GPS

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 1. tammikuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 43 muokkausta .
GPS
maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä GPS
Alkuperämaa
Operaattori AFSPC
Sovellus armeija, siviili
Tila hyväksikäyttö
Pinnoite maailmanlaajuisesti
Tarkkuus ⩽7,8 m (tyypillisesti noin 0,715 m) [1]
satelliittien tähdistö
Vaaditaan 24
Kiertoradalla 32
Ensimmäinen aloitus Helmikuu 1978
Laukaisuja yhteensä 72
Rata
Tyyppi keskikorkea
Korkeus 20 180 km
muu
Verkkosivusto gps.gov
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

GPS ( eng.  Global Positioning System  - maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä, lukee JP Es, myös GPS (global positioning system) - satelliittinavigointijärjestelmä, joka tarjoaa etäisyyden, ajan mittauksen ja määrittää sijainnin WGS 84 -maailman koordinaattijärjestelmässä . määrittää melkein missä tahansa sääpaikassa missä tahansa maan päällä (paitsi napa-alueita) ja lähellä maapalloa olevaa avaruutta Järjestelmän on kehittänyt, toteuttanut ja käyttänyt Yhdysvaltain puolustusministeriö , mutta se on tällä hetkellä saatavilla siviilikäyttöön - tarvitset vain navigaattorin tai muu laite (esimerkiksi älypuhelin), jossa on GPS - vastaanotin.

Järjestelmän käytön perusperiaate on määrittää sijainti mittaamalla ajankohdat, jolloin kuluttajan antenni vastaanottaa synkronoidun signaalin navigointisatelliiteista. Kolmiulotteisten koordinaattien määrittämiseksi GPS-vastaanottimella on oltava neljä yhtälöä: "etäisyys on yhtä suuri kuin valonnopeuden ja kuluttajan signaalin vastaanoton hetkien ja sen satelliiteista tulevan synkronisen säteilyn hetken välinen ero. ": .

Tässä:

 on : nnen satelliitin sädevektori ,  on signaalin vastaanoton hetki -. satelliitista kuluttajan kellon mukaan,  - kaikkien satelliittien synkronisen signaalin tuntematon aikapiste kuluttajan kellon mukaan,  on valon nopeus,  — kuluttajan tuntematon sädevektori.

Historia

Ajatus satelliittinavigoinnin luomisesta syntyi jo 1950-luvulla (GPS:n kanssa analoginen tekninen järjestelmä kuvattiin ensimmäisen kerran Ernst Jungerin lähes fantastisessa romaanissa Heliopolis, joka julkaistiin vuonna 1949 ). Sillä hetkellä, kun ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti laukaistiin Neuvostoliitossa , amerikkalaiset tutkijat Richard Kershnerin johdolla tarkkailivat Neuvostoliiton satelliitista lähtevää signaalia ja havaitsivat, että Doppler-ilmiön vuoksi vastaanotetun signaalin taajuus kasvaa satelliitin lähestyessä ja vähenee poistuessaan. Löytön ydin oli, että jos tiedät tarkalleen koordinaattisi maan päällä, on mahdollista mitata satelliitin sijainti ja nopeus, ja päinvastoin, kun tiedät satelliitin tarkan sijainnin, voit määrittää oman nopeudesi ja koordinaattisi. [2] .

Tärkeä virstanpylväs tiellä asevoimien välisen satelliittinavigointijärjestelmän luomiseen oli satelliittien laukaisu Timation -ohjelman puitteissa matalalle Maan kiertoradalle . Työ Timation-ohjelman parissa alkoi Central Naval Laboratoryssa vuonna 1964. Ohjelman käynnisti laivasto omiin tarpeisiinsa, eikä siinä vaiheessa puhuttu yhtenäisen järjestelmän luomisesta kaikentyyppisille asevoimille [3] .

Vuonna 1973 käynnistettiin "DNSS"-ohjelma, joka nimettiin myöhemmin uudelleen "NavSTAR" (Navigation Satellite Timing and Ranging - Navigointisatelliitin aika ja kantama). NavStar-ohjelman satelliitit laukaistiin paljon korkeammalle, keskimaan kiertoradalle . Ohjelma sai nykyaikaisen nimensä "GPS" joulukuussa 1973 [3] [4] .

