Система визначення координат точок земної поверхні за допомогою штучних супутників Землі
Протягом існування людства були винайдені різні способи орієнтування на місцевості, наприклад, за Сонцем, за зірками. Винайдено ряд спеціальних приладів, які допомагають орієнтуватись (компас, секстант), складено детальні карти земної поверхні тощо. Але до останніх десятиріч минулого століття не існувало способу визначення координат, доступного у будь-якій точці планети й за будь-яких кліматичних чи погодних умов. У 70-х роках минулого століття з'явилась можливість вирішити це питання, коли була запропонована система глобального позиціювання - Global Positioning System (GPS).
Розробка цієї системи була започаткована Міністерством оборони США для військових потреб і спочатку мала назву NAVSTAR (Navigation System with Timing and Ranging) - система навігації на основі розрахунку часу і відстаней. Вона передбачала визначення координат будь-якої точки земної поверхні за допомогою штучних супутників Землі. Перший супутник цієї системи було виведено на орбіту в 1978 p., останній - у 1994 р. На початку 90-х років систему GPS було відкрито для масового користування, однак управління і контроль за нею і зараз здійснюються американськими військовими.
Система GPS складається з 3-х основних елементів: космічного, сегмента управління та користувачів.
Космічний сегмент складається з 24 штучних супутників Землі, розподілених по шести орбітах радіусом близько 20 тис. кілометрів. Період обертання кожного супутника дорівнює 12 годинам. Супутники розташовані таким чином, що одночасно в будь-якій точці земної поверхні можна приймати сигнали від чотирьох з них. Кожен супутник обладнаний атомним годинником, помилка якого становить 1 секунду за 70 тис. років. Ці годинники використовують для синхронізації передачі та прийому сигналів.
Сегмент управління складається з п'яти моніторингових станцій, які керують супутниками. Зокрема, ці станції визначають точні координати супутників, передають на них часові й просторові поправки, дані про стан атмосфери, що впливає на швидкість розповсюдження радіосигналів, а, отже, й на точність обчислення координат. Моніторингові станції розташовані на великій відстані одна від одної: дві з них, в тому числі і головна, знаходяться на території США, решта - на островах Тихого, Індійського та Атлантичного океанів.
Користувачі - це різноманітні приймачі GPS, які приймають сигнали супутників і видають інформацію про координати точки та інші дані.
Працює система GPS наступним чином. Кожен супутник посилає на Землю дані про свої точні координати, час подачі сигналу й стан атмосфери. Приймач перевіряє сигнал, який надійшов з супутника, і визначає час, коли цей сигнал генерований супутником. Різниця в часі подачі сигналу супутником і отримання його GPS-приймачем помножена на швидкість світла (300000 км/сек.) дає відстань від супутника до приймача. На основі даних, одержаних від чотирьох супутників (три з них визначають відстань, а четвертий видає інформацію, яка дозволяє усунути помилки ходу годинника у приймачі), GPS-приймач проводить розрахунок місцезнаходження користувача за допомогою комп`ютера.
Система, аналогічна GPS, розроблена в Росії і носить назву ГЛ0НАСС (Глобальна навігаційна супутникова система). Вона мало чим відрізняється від американської NAVSTAR. Існуючі GPS-приймачі можуть користуватись інформацією обох систем.
В Україні ведеться робота по створенню спеціальних карт, які дозволять застосувати систему GPS на її території. Проблема полягає в тому, щоб розробити комп'ютерні програми, які дали б змогу переобчислити "американські" координати супутників у місцеву систему координат. Це дасть змогу більш широко застосувати систему GPS у нашій країні для потреб народного господарства і, зокрема, землевпорядкування, лісовпорядкування і лісового господарства, геологічних пошуків, рятувальних робіт.
Тема 4.
Кутові вимірювання