითად, მანძილი უახლოეს საბაზო (შესწორების) სადგურიდან სისტემის მომსახურების ზონაში, სიმრავლე (განმეორებითი გაზომვების / დაგროვების რაოდენობა წერტილში), სამუშაოს შესაბამისი ხარისხის კონტროლი, დონე. სპეციალისტის მომზადება და პრაქტიკული გამოცდილება. ასეთი მაღალი სიზუსტით აღჭურვილობის გამოყენება მხოლოდ სპეციალიზებულ ორგანიზაციებს, სპეცსამსახურებსა და სამხედროებს შეუძლიათ.

ნავიგაციის სიზუსტის გასაუმჯობესებლადრეკომენდირებულია GPS მიმღების გამოყენება ღია სივრცეში (შენობების გარეშე ან ხეების გვერდით) საკმაოდ ბრტყელი რელიეფით და დამატებითი გარე ანტენის დაკავშირება. მარკეტინგული მიზნებისთვის, ასეთ მოწყობილობებს მიენიჭებათ „ორმაგი საიმედოობა და სიზუსტე“ (იგულისხმება ერთდროულად გამოყენებული ორი სატელიტური სისტემა, Glonass და Gypies), მაგრამ პარამეტრების ფაქტობრივი გაუმჯობესება (კოორდინატების განსაზღვრის გაზრდილი სიზუსტე) შეიძლება შეადგენდეს მხოლოდ რამდენიმე ათეული პროცენტი. შესაძლებელია მხოლოდ ცხელ-თბილად დაწყების დროისა და გაზომვის ხანგრძლივობის შესამჩნევი შემცირება

GPS გაზომვების ხარისხი უარესდება, თუ თანამგზავრები განლაგებულია ცაში მკვრივ სხივში ან ერთ ხაზზე და "შორს" - ჰორიზონტთან ახლოს (ამ ყველაფერს "ცუდი გეომეტრია" ეწოდება) და არის სიგნალის ჩარევა (მაღალი შენობები. სიგნალის დაბლოკვა, ხეები, ციცაბო მთები მიმდებარედ, სიგნალის ასახვა). დედამიწის დღის მხარეს (ამჟამად განათებულია მზის მიერ) - იონოსფერული პლაზმაში გავლის შემდეგ, რადიოსიგნალები სუსტდება და დამახინჯებულია სიდიდის ბრძანებით უფრო ძლიერი, ვიდრე ღამის მხარეს. გეომაგნიტური ქარიშხლის დროს, მზის მძლავრი აფეთქებების შემდეგ, შესაძლებელია სატელიტური სანავიგაციო აღჭურვილობის მუშაობის შეფერხებები და ხანგრძლივი შეფერხებები.

GPS-ის რეალური სიზუსტე დამოკიდებულია GPS მიმღების ტიპზე და მონაცემთა შეგროვებისა და დამუშავების მახასიათებლებზე. რაც უფრო მეტი არხი (უნდა იყოს მინიმუმ 8) ნავიგატორში, მით უფრო ზუსტად და სწრაფად განისაზღვრება სწორი პარამეტრები. ინტერნეტის საშუალებით „დამხმარე A-GPS მდებარეობის სერვერის მონაცემების“ მიღებისას (პაკეტის მონაცემთა გადაცემის საშუალებით, ტელეფონებსა და სმარტფონებში), იზრდება რუკაზე კოორდინატების და მდებარეობის განსაზღვრის სიჩქარე.

WAAS (ფართო ფართობის გაზრდის სისტემა, ამერიკის კონტინენტზე) და EGNOS (ევროპის გეოსტაციონარული ნავიგაციის გადაფარვის სერვისები, ევროპაში) - დიფერენციალური ქვესისტემები, რომლებიც გადაიცემა გეოსტაციონარული გზით (36 ათასი კმ სიმაღლეზე ქვედა განედებიდან 40 ათას კილომეტრამდე საშუალო და მაღალ განედებზე ). თანამგზავრები ასწორებენ ინფორმაციას GPS მიმღებებზე (შემოყვანილია შესწორებები). მათ შეუძლიათ გააუმჯობესონ როვერის (ველი, მობილური მიმღები) პოზიციონირების ხარისხი, თუ ხმელეთზე დაფუძნებული საბაზისო კორექტირების სადგურები (სტაციონარული საცნობარო სიგნალის მიმღებები, რომლებსაც უკვე აქვთ მაღალი სიზუსტის კოორდინატთა მითითება) მდებარეობს და ფუნქციონირებს იქვე. ამ შემთხვევაში, საველე და ბაზის მიმღებები ერთდროულად უნდა აკონტროლონ ამავე სახელწოდების თანამგზავრები.

გაზომვის სიჩქარის გასაზრდელადრეკომენდებულია მრავალარხიანი (8-არხიანი ან მეტი) მიმღების გამოყენება გარე ანტენით. სულ მცირე სამი GPS თანამგზავრი უნდა იყოს ხილული. რაც მეტია, მით უკეთესი შედეგი. ასევე აუცილებელია ცის კარგი ხილვადობა (ღია ჰორიზონტი). მიმღები მოწყობილობის სწრაფი, „ცხელი“ (გრძელდება პირველ წამებში) ან „თბილი დაწყება“ (ნახევარი წუთი ან წუთი დროულად) შესაძლებელია, თუ ის შეიცავს განახლებულ, ახალ ალმანახს. იმ შემთხვევაში, როდესაც ნავიგატორი დიდი ხნის განმავლობაში არ არის გამოყენებული, მიმღები იძულებულია მიიღოს სრული ალმანახი და, როდესაც ის ჩართულია, შესრულდება ცივი დაწყება (თუ მოწყობილობა მხარს უჭერს AGPS, მაშინ უფრო სწრაფად - მდე რამდენიმე წამი). მხოლოდ ჰორიზონტალური კოორდინატების (გრძედი/გრძედი) დასადგენად შეიძლება საკმარისი იყოს სამი თანამგზავრის სიგნალები. სამგანზომილებიანი (სიმაღლით) კოორდინატების მისაღებად საჭიროა მინიმუმ ოთხი კოორდინატი. ჩვენი საკუთარი, საშინაო სანავიგაციო სისტემის შექმნის აუცილებლობა განპირობებულია იმით, რომ GPS არის ამერიკული, პოტენციური მოწინააღმდეგეები, რომლებსაც შეუძლიათ ნებისმიერ დროს, თავიანთი სამხედრო და გეოპოლიტიკური ინტერესებიდან გამომდინარე, შერჩევით გამორთონ, „გაჭედონ“, შეცვალონ იგი ნებისმიერ რეგიონში ან გაზარდონ ხელოვნური. , სისტემატური შეცდომა კოორდინატებში (ამ სერვისის უცხოელი მომხმარებლებისთვის), რომელიც ყოველთვის არის მშვიდობის დროს.

ᲒᲚᲝᲑᲐᲚᲣᲠᲘ ᲞᲝᲖᲘᲪᲘᲝᲜᲘᲠᲔᲑᲘᲡ ᲡᲘᲡᲢᲔᲛᲐ(ინგლისური გლობალური პოზიციონირების სისტემა, შემოკლებით GPS; ზოგჯერ უწოდებენ GSM - გლობალური პოზიციონირების სისტემა), რადიო პოზიციონირების სისტემა სანავიგაციო თანამგზავრების გამოყენებით. ასეთი სისტემები 24/7 ინფორმაციას აწვდიან სამგანზომილებიანი პოზიციის, სიჩქარისა და დროის შესახებ მომხმარებლებს შესაბამისი აღჭურვილობით (GPS მიმღები; Glospace), რომლებიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირზე ან მის მახლობლად (და ზოგჯერ მის მიღმაც). პირველი GPS სისტემა, რომელიც ფართოდ ხელმისაწვდომი იყო სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის, იყო NAVSTAR, რომელსაც აშშ თავდაცვის დეპარტამენტი მართავდა. სსრკ-მ ასევე შეიმუშავა საკუთარი სისტემა, მაგრამ იგი გამოიყენებოდა ექსკლუზიურად სამხედრო მიზნებისთვის (1991 წლამდე სსრკ-ს ტერიტორიაზე GPS-ის გამოყენება ზოგადად აკრძალული იყო, გარდა სამხედრო მიზნებისა). პირველი GLONASS თანამგზავრი საბჭოთა კავშირმა ორბიტაზე გაუშვა 1982 წლის 12 ოქტომბერს. 1993 წლის 24 სექტემბერს სისტემა ოფიციალურად შევიდა ექსპლუატაციაში. თანამგზავრების საჭირო რაოდენობა, 24, მიღწეული იქნა 1995 წლისთვის, მაგრამ მოგვიანებით, ეკონომიკური და პოლიტიკური სირთულეების გამო, ორბიტალური თანავარსკვლავედი შემცირდა. 2007 წელს დაიწყო შიდა GLONASS სისტემის კომერციული გამოყენება (შემოკლებით გლობალური სანავიგაციო სატელიტური სისტემა). ევროკავშირის ქვეყნების მიერ შემუშავებული გალილეოს სისტემა დამუშავების პროცესშია.