Yhdysvaltain laivaston navigointisatelliitit (1967-1981)
Satelliitti T-1 T-2 NTS-1 NTS-2 NTS-3
Julkaisupäivä 31. toukokuuta 1967 30. syyskuuta 1969 14. heinäkuuta 1974 23. kesäkuuta 1977 Maaliskuu 1981
Rata matala maa keskikokoinen lähellä maata käynnistys epäonnistui
Korkeus ( km ) 920 920 13 620 20 200
Kaltevuus ( aste ) 70 70 125 63.6
Epäkeskisyys 0,001 0,002 0,007 0,0004
Paino ( kg ) 39 57 295 440 490
Teho (W) 6 kahdeksantoista 125 400 450
taajuusalue UHF VHF / UHF UHF / L UHF / L 1 / L 2 UHF / L 1 / L 2
Signaaligeneraattori
(työmateriaali)		 kvartsi kvartsi kvartsi / rubidium kvartsi / cesium cesium / vetymaser
Coef. purku ( 10-13
/ päivä )		 300 100 5…10 ( 7) 1…2 ( 1,5) 0.1
Tiedon lähteet


Interspesifisen satelliittinavigointijärjestelmän luomiseen 1970-luvulla osallistui kolme Yhdysvaltain asevoimien päähaaraa : laivasto , ilmavoimat ja armeija . Tässä he pyrkivät seuraaviin tavoitteisiin: [3]

Satelliittinavigointi- ja topografiset referenssilaitteet (GPS-vastaanotin, koordinaattien ulostulolaitteet ja ballistiset tietokoneet) oli tarkoitettu sijoitettavaksi aluksiin ja sukellusveneisiin, jotka kuljettavat risteily- ja ballistisia ohjuksia, panssarivaunuihin ja panssaroituihin ajoneuvoihin , operatiivis-taktisiin ohjusjärjestelmiin , itseliikkuvaan tykistötelineen ja hinattavat tykistöaseet sekä muut sotatarvikenäytteet [5] .

Julkiset ja yksityiset tutkimus- ja tieteelliset tuotantolaitokset osallistuivat järjestelmän luomiseen:

Luettelo mukana olevista rakenteista [6] Yhdysvaltain laivaston laitokset Yhdysvaltain ilmavoimien laitokset Yhdysvaltain armeijan laitokset Yksityiset kaupallisten rakenteiden tutkimus- ja tuotantolaitokset

Myöhemmin NAVSTAR/GPS-ohjelman johtavat yksityiset urakoitsijat olivat General Electric Valley Forgessa Pennsylvaniassa ja Rockwell International Seal Beachissä Kaliforniassa [ 5] .

Vallan korkeimmissa asteissa byrokratian suhtautuminen kehitettäviin innovaatioihin oli melko skeptinen, koska signaalin dekoodaus ei ollut ongelma Neuvostoliiton, Kiinan ja muiden valtioiden asevoimien radiokuuntelulaitoksille [7] .

Ensimmäinen NavStar-satelliitti laukaistiin 14. heinäkuuta 1974. Neuvostoliiton GLONASS - satelliitin laukaisu vuonna 1982 sai Yhdysvaltain kongressin jakamaan rahaa ja nopeuttamaan työtä. Käytiin kylmä sota, kilpavarustelu kiihtyi. Vuonna 1983 aloitettiin intensiivinen työ GPS:n luomiseksi, ja viimeinen kaikista 24 satelliitista, jotka tarvittiin peittämään maan pinnan kokonaan, laukaistiin kiertoradalle vuonna 1993, ja GPS tuli palvelukseen. GPS:n avulla tuli mahdolliseksi kohdistaa ohjukset tarkasti paikallaan oleviin ja sitten liikkuviin esineisiin ilmassa ja maassa.

Aluksi globaali paikannusjärjestelmä kehitettiin puhtaasti sotilaallisena hankkeena (ensinkin tämä tehtiin salassapitotarkoituksessa, ja toiseksi kaupalliset rakenteet eivät nähneet suuria osinkoja tässä projektissa ohjelmistotuotteen tuomisesta siviilikäyttöön. Kolmanneksi sotilastilausten määrä salli urakoitsijoiden olla ajattelematta kaksikäyttötoimintoja). Mutta sen jälkeen, kun Korean Airlinesin lento KE007, Neuvostoliiton ilmatilaan päätynyt siviili- Boeing 747 ammuttiin alas lähellä Sahalinin saarta vuonna 1983 , ja koska syyksi mainittiin miehistön hajoaminen avaruudessa, Yhdysvaltain presidentti Ronald Reagan lupasi sallia lentokoneen käytön. navigointijärjestelmä siviilikäyttöön maailmanlaajuisesti [8] . Järjestelmän sotilaallisen käytön välttämiseksi tarkkuutta pienennettiin erityisellä algoritmilla.[ selventää ]

Sitten ilmestyi tietoa, että jotkut yritykset olivat tulkinneet algoritmin tarkkuuden vähentämiseksi L1-taajuudella ja kompensoivat onnistuneesti tämän virheen komponentin. Vuonna 2000 Yhdysvaltain presidentti Bill Clinton [9] peruutti tämän tarkkuuden karhentamisen asetuksellaan .

Tekninen toteutus

satelliitteja
Lohko
Käynnistysjakso _		 Satelliittien laukaisu Työskentelee
nyt

(18.10.2022 alkaen)


Varauksessa _		 Huollon
alla
Kaikki
_		 Onnistui
_		 epäonnistunut
_		 Valmistautuminen
_		 Aikataulutettu
_
minä 1978-1985 yksitoista kymmenen yksi 0 0 0 0 0
II 1989-1990 9 9 0 0 0 0 0 0
IIA 1990-1997 19 19 0 0 0 0 7 0
IIR 1997-2004 13 12 yksi 0 0 7 0 0
IIR-M 2005-2009 kahdeksan kahdeksan 0 0 0 7 0 yksi
IIF 2010-2016 12 12 0 0 0 12 0 0
III 2018-2023 5 5 0 0 kahdeksan 5 0 0
IIIF 2025-2034 0 0 0 0 22 0 0 0
Kaikki yhteensä 74 72 2 0 kolmekymmentä 31 7 yksi
(Viimeisin tietojen päivitys: 17.6.2020)

Katso lisätietoja kohdasta Luettelo GPS-satelliittien laukaisuista

GPS koostuu kolmesta pääsegmentistä: tila, ohjaus ja käyttäjä [10] . GPS-satelliitit lähettävät signaalia avaruudesta, ja kaikki GPS-vastaanottimet laskevat tämän signaalin avulla sijaintinsa avaruudessa kolmessa koordinaatissa reaaliajassa.

Avaruussegmentti koostuu 32 maata kiertävästä satelliitista.

7. huhtikuuta 2020 mennessä 31 avaruusalusta (SC) on käytössä aiottuun tarkoitukseen. Vaiheessa, jossa 0 avaruusalusta otettiin järjestelmään, huoltoon otettiin 1 avaruusalus.

5.7.2021 mennessä 32 avaruusalusta on käytössä aiottuun tarkoitukseen.

Ohjaussegmentti koostuu pääohjausasemasta ja useista lisäasemista [11] sekä maanpäällisistä antenneista ja valvonta-asemista, joista osa mainituista resursseista on jaettu muiden hankkeiden kanssa.

Käyttäjäsegmenttiä edustavat valtion laitosten ylläpitämät GPS-vastaanottimet ja satoja miljoonia tavallisten käyttäjien omistamia vastaanottimia.

Avaruussatelliitit

Satelliittien kiertoradat

NAVSTAR-järjestelmän satelliittikonstellaatio pyörii Maan ympäri pyöreällä kiertoradalla kaikilla satelliiteilla samalla korkeudella ja pyörimisjaksolla. Pyöreä kiertorata, jonka korkeus on noin 20 200 km (kiertoradan säde noin 26 600 km ), on vuorokausikiertorata, jonka kiertorata on 11 tuntia ja 58 minuuttia; Näin ollen satelliitti kiertää kaksi kiertorataa Maan ympäri yhden sideerisen päivän aikana ( 23 tuntia 56 minuuttia ). Toisin sanoen aika, joka kuluu kahden peräkkäisen maanpinnan saman pisteen alisatelliittipisteen kautta, on suunnilleen 23 tuntia 56 minuuttia.

Myös radan kaltevuus (55°) on yhteinen kaikille järjestelmän satelliiteille. Ainoa ero satelliittien kiertoradoissa on nousevan solmun pituusaste tai piste, jossa satelliitin kiertoradan taso leikkaa päiväntasaajan: nämä pisteet ovat noin 60 asteen etäisyydellä toisistaan . Näin ollen samoista (lukuun ottamatta nousevan solmun pituuspiiriä ) kiertorataparametreja satelliitit pyörivät Maan ympäri kuudessa eri tasossa, jokaisessa 4 laitetta.

RF-ominaisuudet

Satelliitit säteilevät käyttöön avoimia signaaleja alueilla: L1 = 1575,42 MHz ja L2 = 1227,60 MHz (alkaen lohkosta IIR-M), ja IIF-mallit säteilevät myös taajuudella L5 = 1176,45 MHz . Nämä taajuudet ovat perustaajuuden 10,23 MHz 154., 120. ja 115. harmonisia , jotka on generoitu satelliitin sisäisellä atomikellolla ja joiden päivittäinen epävakaus on vähintään 10 -13 ; samalla atomikellon taajuutta siirretään arvoon 10,229 999 995 43 MHz kompensoimaan suhteellista siirtymää, joka johtuu satelliitin liikkeestä suhteessa maahavaintoon ja satelliitin gravitaatiopotentiaalien eroon. ja tarkkailija maan pinnalla (katso satelliittinavigointijärjestelmien aika ) [12] . Navigointitiedot voidaan vastaanottaa antennilla (yleensä satelliittien näköetäisyydellä) ja käsitellä GPS-vastaanottimen avulla .

