Die Satellitennavigationsanlage GPS war entwickelt DURCH DIE USA für den Gebrauch zu den militärischen Zwecken ursprüngliches. Ein anderer bekannter Name des Systems - "NAVSTAR". Der gewordene bereits nominale Name "GPS" ist die Verkleinerung von der globalen Navigationsanlage, die als globale Navigationsanlage gebracht wird. Diesem Namen vollständig wird der Bestimmungsort des Systems - Garantie der Navigation in der gesamten Gegend der terrestial Kugel gekennzeichnet. Nicht nur auf trockenem Land, aber auch am Meer und in einer Luft. Mit Navigation Signalen des Systems GPS, kann jeder möglicher Benutzer seine gegenwärtige Position mit der hohen Genauigkeit feststellen.
Diese Genauigkeit wurde in vielerlei Hinsicht wegen der Schritte der amerikanischen Regierung möglich, die in 2000 System GPS von zugänglichem und für die Zivilbenutzer geöffnet bildeten. Uns zurückrufen lassen, daß sie mit dem Hilfsmittel des speziellen Regimes des vorgewählten Zuganges (SA - vorgewählte Verwendbarkeit) in das gebrachte Signal wurde eingeführt den Verzerrungen früher ist, die die Genauigkeit der Positionierung auf 70-100 Meter verringern. Von einem Mai 1 2000, war dieses Regime geöffnet und Genauigkeit erhöht auf 3-10 Meter.


Wirklich gab dieser Fall leistungsfähigen Impuls für die Entwicklung tägliche Navigation GPS Ausrüstung, zu einer Verringerung seiner Kosten und seine aktive Popularisierung unter den üblichen Benutzern. Am gegenwärtigen Moment werden fangen GPS die Empfänger der unterschiedlichen Arten aktiv in allen Regionen der menschlichen Tätigkeit angepaßt und von der üblichen Navigation an und folgern durch persönliche Steuerung und faszinierende Spiele, Art "Geocaching ". Entsprechend den Resultaten vieler Studien, verleiht Gebrauchnavigation GPS Systeme große ökonomische Wirksamkeit für die Weltwirtschaft und -ökologie - Aufstiege Sicherheit der Bewegung, ist- verbesserte Straße Situation, die Kraftstoffverbrauchabnahmen, eine Quantität schädliche Ausstoßen in die Atmosphäre wird verringert.
Die wachsende Abhängigkeit der europäischen Wirtschaft auf System GPS und infolgedessen von der Leitung DER USA, gezwungenes Europa, zum der Entwicklung seiner eigenen Navigationsanlage anzufangen - Galilleo. Neues System ist in vielerlei Hinsicht System GPS ähnlich.
Aufbau des Systems GPS
Raumsegment
Das Raumsegment des Systems GPS besteht aus der Augenhöhlengruppierung der Satelliten, die Navigation Signale ausstrahlen. Satelliten werden auf 6 geordnet und Bahnen auf der Höhe von ungefähr 20000 Kilometern die einkreisende Zeit des Satelliten besteht 12 Stunden und Geschwindigkeiten aus ungefähr 3 km/.ch. So in den twenty-four Stunden, vollendet jeder Satellit zwei komplette Revolutionen um die Masse. Der erste Satellit wurde während Februars 1978 vernachlässigt. Seine Größe mit den geöffneten Solarbatterien war 5 Metern und Gewicht gleich - mehr als 900 Kilogramm dieses war der Satellit der ersten Änderung Gps-.i. In den letzten 30 Jahren in der Bahn wurden einigen Änderungen GPS der Satelliten ersetzt: Gps II -.a, Gps II -.r, Gps Iir-.m. Bei Modernisierung, die das Gewicht der Satelliten, es verringert wurde, wurde der Stabilität von an Bord Stunden, rose Zuverlässigkeit verbessert. Gps Satelliten bringen drei Navigation Signale bei zwei Frequenzen L1 und L2. das "Zivil" Signal C/.A, gebracht bei Frequenz L1 (1575.42 MHZ), ist zu allen Benutzern zugänglich und stellt die Genauigkeit der Positionierung von von 3-10 Metern sicher. High-precision "militärischer" p Code, wird bei Frequenzen L1 und L2 (1227.60 MHZ) und seine Genauigkeit durch einen Auftrag über "Zivil" Signal gebracht. Der Gebrauch von einem Signal, gebracht bei zwei unterschiedlichen Frequenzen, macht es möglich, ionosphärisches auch teilweise auszugleichen verzögert.
In der letzten Änderung der Satelliten "GPS Iir- m" wird dem neuen "Zivil" Signal L2C verwirklicht, gesollt Genauigkeit GPS von Maßen erhöhen.


