Принцип работы системы GPS

Метод определения местоположения

Принцип определения местоположения основан на измерении расстояния от объекта (приемника) до спутников навигационной системы. Положение и перемещение спутников всегда известно с высокой точностью — они сами отправляют на устройства пакеты данных со своими координатами. Расстояние от спутника до объекта можно определить по задержке между отправкой сигнала с данными и его получением приемником, для этого надо умножить задержку сигнала на скорость света. Задержка во времени вычисляется по высокоточным атомным часам, которые стоят на спутниках.

С геометрической точки зрения работу навигационной системы можно описать так: есть несколько сфер, в центре каждой из которых находится спутник, а в точке пересечения находится принимающее устройство. Расстояние до спутника от пользователя равно радиусу каждой из сфер. Для определения широты и долготы нужно три спутника, а четвертый нужен для выявления высоты объекта над поверхностью. Все полученные данные вносятся в уравнение, из которого мы получаем координаты пользователя. По факту получается, что для получения точных координат объекта нужно сделать 4 измерения дальности до спутника.

Погрешность измерений

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Уменьшение погрешности

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.