Normaali tarkkuuskoodi (C/A-koodi - BPSK (1) -modulaatio) L1-kaistalla lähetettävä signaali (ja L2C (BPSK-modulaatio) -signaali L2-kaistalla alkaen IIR-M-laitteista) jaetaan ilman käyttörajoituksia. Alun perin L1:ssä käytetty keinotekoinen signaalin karhentaminen (selektiivinen pääsytila ​​- S / A) on poistettu käytöstä toukokuusta 2000 lähtien. Vuodesta 2007 lähtien Yhdysvallat on vihdoin luopunut keinotekoisen karkennuksen tekniikasta. Uusi L1C-signaali (BOC (1,1) -modulaatio) on tarkoitus ottaa käyttöön L1-kaistalla Block III -laitteiden lanseerauksen myötä. Sillä on taaksepäin yhteensopivuus, parannettu polunseurantaominaisuus ja se on paremmin yhteensopiva eurooppalaisen Galileo -satelliittipaikannusjärjestelmän L1-signaalien kanssa .

Sotilaskäyttäjille on lisäksi saatavilla L1 / L2-kaistoilla olevia signaaleja, jotka on moduloitu kohinaa kestävällä kryptosuojatulla P (Y) -koodilla (BPSK (10) -modulaatio). IIR-M-laitteista alkaen otettiin käyttöön uusi M-koodi (käytetään modulaatiota BOC (10, 5). M-koodin käyttö mahdollistaa järjestelmän toiminnan varmistamisen Navwar-konseptin (navigointisota) puitteissa. M-koodi lähetetään olemassa olevilla taajuuksilla L1 ja L2. Tämä signaali on lisännyt kohinansietokykyä, ja se riittää määrittämään tarkat koordinaatit (P-koodin tapauksessa oli myös tarpeen hankkia C / A-koodi). Toinen M-koodin ominaisuus on kyky lähettää se tietylle alueelle, jonka halkaisija on useita satoja kilometrejä, jossa signaalin voimakkuus on 20 desibeliä suurempi. Perinteinen M-signaali on jo saatavilla IIR-M-satelliiteissa, kun taas kapea säde on käytettävissä vain GPS-III-satelliiteissa.

IIF-lohkosatelliitin laukaisun myötä otettiin käyttöön uusi taajuus L5 ( 1176,45 MHz ). Tätä signaalia kutsutaan myös elämän turvallisuudeksi (ihmishengen suojelu). L5-signaali on 3 desibeliä vahvempi kuin siviilisignaali ja sen kaistanleveys on 10 kertaa leveämpi. Signaalia voidaan käyttää kriittisissä tilanteissa, joissa on uhka ihmishengelle. Täysi signaali otetaan käyttöön vuoden 2014 jälkeen.

Signaalit moduloidaan kahden tyyppisillä näennäissatunnaisilla sekvensseillä (PRN - Pseudorandom Noise): C / A-koodi ja P-koodi. C / A (Clear access) - julkinen koodi - on PRN, jonka toistojakso on 1023 jaksoa ja pulssin toistotaajuus 1,023 MHz . Kaikki siviili-GPS-vastaanottimet toimivat tällä koodilla. P (Protected/precise)-koodia käytetään yleiseen käyttöön suljetuissa järjestelmissä, sen toistojakso on 2·10 14 sykliä . P-koodimoduloidut signaalit lähetetään kahdella taajuudella: L1 = 1575,42 MHz ja L2 = 1227,6 MHz . C/A-koodi lähetetään vain L1-taajuudella. Operaattoria moduloidaan PRN-koodien lisäksi myös navigointiviestillä.

Satelliittityyppi GPS II GPS-IIA GPS-IIR GPS IIRM GPS-IIF GPS III
Paino (kg 885 1500 2000 2000 2170
Elinikä, vuotta 7.5 7.5 kymmenen kymmenen viisitoista
Laivalla aikaviite Cs Cs Rb Rb Rb+Cs
Satelliittien välinen
viestintä		 − + + + +
Itsenäistä
työtä, päiviä		 neljätoista 180 180 180 >60
Säteilysuojaus
_		 − − + + +
Antenni − − parantunut parantunut parantunut

Viritettävä kiertoradalla ja ilmassa kulkevan
lähettimen teho		 + + ++ +++ ++++
navigointisignaali
_		 L1:C/A+P
L2:P		 L1:C/A+P
L2:P		 L1:C/A+P
L2:P		 L1:C/A+P+M
L2:L2C+P+M		 L1:C/A+P+M
L2:L2C+P+M
L5:C(BPSK(10) 		L1:C/A+P+M+L1C-I+L1C-Q

L2:L2C+P+M

L5:C(BPSK(10)

24 satelliittia varmistavat, että järjestelmä on täysin toimintakuntoinen kaikkialla maailmassa, mutta ne eivät aina pysty tarjoamaan luotettavaa vastaanottoa ja hyvää sijaintilaskentaa. Siksi paikannustarkkuuden ja vikatilanteiden varauksen lisäämiseksi kiertoradalla olevien satelliittien kokonaismäärää ylläpidetään suurempana (32 satelliittia syyskuussa 2018).

