Што такое глабальнае пазіцыянаванне?

Сёння, напэўна, няма чалавека, які б не чуў пра GPS. Аднак поўнае разуменне таго, што ж гэта такое, ёсць далёка не ў кожнага. У артыкуле паспрабуем разабрацца, што ж такое сістэма глабальнага пазіцыянавання, з чаго яна складаецца і як працуе.

гісторыя

Сістэма навігацыі GPS ўваходзіць у комплекс Navstar, распрацаваны і функцыянуе ў Міністэрстве абароны ЗША. Праект комплексу пачалі рэалізоўваць яшчэ ў 1973 годзе. А ўжо ў пачатку 1978-га, пасля паспяховага тэставання, запусцілі ў эксплуатацыю. Да 1993 году вакол Зямлі было запушчана 24 спадарожніка, цалкам пакрываюць паверхню нашай планеты. Грамадзянскую частку ваеннай сеткі Navstar сталі называць GPS, што азначае Global Positoning System ( «сістэма глабальнага пазіцыянавання»).

Яе база складаецца з спадарожнікаў, якія рухаюцца па шасці кругавым траекторыях арбіты. У шырыню яны ўсяго паўтара метра, а ў даўжыню - крыху больш за пяць. Вага пры гэтым складае парадку васьмісот сарака кілаграм. Усе яны забяспечваюць поўную працаздольнасць у любым пункце нашай планеты.

Сачэнне ажыццяўляецца з галоўнай кіруючай станцыі, якая знаходзіцца ў штаце Каларада. Там знаходзіцца база ВПС Шривер - пяцідзесяці касмічнае злучэнне.

На Зямлі размешчана больш за дзесяць станцый, прызначаных для сачэння. Яны знаходзяцца на востраве Ушэсця, Гаваях, Кваджалейн, Дыега-Гарсія, Каларада-Спрынгс, на мысе Канаверал і ў іншых месцах, колькасць якіх расце з кожным годам. Уся інфармацыя, якая атрымліваецца ад іх, перапрацоўваецца на галоўнай станцыі. Загрузка дадзеных з папраўкамі робіцца кожныя дваццаць чатыры гадзіны.

Такое глабальнае пазіцыянаванне - спадарожнікавая сістэма, якая функцыянуе пад кіраваннем МО ЗША. Яна працуе пры любым надвор'і і пастаянна перадае інфармацыю.

прынцып функцыянавання

Сістэмы глабальнага пазіцыянавання GPS працуюць на аснове наступных складнікаў:

• трилатерация спадарожніка;
• дальнометрия спадарожніка;
• дакладная прывязка па часе;
• размяшчэнне;
• карэкцыя.

Разгледзім іх падрабязней.

Пад трилатерацией разумеецца разлік адлегласці дадзеных трох спадарожнікаў, дзякуючы якому атрымоўваецца вылічыць месца размяшчэння пэўнай кропкі.

Дальнометрия мае на ўвазе адлегласць да спадарожнікаў, вылічаўся часам праходжання радыёсігналу ад іх да прымача з улікам хуткасці святла. Для вызначэння часу генеруецца псеўдавыпадковых код, дзякуючы якому прыёмнік здольны ў любы час зафіксаваць затрымку.

Наступны паказчык кажа аб прамой залежнасці ад дакладнасці гадзін. На спадарожніках працуюць атамныя гадзіны, дакладнасць якіх складае да адной нанасекунды. Аднак з-за дарагоўлі яны выкарыстоўваюцца не ўсюды.

Спадарожнікі размешчаныя на вышыні звыш дваццаці тысяч кіламетраў ад Зямлі, роўна столькі, колькі неабходна для стабільнага руху па арбіце і звужэння супраціву атмасферы.

Пры працы сістэмы глабальнага пазіцыянавання ў свеце здзяйсняюцца памылкі, якія трудноустранимы. Гэта звязана з праходжаннем сігналу праз трапасферы і іёнасферы, дзе хуткасць зніжаецца, што прыводзіць да збояў у вымярэннях.

Кампаненты картаграфічнай сістэмы

Існуе мноства прадуктаў сістэмы глабальнага пазіцыянавання і ГІС-прыкладанняў для картаграфавання. Дзякуючы ім геаграфічныя дадзеныя хутка фармуюцца і абнаўляюцца. Кампанентамі гэтых прадуктаў з'яўляюцца GPS-прыёмнікі, ПА і назапашвальнікі дадзеных.

Прыёмнікі здольныя рабіць вылічэнні з частатой менш секунды і дакладнасцю ад дзясяткаў сантыметраў да пяці метраў, функцыянуючы у дыферэнцыяльным рэжыме. Яны адрозніваюцца адзін ад аднаго па габарытах, аб'ёму памяці і ліку каналаў сачэння.

Пакуль чалавек стаіць на адным месцы ці перасоўваецца, прыёмнік атрымлівае сігналы ад спадарожнікаў і робіць вылічэнне аб яго размяшчэнні. Вынікі ў выглядзе каардынатаў высвечваюцца на дысплеі.

Кантралёры ўяўляюць сабой партатыўныя кампутары, якія функцыянуюць пад кіраваннем ПА, неабходнага для збору дадзеных. ПА кантралюе ўстаноўкі прымача. Назапашвальнікі маюць розныя габарыты і тыпы запісу дадзеных.

Кожная сістэма абсталявана праграмным забеспячэннем. Пасля таго як вы выгружае інфармацыю з назапашвальніка на кампутар, праграма павялічвае дакладнасць дадзеных пры дапамозе адмысловага метаду апрацоўкі, які атрымаў назву «дыферэнцыяльная карэкцыя». ПА візуалізуе дадзеныя. Адны з іх можна рэдагаваць ў ручным рэжыме, іншыя - выводзіць на друк і гэтак далей.

GPS глабальнага пазіцыянавання - сістэмы, якія спрыяюць зборы інфармацыі для ўводу ў базы дадзеных, а ПА экспартуе іх у ГІС-праграмы.

карэкцыя дыферэнцыяльная

Дадзены метад істотна павышае дакладнасць збіраных дадзеных. Пры гэтым адзін з прымачоў знаходзіцца ў пункце пэўных каардынатаў, а другі збірае інфармацыю там, дзе яны невядомыя.

Дыферэнцыяльная карэкцыя рэалізуецца двума шляхамі.

• Першы - гэта дыферэнцыяльная карэкцыя ў рэальным часе, дзе вылічаюцца і выдаюцца памылкі кожнага спадарожніка асноўны станцыяй. Удакладненыя дадзеныя ўспрымаюцца перасоўным прымачом, які паказвае скарэкціраваныя дадзеныя.
• Другі - дыферэнцыяльная карэкцыя ў постапрацоўку - мае месца тады, калі асноўная станцыя запісвае карэкцыі прама на файл у кампутары. Першапачатковы файл апрацоўваецца разам з ўдакладненых, далей атрымліваецца дыферэнцыяльна скарэкціраваны.

Картаграфічныя сістэмы Trimble здольныя выкарыстоўваць абодва метаду. Такім чынам, калі рэжым у рэальным часе перапыніцца, то застаецца магчымасць яго выкарыстання ў постапрацоўку.

прымяненне

GPS ўжываюцца ў розных галінах. Напрыклад, сістэмы глабальнага пазіцыянавання на мясцовасці шырока выкарыстоўваюцца ў сферы прыродных рэсурсаў, дзе геолагі, біёлагі, леснікі і географы выкарыстоўваюць іх для запісу палажэнняў і дадатковай інфармацыі. Таксама гэта вобласць развіцця інфраструктуры і гарадской гаспадаркі, калі кантралююцца транспартныя патокі і камунальная сістэма.

Шырокае прымяненне GPS-сістэмы глабальнага пазіцыянавання атрымалі і ў сельскай гаспадарцы, апісваючы, напрыклад, асаблівасці палёў. У сферы сацыяльных навук гісторыкі і археолагі выкарыстоўваюць іх для навігацыі і рэгістрацыі гістарычных мясцін.

Вобласць ужывання картаграфічных сістэм GPS гэтым не вычэрпваецца. Яны могуць быць выкарыстаны ў любых іншых прыкладаннях, дзе неабходны дакладныя каардынаты, час і іншая інфармацыя.

GPS-прыёмнік

Гэта радыўпрыёмных прылада, якое вызначае каардынаты месцазнаходжання антэны, грунтуючыся на інфармацыі аб часовых затрымках радыёсігналаў ад спадарожнікаў Navstar.

Вымярэння фармуюцца з дакладнасцю да трох-пяці метраў, а калі маецца сігнал ад наземнай станцыі - да аднаго міліметра. GPS-навігатары камерцыйнага тыпу на старых узорах маюць дакладнасць ад ста пяцідзесяці метраў, а на новых - да трох метраў.

На аснове прымачоў вырабляюць GPS-логгеры, GPS-трэкеры і GPS-навігатары.

Абсталяванне можа быць карыстацкім і прафесійным. Другое адрозніваецца якасцю, рэжымамі працы, частотамі, сістэмамі навігацыі і коштам.

Прыстасаваныя прымачы здольныя паведаміць дакладныя каардынаты, час, вышыню над узроўнем мора, кірунак, зададзенае карыстальнікам, бягучую хуткасць, інфармацыю пра дарогу. Інфармацыя выводзіцца на тэлефон або кампутар, да якога падключана прылада.

GPS-навігатары: карты

Карты павышаюць якасць навігатара. Яны бываюць вектарнага і растравага тыпаў.

У вектарных варыянтах захоўваюцца дадзеныя аб аб'ектах, каардынатах і іншая інфармацыя. У іх можа быць закладзена характарыстыка мясцовасці прыроднага тыпу і мноства аб'ектаў, напрыклад, гасцініц, заправак, рэстаранаў і т. Д., Так як яны не ўтрымліваюць малюнкаў, займаюць менш месцы і хутчэй працуюць.

Растравыя тыпы - найбольш простыя. Яны ўяўляюць сабой малюнак мясцовасці па геаграфічных каардынатах. Можа быць зроблена фатаграфія са спадарожніка або карта папяровага тыпу - адсканаваная.

У цяперашні час ёсць навігацыйныя сістэмы, якія карыстальнік можа дапаўняць сваімі аб'ектамі.

GPS-трэкеры

Такое радыўпрыёмных прылада прымае і перадае дадзеныя для кантролю і сачэння за рухамі розных аб'ектаў, да якіх яго прымацоўваюць. У яго ўваходзіць прыёмнік, які вызначае каардынаты, і перадатчык, які адпраўляе іх карыстачу, які знаходзіцца ў выдаленні.

GPS-трэкеры бываюць:

• персанальнымі, што выкарыстоўваюцца індывідуальна;
• аўтамабільнымі, падлучальнымі да бартавой автосети.

Іх ужываюць для вызначэння месцазнаходжання розных аб'ектаў (людзей, транспарту, жывёл, тавараў і гэтак далей).

Супраць гэтых прыладаў могуць быць выкарыстаны сродкі падаўлення сігналаў, якія фарміруюць перашкоды на тых частотах, дзе працуе трэкер.

GPS-логгер

Дадзеныя радыёпрыёмнікі здольныя працаваць у двух рэжымах:

• звычайнага GPS-прымача;
• логгера, запісваючы ў памяць інфармацыю пра шлях, які быў пройдзены.

Яны могуць быць:

• партатыўнымі, абсталяванымі малагабарытнай акумулятарнай батарэяй;
• аўтамабільнымі, едакоў ад бартавой сеткі.

У сучасных мадэлях логгеров маецца магчымасць запісвання да двухсот тысяч кропак. Таксама прапануецца адзначаць якія-небудзь кропкі на сваім шляху.

Прылады актыўна прымяняюцца ў турызме, спорце, сачэнні, картаграфіі, геадэзіі і гэтак далей.

Глабальнае пазіцыянаванне сёння

На аснове прыведзенай інфармацыі можна зрабіць выснову, што падобныя сістэмы ўжо выкарыстоўваюцца паўсюдна, і сфера прымянення мае тэндэнцыю да яшчэ большага распаўсюджванню.

Глабальнае пазіцыянаванне ахоплівае сферу спажывання. Выкарыстанне самых апошніх тэхнічных навінак робіць сістэму адной з самых запатрабаваных на гэтым сегменце рынку.

Нароўні з GPS ў Расіі распрацоўваецца ГЛОНАСС, у Еўропе - Galileo.

У той жа час глабальнае пазіцыянаванне не пазбаўлена недахопаў. Напрыклад, у кватэры жалезабетоннага будынка, у тунэлі або склепе вызначыць дакладнае месцазнаходжанне немагчыма. Звычайнаму прыёму здольныя перашкодзіць магнітныя буры і радиоисточники, якія знаходзяцца на зямлі. Карты навігацыі хутка старэюць.

Самым вялікім недахопам з'яўляецца тое, што сістэма цалкам залежыць ад Міністэрства абароны ЗША, якое ў любы момант можа, напрыклад, уключыць перашкоды або адключыць грамадзянскую частка наогул. Таму так важна, што акрамя сістэмы глабальнага пазіцыянавання GPS і ГЛОНАСС, і Galileo таксама развіваюцца.