Днес вероятно няма човек, който да не е чувал за GPS. Въпреки това, не всеки има пълно разбиране за това какво представлява. В статията ще се опитаме да разберем какво представлява глобалната система за позициониране, от какво се състои и как работи.
История
Навигационната система GPS е част от комплекса Navstar, разработен и управляван от Министерството на отбраната на САЩ. Проектът на комплекса започва да се изпълнява през 1973г. И още в началото на 1978 г., след успешно тестване, те го пуснаха в експлоатация. До 1993 г. около Земята бяха изстреляни 24 спътника, покриващи изцяло повърхността на нашата планета. Гражданската част от военната мрежа Navstar стана известна като GPS, което означава Global Positioning System („глобална система за позициониране“).
Неговата основа се състои от спътници, които се движат в шест кръгови орбити. Те са широки само един и половина метра и дълги малко повече от пет метра. Теглото в този случай е около осемстотин и четиридесет килограма. Всички те осигуряват пълна производителност навсякъде на нашата планета.
Проследяването се извършва от главната контролна станция, разположена в щата Колорадо. Там е военновъздушната база Шрайвър - петдесетата космическа сила.
На Земята има над десет станции за проследяване. Срещат се на остров Възнесение, Хавай, Кваджалейн, Диего Гарсия, Колорадо Спрингс, Кейп Канаверал и други места, чийто брой нараства всяка година. Цялата получена от тях информация се обработва в централната гара. Актуализираните данни се качват на всеки двадесет и четири часа.
Това глобално позициониране е сателитна система, управлявана от Министерството на отбраната на САЩ. Работи при всяко време и постоянно предава информация.
Принцип на действие
GPS системите за глобално позициониране работят въз основа на следните компоненти:
- сателитна трилатерация;
- сателитно обхват;
- точен час;
- местоположение;
- корекция.
Нека ги разгледаме по-отблизо.
Трилатерацията е изчисляване на разстоянието на данните на три спътника, благодарение на което е възможно да се изчисли местоположението на определена точка.
Расстоянието означава разстоянието до сателитите, изчислено от времето, необходимо за преминаване на радиосигнала от тях до приемника, като се вземе предвид скоростта на светлината. За да се определи времето, се генерира псевдослучаен код, благодарение на който приемникът може да фиксира забавянето по всяко време.
Следната фигура показва директнов зависимост от точността на часовника. Сателитите имат атомни часовници с точност до една наносекунда. Въпреки това, поради високата си цена, те не се използват навсякъде.
Спътниците са разположени на надморска височина от повече от двадесет хиляди километра от Земята, точно толкова, колкото е необходимо за стабилно движение в орбита и стесняване на атмосферното съпротивление.
По време на работата на глобалната система за позициониране в света се допускат грешки, които са трудни за отстраняване. Това се дължи на преминаването на сигнала през тропосферата и йоносферата, където скоростта намалява, което води до неуспешни измервания.
Компоненти на система за картографиране
Има много продукти за глобална система за позициониране и приложения за ГИС картографиране. Благодарение на тях географските данни бързо се формират и актуализират. Компонентите на тези продукти са GPS приемници, софтуер и устройства за съхранение на данни.
Приемниците са в състояние да правят изчисления с честота по-малка от секунда и точност от десетки сантиметра до пет метра, работещи в диференциален режим. Те се различават един от друг по размер, капацитет на паметта и брой канали за проследяване.
Докато човек стои на едно място или се движи, приемникът получава сигнали от сателити и прави изчисление за местоположението му. Резултатите под формата на координати се показват на дисплея.
Контролерите са преносими компютри, които изпълняват софтуера, необходим за събиране на данни. Софтуерът контролира настройките на приемника. Задвижванията иматразлични размери и видове запис на данни.
Всяка система е оборудвана със софтуер. След като качите информация от устройството на вашия компютър, програмата повишава точността на данните, използвайки специален метод за обработка, наречен "диференциална корекция". Софтуерът визуализира данните. Някои от тях могат да бъдат редактирани ръчно, други могат да бъдат отпечатани и т.н.
GPS глобално позициониране - системи, които помагат за събиране на информация за влизане в бази данни, а софтуерът ги експортира в ГИС програми.
Корекция на диференциала
Този метод значително подобрява точността на събраните данни. В този случай единият от приемниците се намира в точка с определени координати, а другият събира информация, където те са неизвестни.
Диференциалната корекция се изпълнява по два начина.
- Първата е диференциалната корекция в реално време, където грешките на всеки сателит се изчисляват и отчитат от главната станция. Актуализираните данни се получават от роувъра, който показва коригираните данни.