Die Kennzeichnung der Navigation Signale wird entsprechend der Zahl erzielt, die "Pseudo-Geräusche Code" (PRN - pseudo-.random Geräusche) entspricht, einzigartig für jeden Satelliten. In der technischen Spezifikation waren GPS des Systems gesetzt 32 Codes ursprüngliches. Im Entwicklung Stadium des Systems und der Ausgangsperiode seines Betriebes, wurde er geplant, dem eine Quantität Arbeitssatelliten nicht 24- x. die freien Codes übersteigt, die, sie für neue GPS Satelliten getrennt wurden, die auf dem Stadium des Setzens in Kommission sind. Und diese Quantität war es für das normale Arbeiten des Systems genügend. Aber zur Zeit, in der Bahn werden bereits 32 Satelliten gefunden, von denen Funktion 31 in den Betriebsbedingungen, Navigation Signal auf die Masse bringend.
die "Redundanz" der Satelliten macht es möglich, die Berechnung der Position sicherzustellen dem Benutzer unter den Bedingungen, in denen die "Sicht" des Himmels es durch high-rise Gebäude, Bäume oder Berge begrenzt wird.


Bodennahes Segment
Das bodennahe Segment des Systems GPS besteht aus den Kohlsuppen der Kontrollstationen und des Hauptinstrumentbrettes, geordnet auf den Militärunterseiten USA - auf Kwajalein Inseln und Hawaii im pazifischen Ozean, auf Voznesen'ya Insel, auf Diego- Garcia Insel im indischen Ozean und in den Colorado Springs. In die Aufgaben der Stationen der Überwachung trägt Methode und das Maß der Navigation Signale ein, die mit GPS Satelliten hereinkommen, die Berechnung der unterschiedlichen Art von Störungen und das Getriebe dieser Daten zum Instrumentbrett. Die gemeinsame Verarbeitung der erhaltenen Daten macht es möglich, die Ablenkung der Flugbahn der Satelliten von den gekennzeichneten Bahnen, der temporären Versetzungen von an Bord Stunden und der Störung in den Navigation Kommunikationen zu errechnen. Die Überwachung des Zustandes GPS der Satelliten tritt praktisch ununterbrochen die "Last" der Navigationsinformationen, die bestehen aus den prognostizierten Bahnen auf und die Korrekturen der Stunden für jeden der Satelliten, wird alle 24 Stunden, in dem Augenblick als vollendet, wenn es in der Zone des Zuganges zum Instrumentbrett ist.


