Այսօր, հավանաբար, չկա մարդ, ով չի լսել GPS-ի մասին։ Այնուամենայնիվ, ոչ բոլորն են լիովին հասկանում, թե ինչ է դա: Հոդվածում մենք կփորձենք պարզել, թե ինչ է իրենից ներկայացնում գլոբալ դիրքավորման համակարգը, ինչից է այն բաղկացած և ինչպես է այն աշխատում։
Պատմություն
GPS նավիգացիոն համակարգը Navstar համալիրի մի մասն է, որը մշակվել և շահագործվում է ԱՄՆ պաշտպանության նախարարության կողմից: Համալիրի նախագիծը սկսել է իրագործվել 1973թ. Եվ արդեն 1978-ի սկզբին, հաջող փորձարկումներից հետո, շահագործման հանձնեցին։ Մինչև 1993 թվականը Երկրի շուրջ արձակվել էին 24 արբանյակներ՝ ամբողջությամբ ծածկելով մեր մոլորակի մակերեսը։ Navstar ռազմական ցանցի քաղաքացիական մասը հայտնի դարձավ որպես GPS, որը նշանակում է Global Positioning System («գլոբալ դիրքորոշման համակարգ»):
Նրա հիմքը բաղկացած է արբանյակներից, որոնք շարժվում են վեց շրջանաձև ուղեծրերով: Դրանք ընդամենը մեկուկես մետր լայնություն ունեն, իսկ երկարությունը՝ հինգ մետրից մի փոքր ավելի։ Քաշն այս դեպքում մոտ ութ հարյուր քառասուն կիլոգրամ է։ Դրանք բոլորն ապահովում են լիարժեք կատարում մեր մոլորակի ցանկացած կետում:
Հետևումն իրականացվում է գլխավոր կառավարման կայանից, որը գտնվում է Կոլորադո նահանգում։ Կա Schriver Air Force Base-ը` հիսուներորդ տիեզերական ուժը:
Երկրի վրա կա ավելի քան տասը հետագծող կայան: Դրանք հանդիպում են Համբարձման կղզում, Հավայան կղզիներում, Կվաջալեյնում, Դիեգո Գարսիայում, Կոլորադո Սփրինգսում, Կանավերալ հրվանդանում և այլ վայրերում, որոնց թիվը տարեցտարի ավելանում է։ Նրանցից ստացված ողջ տեղեկատվությունը մշակվում է գլխավոր կայանում։ Թարմացված տվյալները վերբեռնվում են քսանչորս ժամը մեկ։
Այս գլոբալ դիրքավորումը արբանյակային համակարգ է, որը շահագործվում է ԱՄՆ պաշտպանության նախարարության կողմից: Այն աշխատում է ցանկացած եղանակին և անընդհատ տեղեկատվություն է փոխանցում։
Օպերատիվ սկզբունք
GPS գլոբալ դիրքավորման համակարգերն աշխատում են հետևյալ բաղադրիչների հիման վրա՝
- արբանյակային եռակողմանիություն;
- արբանյակային միջակայք;
- ճշգրիտ ժամանակի հղում;
- գտնվելու վայրը;
- ուղղում.