Avaruussegmentin maaohjausasemat

Ratakoneita valvovat pääohjausasema ja 10 seuranta-asemaa. Pääasema sijaitsee Falcon Air Force Base -tukikohdassa Coloradossa . Loput seuranta-asemat sijaitsevat Yhdysvaltain sotilastukikohdissa Colorado Springsissä , Havaijin , Ascensionin , Diego Garcian ja Kwajeleinin saarilla . Ascension Islandin , Diego Garcian ja Kwajeleinin asemat pystyvät lähettämään korjaustietoja satelliiteille radiosignaalien muodossa taajuudella 2000-4000 MHz . Uusimman sukupolven satelliitit jakavat vastaanotetun tiedon muiden satelliittien kesken [13] .

GPS:n käyttö

Huolimatta siitä, että GPS-projekti oli alun perin suunnattu sotilaallisiin tarkoituksiin, GPS on nykyään laajalti käytössä siviilitarkoituksiin. GPS-vastaanottimia myydään monissa elektroniikkaliikkeissä , ja ne on rakennettu matkapuhelimiin , älypuhelimiin , rannekelloihin , PDA -laitteisiin ja laitteisiin . Kuluttajille tarjotaan myös erilaisia ​​laitteita ja ohjelmistotuotteita, joiden avulla he voivat nähdä sijaintinsa sähköisellä kartalla; kyky laatia reittejä ottaen huomioon liikennemerkit, sallitut käännökset ja jopa liikenneruuhkat; etsi kartalta tiettyjä taloja ja katuja, nähtävyyksiä, kahviloita, sairaaloita, huoltoasemia ja muuta infrastruktuuria.

  • Geodesia : GPS:n avulla määritetään pisteiden ja maarajojen tarkat koordinaatit.
  • Kartografia : GPS:ää käytetään siviili- ja sotilaskartografiassa.
  • Navigointi : GPS:n avulla suoritetaan sekä meri- että maantienavigointia.
  • Liikenteen satelliittiseuranta : GPS:n avulla seurataan autojen sijaintia, nopeutta ja ohjataan niiden liikettä.
  • Matkapuhelin : Ensimmäiset GPS-matkapuhelimet ilmestyivät 90-luvulla. Joissakin maissa, kuten Yhdysvalloissa, GPS:ää käytetään 911 -hätänumeroon soittavan henkilön nopeaan paikantamiseen . Venäjällä käynnistettiin vuonna 2010 vastaava projekti ERA-GLONASS .
  • Tektoniikka , levytektoniikka : GPS:ää käytetään levyjen liikkeiden ja värähtelyjen tarkkailuun [14] .
  • Ulkoilu : On olemassa erilaisia ​​pelejä, jotka käyttävät GPS:ää, kuten geokätköily jne.
  • Geotagging : tiedot, kuten valokuvat, "liitetään" koordinaatteihin sisäänrakennetun tai ulkoisen GPS-vastaanottimen avulla.

Iridium- ja GPS-järjestelmien yhdistämistä on ehdotettu .

Tarkkuus

Komponentit, jotka vaikuttavat yhden satelliitin virheeseen pseudoetäisyyttä mitattaessa, on annettu alla [15] :

Virheen lähde RMS-
virhe, m
Generaattorin epävakaus 6.5
Junan laitteiden viive 1.0
Satelliitin spatiaalisen sijainnin epävarmuus 2.0
Muut avaruussegmenttien virheet 1.0
Efemeridin epätarkkuus 8.2
Muut maasegmenttivirheet 1.8
Ionosfäärin viive 4.5
Troposfäärin viive 3.9
Vastaanottimen meluvirhe 2.9
monitie 2.4
Muut käyttäjäsegmentin virheet 1.0
Totaalinen virhe 13.1

Kokonaisvirhe tässä tapauksessa ei ole yhtä suuri kuin komponenttien summa, vaan se lisätään neliöllisesti: koska virheen komponentteja pidetään itsenäisinä.

Kahden vierekkäisen GPS-vastaanottimen virheiden korrelaatiokerroin (käytettäessä kooditilassa) on 0,15-0,4 signaali-kohinasuhteesta riippuen. Mitä suurempi signaali-kohinasuhde on , sitä suurempi korrelaatio. Kun varjostetaan joitain satelliitteja ja heijastetaan signaalia uudelleen, korrelaatio voi pudota nollaan ja jopa negatiivisiin arvoihin. Myös virhekorrelaatiokerroin riippuu geometrisesta tekijästä. Kun PDOP < 1,5, korrelaatio voi olla 0,7. Koska GPS-virhe koostuu monista komponenteista, sitä ei voida esittää normaalina valkoisena kohinana . Jakauman muodon mukaan virhe on kertoimella 0,6–0,8 otetun normaalivirheen ja kertoimella 0,2–0,4 Laplacen jakauman omaavan virheen summa. Koko GPS-virheen autokorrelaatio laskee arvoon 0,5 noin 10 sekunnissa [16] .

