После того как многие из нас с трудом запомнили аббревиатуру WAP, наступило время для задания посложнее. Скоро сотовые операторы и производители мобильных телефонов будут терпеливо учить нас без запинки произносить GPRS («джи-пи-эр-эс»).
Некоторым компаниям это особо хорошо удается. Однажды MTC объяснила, что авария, произошедшая у них, была вызвана неполадками при наладке GPRS-оборудования. Потом отличились производители сотовых телефонов, которые неожиданно обнаружили, что сотовые телефоны быстро перегреваются при GPRS-передаче данных. Как уж тут не запомнить четыре «зловещие» буквы. GPRS обозначает новый переходный стандарт, позволяющий в 12 раз повысить скорость приема/передачи данных в сетях GSM (с 9,6 до 115 Кбит/с, а по другим данным - до 171 Кбит/с). Причем «мобильный Интернет» должен стать не только «быстрее», но и значительно дешевле.
GPRS. Что это такое?
GPRS (General Packet Radio Service) - современный стандарт пакетной передачи данных по радиоканалу. Если у оператора сотовой связи (и, скажем, провайдера Интернета в одном лице) установлено оборудование с поддержкой GPRS, а вы купили мобильный телефон с GPRS-поддержкой, то это означает, что потенциально вы можете работать с Интернетом со скоростью 15 Кбайт/с (115 Кбит/с). Забегая вперед, сразу оговорюсь, что при этом вам не придется каждый раз устанавливать соединение - абонент как бы постоянно находится на связи с провайдером (в онлайне). Кто испугался, утешу: платить нужно будет не за время, проведенное в сети (или за эфирное время, как в случае с WAP), а лишь за реально отправленные или принятые данные. То есть тарифицироваться будут не секунды, а килобайты данных.
Считается, что 115 Кбит/с GPRS - это переходный стандарт. Его задача - подготовить почву для транзита к полноценным сетям третьего поколения, которые позволят с высокой скоростью передавать по радиоканалам не только Интернет-, но и мультимедийную информацию (включая режим видеотелефона). Уже в этом году предполагается рост объема трафика данных в сетях GSM на 100% - люди все чаще отправляют через сотовые телефоны факсы, работают с электронной почтой и Интернетом. Ожидается, что после введения наземных и спутниковых сегментов (до 2010 года) в сетях третьего поколения будет достигнута производительность до 64 Кбит/с - без ограничения подвижности абонентов, до 384 Кбит/с (48 Кбайт/с) - при ограниченной скорости перемещения (например, у пешеходов) и до 2 Мбит/с - при использовании стационарных сотовых телефонов. К сожалению, надежды на единый всемирный стандарт сотовой связи третьего поколения не оправдались. В товарищах согласья нет, поэтому стараниями конкурирующих телекоммуникационных концернов «третье поколение» (3G) сотовых сетей будет опираться на группу из нескольких стандартов. Поживем - увидим, что из этого получится. А пока нам за глаза хватит и возможностей GPRS.
Практический GPRS
Производители оборудования GPRS приводят яркие примеры использования GPRS-мобильников в ближайшем будущем. Особенно мне понравилась история о коммивояжере. Представьте, что торговый представитель получает на телефон весточку из главного офиса о том, что сегодня ему предстоит встреча с потенциальными покупателями. Коммивояжер не долго думая входит с коммуникатора (или ноутбука, соединенного с сотовым телефоном) в корпоративную базу данных, чтобы получить сведения о покупателях. Причем «входит» - не совсем точно сказано, поскольку его GPRS-телефон постоянно подключен к удаленной локальной сети. За считанные секунды продавец может просмотреть историю заказов, осведомиться о состоянии склада и получить дополнительную информацию о заказчиках. Все готово к встрече с клиентами. Звучит фантастично? Пока - да. Но техническая инфраструктура GPRS практически готова в большинстве европейских, латиноамериканских, азиатских стран и в России - по крайней мере, в ее столице.
