СРНС GPS

Разработка системы GPS началась в 1973 г., в 1978 г. стали осуществлять вывод ее экспериментальных спутников на орбиту. Первая штатная орбитальная группировка системы GPS разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г. На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block И, в 1995 г. она была признана готовой к эксплуатации, хотя уже и до этого система широко применялась как на транспорте и в быту, так и военными - в частности, в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г. Затраты на ее реализацию превысили 15 млрд долл.

Полностью развернутый космический сегмент GPS состоит из 24 спутников в шести орбитальных плоскостях. Спутники обращаются по практически круговым орбитам с высотой 20200 км с углом наклонения 55 градусов. Период обращения каждого спутника по орбите составляет приблизительно 12 часов.

СРНС GPS управляется Министерством обороны США. Она работает на двух частотах: 1575,42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2) с использованием псевдослучайной широкополосной модуляции и кодового разделения каналов.

Система обеспечивает два уровня навигационной точности: прецизионный (PPS) и стандартный (SPS). PPS (Р-код) предоставляется, помимо потребителей министерства обороны, только авторизованным потребителям и обеспечивает повышенный уровень точности и защиту от преднамеренных помех. PPS использует обе частоты LI и L2.

Доступ к PPS контролируется криптографическими методами (Y-код).

Гражданским потребителям предоставляется доступ к SPS (С/А-код) на частоте LI.

До 2 мая 2000 г. в GPS использовался так называемый "режим селективного доступа" SA (Selective Availability), заключающийся в преднамеренном ухудшении точности сигнала, предоставляемого гражданским потребителям. Первоначально предполагалось использовать систему GPS только в навигационных целях, но исследования, проведенные учеными Массачусетского технологического института в 1976-1978 гг., показали возможность геодезического применения GPS, т.е. определения координат с миллиметровой точностью с помощью специальных режимов работы (дифференциальный, двухчастотный, фазовые измерения). Например, измерения фазы несущей в GPS-приемниках реализованные в серийной и имеющейся на рынке аппаратуре позволяют получать точность определения расстояний между приемниками порядка 1 см + 1 мм на 1 км расстояния между ними.

Так же как и ГЛОНАСС, система GPS включает три основные сегмента: космический сегмент, на котором мы остановились, сегмент управления, состоящий из 5 контрольных центров, включая мастер-центр, дислоцированных на американских военных базах и сегмент потребителей. В целом системы схожи.

К пользовательскому сегменту относятся персональные GPS-приемники, которые продаются в виде автономных устройств, модулей расширения к портативным компьютерам или же встраиваются в определенные виды оборудования.

Для системы GPS приемники производятся миллионными партиями. Платы для них стоят 50-150 долл., тогда как комбинированные платы GPS/ГЛОНАСС - 500-1000 долл.

Сотни миллионов долларов, потраченные на разработку навигационной аппаратуры потребителей GPS, понизили стоимость базовой функции приема и обработки сигналов GPS до уровня менее 100 долл., а реализуется она в виде платы размером "дюйм на дюйм". Упрощенные платы G PS для сотовых телефонов стоят сегодня около 10 долл. При этом емкость рынка такого оборудования уже сейчас сотни миллионов единиц.

Наиболее распространенными являются приемники СРНС для индивидуального пользования водителями автомобильного транспорта. Они имеют размер карманного калькулятора с клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются координаты пользователя, курс, расстояние и направление до контрольных точек маршрута, пройденный маршрут движения, карта местности, параметры видимых спутников. Способность приемника обрабатывать сигналы, поступающие от нескольких спутников, определяется числом его каналов, в современных устройствах их почти всегда не менее 12. Стоимость такого приемника колеблется от 100 до 1000 долл.

Для индивидуального пользования разработаны также устройства, которые представляют собой портативные компьютеры с навигационной программой и цифровой картой, текущий фрагмент которой высвечивается на миниатюрном ЖК-дисплее. Примером могут служить приборы CARIN - Car Information and Navigation (Philips), Travelpilot (Bosch) и др. Это, по сути, электронные лоцманы, дающие указания водителю синтезированным голосом, заранее сообщая обо всех поворотах, стоянках и прочих особенностях данного маршрута.

В считанные секунды с момента включения зажигания и питания система определяет свое местонахождение с точностью +/- 100 м, а затем, используя базу данных в CD-ROM, уточняет его до +/- 10 м. Достаточно указать с помощью специальных символов на дисплее конец маршрута, и через 5 секунд компьютер выдаст оптимальную траекторию движения.

Наибольшее распространение эти системы получили в европейских странах, где почти для любой местности составлены электронные цифровые карты. Например, "Филипс-Рутфайндер", который по внешнему виду напоминает электронную записную книжку, при вводе с клавиатуры исходного пункта и места назначения, менее чем за минуту выдаст детальное описание маршрута, длительность пути, время прибытия в конечный пункт. База данных для вычислений хранится на магнитной карточке, которая вставляется в считывающее устройство "Рутфайндера". Этим прибором можно пользоваться даже при пеших прогулках по незнакомому городу.

Финские разработчики пошли дальше, они оснастили охотничьих собак GPS-приемниками и стали управлять их поведением по мобильному телефону, аналогичные устройства - "персональный GPS-локатор для детей" выпустили в США, там же действует программа контроля над лицами, нуждающимися в принудительном контроле с помощью датчиков GPS. В ближайшем будущем GPS датчики можно будет вшивать в одежду, надевать на перелетных птиц, что становится весьма актуальным в связи с распространением птичьего гриппа и иных заболеваний, переносимых потоками биологических объектов.

Следует иметь в виду, что на территории ряда стран и континентов действуют дифференциальные подсистемы GPS, с помощью которых вносят поправки в измерения для повышения точности. Например, в США развернута система внесения поправок, называемая WAAS (Wide Area Augmentation System), которая обеспечивает точность меньше трех метров. Ее разработчиком является Федеральное управление авиации США. Она охватывает только США и включает 25 наземных станций, отслеживающих сигналы со спутников, а также две мастер-станции, по одной на Западное и Восточное побережье США, которые на основе данных от всех остальных вырабатывают поправки. Корректирующая информация постоянно транслируется через один из 2 геостационарных спутников в стандартном формате и воспринимается теми GPS-приемниками, которые разрабатывались как WAAS-enabled, их владельцам дополнительное оборудование не требуется и эта услуга оказывается бесплатно.

Аналогичные возможности предусматривает японский проект MSAS (Multi-Functional Satellite Augmentation System), о состоянии дел в Европе сказано ниже.