|
[[Файл:ConstellationGPS.gif|мини|240px|Анимацията показва нагледно как системата GPS осигурява покритието на всяка точка от земното кълбо от достатъчен брой сателити]]
'''Глобална система за позициониране''' ({{lang|en|Global Positioning System}}) или '''GPS''' е името на спътникова радионавигационна система за определяне на положението, скоростта и времето с точност до 1 [[секунда|наносекунда]] във всяка точка на земното кълбо и околоземна орбита в реално време. Американските военни наричат системата ''NAVSTAR GPS'' – „Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System“.
Системата се състои от минимум 24 [[спътник]]а, разположени на 6 [[орбита|орбити]] на височина около 20 000 [[km|километра]] и наземен контролен център с наблюдателни станции, разположени в различни точки на [[Земя]]та. Принципът на действие се базира на измерването на разстоянието от мястото, чиито координати търсим, до група спътници, чиито координати са точно определени и известни. Разстоянието се пресмята на базата на времето за разпространение на радиосигнала от спътника до потребителя.
Глобалната система за позициониране е проектирана и контролирана от [[Министерство на отбраната (САЩ)|Министерството на отбраната]] на [[САЩ]]. Тя може да бъде използвана безплатно от всеки. Поддръжката на системата струва около 400 млн. [[долар]]а (USD) годишно, включително разходите по подмяна на остаряващите спътници. Първият от 24-те спътника, които формират сегашната GPS-групировка (''Block II''), е изведен в орбита на [[14 февруари]] [[1989]] г. Последният изстрелян до момента спътник е 52-ри по ред от създаването на системата през [[1978]] г. и е изведен в орбита на [[6 ноември]] [[2004]] година с помощта на ракетата „[[Delta II]]“.
== История ==
Идеята за създаване на спътникова радионавигационна система се ражда още в края на 50-те години на 20 век, когато е изстрелян първият изкуствен спътник от [[Съюз на съветските социалистически републики|СССР]]. Група американски учени, водени от Ричард Кершнер, наблюдават сигналите излъчени от [[Спутник-1|Спутник]] и откриват, че поради [[Доплеров ефект|ефекта на Доплер]], [[честота]]та на излъчения сигнал е по-висока при приближаване на спътника и по-ниска при отдалечаване. Те открили, че ако знаят точната си позиция на Земята, могат да намерят положението на спътника и обратното, ако знаят положението на спътника, могат да открият своята собствена позиция.
До реализирането на тази идея обаче минават около 20 години. Първият тестов спътник е изведен в орбита на [[14 юли]] [[1974]] г., а на [[22 февруари]] [[1978]] г. е изстрелян и първият операционен спътник от бъдещата система. В периода между 1978 и 1980 г. броят на спътниците достига 6, а датата [[6 януари]] [[1980]] е началото на времето използвано в GPS. Последният от 24-те спътника, необходими за пълно покритие на земното кълбо е изведен в орбита в края на [[1993]] г. и системата преминава в пълна готовност на [[17 януари]] [[1994]] г.
Първоначално GPS е бил планиран като военен проект. През 1983 г., поради навигационна грешка южнокорейски граждански самолет с 269 души на борда навлиза в съветското въздушно пространство и е свален от руски изтребител. Предвид трагедията, която е можело да бъде избегната, президентът на САЩ разрешава използването на системата за граждански цели. През 1999 г. вицепрезидентът на САЩ [[Ал Гор]] обявява плановете на [[Белия дом]] за увеличаване на точността на GPS за цивилни нужди, чрез премахване на процеса на [[избирателен достъп]] и използване на допълнителни честоти. Методът на избирателен достъп е отменен през [[2000]] г., а използването на допълнителни честоти е част от процеса на модернизация на GPS.
== Структура ==
Глобалната система за позициониране е разделена на три сегмента: космически, контролен и потребителски.
=== Космически сегмент ===
[[Файл:Global Positioning System satellite.jpg|200px|мини|Спътник от GPS групировката]]
[[Файл:Comparison satellite navigation orbits-ru.svg|мини|ляво|240px|Сравнение на орбитите на различни HC]]
Космическият сегмент се състои от групировка от минимум 24 оперативни GPS – спътника, разположени в 6 геоцентрични [[орбитална равнина|орбитални равнини]], съдържащи по 4 спътника с наклон на орбитата спрямо [[екватор]]а под ъгъл 55°. Спътниците са разположени така, че във всеки момент и във всяка точка на [[Земя]]та да се виждат най-малко 4 от тях. Всеки спътник има на борда 4 [[атомен часовник|атомни часовника]] и извършва една пълна обиколка на своята орбита за 11 часа и 58 минути (половин [[звезден ден]]).