Сотовые телефоны с поддержкой GPRS - это больная тема для операторов. Серверное оборудование для GPRS закуплено и смонтировано, а абонентских терминалов (трубок) как не было, так и нет. С WAP дело обстояло почти с точностью до наоборот. В чем же дело? Это можно объяснить только двумя причинами: при разработке телефонов с GPRS-поддержкой возникли серьезные технические трудности или сотовые GPRS-трубки получаются слишком дорогими для массового рынка. Серьезной критики ни одна из этих причин не выдерживает, но косвенные подтверждения им все-таки имеются. Как уже упоминалось в начале статьи, есть сведения, что GPRS-трубки при интенсивной работе с данными перегреваются, а возникающий уровень излучения превышает допустимые пределы. Оговорюсь, что это лишь «онлайновые» домыслы, доказательствами я не располагаю.
Однако GPRS-трубки в природе все-таки существуют. Самая известная из них - модель Ericsson R520, впервые продемонстрированная еще летом прошлого года в виде рабочего предпродажного образца. Производитель обещает развернуть массовые поставки уже в текущем квартале. Этот трехдиапазонный телефон (GSM 900/1800/1900) помимо GPRS поддерживает технологию радиообмена между цифровой электроникой Bluetooth. Встроенный WAP-браузер в сочетании со скоростью GPRS позволяет действительно комфортно просматривать WML-страницы в Интернете. Причем за очень небольшие деньги - размер этих страниц измеряется в нескольких килобайтах. Среди «некомпьютерных» возможностей этого телефона можно отметить громкую связь, инфракрасный порт и адресную книгу более чем на 500 записей. При габаритах 130×50×16 мм телефон весит всего 105 граммов. Ресурс аккумулятора: 7,5 - часов в режиме разговора и 8 дней - в режиме ожидания.
Довольно скоро на прилавках появится расширенная версия изящного телефона Alcatel One Touch 700, в списке возможностей которого будут числиться поддержка GPRS и Bluetooth. Аппарат, снабженный самой современной литий-полимерной батареей, весит 88 граммов и обеспечивает 5 часов работы в режиме разговора. Управление производится плоским пятипозиционным джойстиком, меню - анимированные. Особое внимание разработчики уделили расширенным функциям. Так, SMS с этого аппарата можно отправлять не одному, а сразу нескольким получателям (типа списка рассылки). В органайзере, синхронизирующемся с ПК, можно хранить 1200 записей. Плюс голосовой набор, плюс виброрежим… Словом, One Touch 700 - это самый продвинутый аппарат в современном модельном ряду Alcatel. К нему даже трудно что-либо добавить.
Среди доступных на сегодняшний день GPRS-адаптированных телефонов можно особо отметить трехдиапазонный Motorola Timeport 7389i, упоминания о специальных версиях которого мелькают в отчетах о тестировании серверного GPRS-оборудования. Странно, что в штатных спецификациях этой модели слово GPRS нигде не упоминается. Из этого я делаю вывод, что не все модели поддерживают высокоскоростную пакетную передачу данных. Timeport 7389i - аппарат не новый, но во всех отношениях удачный, как показало тестирование лаборатории «КомпьютерПресс». Особого упоминания заслуживает ЖК-дисплей Optimax c рефлективной подсветкой, то есть преломленные солнечные лучи дают эффект электрической подсветки экрана, что экономит заряд аккумуляторов. В эту модель не «втиснут» пока только Bluetooth. А все остальное есть - от голосового набора до инфракрасного порта.
Вообще, просмотр Web-каталогов производителей телефонов утверждает меня в мысли, что до бума GPRS осталось не меньше полугода, а силу этот процесс наберет лишь в начале 2002 года. Именно к тому времени производители реально способны предоставить достаточный выбор GPRS-терминалов.
GPRS в России
Надо сказать, что по темпам внедрения GPRS наша страна выглядит вполне достойно, ничем не уступая странам Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Еще в сентябре прошлого года российская компания - оператор MTC совместно с Motorola объявили о запуске в тестовую эксплуатацию первой в России сети GPRS. В тот момент 160 базовых станций МТС, установленных в Москве, стали способны работать в режиме пакетной передачи данных. Во время опытной эксплуатации сети GPRS использовались сотовые телефоны Motorola Timeport 7389i. Через этот аппарат «испытатели» могут подключить к Интернету свой ноутбук или электронный органайзер (например, Palm) и обеспечить таким образом постоянный беспроводной доступ к любым ресурсам Интернета, в том числе к электронной почте. При этом пользователям не потребуется предварительно дозваниваться до специального сервера или Интернет-провайдера - Интернет им доступен всегда. Любопытно, что телефонные аппараты Motorola Timeport, относящиеся к терминалам класса GPRS-B, позволят им звонить и принимать звонки, не прерывая соединения с Интернетом. В части, касающейся бизнес-приложений с использованием мобильного офиса (ноутбук плюс GPRS-терминал), сеть GPRS компании МТС теоретически обеспечивает возможность мгновенного подключения пользователей к локальным и корпоративным сетям (интранет). Интересно, что взамен обещанных 115 Кбит/с сегодняшняя GPRS-технология реально способна обеспечить скорость работы до 27 Кбит/с. Но уже в этом году GPRS-терминалы Motorola Timeport позволят передавать информацию со скоростью 56-64 Кбит/c. Ожидается, что к концу 2001 года МТС, используя оборудование компании Motorola, сможет предоставлять своим абонентам услуги и приложения под GPRS, работающие со скоростями до 86 Кбит/с. Аналогичные работы с сопоставимыми темпами по внедрению GPRS ведутся и вторым крупным российскими оператором - компанией «Вымпелком» (торговая марка «Би Лайн») на базе оборудования Ericsson. Еще не начавший привлечение абонентов московский оператор Sonic Duo (с участием финской компании Sonera) также подписал соглашение на поставку GPRS-оборудования шведской компании Ericsson. Словом, ждать осталось недолго. Ведь только с запуском GPRS в коммерческую эксплуатацию мы сможем получить честные ответы на два главных вопроса: насколько быстро работает и сколько реально стоит «мобильный Интернет» в переходном варианте.
КомпьютерПресс 2"2001
Спутник системы GPS на орбите
Основной принцип использования системы - определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников до потребителя. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников»:
Здесь: - местоположение -го спутника, - момент времени приема сигнала от -го спутника по часам потребителя, - неизвестный момент времени синхронного излучения сигнала всеми спутниками по часам потребителя, - скорость света, - неизвестное трехмерное положение потребителя.
История
Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли , американские учёные во главе с Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.
Реализована эта идея была через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS, а, затем, в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г., а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.
Первоначально GPS - глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту был сбит из-за дезориентации экипажа в пространстве, президент США Рональд Рейган с целью не допустить в будущем подобные трагедии разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом. [уточнить ]
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон.
| Блок | Период запусков |
Запуски спутников | Работают сейчас |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Запу- щено |
Не успешно |
Гото- вится |
Заплани- ровано |
|||
| I | 1978-1985 | 10 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| II | 1989-1990 | 9 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| IIA | 1990-1997 | 19 | 0 | 0 | 0 | 11 |
| IIR | 1997-2004 | 12 | 1 | 0 | 0 | 12 |
| IIR-M | 2005-2009 | 8 | 0 | 0 | 0 | 7 |
| IIF | 2010-2011 | 2 | 0 | 10 | 0 | 2 |
| IIIA | 2014-? | 0 | 0 | 0 | 12 | 0 |
| Всего | 59 | 2 | 10 | 12 | 31 | |
| (Последнее обновление данных: 9 Окт 2011) |
||||||
Техническая реализация
Космические спутники
Незапущенный спутник, экспонирующийся в музее. Вид со стороны антенн.
Орбиты спутников
Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat- число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).
Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой порядка 20200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.
Радиочастотные характеристики
Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5=1176,45 МГц. Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника .
Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код - модуляция BPSK (1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа - SA) с мая 2000 года отключён. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами Galileo L1.
Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y) кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Еще одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.
C запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 (1176.45 МГц). Этот сигнал также называют safety of life (охрана жизни человека). Сигнал на частоте L5 мощнее на 3 децибела, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в 10 раз шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.
Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN) двух типов: C/A-код и P-код. C/A (Clear access) - общедоступный код - представляет собой PRN с периодом повторения 1023 цикла и частотой следования импульсов 1023 МГц. Именно с этим кодом работают все гражданские GPS-приемники. P (Protected/precise)-код используется в закрытых для общего пользования системах, период его повторения составляет 2*1014 циклов. Сигналы, модулированные P-кодом, передаются на двух частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. C/A-код передается лишь на частоте L1. Несущая, помимо PRN-кодов модулируется также навигационным сообщением.
| Тип спутника | GPS-II | GPS-IIA | GPS-IIR | GPS-IIRM | GPS-IIF |
| Масса, кг | 885 | 1500 | 2000 | 2000 | 2170 |
| Срок жизни | 7.5 | 7.5 | 10 | 10 | 15 |
| Бортовое время | Cs | Cs | Rb | Rb | Rb+Cs |
| Межспутниковая связь |
- | + | + | + | + |
| Автономная работа, дней |
14 | 180 | 180 | 180 | >60 |
| Антирадиационная защита |
- | - | + | + | + |
| Антенна | - | - | Улучшенная | Улучшенная | Улучшенная |
| Возможность настройки на орбите и мощность бортового передатчика |
+ | + | ++ | +++ | ++++ |
| Навигационный сигнал |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P L2:P |
L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M |
L1:C/A+P+M L2:C/A+P+M L5:C |
24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 аппарат в марте 2010 года).
Наземные станции контроля космического сегмента
Основная статья: наземный сегмент спутниковой системы навигации
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо , США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000-4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.
Применение GPS
Приёмник сигнала GPS
Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS широко используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны , смартфоны , КПК и онбордеры . Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.
Высказывались предложения об интеграции систем Iridium и GPS.
Точность
Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже :
| Источник погрешности | Среднеквадратичное значение погрешности, м |
|---|---|
| Нестабильность работы генератора | 6,5 |
| Задержка в бортовой аппаратуре | 1,0 |
| Неопределённость пространственного положения спутника | 2,0 |
| Другие погрешности космического сегмента | 1,0 |
| Неточность эфемерид | 8,2 |
| Другие погрешности наземного сегмента | 1,8 |
| Ионосферная задержка | 4,5 |
| Тропосферная задержка | 3,9 |
| Шумовая ошибка приёмника | 2,9 |
| Многолучёвость | 2,4 |
| Другие ошибки сегмента пользователя | 1,0 |
| Суммарная погрешность | 13,1 |
Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих.
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6-8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции . На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS , EGNOS , MSAS и т. д. передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.
Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не менее 60-90 см. Если такая точность будет не только для военных, но и для гражданских применений, то это приятная новость для владельцев GPS-навигаторов.
На октябрь 2011 года на орбиту выведены первые два спутника из новой версии: GPS IIF SV-1 запущен в 2010 году и GPS IIF-2 запущен 16 июля 2011 года.
Всего первоначальный контракт предусматривал запуск 33 спутников GPS нового поколения, но потом из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. Все они будут выведены на орбиту в ближайшее время.
Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов . Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14000 км/ч (3.874км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для триангуляции.
Недостатки
Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника , или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь , либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками).
Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом .
Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США.
Теперь [когда? ] Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается, что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра.
Реализация данной программы займёт некоторое [какое? ] время. В Министерстве обороны США утверждают, что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Количество спутников изменено не будет, их по-прежнему будет 30: 24 работающих и 6 резервных.
Хронология
| 1973 | Решение о разработке спутниковой навигационной системы |
| 1974-1979 | Испытание системы |
| 1977 | Приём сигнала от наземной станции, симулирующей спутник системы |
| 1978-1985 | Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I) |
| 1979 | Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24. |
| 1980 | В связи с решением свернуть программу использования спутников Vela системы отслеживания ядерных взрывов, эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащённых сенсорами регистрации ядерных взрывов. |
| 1980-1982 | Дальнейшее сокращение финансирования программы |
| 1983 | После гибели самолёта компании Korean Airline , сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам. |
| 1986 | Гибель космического челнока Space Shuttle «Challenger» приостановила развитие программы, так как последний планировался для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта» |
| 1988 | Решение о развёртывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы. |
| 1989 | Активация спутников второй группы |
| 1990-1991 | Временное отключение SA (англ. selective availability - искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приёмников. Включение SA 01 Июня 1991 года. |
| 08.12.1993 | Сообщение о первичной готовности системы (англ. Initial Operational Capability ). В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам |
| 1994 | Спутниковая группировка укомплектована |
| 17.07.1995 | Полная готовность системы (англ. Full Operational Capability ) |
| 01.05.2000 | Отключение SA для гражданских пользователей, таким образом точность определения выросла со 100 до 20 метров |
| 26.06.2004 | Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости Galileo и GPS 1 |
| Декабрь 2006 | Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.² |
См. также
- Transit (первая спутниковая навигационная система, 1960-е - 1996)
- Galileo (европейская навигационная система)
- ГЛОНАСС (российская навигационная система)
Примечания
Литература
- Александров И. Космическая радионавигационная система НАВСТАР (рус.) // Зарубежное военное обозрение . - М ., 1995. - № 5. - С. 52-63. - ISSN 0134-921X .
- Козловский Е. Искусство позиционирования // Вокруг света . - М ., 2006. - № 12 (2795). - С. 204-280.
- Шебшаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / под ред. В. С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М .: Радио и связь, 1993. - 408 с. - ISBN 5-256-00174-4
Ссылки
Официальные документы и спецификации- Официальный сайт правительства США и системы GPS со статусом спутниковой группировки (англ.)
- Глобальные Навигационные Спутниковые Системы (GNSS). Как это работает? , gps-club.ru
- Галилео и GPS (англ.)
- Совместное заявление по обеспечению взаимодополняемости и совместимости ГЛОНАСС и GPS ((недоступная ссылка) , копия)
| Системы навигации | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Спутниковые |
|
||||||||
| Наземные | |||||||||
Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?
Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт.
24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.
Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?
Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).
Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.
GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.
Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.
Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.
Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.
Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.
На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.
Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.
Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.
Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.
Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.
Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.
Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.
Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.
Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.
Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS -приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .
Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.
Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования.
Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приему сигналов GPS .
Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, но и своим собственным глазам.
Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Прецеденты уже были.
У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.
Смартфоны давно перестали быть простыми «звонилками». Своим владельцам они открыли массу новых возможностей.
На первом месте полноценный скоростной доступ в интернет и общение в социальных сетях и мессенджерах. Но не менее востребовано и GPS-позиционирование, о котором мы сейчас подробно расскажем.
Что такое GPS?
GPS - система навигации, которая определяет местоположение смартфона, строит маршруты и позволяет найти нужный объект на карте.
Практически в каждый современный гаджет встроен GPS-модуль. Это антенна, настроенная на сигнал спутников системы геолокации GPS. Изначально она была разработана в США для военных целей, но позже ее сигнал стал доступен всем желающим. GPS-модуль гаджет является принимающей антенной с усилителем, но передавать сигнал она не может. Получая сигнал от спутников, смартфон определяет координаты своего местоположения.
Практически каждый современный хотя бы раз пользовался GPS-навигацией на смартфоне или планшете. Потребность в ней может возникнуть в любой момент у людей разных профессий и разного рода занятий. Она необходима водителям, курьерам, охотникам, рыболовам и даже простым пешеходам, оказавшимся в незнакомом городе. Благодаря такой навигации можно определить свое местонахождение, найти нужный объект на карте, выстроить маршрут, а при наличии доступа в интернет объехать пробки.
Оффлайн-карты для GPS
Google разработала для своей операционной системы Android специальное геолокационное приложение - Google Maps. Оно быстро находит спутники, разрабатывает маршруты до объектов и предлагает альтернативы. К сожалению, при отсутствии зоны покрытия сотовой сети Google Maps не работает, так как географические карты тут подгружаются через интернет.
Для навигации без использования сети лучшим выходом будет скачать приложения с поддержкой оффлайн-карт, например, Maps.me, Navitel и 2GIS. Также можно установить приложение «Карты: транспорт и навигация» для Google Maps.
В этом случае придется расходовать интернет-трафик для загрузки карт не придется - они будут всегда в вашем устройстве, независимо от местоположения. Особенно это актуально при нахождении за границей, так как стоимость роуминга для доступа в интернет весьма высока.
Как включить GPS на Android?
Активация GPS-модуля в операционной системе Android возможна двумя способами:
- Верхняя шторка. Проведите по дисплею сверху вниз и в открывшемся меню нажмите кнопку «Местоположение», «Геолокация» или «Геоданные» (зависит от версии Android).
- В настройках Android найдите пункт аналогичные пункты передвиньте флажок в положение «Включено».
Во время активной работы навигационной системы смартфона заряд его аккумулятора начинает расходоваться достаточно активно, поэтому стоит позаботиться о дополнительных источниках питания. Например, за рулем нужно воспользоваться автомобильной зарядкой, а при передвижении на велосипеде или пешком - .
Также стоит помнить, что уверенный прием спутникового сигнала возможен на открытой местности, поэтому при нахождении в помещении или туннеле геолокация становится невозможной. Пасмурная погода также влияет - из-за туч устройство дольше ищет спутники и менее точно определяет свои координаты.
Не так давно GPS была единственной системой геолокации, поэтому в ранних версиях Android упоминалась только она, а кнопка активации службы так и называлась. С 2010 года полноценно заработала российская , а с 2012 - .
Практически все современные смартфоны оснащаются GPS-чипом. Навигационный модуль присутствует и в большинстве планшетных компьютеров, функционирующих под управлением операционной системы Android. Однако далеко не все пользователи знают о том, что зачастую по умолчанию работа чипа отключена. В результате такие люди удивляются тому, что на фотографиях нет геометок, а сервис Google Now не показывает маршрут до дома. К счастью, включить GPS на планшете и смартфоне можно без каких-либо трудозатрат.
Зачем нужен GPS?
Десятки лет назад GPS-спутники были доступны только военным. Но американцы быстро смекнули, что на навигационных чипах, приложениях и картах можно делать большие деньги. В результате доступ к технологии получили обычные люди - нужно было лишь обзавестись соответствующим устройством. Изначально это были специализированные GPS-навигаторы. А сейчас навигационный модуль серьезно уменьшился в размерах, в связи с чем его можно встроить даже в рядовой смартфон.
GPS сигнал помогает понять, в какой точке земного шара вы сейчас находитесь. Это полезно по нескольким причинам:
- Навигационное приложение поможет не заблудиться в лесу;
- С навигацией можно ориентироваться даже в незнакомом городе;
- Вы легко находите нужный вам адрес;
- Вы спасаетесь от заторов - избегать их помогает сервис «Пробки»;
- Различные приложения показывают вам близлежайшие забегаловки и торговые центры;
- GPS помогает определить скорость передвижения.
Словом, навигационный чип может быть весьма полезен. Но за его использование придется расплатиться. Если вы решили включить GPS на Андроиде, то готовьтесь к более высокому энергопотреблению. Сильнее всего это заметно на старых девайсах, где нет поддержки технологии A-GPS. Также на недорогих и есть проблема с приемом сигнала GPS. Приблизиться к её решению поможет наша .
Активация GPS
Но довольно лирики… Давайте же выясним, как включить GPS на телефоне под управлением Android. Делается это очень просто:
Шаг 1 . Перейдите в меню устройства и тапните по иконке «Настройки ».
Шаг 2 . Здесь выберите пункт «Местоположение ».
Шаг 3 . Нажмите на пункт «Режим ».
Шаг 4 . Выберите режим определения местоположения «По всем источникам » или «По спутникам GPS ».
На смартфонах, работающих на более актуальных версиях Android GPS можно включить через панель уведомлений. Для этого достаточно активировать кнопку «GPS» (в зависимости от фирмы производителя может иметь другое название). Сделав долгое нажатие на данный пункт вы сможете перейти в настройки местоположения и изменить другие параметры. Например, включить режим экономии энергии или высокую точность.
Обратите внимание: на смартфонах и некоторых других названия пунктов могут отличаться. Например, раздел «Местоположение » может иметь название «Геоданные ».
