Глава 1. Военная топография в допризывной подготовке молодежи

GPS (англ. Global Positioning System - глобальная система позиционирования) - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение. Позволяет практически в любом месте Земли, почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируетсяМинистерством обороны США.

Основной принцип использования системы - определение местоположения путем измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами - спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приема антенной GPS-приемника: для определения трехмерных координат GPS-приемнику нужно знать расстояние до трех спутников и время GPS системы. Таким образом, для определения координат и высоты приемника используются сигналы как минимум с четырех спутников.

Идея создания спутниковой навигации родилась в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские ученые наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты. Реализована эта идея была в США через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS, а, затем, в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 года, а последний из всех 24-х спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 году, таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

24 спутника обеспечивают 100% работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный прием и хороший расчет позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве - 31 аппарат в марте 2010 года.

Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня он все чаще используются в гражданской сфере. GPS-приемники встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и т.п. Создаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть свое местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, разрешенных поворотов и пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры и т.д.

В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам. Но главное в том, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат: новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не менее 60-90 см. Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов.

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника, или приходить со значительными искажениями или задержками:

• практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками;
• поскольку рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, то уровень приема сигнала от спутников может серьезно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности;
• нормальному приему сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, от магнитных бурь (в редких случаях);
• невысокое наклонение орбит GPS серьезно ухудшает точность определения местоположения объектов в приполярных районах Земли.

Существенной отрицательной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США.

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС, GLONASS) — советская и российская спутниковая система навигации , разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS.

Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли - это обеспечивает им большую стабильность. Группировка ГЛОНАСС, по сравнению с GPS, не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования, однако, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче срока службы спутников GPS. Точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстает от аналогичных показателей для GPS. При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляют 2,4—4,7 м. Вместе с тем, ГЛОНАСС обеспечивает более точное, по сравнению с GPS, позиционирование в северных широтах (так как орбиты спутников ГЛОНАСС расположены выше орбит спутниковGPS).

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковаягруппировка была развернута до штатного состава — 24 спутника. Вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6. В настоящее время система ГЛОНАСС находится в стадии активного совершенствования.

В заключение следует отметить как положительные, так и отрицательные стороны систем спутниковой навигации. Неоспоримый плюс – удобство пользования, а также растущая точность и надежность определения местонахожения объектов. Очевидный минус – любая спутниковая система навигации по тем или иным причинам (в первую очередь политического характера) может быть отключена, либо в выдаваемые ею координаты могут быть преднамеренно введены серьезные ошибки, как, например, в ходе вооружённого конфликта в Южной Осетии (2008 г.).