GPS-спътниците излъчват сигнал на две носещи [[честота|честоти]]: L1 (1575,42 MHz) и L2 (1227,60 MHz), които са кратни на стандартната честота (10,23 MHz) на атомните часовници на борда и са [[Модулация (техника)|модулирани]] с C/A („coarse acquisition“) и P („precise“) кодове. Целта на използването на две честоти е елиминирането на грешката, получена от закъснението на сигнала при преминаването му през [[йоносфера]]та. От тези честоти и кодове единствено L1- и C/A-код са достъпни за цивилните потребители, останалите са запазени за военни цели.
Съществуват 3 категории GPS-спътници:
* Блок I: извеждани в орбита между [[1978]] и [[1985]]. Този тип спътници имат продължителност на живота около 4,5 години и вече не са активни. Основната разлика между тях и другите версии е, че спътниците от този тип нямат възможност да деградират сигнала.
* Блок II и IIa: извеждани в орбита след [[1985]] и имат продължителност на живота около 7,5 години. Спътниците от този тип имат възможност да деградират сигнала.
* Блок IIr: извеждани в орбита след [[1996]] и имат продължителност на живота около 10 години. В спътниците от този тип е добавена възможност за комуникация между тях.
=== Контролен сегмент ===
Контролният сегмент се състои от 5 наблюдателни наземни станции, разположени по целия свят; наземни [[антена|антени]] и един главен контролен център в [[Колорадо Спрингс]], които контролират работата на всеки спътник и са отговорни за измерване параметрите на орбитите на спътниците и на отклонението на часовниците, прогнозиране на параметрите на орбитите, синхронизирането на атомните часовници, подаване на данни за препредаване от сателитите.
[[Файл:GPS Receivers.jpg|ляво|мини|GPS-приемниците имат различни форми и могат да бъдат интегрирани в коли, телефони или часовници.]]
=== Потребителски сегмент ===
Потребителският сегмент се състои от GPS-[[Апарат|приемници]], използващи се както за военни, така и за цивилни приложения. GPS-приемникът декодира времеви сигнал, подаван от атомните часовници на няколко сателита, и изчислява позицията си с помощта на [[трилатерация]] (сходен, но различен от [[триангулация]]та метод).
В момента съществува голямо разнообразие от GPS-приемници, които се различават по много показатели, като точност, форма, приложение, цена и т.н. GPS-приемници се използват главно за навигация в пътния, морския и авиационния [[транспорт]], в селското стопанство, както и за точно определяне на времето и синхронизация в някои области на [[индустрия]]та. Модели на сравнително евтини приемници, които се съчетават с [[компютър|компютри]], [[PDA]] или други устройства, са достъпни за потребителите и могат да бъдат използвани за навигация на автомобили, при спортни състезания, планински преходи и дори за водачи на слепи хора.
== Принцип на действие ==
[[Файл:GPS_trilateration_fig_p1.jpg|мини|GPS трилатерация а), б)]]
[[Файл:GPS_trilateration_fig_p2.jpg|мини|GPS трилатерация в)]]
[[Файл:GPS_trilateration_fig_p3.jpg|мини|GPS трилатерация г)]]
Принципът на действие на GPS се базира на т. нар. метод на [[трилатерация]], чрез който позицията на една точка се определя като пресечената точка на няколко [[окръжност]]и (или [[сфера|сфери]]) с известен [[радиус]] и известни координати на центъра. В контекста на GPS, всеки спътник може да се определи като център на сфера с координати – позицията на спътника и радиус – разстоянието от спътника до приемника. За да се определи положението на един приемник, то той трябва да разполага с разстоянието до спътниците и техните точни координати.
=== Определяне на разстоянието до приемника ===
Разстоянието от всеки спътник до потребителя се пресмята като времето, за което сигналът изминава разстоянието от спътника до приемника, се умножи по [[скорост на светлината|скоростта на светлината]] (скоростта, с която се разпространяват [[Електромагнитни вълни|електромагнитните вълни]]). Времето, за което сигналът достига до потребителя, е разликата във времето на приемане и на изпращане на сигнала. В практиката това се представя от данните за:
* '''R''' – изчисленото разстояние до спътника,
* '''t<sub>r</sub>''' и '''t<sub>e</sub>''' времето на приемане и излъчване на сигнала,
| 