- Втората - диференциална корекция при последваща обработка - се извършва, когато основната станция записва корекции директно във файл в компютъра. Оригиналният файл се обработва заедно с актуализирания, след което се получава диференциално коригиран.
Системите за картографиране на Trimble могат да използват и двата метода. По този начин, ако режимът в реално време бъде прекъснат, остава възможно да се използва при последваща обработка.
Заявление
GPSприлагани в различни области. Например, глобалните системи за позициониране се използват широко в индустрията на природните ресурси, където геолози, биолози, лесовъди и географи ги използват за записване на позиции и допълнителна информация. Това също е зона на инфраструктура и градско развитие, където се контролират транспортните потоци и комуналната система.
GPS-системите за глобално позициониране също са широко използвани в селското стопанство, описвайки, например, характеристиките на полетата. В социалните науки историците и археолозите ги използват за навигация и записване на исторически обекти.
Обхватът на GPS картографските системи не се ограничава до това. Те могат да се използват във всяко друго приложение, където са необходими точни координати, време и друга информация.
GPS приемник
Това е радиоприемник, който определя позицията на антената въз основа на информация за времето на забавяне на радиосигналите от сателитите Navstar.
Измерванията се формират с точност от три до пет метра, а ако има сигнал от наземна станция - до един милиметър. GPS навигаторите от търговски тип на стари образци имат точност от сто и петдесет метра, а на нови - до три метра.
На базата на приемници, GPS регистратори, GPS тракери и GPS навигатори са направени.
Оборудването може да бъде персонализирано или професионално. Второсе различава по качество, режими на работа, честоти, навигационни системи и цена.
Персонализираните приемници са в състояние да отчитат точни координати, време, надморска височина, указано от потребителя направление, текуща скорост, информация за пътя. Информацията се показва на телефона или компютъра, към който е свързано устройството.
GPS навигатори: карти
Картите подобряват качеството на навигатора. Те се предлагат във векторни и растерни типове.
Векторните варианти съхраняват данни за обекти, координати и друга информация. Те могат да представят естествен терен и много обекти като хотели, бензиностанции, ресторанти и др., тъй като не съдържат изображения, заемат по-малко място и работят по-бързо.
Растерните типове са най-простите. Те представляват изображение на района в географски координати. Може да се направи сателитна снимка или карта тип хартия - сканирана.
В момента има навигационни системи, които потребителят може да допълва със своите обекти.
GPS тракери
Такъв радиоприемник приема и предава данни за контрол и проследяване на движенията на различни обекти, към които е прикрепен. Той включва приемник, който определя координатите, и предавател, който ги изпраща до потребител, разположен на разстояние.
GPS тракери идват:
- лично, използвано поотделно;
- автомобил, свързан към бордаавтоматични мрежи.
Те се използват за определяне на местоположението на различни обекти (хора, превозни средства, животни, стоки и т.н.).
Тези устройства могат да се използват за потискане на сигнали, които образуват смущения на честотите, на които работи тракерът.
GPS-logger
Тези радиостанции могат да работят в два режима:
- обикновен GPS приемник;
- логер, записващ информация за изминатия път.
Могат да бъдат:
- преносим, оборудван с малка акумулаторна батерия;
- автомобил, захранван от бордовата мрежа.
В съвременните модели дървачи е възможно да се записват до двеста хиляди точки. Също така се препоръчва да маркирате всички точки по пътя си.
Устройствата се използват активно в туризма, спорта, проследяването, картографията, геодезията и така нататък.
Глобално позициониране днес
Въз основа на предоставената информация може да се заключи, че подобни системи вече се използват навсякъде и обхватът има тенденция да бъде още по-широко разпространен.
Глобалното позициониране обхваща потребителския сектор. Използването на най-новите технически иновации прави системата една от най-търсените в този пазарен сегмент.
Заедно с GPS, GLONASS се разработва в Русия, а Galileo в Европа.
В същото време глобалното позициониране не е без своите недостатъци. Например, в апартамент на стоманобетонна сграда, в тунел или мазе, определете точното местоположениеневъзможен. Магнитните бури и радиоизточниците на земята могат да попречат на нормалното приемане. Навигационните карти бързо стават остарели.
Най-големият недостатък е, че системата е напълно зависима от Министерството на отбраната на САЩ, което по всяко време може например да включи смущения или да изключи изцяло гражданската част. Ето защо е толкова важно, че в допълнение към глобалната система за позициониране GPS и GLONASS, и Galileo също се развиват.