Nykyaikaisten GPS - vastaanottimien tyypillinen tarkkuus vaakatasossa on noin 6-8 metriä hyvällä satelliittinäkyvyydellä ja korjausalgoritmeilla . Yhdysvalloissa, Kanadassa, Japanissa, Kiinassa, Euroopan unionissa ja Intiassa on asemat WAAS , EGNOS , MSAS jne., jotka lähettävät korjauksia differentiaalimoodiin, mikä vähentää virheen näissä maissa 1-2 metriin . Monimutkaisempia differentiaalitiloja käytettäessä koordinaattien määrityksen tarkkuus voidaan nostaa 10 cm :iin . Minkä tahansa SNS:n tarkkuus riippuu voimakkaasti avaruuden avoimuudesta, käytettyjen satelliittien korkeudesta horisontin yläpuolella.

Vuodesta 2010 alkaen avaruussatelliittien GPS IIF -versiot laukaistaan, jotka tarjoavat paljon paremman sijainnin tarkkuuden. Jos GPS IIA / IIR / IIR-M - laitteissa on 6 metrin virhe , niin uusien satelliittien avulla on mahdollista määrittää sijainti enintään 60-90 cm virheellä . Uuden sukupolven GPS - satelliittien parannettu tarkkuus on mahdollista tarkempien atomikellojen avulla . Koska satelliitit kulkevat noin 14 000 km/h ( 3,874 km/s ) ( ympyränopeus 20 200 km ) , ajan tarkkuuden parantaminen jopa kuudennen numeron kohdalla on ratkaisevan tärkeää trilateraation kannalta .

Alun perin suunniteltiin laukaista 33 uuden sukupolven satelliittia, mutta teknisten ongelmien vuoksi laukaisun alkamista siirrettiin vuodelta 2006 vuoteen 2010 ja satelliittien lukumäärää vähennettiin 33:sta 12:een. Syyskuussa 2018 kaikki kaksitoista satelliittia uusi versio laitettiin kiertoradalle: GPS IIF SV -1 (käynnistettiin 28. toukokuuta 2010), GPS IIF-2 (julkaistiin 16. heinäkuuta 2011), GPS IIF-3 (käynnistettiin 4. lokakuuta 2012), GPS IIF-4 ( käynnistettiin 15. toukokuuta 2013), GPS IIF-5 (käynnistettiin 21. helmikuuta 2014), GPS IIF-6 (käynnistettiin 17. toukokuuta 2014), GPS IIF-7 (käynnistettiin 2. elokuuta 2014 ) ), …GPS IIF-8 (käynnistettiin 29. lokakuuta 2014), GPS IIF-9 (käynnistettiin 25. maaliskuuta 2015), GPS IIF-10 (julkaistiin 15. heinäkuuta 2015), GPS IIF-11 (julkaistiin 30. lokakuuta 2015), GPS IIF-12 (julkaistiin 5. helmikuuta 2016).

10 cm :n tarkkuus ei kuitenkaan riitä useisiin geodesiatehtäviin, erityisesti vierekkäisten tonttien rajojen sitomiseen maastoon. 10 cm : n virheellä 600 m² :n tontin pinta-ala voi pienentyä tai kasvaa 10 m² . Tällä hetkellä geodeettisiin töihin käytetään yhä enemmän RTK -tilassa toimivia GPS-vastaanottimia . Tässä tilassa vastaanotin vastaanottaa sekä signaalin satelliiteista että signaaleja maatukiasemista. RTK-tila tarjoaa reaaliaikaisen tarkkuuden 1 cm vaakasuunnassa ja 2 cm pystysuunnassa.

Haitat

Yleinen haitta minkä tahansa radionavigointijärjestelmän käytössä on, että tietyissä olosuhteissa signaali ei välttämättä saavuta vastaanotinta tai se voi saapua huomattavalla vääristymällä tai viiveellä. Esimerkiksi teräsbetonirakennuksen sisällä, kellarissa tai tunnelissa olevan asunnon syvyydessä on lähes mahdotonta määrittää tarkkaa sijaintiasi edes ammattimaisilla geodeettisilla vastaanottimilla. Koska GPS:n toimintataajuus on radioaaltojen desimetrialueella, satelliittien signaalitaso voi laskea huomattavasti tiheän puiden lehtien alla tai erittäin raskaiden pilvien vuoksi. GPS-signaalien normaalia vastaanottoa voivat vahingoittaa monista maanpäällisistä radiolähteistä tulevat häiriöt sekä (harvinaisissa tapauksissa) magneettiset myrskyt tai "häiritsijät" tarkoituksella (tätä tapaa käsitellä autojen satelliittihälytyksiä käyttävät usein autovarkaat) . GPS-häiriötä on käytetty tehokkaasti torjumaan risteilyohjusten ohjausta Yhdysvaltojen ja Yhdistyneen kuningaskunnan operaatioiden aikana Irakissa ja Naton "Resolute Forcea" Jugoslavian liittotasavallassa. Tämä johti risteilyohjusten itsensä tuhoamiseen sekä niiden epänormaaliin lentoon luvatonta lentorataa pitkin [17] . On tehokkaampaa suorittaa satelliittinavigointitehtäviä vaikeissa häiriöolosuhteissa GPS-järjestelmän digitaalisten antenniryhmien avulla , jotka varmistavat "nollien" muodostumisen antennijärjestelmän säteilykuviossa aktiivisten häiriölähteiden suuntaan [17] .

GPS-kiertoradan alhainen kaltevuus (noin 55°) heikentää merkittävästi tarkkuutta Maan ympäryspolaarisilla alueilla, koska GPS-satelliitit eivät nouse korkealle horisontin yläpuolelle, minkä seurauksena näkökentässä on suuri ilmamassa , koska sekä mahdolliset kohteet lähellä horisonttia (rakennukset, vuoret jne.) .). Virheet ionosfäärin ja troposfäärin pseudoetäisyyden määrittämisessä zeniitissä olevan satelliitin osalta ovat 1 m ja 2,3 m , kun taas horisontin yläpuolella satelliitilla nämä arvot voivat olla 100 m ja 10 m . , vastaavasti.

GPS on Yhdysvaltain puolustusministeriön toteuttama ja ylläpitämä, ja siksi muut käyttäjät voivat vastaanottaa tarkan GPS-signaalin täysin kyseiseen virastoon.

Kronologia

1973 Päätös kehittää satelliittinavigointijärjestelmä
1974-1979 Järjestelmätesti
1977 Signaalin vastaanotto maa-asemalta, joka simuloi järjestelmäsatelliittia
1978-1985 Ensimmäisen ryhmän 11 ​​satelliitin laukaisu (lohko I)
1979 Ohjelmarahoituksen vähentäminen. Päätös laukaista 18 satelliittia suunnitellun 24 sijasta.
1980 Päätöksen yhteydessä rajoittaa Vela -satelliittien käyttöohjelmaa ydinräjähdysten seurantaan, nämä toiminnot päätettiin osoittaa GPS-satelliiteille. Ensimmäisten ydinräjähdysten havaitsemiseen tarkoitetuilla antureilla varustettujen satelliittien laukaisu.
1980-1982 Ohjelmarahoitusta leikataan edelleen
1983 Neuvostoliiton alueen yllä alas ammutun Korean Airlinen lentokoneen kuoleman jälkeen tehtiin päätös antaa signaali siviilipalveluille.
1986 Avaruussukkulan "Challenger" kuolema keskeytti ohjelman kehittämisen, koska avaruussukkuloiden avulla oli tarkoitus lähettää toinen satelliittiryhmä kiertoradalle. Tämän seurauksena Delta-kantoraketti valittiin pääajoneuvoksi.
1988 Päätös ottaa käyttöön 24 satelliitin kiertoratakonstellaatio. 18 satelliittia eivät pysty varmistamaan järjestelmän moitteetonta toimintaa.
1989 Toisen ryhmän satelliittien aktivointi
1990-1991 SA: n väliaikainen sulkeminen ( eng.  valikoiva saatavuus  - keinotekoisesti luotu luvattomille käyttäjille pyöristämällä sijainti 100 metriin) Persianlahden sodan ja vastaanottimien sotilaallisten mallien puutteen vuoksi. SA :n perustaminen 1.6.1991 .
12/08/1993 Ensimmäinen toimintakykyviesti .  _ Samana vuonna tehtiin lopullinen päätös signaalin antamisesta maksuttomaan käyttöön viranomaisille ja yksityishenkilöille.
1994 Satelliittikonstellaatio valmis
27.04.1995 Täysi järjestelmävalmius [18] ( englanniksi  Full Operational Capability )
01.05.2000 SA poistettiin käytöstä siviilikäyttäjiltä, ​​joten tunnistustarkkuus kasvoi 100 metristä 20 metriin
26.06.2004 Galileon ja GPS :n täydentävyyttä ja yhteentoimivuutta koskevan yhteisen julkilausuman allekirjoittaminen
joulukuuta 2006 Venäjän ja Yhdysvaltojen neuvottelut yhteistyöstä GLONASSin ja GPS:n avaruusnavigointijärjestelmien täydentävyyden varmistamiseksi.