ამერიკული NAVSTAR სისტემა დაიწყო პირველი თანამგზავრის გაშვებით 1978 წლის თებერვალში.

ნავიგაციის მიმღებების უმეტესობა იყენებს დოპლერის ეფექტს სიჩქარის ინფორმაციის მისაღებად. სისტემა ჩამოყალიბებულია 24 თანამგზავრით, რომლებიც მდებარეობს ზუსტად განსაზღვრულ ორბიტებზე. ისინი უწყვეტ სიგნალებს გადასცემენ მიმღებებს ხმელეთზე, ზღვაზე, ჰაერში და სივრცეში. GPS გამოიყენება მდებარეობის, ნავიგაციის, რუკების, მარშრუტის, დროისა და მოვლენის სინქრონიზაციისთვის. თანამგზავრების ორბიტები განლაგებულია დაახლოებით 60 გრადუსს შორის ჩრდილოეთ და სამხრეთ განედში. ეს უზრუნველყოფს, რომ სულ მცირე ზოგიერთი თანამგზავრიდან სიგნალის მიღება შესაძლებელია ყველგან, ნებისმიერ დროს.

GPS მიმღები იყენებს სატელიტურ სიგნალებს, რათა გაზომოს მანძილი ოთხივე (ან მეტი) თანამგზავრიდან, რომლებიც ამჟამად მის ხედვაშია. ალმანახი (ასტრონომიული კალენდარი) მიმღებ მოწყობილობაში, რომელიც განახლებულია თანამგზავრების მაკორექტირებელი სიგნალებით, ზუსტად განსაზღვრავს სად არიან ახლა თანამგზავრები. იცის ოთხი თანამგზავრის პოზიცია და მანძილი თითოეულ მათგანამდე, მიმღებს შეუძლია გამოთვალოს მისი სიჩქარე. სტანდარტულ მიმღებებს შეუძლიათ ჩაწერონ მდებარეობა რამდენიმე მეტრის სიზუსტით და დრო წამის 1 მემილიონედამდე სიზუსტით. უახლესი მიმღებები ზუსტია რამდენიმე სანტიმეტრში.

GPSუზრუნველყოფს ერთიან გლობალურ სტანდარტს სივრცისა და დროის გაზომვისთვის. მისი სიზუსტე საშუალებას აძლევს თვითმფრინავებს იფრინონ ​​ერთმანეთთან უფრო ახლოს, უფრო პირდაპირ მარშრუტებზე და აუმჯობესებს ფრენის უსაფრთხოებას.

NAVSTAR სიგნალი შეიცავს ე.წ. "ფსევდო შემთხვევითი კოდი" (PRN - ფსევდო შემთხვევითი კოდი), ეფიმერიები და ალმანახი. ფსევდო შემთხვევითი კოდი გამოიყენება გადამცემი თანამგზავრის იდენტიფიცირებისთვის. ყველა მათგანი დანომრილია 1-დან 32-მდე და ეს რიცხვი ნაჩვენებია GPS მიმღების ეკრანზე მუშაობისას. PRN ნომრების რაოდენობა უფრო მეტია ვიდრე თანამგზავრების რაოდენობა (24), რადგან ეს აადვილებს GPS ქსელის შენარჩუნებას: შესაძლებელია ახალი თანამგზავრის გაშვება, ტესტირება და ექსპლუატაციაში გაშვება, სანამ ძველი არ ჩავარდება. ასეთ თანამგზავრს უბრალოდ მიენიჭება ახალი ნომერი (1-დან 32-მდე).

ეფემერის მონაცემები, რომლებიც მუდმივად გადაიცემა თითოეული თანამგზავრის მიერ, შეიცავს ისეთ მნიშვნელოვან ინფორმაციას, როგორიცაა თანამგზავრის მდგომარეობა (მუშა თუ არამუშაო), მიმდინარე თარიღი და დრო. ალმანახის მონაცემები გეტყვით სად უნდა იყოს ყველა GPS თანამგზავრი დღის განმავლობაში. თითოეული მათგანი გადასცემს ალმანახს, რომელიც შეიცავს მისი ორბიტის პარამეტრებს, ისევე როგორც სისტემის ყველა სხვა თანამგზავრს.

ოცდაოთხი თანამგზავრი დედამიწის გარშემო ბრუნავს დაახლოებით სიმაღლეზე. 20 ათასი კმ. ექვსი ორბიტალური თვითმფრინავიდან თითოეულზე ოთხი თანამგზავრია. მიუხედავად იმისა, რომ ორბიტები ზუსტად არის დაკალიბრებული, შეცდომები მაინც ხდება და თანამგზავრები ნავიგაციის შესწორებებს გადასცემენ GPS მიმღებებს ალმანახების განახლებისთვის. ნავიგაციის შესწორებები თანამგზავრებს ეცნობება სახმელეთო სადგურებით, რომლებიც მუდმივად აკონტროლებენ მათ მდებარეობასა და სიჩქარეს.

რანჟირება

GPS მიმღები განსაზღვრავს თავის პოზიციას ოთხივე თანამგზავრის მანძილის გაანგარიშებით, რომელთა ზუსტი მდებარეობა ცნობილია. თითოეული თანამგზავრი გადასცემს სიგნალებს; მათ მიმღებამდე მისასვლელად გარკვეული დრო სჭირდება. მიმღების ჩაშენებული საათი სინქრონიზებულია თანამგზავრების ატომურ საათებთან, რაც საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ სიგნალის მოგზაურობის დრო. თითოეულ თანამგზავრამდე მანძილი გამოითვლება სიგნალის მოგზაურობის დროიდან და რადიოტალღების გავრცელების სიჩქარით. ტექნიკის გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება სამკუთხედი, გაზომილი დისტანციები გაერთიანებულია სატელიტის პოზიციის მონაცემებთან, რათა დადგინდეს მიმღების მდებარეობა.

GPS(გლობალური პოზიციონირების სისტემა) არის დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების გამოყენების საფუძველზე ობიექტების მდებარეობის განსაზღვრის სისტემა. სისტემის სიზუსტე 2-დან 100 მ-მდეა, რაც დამოკიდებულია ტერმინალური აღჭურვილობის ტიპზე. GPS ნავიგატორები არის მოწყობილობების ფართო კლასი პრაქტიკული დანიშნულებისა და დიზაინის თვალსაზრისით, რომლებიც შექმნილია ობიექტების ადგილმდებარეობის დასადგენად და მათი გადაადგილების პარამეტრების დასადგენად უშუალოდ მათი მდებარეობიდან ან დისტანციიდან. მათი აგების პრინციპები ეფუძნება GPS-ის, კომპიუტერული ტექნოლოგიების და სატელეკომუნიკაციო სისტემებისა და ქსელების გამოყენებას, პირველ რიგში ინტერნეტს. GPS ნავიგატორები ფართოდ არის გავრცელებული სამხედრო საქმეებში, ყველა სახის ტრანსპორტში და ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მიკროელექტრონიკისა და კომპიუტერული ტექნოლოგიების მიღწევებმა შესაძლებელი გახადა მოძრავ ობიექტებზე დაყენებული ტერმინალური აღჭურვილობის ზომების შემცირება და ამავე დროს მათი ფუნქციური და ოპერატიული მახასიათებლების გაზრდა. შედეგად, გამოჩნდა სხვადასხვა მოდიფიკაცია, რომელიც განკუთვნილი იყო პირადი გამოყენებისთვის სატრანსპორტო გარემოს გარეთ (პირდაპირ პირის მიერ), კერძოდ, დაინსტალირებული PDA-ებსა და ლეპტოპებზე. მცირე ზომის GPS ნავიგატორები მოიცავს GPS ლოკატორებს და საათის ნავიგატორებს. GPS ლოკატორები უზრუნველყოფენ კონტროლს (მათ შორის 24/7) თვალთვალის ობიექტების ადგილმდებარეობის შესახებ, მაგალითად, ბავშვები, პრობაციონერები, ალცჰეიმერის დაავადებით დაავადებული ადამიანები.

