Орбитальная группировка
Вся система функционирует на основе орбитальных спутников. Они находятся на шести
орбитах, высота которых составляет порядка 20000 километров, а скорость движения равна
3000 м/сек. Таким образом, за сутки каждый сателлит делает два «витка» вокруг земли.
Несмотря на то, что для нормальной работысистемыдостаточно 24-х спутников, на данный
момент в орбитальную группировку входит 30 рабочих аппаратов. Это помогает добиться
более точного определения координат.
Все спутники передают данные на приемник посредством радиосигнала, транслирующегося
на две частоты. Одна из них считается гражданской и имеет индекс L1 (1575.42 МГц) , вторая
же используется в основном военными и маркируется как L2 (1227.60 МГц) . На основании
данных, передаваемых с помощью L1, можно добиться точности позиционирования до 3-х
метров. Еслиже наряду с «гражданской» L1 использовать еще и «военную» L2, то
погрешность определения координат снижается до нескольких миллиметров. Однако такая
точность необходима крайне редко, поэтому большинство современных коммерческих GPS-
приемников используют исключительно L1. L2 же, помимо военных нужд, применяется еще
и в дорогостоящем геодезическом оборудовании.
При этом важно понимать. Что никакой абонентской платыза пользование услугой GPS не
предусмотрено, достаточно просто иметь приемник. Как определяетсяместоположение
Теоретически для определения местоположения необходимыданные с трех спутников.
Попробуем разобраться, как происходит этот процесс. Допустим, нам известна величина
расстояния от одного спутника до приемника. Зная ее, мыможем нарисовать окружность
вокруг спутника, на краю которой и будет находиться наш приемник.
Добавим данные со второго спутника. Таким образом, мысузили сектор поиска до пересечения двух окружностей.
Остается прибавить информацию о третьем спутнике.
Таким образом, мыполучаем точные координатыприемника, который находится на
пересечении трех окружностей.
Вданном описании схема сильно упрощена за счет изображения в двухмерной плоскости. В
действительности все происходит в трехмерном пространстве, но принцип вычислений
используется тотже.
Расстояние до спутников рассчитывается простейшей формулой — умножением скорости
света (скорость распространения радиоволн) на время прохождения сигнала от спутника до
приемника. Полученная величина и будет искомым расстоянием. При этом для вычисления
времени необходима точнейшая синхронизация часов космического аппарата с часами
принимающего устройства, так как разница даже в 0.0000003 секундывпоследствии
вызывает ошибку равную 100 метрам. Для этого на каждом спутнике установлено четверо
точнейших атомных часов. Стоит отметить, что одни такие часыстоят порядка 100000$. Но
даже они могут содержать отклонения от эталонного времени. Чтоже говорить об обычных
кварцевых часах, установленных непосредственно в принимающих устройствах, тут
возможность погрешности в разы больше. Именно поэтому для точного определения
координат нужно не три, а четыре спутника. Последний как раз и призван нивелировать
временные ошибки первых трех.
Важно знать, что GPS приемник является лишь приемником сигналов от спутника, который
ни при каких условиях не может передавать данные на спутник. Поэтому он только лишь
принимает сигнал, подобно радиоприемнику. Наземная составляющая GPS
Помимо орбитальных спутников, в состав системы GPS входит 5 наземных станций
слежения.
Все станции слежения оборудованы GPS-приемниками, которые принимают навигационные
сигналы со всех спутников.