Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры – 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт.

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?

Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).

Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.

GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.

Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.

Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.

Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.

Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.

На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.

Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.

Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.

Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.

Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.

Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.

Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.

Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.

Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.

Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS -приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .

Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.

Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования.

Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приему сигналов GPS .

Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, но и своим собственным глазам.

Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA – selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Прецеденты уже были.

У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.

21 век войдёт в историю человечества как век цифровых технологий, которые буквально взорвали спектр технологических возможностей по всем направлениям производства и потребления.
В этом перечне завоеваний цифровой информационной революции на одном из первых мест стоит и навигационная система глобального позиционирования, с использованием навигационных спутников.

Ещё несколько лет назад подобные навигационные системы определения местоположения объекта на местности были прерогативой исключительно военных ведомств, но цифровые технологии позволили учёным создать мобильные, компактные и достаточно недорогие навигационные приборы, использующие привязку к местности с помощью орбитальных спутников.

К их числу относятся и автомобильные навигаторы, которые разделяются по привязке к той или иной орбитальной группировке навигационных спутников, и которых действующих на сегодня всего две: американская GPS и российская ГЛОНАСС.

Автомобильные навигаторы представляют собой навигационный прибор, определяющий местоположение автомобиля на местности, скорость движения, стороны света, расход топлива, предоставляет возможность оптимального выбора маршрута и информацию по всем сервисам на пути следования. Всё это происходит в автоматическом режиме и выдаётся на дисплей прибора-навигатора в реальном времени.

Все автомобильные навигаторы состоят из двух основных частей. Это:

1. Приёмник, задача которого принимать сигналы с навигационных спутников и с помощью адаптированных программ встроенного в навигатор компьютера и определять географические координаты самого навигатора на местности.

2. Модуль отображения карт, основная функция которого - отображение на дисплее всей необходимой информации / отображение карт местности, координат местоположения приёмника, маршрута, скорости движения, времени и много другой информации/.
Как правило, указанные выше части навигатора смонтированы в одном корпусе и настроены соответственно на работу с передатчиками спутников своей орбитальной группировки, будь то GPS, или ГЛОНАСС. В последнее время навигаторы производятся универсальные, то есть - работающие с обеими группировками спутников одновременно, что значительно расширяет их возможности.

Автомобильные навигаторы GPS и ГЛОНАСС оснащены мультиплексными или многоканальными приёмниками сигналов от спутников. Первые – автоматически переключаются на приём сигналов от того спутника, который находится в зоне приёма. Вторые - имеют несколько модулей, которые, принимают сигналы от нескольких спутников одновременно.

Точность определения местоположения гражданских GPS-навигаторов несравненно ниже, чем военных, и составляет 30 – 150 м, в то время как для нужд военных точность достигает нескольких метров.

Автомобильных GPS-навигаторов производится большое число разных видов, разными фирмами и в различном ценовом сегменте. Подробную информацию по ним можно без труда найти в сети Интернет через поисковые системы. Выбор подходящего навигатора всегда остаётся за автомобилистом.

Не поверите, но самый дорогой компьютер в мире 2012 цена очень удивила на сайте http://crediteuropages.ru/richness/samyi-dorogoi-kompyuter.php . Стоимость этого огромного компьютера превышает цену десяти ноутбуков Luvaglio.

Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм -

Прежде всего, необходимо уяснить принцип работы GPS-навигатора . Приемник, встроенный в навигатор, принимает сигнал со спутника. После чего сигнал дешифруется устройством и определяется место нахождения объекта. Стоит отметить, что устройство работает практически везде, даже в массивных зданиях и пещерах.

Итак, как начать работу с навигатором. Естественно, для этого потребуется инструкция. Возьмите устройство в руки таким образом, чтобы его антенна была направлена вверх. Сегодня существуют модели, антенна которых может вращаться в любую сторону, независимо от того как лежит устройство в руке. В этом случае можно просто повернуть антенну.

Перед тем, как начать использование, не забудьте включить навигатор. На экране устройства должно появиться окно поиска спутников. Спустя некоторое время GPS-навигатор получит информацию, которая обязательно отразится на экране. Обычно такая настройка длится от одной до трех минут. Устройство определяет положение быстрее, если вы находитесь на открытом участке.

После того как навигатор готов к работе, и все данные получены, можно приступить к изучению функций. Намного удобнее изучать устройство, сверяя с инструкцией расположение элементов управления . Некоторые кнопки могут выполнять несколько функций. Конечно, вам нужно запомнить основные. Естественно, со временем вы все запомните, и инструкция при работе с навигатором уже не понадобится.

В экранном меню можно настроить вид отображаемых данных. Конечно, определенные настройки зависят от модели устройства. Конкретнее все настройки описываются в инструкции . Очень важно правильно настроить часовой пояс, задать единицы измерения расстояния, выбрать систему координат.

По мере прохождения маршрута следует периодически сверять получаемые данные, которые отображаются на дисплее. Обычно на экране устройства отображается траектория пройденного пути, координаты нахождения устройства, положение прибора и пр.

Чтобы сохранить необходимые координаты точки, нужно нажать и удержать несколько секунд соответствующую кнопку. GPS-навигатор по умолчанию сохраняет в своей памяти весь путь. Поэтому можно включить режим, позволяющий отразить обратный путь. Работа с навигатором напоминает работу с переносным карманным компьютером.

1 . Как работает GPS навигатор?
GPS навигатор - это приемник и компьютер в одном корпусе. Приемник принимает сигналы, передаваемые спутниками находящимися на орбите, а компьютер расшифровывает сигнал и определяет местоположение приемника. GPS разработана и запущена американскими военными взамен навигационной системы TRANSIT. Первый спутник был запущен в 1977 году. До 1983 года система использовалась только военными. Я вообще сомневаюсь, была ли тогда фирма Garmin. Сомневаюсь в ее причастности к запуску и разработке спутников.

2 . Что показывает GPS навигатор?
Абсолютно все модели отображают на экране текущее положение, географические координаты точки, в которой находится прибор, траекторию пройденного пути и отмеченные точки. Все приборы имеют несколько страниц, отображающих разную информацию: Положение спутников на небосводе, карту с точками и пройденными путями, страничку меню с выходом на различные настройки и поиск, страничку навигации, где в режиме навигации (следования к определенной точке) изображен указатель в виде стрелки и страничку путевого компьютера, где отображаются пройденное расстояние, скорость движения и т.д.

3. Как запомнить координаты точки?
Во всех моделях для этого достаточно нажать и некоторое время удерживать кнопку.
Так же это можно сделать через главное меню.

4. Как найти точку?
Достаточно выбрать нужную точку из списка и нажать кнопку «Идти». На странице «навигация» появится стрелка с направлением движения.

5. Что такое пути и маршруты?
Путь (трек) - это «след», пройденный Вами путь. В память прибора записывается по умолчанию(заводские настройки).Но можно отключить,если надо. Маршрут - (Роут) - это путь, заранее намеченный по точкам. Прибор может провести Вас в режиме навигации как по маршруту, так и по треку (в режиме трек бэк). Маршрут можно построить на компьютере,потом ввести в прибор. Можно построить и непосредственно в приборе.

6. Что такое Track back?
Это режим, в котором прибор в режиме навигации ведет Вас обратно точно по пройденному пути. При этом стрелка на странице «навигация» показывает повороты.

7. Для чего нужен барометрический высотомер?
Все приборы определяют не только координаты на плоскости, но и вертикальные координаты. При этом определяется возвышение над теоретической геометрической фигурой земли. Чтобы определять точную высоту над уровнем моря или другой поверхностью применяется барометрический высотомер позволяющий определять высоту с точностью до 3м. Встроенный барометрический высотомер имеется в моделях eTrex Summit, eTrex Vista, Map76S, map60CS, Map76CS eTrex Vista С. Для рыбаков важна не высота, а наличие в приборе графика изменения давления!!!

8. Для чего нужен магнитный компас?
В режиме навигации или при отображении карты прибор показывает направление на точку только в движении, когда компьютер может рассчитать направление движения и сориентироваться. Иногда необходимо сориентироваться стоя на месте или по карте. Для этого имеется встроенный электронный компас. Он имеется в моделях eTrex Summit, eTrex Vista, GPSMap76S, map60CS, Map76CS eTrex Vista С.

9. Можно ли присоединить GPS к компьютеру?
Все модели (кроме Геко 101) имеют возможность присоединения к компьютеру через COM-порт, а современные модели и через USB. Эта связка может использоваться как для определения текущего местоположения так и для ввода-вывода информации (треков, точек и маршрутов).

10. Какие программы позволяют работать с картами и GPS?
Mapsource, OziExplorer и другие программы позволяют отобразить на экране компьютера ваши карты и наложить на них скачанные из навигатора точки, треки и маршруты. Рекомендую Mapsource, как родную программу для Гармина и наиболее интуитивно понятную.

11. Какие данные можно закачать в GPS и выкачать из него?
В прибор закачиваются из различных программ треки, точки и маршруты. Карты России загружаются в прибор при помощи специализированного программного обеспечения.

12. Какие модели позволяют загружать карты в память прибора?
В ряду карманных навигаторов Garmin картографическими возможностями обладают модели Etrex Legend, Etrex Legend C, GPSMAP 76, GPSMAP 76S, GPSMAP 60C, GPSMAP 60CS, GPSMAP 76CS. Размер встроенной памяти у этих приборов от 8-ми мб до 115-ти. Неограниченный размер картографической памяти имеют модели, в которых данная память расположена на картриджах. Картридж с нужными картами можно вставить в прибор в любой момент. Наиболее популярные модели, работающие с картриджами: все приборы ряда StreetPilot, приборы Map176 и Map276. Надо иметь в виду, что эти приборы уже не относятся к карманным моделям, велики по размеру и не обладают достаточной водозащищённостью. Как правило,это автомобильное применение.

13. Какие карты изначально имеются в GPS навигаторе?
Все модели, поддерживающие картографическую функцию, имеют предустановленную карту мира. Эта карта не может быть изменена или стерта. У неё своя,отдельная память. На данной карте имеются реки, города и основные дороги. Детализация разная для разных областей мира.

14. Что такое CD Mapsource?
Это компакт-диск с программным обеспечением позволяющим загружать в GPS навигатор карты Европы, вводить/выводить данные о треках и точках. Карты Европы имеют разную детализацию. Наиболее подробные - MetroGuide.

15. Можно ли загрузить карты России в GPS навигатор?
Да, можно, если модель поддерживает картографическую функцию.

16. Чем отличаются карты Mapsource от Российских?
Карты Mapsource содержат информацию о территории Европы. Россия на картах Mapsource не представлена. Ныне существующие карты России изготовлены энтузиастами GPS-навигации.

17. Какие Российские карты доступны для загрузки?
В настоящий момент имеются карты с детализацией, соответствующей картам – 2-х км Европейской части РФ и 5-ти км Азиатской части РФ.

18. Можно ли загружать карты Mapsource в прибор, где уже содержатся ранее загруженные карты?
При загрузке новых карт старые в приборе стираются. Как правило, продавцы навигаторов возобновляют ранее загруженные карты бесплатно. Конечно, при условии, что все карты записывались у них же.

19. Что такое автороутинг?
Автороутинг - это функция автопрокладки маршрута. Она заключается в том, что после указания конечной точки прибор самостоятельно прокладывает маршрут до нее от текущего местоположения. Затем при движении прибор подсказывает сигналами о приближении поворотов, которые Вам необходимо сделать на маршруте. Конечно, прибор не учитывает дорожную ситуацию (знаки, ограничения).

22. Нужно ли платить за пользование навигатором?
GPS навигатор является приемником сигналов, передаваемых спутниками. Спутники являются собственностью Министерства Обороны США. Оплата за все уже произведена и никакой абонентской платы не требуется.

23. Как выбрать нужную модель?
Прежде всего необходимо определиться, в каких условиях Вы будете использовать навигатор. Если для Вас важна компактность и прочность, используйте модели ряда eTrex Если Вам нужен при этом большой экран и объём памяти - Вам подойдут модели ряда GPSМАР 60 . Если же Вы планируете использование навигатора в автомобиле, обратите внимание на наличие гнезда для наружной антенны либо используйте специализированные автомобильные, типа GPSMAP 276 С.

24. Какие модели лучше подходят для автомобиля?
Для использования в автомобиле желательно использовать внешнюю антенну. Конечно, навигатор расположенный на передней панели будет нормально работать, но точность будет выше при использовании внешней антенны. Поэтому при выборе модели обратите внимание на наличие гнезда для ее подключения. Для автомобиля лучше использовать такие модели как Streetpilot, GPSMAP 60 и GPS276.

25. Какие модели лучше подходят для катера?
Для катера лучше использовать серии GPSMAP 60, но и приборы серии GPSMAP 276 также вполне удобны. Особенно когда желателен большой экран.

26. Какие модели лучше подходят для пеших и велосипедных походов?
Для полевых условий незаменимы приборы серии eTrex. Малогабаритные,
герметичные и ударопрочные они занимают мало места и вмещают в себя все необходимые функции.

27. Что такое ОЕМ модели?
Это GPS навигаторы, которые предназначены только для работы в связке с компьютером. Если Вы взяли с собой в дорогу компьютер (ноутбук или КПК) с картографическим программным обеспечением то Вы можете подключить к нему небольшой ОЕМ GPS навигатор и пользоваться данным комплектом. Следует учитывать,что такая связка не будет влагозащищённой,следовательно, это в основном для использования в автомобиле или на катере с рубкой.

28. Консультации.
Если Вам необходима консультация по выбору или применению GPS-навигатора, можно обратиться по электронной почте [email protected] , я всегда рад помочь.