გლონასი(გლობალური სანავიგაციო სატელიტური სისტემა) არის GPS-ის რუსული ანალოგი. 2005 წლის ივნისში, რუსეთის ფედერაციის მთავრობის ბრძანებულებით, მიღებულ იქნა გადაწყვეტილება კოსმოსური ხომალდების, თვითმფრინავების, საზღვაო და მდინარის გემების, საავტომობილო და სარკინიგზო ტრანსპორტის ეტაპობრივი აღჭურვის შესახებ, რომლებიც გამოიყენება მგზავრების გადასაყვანად, სპეციალური ან. სახიფათო ტვირთები, აგრეთვე გეოდეზიურ და საკადასტრო სამუშაოებში გამოყენებული ინსტრუმენტები და აღჭურვილობა.

ნავიგატორის საათები არის საათები, რომლებიც აღჭურვილია GPS მიმღებით. ნავიგატორის საათებს აქვთ ჩვეულებრივი მაჯის საათის ზომები, ისინი ახორციელებენ ადგილმდებარეობის განსაზღვრის ფუნქციებს (გრძედი და გრძედი), მოგზაურობის საწყისი წერტილი და მანძილი მოძრაობის ადგილამდე, მიმდინარე სიჩქარე, შუალედური წერტილები, მათ შორის მიმართულებები. ნავიგატორის საათებს შეუძლიათ დაუკავშირდნენ კომპიუტერს GPS მონაცემების გადასაცემად და დასამუშავებლად, რუქების რასტრული სურათების იმპორტი და ნახვა (JPEG და BMP ფორმატებში) და დაგეგმონ მოძრაობა მოცემულ მარშრუტზე.

GPS თავდაპირველად შეიქმნა აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტის მიერ, რომელიც განკუთვნილი იყო სამხედრო საჭიროებისთვის და ეწოდა Navstar (Navigaion System with Time and Ranging - სანავიგაციო სისტემა დროისა და მანძილის განსაზღვრის უნარით). Navstar სისტემას მიზნად ისახავდა სამხედროებს მიეწოდებინა შესაძლებლობა დაედგინათ ობიექტის კოორდინატები დედამიწის ზედაპირის ნებისმიერ წერტილში. შემდგომში დაშვებული იქნა სისტემის კომერციული მიზნებისთვის გამოყენება. 2000 წლამდე სისტემის ყველა მომხმარებელი იყოფოდა ორ კატეგორიად: პრივილეგირებულ (სამხედრო) და ჩვეულებრივ (სამოქალაქო). GPS სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის ინფორმაციის მხოლოდ ნაწილი იყო ხელმისაწვდომი სატელიტის სიგნალში, რამაც შესაძლებელი გახადა კოორდინატების დადგენა რამდენიმე ათეულ ან თუნდაც ასეულ მეტრამდე შეცდომით, ხოლო სამხედროებისთვის სისტემა მუშაობდა მაქსიმალური სიზუსტით - შეცდომა არ იყო რამდენიმე მეტრზე მეტი. 2000 წლიდან მოხსნილია შეზღუდვები სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის.

1978-დან 1994 წლამდე ორბიტაზე 24 მთავარი თანამგზავრი გაუშვა დაახლოებით 20 ათასი კმ სიმაღლეზე, რაც უზრუნველყოფს GPS სისტემის ფუნქციონირებას. ამის შემდეგ დაემატა კიდევ ოთხი სარეზერვო თანამგზავრი. სისტემის მუშაობას მონიტორინგს უწევს ოთხი სახმელეთო სადგური, რომელთა პასუხისმგებლობა მოიცავს სატელიტებში სანავიგაციო ინფორმაციისა და საათების რეგულირებას, ასევე თითოეული მათგანის მუშაობის მონიტორინგს. GPS-ის კომერციული გამოყენება 1995 წელს დაიწყო. ყველა თანამგზავრისა და სახმელეთო ობიექტების მფლობელი, მიუხედავად GPS-ის კომერციალიზაციისა, არის აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტი.

თანამგზავრები ასხივებენ ფაზა-მოდულირებულ სიგნალს ორ სიხშირეზე - L1 1575,42 MHz და L2 1227,60 MHz. პირველი განკუთვნილია სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის, მეორე კი სამხედრო მომხმარებლებისთვის. თანამგზავრის მიერ გადაცემული ინფორმაცია იყოფა სამ კატეგორიად: C/A კოდი, P კოდი და Y კოდი. C/A კოდი (Coarse Acquisition - უხეში მიახლოება) საშუალებას გაძლევთ შეაფასოთ მდებარეობა 100 მ-მდე სიზუსტით P-code (Precision code) საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ პოზიცია რამდენიმე მეტრის სიზუსტით. Y-კოდი არის P-კოდის დაშიფრული ვერსია. L1 სიხშირე მოდულირებულია C/A და P ტიპის კოდებით, L2 სიხშირე მოდულირებულია P ან Y კოდით (ფორსმაჟორული სიტუაციის შემთხვევაში, როდესაც საჭიროა სამოქალაქო მომხმარებლების მიერ GPS სერვისის გამოყენების აკრძალვა ან მტერი). L1 სიხშირის სიგნალი შერეულია ეგრეთ წოდებული ნავიგაციის შეტყობინებასთან - ინფორმაციის ბლოკი თანამგზავრის მიმდინარე მდგომარეობის შესახებ (დრო, კოორდინატები). სანავიგაციო შეტყობინებას აქვს 25x1500 ბიტის ზომა და გადაიცემა 300 ბიტიან ბლოკებში 50 bps სიჩქარით. სრული ნავიგაციის შეტყობინება მიიღება 12,5 წუთში.

GPS სისტემაში მომხმარებლის ტერმინალი წარმოადგენს მრავალარხიან მიმღებს, რომელსაც აქვს რამდენიმე თანამგზავრიდან სიგნალების ერთდროულად მიღების შესაძლებლობა. GPS ტერმინალი არის სრულიად პასიური მოწყობილობა, რომელსაც არ აქვს საკუთარი გადამცემი. სისტემის მუშაობის პრინციპი ემყარება დროის შეფერხებების შედარებას მიღებულ სიგნალებს შორის სულ მცირე სამი (ჩვეულებრივ ოთხიდან რვა) თანამგზავრიდან და კოორდინატების გამოთვლაზე დაფუძნებული მანძილის საფუძველზე რამდენიმე წერტილიდან ცნობილ კოორდინატებთან (ანუ თანამგზავრებთან). ამ შემთხვევაში, მიმღები, რომელმაც გამოითვალა მანძილი ყველა თანამგზავრამდე, რომელთა სიგნალებსაც იგი თავდაჯერებულად იღებს, აშენებს რამდენიმე სფეროს და, ამ სფეროების გადაკვეთის წერტილებზე დაყრდნობით, ითვლის მის სავარაუდო მდებარეობას სატელიტების კოორდინატების შესახებ სანავიგაციო ინფორმაციის საფუძველზე. მოდის სიგნალით.

კოორდინატების განსაზღვრის სიზუსტის გასაზრდელად (მაგალითად, გეოდეზიასა და კარტოგრაფიაში, რამდენიმე მეტრის სიზუსტე შეიძლება არ იყოს საკმარისი), გამოიყენება დიფერენციალური GPS მეთოდი. ამ შემთხვევაში, გარდა სატელიტური სიგნალისა, მიმღები იყენებს სიგნალს სტაციონარული, ძლიერი გადამცემიდან, რომლის პოზიცია ცნობილია და სტაბილურია. ეს საშუალებას გაძლევთ აღმოფხვრათ პოზიციონირების პრობლემები, რადგან თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ მიმდინარე სისტემის შეცდომა სტაციონარული გადამცემის რეალური კოორდინატების შედარებით GPS სისტემის საშუალებით მიღებულ მონაცემებთან.

