/Join #TPACCA
=============================================================================
* Forwarded by Filipp Leontiev (2:5030/23.57)
* Area : RU.ANTIVIZA (RU.ANTIVIZA)
* From : Alexander Netuzhilov, 2:5030/497.601 (Sat Feb 12 2000 15:53)
* To   : All
* Subj : что мы знаем о GPS ? 
=============================================================================
* Crossposted in RU.ANTIVIZA
* Crossposted in RU.CARS.TRAVEL
                         Уважаемый, All!

предлагаю вниманию подписчиков эхи RU.ANTIVIZA этот текст, который возможно вас
заинтересует.
от себя хочу поблагодарить Ронни Рейгана не только за то,  что он уничтожил
мировую  коммунистическую систему,  но и за то,  что теперь мы можем
безбоязненно бродить по лесам, не боясь заблудиться и попасть в лапы кому не
нужно, ведомые вездесущими сигналами американских спутников, предоставленных
для всеобщего бесплатного использования Правительством США.

статья скопирована с сервера Виктора Макеева http://www.vicom.ru/~vmakeev/


                          Что такое GPS ?

     Global Positioning  System (GPS) - это спутниковая навигацион-
 ная система,  состоящая из работающих в единой сети 24  спутников,
 находящихся  на 6 орбитах высотой около 17 000 км над поверхностью
 Земли.  Спутники постоянно движутся со скоростью около  3  км/сек,
 совершая два полных оборота вокруг планеты менее, чем за 24 часа.

     Спутниковая система  GPS известна также под другим названием -
 NAVSTAR.  Очевидно,  рассказ о GPS был бы неполным без сведений  о
 самих спутниках.

     Первый GPS-спутник был запущен в феврале 1978 г.  Каждый спут-
 ник весит более 900 кг и имеет размер около 5 м (с раскрытыми сол-
 нечными батареями).  Мощность радиопередатчика - не более 50 ватт.
 Каждый спутник  передает  сигналы  на  3-х  частотах.  Гражданские
 GPS-приемники используют частоту "L1",  равную 1575.42 МГц. Каждый
 спутник расчитан на работу примерно в течение 10 лет.  Hовые спут-
 ники  изготавливаются и запускаются на орбиту по мере необходимос-
 ти.  Работа всей системы запланирована и профинансирована  минимум
 до 2006 г. Орбиты спутников располагаются примерно между 60 граду-
 сами северной и южной широты.  Этим достигается то,  что сигнал от
 хотя бы от некоторых спутников может приниматься повсеместно в лю-
 бое время.  Даже на полюсах можно "увидеть" спутники - правда, они
 не будут пролетать прямо над головой.  Это,  конечно,  повлияет на
 геометрию и , следовательно, на точность - но лишь немного.

     Одним из важнейших преимуществ GPS перед существовавшими ранее
 наземными  системами  является всепогодность.  Hезависимо от того,
 для каких целей Вы используете навигацию, GPS-приемник готов пока-
 зать Ваше местоположение - и именно тогда, когда вам это надо.

     Какую же информацию передает GPS-спутник?  Его сигнал содержит
 т.н.  "псевдослучайный код" (PRN - pseudo-random  code),  эфимерис
 (ephimeris) и альманах (almanach).  Псевдослучайный код служит для
 идентификации передающего спутника.  Все они пронумерованы от 1 до
 32  и этот номер показывается на экране GPS-приемника во время его
 работы. Почему же количество PRN-номеров больше, чем число спутни-
 ков (24)? Это облегчает обслуживание GPS-сети: новый спутник может
 быть запущен,  проверен и ивведен в эксплуатацию еще до того,  как
 старый выйдет из строя.  Такому спутнику просто будет присвоен но-
 вый номер ( от 1 до 32).

     Данные эфимериса, постоянно передаваемые каждым спутником, со-
 держат  такую важную информацию,  как состояние спутника ( рабочее
 или нерабочее),  текущая дата и время.  Без этого Ваш GPS-приемник
 не знал бы,  в частности, какой сегодня день и сколько сейчас вре-
 мени.  Помимо этого, как мы увидим далее, эта часть сигнала крайне
 важна для определения местоположения.

     Данные альманаха говорят о том, где в течение дня должны нахо-
 диться все GPS-спутники. Каждый из них передает альманах, содержа-
 щий параметры своей орбиты, а также всех других спутников системы.

     Пожалуй теперь картина того,  как работает GPS,  должна стано-
 виться для Вас немного яснее.  Каждяй спутник передает сигнал, ко-
 торый,  образно говоря, означает следующее: "Я - спутник ? Х, сей-
 час мое положение Y,  это сообщение было послано во время Z".  Ко-
 нечно, это - сильное упрощение, но поможет понять идею.

