I dag finns det förmodligen ingen person som inte har hört talas om GPS. Men alla har inte en fullständig förståelse för vad det är. I artikeln ska vi försöka lista ut vad det globala positioneringssystemet är, vad det består av och hur det fungerar.
Historia
GPS-navigationssystemet är en del av Navstar-komplexet, utvecklat och drivs av det amerikanska försvarsdepartementet. Komplexets projekt började genomföras 1973. Och redan i början av 1978, efter framgångsrika tester, satte de den i drift. År 1993 hade 24 satelliter sänts upp runt jorden som helt täckte vår planets yta. Den civila delen av Navstars militära nätverk blev känd som GPS, vilket står för Global Positioning System ("glob alt positioneringssystem").
Dess bas består av satelliter som rör sig i sex cirkulära banor. De är bara en och en halv meter breda och lite mer än fem meter långa. Vikten i detta fall är cirka åttahundrafyrtio kilogram. Alla ger full prestanda var som helst på vår planet.
Spårning utförs från huvudkontrollstationen, som ligger i delstaten Colorado. Det finns Schriver Air Force Base - den femtionde rymdstyrkan.
Det finns över tio spårningsstationer på jorden. De finns på Ascension Island, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral och andra platser, vars antal växer för varje år. All information som tas emot från dem behandlas på huvudstationen. Uppdaterad data laddas upp var tjugofjärde timme.
Denna globala positionering är ett satellitsystem som drivs av det amerikanska försvarsdepartementet. Den fungerar i alla väder och sänder ständigt information.
Driftsprincip
GPS globala positioneringssystem fungerar baserat på följande komponenter:
- satellittrilateration;
- satellitavstånd;
- exakt tidsreferens;
- location;
- korrigering.
Låt oss titta närmare på dem.
Trilateration är beräkningen av avståndet för data från tre satelliter, tack vare vilken det är möjligt att beräkna platsen för en viss punkt.
Räckvidd betyder avståndet till satelliterna, beräknat av den tid det tar för radiosignalen att färdas från dem till mottagaren, med hänsyn tagen till ljusets hastighet. För att bestämma tiden genereras en pseudo-slumpmässig kod, tack vare vilken mottagaren kan fixa fördröjningen när som helst.
Följande figur indikerar en direktberoende på klockans noggrannhet. Satelliterna har atomklockor som är exakta till en nanosekund. Men på grund av deras höga kostnad används de inte överallt.
Satellitterna är placerade på en höjd av mer än tjugo tusen kilometer från jorden, exakt så mycket som är nödvändigt för stabil rörelse i omloppsbana och avsmalning av atmosfäriskt motstånd.
Under driften av det globala positioneringssystemet i världen görs fel som är svåra att eliminera. Detta beror på att signalen passerar genom troposfären och jonosfären, där hastigheten minskar, vilket leder till mätningsfel.
Komponenter i ett kartsystem
Det finns många produkter för globala positioneringssystem och GIS-kartläggningsapplikationer. Tack vare dem formas och uppdateras geografiska data snabbt. Komponenterna i dessa produkter är GPS-mottagare, programvara och datalagringsenheter.
Mottagarna kan göra beräkningar med en frekvens på mindre än en sekund och en noggrannhet på tiotals centimeter till fem meter, i differentialläge. De skiljer sig från varandra i storlek, minneskapacitet och antalet spårningskanaler.
Medan en person står på ett ställe eller rör sig tar mottagaren emot signaler från satelliter och gör en beräkning om dess plats. Resultat i form av koordinater visas på displayen.
Kontroller är bärbara datorer som kör programvaran som behövs för att samla in data. Programvaran styr mottagarens inställningar. Drives harolika dimensioner och typer av dataregistrering.
Varje system är utrustat med programvara. Efter att du laddat upp information från enheten till din dator, ökar programmet noggrannheten för data med en speciell bearbetningsmetod som kallas "differentiell korrigering". Programvaran visualiserar data. Vissa av dem kan redigeras manuellt, andra kan skrivas ut och så vidare.
GPS global positionering - system som hjälper till att samla in information för inmatning i databaser, och programvaran exporterar dem till GIS-program.
Differentialkorrigering
Denna metod förbättrar avsevärt noggrannheten hos den insamlade informationen. I det här fallet är en av mottagarna placerad vid en punkt med vissa koordinater, och den andra samlar in information där de är okända.
Differentialkorrigering implementeras på två sätt.
- Den första är differentialkorrigeringen i re altid, där felen för varje satellit beräknas och rapporteras av huvudstationen. Den uppdaterade datan tas emot av rovern, som visar den korrigerade datan.
