Що таке GPS і навіщо він

Раздел: hi-tech|статья

6 Фев 2011

Що таке GPS і навіщо він
Сьогодні технологія GPS все більше завойовує популярність серед широкого кола людей різних професій, роду діяльності та захоплень від «професійних» мандрівників і людей, які ведуть активний спосіб життя до любителів риболовлі або просто автоаматорів. Цьому існує просте пояснення:

Вартість обладнання сьогодні все більш доступна і для людей різного рівня достатку.
Експлуатація GPS навігації абсолютно безкоштовна!
GPS навігація покриває всю територію Землі, навіть нашу неньку Україну :-)
Масовий вихід на ринок пристроїв і програм для всіх категорій користувачів. Від захищених і легких спец пристроїв до автомобільної навігаційної системи з екраном 23 сантиметри і висновком крім GPS карти всіх даних про експлуатацію автомобіля.
Таким чином, зараз будь-яка людина якому потрібно знати де він знаходиться, як йому дістатися до потрібного місця, з якою швидкістю він рухається і зрозуміти коли він дістанеться до мети, може все це легко дізнатися, скориставшись перевагами які надає GPS.

Трохи про те, що ж таке GPS.

GPS — абревіатура від англійського Global Positioning System, проект був реалізований і належить військовому відомству США й спочатку замислювався тільки для військових цілей. Основним завданням проекту є високоточне позиціонування різних рухливих і статичних об’єктів на місцевості. Основою системи є 24 NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging) супутника працюють в єдиній мережі, що знаходяться на шести різних кругових орбітах розташованих під кутом 60 ° один до одного, таким чином, щоб з будь-якої точки земної поверхні було видно від чотирьох до дванадцяти таких супутників . На кожній орбіті знаходиться по 4 супутника, висота орбіт приблизно дорівнює 20200 км а період обертання кожного супутника навколо землі 12 годин.
Система не повністю автономна, її працездатність контролюється станціями спостереження із Землі. Територіально станції спостереження знаходяться на Гаваях, атолі Кваджелейн, островах Вознесіння, Дієго-Гарсія і в Колорадо-Спрінгс, вся інформація записується і передається на головну командну станцію, розташовану на військовій базі Falcon у Колорадо звідки здійснюється коректування орбіт і навігаційної інформації.

Про космос.

Розмова про систему GPS був би не повним без згадки про те, що ж представляють із себе самі супутники і короткої історії існування технології.
Датою народження технології, без якої сьогодні вже важко уявити совреммений світ, счітатается лютого 1978 — дата, коли був виведений на орбіту перший супутник поклав початок тому, що зараз називається GPS, а в повну потужність система запрацювала тільки 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 в міру того як супутник вичерпує свій ресурс, на заміну йому на орбіту виводиться новий супутник.
В 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 за звичайною формулою відомої з курсу математики початкової школи :-), відстань є швидкість помножена на час, швидкість в даному випадку дорівнює швидкості розповсюдження радіохвиль 300000 км / с, і якщо точно знати час, коли цей сигнал був відправлений зі супутника, то можна розрахувати відстань до нього. Для визначення місця розташування об’єкта 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 відомо, і ми можемо описати сферу заданого радіусу навколо нього, коли стає відомим відстань і до другого супутника, то визначається місце розташування буде розташоване десь у колі, що задається перетином двох сфер, а третій супутник визначає дві точки на колі, залишається розрахувати яка з них, і є шукане місце розташування? Одна з точок завжди може бути відкинута, так як вона має високу швидкість переміщення або знаходиться під поверхнею Землі. Таким чином, знаючи відстань до трьох супутників, можна обчислити координати обумовленою точки.
Узгодження часу, в якому працює передавач супутника і часу, за яким працює приймач на землі у всій цій ланцюга розрахунків, мабуть, найскладніше завдання, оскільки мова йде про швидкість світла (300000 км / с), сигнал з висоти 20 тисяч кілометрів до землі доходить за нікчемно короткий час, що дорівнює приблизно 0.06 секунди! За таких малих інтервалах часу розсинхронізація шкал часу системи навіть на 0.01 секунду, викличе похибка вимірювання координат на величини, що вимірюються тисячами кілометрів. Ця проблема була вирішена шляхом відносної прив’язки часу приймачів до часу супутників.
На борту кожного супутника встановлені атомні годинники. Це виключно точний прилад, точність ходу якого становить близько однієї наносекунди! Причому на кожному супутнику встановлені не одні такі годинники, а декілька, це зроблено для того, щоб абсолютно точно гарантувати правильність відліку часу.