Եկեք ավելի մոտիկից նայենք դրանց։
Trilateration-ը երեք արբանյակների տվյալների հեռավորության հաշվարկն է, որի շնորհիվ հնարավոր է հաշվարկել որոշակի կետի գտնվելու վայրը։
Հեռավորություն նշանակում է արբանյակների հեռավորությունը, որը հաշվարկվում է այն ժամանակով, երբ ռադիոազդանշանն անցնում է նրանցից դեպի ընդունիչ՝ հաշվի առնելով լույսի արագությունը։ Ժամանակը որոշելու համար ստեղծվում է կեղծ պատահական ծածկագիր, որի շնորհիվ ստացողը ցանկացած պահի կարողանում է շտկել ուշացումը։
Հետևյալ նկարը ցույց է տալիս ուղիղկախված ժամացույցի ճշգրտությունից: Արբանյակներն ունեն ատոմային ժամացույցներ, որոնց ճշգրտությունը հասնում է մեկ նանվայրկյանի: Սակայն բարձր արժեքի պատճառով դրանք ամենուր չեն օգտագործվում։
Արբանյակները գտնվում են Երկրից ավելի քան քսան հազար կիլոմետր բարձրության վրա, ճիշտ այնքան, որքան անհրաժեշտ է ուղեծրում կայուն շարժման և մթնոլորտային դիմադրության նեղացման համար:
Աշխարհում գլոբալ դիրքավորման համակարգի գործունեության ընթացքում թույլ են տալիս սխալներ, որոնք դժվար է վերացնել։ Դա պայմանավորված է ազդանշանի անցմամբ տրոպոսֆերայով և իոնոսֆերայով, որտեղ արագությունը նվազում է, ինչը հանգեցնում է չափումների ձախողումների։
Քարտեզագրման համակարգի բաղադրիչներ
Կան բազմաթիվ գլոբալ դիրքորոշման համակարգի արտադրանքներ և GIS քարտեզագրման հավելվածներ: Դրանց շնորհիվ աշխարհագրական տվյալներն արագ ձևավորվում և թարմացվում են։ Այս արտադրանքի բաղադրիչներն են GPS ընդունիչները, ծրագրակազմը և տվյալների պահպանման սարքերը:
Ստացողները կարողանում են հաշվարկներ կատարել վայրկյանից պակաս հաճախականությամբ և տասնյակ սանտիմետրից մինչև հինգ մետր ճշգրտությամբ՝ աշխատելով դիֆերենցիալ ռեժիմում։ Դրանք միմյանցից տարբերվում են չափերով, հիշողության հզորությամբ և հետևելու ալիքների քանակով։
Մինչ մարդը կանգնած է մեկ տեղում կամ շարժվում է, ընդունիչը ազդանշաններ է ստանում արբանյակներից և հաշվարկ է կատարում իր գտնվելու վայրի վերաբերյալ: Արդյունքները կոորդինատների տեսքով ցուցադրվում են էկրանին:
Կարգավորիչները շարժական համակարգիչներ են, որոնք գործարկում են տվյալներ հավաքելու համար անհրաժեշտ ծրագրակազմը: Ծրագիրը վերահսկում է ընդունիչի կարգավորումները: Սկավառակներ ունենտվյալների գրանցման տարբեր չափեր և տեսակներ։
Յուրաքանչյուր համակարգ հագեցած է ծրագրային ապահովմամբ: Այն բանից հետո, երբ դուք բեռնում եք տեղեկատվությունը սկավառակից ձեր համակարգիչ, ծրագիրը մեծացնում է տվյալների ճշգրտությունը՝ օգտագործելով մշակման հատուկ մեթոդ, որը կոչվում է «դիֆերենցիալ ուղղում»: Ծրագիրը պատկերացնում է տվյալները: Դրանցից մի քանիսը կարելի է խմբագրել ձեռքով, մյուսները՝ տպագրվել և այլն։
GPS-ի գլոբալ դիրքավորում. համակարգեր, որոնք օգնում են տեղեկություններ հավաքել տվյալների բազա մուտք գործելու համար, և ծրագրաշարը դրանք արտահանում է GIS ծրագրեր:
Դիֆերենցիալ ուղղում