- Den andra - differentiell korrigering i efterbehandling - sker när huvudstationen skriver korrigeringar direkt till en fil i datorn. Originalfilen bearbetas tillsammans med den uppdaterade, sedan erhålls en differentiellt korrigerad.
Trimble-kartsystem kan använda båda metoderna. Således, om re altidsläget avbryts, är det fortfarande möjligt att använda det i efterbehandling.
Application
GPStillämpas inom olika områden. Till exempel används globala positioneringssystem i stor utsträckning inom naturresursindustrin, där geologer, biologer, skogsbrukare och geografer använder dem för att registrera positioner och ytterligare information. Det är också ett område med infrastruktur och stadsutveckling där trafikflöden och allmännyttiga system kontrolleras.
GPS-system för global positionering används också i stor utsträckning inom jordbruket, och beskriver till exempel fältens egenskaper. Inom samhällsvetenskapen använder historiker och arkeologer dem för att navigera och spela in historiska platser.
Omfattningen av GPS-kartläggningssystem är inte begränsad till detta. De kan användas i alla andra applikationer där exakta koordinater, tid och annan information behövs.
GPS-mottagare
Detta är en radiomottagare som bestämmer antennens position baserat på information om tidsfördröjningar för radiosignaler från Navstar-satelliterna.
Mätningar görs med en noggrannhet på tre till fem meter, och om det finns en signal från en markstation - upp till en millimeter. GPS-navigatorer av kommersiell typ på gamla prover har en noggrannhet på hundra femtio meter och på nya - upp till tre meter.
Baserat på mottagare tillverkas GPS-loggrar, GPS-spårare och GPS-navigatorer.
Utrustning kan vara anpassad eller professionell. Andraskiljer sig i kvalitet, driftlägen, frekvenser, navigationssystem och pris.
Anpassade mottagare kan rapportera exakta koordinater, tid, höjd, användarspecificerad kurs, aktuell hastighet, väginformation. Information visas på telefonen eller datorn som enheten är ansluten till.
GPS-navigatorer: kartor
Kartor förbättrar kvaliteten på navigatorn. De finns i vektor- och rastertyper.
Vektorvarianter lagrar data om objekt, koordinater och annan information. De kan ha naturlig terräng och många föremål som hotell, bensinstationer, restauranger etc., eftersom de inte innehåller bilder, tar mindre plats och fungerar snabbare.
Rastertyper är de enklaste. De representerar en bild av området i geografiska koordinater. Ett satellitfoto kan tas eller en papperstypskarta - skannas.
För närvarande finns det navigationssystem som användaren kan komplettera med sina objekt.
GPS-spårare
En sådan radiomottagare tar emot och sänder data för att kontrollera och spåra rörelser för olika föremål som den är fäst vid. Den innehåller en mottagare som bestämmer koordinaterna och en sändare som skickar dem till en användare som befinner sig på avstånd.
GPS-spårare kommer in:
- personligt, används individuellt;
- bil, ansluten till ombordautomatiska nätverk.
De används för att fastställa platsen för olika föremål (människor, fordon, djur, varor och så vidare).
Dessa enheter kan användas för att undertrycka signaler som bildar störningar på de frekvenser där trackern fungerar.
GPS-logger
Dessa radioapparater kan fungera i två lägen:
- vanlig GPS-mottagare;
- logger, registrerar information om vägen som har färdats.
De kan vara:
- bärbar, utrustad med ett litet uppladdningsbart batteri;
- bil, drivs av nätverket ombord.
I moderna modeller av loggare är det möjligt att registrera upp till tvåhundratusen poäng. Det rekommenderas också att markera alla punkter på vägen.
Enheter används aktivt inom turism, sport, spårning, kartografi, geodesi och så vidare.
Global positionering idag
Baserat på den information som tillhandahålls kan man dra slutsatsen att sådana system redan används överallt, och omfattningen tenderar att vara ännu mer utbredd.
Global positionering täcker konsumentsektorn. Användningen av de senaste tekniska innovationerna gör systemet till ett av de mest eftertraktade i detta marknadssegment.
Tillsammans med GPS utvecklas GLONASS i Ryssland och Galileo i Europa.
Samtidigt är global positionering inte utan sina nackdelar. Till exempel, i en lägenhet i en armerad betongbyggnad, i en tunnel eller källare, bestämma den exakta platsenomöjlig. Magnetiska stormar och radiokällor på marken kan störa normal mottagning. Navigationskartor blir snabbt föråldrade.
Den största nackdelen är att systemet är helt beroende av det amerikanska försvarsdepartementet, som när som helst kan till exempel slå på störningar eller stänga av den civila delen helt och hållet. Därför är det så viktigt att förutom det globala positioneringssystemet GPS och GLONASS, och Galileo också utvecklas.
