ПОСТ 2018 ГОДА. 

Как работает GPS.

Приветствуем вас, любители комфортных пе­ре­ме­ще­ний! Сегодня мы по­го­во­рим про то, как работает GPS. А имен­но о том, как и зачем его раз­ра­бо­та­ли. Какие функции он вы­пол­ня­ет. Почему он не может ра­бо­тать без спут­ни­ков. И на чём во­об­ще ос­но­ван принцип его работы. Причём всё не только с ссыл­ка­ми на на­уч­ные ис­сле­до­ва­ния, но и с ин­те­рес­ной ин­фо­гра­фи­кой. Поэтому читать статью будет одно удо­воль­с­т­вие! А после её проч­те­ния вы будете точно знать, как работает GPS и для чего его можно ис­поль­зо­вать. Причём не только по пря­мо­му наз­на­че­нию, но ещё и в ка­чест­ве ар­гу­мен­та в споре с не­веж­да­ми.

GPS – это первая в мире система глобального по­зи­ци­о­ни­ро­ва­ния. Раз­ра­бот­ка которой на­ча­лась в 1973 году в рамках Ми­нис­тер­с­т­ва обо­ро­ны США [1]. А первый экс­пе­ри­мен­таль­ный спутник был за­пу­щен уже в 1978 году [2]. Что не­двус­мыс­лен­но намекает на не­об­хо­ди­мость су­щест­во­ва­ния спут­ни­ко­вой системы для воз­мож­нос­ти функ­цио­ни­ро­ва­ния GPS. И ниже будет под­роб­но описано, какие функции вы­пол­ня­ет каждый сег­мент системы, но сейчас важно за­фик­си­ро­вать, что без спут­ни­ко­вой системы GPS ра­бо­тать не может. А это значит, что факт наличия GPS яв­ля­ет­ся от­лич­ным до­ка­за­тельст­вом не­сос­то­я­тель­нос­ти те­о­рии плос­кой Зем­ли.

С другой стороны, GPS является отличным до­ка­за­тельст­вом сос­то­я­тель­нос­ти те­о­рии от­но­си­тель­нос­ти. Поскольку без учёта ряда ре­ля­ти­вист­с­ких эф­фек­тов система просто не может ра­бо­тать [3]. В част­нос­ти, без учёта гра­ви­та­ци­он­но­го синего сме­ще­ния Эйн­штей­на и красного сме­ще­ния Доп­ле­ра [4]. Ведь, если вы по­ни­ма­е­те, как работает GPS, то вам со­вер­шен­но очевидно, что без этих дан­ных просто тех­ни­чес­ки не­воз­мож­но выполнить точный расчёт мес­то­по­ло­же­ния от­с­ле­жи­ва­е­мо­го объекта [1]. Вот почему для кор­рект­ной работы GPS нужно 4, или в не­ко­то­рых слу­ча­ях, как ми­ни­мум, 3, спутника, от­сле­жи­ва­ю­щих позицию объек­та [5].

 ВОТ УСТАРЕВШЕЕ ФОТО 2010 ГОДА. СЕГОДНЯ СПУТНИКОВ НА ОРБИТЕ, НАМНОГО БОЛЬШЕ.

Как работает GPS?

Для чего используют GPS?

Изначально GPS разрабатывался ис­клю­чи­тель­но в качестве военной тех­но­ло­гии. И в этом своём про­яв­ле­нии он не уни­ка­лен, потому что у России тоже есть своя во­ен­ная система гло­баль­но­го по­зи­ци­о­ни­ро­ва­ния. На­зы­ва­ет­ся она GLONASS [4]. Но в ка­чест­ве системы гло­баль­но­го по­зи­ци­о­ни­ро­ва­ния, ис­поль­зу­ю­щей­ся в мирных целях, ми­ро­вым ли­де­ром, конечно, яв­ля­ет­ся GPS [6]. Сви­де­тельст­вом чего служит хотя бы то, что само наз­ва­ние GPS стало именем на­ри­ца­тель­ным. И, как ко­пи­ро­валь­ные машины на­зы­ва­ют на­и­ме­но­ва­ни­ем фирмы «XEROX», так и сис­те­мы гло­баль­но­го по­зи­ци­о­ни­ро­ва­ния на­зы­ва­ют GPS.