ტერიტორიის ქაღალდის რუქები შეიცვალა ელექტრონული რუკებით, რომლებზეც ნავიგაცია ხორციელდება GPS სატელიტური სისტემით. ამ სტატიიდან შეიტყობთ, როდის გამოჩნდა სატელიტური ნავიგაცია, რა არის ახლა და რა ელის მას უახლოეს მომავალში.

პირველი წინაპირობები

მეორე მსოფლიო ომის დროს აშშ-სა და ბრიტანულ ფლოტილებს ჰქონდათ ძლიერი კოზირი - LORAN სანავიგაციო სისტემა რადიო შუქურების გამოყენებით. საომარი მოქმედებების დასასრულს „პროდასავლური“ ქვეყნების სამოქალაქო გემებმა მიიღეს მათ ხელთ არსებული ტექნოლოგია. ათი წლის შემდეგ, სსრკ-მ ამოქმედდა თავისი პასუხი - ჩაიკას სანავიგაციო სისტემა, რომელიც დაფუძნებულია რადიოშუქურებზე, დღესაც გამოიყენება.

მაგრამ სახმელეთო ნავიგაციას აქვს მნიშვნელოვანი ნაკლოვანებები: არათანაბარი რელიეფი ხდება დაბრკოლება, ხოლო იონოსფეროს გავლენა უარყოფითად მოქმედებს სიგნალის გადაცემის დროზე. თუ სანავიგაციო რადიოშუქურასა და გემს შორის მანძილი ძალიან დიდია, კოორდინატების განსაზღვრისას შეცდომა შეიძლება გაიზომოს კილომეტრებში, რაც მიუღებელია.

სახმელეთო რადიოშუქურები შეიცვალა სატელიტური სანავიგაციო სისტემებით სამხედრო მიზნებისთვის, რომელთაგან პირველი, ამერიკული ტრანზიტი (სხვა სახელი NAVSAT), 1964 წელს დაიწყო. ექვსი დაბალი ორბიტის თანამგზავრი უზრუნველყოფდა კოორდინატთა განსაზღვრის სიზუსტეს ორას მეტრამდე.


1976 წელს სსრკ-მ გამოუშვა მსგავსი სამხედრო სანავიგაციო სისტემა Cyclone და სამი წლის შემდეგ სამოქალაქო სისტემა Cicada. ადრეული სატელიტური სანავიგაციო სისტემების დიდი ნაკლი ის იყო, რომ მათი გამოყენება მხოლოდ ერთი საათის განმავლობაში შეიძლებოდა. დაბალ ორბიტაზე თანამგზავრები და თუნდაც მცირე რაოდენობით, ვერ უზრუნველყოფდნენ სიგნალის ფართო დაფარვას.

GPS vs. გლონასი

1974 წელს აშშ-ს არმიამ ორბიტაზე გაუშვა მაშინდელი ახალი NAVSTAR სანავიგაციო სისტემის პირველი თანამგზავრი, რომელსაც მოგვიანებით ეწოდა GPS (გლობალური პოზიციონირების სისტემა). 1980-იანი წლების შუა ხანებში GPS ტექნოლოგიის გამოყენების უფლება მიეცათ სამოქალაქო გემებსა და თვითმფრინავებს, მაგრამ დიდი ხნის განმავლობაში მათ შეეძლოთ გაცილებით ნაკლებად ზუსტი პოზიციონირების უზრუნველყოფა, ვიდრე სამხედროები. ოცდამეოთხე GPS თანამგზავრი, ბოლო საჭირო იყო დედამიწის ზედაპირის სრულად დასაფარად, 1993 წელს გაუშვეს.

1982 წელს სსრკ-მ წარმოადგინა თავისი პასუხი - ეს იყო GLONASS (გლობალური სანავიგაციო სატელიტური სისტემა) ტექნოლოგია. ბოლო 24-ე GLONASS თანამგზავრი ორბიტაზე შევიდა 1995 წელს, მაგრამ თანამგზავრების ხანმოკლე მომსახურების ვადა (სამიდან ხუთ წლამდე) და პროექტის არასაკმარისი დაფინანსება სისტემას თითქმის ათწლეულის განმავლობაში გამოუშვებს. მსოფლიო მასშტაბით GLONASS დაფარვის აღდგენა მხოლოდ 2010 წელს გახდა შესაძლებელი.


ასეთი წარუმატებლობის თავიდან ასაცილებლად, ორივე GPS და GLONASS ახლა იყენებენ 31 თანამგზავრს: 24 მთავარ და 7 რეზერვს, როგორც ამბობენ, ყოველი შემთხვევისთვის. თანამედროვე სანავიგაციო თანამგზავრები დაფრინავენ დაახლოებით 20 ათასი კმ სიმაღლეზე და ახერხებენ დედამიწის შემოვლით დღეში ორჯერ.

როგორ მუშაობს GPS

GPS ქსელში პოზიციონირება ხორციელდება მიმღებიდან რამდენიმე თანამგზავრამდე მანძილის გაზომვით, რომელთა მდებარეობა ზუსტად არის ცნობილი დროის მიმდინარე მომენტში. თანამგზავრამდე მანძილი იზომება სიგნალის დაყოვნების სინათლის სიჩქარით გამრავლებით.
პირველ თანამგზავრთან კომუნიკაცია გვაწვდის ინფორმაციას მხოლოდ მიმღების შესაძლო მდებარეობის დიაპაზონის შესახებ. ორი სფეროს გადაკვეთა მისცემს წრეს, სამი - ორი წერტილი, ხოლო ოთხი - ერთადერთი სწორი წერტილი რუკაზე. ჩვენი პლანეტა ყველაზე ხშირად გამოიყენება, როგორც ერთ-ერთი სფერო, რომელიც იძლევა პოზიციონირების საშუალებას ოთხი თანამგზავრის ნაცვლად მხოლოდ სამზე. თეორიულად, GPS პოზიციონირების სიზუსტე შეიძლება 2 მეტრს მიაღწიოს (პრაქტიკაში, შეცდომა გაცილებით დიდია).


თითოეული თანამგზავრი უგზავნის ინფორმაციის დიდ კრებულს მიმღებს: ზუსტი დრო და მისი კორექტირება, ალმანახი, ეფემერის მონაცემები და იონოსფერული პარამეტრები. ზუსტი დროის სიგნალია საჭირო მის გაგზავნასა და მიღებას შორის შეფერხების გასაზომად.

სანავიგაციო თანამგზავრები აღჭურვილია მაღალი სიზუსტის ცეზიუმის საათებით, ხოლო მიმღებები აღჭურვილია გაცილებით ნაკლებად ზუსტი კვარცის საათებით. ამიტომ დროის შესამოწმებლად ხდება კონტაქტი დამატებით (მეოთხე) თანამგზავრთან.


მაგრამ ცეზიუმის საათებს შეუძლიათ შეცდომებიც დაუშვან, ამიტომ ისინი მოწმდება მიწაზე მოთავსებულ წყალბადის საათებთან. თითოეული თანამგზავრისთვის დროის კორექტირება ინდივიდუალურად გამოითვლება სანავიგაციო სისტემის მართვის ცენტრში, რომელიც შემდგომ ზუსტ დროს ეგზავნება მიმღებს.

სატელიტური სანავიგაციო სისტემის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი კომპონენტია ალმანახი, რომელიც წარმოადგენს თანამგზავრის ორბიტის პარამეტრების ცხრილს მომდევნო თვისთვის. ალმანახი, ისევე როგორც დროის კორექტირება, გამოითვლება საკონტროლო ცენტრში.


თანამგზავრები ასევე გადასცემენ ინდივიდუალურ ეფემერის მონაცემებს, რის საფუძველზეც გამოითვლება ორბიტალური გადახრები. და იმის გათვალისწინებით, რომ სინათლის სიჩქარე არსად არ არის მუდმივი, გარდა ვაკუუმისა, მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული სიგნალის შეფერხება იონოსფეროში.

