В этом посте, я бы хотел поговорить, о современных способах  определения места судна, а именно о GPS - Глобальной Системе Позиционирования. Тема довольно обширная, в одном посте не раскрыть. Начнем с малого, и если вам понравиться раскроем её пошагово.

Большинство людей, ошибочно путают  глобальную систему  позиционирования, с глобальной системой местоопеределения. Разница между первым и вторым, состоит только в том, что система позиционирования имеет более широкий профиль применения. А именно, она позволяет определять не только координаты места, но и вектор скорости движущегося объекта. В то время как система местоопределения дает нам только координаты. Давайте попробуем вспомнить, с чего все начиналось.

Идея создания космических систем навигации была реализована с пуском первого Советского искусственного спутника Земли (4-го октября 1957г). С этого момента, за разработку космических систем активно взялись ученые США. Их первыми разработками были системы типа Transit, Polaris. Предназначались исключительно в военных целях.

Создание глобальной системы позиционирования началось компанией Navstar (NAVigation System with Time and Ranging – Навигационная система на основе временных и дальномерных измерений). И уже в  феврале 1978 года, запустила на орбиту свой первый экспериментальный спутник. Шло время, система совершенствовалась. Но гражданское применение получила после катастрофы Корейского авиалайнера, сбитого в 1983г. над Курильскими островами. Как работает GPS?

Прежде всего, отметим, что  GPS является пассивной системой или вторичным оборудованием. Т.е. приемник принимает  сигналы со спутника, но ничего не передает.

Он основан на определении координат местоположения по расстояниям до группы спутников(3-4 спутника). Каждый приемник самостоятельно генерирует сигнал от спутника и сравнивает его с принятым сигналом. Эта разница называется задержкой сигнала. Она возникает в результате погрешности во времени между приемником и спутником. На каждом спутнике установлены атомные часы, позволяющие рассчитывать самое точное время. Это очень дорогостоящее удовольствие. Поэтому приемники не оснащаются такими часами. Если умножить время прохождения сигнала на скорость распространения радиоволн - получим расстояние от спутника до приемника. (Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве равна скорости света в вакууме: с =  300 тыс. км/сек). Из чего состоит система?

Космический сегмент – представляет из себя 32 средне-орбитальных спутника, из которых 24 - основные и 8 спутников в резерве. Спутники вращаются на 6 круговых орбитах, располагая по 4 спутника на орбиту. Плоскости орбит разнесены по долготе на 60 градусов. Наклон плоскости орбиты к плоскости экватора составляет 55 градусов, а расстояние от поверхности земли до спутника 20,2 тыс. км. Почему выбрана такая высота? Потому, что на такой высоте, период их обращения составляет 12 часов, т.е. половине звездных суток.

Наземный сегмент – состоит из 4-х станций наблюдения и контроля, расположенных на Гавайях, атолле Кваджелейнт (Kwajalein), островах Вознесения (Ascension Island) и Диего – Гарсия (Diego Garcia), а также на базе Falcon военно-воздушных сил США в Колорадо – Спрингс (Colorado Springs) она же является главной контрольной. Станции следят за спутниками, записывая всю информацию об их движении каждые 1,5 секунды, которая передается на главную командную станцию для корректировки орбит и навигационной информации.

Пользовательский сегмент – это приемники пользователей, которые обрабатывают принятые данные со спутника, рассчитывают координаты, скорости и время.

Завершая наземный сегмент, нельзя не упомянуть об одной очень важной детали. При определении координат, GPS использует всемирную геодезическую систему WGS84 (World Geodetic System - 1984). Для нас, мореплавателей, важно знать об этой особенности. Так как карты, на которых ведется прокладка курса, могут быть не приведены к этой системе. Если не обращать на это внимание и тупо переносить координаты снятые с приемника, все это может привести к необратимым последствиям.

На этом пожалуй, закончим пост. Старался как можно понятнее объяснить принцип работы. Если же вам понравилось, то обязательно разложим все по полочкам. Разберем подробно, как определяются координаты. Зачем нужны атомные часы или эталон времени. Что такое геоцентрические системы. В чем разница между SPS (Standart Positioning Service) и PPS (Precise Positioning Service). Для чего нужны каналы L1 и L2. Что влияет на точность измерения. EPE (Estimated Position Error). Что означают Эфемеридные данные и данные Альманаха. Любимый режим SA (Selective Availability). Факторы PDOP (Position Dilution Of Precision) и HDOP (Horizontal Dilution Of Precision). И многое другое.

Скажу сразу, что углубляться основательно в теорию радиотехники не будем. Все это разберем на уровне хорошей эксплуатации. Чтобы каждый из нас, понял, как все это работает. И в дальнейшем чувствовал себя уверенно, как настоящий профессионал своего дела.

С уважением, Алексей Мартынюк.