Precizia determinării coordonatelor GPS. Diferența este în receptorii GPS geodezici și convenționali. Metode de măsurători geodezice cu receptoare GPS

Procesul de determinare a coordonatelor atunci când stați într-un loc sau vă deplasați se reduce la primirea semnalelor de la sateliții GPS, analizarea acestora și calcularea datelor privind locația receptorului. Rezultatele calculului sunt afișate ca coordonate pe afișajul receptorului.

Receptorul GPS are capacitatea de a calcula viteza și direcția de mișcare, poate oferi o legătură cu cel încărcat în receptor sau în laptop harta locală sau harta unui oraș mare. Această proprietate este de mare valoare, deoarece vă permite să navigați într-o zonă pe care nu o cunoașteți, urmărindu-vă mișcarea pe ecranul monitorului.

Receptoarele GPS au un dispozitiv de stocare a datelor conceput pentru a stoca coordonatele măsurate, iar software-ul controlează setările pentru intervalul de măsurare și cantitatea de date GPS stocate. Unitatea, în funcție de scopul receptorului, poate fi fie realizată ca dispozitiv separat, fie integrată cu receptorul într-o singură carcasă.

Semnale de navigație GPS

Fiecare satelit GPS emite la două frecvențe - L1 și L2 - un semnal special de navigație sub forma unei secvențe pseudo-aleatoare cu deplasare de fază, în care sunt criptate două tipuri de cod - codul C/A (agreat/achiziție sau clar). /achiziție), sau un cod „gros”, accesibil unui cerc larg de consumatori civili și care permite obținerea doar o estimare aproximativă a locației și codul P (cod de precizie), care oferă o mai precisă. calculul coordonatelor. Inițial, utilizarea codului P a fost limitată, dar la 1 mai 2000, aceste restricții au fost ridicate prin ordin al președintelui Statelor Unite, ceea ce a făcut posibilă creșterea semnificativă a preciziei acestor receptoare fără a fi nevoie de upgrade. . Codul C/A este transmis pe frecvența L1 utilizând tasarea cu defazare a unei secvențe pseudo-aleatoare de 1023 de simboluri cu protecție împotriva erorilor. Perioada de repetare a codului C/A este de 1 ms. Frecvența ceasului- 1.023 MHz. Codul P este transmis pe frecvența L2 folosind o secvență pseudo-aleatorie ultra-lungă cu o perioadă de repetare de 267 de zile. Frecvența ceasului - 10,23 MHz. Pe lângă aceste coduri, semnalul GPS poate conține și un cod Y, care este o versiune criptată a codului P.

Pe lângă codurile C/A și P, satelitul GPS transmite în mod regulat un mesaj special care conține informații suplimentare. Utilizatorul primește informații despre ora sistemului, efemeride (seturi de parametri care descriu cu exactitate orbita satelitului), prognoza de întârziere ionosferică și indicatorii de performanță. Un mesaj de navigație cu o lungime de 1500 de biți este transmis cu o viteză de 50 de biți/s pe frecvențele L1 și/sau L2.

Precizia determinării coordonatelor în sistemele GPS

Coordonatele abonatului mobil sunt determinate folosind un receptor de semnal GPS standard. Poate folosi o antenă pasivă sau activă și calculează în mod autonom coordonatele geografice și ora universală (UTC) din semnalele de navigație. Astfel de receptoare oferă o precizie ridicată în determinarea coordonatelor.

Receptoarele GPS pot diferi în ceea ce privește numărul de canale de recepție, viteza de actualizare a datelor, timpul de calcul, precizia și fiabilitatea determinării coordonatelor. Ele pot fi echipate cu mai multe receptoare, permițându-le să urmărească aproape toți sateliții de navigație în condiții de vizibilitate radio. Numărul de canale de recepție este de obicei dat în datele tehnice ale receptorului. Dacă numărul de canale de recepție este mai mic decât numărul de sateliți observați, este selectată automat cea mai optimă combinație a acestora din urmă. Datele de navigație sunt actualizate în fiecare secundă. Timpul necesar pentru determinarea coordonatelor depinde de numărul de sateliți observați simultan și de modul de determinare a poziției.

Coordonatele pot fi determinate în două moduri - 2D (bidimensional) și 3D (tridimensional sau spațial). În modul 2D, latitudinea și longitudinea sunt determinate, se presupune că altitudinea este cunoscută. Pentru a funcționa în acest mod, prezența a trei sateliți în zona de vizibilitate radio este suficientă, iar timpul pentru determinarea coordonatelor nu depășește 2 minute.

Determinarea coordonatelor spațiale ale unui abonat în modul 3D necesită să existe cel puțin patru sateliți în zona de vizibilitate radio. Timpul pentru determinarea coordonatelor nu este mai mare de 3 - 4 minute. Utilizarea unui receptor doar cu un sistem GPS sau numai cu un sistem GLONASS (mai multe despre aceasta mai jos) va furniza o eroare de mai puțin de 100 m Iar dacă utilizați un receptor combinat cu două standarde GPS/GLONASS, precizia determinării coordonatelor va fi mult. mai mare, iar eroarea va fi de numai 15–20 m.

