Раньше , чтобы понять наше местонахождение , мы сначала вглядывались в небо, потом стали использовать бумажные карты и атласы, а теперь используем высокие технологии ,которые позволяют нам водить автомобиль, выстраивать маршруты,узнать сколько мы прошли во время тренировки и многое другое.Теперь мы используем GPS-систему глобального позиционирования
Секреты GPS
Изначально это была военная технология Navstar. В 1978 году для ее обеспечения было запущено несколько спутников, но не все прошло гладко,систему пришлось дорабатывать .Начиная с 1995 г. система начала полноценно работать и использоваться в военной деятельности , а с 1996 г. начала практиковаться в автомобильной промышленности . С 2000 года GPS навигацию стали использовать и для гражданского населения.
Сегодня GPS управляется военно-вооруженными силами США,но для повышения точности приема в любой точке мира большинство современных приемников одновременно с этой системой GPS использует и российскую систему Глонасс.
Для работы GPS не требуется ни телефон ,ни интернет. В наше время можно приобрести стельки с GPS для отслеживания перемещения детей и пожилых родственников,страдающих болезнью альцгеймера.
Но как же это работает?
GPS –это система с тремя базовыми компонентами:
- Спутники
- наземные станции
- приемники
Спутники при определении необходимой локации выполняют функцию звезд, которые использовали раньше наши предки .Полагается ,что спутники будут в определенном месте в определенное время.
Наземные станции определяют местоположение спутников,действительно ли они находятся там,где должны быть.
Приемники в наших устройствах :телефонах,автомобилях и так далее, улавливают далеко ли мы от них.Выяснив как далеко мы находимся минимум от 4-х GPS спутников система с точностью до метра,а иногда сантиметра, определяет наше местонахождение.
Система GPS включает в себя 32 спутника ,которые вращаются вокруг нашей Земли ,из которых 24 спутника основных и 8 спутников запасных на случай выхода из строя основного спутника.Все спутники требуют постоянного обслуживания ,а иногда и замены.Срок службы спутника длительный -10 лет.
Система GPS работает в любую погоду и непогоду,независимо дождь ли , снег ли, метель или солнце,главное ,что должно соблюдаться ,так это взаимодействие приемника минимум с четырьмя спутниками,чтобы определить локацию, т.к. в системе используется метод трилатерации.
Что это такое?Давайте разберемся...
Бывает двухмерная и трехмерная трилатерация. Двухмерная трилатерация позволяет определить широту и долготу
Пример : вы решили пробежаться и покинули свой дом в г.Висконт. Через некоторое время , не понимая ,где вы находитесь (GPS ещё не изобрели),вам в качестве подсказки встретился фермер,который сообщил ,что вы находитесь в 650 км от города Бойсе.Но это вряд ли поможет,т.к.есть много мест,под которые подойдет это описание. Вам нужно больше подсказок и вы обращаетесь к следующему человеку,который сообщает,что вы в 1250 км от г.Фарго. Применив эту информацию и начертив 2 круга на карте с учетом этой информации ,вы увидете,что у них есть две точки пересечения и вы ,наверняка ,находитесь в одной из них.Но и этого недостаточно.Нужна ещё одна подсказка,которую получаем от девочки,которая сообщает,что вы находитесь в 650 км от Солт-Лейк-Сити.Нарисовав ещё одну окружность,получите единственную точку пересечения.Это и будет ваше точное местонахождения.Просто,не так ли?
Трехмерная трилатерация позволяет определять место нахождение не с помощью окружности ,а с помощью объемной сферы ,где используется широта,долгота и высота.
Если известно ,что вы находитесь в 25 км от спутника А,значит вы где-то в радиусе 25 км.
Зная местонахождение от вас второго,третьего и остальных спутников и прочертив окружность земли, вы получите точную точку вашего нахождения.Чем больше спутников задействовано,тем точнее можно определить ваше местонахождение.
Как происходит вычисление?
Спутник отправляет сигнал о своем нахождении на GPS приемник в конкретное время через определенные интервалы.Приемник,получив информацию в виде сигнала,который перемещается со скоростью света,анализирует его и вычисляет 2 важных величины местонахождения минимум трех спутников над вами и высчитывает расстояние между ними и вами. Рессивер по времени ,затраченному сигналом на определение пути из космоса на землю,определяет пройденное расстояние. Это непросто.
Спутники для определения точного времени оборудованы атомными часами,наши же приемники оборудованы обычными кварцевыми.Установить атомные часы в наши приемники нецелесообразно из-за их большой стоимости. Цена этих часов от 50 тысяч до 100 тысяч долларов и ,следовательно, наши телефоны стали бы очень дорогими.Часы в наших приемниках обновляют свои показания в соответствии с данными со спутников,но есть другая сложность.Согласно теории относительности Энштейна время для объектов удаленных от объектов гравитации движется быстрее.Атомные часы на спутниках опережают земные часы на 38 микросекунд ежедневно и если бы ученые игнорировали эту теорию,то GPS координаты сбивались бы на 9,5 км каждый день.Поэтому использование сигналов минимум с четырех спутников ,а не трех,позволяет определить точное положение объектов.