Այս մեթոդը զգալիորեն բարելավում է հավաքագրված տվյալների ճշգրտությունը: Այս դեպքում ստացողներից մեկը գտնվում է որոշակի կոորդինատների մի կետում, իսկ մյուսը տեղեկատվություն է հավաքում այնտեղ, որտեղ դրանք անհայտ են:
Դիֆերենցիալ ուղղումն իրականացվում է երկու եղանակով:
- Առաջինը իրական ժամանակի դիֆերենցիալ ուղղումն է, որտեղ յուրաքանչյուր արբանյակի սխալները հաշվարկվում և զեկուցվում են հիմնական կայանի կողմից: Թարմացված տվյալները ստանում է ռովերը, որը ցուցադրում է շտկված տվյալները։
- Երկրորդը` դիֆերենցիալ ուղղումը հետմշակման ժամանակ, տեղի է ունենում, երբ հիմնական կայանը ուղղումներ է գրում անմիջապես համակարգչի ֆայլի վրա: Բնօրինակ ֆայլը մշակվում է թարմացված ֆայլի հետ միասին, այնուհետև ստացվում է դիֆերենցիալ շտկված:
Trimble քարտեզագրման համակարգերը կարող են օգտագործել երկու մեթոդները: Այսպիսով, եթե իրական ժամանակի ռեժիմն ընդհատվում է, ապա հնարավոր է այն օգտագործել հետմշակման ժամանակ:
Դիմում
GPSկիրառվում է տարբեր ոլորտներում: Օրինակ, գլոբալ դիրքավորման համակարգերը լայնորեն օգտագործվում են բնական ռեսուրսների արդյունաբերության մեջ, որտեղ երկրաբանները, կենսաբանները, անտառագետները և աշխարհագրագետները դրանք օգտագործում են դիրքերը և լրացուցիչ տեղեկություններ գրանցելու համար: Այն նաև ենթակառուցվածքների և քաղաքաշինության տարածք է, որտեղ վերահսկվում են երթևեկության հոսքերը և կոմունալ համակարգը:
Գլոբալ դիրքավորման GPS համակարգերը նույնպես լայնորեն կիրառվում են գյուղատնտեսության մեջ՝ նկարագրելով, օրինակ, ոլորտների առանձնահատկությունները։ Հասարակական գիտություններում պատմաբաններն ու հնագետները դրանք օգտագործում են պատմական վայրերը նավարկելու և գրանցելու համար։
GPS քարտեզագրման համակարգերի շրջանակը սրանով չի սահմանափակվում: Դրանք կարող են օգտագործվել ցանկացած այլ հավելվածում, որտեղ անհրաժեշտ են ճշգրիտ կոորդինատներ, ժամանակ և այլ տեղեկություններ:
GPS ընդունիչ
Սա ռադիոընդունիչ է, որը որոշում է ալեհավաքի դիրքը Navstar արբանյակներից ստացվող ռադիոազդանշանների ժամանակային ուշացումների մասին տեղեկատվության հիման վրա:
Չափումները կազմվում են երեքից հինգ մետր ճշտությամբ, իսկ ցամաքային կայանից ազդանշան լինելու դեպքում՝ մինչև մեկ միլիմետր։ Հին նմուշների վրա կոմերցիոն տիպի GPS նավիգատորներն ունեն հարյուր հիսուն մետր ճշգրտություն, իսկ նորերի վրա՝ մինչև երեք մետր:
Ընդունիչների հիման վրա ստեղծվում են GPS լոգերներ, GPS հետքեր և GPS նավիգատորներ:
Սարքավորումները կարող են լինել անհատական կամ պրոֆեսիոնալ: Երկրորդտարբերվում է որակով, աշխատանքային ռեժիմներով, հաճախականությամբ, նավիգացիոն համակարգերով և գնով։
Պատվիրված ընդունիչները կարող են հաղորդել ճշգրիտ կոորդինատները, ժամանակը, բարձրությունը, օգտատիրոջ կողմից սահմանված ուղղությունը, ընթացիկ արագությունը, ճանապարհի մասին տեղեկությունները: Տեղեկությունները ցուցադրվում են հեռախոսի կամ համակարգչի վրա, որին միացված է սարքը:
GPS նավիգատորներ. քարտեզներ
Քարտեզները բարելավում են նավիգատորի որակը: Դրանք գալիս են վեկտորային և ռաստերային տեսակներով։