Nykyinen tila

GPS-avaruusnavigointijärjestelmän kokoonpano 13.9.2021 [19] :

GPS yhteensä: 32 avaruusalusta

  • Käytetty käyttötarkoitukseensa: 31 avaruusalusta
  • Väliaikaisesti poistettu huoltoa varten: 1 avaruusalus
  • Käytöstäpoistovaiheessa: 0 avaruusalusta

Muistiinpanot

  1. ↑ GPS.gov: GPS-tarkkuus . Haettu 21. lokakuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 4. tammikuuta 2018.
  2. ↑ Dan Cho. avaruusseuranta. Varhaisimmat satelliittiseuraajien ideat johtivat GPS:ään (ei käytettävissä oleva linkki) . Technology Review (2004-12-1). Haettu: 2012=12-14. Arkistoitu alkuperäisestä 5. tammikuuta 2013. 
  3. ↑ 1 2 3 Cmdr. AE Fiore, Yhdysvaltain laivasto . / Hearings on Military Posture and HR 3689, 11. huhtikuuta 1975. - Washington, DC: US ​​​​Government Printing Office, 1975. - P. 5207-5212 - 5324 s.
  4. ↑ GPS-kilpailu: Venäjältä puuttuu satelliitteja / R&D.CNews . Haettu 2. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 2. tammikuuta 2020.
  5. ↑ 1 2 ohjelman hankintakustannukset asejärjestelmän mukaan. Puolustusministeriön budjetti tilivuodelle 1993 Arkistoitu 25. helmikuuta 2017 Wayback Machinessa . - 29. tammikuuta 1992. - S. 116-124 s.
  6. ↑ Luutnantin lausunto Col. Leonard R. Kruczynski, USAF, GPS Yuma Test Force . / Hearings on Military Posture and HR 3689, 11. huhtikuuta 1975. - Washington, DC: Yhdysvaltain hallituksen painotoimisto, 1975. - P. 5204, 5213, 5214 - 5324 s.
  7. ↑ Evs. Brad Parkinson, USAF, GPS-ohjelmapäällikkö . / Hearings on Military Posture and HR 3689, 11. huhtikuuta 1975. - Washington, DC: US ​​​​Government Printing Office, 1975. - P. 5212 - 5324 s.
  8. ↑ Yhdysvallat päivittää maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän tekniikkaa
  9. ↑ GPS-kilpailu: Venäjältä puuttuu satelliitteja Arkistoitu 26. kesäkuuta 2015. , cnews.ru, 4. kesäkuuta 2003
  10. ↑ John Pike. GPS III Operational Control Segment (OCX) . Globalsecurity.org. Haettu 8. joulukuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 7. syyskuuta 2009.
  11. ↑ GPS-ohjaussegmenttikartta . gps.gov. Haettu 15. toukokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 17. toukokuuta 2014.
  12. ↑ Samama N. Global Positioning: Technologies and Performance . - John Wiley & Sons, 2008. - ISBN 0-470-24190-X . Arkistoitu 22. syyskuuta 2020 Wayback Machinessa
  13. ↑ GPS-järjestelmän toimintaperiaatteet ja sen käyttö (pääsemätön linkki) . loi.sscc.ru. Haettu 25. syyskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 2. lokakuuta 2019. 
  14. ↑ GPS-aikasarja (linkki ei käytettävissä) . Haettu 26. marraskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2011. 
  15. ↑ Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. Integroidut suuntausjärjestelmät meren liikkuville esineille / Ed. V. G. Peshekhonov. - 2. painos - Pietari. : Venäjän federaation valtion tieteellinen keskus-TsNII "Elektropribor", 2003. - S. 160-161. – 390 s. — ISBN 5-900780-47-3 .
  16. ↑ Gorbatšov A. Yu. GPS-virheiden matemaattinen malli  // Aerospace Instrumentation. - M.: NAUCHTEHLITIZDAT, 2010. - Nro 5 .
  17. ↑ 1 2 Slyusar V. I. Digitaaliset antenniryhmät. Ratkaisut GPS-ongelmiin  // Elektroniikka: tiede, teknologia, liiketoiminta. - 2009. - Ongelma. 1 . - S. 74-78 . Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2018.
  18. ↑ Space Force Marks 25 Years of GPS Arkistoitu 5. toukokuuta 2020 Wayback Machinen vuosipäivämuistiinpanossa US Army Corps of Engineers -verkkosivustolla
  19. ↑ TRIMBLE GNSS -suunnittelu verkossa . Arkistoitu alkuperäisestä 13. syyskuuta 2021.

Kirjallisuus

  • Aleksandrov I. Avaruusradionavigointijärjestelmä NAVSTAR  // Foreign Military Review. - M. , 1995. - Nro 5 . - S. 52-63 . — ISSN 0134-921X .
  • Kozlovsky E. Paikannustaide  // Maailman ympäri . - M. , 2006. - Nro 12 (2795) . - S. 204-280 .
  • Shebshaevich V. S. , Dmitriev P. P., Ivantsev N. V. et ai. Verkkosatelliittiradionavigointijärjestelmät / toim. V. S. Shebshaevich. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M . : Radio ja viestintä, 1993. - 408 s. - ISBN 5-256-00174-4 .

Linkit

Viralliset asiakirjat ja tekniset tiedot Työn selitykset Yhteensopiva Gallileon ja GLONASSin kanssa Sekalaista
 Navigointijärjestelmät _
Satelliitti
historiallinen
Nykyinen globaali
Nykyinen alue
Maadoitus
Differentiaalikorjausjärjestelmät