მონაცემთა გადაცემა GPS ქსელში ხორციელდება მკაცრად ორ სიხშირეზე: 1575.42 MHz და 1224.60 MHz. სხვადასხვა თანამგზავრები მაუწყებლობენ იმავე სიხშირეზე, მაგრამ იყენებენ CDMA კოდის დაყოფას. ანუ, სატელიტური სიგნალი არის მხოლოდ ხმაური, რომლის გაშიფვრა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ გაქვთ შესაბამისი PRN კოდი.


ზემოაღნიშნული მიდგომა იძლევა ხმაურის მაღალი იმუნიტეტის და ვიწრო სიხშირის დიაპაზონის გამოყენების საშუალებას. თუმცა, ზოგჯერ GPS მიმღებებს ჯერ კიდევ უწევთ თანამგზავრების მოძიება დიდი ხნის განმავლობაში, რაც გამოწვეულია მრავალი მიზეზით.

ჯერ ერთი, მიმღებმა თავდაპირველად არ იცის სად არის სატელიტი, შორდება თუ უახლოვდება და რა არის მისი სიგნალის სიხშირე. მეორეც, სატელიტთან კონტაქტი წარმატებულად ითვლება მხოლოდ მაშინ, როდესაც მისგან მიღებულია ინფორმაციის სრული ნაკრები. მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე GPS ქსელში იშვიათად აღემატება 50 bps-ს. და როგორც კი სიგნალი წყდება რადიო ჩარევის გამო, ძებნა ისევ იწყება.


სატელიტური ნავიგაციის მომავალი

ახლა GPS და GLONASS ფართოდ გამოიყენება მშვიდობიანი მიზნებისთვის და, ფაქტობრივად, ურთიერთშემცვლელნი არიან. უახლესი სანავიგაციო ჩიპები მხარს უჭერს როგორც კომუნიკაციის სტანდარტებს, ასევე უერთდება იმ თანამგზავრებს, რომლებიც პირველია ნაპოვნი.

ამერიკული GPS და რუსული GLONASS შორს არიან მსოფლიოში ერთადერთი სატელიტური სანავიგაციო სისტემებისგან. მაგალითად, ჩინეთმა, ინდოეთმა და იაპონიამ დაიწყეს საკუთარი სატელიტური სისტემების განლაგება, სახელწოდებით BeiDou, IRNSS და QZSS, შესაბამისად, რომლებიც იმუშავებენ მხოლოდ მათ ქვეყნებში და შესაბამისად საჭიროებენ თანამგზავრების შედარებით მცირე რაოდენობას.

მაგრამ, ალბათ, ყველაზე დიდი ინტერესი არის გალილეოს პროექტი, რომელსაც ავითარებს ევროკავშირი და 2020 წლამდე უნდა ამოქმედდეს სრული დატვირთვით. თავდაპირველად გალილეო ჩაფიქრებული იყო, როგორც წმინდა ევროპული ქსელი, მაგრამ ახლო აღმოსავლეთისა და სამხრეთ ამერიკის ქვეყნებმა უკვე გამოთქვეს სურვილი მონაწილეობა მიიღონ მის შექმნაში. ასე რომ, "მესამე ძალა" შესაძლოა მალე გამოჩნდეს გლობალურ CLO ბაზარზე. თუ ეს სისტემა თავსებადია არსებულებთან და, სავარაუდოდ, ასეც იქნება, მომხმარებლები მხოლოდ სარგებელს მიიღებენ - თანამგზავრების ძიების სიჩქარე და პოზიციონირების სიზუსტე უნდა გაიზარდოს.

ჟურნალი „კაპიტანთა კლუბი“ No2, 1999 წ
სტატიის ასლი ქვეყნდება რედაქტორების თანხმობით.

ეს პოსტი კიდევ ერთხელ ეხება GPS-ის თემას. რიგ შიდა პუბლიკაციებში სტატიები, სამწუხაროდ, არ იძლევა საკმარის ინფორმაციას სისტემის ორგანიზებისა და მიმღების წაკითხვის სიზუსტის შესახებ. ბევრ ნავსაყუდელს აინტერესებს: შეიძლება თუ არა ინსტრუმენტების ბრმად ნდობა, თუ ისინი უნდა იქნას აღქმული მხოლოდ როგორც პოზიციის განსაზღვრის ტრადიციული მეთოდების დამატება? და რატომ ხვდებიან ამ ყველაზე თანამედროვე სანავიგაციო დამხმარე საშუალებებით აღჭურვილი იახტები ხანდახან კლდეებზე, რომლებიც შორს არიან დანიშნულებისამებრ? ეს სტატია არის ინფორმაციის შეჯამების მცდელობა, რომელიც, ავტორის აზრით, შეიძლება დაეხმაროს GPS მომხმარებლებს.

"ყველა სანავიგაციო მოწყობილობა იწარმოება და იყიდება მხოლოდ ნავიგაციის დასახმარებლად. მომხმარებელი პასუხისმგებელია მისი ნავიგაციის უნარების გაუმჯობესებაზე, მიუხედავად შეძენილი აღჭურვილობისა."
(ოპერაციული სახელმძღვანელოდან.)

როგორ მუშაობს და მუშაობს GPS სისტემა

NAVSTAR GPS-ის (ნავიგაციის სატელიტური დროისა და დიაპაზონის გლობალური პოზიციონირების სისტემის) კონცეფციის შემუშავება დაიწყო 1973 წელს. იმ დროისთვის ყველაზე თანამედროვე რადიო სანავიგაციო სისტემები (RNS), სახმელეთო Loran-C და Omega და თანამგზავრული (SNS) Transit, აღარ იყო. აკმაყოფილებდა სამხედრო მოთხოვნებს სიზუსტისა და ყველა ამინდის შესაძლებლობის, მრგვალი საათის მუშაობისა და დაფარვის ზონის შესახებ. 1978 წლის თებერვალში გაუშვა პირველი ექსპერიმენტული GPS თანამგზავრი. GPS-ის სამოქალაქო გამოყენების შესახებ ფართოდ განიხილება 1983 წელს კურილის კუნძულებზე ჩამოგდებული სამხრეთ კორეის ავიახაზების ჩამოვარდნის შემდეგ. პრეზიდენტმა რეიგანმა განაცხადა, რომ GPS ყველასთვის ხელმისაწვდომი უნდა იყოს.

GPS სისტემა გთავაზობთ ორი სახის მომსახურებას: SPS - სტანდარტული სიზუსტე (სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის) და PPS - მაღალი სიზუსტე (სამხედრო მომხმარებლებისთვის). როდესაც სისტემა შეიქმნა, SPS 100 მ სიზუსტე საკმარისად ჩაითვალა სამოქალაქო მიზნებისთვის. როგორც ტესტირება მიმდინარეობდა, SPS ქვესისტემა უფრო ზუსტი აღმოჩნდა, ვიდრე მოსალოდნელი იყო. სამხედროებისთვის მაღალი სიზუსტის უპირატესობის შესანარჩუნებლად, 1990 წლის მარტიდან დაინერგა SA (Selective Availability) „წვდომის შეზღუდვის“ რეჟიმი, რომელიც ხელოვნურად ამცირებს სამოქალაქო GPS-ის სიზუსტეს.

სისტემამ მიიღო ცეცხლოვანი ნათლობა ოპერაციის Desert Storm-ის დროს. იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო გაშვებული საკმარისი თანამგზავრები. საბრძოლო ზონის სადღეღამისო დაფარვის უზრუნველსაყოფად საჭირო იყო არსებულის მანევრირება. საინტერესოა, რომ 1989 წლის სექტემბერში MAGELLAN SYSTEMS CORP. გამოუშვა GPS მიმღები - "NAV-1000M" - სამხედრო აპლიკაციებისთვის და აირჩია ნატოს 10 წევრმა ქვეყანამ მიმწოდებლად. 3000-ზე მეტი NAV-1000M მიმღები, სხვათა შორის, გამოიყენეს შეერთებული შტატებისა და კოალიციის ძალების მიერ ყურის ომის დროს. მაშინ სახმელეთო დანაყოფები და საზღვაო ქვეითები ძირითადად აღჭურვილი იყო პორტატული ერთარხიანი მიმღებებით, სამოქალაქო მიმღებების მსგავსი და არ შეეძლოთ მაღალი სიზუსტის სიგნალების მიღება. გადაწყდა SA რეჟიმის გამორთვა ბრძოლის ხანგრძლივობისთვის, რამაც შესაძლებელი გახადა მტრის მაღალი სიზუსტის გამოყენებაც.