Վեկտորային տարբերակները պահում են տվյալներ օբյեկտների, կոորդինատների և այլ տեղեկությունների մասին: Դրանք կարող են ցուցադրել բնական տեղանք և բազմաթիվ առարկաներ, ինչպիսիք են հյուրանոցները, բենզալցակայանները, ռեստորանները և այլն, քանի որ դրանք պատկերներ չեն պարունակում, ավելի քիչ տեղ են զբաղեցնում և ավելի արագ են աշխատում:
Ռաստերի տեսակները ամենապարզն են: Նրանք ներկայացնում են տարածքի պատկերը աշխարհագրական կոորդինատներով: Կարելի է արբանյակային լուսանկար անել կամ թղթի տիպի քարտեզ՝ սկանավորվել:
Ներկայումս կան նավիգացիոն համակարգեր, որոնք օգտատերը կարող է լրացնել իր օբյեկտներով:
GPS թրեքեր
Նման ռադիոընդունիչը ստանում և փոխանցում է տվյալներ՝ վերահսկելու և հետևելու տարբեր առարկաների շարժումները, որոնց այն կցված է: Այն ներառում է ընդունիչ, որը որոշում է կոորդինատները, և հաղորդիչ, որն ուղարկում է դրանք հեռավորության վրա գտնվող օգտվողին:
GPS թրեքերներ են գալիս՝
- անձնական, օգտագործվում է առանձին;
- ավտոմեքենա՝ միացված ինքնաթիռինավտոմատ ցանցեր։
Դրանք օգտագործվում են տարբեր առարկաների (մարդիկ, տրանսպորտային միջոցներ, կենդանիներ, ապրանքներ և այլն) գտնվելու վայրը որոշելու համար։
Այս սարքերը կարող են օգտագործվել ճնշելու ազդանշանները, որոնք խանգարում են այն հաճախականություններին, որտեղ գործում է թրեկերը:
GPS-լոգեր
Այս ռադիոկայանները կարող են աշխատել երկու ռեժիմով՝
- կանոնավոր GPS ընդունիչ;
- լոգեր՝ գրանցելով տեղեկատվություն անցած ճանապարհի մասին:
Դրանք կարող են լինել՝
- շարժական, հագեցած փոքր չափի վերալիցքավորվող մարտկոցով;
- ավտոմոբիլ, սնուցվում է ներքին ցանցից:
Լոգերի ժամանակակից մոդելներում հնարավոր է գրանցել մինչև երկու հարյուր հազար միավոր։ Առաջարկվում է նաև նշել ձեր ճանապարհի ցանկացած կետ:
Սարքերը ակտիվորեն օգտագործվում են զբոսաշրջության, սպորտի, հետևելու, քարտեզագրության, գեոդեզիայի և այլնի ոլորտներում:
Գլոբալ դիրքավորում այսօր
Տրամադրված տեղեկատվության հիման վրա կարելի է եզրակացնել, որ նման համակարգերն արդեն կիրառվում են ամենուր, և շրջանակն ավելի լայն տարածում ունի։
Գլոբալ դիրքավորումն ընդգրկում է սպառողական հատվածը: Վերջին տեխնիկական նորարարությունների օգտագործումը համակարգը դարձնում է շուկայի այս հատվածի ամենապահանջվածներից մեկը:
GPS-ի հետ մեկտեղ Ռուսաստանում մշակվում է GLONASS, իսկ Եվրոպայում՝ Galileo:
Միևնույն ժամանակ, գլոբալ դիրքավորումը զերծ չէ իր թերություններից: Օրինակ, երկաթբետոնե շենքի բնակարանում, թունելում կամ նկուղում, որոշեք ճշգրիտ վայրը.անհնարին. Մագնիսական փոթորիկները և գետնի վրա գտնվող ռադիոաղբյուրները կարող են խանգարել նորմալ ընդունմանը: Նավիգացիոն քարտեզները շատ արագ դառնում են հնացած:
Ամենամեծ թերությունն այն է, որ համակարգը լիովին կախված է ԱՄՆ պաշտպանության նախարարությունից, որը ցանկացած պահի կարող է, օրինակ, միացնել միջամտությունը կամ ընդհանրապես անջատել քաղաքացիական մասը։ Հետևաբար, այնքան կարևոր է, որ բացի գլոբալ դիրքորոշման համակարգից զարգանում են նաև GPS-ը և GLONASS-ը և Galileo-ն:
