Каковы факторы, вносящие ошибку в определение местоположения, не позволяющие получить наилучшую точность?

Первым и наиболее существенным из них является т.н. "Режим Избирательного Доступа" (SA - Selective Availability). SA - это преднамеренное уменьшение точности гражданских GPS-навигаторов, осуществляемое Министерством обороны США. SA приводит к уменьшению точности максимум до 100 метров. Почему существует SA? Первоначально GPS была разработана и создана для военных целей. По мере ее внедрения стало ясно, что она может успешно применяться и для ряда гражданских задач. В начале 80-х годов в своей президентской речи Рональд Рейган заявил, что GPS будет доступна каждому

- с тем только исключением, что наилучшая точность будет оставлена для военных. С этого времени начался регулярный запуск спутников с возможностью SA. Рациональное зерно в SA

- не дать военному противнику или террористическим организациям использовать максимальную точность GPS. В 1996 г. Президент Клинтон подтвердил, что система, работающая на деньги американских налогоплательщиков, и в следующем столетии будет предоставлять свои услуги гражданским пользователям во всем мире.

В мае 2000 г. правительство Соединенных Штатов выключило режим SA, что существенно повысило точность гражданских GPS-приемников. (Сегодня все существующие GPS-спутники имеют возможность и все-таки применяют на практике режим SA, правда, не в том виде, в каком он существовал до мая 2000 года.) Президент США сохраняет за собой право снижать точность сигналов GPS в случае угрозы национальной безопасности.

Другим фактором, влияющим на точность GPS, является геометрия спутников. Простыми словами, понятие "геометрия спутников" означает то, как они расположены друг относительно друга и GPS-приемника. Идеальной является такая геометрия спутников, когда углы между направлениями на них - наибольшие. Плохой считают такую геометрию, когда спутники располагаются на одной линии или близко к ней.

Если, например, приемник "видит" четыре спутника и все четыре расположены в северном направлении, то спутниковая геометрия плохая - ошибка может доходить до 100 -150 метров. Причем вплоть до того, что приемник вообще не сможет определить свое местоположение.

Почему?

Потому что все расстояния, измеренные до спутников, будут лежать в одном глобальном направлении. Это означает, что триангуляция будет плохой и что область пересечения построенных прямых будет довольно большой (т.е. область вероятного положения будет занимать значительное пространство и точно указать координаты невозможно). В этом случае, даже если приемник выдает некоторые значения координат, их точность не будет достаточно хороша.

Если же эти четыре спутника будут находиться в разных направлениях, то точность значительно возрастет. Предположим, что они расположены равномерно по сторонам горизонта - на севере, востоке, юге и западе. Тогда, очевидно, геометрия будет очень хорошей. Область, ограниченная пересекающимися прямыми, соединяющими спутники, будет невелика, что обеспечивает уверенность в правильности рассчитанного местоположения. В этом случае точность может быть наивысшей.

Геометрия спутников становится особенно важной при использовании GPS-приемника в автомобиле, среди высоких зданий, в горах или в глубоких ущельях. Если сигналы от некоторых спутников оказываются экранированными, то точность определения местоположения будет зависеть от оставшихся "видимыми" спутников (а от их количества - возможность провести расчеты вообще).

Чем большая часть неба заслонена искусственными или естественными предметами, тем более сложно определить положение. Хорошие модели GPS-приемников показывают, и сколько спутников находится в зоне видимости, и где они расположены на небе (направление и высоту над горизонтом), чтобы можно было определить, не экранируется ли сигнал отданного спутника.

Другим источником ошибок является переотражение спутникового сигнала от различных объектов. (В быту мы встречаемся с этим явлением в виде появления раздвоенного изображения на экране телевизора.) В случае GPS переотражение возникает при взаимодействии сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как он достигнет приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для достижения приемника, чем прямому. Увеличение времени заставляет приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем на самом деле, и это увеличивает ошибку при определении положения. Ошибки переотражения гораздо меньше 100 м, поскольку только близко расположенные предметы способны дать достаточно сильное эхо.

Существуют ли другие источники погрешностей? Конечно. Например, задержка прохождения сигнала из-за различных атмосферных явлений, так называемых ионосферных и тропосферных задержек. В космосе радиосигналы распространяются со скоростью света, однако при попадании их в ионизированные слои атмосферы Земли они существенно замедляются, причем неравномерно. Для сигналов от разных спутников задержка времени различна.

Ошибки распространения радиоволн зависят от состояния атмосферы и высоты спутника над горизонтом: чем ниже спутник, тем больший путь проходит его сигнал через атмосферу и тем больше искажение. Атмосферные помехи зависят от времени суток: после захода солнца плотность ионосферы и ее влияние на радиосигналы уменьшается (явление, хорошо знакомое радистам-коротковолновикам).

Система GPS использует встроенную модель, которая определяет среднюю величину задержки для частичной коррекции ошибок этого типа.