GPS - абревіатура від англійського Global Positioning System, проект був реалізований і належить військовому відомству США і спочатку замислювався лише для військових цілей. Основним завданням проекту є високоточне позиціювання різних рухливих і статичних об'єктів на місцевості. Основою системи є 24 NAVSTAR База стеження за супутниками (Navigation Satellite Time and Ranging).
Ті супутники, що працюють в єдиній мережі, знаходяться на шести різних кругових орбітах розташованих під кутом 60° один до одного, так, щоб з будь-якої точки земної поверхні були видні від чотирьох до дванадцяти таких супутників. На кожній орбіті знаходиться по 4 супутники, висота орбіт приблизно рівна 20200 км. а період обертання кожного супутника довкола землі 12 годин.
Система не повністю автономна, її працездатність контролюється станціями спостереження із Землі. Територіально станції спостереження знаходяться на Гаваях, атолі Кваджелейн, островах Вознесінняо, Дієго-Гарсія і в Колорадо-Спрінгс, вся інформація записується і передається на головну командну станцію, розташовану на військовій базі Falcon в Колорадо, звідки проводиться коректування орбіт і навігаційної інформації.
Розмова про систему GPS була б не повною без згадки про те, що ж вдають із себе самі супутники і короткої історії існування технології.

Датою народження технології, без якої сьогодні вже важко представити сучасний світ, рахується лютий 1978 року - дата, коли був виведений на орбіту перший супутник, що поклав почало тому, що зараз називається GPS, а в повну потужність система запрацювала лише в грудні 1993 року.
Кожен супутник важить більше 900 кг і з розкритими сонячними батареями має розмір близько 5 метрів, потужність радіопередавача складає 50 Ват.
Середній термін служби кожного супутника системи приблизно 10 років, і у міру того як супутник виробляє свій ресурс, на заміну йому на орбіту виводиться новий супутник.
У основу роботи всієї системи закладена ідея визначення координат місця розташування об'єктів на землі на основі розрахунку відстаней до групи супутників в космосі виміряних системою, при цьому супутники виконують роль, точно координованих точок відліку. Відстань розраховується по звичайній формулі відомої з курсу математики початкової школи, відстань є швидкість помножена на якийсь час, швидкість в даному випадку дорівнює швидкості поширення радіохвиль 300000 км/с, і якщо точно знати час, коли цей сигнал був відправлений з супутника, то можна розрахувати відстань до нього. Для визначення місця розташування об'єкту в горизонтальній площині досить розрахунку заснованого на прийомі сигналів з трьох супутників системи.
Для того, щоб зрозуміти, як це відбувається, потрібно трохи просторового мислення. Допустимо, відстань від одного супутника відома, і ми можемо описати сферу заданого радіусу довкола нього, коли стає відомою відстань і до другого супутника, то визначуване місце розташування буде розташовано десь в крузі, що задається пересіченням двох сфер, а третій супутник визначає дві крапки на колі, залишається розрахувати яка з них, і є шукане місце розташування? Одна з крапок завжди може бути відкинута, оскільки вона має високу швидкість переміщення або знаходиться під поверхнею Землі. Таким чином, знаючи відстань до трьох супутників, можна обчислити координати визначуваної точки.
Узгодження часу, в якому працює передавач супутника і часу, по якому працює приймач на землі у всьому цьому ланцюзі розрахунків, мабуть, найскладніше завдання, оскільки йдеться про швидкості світла (300000 км/с), сигнал з висоти 20 тисяч кілометрів до землі доходить за нікчемно короткий час, рівний приблизно 0.06 секунд!!! При таких малих інтервалах часу розсинхронізація шкал часу системи навіть на 0.01 секунду, викличе погрішність виміру координат на величини, вимірювані тисячами кілометрів. Ця проблема була вирішена шляхом відносної прив'язки часу приймачів до часу супутників.
На борту кожного супутника встановлений атомний годинник. Це виключно точний прилад, точність ходу якого складає біля однієї Наносекунди! Причому на кожному супутнику встановлені не один такий годинник, а декілька, це зроблено для того, щоб абсолютно точно гарантувати правильність відліку часу.
Важливий момент як «наш» приймач розуміє, де знаходиться супутник, по відношенню до Землі? Все відносно просто, в сигналі передаваному супутником міститься інформація про параметри орбіти на якій він знаходиться, і інформація про всі інші супутники системи, умовно кажучи супутник передає інформацію про те, що я супутник такий те, знаходжуся там-то, повідомлення було послане в такий- той час, це кінцево дуже спрощено але суть приблизно така. GPS-приймач отримуючи це повідомлення, запам'ятовує передану супутником інформацію для подальшого використання. Ця ж інформація використовується для установки або корекції годинника приймача.
Крім того, існує спосіб, завдяки якому є можливість, аби точність ходу годинника, по якому працює приймач, не була настільки точною як в годиннику супутників, суть в тому аби виміряти дальність ще до одного супутника, і якщо три виміри дозволяють визначити місце розташування в просторі то чотири дозволять виключити відносний зсув шкали часу приймача.
Взагалі кажучи, сам приймач вдає із себе вузькоспеціалізований міні комп'ютер здатний не лише визначати місце, але і обчислювати швидкість руху, може показувати напрям руху і розраховувати час необхідне для досягнення конкретного пункту призначення, час сходу і заходу, і багато ще чого, це вже швидше питання програмного забезпечення чим можливостей самої системи.

За практичну реалізацію відповідає чіпсет GPS приймача і його ПЗП. Від чіпсета GPS приймача залежить швидкість визначення координат при включенні пристрою, точність позиціювання і чутливість приймача. На сьогоднішній день існує декілька виробників чіпсетів для GPS пристроїв, але найбільшого поширення набув чіпсет компанії SIRF Technology, принаймні, в таких пристроях як кишенькові ПК, і Bluetooth сумісні приймачі GPS.
Останній чіпсет від цього виробника називається SiRFstarIII, в нім реалізований абсолютно новий підхід до використання сигналів супутників. Приймачі, побудовані на SiRFstarIII здатні приймати сигнали, з потужністю від 13 dB, а завдяки можливості одночасно приймати сигнали від 20 супутників (у документації до GPS приймача це називається 20 каналів), GPS приймач на основі SiRFstarIII може упевнено приймати відбиті сигнали. В умовах щільної міської забудови або в густому лісі, питання про чутливість GPS приймача стає особливо актуальним. Таким чином завдяки можливості прийому слабкіших і відбитих сигналів і використання їх при розрахунку позицій приймачі на основі чіпсета SiRFstarIII упевнено працюють навіть в будівлі в декількох метрах від вікна.

Долучені файли:

[ Для скачування файлів необхідна Реєстрація ! ]

---