1993 წლის შუა პერიოდისთვის ორბიტაზე უკვე 24 თანამგზავრი იყო, რაც საკმარისი იყო დედამიწის ნებისმიერ წერტილში უწყვეტი ნავიგაციისთვის. სისტემის საბოლოო ამოქმედება მხოლოდ 1995 წლის ივლისში გამოცხადდა.

1996 წელს პრეზიდენტმა კლინტონმა დაადასტურა, რომ სისტემა, რომელიც აღჭურვილია ამერიკელი გადასახადის გადამხდელებით, გააგრძელებს სერვისების მიწოდებას სამოქალაქო მომხმარებლებისთვის მთელ მსოფლიოში მომდევნო საუკუნეში. გამოცხადდა, რომ 2006 წლისთვის „წვდომის შეზღუდვის“ რეჟიმი გაუქმდებოდა. შეერთებული შტატების პრეზიდენტი იტოვებს უფლებას შეამციროს GPS სიგნალების სიზუსტე ეროვნული უსაფრთხოებისთვის საფრთხის შემთხვევაში.

GPS სისტემა შედგება სამი ნაწილისაგან:სივრცე, მიწა და მომხმარებლის აღჭურვილობა.

კოსმოსური ნაწილი შედგება 24 თანამგზავრისგან, რომლებიც ბრუნავენ 6 ორბიტაზე. ორბიტების დახრილობა დედამიწის ეკვატორზე 55 გრადუსია, ორბიტალურ სიბრტყეებს შორის კუთხე 60 გრადუსია. ორბიტების სიმაღლე 20180 კმ, ორბიტალური პერიოდი 12 საათი.სატელიტური გადამცემის სიმძლავრე 50 ვტ. გაუმჯობესებული თანამგზავრების დანერგვით, სიგნალის ხშირი დანაკარგები წარსულს ჩაბარდა. GPS თანამგზავრებს შეუძლიათ სისტემაში არსებული ხარვეზების შევსება გადაადგილებით (თუ ერთ-ერთი მათგანი ვერ ხერხდება). თანამგზავრის მნიშვნელოვანი ელემენტია ატომური საათები, რუბიდიუმი და ცეზიუმი, თითოეულზე ოთხი. თანამგზავრების იდენტიფიცირება ხდება PRN-ით (ფსევდო შემთხვევითი ნომერი), რომელიც ნაჩვენებია GPS მიმღებზე.

GPS მიწის ნაწილიშედგება 4 სათვალთვალო სადგურისგან, რომლებიც მდებარეობს ტროპიკულ კუნძულებზე. ისინი თვალყურს ადევნებენ ხილულ თანამგზავრებს და გადასცემენ მონაცემებს სარდლობისა და კონტროლის სადგურზე (MCS) კოლორადოს სპრინგსის საჰაერო ძალების ბაზაზე დახვეწილ კომპიუტერულ პროგრამულ მოდელებში დასამუშავებლად. ამ მონაცემთა ნაკრებებს ეფემერები ეწოდება. მიწისზედა სადგურების საშუალებით მონაცემები გადაეცემა თანამგზავრებს, შემდეგ კი სატელიტი გადასცემს მას GPS მიმღებებს.

GPS სიგნალები

ყველა GPS სიხშირე არის თანამგზავრის ძირითადი საათის სიხშირის მრავლობითი, 10.23 MHz. თანამგზავრი გადასცემს სიგნალებს L1=1575.42 MHz და L2=1227.6 MHz დიაპაზონში. სიგნალები შეიცავს ორ სახის ინფორმაციას: „ნავიგაციის შეტყობინებებს“ და „ფსევდორანდომ კოდს“ (ნახ. 1). კოდი არის ერთებისა და ნულების თანმიმდევრობა, ერთი შეხედვით შემთხვევითი, მაგრამ იცვლება რთული კანონის მიხედვით. ფსევდო შემთხვევითი კოდი შეიცავს სატელიტის ნომერს (PRN).

არსებობს ორი ტიპის კოდი. სამოქალაქო GPS იყენებს C/A (Coarse Acquisition) - კოდს, რომელიც გადაცემულია მხოლოდ L1 სიხშირეზე. ერთი კოდის ციკლი შედგება 1023 ბიტისაგან და მეორდება 1000-ჯერ (წმ. სამხედრო მაღალი სიზუსტის GPS იყენებს P-კოდს (ზუსტი), რომელიც გადაიცემა ორივე სიხშირეზე, L1 და L2.

ნავიგაციის შეტყობინებები გადაიცემა 50 ბიტი/წმ სიჩქარით გადამზიდავი სიხშირის დამატებითი მოდულაციით ფსევდო შემთხვევითი კოდის ქვეშ. თითოეული მესიჯი შედგება 25 „ნაწილისგან“ (გვერდი) 1500 ბიტიანი თითოეული. მთელი შეტყობინების გადაცემის სრულ ციკლს 12,5 წუთი სჭირდება. სანავიგაციო შეტყობინება შეიცავს „ეფემერის მონაცემებს“ და „ალმანახის მონაცემებს“; GPS სისტემაში დროის მონაცემები და მისი უნივერსალურ დროზე გადაყვანის კოეფიციენტები, P-კოდის საკვანძო სიტყვები და სპეციალური შეტყობინებები. ეფემერიდები არის მონაცემები თანამგზავრის ჯანმრთელობისა და მისი ორბიტის პარამეტრების შესახებ - კოეფიციენტები, რომელთა დახმარებით მიმღები ითვლის თანამგზავრის ამჟამინდელ და მომავალ პოზიციას მათემატიკური კეპლერის მოდელის გამოყენებით. გარდა ამისა, ეს შეტყობინებები შეიცავს სატელიტური საათების კორექტირების ფაქტორებს და იონოსფერული გავრცელების შეფერხებას C/A კოდის მომხმარებლებისთვის. ალმანახი არის მონაცემები ეფემერისა და სისტემაში დარჩენილი თანამგზავრების მდგომარეობის შესახებ (შენახულია მიმღების მეხსიერებაში). ამ მონაცემების წყალობით, მიმღებმა ყოველთვის „იცის“ სად არის სისტემის ყველა თანამგზავრი, მაშინაც კი, როცა ვერ ხედავს მათ, და რომელი თანამგზავრების გამოყენებაა საუკეთესო კოორდინატების დასადგენად.

როგორ განსაზღვრავს GPS მიმღები თავის პოზიციას?

GPS სისტემა იყენებს სატელიტის ღირშესანიშნაობებამდე მანძილის განსაზღვრის მეთოდს, რომელიც განისაზღვრება ფსევდო შემთხვევითი კოდის გამოყენებით. ამისთვის მიმღები ერთდროულად აგენერირებს თავის შიდა კოდს ისე, რომ ზუსტად აკოპირებს თანამგზავრის კოდს. მიმღები ადარებს დროის სხვაობას თანამგზავრული კოდის შესაბამისი ნაწილის მიღებას საკუთარი კოდის იმავე ნაწილთან. იცის დროის ცვლა და რადიოტალღების გავრცელების სიჩქარე, მიმღები იღებს მანძილს სატელიტამდე, რომელსაც ფსევდო დიაპაზონი ეწოდება და ორი დისტანციიდან შეუძლია მისი ზუსტი პოზიციის დადგენა (ნახ. 2.) რატომ „ფსევდო“? პრობლემა ის არის, რომ უზრუნველყოფილი იყოს მიმღების და თანამგზავრის ფსევდო შემთხვევითი კოდების გენერირება ერთდროულად. სატელიტის მხრიდან აქ არანაირი სირთულე არ არის. თანამგზავრის საათები ძალიან ზუსტია და რეგულირდება დედამიწის სიგნალების საფუძველზე. მიმღების საათი ნაკლებად ზუსტია, გარდა ამისა, არის სიგნალის გავრცელების შეფერხებები იონოსფეროში, ტროპოსფეროში და ა.შ. შექმენით მთლიანი შეცდომა (ნახ. 3). ამის გამოსასწორებლად GPS იყენებს დიაპაზონის გაზომვას მესამე თანამგზავრიდან.

