GPS-навигаторы. Часть 1 - принципы работы.

(С. Бояр - Рыбацкое подворье - №2 -2005)

Принцип действия GPS-навигаторов. GPS-навигаторы для начинающих

Работая заведующим отделом в одном из магазинов, торгующим снаряжением для охотников и рыболовов Санкт-Петербурга, мне часто приходится стоять за прилавком и консультировать покупателей. Очень многие «продвинутые» рыболовы и охотники не только не пользуются навигаторами, но даже не представляют, на каком принципе основана их работа. Все дело в том, что информации по навигаторам в печати очень мало, а та, что есть, носит, в основном, рекламный характер.

Имея большой опыт общения с навигаторами, я попытаюсь наиболее доходчиво, не очень вдаваясь в сложные технические подробности, рассказать об их возможностях, наиболее популярных моделях, применении и системе GPS в целом.

Изобретение спутниковых систем навигации по своей значимости можно сравнить с изобретением мобильной связи, спутниковых телевидения и телефонии. Человек, который хоть один раз в жизни оказывался в незнакомой местности, вдали от дорог и других ориентиров, по достоинству оценит это величайшее изобретение 20 века.

Сегодня GPS - навигация становится чрезвычайно популярной среди любителей пешего, горного, водного и лыжного туризма, охотников и рыболовов, велосипедистов и многих других любителей активного отдыха. Тому, кому нужно знать, где он находится, откуда пришел, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он движется и когда доберется до цели - можно посоветовать воспользоваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

Навигация, в современном своем виде, основана на таких дисциплинах, как астрономия, картография, геодезия. Работа штурмана требует множества специальных знаний, навыков работы с навигационными приборами, картами, справочниками. Недаром на судне штурман является вторым человеком после капитана. Ошибки штурмана нередко приводят к трагическим последствиям.

Основные задачи, решаемые навигацией - выбор безопасного и кратчайшего пути, определение места, скорости и направления движения, оценка точности этих определений. Со всеми этими задачами с легкостью справится грамотный пользователь спутникового навигатора, не обремененный тем огромным объемом зна­ний, необходимых профессиональному штурману в его работе.

Система GPS (Global Positioning System - всемирная система определения координат) является наиболее ярким примером конверсии, и была разработана по заказу Министерства обороны США в конце семидесятых годов 20-го столетия. В восьмидесятых годах систему GPS (официальное название - NAVSTAR - NAVigation System with Timing And Ranging - навигационная система определения времени и дальности) открыли для гражданского использования.

Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов. За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение. Все, что нужно для пользования системой GPS - это приобрести GPS-приемник (спутниковый навигатор).

Система состоит из 24 спутников (на самом деле спутников больше, но некоторые из них находятся в резерве), вращающихся по б орбитам на высоте около 20 000 км с периодом обращения 12 часов, нескольких наземных станций слежения, систем связи и центрального пункта управления. Наклон орбит к земному экватору - 55 градусов, угол между плоскостями орбит - 60 градусов.

Каждый спутник весит меньше 1 т и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечными батареями). Мощность радиопередатчика - не более 50 Вт. Спутники рассчитаны на работу примерно в течение 10 лет. Новые спутники изготавливаются и запускаются на орбиту по мере необходимости. Спутники GPS способны передвигаться по орбитам, заполняя бреши в системе (если один из них вышел из строя). Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом.

Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты. Этим обеспечивается устойчивый прием сигнала от нескольких спутников повсеместно в любое время. "Увидеть"спутники можно даже на полюсах, правда, они не будут пролетать прямо над головой.

Наземная часть Системы GPS состоит из 4 станций слежения, расположенных на тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию управления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спрингс для обработки на сложных компьютерных программных моделях. Эти наборы данных называются эфемеридами. Через наземные станции данные передаются обратно на спутники, а затем спутник передает их приемникам GPS.

Определение местоположения GPS приемника основано на измерении задержки прохождения радиосигнала от нескольких спутников и вычисления на основе этих измерений географических координат и высоты над уровнем моря.

Сигнал каждого спутника содержит псевдослучайный код (PRN - PseudoRandom Number code), эфемериды (ephimeris) и альманах (almanach).