|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Навігаційна система GPS. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас GPS (англ. Global Positioning System - система глобального позиціонування, читається Джі Пі Ес) - супутникова система навігації, що забезпечує вимірювання відстані, часу і визначає місце розташування у всесвітній системі координат WGS 84. Дозволяє в будь-якому місці Землі (виключаючи приполярні області), майже при будь-якій погоді, а також у навколоземному космічному просторі визначати місце розташування та швидкість об'єктів. Система розроблена, реалізована та експлуатується Міністерством оборони США, при цьому в даний час доступна для використання для цивільних цілей – потрібен лише навігатор або інший апарат (наприклад, смартфон) із GPS-приймачем. Основний принцип використання системи - визначення місця розташування шляхом вимірювання моментів часу прийому синхронізованого сигналу від навігаційних супутників антеною споживача. Для визначення тривимірних координат GPS-приймачу потрібно мати чотири рівняння: "відстань дорівнює добутку швидкості світла на різницю моментів прийому сигналу споживачем та моменту його синхронного випромінювання від супутників": | x - a_{j}| = c(t_{j} - \tau). Тут: a_{j} - місце розташування {j}-го супутника, t_{j} - момент прийому сигналу від {j}-го супутника по годинниках споживача, \tau - невідомий момент часу синхронного випромінювання сигналу всіма супутниками по годинниках споживача, c - швидкість світла, x - невідоме тривимірне становище споживача.
За допомогою приймача GPS визначається не тільки місце розташування об'єкта, що рухається, але і швидкість його руху, пройдена відстань, розраховуються відстань, і напрямок до наміченого пункту, час прибуття та відхилення від заданого курсу. Сьогодні вже очевидно: у першому десятилітті нового тисячоліття супутникові системи навігації стануть основними засобами визначення місцезнаходження для наземних, повітряних та морських об'єктів. Адже за сучасної технології приймачі GPS мають малі розміри, надійні та дешеві, так що вони стають дедалі доступнішими для пересічного покупця. Спочатку з'явилася Система космічної радіонавігації НАВСТАР (NAVSTAR). Навігаційна система на основі тимчасових та далекомірних вимірів у США створювалася насамперед для координатно-часового забезпечення військ та військової техніки. Перший американський навігаційний супутник був запущений у лютому 1978 року, а активне впровадження супутникових навігаційних методів у життя почалося пізніше. До 1983 навігаційна система використовувалася виключно військовими. Однак після того, як над Татарською протокою було збито "Боїнг-747", систему відкрили для цивільного використання. Тоді, власне, і з'явилася абревіатура GPS (Global Positioning System) – система глобального позиціонування. Термін "позиціонування" - ширший стосовно терміну "визначення розташування". Позиціонування крім визначення координат включає і визначення вектора швидкості об'єкта, що рухається. Уряд США витратив на створення цієї системи понад десять мільярдів доларів і продовжує витрачати кошти на її подальший розвиток та підтримку. Супутникова навігаційна система замість геодезичних знаків та радіомаяків використовує супутники, що випромінюють спеціальні сигнали. Поточне розташування супутників на орбіті добре відомо. Супутники постійно передають інформацію про своє місцезнаходження. Відстань до них визначається шляхом вимірювання проміжку часу, який потрібно радіосигналу, щоб дійти від супутника до радіоприймача, та множенням його на швидкість поширення електромагнітної хвилі. В результаті синхронізації годинника супутників, в яких використовуються атомні еталонні генератори частоти, і приймачів забезпечується точне вимірювання відстаней до супутників. "Для обчислення координат місця на Землі, - пише в журналі "Радіо" В. Куришев, - необхідно знати відстані до супутників та місцезнаходження кожного з них у космічному просторі. Супутники GPS знаходяться на високих орбітах (20000 км), і їх координати можна прогнозувати з великою точністю Станції стеження міністерства оборони США регулярно визначають навіть найнезначніші зміни в орбітах, і ці дані передають на супутники. викликають затримки супутникових сигналів, вносячи похибку в розрахунок відстані.Є й інші джерела помилок - зокрема, обчислювальні похибки бортових комп'ютерів, електричні шуми приймачів, багатопроменевість розповсюдження радіохвиль. едеління. Для визначення відстаней супутники та приймачі генерують складні двійкові кодові послідовності, які називають псевдовипадковим кодом. Визначення часу поширення сигналу здійснюється шляхом порівняння запізнення псевдовипадкового коду супутника по відношенню до такого ж коду приймача. Кожен супутник має певні, свої власні два псевдовипадкові коди. Щоб розрізнити далекомірні коди та інформаційні повідомлення різних супутників, у приймачі здійснюється виклик відповідних кодів. Псевдовипадкові далекомірні коди та інформаційні повідомлення супутників пускають передачу повідомлень із супутників одночасно, на одній частоті, без взаємних перешкод. Потужність випромінювання супутників та взаємовплив сигналів від супутників незначна. Точність вимірів можна підвищити, якщо використовувати диференціальні виміри. Опорна наземна станція з точно відомими геодезичними координатами обчислює різницю між координатами з його приймача та її фактичними координатами. Різниця у формі виправлення передається споживачам по радіоканалах для корекції показань приймачів. Ці поправки усувають значну частину помилок у вимірах відстаней та визначення місця розташування. Розрахунок координат у прийомі до індикатора виконується автоматично і надається можливість використовувати інформацію у зручній картографічній формі". GPS складається з 3 сегментів: космічного, сегмента контролю та користувача сегмента.
Космічний сегмент складається з 24 супутників, які знаходяться на 6 орбітах (по чотири на кожній) на висоті приблизно 20350 кілометрів. Нині у роботі перебувають 28 супутників. "Зайві" супутники використовуються для страховки та заміни сателітів, що виходять з ладу. Сегмент контролю - це станції спостереження, розташовані у кількох точках земної кулі, та головна контрольна станція. Провідна станція розташована в об'єднаному центрі управління космічними системами військового призначення в Колорадо-Спрінгс. Центр збирає та обробляє дані зі станцій стеження, обчислює та передбачає ефемеріди супутників, а також параметри ходу годинника. Станції спостереження стежать за супутниками, записуючи всю інформацію про рух, яка передається на головну командну станцію для коригування орбіт та навігаційної інформації. Користувальницький сегмент включає обладнання користувачів, що дозволяє визначати координати, швидкість та час. Основний споживач інформації системи GPS – міністерство оборони США. Приймачі системи GPS введені на всіх бойових і транспортних літаках і кораблях, а також системи наведення високоточних крилатих ракет і системи наведення нових керованих авіабомб США. Це означає, що американські військові можуть планувати нанесення високоточних ракетних ударів з відстані тисячі кілометрів не лише по будівлях та спорудах, а й у певне вікно. Причому ці удари можуть бути завдані з підводних човнів та повітря.
Подібна система є і в Росії: у відповідь на створення американцями НАВСТАР, в СРСР було створено власну глобальну навігаційну супутникову систему - ГЛОНАСС. Перший вітчизняний навігаційний супутник "Космос-192" було виведено на орбіту 27 листопада 1967 року, а 1979 року було створено навігаційну систему першого покоління "Цикада", у складі якої було 4 низькоорбітальних супутника. Потім, 1982 року, були запущені перші супутники нової системи навігації ГЛОНАСС. До штатного стану кількість супутників ГЛОНАСС було доведено в 1996 році. Супутники ГЛОНАСС знаходяться на висоті приблизно 19100 8 кілометрів. На відміну від супутників НАВСТАР супутники ГЛОНАСС розміщені на трьох орбітах, відповідно по 11 супутників на кожній. Період звернення супутників – 15 годин XNUMX хвилин. Як і GPS, ГЛОНАСС використовується як військовими, і цивільними користувачами. Однак і тих та інших користувачів у системи не так багато: фактично вона не розвивається з 1998 року. З кожним роком угруповання супутників зменшується. Причина банальна і, можна сказати, стандартна для більшості вітчизняних розробок: держава не має грошей, а законодавча база, що регулює використання систем супутникової навігації в Росії, не дозволяє системі розвиватися за рахунок цивільних споживачів. Перспективи розвитку ГЛОНАСС залежить від позиції держави. Йому належить вирішити, відкривати цю систему навігації широкого кола споживачів чи ні. Російські вчені направили в лютому 2000 року Володимиру Путіну (тоді ще виконував обов'язки президента Росії) відкритий лист, в якому виклали свій варіант розвитку ГЛОНАСС: "Щоб запобігти витоку коштів у фізичних осіб у скарбницю США та Європи і постійно підтримувати свою космічну програму, Росії необхідно : по-перше, терміново зняти невиправдані режимні обмеження на використання побутових супутникових приймачів визначення координат, по-друге урядовою постановою декретувати вітчизняну загальноземну геодезичну систему координат "Параметри Землі 1990 року" (ПЗ-90) та супутникову навігаційну систему ГЛОНАСС у всьому просторі Росії та країн світової спільноти..." Поки що президент не ухвалив жодного рішення. На відміну від російської системи GPS постійно розвивалася у бік відкритості для цивільних споживачів. До 1 травня 2000 року доступ до GPS для них був вибірковим, що погіршувало точність позиціонування до сотень метрів. У цьому точність для військових становила 5-20 метрів. Однак, 1 травня президент Клінтон оголосив про припинення зниження точності GPS-сигналів для цивільних користувачів. "Це означатиме, що цивільні споживачі GPS будуть здатні визначати точкове положення в 10 разів точніше, ніж зараз", - заявив він. Навіщо це потрібно уряду США і що це дасть навігаційній системі? Судіть самі: згідно з довідкою прес-служби президента США, 2000 року в усьому світі налічувалося понад 4 мільйони користувачів GPS, а до 2003 року обсяг ринку цієї системи навігації зросте вдвічі - з 8 до 16 мільярдів доларів. Чи треба пояснювати, що на ці гроші систему можна не лише підтримувати, а й розвивати? США вже планують вивести на орбіту 18 додаткових супутників, що покращить роботу GPS. Стандартним запереченням відкритість систем навігації у Росії завжди були інтереси безпеки. Військові побоювалися, що й зробити систему навігації доступною всім, вона може бути використана зовнішніми і внутрішніми ворогами проти держави. Однак це пояснення досить слабке: США, зробивши GPS доступною для всіх, аж ніяк не пошкодили власну безпеку, залишивши за собою право "регіонального зниження точності" сигналу. Насправді це означає, що у разі конфлікту з тією чи іншою країною американські військові зможуть погіршити точність показань GPS-приймачів, які використовуються противником, або відключити їх зовсім. Отже, поки що все мирно - можна отримувати з користувачів GPS гроші. Як тільки виникнуть проблеми – їх можна відключити. Сьогодні вже непросто навіть перерахувати всі сфери застосування цієї навігаційної системи. Як зазначає в журналі "Комп'ютер-прес" Олег Татарников: "GPS-приймачі вбудовують в автомобілі, стільникові телефони і навіть у наручний годинник! Туристи використовують кишенькові приймачі для прокладання маршрутів та чіткого їх проходження. Мисливці та рибалки відзначають координати заповітних мисливських та рибних містечок. , а автотуристи обмінюються маршрутами із зазначенням автозаправок. Ніщо не зупинить переможну ходу GPS. Приймачі стрімко зменшуються в розмірах і дешевшають, прилад розміром із сірникову коробку вже можна купити сьогодні менш ніж за 50 доларів; навігаційні чіпи вбудовуються в годинник та мобільні телефони, стають складовою частиною автомобільних сигналізацій, які самі повідомляють у поліцію місцезнаходження викраденого автомобіля. На відміну від радіосигналізацій, що не отримали широкого застосування, подібна система не вимагає спеціальної мережі пеленгаційних станцій - тут використовується звичайний мобільний зв'язок. Крім того, водій може натисканням однієї кнопки подати сигнал про розбійний напад або ДТП. Інша кнопка викликає "швидку допомогу". Найближчим часом на ринку автоелектроніки очікується поява цілого "маршрутного пакету" - повноцінної бортової навігаційної системи з електронними картами російських міст та регіонів. ...Приймачі GPS знаходять застосування при вирішенні найрізноманітніших завдань: геологи в реальному часі стежать за малопомітним переміщенням ділянок земної кори, рятувальники визначають місця катастроф, зоологи роблять нашийники з портативними індикаторами і радіопередавачами для вивчення міграції тварин, військові будують ракети, що самонаводяться, і бомби, а експедиція Національного географічного товариства США торік із сантиметровою точністю виміряла висоту Евересту».
У журналі "Комп'ютерра" з'явилося повідомлення про випуск однієї з компаній GPS-чіпів, призначених для імплантації у тіло людини! Як це часто трапляється, у навігаційної системи виявилася маса інших додаткових корисних властивостей. За допомогою системи можна, наприклад, визначити надточний час, необхідний, скажімо, в наукових експериментах, виміряти швидкість, що розвивається при ходьбі або бігу, відстань, що долається. GPS показує максимальну та середню швидкість руху на автомобілі та за його допомогою, зокрема, можна перевірити правильність показань спідометра та одометра. Чи треба говорити, що навігація за допомогою цієї системи дуже спрощується. В результаті серед професійних "навігаторів" на підході ціле покоління фахівців, які не вміють працювати з класичними навігаційними приладами. Автор: Муський С.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ HP DVD MOVIE WRITER DC3000 переведе записи VHS у формат DVD ▪ Лазерні голограми покращать якості промислового тривимірного друку. ▪ Танталова інновація для вдосконалення термоядерних реакторів
▪ розділ сайту Освітлення. Добірка статей ▪ стаття Ракетоплан S-4-D. Поради моделісту ▪ стаття Як сонячний годинник показує час? Детальна відповідь ▪ стаття Глазурувальник виробів будівельної кераміки. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Транзистори польові КП301 – КП312. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page