ორგანზომილებიანი კოორდინატების განსაზღვრისას თანაბარი მანძილების ორი წრის გასწვრივ, მიმღებმა "არ იცის" რეალურად არის თუ არა მათზე. მაგალითად, თუ მიმღების საათი ნელია, ჭეშმარიტი პოზიცია უფრო ახლოს იქნება, მაგრამ თითოეულ შემთხვევაში პროპორციულადთითოეულ თანამგზავრთან უფრო ახლოს. მე-3 თანამგზავრიდან პოზიციის ხაზში შესვლით შეგვიძლია მივიღოთ ცალსახა შედეგი. GPS მიმღებს აქვს პროგრამა, რომელიც იღებს ინფორმაციას სამი პოზიციის ხაზისთვის და ხსნის მას ალგებრულად. ეს გამოთვლები იძლევა სამი უცნობის სამი განტოლების ამოხსნას: გრძედი, გრძედი და საათის შეცდომა. ამიტომ 2D კოორდინატების დასადგენად საჭიროა მინიმუმ 3 თანამგზავრი, ხოლო 3D-ისთვის 4.

სიზუსტის შესახებ

GPS მომხმარებელი დაინტერესებულია სისტემის რეალური სიზუსტით; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რამდენად ახლოს შეგიძლიათ სანავიგაციო საფრთხესთან მხოლოდ GPS მიმღების დაყრდობით? სამწუხაროდ, ამ კითხვაზე მკაფიო პასუხი არ არსებობს. ეს გამოწვეულია GPS შეცდომის სტატისტიკური ბუნებით.

GPS შეცდომების მიზეზები

SA რეჟიმი
მშვიდობიანობის დროს ის ამატებს რამდენიმე ათეული მეტრის შეცდომას; განსაკუთრებულ შემთხვევებში შესაძლებელია ასობით მეტრის შეცდომების დანერგვა. (აშშ-ის მთავრობა პასუხისმგებელია სისტემის მუშაობაზე მილიონობით მომხმარებლის წინაშე და შეიძლება მოსალოდნელია, რომ სიზუსტის ასეთი მნიშვნელოვანი შემცირება არ იქნება დანერგილი საკმარისად სერიოზული მიზეზების გარეშე.) მიღწეულია ფსევდო შემთხვევითი გადაცემის დროის ქაოტური გადაადგილებით. კოდი. SA-დან წარმოშობილი შეცდომები შემთხვევითი და თანაბრად სავარაუდოა თითოეული მიმართულებით. SA ასევე გავლენას ახდენს GPS სათაურზე და სიჩქარის სიზუსტეზე. ამ მიზეზით, სტაციონარული მიმღები ხშირად აჩვენებს ოდნავ ცვალებად სიჩქარეს და მიმართულებას. ასე რომ, გარკვეულწილად, SA-ის ზემოქმედების მასშტაბი შეიძლება შეფასდეს GPS-ის მიმართულებისა და სიჩქარის პერიოდული ცვლილებებით.

რადიოტალღების გავრცელება შეფერხებულია იონოსფეროში და ტროპოსფეროში
ვაკუუმში რადიოტალღების სიჩქარე მუდმივია, მაგრამ როდესაც სიგნალი ატმოსფეროში შედის, ის იცვლება. დროის დაყოვნება განსხვავებულია სხვადასხვა თანამგზავრის სიგნალებისთვის. რადიოტალღების გავრცელების შეცდომები დამოკიდებულია ატმოსფეროს მდგომარეობაზე და ჰორიზონტზე მაღლა სატელიტის სიმაღლეზე: რაც უფრო დაბალია თანამგზავრი, მით უფრო გრძელია მისი სიგნალი ატმოსფეროში გავლის გზაზე და მით უფრო დიდია დამახინჯება. მიმღებების უმეტესობა გამორიცხავს თანამგზავრების სიგნალების გამოყენებას, რომელთა სიმაღლე ჰორიზონტზე 7,5-ზე ნაკლებია. (ატმოსფერული ჩარევა ასევე დამოკიდებულია დღის დროზე: მზის ჩასვლის შემდეგ იკლებს იონოსფეროს სიმკვრივე და მისი გავლენა რადიოსიგნალებზე (მოკლე ტალღის რადიოოპერატორებისთვის კარგად ცნობილი ფენომენი).

ასახული სიგნალის ეფექტი (მულტიპათია)
თანამგზავრიდან პირდაპირი სიგნალის გარდა, მიმღებს ასევე შეუძლია მიიღოს სიგნალები, რომლებიც აისახება კლდეებიდან, შენობებიდან და გამვლელი გემებიდან. თუ პირდაპირი სიგნალი დაბლოკილია მიმღებიდან ზეკონსტრუქციებით ან გაყალბებით, ასახული სიგნალი შეიძლება იყოს უფრო ძლიერი. ეს სიგნალი უფრო გრძელ გზას გადის და მიმღები "თვლის" რომ ის უფრო შორს არის თანამგზავრიდან, ვიდრე სინამდვილეშია. ეს შეცდომები 100 მ-ზე ბევრად ნაკლებია, რადგან მხოლოდ მჭიდროდ განლაგებულ ობიექტებს შეუძლიათ საკმარისად ძლიერი ექოს მიცემა.


სატელიტური გეომეტრია
დამოკიდებულია თანამგზავრების მიმღებთან შედარებით მდებარეობაზე, რომლითაც განისაზღვრება პოზიცია. თუ მიმღებმა ოთხი თანამგზავრი "დაიჭირა" და ისინი ყველა ჩრდილოეთით მდებარეობს, მაშინ თანამგზავრის გეომეტრია ცუდია. შედეგი არის შეცდომა 90-150 მ-მდე ან თუნდაც კოორდინატების განსაზღვრის შეუძლებლობა. (ოთხივე განზომილება ერთი და იმავე მიმართულებითაა და მათი გადაკვეთის ფართობი ძალიან დიდია; სურ. 4)

იგივე 4 თანამგზავრით, სიზუსტე მნიშვნელოვნად იზრდება, თუ ისინი თანაბრად არიან განლაგებული ჰორიზონტის გვერდებზე. ამ შემთხვევაში SA-ითაც კი სიზუსტე აღწევს 30 მ და უფრო მაღალს.

თანამგზავრის გეომეტრია იზომება PDOP (Position Dilution Of Precision) ან HDOP (Horizontal Dilution Of Precision) ფაქტორით. თანამგზავრების იდეალური მდებარეობა შეესაბამება PDOP=1; დიდი მნიშვნელობები მიუთითებს ცუდი თანამგზავრის გეომეტრიაზე. PDOP გამოიყენება როგორც მულტიპლიკატორი სხვა შეცდომებისთვის. მიმღების მიერ გაზომილ თითოეულ ფსევდო დიაპაზონს აქვს საკუთარი შეცდომა, რაც დამოკიდებულია ატმოსფერულ ჩარევაზე, შეცდომებზე ეფემერიაში, SA, ასახულ სიგნალზე და ა.შ. ასე რომ, თუ ამ შეცდომების სავარაუდო მნიშვნელობები არის 50 მ და PDOP = 1.5, მაშინ მოსალოდნელიაადგილმდებარეობის შეცდომა იქნება 75 მ.

GPS მიმღებები სხვადასხვაგვარად წარმოადგენენ ინფორმაციას PDOP-ის გამოყენებით სიზუსტის შესაფასებლად. HDOP-ის გარდა გამოიყენება GQ (გეომეტრიული ხარისხი, HDOP-ის ინვერსია) ან ხარისხობრივი შეფასება ქულებში. ბევრი თანამედროვე მიმღები აჩვენებს EPE (Estimated Position Error) პირდაპირ მანძილის ერთეულებში. EPE ითვალისწინებს თანამგზავრების მდებარეობას და თითოეული თანამგზავრისთვის სიგნალის შეცდომების პროგნოზს, რაც დამოკიდებულია SA-ზე, ატმოსფერულ პირობებზე, სატელიტური საათის შეცდომებზე, რომლებიც გადაცემულია როგორც ეფემერის ინფორმაციის ნაწილი.

