Что такое GPS, и как он работает?

GPS satellite in the space

GPS — это технология навигации, которая с помощью спутников сообщает точную информацию о местоположении. В основном система GPS состоит из группы спутников и хорошо разработанных инструментов, таких как приемник. Однако система должна содержать по меньшей мере четыре спутника. Каждый спутник и приемник оснащены стабильными атомными часами.

Спутниковые часы синхронизированы друг с другом и наземными часами. Приемник GPS также имеет часы, но он не синхронизирован и нестабилен (менее стабилен). Любое отклонение фактического времени спутников от наземных часов должно корректироваться ежедневно. Для подсчета из синхронизированной сети спутников и приемника требуются четыре неизвестные величины (три координаты и отклонение от времени со спутника). Работа приемника GPS заключается в получении сигналов от сети спутников для вычисления трех основных неизвестных уравнений времени и положения.

Сигнал GPS включает в себя псевдослучайные коды и время передачи и положение спутника в это время. Сигнал, транслируемый GPS, также называется несущей частотой с модуляцией. Кроме того, псевдослучайный код представляет собой последовательность нулей и единиц. Практически позиция приемника и смещение часов приемника относительно системного времени приемника вычисляются одновременно, используя уравнения навигации для обработки времени полета (TOF). TOF — это четыре значения, которые формирует приемник, используя время прибытия и время передачи сигнала. Место обычно преобразуется в широту, долготу и высоту относительно геоидов (по существу, средний уровень моря). Затем координаты отображаются на экране.

Элементы GPS

Структура GPS является сложной. Он состоит из трех основных сегментов космического сегмента, сегмента управления и пользовательского сегмента. Запуск спутника на среднеземную орбиту — напряженная работа. Космический сегмент содержит от 24 до 32 спутников или космических аппаратов на одной и той же орбите, каждый по трем круговым орбитам. По крайней мере, шесть спутников всегда находятся в прямой видимости почти везде на земной поверхности.

Рядом с космическим сегментом находится контрольный сегмент. В контрольном сегменте есть ведущая станция управления, альтернативная ведущая станция управления, наземные антенны и станция мониторинга. Пользовательский сегмент состоит из тысяч гражданских, коммерческих и военных служб позиционирования. GPS-приемник или устройство состоит из антенны, настроенной на частоту, передаваемую спутниками. Он также включает в себя экран для отображения местоположения и времени.

GPS-приемник классифицируется по числу спутников, которые он может контролировать одновременно, то есть количеству каналов. Ресиверы обычно имеют от четырех до пяти каналов, но последние улучшения показали, что также было сделано до 20 каналов.

Спутниковая частота: все спутниковые широковещательные частоты. Полоса частот содержит пять типов, таких как L1, L2, L3, L4 и L5. Эти полосы имеют частотные диапазоны между 1176 МГц и 1600 МГц.

Как работает GPS

Спутники GPS вращаются вокруг Земли два раза в день. Он вращается в очень точном курсе и отправляет информацию и информацию на Землю. Приемники GPS получают всю информацию и применяют триангуляцию, чтобы обнаружить точное местоположение пользователя. По сути, приемник GPS контрастирует с продолжительностью, с которой сигнал был распространен спутником, и выделяет время, когда оно было получено. Разница во времени определяет, насколько далеко приемник находится от спутников GPS. Он измеряет точное расстояние с несколькими спутниками, а ресивер определяет положение пользователя и отображает его на карте электронного устройства.

Приемник должен быть заблокирован сигналом с по меньшей мере тремя спутниками для создания двумерного положения, а также отслеживать движение пользователя. Используя четыре или более спутника, приемник может определить трехмерное положение пользователя, которое состоит из высоты, широты и долготы. После определения местоположения пользователя модуль GPS вычисляет другую информацию, такую как скорость, подшипник, дорожка, расстояние, место назначения, восход солнца и время захода солнца.

Насколько точны GPS?

Приемники GPS очень точны из-за параллельной многоканальной конструкции. Параллельные каналы очень быстрые и точные, хотя некоторые факторы, такие как атмосферный шум и помехи, могут иногда нарушать точность GPS приемников.

Пользователи также могут получить улучшенную точность с помощью Differential GPS (DGPS), который корректирует сигналы GPS в окружении от трех до пяти метров. Береговая охрана США работает с наиболее распространенной службой коррекции DGPS. Система содержит устройство башен, которые получают сигналы GPS и транслируют требуемый сигнал с помощью маяковых передатчиков. С целью получения точного сигнала пользователи должны иметь дифференциальный приемник маяков и антенну маяка, кроме GPS.

Похожие публикации

Комментарии