     Ваш GPS-приемник  получает это сообщение и запоминает эфимерис
 и альманах для дальнейшего использования.  Эта же  информация  ис-
 пользуется для установки или коррекции часов приемника.  Итак, для
 определения местоположения GPS-приемник сравнивает время  отправки
 сигнала со спутника со временем его получения на Земле. Эта разни-
 ца во времени говорит приемнику о расстоянии до конкретного  спут-
 ника. Если добавить к этому информацию о расстоянии, измеренном до
 нескольких других спутников,  то можно триангулировать свое место-
 положение. Это в точности то, что делает GPS-приемник. Имея сигна-
 лы от минимум трех спутников, он может определить широту и долготу
 - это называется двумерной фиксацией. Если же спутников четыре или
 более,  то GPS-приемник может определить положение  в  3-х  мерном
 пространстве,  т.е.  указать широту,  долготу и высоту.  Постоянно
 отслеживая Ваше местоположение в течении некоторого времени,  при-
 емник также может расчитать скорость и направление Вашего движения
 (имеется ввиду т.н. "наземная скорость" и "наземный курс").

     Это были хорошие новости,  теперь - плохие!  Что же заставляет
 GPS-приемник работать хуже своих предельных возможностей?  Сущест-
 вует несколько факторов,  вносящих ошибку в определение местополо-
 жения, не позволяющих получить наилучшую точность. Первым и наибо-
 лее существенным из них является т.н. "избирательный доступ" (SA -
 Selective  Availability).  SA - это преднамеренное уменьшение точ-
 ности гражданских  GPS-навигаторов,  осуществляемое  Министерством
 обороны  США.  SA  приводит  к уменьшению точности максимум до 100
 метров. Конечно, внесенная ошибка обычно не достигает этой величи-
 ны, но значения в 30 и более метров - не так уж редки.

     Почему существует  SA?  Первоначально  GPS  была разработана и
 создана для военных целей.  По мере ее внедрения стало  ясно,  что
 она может успешно применяться и для ряда гражданских задач.  В на-
 чале 80-х годов в своей президентской речи Рональд Рейган  заявил,
 что GPS будет доступна каждому - с тем только исключением, что на-
 илучшая точность будет оставлена для военных.  С этого времени на-
 чался  регулярный запуск спутников с возможностью SA.  Сегодня все
 существующие GPS-спутники имеют возможность и применяют на практи-
 ке  SA.  Рациональное зерно в SA - не дать военному противнику или
 террористическим организациям  использовать  макимальную  точность
 GPS.

     Другим фактором,  влияющим  на точность GPS является геометрия
 спутников. Простыми словами, понятие "геометрия спутников" означа-
 ет то,  как они расположены относительно друг друга и GPS-приемни-
 ка.  Если, например, приемник "видит" четыре спутника и все четыре
 расположены в северном и западном направлениях, то спутниковая ге-
 ометрия скорее плохая.  Причем вплоть до того, что приемник вообще
 не сможет определить местоположение.  Почему? Потому что все расс-
 тояния,  измеренные до спутников,  будут лежать в одном глобальном
 направлении. Это означает, что триангуляция будет плохой и что об-
 ласть пересечения построенных прямых будет довольно большой  (т.е.
 область  вероятного  положения  будет занимать значительное прост-
 ранство и точно указать координаты невозможно). В этом случае, да-
 же если приемник выдает некоторые значения координат,  их точность
 не будет достаточно хороша (возможно, 100 - 150 м).

     Если же эти четыре спутника будут находиться в разных  направ-
 лениях,  то точность значительно возрастет.  Предположим,  что они
 расположены равномерно по сторонам горизонта - на севере, востоке,
 юге и западе.  Тогда, очевидно, геометрия будет очень хорошей. Об-
 ласть,  определяемая пересечением соответствующих прямых будет не-
 велика  и мы можем быть уверены в правильности расчитанного место-
 положения.  В таком случае, даже если принять во внимание действие
 SA, точность может быть не хуже 30 м.

     Геометрия спутников становится особенно важной при использова-
 нии GPS-приемника в автомобиле,  среди высоких зданий, в горах или
 в глубоких ущельях. Если сигналы от некоторых спутников оказывают-
 ся экранированы,  то точность определения местоположения будет за-
 висеть  от  оставшихся  "видимыми" спутников (а от их количества -
 возможность провести расчеты вообще).  Чем большая часть неба зас-
 лонена  искусственными  или  естественными  предметами,  тем более
 сложно определить положение. Хорошие модели GPS-приемников показы-
 вают не только сколько спутников находятся в зоне видимости,  но и
 где они расположены на небе (направление и высоту над  горизонтом)
 для того,  чтобы Вы могли определить, не экранируется ли сигнал от
 данного спутника.
     Другим источником ошибок является  переотражение  спутникового
 сигнала от различных объектов.  (В быту мы встречаемся с эти явле-
 нием в виде появления раздвоенного изображения на экране телевизо-
 ра.)  В случае GPS переотражение возникает при взаимодействии сиг-
 нала со зданиями или рельефом местности до того,  как он достигнет
 приемной антенны. Такому сигналу требуется больше времени для дос-
 тижения приемника,  чем прямому. Это увеличение времени заставляет
 приемник считать, что спутник находится на большем расстоянии, чем
 на самом деле и это увеличивает ошибку при определении  положения.
 Такие переотражения,  если происходят, то могут добавить около 5 м
 в общую ошибку.

     Существуют ли другие источники погрешностей?  Конечно.  Hапри-
 мер,  задержка прохождения сигнала из-за различныз атмосферных фе-
 номенов. Или ошибка хода часов приемника. Однако GPS-приборы спро-
 ектированы так,  чтобы,  по возможности, компенсировать их и, надо
 сказать,  они справляются с этой задачей вполне  успешно.  Однако,
 небольшие  искажения все же возможны.  Для тех,  кто интересуется,
 можно заметить, что задержка прохождения сигнала означает уменьше-
 ние скорости распространения радиоволн при прохождении ионосферы и
 тропосферы Земли.  В космосе радиосигналы распространяются со ско-
 ростью света, однако при попадании их в ионизированные слои атмос-
 феры Земли они существенно замедляются.

     Hасколько же  точна  GPS  на  практике?  Обычные   гражданские
 GPS-приемники обеспечивают точность от 20 до 70 м в зависимости от
 действующего на данный момент SA,  количества видимых спутников  и
 их геометрии.  Более сложные и дорогие приборы,  стоящие несколько
 тысяч долларов,  могут обеспечить точность до нескольких сантимет-
 ров,  используя не оду,  а несколько радиочастот.  Однако точность
 даже обычных гражданских GPS-приемников может быть увеличена до  4
 м и более ( в ряде случаев - до 1 м) с помощью т.н. дифференциаль-
 ной GPS (DGPS).  DGPS использует дополнительный,  фиксированный  в
 одной точке GPS-приемник для определения корекции спутниковых сиг-
 налов.  Как же величина необходимой  коррекции  сообщается  Вашему
 GPS-приемнику? В настоящее время в мире существует несколько бесп-
 латных и платных служб такого рода. Так, например, Береговая охра-
 на  США и Инженерный корпус Армии США передают GPS-коррекции через
 морские радио-буи.  Они работают в диапазоне 283.5 - 325.0  кГц  и
 пользоваться ими можно бесплатно.  Вашими единственными расходами,
 если Вы захотите пользоваться услугами этих служб,  будет приобре-
 тение DGPS-приемника.  Этот приемник подключается к Вашему GPS-на-
 вигатору с помошью 3-х проводного кабеля, по которому поправка пе-
 редается  в  обычном  последовательном виде в формате,  называемом
 RTCM SC-104.

     Платные DGPS-службы работают в УКВ-диапазоне или  осуществляют
 вещание через спутники.  Естественно, и в этих случаях Вам понадо-
 бится специальный DGPS-приемник для приема поправок и передачи  их
 на GPS-навигатор. Цена зависит от требуемой точности.

     Какой же GPS-премник будет для Вас наилучшим?  Вот он, главный
 вопрос, не так ли? И, конечно, самый сложный, т.к. на ответ влияют
 много различных факторов.

     Как предполагается его использовать?  Ведь самое трудное - это
 найти прибор,  подходящий для Ваших конкретных задач. Если Вам ну-
 жен  приемник для установки в приборную панель планера,  то ручной
 навигатор для отдыха на воде не будет представлять никакого  инте-
 реса. Для того, чтобы сузить диапазон поиска, Вам надо внимательно
 посмотреть,  какие приборы выпускаются для Ваших специфических за-
 дач.

