Основы глобального позиционирования

Основа работы GPS базируется на принципе триангуляции. Это метод, при котором определяется местоположение объекта на основе измерений расстояний до нескольких известных точек.

Вот как это происходит:

1. Спутники GPS:

• Система GPS состоит из 24 активных спутников, вращающихся вокруг Земли на высоте около 20 200 км.
• Каждый спутник постоянно передает радиосигналы, содержащие информацию о его местоположении и точном времени.
   

2. Принцип триангуляции:

• GPS-приемник, расположенный на Земле, принимает сигналы от нескольких спутников одновременно.
• Используя время прохождения сигнала от каждого спутника до приемника, он может вычислить расстояние до этих спутников.
• Имея расстояния до как минимум четырех спутников, приемник может определить свое трехмерное местоположение (широта, долгота, высота) методом триангуляции.
   

3. Определение местоположения:

• Каждый спутник постоянно передает информацию о своих точных координатах и времени.
• Приемник получает эту информацию и, используя измеренные расстояния, вычисляет свои координаты на Земле.
• Этот процесс называется "решением навигационной задачи" и позволяет определить широту, долготу и высоту положения приемника.
   

4. Повышение точности:

• Для повышения точности определения местоположения используется дифференциальный GPS (DGPS).
• DGPS использует наземные опорные станции, которые принимают сигналы спутников и вычисляют поправки к данным.
• Эти поправки передаются GPS-приемникам, позволяя им компенсировать ошибки в сигналах спутников и достичь субметровой точности.
   

Таким образом, сочетание спутниковых сигналов, измерений времени прохождения сигналов и триангуляции лежит в основе принципа работы глобальной системы позиционирования. Это мощная технология, которая значительно упростила ориентирование и навигацию в современном мире.

Параметры HDOP и PDOP

HDOP (Horizontal Dilution of Precision) и PDOP (Position Dilution of Precision) - это два важных параметра, используемые в системах GPS (Global Positioning System), которые дают информацию о точности позиционирования.

1. HDOP (Horizontal Dilution of Precision):

• HDOP - это мера точности горизонтальной составляющей положения, полученного с помощью GPS.
• Он указывает на то, насколько точно может быть определено горизонтальное положение (широта и долгота) в данных условиях.
• Низкое значение HDOP (например, 1-3) указывает на хорошую горизонтальную точность, в то время как высокое значение HDOP (например, 5-10) указывает на более низкую горизонтальную точность.
   

2. PDOP (Position Dilution of Precision):

• PDOP - это мера общей точности определения положения, включая как горизонтальную, так и вертикальную (высота) составляющие.
• Он учитывает геометрическое расположение спутников GPS относительно приемника на Земле и, таким образом, показывает, насколько точно может быть определено положение.
• Низкое значение PDOP (например, 1-3) указывает на высокую точность определения положения, в то время как высокое значение PDOP (например, 5-10) указывает на более низкую точность.

Значения HDOP и PDOP зависят от количества и геометрического расположения видимых спутников GPS. Когда спутники расположены в оптимальной геометрии, значения HDOP и PDOP будут низкими, что обеспечивает более точное позиционирование. Напротив, когда спутники сгруппированы в определенной области неба, значения HDOP и PDOP будут высокими, что приведет к более низкой точности позиционирования.

Знание значений HDOP и PDOP важно при использовании GPS, особенно в приложениях, где точность позиционирования имеет большое значение, например, в навигации, геодезии, картографии и других областях.

Параметр Direction

В системах GPS (Global Positioning System), DIRECTION (или COG - Course Over Ground) является одним из важных параметров, предоставляемых GPS-приемником.

DIRECTION (или COG) определяет направление движения объекта, оснащенного GPS-приемником, относительно истинного (географического) севера.

Основные характеристики DIRECTION в GPS:

1. Единица измерения: DIRECTION измеряется в градусах (°) относительно истинного севера, где 0° соответствует северу, 90° - востоку, 180° - югу и 270° - западу.

2. Диапазон значений: DIRECTION может принимать значения от 0° до 359°.

3. Важность DIRECTION: Значение DIRECTION важно для определения ориентации объекта (например, транспортного средства, судна или человека) во время движения. Это позволяет определять, в каком направлении движется объект.

