GPS, GLONASS и прочие системы позиционирования. Часть 1

Есть такое важное направление технологических процессов, которое не теряет своей актуальности. И называется оно применением систем идентификации и позиционирования (определения местонахождения) всяких материальных объектов, каковыми могут быть, например, не только люди, но и транспортные средства, подвижные механизмы. 

Важно сразу определить их основные критерии. Данные системы должны надежно обеспечивать:

- идентификацию объектов, находящихся под контролем;
- оптимальную точность позиционирования;
- оптимальную периодичность.

Также важными критериями считаются:

- радиус действия (расстояние, допустимое от меток до элементов инфраструктуры);
- устойчивость к помехам;
- устойчивость к влиянию сигналов, которые отражаются;
- небольшие габариты и вес меток;
- низкое энергопотребление меток (с целью экономии заряда аккумуляторов);
- простота развертывания и эксплуатации;
- стоимость решений.

Для позиционирования применяют несколько групп технологий. Первым делом необходимо отметить спутниковые навигационные системы – GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo и прочие.

На междугородном маршруте можно отследить фуру, если использовать спутниковую систему позиционирования. Но когда она окажется на крытой разгрузочной площадке или в боксе, где проводят ремонт, то связь со спутниками теряется. Однако подчеркнем, что именно спутниковые навигационные системы востребованы, прежде всего, если необходимо решить какие-либо глобальные задачи.

Как была создана технология GPS

Мы уже привыкли к тому, что всего за считанные секунды можем отыскать дорогу до любой точки города. Для этого необходимо всего лишь открыть на телефоне карты и вбить адрес. Благодаря навигатору можно сразу просчитать время в пути. Это же устройство вам предложит несколько вариантов. Например, дойти пешком, доехать на автомобиле или общественном транспорте. Обычно это становится возможным за счет спутниковой системы GPS.

При выходе из метро человек может дойти до ближайшей торговой точки. Передвигаясь на автомобиле в городе, который вам не известен, вы не будете вынуждены изучать огромную бумажную карту, чертить на ней маршрут с карандашом в руках. Однако GPS также нашел активное применение и в глобальной логистике. И на суше, и на море. И во многих иных сферах бизнеса.

Систему GPS с самого начала разрабатывали только для военных целей. Когда в 1957 году в СССР запустили первый искусственный спутник Земли, то американские ученые обратили внимание на один нюанс: частота сигнала, который принимается, увеличивается, когда спутник приближается, и становится меньше, если он удаляется.

Такие знания начали обретать практическое применение лишь в 1967 году, то есть через 10 лет. В том году вооруженными силами США были запущены на низкую околоземную орбиту собственные военные спутники. Данная космическая программа стала называться Timation. Потом концепция была подвергнута серии ребрендингов. Систему спутников переименовали в DNS, а потом в NavSTaR. Современное название GPS получила лишь в 1973 году.

Минуло еще 20 лет. За это время на орбиту вывели 24 спутника. Последний из них стал на вооружение в 1993 году. После этого стало возможным применять GPS для того, чтобы с большой точностью наводить ракеты на неподвижные, а потом и на подвижные объекты. И на земле, и в воздушном пространстве.

Принцип работы GPS

Как устроена работа GPS? Чтобы получить ответ на этот вопрос, необходимо понять из чего состоит GPS-система. У нее есть 3 главные составляющие: космическая, управляющая и пользовательская.

Для того чтобы вся система функционировала, в космическом пространстве должно находиться не менее 24 спутников. В настоящее время их более 30. И США постоянно выводят на орбиту все новые модули.

Как можно вычислить координаты и определить местоположение? Это делают так. Пользовательское устройство должно подсчитать, как долго GPS сигнал идет от спутника до него, приемника. В данном сигнале еще содержится массив данных. В том числе координаты спутника в космосе.

Данные о широте и долготе можно получить, если есть сигналы сразу от трех спутников. Устройство-приемник делает вычисления, используя геометрические формулы. И оно может найти координаты пользователя с погрешностью всего в 1-5 метров. Если есть необходимость вычислить еще и высоту над поверхностью земного шара, то необходимо будет еще получить сигнал с четвертого спутника.

Использование системы GPS и ее достоинства

Лучше всего обеспечивает точность сейчас, как считается, именно GPS. Точность позиционирования уже сегодня не хуже шести метров. А новое поколение спутников, которое запускают в последние годы, обеспечивает точность не менее 60-90 см.

Навигация является самой распространенной сферой использования GPS. Безусловно, GPS-модули в настоящее время есть даже в самых бюджетных моделях смартфонов. И их достаточно для того, чтобы не заблудиться в местности, которую не знаешь, отыскать нужный адрес или доехать на автомобиле в какой-либо другой населенный пункт. При этом отметим, что существуют и более узкоспециализированные устройства. И они предназначены для определенных целей и задач.

Перечислим еще некоторые области использования GPS:

- картография. С использованием GPS составляют подробные карты и планы местностей независимо от сложности рельефа;
- геодезия. Предоставляется возможность очертить точные границы участков земли и координаты конкретных объектов;
- транспортный мониторинг (всем известные «карты пробок»), который позволяет отследить дорожный поток;
- мониторинг тектоники, то есть наблюдения за тем, как перемещаются тектонические плиты;
- прогнозирование погоды. 

В настоящее время можно купить практически любое устройство с GPS-приемником, и такое приобретение будет для вас недорогим. Их можно встроить в компьютеры и банкоматы, в телефоны и фотоаппараты.