Что такое GPS?

GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения координат - Global Positioning System. Система GPS состоит из совокупности искуственных спутников земли (спутниковая система NAVSTAR) и наземных станций слежения, объединенных общей сетью.

Спутниковая система Navstar - основа GPS.
Спутниковая система Navstar состоит из 29 искуственных спутников земли, для целей позиционирования используется 24 спутника, остальные 5 - резервные.

Обриты спутников расположены под углом 60° друг к другу, период обращения каждого спутника 12 часов. Орбиты спутников расположены таким образом, чтобы с любой точки земной поверхности одновременно было видно 5-12 спутников. Именно поэтому максимальное число каналов в GPS приемниках - 12. Каждый спутник размером около 5 метров весит около 800 килограмм, имеет в своем составе наиточнейшие атомные часы (точность 10-9 сек), вычислительное устройство, передатчик мощностью 50 Вт, излучающий на частоте 1575.42 МГц.

Рождением спутниковой системы Navstar можно считать февраль 1978 года, когда на орбиту был выведен первый спутник системы. Средний срок службы одного спутника приблизительно 10 лет, поэтому в программу входит постоянное производство и выведение на орбиту новых спутников, на смену использовавшим свой ресурс.
Стоимость постройки и запуска 24 спутников - более 12 миллиардов долларов.

Какие данные передает спутник?
Каждую миллисекунду спутники передают на Землю:

свой статус (сообщение об исправности или неисправности);
текущую дату;
текущее время;
данные альманаха;
точное время отправки всей совокупности сообщений.
Как происходит определение координат GPS приемником?
GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с четырёх.

Как GPS-приемник определяет расстояние до спутников?
Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приемнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приемника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Каковы источники погрешности при определении местоположения GPS приемником?
До 2000 года основным источником погрешности было наличие, так называемого, режима "ограниченного доступа". В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять
местоположение с точностью от 30 до 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим "ограниченного доступа" был отключён.

Другими источниками погрешности может являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Что представляют из себя GPS приемники
Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, исполнение GPS-приемников также весьма разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:

Персональные
GPS приемники индивидуального применения. Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.

Автомобильные
GPS приемники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приемо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.

Морские
GPS приемники, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.

Авиационные
GPS приемники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.