А такая популярность американской системы гло­баль­но­го по­зи­ци­о­ни­ро­ва­ния связана не толь­ко с тем, как работает GPS, но и с гиб­кос­тью аме­ри­кан­с­кой по­ли­ти­ки. По­с­коль­ку, как только им удалось дос­тичь оп­ти­маль­ной точ­нос­ти системы [1], пре­зи­дент США Билл Клин­тон издал указ о сво­бод­ном доступе граж­дан­с­ких лиц к ус­лу­гам GPS [7]. Решил это от­ме­тить и его уволили. Но оно то­го стоило! По­то­му что ис­поль­зо­ва­ние GPS в мир­ных целях помогло ещё точ­нее настроить сис­те­му [1]. Хотя стоит за­ме­тить, что у граж­дан­с­ких лиц есть дос­туп к сис­те­ме только на час­то­те 1.023 МГц. Так на­зы­ва­е­мый код C/A. А у во­ен­ных есть доступ ко всем час­то­там. Ко­то­рых су­щест­ву­ет 3: от­кры­тый L1 для граж­дан­с­ких, за­ко­ди­ро­ван­ный L1 для во­ен­ных и L2 [3].

Как структурно работает GPS?

1. Космический сегмент: сос­то­ит из 24 спут­ни­ков, рас­по­ло­жен­ных в 6 ор­би­таль­ных плос­кос­тях по 4 шту­ки в каж­дой [3] на вы­со­те 20.200км над Зем­лёй [1]. На бор­ту каж­до­го есть атом­ные ча­сы, по­э­то­му спут­ник пе­ре­да­ёт дан­ные о сво­ём мес­то­по­ло­же­нии (эфе­ме­ри­ду) в каж­дый мом­ент вре­ме­ни с чрез­вы­чай­ной точ­нос­тью. А так же каж­дый спут­ник пе­ре­да­ёт ещё и дан­ные о мес­то­по­ло­же­нии дру­гих спут­ни­ков (аль­ма­нах) [5].
2. Контрольный сегмент: состоит из на­зем­ных стан­ций, по­лу­ча­ю­щих сиг­на­лы со спут­ни­ков. За­тем эти дан­ные пе­ре­да­ют­ся в на­зем­ную кон­т­роль­ную стан­цию в Ко­ло­ра­до-Спрингс [1], ана­ли­зи­ру­ю­щую эфе­ме­ри­ды и пе­ре­да­ю­щую ин­фор­ма­цию об­рат­но на спут­ник [3].
3. Пользовательский сегмент: сос­то­ит из пор­та­тив­ных ус­т­ройств GPS, по­лу­ча­ю­щих дан­ные, об­ра­бо­тан­ные Ко­ло­ра­до-Спрингс, со спут­ни­ков. На ос­но­ва­нии че­го и рас­счи­ты­ва­ет­ся их мес­то­по­ло­же­ние, ско­рость пе­ре­ме­ще­ния и мар­ш­ру­ты [3].

Какие задачи выполняет GPS?

1. В военные задачи GPS вхо­дит на­ви­га­ция пе­ре­ме­ще­ния войск, по­иск вра­жес­ких объ­ек­тов и на­ве­де­ние на них ору­жия, а так же оп­ре­де­ле­ние мес­то­по­ло­же­ния сол­дат в хо­де спа­са­тель­ных опе­ра­ций [5].
2. В гражданские задачи GPS вхо­дит оп­ре­де­ле­ние мес­то­по­ло­же­ния объ­ек­та, по­иск оп­ти­маль­но­го пу­ти пе­ре­ме­ще­ния и рас­чёт не­об­хо­ди­мо­го вре­ме­ни для дос­ти­же­ния пун­к­та наз­на­че­ния при пе­ре­дви­же­нии с оп­ре­де­лён­ной ско­рос­тью [5].