Разработанная и созданная военными, система начала эксплуатироваться в 1978 г., а в первой половине 80-х годов ее открыли для гражданского применения.

Основная функция системы - определение трехмерных координат пользователя с точностью до 100 м. Кроме того, она может использоваться для навигации на всех этапах полета: рулении, взлете, полете по маршруту и заходе на посадку по категориям ИКАО, а также для управления воздушным движением, обеспечения безопасности полетов, при проведения спасательных операций и географических привязок. Помимо уникальной, недостижимой для других устройств точности, система обладает большой гибкостью применения и легко сопрягается с другими традиционными бортовыми системами - инерциальными, радиотехническими и т.д.

Кроме того, система обладает следующими достоинствами:

- неограниченная дальность действия в зоне радиовидимости;

- высокая точность определения координат и составляющих скорости;

- однозначность навигационных определений, выдаваемых в единой для всех потребителей системе координат;

- независимость точности определений от времени суток и метеоусловий;

- высокая помехозащищенность;

- неограниченность числа обслуживаемых потребителей.

Система GPS включает в себя три основных сегмента:

- космический - 24 навигационных спутника Земли;

- сегмент управления - сеть наземных станций слежения, которые контролируют работоспособность спутниковых систем и от которых спутники получают информацию о своих координатах, высоте и скорости;

- сегмент пользователя - аппаратура потребителя.

Сеть навигационных искусственных спутников Земли состоит из 24 спутников (21 активный, 3 резервных), обращающихся по круговым орбитам высотой около 20000 км, лежащих в трех пересекающихся плоскостях с наклонением к экватору 55 градусов. На каждой орбите равномерно размещаются по 8 спутников. Период обращения вокруг Земли равен 12 часам.

Аппаратура потребителя (приемник - процессор GPS) осуществляет:

- выбор видимых спутников;

- расчет для выбранной четверки спутников ожидаемых угловых координат, дальности и радиальной скорости;

- поиск в каждом из каналов сигналов спутников по пространству и временной задержке;

- обработку информации от спутников, навигационные расчеты.

Выбор рабочих спутников производится на основе информации, хранящейся в памяти приемника. Четверка спутников выбирается так, чтобы один из них находился над потребителем, а трое остальных - как можно ближе к горизонту, с максимальными взаимными удалениями. Обработка информации от спутников осуществляется в любое время года, при любых метеоусловиях, в любой точке земной поверхности.

Каждый спутник передает код, представляющий собой шумоподобную, заранее определенную индивидуальную последовательность для расчета времени, а также свои координаты.

Зная точное местоположение каждого спутника и точно синхронизированное с атомными часами спутника время, приемник может одновременно решать четыре уравнения для определения трех координат и времени. На экране дисплея приемника в удобном виде отображаются координаты потребителя ("привязанные" к электронной карте конкретной местности), навигационные расчеты и время.

Практически все приемники имеют функцию оповещения о приближении к точке, представляющей потенциальную опасность. Границы опасной зоны выбирает потребитель.

Приемник определяет расстояние до спутника путем измерения времени прохождения сигнала от спутника. Если определенное расстояние до спутника равно 28000 км, то это означает, что приемник расположен на поверхности сферы радиусом R=28000 км, а координаты центра сферы совпадают с координатами спутника (рис.1).

Рис.1.

Расстояние от второго спутника определяет вторую сферу другого радиуса с центром на спутнике №2. Пересечение двух сфер дает окружность (рис. 2).

Рис.2.

Сфера от третьего спутника пересекает окружность в двух точках, одна из которых заведомо не подходит (рис.3).

Рис.3.

В идеальном случае для вычисления местоположения потребителя достаточно трех сфер, но из-за ошибки в измерении времени возникает существенная ошибка в определении координат. Для ее устранения необходимы данные от 4-го спутника.

Таким образом, для получения точной информации для наземных и воздушных измерений необходимы данные по четырем спутникам, а для морских - по трем (в этом случае радиусом и координатами четвертой сферы являются радиус Земли и координаты ее центра).

При вводе координат поворотного пункта маршрута или точки прибытия приемник произведет расчеты и выведет на экран оставшееся расстояние, время прибытия, курс, а также боковое уклонение от линии заданного пути.

Приемники GPS все больше находят применение и у нас на Украине. Их используют пилоты самолетов, планеров, мотодельтапланов и дельтапланов, а также яхтсмены, рыбаки и автолюбители.

Г.П.Мисюра (Киев)
Материалы статьи получены от автора
по электронной почте при содействии ЦИТ "Восток" (г.Харьков)