Определение местоположения с помощью GPS и AGPS
Издавна человек стремился найти эффективный способ ориентации на местности. В раннюю эпоху человек определял свое местоположение относительно запомненных ранее природных объектов. Этого вполне было достаточно для повседневной жизни и перемещения на территории нескольких десятков квадратных километров. В средние века человек уже не ограничивался существованием в пределах своего района и путешествовал не только в пределах своего континента, но и за моря. Тогда впервые речь зашла о навигации, т.е. способе определения своего местоположения на местности. Наиболее примитивные способы по солнцу/звездам/направлению ветра не давали достаточно точных результатов и были доступны не всегда. С появлением компаса ситуация кардинально изменилась. Теперь стала доступна не виданная до этого точность привязки своего местоположения к местности с использованием карт. Цифровой век дал человечеству возможность сделать еще один шаг в развитии навигации – использование спутниковой навигации, которая предоставляла еще большую точность вплоть до нескольких метров. Первой системой спутниковой навигации, которая была открыта для гражданского применения является GPS (Global Positioning System – система глобального позиционирования). Первоначально запланированная для военных целей вооруженных сил США в наши дни система GPS используются для навигации по всему миру.
В основу работы GPS положена группировка из 30 спутников: 27 действующих и 3 запасных на случай выхода из строя одного из основных. Спутники вращаются на орбите около 19 000 км и делают два оборота каждый день. Эта группировка обеспечивают прием сигнала в любой точки Земли в любое время, по крайней мере, от 4-х спутников – минимум, необходимый для определения местоположения. В задачи GPS-приемника входит рассчитать свое местоположение относительно видимых спутников. Причем, чем большее число спутников будет видно и чем более сильный сигнал будет от них, тем более точные результаты можно будет получить.
GPS-приемник определяет расстояние от каждого спутника по задержке передачи сигнала. Зная расстояние до каждого спутника и местоположение самих спутников, принцип определения местоположения сводится к решению простой задачи. Представьте, что на листе бумаги имеются 3 точки и 3 прямые. Задача заключается в том, чтобы найти точку на листе, из которой ее можно будет соединить данными прямыми с данными тремя точками. Задача решается с помощью циркуля. Начертив три окружности из заданных точек с заданными радиусами, мы найдем искомый ответ. Четвертый спутник нужен для решения той же задачи в трехмерном пространстве. Примерно такую же задачу и решает приемник, но за счет того, что «прямые» (расстояния до спутников) имеют погрешности можно найти лишь область с определенным радиусом. Чем больше будет видно спутников, тем меньше будет радиус этой области и тем выше будет точность. В гражданском исполнении GPS обеспечивает точность до 30 метров, а военные приемники – до 3-х. Количество одновременно принимаемых сигналов (число видимых спутников) зависит от конкретной модели. Для работы системы GPS требуется точная взаимная синхронизация спутника и приемника сигнала. Это необходимо для того чтобы точно рассчитать задержку, которая отсчитывается от заранее известного времени отправки сигнала со спутника.
Навигация GPS сейчас используется во многих устройствах. Наибольшее применение она нашла в навигаторах - в комплексе с привязкой к электронным картам. Это сочетание позволяет не только определять местоположение абонента относительно окружающей местности, но планировать свой маршрут в соответствии с заданными требованиями и способом перемещения.
В последнее время многие сотовые телефоны оснащаются GPS-навигаторами. Сочетание сотовой связи и GPS привело к появлению новой технологии – AGPS (Assisted GPS – вспомогательный GPS). Эта технология предусматривает использование сети Интернет для улучшения работы базовой системы позиционирования в двух направлениях. Во-первых, после включения GPS-приемника ему необходимо определить местоположение спутников. Из-за слабого сигнала эта процедура может занять несколько минут. С помощью AGPS информация о том, где располагаются спутники, может быть запрошена в специальных дата центрах, доступных через сеть Интернет. Кроме того, вычисление местоположения от большого числа спутников в сложных условиях приема сигналов от спутников требует значительных вычислительных мощностей, не доступных в низко производительных телефонах. Отправка полученных сырых значений в те же дата центры и получение готового результата о местоположении может значительно ускорить процесс первоначального позиционирования. Также доступ к сети Интернет может быть использован и для других целей, например, синхронизации и получении информации о состоянии атмосферы, что может внести корректировки в расчеты.
Во многих странах, в последнее время, появился интерес в создании собственных систем глобального позиционирования, например, Галилео в Европе или Глонас в России. Это вызвано, в первую очередь, нежеланием быть зависимым от Американской системы и правительства, т.к., очевидно, что по собственной инициативе вся система может быть отключена и это может привести к сбою в работе важных систем внутри государства. В гражданских системах, скорее всего, будут использоваться спаренные двойные системы, использующие 2 и более систем позиционирования не только для надежности, но и для повышения точности. Определения координат.