Про Землю.

Основи роботи GPS у космосі я описав. Пора спускатися на Землю. Важливий момент як «наш» приймач розуміє, де знаходиться супутник, по відношенню до Землі? Все відносно просто, в сигналі переданому супутником міститься інформація про параметри орбіти на якій він знаходиться, та інформація про всіх інших супутниках системи, умовно кажучи супутник передає інформацію про те, що я супутник такий то, знаходжуся там-то, повідомлення було надіслано в таке — той час, це звичайно 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 ми маємо можливість, щоб точність ходу годинника, за якими працює приймач, що не була настільки точною як у годиннику супутників, суть в тому щоб 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 являє собою вузькоспеціалізований міні комп’ютер здатний не тільки визначати місце, а й обчислювати швидкість руху, може показувати напрям руху і розраховувати час, необхідний для досягнення конкретного пункту призначення, час сходу і заходу, і багато ще чого, це вже швидше питання програмного забезпечення ніж можливостей самої системи.

GPS приймач.

За практичну реалізацію того, про що було сказано в розділі «Про Землі», відповідає чіпсет GPS приймача і його ПЗУ. Від чіпсета GPS приймача залежить швидкість визначення координат при включенні пристрою, точність позиціонування 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 GPS приймачі.
Останній чіпсет від цього виробника називається SiRFstarIII, в ньому реалізований абсолютно новий підхід до використання сигналів супутників. По суті SiRFstarIII це ARM процесор з інтегрованим GPS ядром, що володіє 4 Мб енергонезалежної пам’яті використовуються для зберігання інформації про місцезнаходження супутників і 1мб RAM пам’яті використовуваної для обчислювальної роботи приймача. Все це працює по строго визначених алгоритмах метою яких в кінцевому підсумку, є визначення координат за сигналами отриманим з супутників.
Приймачі, побудовані на SiRFstarIII мають значно меншим часом холодного старту (від кількох секунд) причому це досягається як можливістю одночасно приймати сигнали від 20 супутників (у документації до GPS приймача це називається 20 каналів) так і здатністю працювати спільно з мережами стільникового зв’язку (GSM) , перекладаючи частина розрахунків по стартовому визначення координат на сервер мобільного оператора сервіс Assisted GPS.
Чіпи SiRFstarIII підтримують ряд алгоритмів використовувалися і в більш ранніх моделях SnapLock, SingleSat, Dual Multipath, FoliageLoc. Особливо цікаві в цьому списку малозрозумілих термінів алгоритми Dual Multipath і FoliageLoc, завдяки алгоритму FoliageLoc приймач здатний приймати ослаблені сигнали з рівнем 144dBm, і далі за допомогою алгоритму Dual Multipath вибирати з них ті, по яких він реально може визначати положення, ігноруючи сигнали освічені відображенням основного сигналу від різних перешкод, використання таких алгоритмів, з огляду на високу чутливість SiRFstarIII, дає високу точність визначення координат.

Только здесь прикольные статусы для одноклассников бесплатно!

Реклама

  • Joker: Стадион мечты! [...]
  • Anjey Sloter: Как для бесплатных автоматов то достаточно нормально [...]
  • владимир шебзухов: МЫШИНАЯ ПРОБЛЕМА автор Владимир Шебзухов Басня В сар [...]
  • Ononimus: Україні та Росії це не грозить, тут залишиться значний [...]
  • Столик: Люблю игровые слоты. Сам иногда играю в бесплатные авт [...]

Друзья

Любимые фильмы онлайн