სატელიტური გეომეტრია ასევე პრობლემად იქცევა GPS მიმღების გამოყენებისას მანქანების შიგნით, უღრან ტყეებში, მთებში ან მაღალ შენობებთან ახლოს. როდესაც ცალკეული თანამგზავრების სიგნალები დაბლოკილია, დარჩენილი თანამგზავრების პოზიცია განსაზღვრავს რამდენად ზუსტი იქნება GPS პოზიცია (და მათი რიცხვი მიუთითებს, შესაძლებელია თუ არა პოზიციის დადგენა საერთოდ).

კარგი GPS მიმღები გაჩვენებთ არა მხოლოდ რომელი თანამგზავრები გამოიყენება, არამედ სად არიან ისინი (აზიმუტი და სიმაღლე), ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ, უჭირს თუ არა მოცემულ თანამგზავრს მიღება. სურათი 5 გვიჩვენებს სატელიტის ცუდი განლაგების მაგალითს GPS ეკრანზე: თანამგზავრები No. 22, 01 და 09 არ ჩანს. ასეთ სიტუაციაში მოსალოდნელია დიდი გრძედის შეცდომები; გრძედი ალბათ საკმაოდ ზუსტად იქნება განსაზღვრული.

რაოდენობრივი სიზუსტე

მარტივი ტესტი, რათა ნათლად დაინახოთ თქვენი GPS მიმღების სიზუსტე, არის პერიოდულად ჩაწეროთ სტაციონარული მიმღები საკმარისად დიდი ხნის განმავლობაში. მაგალითად, ყოველ 2 წუთში ერთხელ. დღის განმავლობაში. ამის გაკეთება უფრო ადვილია, თუ თქვენ გაქვთ GPS-თან დაკავშირებული პლოტერი ან კომპიუტერი. ტაბლეტზე მიღებული კოორდინატების გამოსახულებით, ვიღებთ სურათს ნახ. 7.

ითვლება, რომ GPS პოზიციის განაწილება საკმაოდ კარგად შეესაბამება ნორმალურ (გაუსის) კანონს. ანუ, უფრო დიდი რაოდენობის გაზომვებისთვის, მიკერძოება ან სისტემატური შეცდომა ნულის ტოლია. სამოქალაქო GPS უზრუნველყოფს სიზუსტეს SA გარეშე 15 მეტრი RMS, ხოლო SA რეჟიმში 2DRMS=100 მ. რას ნიშნავს ეს? RMS (Root Mean Square) - კვადრატული ფესვი გადახრების კვადრატების ჯამის გრძედისა და განედის, გაყოფილი გაზომვების რაოდენობაზე. პუნქტების 65% მოდის RMS რადიუსის წრეში. 2DRMS ნიშნავს ორმაგ RMS-ს. სივრცითი ორგანზომილებიანი გაუსის განაწილებისთვის, ქულების 95% ხვდება პლიუს ან მინუს 2DRMS ინტერვალში, თუ განაწილება ელიფსურია (სხვადასხვა შეცდომები გრძედსა და გრძედში), ხოლო წრიული განაწილებით - 98%-მდე. GPS პოზიციის განაწილება ხდება ელიფსური, თუ ცა ერთ მხარეს დახურულია სიგნალებისთვის.

GPS და "პრობლემა-2000"

GPS მენეჯმენტი გვპირდება, რომ ყველა სახმელეთო სერვისი სრულად იქნება მომზადებული და ეს პრობლემა არ იმოქმედებს სატელიტური სიგნალების გადაცემაზე. GPS სისტემის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მოვლენა, რომელიც ცნობილია როგორც "GPS სისტემის დროის გადაბრუნება", მოხდება 1999 წლის 21-22 აგვისტოს შუაღამისას, როდესაც დასრულდება სატელიტური ნავიგაციის შეტყობინებების შეცვლის 1024-კვირიანი ციკლი და ათვლა თავიდან დაიწყება.

ყველაზე თანამედროვე მიმღებების მწარმოებლები აცხადებენ, რომ მათი პროდუქცია დაცულია ამ პრობლემებისგან, მაგრამ იმისთვის, რომ უსაფრთხოდ იყვნენ, ძველი GPS მოდელების მფლობელებს ურჩევენ, გაიარონ კონსულტაცია მომწოდებლებთან. ავტორი თვლის, რომ 1999 წლის 22 აგვისტოსა და 31 დეკემბრის შუაღამის შემდეგ (გრინვიჩის დრო) თქვენ ერთდროულად უნდა გადაამოწმოთ GPS-ის წაკითხვის სისწორე ნავიგაციის სხვა საშუალებების გამოყენებით. მით უმეტეს, თუ მიმღები აჩვენებს არასწორ თარიღს ან დროს.

დასკვნა

უმეტეს შემთხვევაში, GPS უზრუნველყოფს მაღალ სიზუსტეს, რამდენიმე ათეულ მეტრში, რაც საკმარისია ნავიგაციისთვის ნორმალურ პირობებში. მაგრამ მომხმარებლისთვის მნიშვნელოვანია, რომ ზოგიერთ მომენტში შესაძლებელია კაბელის სიგრძის ან მეტის გადახრები. ასეთი შეცდომების ალბათობა უკიდურესად მცირეა, მაგრამ ეს არ უნდა იყოს უგულებელყოფილი. ყოველთვის რეკომენდებულია ერთზე მეტი სანავიგაციო ინსტრუმენტის გამოყენება. GPS წაკითხვის ნდობის ხარისხის გადაწყვეტისას, შეგიძლიათ გაითვალისწინოთ შემდეგი ნიშნები:

  • მიმღები ინფორმაცია თანამგზავრების ადგილმდებარეობის შესახებ. მაქსიმალური შეცდომები შესაძლებელია სიზუსტეზე მოქმედი ფაქტორების უმაღლესი მნიშვნელობების არახელსაყრელი კომბინაციით და, პირველ რიგში, სატელიტური გეომეტრიით. თქვენს მიმღებზე, რომელიც ჩვეულებრივ აჩვენებდა EPE 20-40 მ, გამოჩნდა 60 მ ან მეტი.);
  • მიმღების ანტენის ზემოთ ცის ხილვადობა;
  • GPS პოზიციის ცვლილება წინა პერიოდის განმავლობაში (მასშტაბიანი შესრულებული შეთქმულება).
  • კორესპონდენცია რა თქმა უნდა და სიჩქარე GPS-ის მიხედვით კომპასსა და ჟურნალის კითხვებზე.
  • ობიექტების არსებობა, რომლებიც ასახავს სიგნალს.

გარდა ამისა, მიზანშეწონილია ვთქვათ, რომ რუქის კოორდინატთა სისტემები (Map Datum) დაკავშირებულია დედამიწის ელიფსოიდის სხვადასხვა მოდელთან, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა ქვეყანაში რუქების შესაქმნელად. მათ შორის სხვაობამ შეიძლება 500 მ-ს მიაღწიოს.GPS-ით და რუკაზე მუშაობისას მომხმარებელმა ეს უნდა გაითვალისწინოს და შესაბამისი კორექტირება მოახდინოს.

და ერთი ბოლო რამ. ადრე განიხილებოდა მხოლოდ თავად GPS მიმღების სიზუსტე. ხოლო GPS-ის გამოყენებით ნავიგაციის მაქსიმალური შეცდომები შეჯამებულია მთელი ჯაჭვის მაქსიმალური შეცდომებიდან: თანამგზავრები - მიმღები - მომხმარებელი - რუკა - მომხმარებელი.

მასალის მომზადებაში დახმარებისთვის ავტორი მადლობას უხდის კომპანიებს NAVICOM, TRANSAS MARINE, ALTAIR და ბატონ პიტერ დენს (ტეხასის სახელმწიფო უნივერსიტეტი), (www.host.cc.utexas.edu.ftp?pub/grg/gcraft/ notes). /gps/gps.html).

პუბლიკაცია მომზადდა ინტერნეტისა და Dahl, Bonnie-ს მასალების საფუძველზე. GPS-ის მომხმარებლის სახელმძღვანელო - გლობალური პოზიციონირების სისტემა. Richardson Marine Publishing, 1993 წ.

ალექსანდრე სამოილოვი



 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: