На главную | Новости | GSM модемы | GSM модемы с GPRS | GSM модемы с EDGE | Реклама на сайте

Статья : Что такое GPRS?

Более двух десятилетий прошло со времени создания сегмента оперативного контроля (OCS), включающего Центральную Станцию Управления (MCS) в Шривере, Колорадо (Schreiver AFB, Colorado) и станций наблюдения по всему миру; запуска первых спутников GPS (Global Positioning System). За это время были разработаны, построены и запущены несколько поколений спутников, работа системы постоянно поддерживалась сегментом оперативного контроля. Сегодня GPS входит в новое тысячелетие с далеко идущей программой модернизации системы как на земле, так и в космосе.

Спутниковые навигационные системы (СНС) включают три элемента: космический (навигационные ИСЗ), наземный (комплекс управления спутниками) и оборудование пользователей. Технической основой СНС и источником навигационной информации являются 24 ИСЗ, вращающиеся на высоте 20000 км с периодом обращения 12 час и равномерно "покрывающие" всю земную поверхность.

Почему GPS

Попытка выяснить, где вы находитесь и куда движетесь, возможно, одно из самых старых стремлений человека. Навигация и позиционирование очень важны для многих видов деятельности и этот процесс до сих пор протекает с некоторыми затруднениями. В течение многих лет ученые пытаются упростить эту задачу, но в их решениях есть недостатки

В конце концов, Министерство Обороны США решило, что военные должны иметь сверхточную систему глобального позиционирования. И у них было достаточно финансов (12 миллиардов!!) для достижения этой цели.

В результате появилась Глобальная Система Позиционирования (GPS), система, навсегда изменившая навигацию.

Что такое GPS?

GPS использует эту систему в качестве контрольных точек для расчета координат в точности до метров.

В некотором смысле это похоже на присвоение каждому квадратному метру на планете своего уникального адреса.

GPS приемники были уменьшены в размерах до нескольких интегрируемых плат и стали очень экономичными. Это сделало технологию доступной практически для каждого.

Сегодня GPS находит свое применение в земном, водном, воздушном транспорте, в строительной промышленности, машиностроении, киноиндустрии, даже в портативных компьютерах. В ближайшем будущем GPS станет таким же основным средством, как и телефон.

Как работает GPS?

Принцип работы GPS состоит из 4 основных этапов:

• Основой GPS является "триангуляция" спутников.
• При "триангуляции" GPS приемник измеряет расстояние, используя время прохождения радиосигналов.
• Для измерения этого времени GPS использует очень точный таймер.
• Вместе с расстоянием вам понадобится точно знать нахождение спутников в космосе. Высокие орбиты и тщательное управление являются секретной информацией.

Далее мы объясним каждый этап более подробно.

Этап 1. "Триангуляция" спутников.

Разберемся, как измерения расстояния с трех спутников могут точно определить вас в простанстве. Допустим мы измерили наше расстояние от спутника и установили, что оно равно 11 000 миль.

Знание того, что мы в 11 000 милях от определенного спутника, сужает все наши возможные местоположения во всей вселенной к поверхности сферы, которая сосредоточена на этом спутнике и имеет радиус 11 000 миль.

Далее, допустим мы измерили наше расстояние до второго спутника и установили, что оно равно 12 000 миль. Это говорит нам о том, что мы находимся не только на первой сфере, но также на сфере, которая в 12 000 милях от второго спутника. Или другими словами, мы где-то на окружности, где пересекаются эти две сферы.

Этап 2. Измерение расстояния от спутника.

Если мы затем произведем измерение от третьего спутника и определим, что мы от него на расстоянии 13 000 миль, это сузит данные о нашем положении до двух точек, где сфера 13 000 миль определяет положение с помощью пересечения первых двух сфер.

Таким образом, имея измерения от трех спутников, мы сводим наше местоположение к двум точкам в пространстве.

Чтобы узнать, какая из двух точек является правильной, мы могли бы рассчитать четвертый коэффициент. Но обычно одна из двух точек является неправдоподобной (или слишком далекой от Земли, или передвигающейся на нереальной скорости) и ее можно опустить без измерения.

Далее рассмотрим, как система измеряет расстояние до спутников.

Как мы уже говорили, позиция рассчитывается по расстояниям не менее чем до трех спутников. Но как же мы можем измерить расстояние до чего-либо, парящего в космосе? Мы определяем это по времени прохождения сигнала от спутника на наш приемник.

В некотором смысле, все это сводится к "времени передвижения при заданной скорости", школьной математической задаче. Помните старое: "Если автомобиль идет 60 миль в час в течение двух часов, сколько он проехал?" Скорость (60 миль/час) x Время (2 часа) = Расстояние (120 миль)

В случае с GPS мы измеряем радиосигнал, так что скоростью будет скорость света или, грубо говоря, 186 000 миль в секунду. Задачей является измерение времени прохождения сигнала. В первую очередь, продолжительность времени должна быть короткой. Если спутник был прямо над нами, время будет около 0.06 секунд. Итак, нам понадобятся очень точные часы. Об этом позже.

Предположим, у нас есть точные часы, как мы измерим время прохождения?
Для этого проведем аналогию:
Допустим, мы нашли способ, чтобы и спутник, и приемник одновременно заиграли одну песню ровно в 12.00. Если бы звук достиг нас из космоса (что, конечно, невозможно) и остался бы затем в приемнике, мы бы услышали две версии песни, одну с нашего приемника, другую со спутника. Эти две версии не были бы синхронными. Версия, идущая от спутника, была бы с небольшой задержкой из-за расстояния в 11 000 миль.

Если бы мы захотели узнать время задержки версии со спутника, нужно было бы произвести задержку версии с приемника, пока они не были бы абсолютно синхронны. Время, на которое мы задерживали версию приемника, равнялось бы времени прохождения версии спутника. Итак, мы просто умножаем это время на скорость света и получаем наше расстояние до спутника!

Вот, в основном, как работает GPS.

Только вместо песни спутники и приемники используют так называемый "Псевдослучайный Код".

Случайный код?
Псевдослучайный Код (Pseudo Random Code (PRC) является фундаментальной частью GPS. Это очень сложный цифровой код или, другими словами, сложная последовательность импульсов "on" и "off":

Сигнал настолько сложен, что выглядит как случайный электрический шум. Отсюда и название "Псевдослучайный".

Существует несколько причин для такой сложности: во-первых, приемник не синхронизируется случайно с любым другим сигналом. Во-вторых, маловероятно, что случайный сигнал будет иметь точно ту же самую форму. Благодаря тому, что каждый спутник имеет свой псевдослучайный код, это гарантирует, что приемник не примет случайно сигнал с другого спутника.

Этап 3. Абсолютное измерение времени

На спутниках стоят невероятно точные атомные часы, поэтому время они измеряют идеально.

Как же насчет наших приемников на земле? Разработчики GPS изобрели технологию, позволившую получить почти такие же точные часы. Это означает, что каждый GPS приемник является по существу часами с атомной точностью.

Секрет подобной точности заключается в дополнительном вычислении. Как только происходит сдвиг от универсального времени, приемники производят корректировку для синхронизации часов и определения точной позиции. Чтобы это условие выполнялось, необходимо, чтобы приемник имел не менее четырех каналов для одновременных измерений.

Этап 4. Определение спутников в космосе.

GPS спутники вращаются на очень точных орбитах, в соответствии с главным планом Воздушных Сил. Главное условие- минимум 5 спутников должны быть видны в любой точке планеты.

Во все земные GPS приемники запрограммирован календарь нахождения каждого спутника в небе, секунда в секунду.

Министерство Обороны США постоянно контролирует спутники, проверяя их положение и скорость.

Каковы источники погрешности при определении местоположения?

Основным источником можно считать наличие, так называемого, режима <ограниченного доступа>. В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводится погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 - 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров.

Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Дифференциальная коррекция

Дифференциальная коррекция - это метод, который значительно увеличивает точность собираемых GPS-приемником данных. Используя такой метод, можно определить местоположение буквально до сантиметров.

В этом случае один приемник расположен в точке с известными координатами (базовая станция), а второй приемник собирает данные в точке с неизвестными координатами (ваш передвижной приемник).

Так как координаты базовой станции известны, то она может вычислить ошибки, содержащиеся в спутниковом сигнале. То есть базовая станция может уточнить координаты спутников и передать скорректированные данные вашему подвижному приемнику.

Уточненные данные называются дифференциальными коррекциями и используются для точного определения месторасположения. Как дифференциальные коррекции передаются с базовой станции на ваш приемник? Посредством радиосвязи.

Например, в США скорректированный сигнал передается береговой охраной через морские радио-буи, работающие на частоте 283.5 - 325 KHz.

Пользоваться этим сервисом может каждый, кто имеет специальный DGPS-приемник. Он подключается к вашему GPS-терминалу и принимает корректированный сигнал.

GPS на практике и в перспективе

Сфера применения GPS огромна. Кроме перечисленных выше возможностей GPS также используется для навигации судов в туманную погоду, отслеживания транспортировки ценных грузов, точной посадки самолетов, поиска затонувших кораблей и отслеживания опасных айсбергов.

Интересна идея использования GPS в качестве источника точного времени при проведении разного рода научных экспериментов.

Нельзя недооценить важность GPS и для спасательных служб.

GPS полезна для управления автомобильными системами навигации. Имея в автомобиле соответствующее оборудование, вы можете путешествовать по незнакомой местности. Введите координаты назначения, и система сама подскажет, где вам необходимо совершить поворот.

GPS-оборудование, установленное на инкассаторской машине, позволит следить за ней на всем пути ее следования.

Автосигнализацией на основе GPS сегодня никого не удивишь - она стала доступна многим по относительно невысокой цене. Угнанный автомобиль всегда будет "на прицеле" у диспетчерской службы.

Как видим, перспективы у GPS огромны. Несомненно, GPS станет стандартным оборудованием многих автомобилей. Внедрят в эксплуатацию эту спутниковую систему и все службы спасения, безопасности и техпомощи. GPS будет прекрасным подспорьем в городском и сельском хозяйстве.