Структура системи
GPS складається з трьох сегментів: космічного, контрольного і сегменту користувача.
Космічний сегмент |
|
До космічного сегменту GPS входять 24 супутника, які обертаються навколо Землі по шести орбітам, з періодом обертання 12 годин. Орбіти супутників розраховані таким чином, щоб у будь-якій точці земної кулі в будь-який момент часу можна було спостерігати не менше 4 супутників. Це мінімальна кількість супутників, необхідних для визначення просторових координат: довготи, широти і висоти. |
Контрольний сегмент |
До контрольного сегменту належать станції слідкування, головний центр керування і основна станція керування (які знаходяться на поверхні Землі). Станції слідкування безперервно приймають сигнали від супутників і визначають відстані до них. Крім цього на станціях ведеться метеорологічне зондування атмосфери з метою визначення поправки за вплив тропосфери.
|
||||||
|
|||||||
Результати обробки сигналів і зондування атмосфери зі станцій слідкування передаються до головного центру керування, в якому обчислюються ефемериди супутників на 12 годин вперед. Ці дані пересилаються на супутники, а вони в свою чергу передають їх на GPS приймачі користувачам. Основна станція керування може корегувати орбіти супутників. |
|||||||
Сегмент користувача |
|
До сегменту користувача входять всі GPS приймачі. Приймачі можна умовно поділити на три основні групи: навигаційні, геодезичні і для задач ГІС. |
Принцип позиціювання
|
Місцеположення точки в певний момент часу на земній поверхні визначається методом просторової засібки не менше ніж по трьом супутникам з відомими координатами. Для обчислення відстані від супутника до антени приймача вимірюється час проходження сигналу, а потім він помножується на швидкість розповсюдження сигналу. Для визначення часу всі GPS супутники оснащені понадточними атомними годинниками, чиї показання кодуються у сигнали, які передаються зі супутника. GPS приймачі також оснащені високоточними годинниками, які у процесі ініціалізації на початку вимірювань синхронізуються з годинниками GPS супутників. |
Для визначення координат антени приймача використовуються вимірювання відстаней мінімум до 4 супутників (четвертий супутник потрібен для виключення похибки, яка може бути викликана несинхронністю роботи годинників GPS супутників). |
|
Структура сигналу
Кожен GPS супутник передає радіосигнали на двох частотах: L1=1575.42 МГц і L2=1227.60 МГц. Сигнали, які використовуються для цивільних цілей, модулюються двома кодами: C/A і P. «Грубий» C/A-код (цивільний) не закодований і може прийматися всіма GPS-приймачами. «Точний» P-код приймається геодезичними і ГІС приймачами і може бути закодований під час військових дій.
Вимірювання відстаней до супутників по C/A-коду забезпечує точність позиціювання в 10-15 м і застосовується, в основному, для навігації. Приймачі, які виконують вимірювання лише по кодовому модулюючому сигналу, називаються кодовими.
Для підвищення точності позиціювання виконуються вимірювання по фазі несучої частоти. GPS приймачі, які виконують вимірювання по C/A і P кодам і по фазі хвилі L1, називаються фазовими одночастотними. Приймачі, які виконують вимірювання по C/A і P кодам і по фазі несучих частот L1 і L2, називаються фазовими двочастотними GPS приймачами. Двочастотні приймачі є більш точними, тому що вони враховують вплив іоносфери. Фазові одно- і двочастотні приймачі в диференційному режимі забезпечують точність вимірювань до декількох сантиметрів, що є допустимим для задач геодезії.
Примітка: з 2004 року для підвищення точності і продуктивності системи GPS вводиться в дію новий цивільний сигнал на частоті L2C.