Первый вопрос, что значит gps: Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System, что на русский язык переводится как Глобальная Позиционирующая Система. Говоря о том, что такое gps простым языком — это комплекс спутникового, аппаратного и программного обеспечения, которые обеспечивают возможность точного определения положения объекта на земной поверхности, используя стандартизированную систему координат WGS 84.

Ключевые особенности

Система была разработана, запущена и обслуживается министерством обороны США, на текущий момент являясь доступной для применения в гражданских нуждах. Для получения точных координат подойдет любое устройство, в котором есть GPS приемник, включая и большинство моделей смартфонов. Работает во всем мире, за исключением ряда областей около полюсов.

Что означает gps и как появилась

Проектирование системы велось с середины прошлого столетия, программа носила названия Timation и разрабатывалась в Центральной лаборатории ВМС США, изначально ориентируясь на потребности флота. Ключевым этапом стал успешный запуск спутников в 1964 году, а также продолжавшийся до 1973, по программе NavStar, в декабре того же года программа получила свое современное название GPS.

Основные характеристики

Базой системы является группа из не менее чем 24 спутников. Периодически, в среднем раз в десятилетие, осуществляется их замена на новые, а также предусмотрен резерв на случай аварийных и внештатных ситуаций. Каждый из спутников имеет вес около тонны и оснащен панелями солнечных батарей, с размахом около 5 метров. Существует 6 основных орбит с высотой до 18 тысяч километров, а период обращения составляет 12 часов. Работают наземные станции контроля и управления, а точное местоположение объектов вычисляется по специальному алгоритму, с учетом:

  • измерения времени прохождения радиосигнала, с замерами не менее чем по 4 спутникам;
  • кода идентификации;
  • координат положения в пространстве и на орбите и ряда других.

Важно: GPS считается одной из наиболее надежных и стабильных систем. Тем не менее, рядом стран разработаны и уже внедряются альтернативы, обладающие рядом своих собственных преимуществ.

Говоря простым языком, спутники GPS принимают и передают сигналы из космоса, который позволяет в режиме реальное времени вычислить точное положение объектов на земле 3 координатам.

Система GPS условно включает 3 сегмента:

  • спутниковый, на текущий момент 32 аппарата на орбите;
  • управляющий (контрольный), с наземными управляющими и мониторинговыми станциями, антеннами;
  • пользовательский, с сотнями миллионами устройств, датчиками встроенными в смартфоны, GPS трекеры для транспорта, от автомобилей, до поездов, морских судов и самолетов.

Что делает GPS и как обеспечивает определение точного местоположения на земле в режиме реального времени

В основе работы системы лежит измерение расстояния до спутников. Так как скорость движения волн составляет до 300 тыс. км/c, то раскоординация в сотую долю секунды приводит к возникновению ошибки в тысячи км. Именно поэтому каждый из спутников оснащен сразу 4 атомными часами с максимально высокой точностью и взаимным контролем. Чем большее количество спутников используется для измерений, тем точнее будут координаты и ниже вероятность ошибок.

Интересный факт: Вплоть до 2000 года, точность измерений системы GPS для объектов, которые не были связаны с министерством обороны США, умышленно увеличивалась до 100 метров. Позднее ограничения были сняты и точность позиционирования улучшена до 10 метров, а в наиболее продвинутых приемниках, которые принимают сигнал от 12 спутников, до 3-5 метров.

Что такое трилатерация и как она используется в GPS

Трилатерация — специальный алгоритм, который широко применяется в геодезии. Для определения положения используется система треугольников со смежными сторонами, на которые разбивается пространство, с последующим выполнением расчетов на основе длины их сторон. Эффективно применяется вместе с триангуляцией и полигонометрией.

Как работает GPS в современных смартфонах

Подавляющим большинством мировых производителей поддержка GPS выполнена на уровне чипсетов во всех моделях смартфонов, включая бюджетные. Определение координат это востребованная функция, которая используется множеством приложений, начиная от автомобильных и туристических навигаторов, до фитнес-трекеров. Процедура приема сигналов от спутников, необходимых вычислений, когда рассчитывается точка и ее координаты, является достаточно энергозатратной. Поэтому замеры выполняются не постоянно, а с определенной частотой.

Полезная информация: Очень распространенным заблуждением является то, что смартфоны представляют опасность, так как постоянно излучают сигналы. На самом деле гаджеты выступают только приемниками, а за обработку информации отвечает их процессор, от нагрузки на который и возникает расход энергии.

Какие типы GPS-приемников и устройств существуют

Все устройства выпускаются в соответствии с техническим регламентом, требованиями международных стандартов. Классифицируется несколько типов GPS-приемников:

  • стационарные;
  • портативные;
  • в виде внешних модулей.

Внешние модули имеют широкое применение, подключаясь к различному оборудованию, а также бортовым компьютерам транспортных средств, ноутбуков или КПК. Поддерживаются любые из интерфейсов передачи данных, включая Bluetooth, COM и USB. В случае, когда речь идет о модулях CFIO или SDIO, то их устанавливают в соответствующие слоты.

Где применяют GPS

Изначально система разрабатывалась для нужд военной промышленности США. Несмотря на это, область ее применения быстро перетекла в гражданскую сферу, включая следующие направления:

  • мобильная связь;
  • картография;
  • мониторинг наземного, морского, авиационного транспорта;
  • системы автоматизированного управления буровыми и другими установками, промышленным оборудованием, можно подключить любой объект;
  • геодезия;
  • игровые приложения и многое другое.

Какими преимуществами и недостатками обладает GPS

К основным преимуществам GPS относятся:

  • высокая надежность и отказоустойчивость;
  • полное покрытие поверхности Земли, за исключением областей около полюсов;
  • высокая точность определения координат с погрешностью до нескольких метров;
  • минимальное время для вычислений координат;
  • относительно небольшие затраты энергии и вычислительных мощностей приемников;
  • доступность, идет в базовом варианте комплектации большинства смартфонов, можно недорого купить внешние модули для ноутбуков, оборудования, транспорта.

К недостаткам относятся возможность сбоев в северных регионах, из-за погодных факторов, а также необходимость использования корректирующих станций.

Есть ли у GPS альтернативы

Несмотря на то, что GPS имеет глобальный охват и фактически стал стандартом и синонимом Глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS), в последние десятилетия, а особенно годы, ведется разработка достаточно большого количества аналогов, включая:

  • ГЛОНАСС (Россия);
  • BeiDou (Китай);
  • NavIC (Индия).

Следует отметить, что все указанные системы используют схожие принципы и алгоритмы работы. Поэтому по точности и охвату, распространенности, как минимум некоторое время, будут уступать GPS.