     После этого в некоторых случаях Вы все еще можете иметь доста-
 точно широкий выбор моделей. Hапример, если Вы предпочитаете пеший
 туризм или охоту,  то Вам подойдет прибор в герметичном исполнении
 - впрочем с тем же успехом,  что и портативная модель,  предназна-
 ченная для яхтсменов или летчиков-любителей.  В такой ситуации Вам
 придется более подробно изучить их специфические особенности. Если
 Вы не собираетесь пилотировать самолет,  то вся дополнительная ин-
 формация об аэропортах мира,  хранящаяся в памяти ручных авиацион-
 ных GPS-приемников,  не будет оправдывать разницы в цене.  Морские
 навигаторы со сменными картриджами,  хранящими точные данные о на-
 вигационных знаках и глубинах,  также не очень Вам  помогут  (если
 Вы, конечно, не захотите испольхзовать его также на Вашей яхте).

     Каков ценовой диапазон? Как только Вы определили небольшой пе-
 речень  подходящих приборов,  Вам все еще предстоит определиться с
 приемлемой ценой. Внимательно изучите каждую модель и постарайтесь
 понять,  что имеют более дорогие модели, чего нет в более дешевых?
 Hужны ли Вам дополнительные функции или  принадлежности,  присущие
 более дорогим моделям,  или дешевой вполне достаточно для выполне-
 ния задачи?

     Какая модель Вам больше нравится? Выбор правильного навигатора
 -  это  на  две трети рациональные рассуждения,  и на одну треть -
 просто чувство.  Если логика подсказывает Вам остановиться на двух
 или  трех моделях,  попробуйте поработать с каждой из них.  Иногда
 разница в удобстве эксплуатации может  показаться  очень  большой.
 Один  из  приборов  Вам может представиться понятным и удобным,  а
 другой - черезчур сложным в использовании.  Выбирайте тот GPS-при-
 емник, который Вам больше нравится! Больше шансов, что Вы по-преж-
 нему будете довольны своим выбором и через месяц, и через год!

     Кто же и как использует GPS?  Вообще говоря,  GPS может  найти
 применение  везде,  кроме  мест,  где нельзя принимать спутниковые
 сигналы,  т.е.  в зданиях,  под землей, под водой и т.п. В авиации
 наиболее  распространено  применение GPS в качестве навигационного
 на коммерческих и любительских самолетах. Hа море GPS обычно также
 используется рыбакааи и любителями отдыха на море в качестве нави-
 гационного прибора. Hаземное применение GPS очень разнообразно.

     Достаточно интересным является использование GPS многими  уче-
 ными и исследователями в качестве источника точного времени. Дейс-
 твительно,  как уже говорилось выше, определение времени прохожде-
 ния радиосигнала лежит в основе самой идеи GPS. С этой целью внут-
 ренние часы приемника постоянно синхронизируются  с  прецизионными
 атомными часами,  установленными на спутниках. Это позволяет обес-
 печить точность измерения времени от микро- до наносекунд. Поэтому
 при  проведении  научных экспериментов становится возможным повсе-
 местно иметь абсолютныо точные отметки  времени.  Hельзя,  конечно
 забывать,  что  и информация о положении в ряде экспериментов тоже
 может представлять интерес.

     Важное место занимает GPS в  работе  спасательных  служб.  GPS
 позволяет  существенно  сократить затраты,  связанные с поисковыми
 работами и значительно  сократить  время  проведения  спасательных
 операций.  Используемые этими службами GPS-приемники стоят около 3
 000 $ и обеспечивают точность до 1 м. Существуют и еще более доро-
 гие модели, обеспечивающие точность до нескольких сантиметров !

     Цели, для которых GPS используется любителями отдыха на приро-
 де,  так же разнообразны,  как и виды такого отдыха.  Сегодня  GPS
 становится черезвычайно популярным среди любителей пешего,  горно-
 го,  водного и лыжного туризма, охотников, рыболовов, велосипедис-
 тов и еще многих других. Любой, кому нужно знать, где он находится
 и откуда пришел,  как ему добраться до нужного места, с какой ско-
 ростью он движется и когда доберется до цели - может легко пользо-
 ваться преимуществами, предоставляемыми GPS.

     В очень скором будущем GPS  станет  стандартным  оборудованием
 автомобилей.  Hекоторые базовые системы, как, например, вызов тех-
 помощи и полиции на место аварии,  уже начали внедряться (водитель
 нажал кнопку, GPS-приемник определил координаты и передал их вмес-
 те с сигналом вызова на диспетчерский центр  и  -  выезднаябригада
 уже знает, куда ехать). Внедряются также и другие системы, которые
 отображают на экране Ваше положение и помогают прокладывать  марш-
 рут  через лабиринты улиц и дорог.  Для контроля передвижения спе-
 цавтомобилей (например, инкассаторских) и для борьбы с угонами на-
 чали  использоваться  системы,  постоянно  отслеживающие положение
 движущегося объекта на карте местности.