4. Использование DIRECTION: DIRECTION используется в различных приложениях и устройствах, связанных с навигацией, такие как автомобильные навигаторы, морские навигационные системы, приложения для слежения за передвижением и т.д. Эта информация помогает пользователям ориентироваться и принимать правильные решения во время движения.

5. Точность DIRECTION: Точность значения DIRECTION зависит от качества GPS-приемника и условий приема сигнала. Под открытым небом, вдали от высоких зданий или деревьев, точность DIRECTION, как правило, достаточно высокая. Однако в городских условиях или при наличии препятствий точность DIRECTION может быть снижена.

Таким образом, DIRECTION в GPS предоставляет важную информацию о направлении движения объекта, что делает его ценным параметром для многих приложений, связанных с навигацией и отслеживанием передвижения.

Мировые системы глобального позиционирования.

Существуют несколько ключевых систем глобального позиционирования, каждая со своими особенностями и возможностями:

1. GPS (Global Positioning System):

• Это система, создана и управляемая правительством Соединенных Штатов Америки.
• Состоит из 24 спутников, вращающихся на высоте около 20 200 км над Землей.
• Обеспечивает глобальное позиционирование и навигацию для гражданских и военных приложений.
   

2. ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система):

• Система, разработанная и управляемая Российской Федерацией.
• Состоит из 24 спутников, вращающихся на высоте около 19 100 км.
• Является альтернативой GPS и предлагает свои услуги как военным, так и гражданским пользователям.
   

3. Galileo:

• Это гражданская система глобального позиционирования, разработанная Европейским Союзом и Европейским космическим агентством.
• Состоит из 30 спутников, вращающихся на высоте около 23 222 км.
• Предназначена для использования в гражданских приложениях, таких как транспорт, сельское хозяйство, геодезия и др.
   

4. BeiDou:

• Навигационная система, разработанная и управляемая Китайской Народной Республикой.
• Состоит из 35 спутников в геостационарной, геосинхронной и средневысотной околоземной орбитах.
• Предоставляет глобальные навигационные услуги, включая определение местоположения, навигацию и синхронизацию времени.
   

Каждая из этих систем использует собственную архитектуру и спутники, но все они основаны на принципе триангуляции и измерения времени прохождения сигналов от спутников до приемников на Земле. Также существуют региональные системы, такие как IRNSS (Индия), QZSS (Япония) и другие, дополняющие глобальные системы и повышающие точность позиционирования в определенных регионах. Эти различные системы глобального позиционирования работают вместе, обеспечивая пользователей более надежными, точными и доступными навигационными услугами по всему миру.

Расстояние в метрах на одну секунду.

Во-первых, важно понимать, что Земля имеет сферическую форму, а не плоскую. Это означает, что расстояния, измеряемые по широте и долготе, не являются линейными и зависят от местоположения на поверхности Земли.

1. Изменение в секундах по широте:

• Широта измеряется в градусах, минутах и секундах к северу или югу от экватора.
• Одна секунда широты соответствует примерно 30,87 метрам на поверхности Земли.
• Это значение остается относительно постоянным, независимо от конкретного места на Земле, поскольку градусы широты равномерно распределены по поверхности.
   

2. Изменение в секундах по долготе:

• Долгота измеряется в градусах, минутах и секундах к востоку или западу от нулевого меридиана (Гринвичский меридиан).
• Одна секунда долготы соответствует различному расстоянию в метрах в зависимости от широты.
• Это связано с тем, что длина окружности Земли вдоль параллелей (линий одинаковой широты) уменьшается при движении от экватора к полюсам.
• На экваторе одна секунда долготы равна примерно 30,87 метрам, как и в случае широты.
• Однако, при движении к полюсам, одна секунда долготы соответствует все меньшему расстоянию в метрах, достигая значения около 0,31 метра на полюсах.
   

Таким образом, изменение в секундах по широте всегда соответствует примерно 30,87 метрам, а изменение в секундах по долготе зависит от широты, уменьшаясь от экватора к полюсам. Это происходит из-за особенностей сферической геометрии Земли и распределения меридианов (линий долготы) на ее поверхности. Понимание этой зависимости важно для точного позиционирования и навигации, использующих координаты широты и долготы.