ОСНОВНАЯ ИДЕЯ - МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЕ ПО РАССТОЯНИЯМ ДО СПУТНИКОВ

GPS основана на местоопределении по расстояниям до спутников. Это означает, что координаты некоторого объекта на Земле вычисляются на основе измерения расстояний до группы спутников в космосе. Спутники при этом выполняют роль точно координированных точек отсчета.

Можно было бы спросить: "Как измерить точно, насколько мы удалены от спутника и как определить, где находится спутник, движущийся в космическом пространстве?" Эти детали пока опустим. Просто примем, что есть техническая возможность определить, где в космосе находится каждый из спутников и как далеко он от нас.

Тогда основополагающая идея GPS проста. Допустим, что мы не знаем своих координат и пытаемся определиться. Если известно, что мы находимся на определенном расстоянии, скажем 21000 километров (примерно 11000 миль), от спутника А, то это существенно сократит область пространства, в которой нас следует искать: мы должны быть где-то на воображаемой сфере с центром в спутнике A и радиусом в 21000 километров.

Если к тому же определено, что расстояние до другого спутника В составляет 22000 километров, то это еще больше сократит область поиска. Ведь единственная область пространства, где мы будем на расстоянии 21000 километров от спутника А и 22000 километров от спутника В, это линия пересечения двух сфер, т.е. окружность.

Если мы измерим тем или иным способом расстояние еще и до третьего спутника, то сведем возможное местоположение к двум точкам. Действительно, если известно, что в одно и тоже время мы находимся на расстоянии 23000 километров еще и от спутника С, то существуют только две точки в пространстве, где это возможно. Эти две точки находятся там, где сфера радиусом в 23000 километров пересекается с окружностью, получившейся от пересечения сфер с радиусами в 21000 и в 22000 километров.

Определяясь по трем спутникам, мы можем свести возможное местоположение в пространстве до двух точек (несколько позже мы увидим, что существует техническая причина, по которой мы должны выполнить еще одно измерение, но теоретически пока достаточно и трех).

Как решить, какая из этих двух точек - истинное местоположение? Для этого можно произвести измерение расстояния (дальности) до четвертого спутника, или учесть некоторые дополнительные условия. Обычно, одна из двух точек - это неправдоподобное решение. Она либо располагается слишком далеко от поверхности Земли, либо имеет неправдоподобно большую скорость движения. Вычислители приемников GPS снабжены различными средствами, автоматически выделяющими истинное местоположение из двух возможных.

Вместе с тем, если точно известна высота (например корабли всегда находятся на уровне моря), то можно исключить одно из измерений. Одна из сфер на рисунках может быть заменена на сферу с центром в центре Земли и радиусом, равным ее радиусу плюс высота. Некоторые приемники могут быть переключены в режим определения двух горизонтальных координат.

Так или иначе, но для того, чтобы однозначно определить свое местоположение необходимо знать расстояния (дальности) до четырех спутников. Можно обойтись и тремя, если логически исключить неправдоподобное решение.

Из сказанного следует, что основной принцип GPS - это использование спутников в качестве точек отсчета для вычисления координат на Земле на основе тригонометрических соотношений. Все остальное, что относится к системе, - всего лишь технические решения, предназначенные для облегчения этого процесса, для того, чтобы выполнить его более точно и просто. Рассмотрим теперь некоторые из этих решений.

ТАКИМ ОБРАЗОМ:

• Координаты местоположения вычисляются в GPS на основе измеренных расстояний до группы спутников.
• Для определения местоположения необходимо провести четыре измерения.
• Трех измерений достаточно, если тем или иным методом исключить неправдоподобное решение.
• Еще одно измерение требуется по техническим причинам, которые будут рассмотрены в следующих главах.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии