Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow GPS

Как работает GPS? Пять элементарных положений

Несмотря на то, что работа GPS обеспечивается оборудованием, созданным с использованием самых «высоких», из когда-либо существовавших технологий, фундаментальные принципы построения всей системы в целом, весьма просты.

Чтобы во всем этом разобраться давайте разделим систему на пять основных частей и последовательно рассмотрим эти части. Начнем с глобальных идей. Опуская некоторые детали помельче: в дальнейшем мы восполним все пропущенное.

После того, как измерено расстояние до спутника, необходимо определить его положение в пространстве.

Основная идея GPS - спутниковая дальнометрия

В основу GPS положена спутниковая дальнометрия. Это означает, что мы определяем координаты, занимаемой нами позиции путем измерения дальностей относительно этой позиции нескольких космических спутников. При этом спутники играют роль прецизионных опорных точек.

Возникает вопрос: «Как же измерить, на сколько далеко находиться от нас спутник, летящий в космосе и как, вообще, найти движущиеся спутники?» Но это, как раз, и есть те самые детали, которые мы временно опустим. Поверьте, все это вполне можно рассчитать, а сейчас давайте предположим, что можно совершенно точно определить, где находится спутник и на каком расстоянии от него находимся мы.

В этом случае основную концепцию GPS можно проиллюстрировать весьма просто: Пусть мы заблудились. И пытаемся определить свое местоположение. Мы знаем, что находимся на расстоянии от спутника А. ну, скажем, равном 11000 миль, это уже несколько ограничивает круг

Если теперь мы измерим расстояние до третьего спутника наших поисков по вселенной, мы где-то на поверхности воображаемой сферы, центр которой находится в точке расположения спутника и радиус которой равен 11000 милям.

Если нам теперь известно. что в тоже самое время мы находимся на расстоянии 12 000 миль от другого спутника, -пусть это будет спутник В, это еще больше сузит круг поиска. Единственное во всей Вселенной место, где мы можем быть, находясь одновременно на расстоянии 11 000 миль от спутника А и на расстоянии 12 000 миль от спутника В, это окружность, по которой пересекаются поверхности этих двух сфер.

Если мы измерим расстояние до третьего спутника, то сможем себя обнаружить. Поскольку, если станет известно расстояние до спутника, то в пространстве останутся только две точки возможного местоположения.

Вот так измерив дальность наших спутников мы можем ограничить наше положение в пространстве всего лишь двумя точками.

Несколько позже мы увидим, что есть чисто технические причины, в силу которых следует выполнить еще одно измерение, но сейчас для теоретического решения поставленной задачи вполне достаточно трех.

Как теперь решить, в какой из двух полученных точек мы находимся? Конечно, можно сделать еще одно измерение дальности четвертого спутника. Однако во многих случаях достаточно действовать методом логического исключения, поскольку часто бывает, очевидно, что одна из двух полученных точек нам совершенно не подходит. Такая точка может, например, оказаться на слишком большом расстоянии от поверхности земли, или иметь невероятно высокую скорость. В компьютеры GPS приемников заложено несколько алгоритмов позволяющих отличить правильную точку от неправильной.

В частных случаях, когда высота не вызывает сомнений можно обойтись даже без одного из трех описанных измерении. Для этого любую из сфер, представленных на рисунках, следует заменить сферой с центром, расположенным в центре Земли с радиусом, равным расстоянию до центра Земли.

И все-таки, если мы хотим действовать абсолютно корректно, то с точки зрения тригонометрии для однозначного определения нашего местоположения следует иметь значения дальностей четырех спутников. Однако, на практике, если есть возможность логического исключения заведомо неподходящей точки, можно обойтись и результатами трех измерений.

Таким образом, мы можем сказать, что в основу действия GPS положен расчет положения объекта на поверхности земли методом триангуляции с использованием космических спутников в качестве опорных точек.

Все остальное о системе, это - технические подробности, призванные облегчить процесс определения дальности спутников, обеспечить его наивысшую точность при максимальной простоте выполнения. Сейчас мы рассмотрим некоторые их таких технических подробностей.

Краткие тезисы:

  • * Положение объекта на земле вычисляется по измеренному расстоянию от этого объекта до космического спутника.
  • * Для однозначного определения положения объекта с математической точки зрения, следует иметь результаты измерений четырех расстояний.
  • * Если логически исключать, заведомо абсурдные решения, достаточно измерять расстояния только до трех спутников.

Измерение расстояния до четвертого спутника требуется в силу чисто технических соображений, которые мы рассмотрим позднее.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
GPS - Глобальная Навигационная Система