Zusätzlich zu den Grund-GPS Stationen gibt es einiges Einzelheit- und Zustandnetze der trackings, die Maßnavigation GPS Signale für das Verfeinern der atmosphärischen Parameter und der Flugbahn der Bewegung der Satelliten durchführen.
Ausrüstung der Benutzer
Durch die Ausrüstung des Benutzers werden den Navigation Empfängern angedeutet, die ein Signal von den Satelliten GPS für das Aufzählen der gegenwärtigen Position, der Geschwindigkeit und der Zeit benutzen. Benutzerausrüstung kann in das "tägliche" und "in den Fachmann" geteilt werden. Die Trennung ist in vielerlei Hinsicht dieses bedingt, da festzustellen manchmal genug ist schwierig, in, welcher Kategorie gesetzter GPS Empfänger sein sollte und welche Kriterien in diesem Fall verwendeten. Es gibt wholes Kategorie GPS der Nautiker, die in den Fußmärzen verwendet werden, die Automobilreisen, auf Fischen und dergleichen gibt es die Luftfahrt- und Seenavigationsanlagen, die häufig am Aufbau der durchdachten Navigation Komplexe teilnehmen. Vor kurzem breite Annahme erreichte GPS die Späne, die in KPK, in den Telefonen und in anderen beweglichen Vorrichtungen integriert werden.
Folglich in der Navigation größere erreichte die Ausbreitung Abteilung von GPS der Empfänger in den "Code" und "in Phase". Im ersten Fall denn im Aufzählen der Position, wird den Informationen verwendet, gebracht in die Navigation Kommunikationen. In dieser Kategorie wird die Majorität der billigen GPS Nautiker, durch die Kosten von 100-2000 Dollar gelegt.


Die zweiten Kategorie Navigation GPS Empfänger benutzt nicht nur die Daten, die in den Navigation Kommunikationen enthalten werden, aber auch ein Trägerfrequenzsignal. In der Majorität der Fälle sind diese die kostspieligen und Zweifrequenz (L1 und L2) geodetic Empfänger, die zur Berechnung von von Position mit der relativen Genauigkeit in einige Zentimeter und in gleichmäßige Millimeter fähig sind. Diese Genauigkeit wird im RTK Regime, während der gemeinsamen Verarbeitung der Maße GPS des Empfängers und Daten der niedrigen Station erreicht. Die Kosten solcher Vorrichtungen können 10 aus Tausenden Dollar bestehen.


Betriebsprinzip GPS
Das Betriebsprinzip der Satelliten-GPS Navigation basiert auf der Ermittlung des Abstandes von der gegenwärtigen Position zur Gruppe der Satelliten. Die exakte Position GPS der Satelliten bekannt von den Daten von Ephemerides und von Almanach, geübertragen in den Navigation Kommunikationen. Abstand zu drei Satelliten kennend, ist es möglich, die gegenwärtige Position als Koinzidenzpunkt von drei Kreisen zu definieren.
Abstand zu den Satelliten durch die einfache Gleichung R = t *c, in dem t - Zeit der Ausbreitung des Funksignals vom Satelliten zum Beobachter und s - Konstante, Gleichgestelltes zur Lichtgeschwindigkeit festgestellt wird. Dementsprechend die Zeit kennend, innerhalb deren das Signal, das vom Satelliten zum GPS Empfänger erreicht wird und, nachdem man multipliziert hat, zu ihm mit der Lichtgeschwindigkeit, es möglich ist, um Abstand festzustellen.


Um den Moment festzustellen, für den das Signal "gesendet" vom Satelliten war, wird Navigation Kommunikation durch "Pseudo-Geräusche" Prn- Code moduliert, der der Zahl des Satelliten entspricht. Analoge Reihenfolge wird im GPS Empfänger in einer strengen temporären Synchrounisierung mit dem Code des Satelliten erzeugt. Angenommen vom Satellitencode wird mit dem Code des Empfängers verglichen und wird "definiert, wie vor langer Zeit" im Empfänger erzeugte ähnliche Reihenfolge war. Aufgedeckte folglich Verschiebung von einem Code in Bezug auf andere entspricht Durchfahrtzeit durch das Signal des Abstandes vom Satelliten zum Empfänger. Der Vorteil der Codeanzeigen ist die Tatsache, daß die Maße der temporären Versetzung von der Zeit jederzeit durchgeführt werden können.


Es ist lohnend, zu merken, daß für die exakte Berechnung der Abstand Stunden GPS des Empfängers und GPS Satellit mit der hohen Genauigkeit synchronisiert werden muß. Weil Unterschied sogar bezüglich einiger Mikrosekunden zu die Störung in einige 10 Kilometer führen und diese stellt der Reihe nach Fehlberechnung der Position vor.
Aber, wenn zu GPS Satelliten die Atomuhren hergestellt werden, die sehr hohe Genauigkeit und Kosten haben, aus denen es mehreree hundert Tausenden aus Dollar besteht, dann in den üblichen GPS Nautikern ist der Gebrauch von solchen kostspieligen Quellen der Frequenz einfach unmöglich. In GPS werden Nautikern die billigen Kristallgeneratoren verwendet, die im wesentlichen kleinere Genauigkeit haben. Folglich für das Aufzählen der "Zurücknahmen" des Quarzes während der Lösung des Navigation Problems sind verwendete Maße 4 GEHEN vom Satelliten. Wirklich ist Aufgabe von den ya-mya Unbekannten - Koordinaten X, Y, Z bis zum Zeit T genau für diesen Grund der gemessene Abstand zu den Satelliten wird durch "den Pseudo-Abstand" benannt und andeutet, daß er die Störung enthält, die mit einer Ungenauigkeit in den Stunden angeschlossen wird. Zur Zeit spüren Mehrkanal-GPS Nautiker gleichzeitig zu 8-10 Satelliten auf, das es möglich, die Mehrheit einen Mehrdeutigkeiten schnell zu lösen macht.


Informationen über die Position der Satelliten GPS Empfänger erreichen von denen, die in die Navigation Kommunikationen von Daten des Almanachs und der Ephemerides gebracht werden. Almanach enthält Informationen gegen die Anordnung für Satelliten "vor dem Himmel", der nach dem aufeinanderfolgenden Anfang GPS des Instrumentes die suchenden Sektoren für Navigation Signal beträchtlich verengen und die Zeit seines "Erwerbs" verringern darf. Die exakten Koordinaten der Satelliten werden auf der Grundlage von Daten von Ephemerides errechnet. Im Gegensatz zu dem Almanach überträgt der Satellit nur Daten "seiner" Ephemerides; folglich für seinen Gebrauch in der Berechnung der Position, muß GPS Empfänger komplette Navigation Kommunikation erreichen. Die Störungen der Übertragung, angeschlossen mit den "schlechten" umgebenden Bedingungen, können die Zeit der Fixierung der Position im wesentlichen erhöhen. Die Anwesenheit im Gedächtnis von Daten des Almanachs und der Ephemerides läßt es möglichen GPS, damit Empfänger Position in 1-2 Sekunden feststellt. Dieses Regime wird "heißen" Anfang genannt. Formfaktor stellt die Ausrichtung GPS des Empfängers und der Satelliten fest, verwendet in der Berechnung der Position. Sein Wert beeinflußt die Genauigkeit der Ermittlung der Position. Wenn alle Satelliten in einer Richtung vom GPS Empfänger geordnet werden, dann ist der Bereich des Durchschnitts aller Kreise genügendes großes. Dieser Bereich kennzeichnet den Wert der Ungewißheit der Maße, die die Genauigkeit der Berechnung der Position beeinflussen.


Im Fall wenn Satelliten "ganz um" GPS Empfänger geordnet werden, die Durchschnittregion der Kreise und beziehungsweise der Wert von Ungewißheiten, die sie verringern.


Quellen der Störungen
In der Wirklichkeit in der Praxis sieht alles ein wenig komplizierter als in der Theorie aus. Dieses wird durch Einfluß auf GPS Maß der unterschiedlichen Art von Störungen erklärt. Es ist möglich, drei Kategorien Störungen zu lokalisieren:
- die Störungen des Systems
- Störungen werden mit Ausbreitung des Navigation Signals angeschlossen
- die Störungen des Empfangens der Ausrüstung.


Die Störungen des Systems werden mit der Genauigkeit der Atomuhren der Satelliten und mit der Korrespondenz an die reale Flugbahn der Satelliten an die gekennzeichnete Bahn angeschlossen. Obwohl in jedem GPS Satelliten werden den high-precision Atomuhren verwendet, können sie Störungen auch enthalten und vom zutreffenden Wert des System Standards der Zeit sich unterscheiden. Abweichung in 30 ns führt zu die Störung in der Ermittlung des Abstandes in 10 Meter. Folglich werden alle Ablenkungen von an Bord Stunden aufgespürt und ihre Werte werden in den Aufbau der Navigation Kommunikationen gebracht und gelten als GPS durch Empfänger in den Berechnungen der Position.
Die zweite Art der Systemfehler wird mit einer Ungenauigkeit in den gebrachten Ephemerides angeschlossen. Im mathematischen Modell gelten sie als viele Faktoren, die eine Änderung in der Flugbahn der Bahnen GPS der Satelliten beeinflussen, aber kleine Störungen sind dennoch anwesend
Der bedeutendste Beitrag zu den Navigation Maßen stellen die Störungen vor, angeschlossen mit Ausbreitung des Signals an die Atmosphäre der Masse, nämlich in seinen ionosphärischen und troposphärischen Schichten. Das ionosphere der Masse ist die Schicht der belasteten Partikel auf der Höhe von 120 bis 200 Kilometer diese Partikel verringern die Signalgeschwindigkeit und folglich werden erhöht seine Zeit. Ist beziehungsweise eingeführte Störung in die Schätzung des Abstandes vom GPS Empfänger zum Satelliten. Diese verzögert können während der unterschiedlichen Zeit simuliert werden, werden Durchschnitt berechnet und eingeführt in den Maßen, aber leider in diesen Modellen kann nicht reale Situation genau reflektieren. Nach dem Durchgang der ionosphärischen Schicht, Navigation Signal fällt in die troposphärische Schicht, in der Allwetter- Phänomene die anwesenden Wasserdämpfe auftreten und sind und auch beeinflussen die Signalgeschwindigkeit. Für das Beschäftigen das ionosphärische verzögert Gebrauchdifferential eine Methode der Bestimmung der Position. Die korrektiven Korrekturen werden mit dem Hilfsmittel der geostationären Satelliten WAAS/.EGNOS gebracht und sie machen es möglich, die Genauigkeit der Positionierung auf 1 Meter zu erhöhen.


Laub der Bäume, besonders nach Regen, schwächt erheblich das Niveau der Navigation Signal genommener GPS durch Empfänger
Die Störungen des Multilichtstrahl Buchstabens können in die Kategorie der Störungen gleichzeitig auch gelegt werden, angeschlossen worden mit dem Ausbreitungnavigation GPS Signal und an Störungen GPS des Empfängers. Die Störung des Multilichtstrahl Buchstabens wird mit der Re-Reflexion des Navigation Signals von den nahen Gegenständen - Gebäude, die Metallaufbauten, die Bäume, usw. angeschlossen. Resultierend aus diesem Effekt übersteigt die Zeit der Ausbreitung des reflektierten Signals die Zeit von "verweisen" Signal. Wenn das Niveau des Re-reflektierten Signals höher als das Niveau "des direkten" Signals ist, tritt dann fehlerhafte "Ergreifung" auf, und infolgedessen, ist eingeführte Störung in die Berechnungen des Abstandes zum Satelliten.


Die Störung des Empfangens der Ausrüstung wird mit "Geräuschen" mit denen angeschlossen, die im Radio-Teil GPS des Nautikers erscheinen. Diese Störungen in vielerlei Hinsicht werden durch die Qualität der verwendeten Elementunterseite GPS der Empfänger festgestellt.

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