La efectuarea unor lucrări, de exemplu, topografie geodezică, este necesară o precizie ridicată în determinarea coordonatelor. Este furnizat printr-o metodă diferențială, atunci când datele privind coordonatele unui obiect, măsurate de un receptor GPS, sunt clarificate prin legarea acestora la stâlpi staționari situati la sol, care sunt echipate cu receptoare GPS ale căror coordonate sunt cunoscute cu precizie. . Precizia măsurării coordonatelor variază de la câțiva decimetri până la 5 m.

Mărimea erorii în determinarea coordonatelor este influențată de o serie de factori. Pentru a reduce amploarea erorii în fiecare caz specific, se folosesc măsuri speciale, așa că vom enumera pur și simplu motivele apariției erorilor.

1. Erori datorate modului de disponibilitate selectivă (S/A). Acest mod este întrerupt în prezent, dar furnizorul de servicii GPS (Departamentul de Apărare al SUA) îl poate introduce în cazuri speciale. Valoarea erorii pătratice medii va fi de aproximativ 30 m.

2. Erorile asociate cu propagarea undelor radio în ionosferă apar din cauza întârzierii în propagarea semnalelor pe măsură ce acestea trec prin ionosferă, starea cărora depinde de mulți factori (momentul zilei, anul, nivelul activității solare) , și duc la erori de ordinul a 20–30 m ziua și 3–6 m noaptea.

3. Erori cauzate de propagarea undelor radio în troposferă (stratul inferior al atmosferei). Eroarea la utilizarea semnalelor cu cod C/A nu depășește 30 m.

4. Eroare de efemeridă din cauza discrepanței dintre poziția reală și cea calculată satelit GPS, care se stabilește în funcție de semnalul de navigație transmis de la bordul său. Valoarea erorii nu depășește 3 m.

5. Eroarea în scara de timp a satelitului se datorează discrepanței dintre scalele de timp ale diferiților sateliți.

6. Eroare la determinarea distanței până la satelit. Acesta este un indicator statistic care este calculat pentru un anumit satelit și un anumit interval de timp. Valoarea de eroare nu depășește de obicei 10 m Receptorul de semnal de navigație pentru sistemul GPS este format dintr-un modul de recepție și o antenă de dimensiuni mici cu un amplificator cu zgomot redus. Modulul de recepție este disponibil ca dispozitiv autonom cu surse de alimentare încorporate și sub forma unei plăci separate încorporate în terminalul abonatului.

Sisteme de poziționare și navigație prin satelit, dezvoltate inițial pentru nevoi militare, În ultima vreme sunt utilizate pe scară largă în sfera civilă. Monitorizarea prin GPS/GLONASS a transportului, monitorizarea persoanelor care au nevoie de îngrijire, monitorizarea mișcărilor angajaților, urmărirea animalelor, urmărirea bagajelor, geodezia și cartografia sunt principalele domenii de utilizare a tehnologiilor satelitare.

În prezent, există două sisteme globale de poziționare prin satelit create în SUA și Federația Rusă și două regionale, care acoperă China, țările Uniunii Europene și o serie de alte țări din Europa și Asia. Monitorizarea GLONASS și monitorizarea GPS sunt disponibile în Rusia.

Sisteme GPS și GLONASS

GPS (Global Position System) este un sistem de satelit a cărui dezvoltare a început în America în 1977. Până în 1993, programul a fost implementat, iar până în iulie 1995, sistemul era complet gata. Momentan spatiu Rețeaua GPS este format din 32 de sateliți: 24 principali, 6 de rezervă. Aceștia orbitează Pământul pe o orbită medie-înaltă (20.180 km) în șase planuri, cu patru sateliți principali în fiecare.

Există o stație principală de control și zece stații de urmărire la sol, dintre care trei transmit către sateliți ultima generatie date de corectare și le distribuie întregii rețele.

Dezvoltarea sistemului GLONASS (Global Navigation Satellite System) a început în URSS în 1982. Finalizarea lucrărilor a fost anunțată în decembrie 2015. GLONASS necesită 24 de sateliți pentru a funcționa, 18 sunt suficienți pentru a acoperi teritoriul și Federația Rusă și numărul total de sateliți localizați în acest moment pe orbită (inclusiv cele de rezervă) - 27. Se deplasează și pe o orbită mediu-înaltă, dar la o altitudine mai mică (19.140 km), în trei avioane, cu câte opt sateliți principali în fiecare.

Stațiile terestre GLONASS sunt situate în Rusia (14), Antarctica și Brazilia (câte una) și sunt planificate să fie desfășurate o serie de stații suplimentare.

Predecesorul GPS-ului a fost sistemul Transit, dezvoltat în 1964 pentru a controla lansarea rachetelor de pe submarine. Putea localiza exclusiv obiecte staționare cu o precizie de 50 m, iar singurul satelit era în câmpul vizual doar o oră pe zi. Programul GPS se numea anterior DNSS și NAVSTAR. În URSS, crearea unui sistem de navigație prin satelit a început în 1967, ca parte a programului Cyclone.

Principalele diferențe dintre sistemele de monitorizare GLONASS și GPS:

• Sateliții americani se deplasează sincron cu Pământul, în timp ce sateliții ruși se mișcă asincron;
• diferite înălțimi și număr de orbite;
• unghiurile lor diferite de înclinare (aproximativ 55° pentru GPS, 64,8° pentru GLONASS);
• diferite formate de semnal și frecvențe de operare.

Beneficiile GPS-ului

• GPS-ul este cel mai vechi sistemele existente poziționare, a fost adusă în deplină pregătire înaintea celei rusești.
• Fiabilitatea vine din utilizare Mai mult sateliți de rezervă.
• Poziționarea are loc cu o eroare mai mică decât GLONASS (în medie 4 m, iar pentru sateliții de ultimă generație - 60–90 cm).
• Multe dispozitive acceptă sistemul.

Avantajele sistemului GLONASS

• Poziția sateliților asincroni pe orbită este mai stabilă, ceea ce îi face mai ușor de controlat. Nu sunt necesare ajustări regulate. Acest avantaj este important pentru specialiști, nu pentru consumatori.
• Sistemul a fost creat în Rusia, prin urmare asigură recepția fiabilă a semnalului și precizia de poziționare la latitudinile nordice. Acest lucru se realizează datorită unghiului mai mare de înclinare a orbitelor sateliților.
• GLONASS este un sistem intern și va rămâne disponibil rușilor dacă GPS-ul este oprit.

Dezavantajele sistemului GPS

• Sateliții se rotesc sincron cu rotația Pământului, astfel încât poziționarea precisă necesită funcționarea stațiilor corective.
• Unghiul de înclinare scăzut nu oferă semnal bunși poziționare precisă în regiunile polare și latitudini înalte.
• Dreptul de a controla sistemul aparține armatei, iar aceștia pot distorsiona semnalul sau pot opri complet GPS-ul pentru civili sau pentru alte țări în cazul unui conflict cu aceștia. Prin urmare, deși GPS-ul pentru transport este mai precis și mai convenabil, GLONASS este mai fiabil.

Dezavantajele sistemului GLONASS

• Dezvoltarea sistemului a început mai târziu și până de curând s-a desfășurat cu un decalaj semnificativ în urma americanilor (criză, abuz financiar, furt).
• Set incomplet de sateliți. Durata serviciului sateliți ruși mai jos decât cele americane, au nevoie de reparații mai des, astfel încât acuratețea navigației într-un număr de zone este redusă.
• Monitorizarea prin satelit a transportului GLONASS este mai costisitoare decât GPS-ul datorită costului ridicat al dispozitivelor adaptate să funcționeze cu sistem casnic poziționare.
• Defect software pentru smartphone-uri, PDA-uri. Modulele GLONASS au fost concepute pentru navigatori. Pentru dispozitivele portabile compacte de astăzi, cele mai comune și opțiune accesibilă– este compatibil doar pentru GPS-GLONASS sau GPS.

rezumat

Sistemele GPS și GLONASS sunt complementare. Soluția optimă este satelit GPS-GLONASS monitorizarea. Dispozitivele cu două sisteme, de exemplu, marcatoarele GPS cu modulul M-Plata GLONASS, asigură o precizie ridicată a poziționării și o funcționare fiabilă. Dacă pentru poziționarea exclusiv folosind GLONASS eroarea este în medie de 6 m, iar pentru GPS – 4 m, atunci când se folosesc două sisteme simultan, scade la 1,5 m Dar astfel de dispozitive cu două microcipuri sunt mai scumpe.

GLONASS a fost dezvoltat special pentru latitudinile rusești și este posibil să ofere o precizie ridicată datorită lipsei de personal cu sateliți, avantajul real este încă de partea GPS. pro Sistemul american este accesibilitatea și larg alege dispozitive cu suport GPS.

Tehnologiile moderne de navigație prin satelit oferă determinarea locației cu o precizie de aproximativ 10-15 metri. În cele mai multe cazuri, acest lucru este suficient, totuși, în unele cazuri este nevoie de mai mult: să zicem, o dronă autonomă care se mișcă destul de repede pe suprafața pământului se va simți inconfortabil într-un nor de coordonate cu erori de contor.

Pentru a clarifica datele satelitare, sunt folosite sisteme diferențiale și tehnologii RTK (cinematică în timp real), dar până de curând, astfel de dispozitive erau costisitoare și greoaie. Ultimele realizări tehnologie digitala microcomputerul Intel Edison a ajutat la rezolvarea acestei probleme. Așadar, întâlniți: Reach - primul receptor GPS compact de înaltă precizie, foarte accesibil și, în plus, dezvoltat în Rusia.

Mai întâi, să vorbim puțin despre tehnologiile diferențiale care permit Reach să obțină rezultate atât de înalte. Sunt bine cunoscute și implementate destul de pe scară largă. Diferenţial sisteme de navigatie(DNSS) îmbunătățește precizia determinarea locațieiși vitezele utilizatorilor de telefonie mobilă prin furnizarea de date de măsurare sau informații de corecție de la una sau mai multe stații de bază.

Coordonatele fiecăruia stație de bază sunt cunoscute cu mare precizie, astfel încât măsurătorile stației servesc la calibrarea datelor de la receptoarele din apropiere. Receptorul poate calcula distanța teoretică și timpul de propagare a semnalului dintre el și fiecare satelit. Când aceste valori teoretice sunt comparate cu datele observaționale, diferențele reprezintă erori în semnalele primite. Din aceste diferențe se obțin informații corective (date RTCM).

Precizia determinării coordonatelor folosind Reach. Atenție la scară.

Informațiile corective pot fi obținute de dispozitivul Reach din două surse. În primul rând de la retea publica stații de bază prin Internet utilizând protocolul NTRIP (Networked Transport of RTCM via Protocol Internet), implementând ideea descrisă mai sus în legătură cu o rețea globală de calculatoare. În al doilea rând, cu ajutorul celui de-al doilea Reach, care ocupă o poziție staționară lângă primul și este astfel o stație de bază în ceea ce privește DNSS. A doua opțiune este de preferat (precizia DNSS scade semnificativ odată cu creșterea distanței dintre receptor și BS) - nu întâmplător, ca parte a campaniei de crowdfunding de pe site-ul Indiegogo, creatorii Reach oferă prima poziție pentru a cumpăra un set de două dispozitive.

Specificațiile dispozitivului sunt prezentate în tabelul de mai jos. După cum puteți vedea, hardware-ul este format din 3 părți: computer Intel Edison, care rulează Linux OS și software-ul RTK RTKLIB; Receptor GPS U-blox NEO-M8T și antenă Tallysman TW4721. Vă rugăm să rețineți că receptorul acceptă toate cele existente sisteme prin satelit: GPS, GLONASS, Beidou și QZSS. Acest întreg set de componente software și hardware oferă o precizie impresionantă de determinare a coordonatelor: până la 2 cm!
Cine poate folosi un astfel de dispozitiv? După cum am menționat mai sus, creatorii diverselor robotici mobile, autonome și nu așa; Mai mult, având în vedere costul redus (precomandă 545 USD pentru un set dublu și 285 USD pentru un singur set), va atrage nu numai profesioniștii, ci și pasionaților. În continuare, la compilatori diferite feluri carduri, din nou, inclusiv pentru amatori. Ei bine, doar tocilari care vor să-și cunoască locația până la un centimetru.

Creatorii Reach, compania Emlid, s-au descurcat cu succes pe site-ul indiegogo: în mai puțin de o lună s-a încasat aproape dublul sumei solicitate. Aceasta înseamnă că proiectul va fi cu siguranță implementat. Mai ai timp să preconzi și să fii printre primii care primesc un dispozitiv de navigare complet nou. Distribuția de mărfuri este programată pentru iulie.

Te-ai pierdut vreodată și ți-ai dorit din toată inima să existe o cale ușoară de a afla ce drum să mergi? Sau găsiți un loc minunat pentru pescuit sau vânătoare și nu vă amintiți cum să vă întoarceți cu ușurință la el? Ce zici să descoperi într-o excursie că ți-ai pierdut drumul și că nu știi cum să te întorci în tabără sau în mașină? În timpul zborului, a trebuit să localizați cel mai apropiat aeroport sau să identificați spațiul aerian în care vă aflați? Este posibil să fi întâmpinat problema de a opri pe marginea drumului și de a cere cuiva indicații.

Tehnologia GPS schimbă rapid modul în care oamenii navighează pe pământ. Fie că este vorba de distracție, pentru a salva o viață, pentru a ajunge acolo mai repede sau pentru orice altceva la care vă puteți gândi, navigarea prin GPS devine din ce în ce mai comună în fiecare zi.

Ce este GPS-ul oricum?

GPS - Sistem global de navigare și poziționare. O rețea de sateliți care transmit în mod constant informații codificate care pot fi utilizate pentru a identifica locațiile de pe pământ prin măsurarea distanței până la sateliți.

După cum se precizează în cele de mai sus Detectare GPS mijloace Sistem global Sistem de poziționare (Global Positioning System) și se referă la un grup de sateliți ai Departamentului de Apărare al SUA care orbitează constant Pământul. Sateliții transmit semnale radio de putere redusă, permițând oricui cu un dispozitiv GPS să-și determine locația pe Pământ. Crearea acestui sistem remarcabil nu a fost ieftină și a costat SUA miliarde de dolari. Actual întreținere, inclusiv lansarea de noi sateliți pentru a-i înlocui pe cei vechi, crește costul sistemului. În mod surprinzător, GPS-ul precede de fapt apariția computerelor personale. Ceea ce poate dezvoltatorii nu au prevăzut este ziua în care vom putea purta navigatoare GPS mici, cu o greutate mai mică de un kilogram, care nu numai că ne vor spune unde ne aflăm în sistemul de coordonate (longitudine/latitudine), ci chiar ne vor arăta locația. pe harta electronica cu orașe, străzi etc.

Inițial, dezvoltatorii s-au gândit la utilizarea militară. Receptoarele GPS ar servi scopurilor de navigare, desfășurare de trupe și coordonare a focului de artilerie (printre alte aplicații). Din fericire, o decizie administrativă din 1980 a făcut navigatorul GPS disponibil și pentru uz civil. Acum toată lumea poate aprecia beneficiile GPS-ului! Posibilitățile sunt aproape nelimitate. Uneori oamenii întreabă dacă acest sistem este liber de utilizat - DA! (Ei bine, de fapt, plata ta au fost taxele pe care le-ai plătit). Așa că, pur și simplu, despachetați GPS-ul, introduceți bateriile și scufundați-vă! cea mai interesantă lume navigație GPS.

Cine folosește GPS-ul?

Navigatorul GPS are multe utilizări pe uscat, în apă și în aer. Practic, un GPS vă permite să înregistrați sau să setați puncte de locație pe pământ și vă ajută să navigați de la și către acele puncte. Navigatorul GPS poate fi folosit peste tot, cu excepția locurilor în care nu există recepție de semnal, de ex. în interior, în peșteri, parcări și alte locuri situate subteran, precum și sub apă.

În aer și pe apă, GPS-ul este folosit în principal pentru navigație, dar pe uscat aplicațiile sale sunt mai variate. Navigatoarele GPS sunt folosite de oamenii de știință în diverse scopuri. Topoșenii își fac din ce în ce mai mult munca folosind un navigator GPS, care reduce semnificativ costurile sondajului și oferă, de asemenea, o precizie uimitoare. În general, echipamentul de recunoaștere oferă o precizie de până la un metru. Mai mult sisteme scumpe poate oferi precizie într-un centimetru! În domeniul recreerii, utilizarea navigatoarelor GPS este la fel de diversă ca și numărul de tipuri de recreere. Navigatoarele GPS devin din ce în ce mai populare printre turiști, vânători, alpiniști, schiori etc. Dacă sunteți interesat de un sport sau de orice activitate în care trebuie să vă urmăriți locația, obțineți indicații către loc anume sau stiu. în ce direcție și cât de repede vă mișcați, veți aprecia toate beneficiile navigației GPS.

Navigarea prin GPS devine rapid obișnuită în mașini. Unele sisteme încorporate oferă suport în situații de urgență pe drum - prin apăsarea unui buton, locația curentă a vehiculului este transmisă centrului de expediere. Sistemele mai avansate pot afișa locația mașinii folosind o hartă electronică, permițând șoferilor să controleze traseul și să caute adresele dorite, restaurante, hoteluri și alte obiecte. Unele navigatoare GPS pot chiar să creeze automat o rută și să vă ofere indicații unul câte unul către o destinație specificată.

Nu trebuie să fii om de știință pentru a ști cum funcționează navigația GPS. Tot ce ai nevoie este puțin cunostinte de baza plus dorința de a explora și înțelege lumea navigației GPS. Nu lăsați concepte precum „pseudo-aleatorie”, „anti-spoofing” și „pseudocod” să vă intimideze. Să ne cunoaștem și să ne cunoaștem cel mai bun instrument navigație de la inventarea busolei - navigator GPS!

3 segmente GPS

Sistemul NAVSTAR (numele oficial al GPS-ului în cadrul Departamentului de Apărare al SUA) constă dintr-un segment spațial (sateliți), un segment de control (stații terestre) și un segment de utilizator (dvs. și navigatorul dvs. GPS).

Acum să luăm cele trei părți ale sistemului și să le discutăm mai detaliat. În acest fel, putem arunca o privire mai atentă asupra modului în care funcționează navigația GPS.

Segmentul spațial

Segmentul spațial, care constă din minim 24 de sateliți (21 activi și 3 de rezervă) este inima sistemului. Sateliții se află pe ceea ce se numește „orbită înaltă” la o altitudine de aproximativ 12 mii de mile deasupra suprafeței Pământului. Operarea la o altitudine atât de mare permite semnalelor să acopere o zonă mai mare. Sateliții sunt orbitați astfel încât un navigator GPS de la sol să poată primi întotdeauna semnale de la cel puțin patru dintre ei la un moment dat.

Sateliții orbitează la 7.000 de mile pe oră, permițându-le să orbiteze Pământul la fiecare 12 ore. Acestea sunt alimentate cu energie solară și sunt proiectate să reziste aproximativ 10 ani. În caz de pierdere energie solara(eclipse etc.) sateliții au baterii de rezervă. Sateliții sunt echipați și cu vehicule de lansare mici care corectează traiectoria de rotație.

Primii sateliți GPS au fost lansați în spațiu în 1978. Constelația completă de 24 de sateliți a fost primită în 1994, completând crearea sistemului. Banii pentru achiziționarea de noi sateliți și lansarea acestora pentru a menține funcționalitatea sistemului în anii următori sunt incluși în bugetul Departamentului de Apărare al SUA.

Fiecare satelit transmite semnale radio de putere redusă pe mai multe frecvențe (dedicate L1, L2 etc.). Navigatoarele GPS civile „ascultă” frecvența L1 de 1575,42 MHz în banda de frecvență ultra-înaltă. Semnalele trec prin „linia de vedere”, ceea ce înseamnă că vor trece prin nori, sticlă și plastic, dar nu vor trece prin majoritatea obiectelor solide, cum ar fi clădirile și munții.

Pentru a vă face o idee despre poziția semnalului L1 în spectrul radio, gândiți-vă la posturile de radio FM preferate, acestea funcționează la frecvențe undeva între 88 și 108 MHz (și sună mult mai bine!). Semnalele satelitului sunt de o putere foarte mică, aproximativ 20-50 W. Pentru comparație, un post de radio FM are aproximativ 100.000 de wați. Acum imaginați-vă cât de dificil este să încercați să auzi o stație de radio de 50 de wați care transmite la o altitudine de 12.000 de mile! Acesta este motivul pentru care este atât de important să aveți o vedere clară a cerului atunci când utilizați un dispozitiv GPS.

L1 conține două semnale „pseudorandom” (model de cod digital complex), codul protejat (P) și codul de acces civil (C/A). Fiecare satelit transmite un cod unic care permite receptorului GPS să identifice semnalele. „Anti-spoofing” se referă la criptarea codului P pentru a preveni accesul neautorizat. Codul P se mai numește și codul „P(Y)” sau „Y”.

Scopul principal al acestor semnale codificate este de a putea calcula timpul de călătorie (sau ora de sosire a semnalului) de la satelit la navigatorul GPS de la sol. Timpul de călătorie înmulțit cu viteza luminii este egal cu raza de acțiune a satelitului (distanța de la satelit la navigatorul GPS). Mesajul de navigație (informații pe care sateliții le transmit navigatorului GPS) conține date despre orbita satelitului, ora sistemului, starea generală a sistemului, precum și un model de întârziere a semnalului în ionosferă. Semnalele satelitului sunt calculate folosind ceasuri atomice ultra-precise.

Segment de control

Segmentul de control face ceea ce sugerează numele său - „monitorizează” sateliții GPS, îi urmărește și le oferă informații corecte despre orbitală și sincronizare. Există cinci stații de control la sol - patru stații de urmărire și o stație de control principală. Patru stații primesc în mod constant date de la sateliți și apoi transmit informații către stația principală de control, care „corectează” datele satelitului și, împreună cu alte două game de antene, transmite informații (în amonte) către sateliții GPS.

Segment de utilizatori

Segmentul de utilizatori vă include pe dvs. și navigatorul dvs. GPS. După cum am menționat, segmentul de utilizatori este format din turiști, piloți, vânători, militari și alții care doresc să știe unde sunt, unde au fost sau încotro merg.
Navigare GPS – Cum funcționează?

Locație

Acum să vorbim despre cum funcționează. Un navigator GPS trebuie să știe două lucruri pentru a-și face treaba. Trebuie să știe UNDE sunt sateliții (locația) și cât de departe sunt (distanță). Să ne uităm mai întâi la modul în care un navigator GPS știe unde se află sateliții în spațiu. Navigatorul GPS primește două tipuri de informații codificate de la sateliți. Un tip de informații, numit „almanah”, conține date despre locația sateliților. Aceste date sunt transmise și stocate în mod constant în memoria navigatorului GPS, astfel încât acesta să cunoască orbitele sateliților și unde este de așteptat să fie localizat fiecare satelit. Datele almanahului sunt actualizate periodic pe măsură ce sateliții se mișcă. Orice satelit poate ieși ușor din orbită, iar stațiile terestre monitorizează constant orbita, altitudinea, locația și viteza sateliților. monitorizează constant orbita, altitudinea, locația și viteza sateliților. Stațiile terestre trimit date orbitale către stația principală de control, care, la rândul său, transmite datele corectate înapoi către sateliți. Aceste date corectate de locație prin satelit se numesc date efemeride, care sunt valabile aproximativ patru sau șase ore și sunt transmise la GPS ca informații codificate.

Astfel, după ce a primit date de almanah și efemeride, navigatorul GPS știe întotdeauna locația sateliților.

Timp

Chiar dacă un navigator GPS știe poziția exactă a sateliților în spațiu, totuși trebuie să știe cât de departe sunt aceștia (distanță) pentru a-i determina locația pe pământ. Există formulă simplă, spunând receptorului cât de departe este de fiecare satelit:

distanța de la un satelit dat este egală cu viteza semnal transmis, înmulțit cu timpul necesar semnalului pentru a călători de la satelit la navigatorul GPS (Viteză x Timp de călătorie semnal = Distanță).

Amintește-ți cum ai determinat cât de departe era o furtună de tine când erai copil. Când ai văzut un fulger, ai numărat apoi câte secunde va dura până va suna tunetul. Cu cât numărau mai mult, cu atât furtuna era mai departe. Navigația GPS funcționează pe același principiu, numit „Time of Arrival”.

Folosind formula de bază pentru a determina distanța, receptorul știe deja viteza. Aceasta este viteza unei unde radio - 186.000 de mile pe secundă (viteza luminii), ținând cont de întârzierea semnalului pe măsură ce trece prin atmosfera Pământului.

Acum, navigatorul GPS trebuie să determine componenta de timp a formulei. Răspunsul constă în semnalele codificate pe care sateliții le transmit. Codul transmis se numește „cod pseudorandom” deoarece este similar cu un semnal de zgomot. Când un satelit generează un cod pseudo-aleatoriu, navigatorul GPS generează același cod și încearcă să-l potrivească cu codul satelitului. Dispozitivul GPS compară cele două coduri pentru a determina cât de mult trebuie să întârzie (sau să-și schimbe) codul pentru a se potrivi cu codul satelitului. Pentru a obține distanța, timpul de întârziere (deplasarea) se înmulțește cu viteza luminii.

Ceasurile GPS nu urmăresc timpul la fel de precis ca ceasurile prin satelit. Încorporarea unui ceas atomic într-un navigator GPS l-ar face mult mai mare și mult mai scump! Prin urmare, fiecare măsurare a distanței necesită o corecție pentru cantitatea de eroare internă. ore GPS navigator. Din acest motiv, măsurarea distanței este denumită „pseudo-distanță”. Pentru a determina o poziție folosind date de pseudo distanță, este necesar să urmăriți și să recalculați datele înregistrate de la cel puțin patru sateliți, astfel încât eroarea să dispară.

Cercul complet

Acum că avem atât poziția satelitului, cât și distanța acestuia, receptorul poate determina locația acestuia. Să presupunem că suntem la 11.000 de mile distanță de satelit. Atunci locația noastră va fi undeva într-o sferă convențională cu un satelit în centru cu o rază de 11.000 de mile. Apoi, să presupunem că suntem la 12.000 de mile distanță de un alt satelit. A doua sferă se va intersecta cu prima, formând un cerc comun. Dacă adăugați un al treilea satelit, la 13.000 de mile distanță, există două puncte comune în care cele trei sfere se intersectează.
Deși există două poziții posibile, acestea diferă foarte mult în ceea ce privește latitudinea, longitudinea și altitudinea. Pentru a determina care dintre cele două puncte corespunde locației dvs. actuale, navigatorul GPS trebuie să indice și altitudinea aproximativă deasupra nivelului mării. Acest lucru va permite receptorului să calculeze o poziție pe 2 axe (latitudine, longitudine). Dacă există un al patrulea satelit GPS, navigatorul va putea determina poziția în 3 coordonate (latitudine, longitudine, altitudine). Deci, să presupunem că distanța până la al patrulea satelit este de 10.000 de mile. Acum avem o a patra sferă care le intersectează pe primele trei într-un punct comun.

Date almanahului

Navigatorul GPS stochează întotdeauna date despre poziția sateliților. Aceste date se numesc almanah. Uneori când navigatorul GPS pentru o lungă perioadă de timp nu se aprinde, datele almanahului devin depășite sau „rece”. Când navigatorul GPS este rece, stabilirea conexiunii cu satelitul poate dura mai mult. Un navigator GPS este considerat „cald” dacă datele de la sateliți au fost colectate în ultimele patru până la șase ore. Dacă timpul necesar pentru a stabili comunicarea cu un satelit joacă un rol important pentru dvs., atunci atunci când cumpărați Navigatoare GPS Este necesar să se acorde atenție timpului de achiziție a satelitului în modurile „rece” și „cald”.

Odată ce navigatorul a stabilit contact cu suficienți sateliți pentru a-și calcula locația, sunteți gata să începeți navigarea prin GPS! Majoritatea navigatoarelor GPS vă vor afișa coordonatele curente sau poziția curentă pe o hartă electronică pentru a vă ajuta să navigați.

Tehnologia navigatorului GPS

Majoritatea navigatoarelor GPS moderne au un design multicanal paralel. Cele mai vechi cu un singur canal erau, de asemenea, populare, dar au avut-o oportunitate limitată recepția continuă a semnalelor în condiții dure, cum ar fi frunzișul dens. Receptoarele paralele au de obicei de la cinci la douăsprezece circuite de recepție, fiecare dintre acestea fiind responsabil pentru semnalul unui anumit satelit, astfel încât acesta să poată fi instalat în orice moment comunicare de încredere cu toți tovarășii. Receptoarele paralele achiziționează rapid sateliți atunci când sunt pornite pentru prima dată și, de asemenea, sunt de neegalat în ceea ce privește capacitatea de a capta semnale prin satelit în medii provocatoare, cum ar fi frunzișul dens sau un oraș cu clădiri înalte.

Surse de erori în navigatoarele GPS

Un navigator GPS civil are o potențială eroare de locație ca urmare a unei combinații de erori din următoarele surse:

Întârzieri ionosferice și troposferice – Semnalul satelitului călătorește prin atmosferă și, prin urmare, viteza undelor electromagnetice diferă de viteza proverbială a luminii. Sistemul folosește un „model” încorporat care calculează valoarea medie, dar nu exactă, a latenței.

Reflexia semnalului – Apare atunci când semnalul este reflectat de obiecte precum clădiri înalte sau munți înainte de a ajunge la receptor. Acest lucru crește timpul de tranzit al semnalului, provocând astfel o eroare.

Erori de ceas al receptorului - Deoarece nu este practic să instalați un ceas atomic în receptoarele GPS, ceasurile încorporate disponibile pot produce erori de sincronizare foarte minore.

Erorile orbitale - cunoscute și sub denumirea de „erori efemeride”, sunt inexactități în datele de poziție a satelitului.

Numărul de sateliți vizibili – cu cât un navigator GPS poate „vede mai mulți sateliți”, cu atât precizia este mai mare. Clădirile, terenul, interferențele electronice și uneori chiar frunzișul dens pot bloca recepția semnalului, provocând erori de locație sau absență completă indicatii. Cum recenzie mai curată, acestea recepție mai bună. Navigatoarele GPS nu vor funcționa în interior (de obicei), sub apă sau subteran.

Geometria/Umbrirea satelitului – Are de-a face cu poziția relativă a sateliților la un moment dat. Geometria ideală a sateliților apare atunci când sateliții sunt amplasați la un unghi obtuz unul față de celălalt. Geometria slabă rezultă din alinierea sateliților sau dintr-un grup strâns.

Degradarea intenționată a semnalului prin satelit - Degradarea intenționată a semnalului de către Departamentul de Apărare al SUA este cunoscută sub numele de „Disponibilitate selectivă” și are scopul de a preveni utilizarea cu intenții ostile. Semnale GPS precizie ridicata. Aceasta explică majoritatea erorilor. Disponibilitatea selectivă a fost abrogată la 2 mai 2000. și nu este aplicabil în prezent. Aceasta înseamnă că vă puteți aștepta ca GPS-ul să fie precis în interval de 6 - 12 metri (aproximativ 20 - 40 de picioare).

Precizia unui navigator GPS poate fi îmbunătățită și mai mult prin utilizarea unui receptor GPS diferențial (DGPS), care poate funcționa din mai multe surse. surse posibile, reducând unele dintre erorile descrise mai sus. Următoarea secțiune explică ce este DGPS și cum funcționează.
DGPS - cum funcționează?

GPS diferențial funcționează prin plasarea unui receptor GPS (numit stație de control) într-o locație cu coordonate cunoscute. Deoarece stația de monitorizare își cunoaște locația exactă, poate detecta erorile semnalului satelitului. Stația face acest lucru măsurând distanța până la fiecare satelit folosind semnalele pe care le primește și compară rezultatul cu citirile reale calculate pe baza locației cunoscute. Diferența dintre distanța măsurată și cea calculată pentru fiecare satelit vizibil este „corecția diferențială”.
Corecțiile diferențiale pentru fiecare satelit urmărit sunt formatate în mesaje și transmise la receptorii DGPS. În continuare, corecțiile diferențiale sunt aplicate de către receptorii DGPS în calcule pentru a reduce erorile și a îmbunătăți acuratețea. Nivelul de precizie depinde de receptorul însuși și de asemănarea „mediului” acestuia cu condițiile în care se află stația de control, precum și de proximitatea acestuia față de stație. Receptorul stației de control determină componentele de eroare și asigură corectarea acestora pentru navigatorul GPS în timp real. Corecția poate fi transmisă prin frecvențe radio FM, satelit sau un semnalizator al Gărzii de Coastă din SUA. De obicei, precizia DGPS este de 1 – 5 metri (aproximativ 3 – 16 picioare).

Când zburăm, există un lucru pe care ne dorim cu toții: SIGURANȚĂ. Informațiile excepționale despre locație sunt cheia siguranței zborului. În condiții meteorologice dezorientate când navigarea vizuală devine dificilă sau imposibilă sens special dobândește navigație GPS. Faceți cunoștință cu „Sistemul Wide View” sau pur și simplu WAAS. Acesta este numele unei rețele de 25 de stații de control la sol care acoperă în întregime Statele Unite, inclusiv unele Canada și Mexic. Implementate de FAA (US Federal Aviation Administration) în scopuri aviatice, aceste 25 de stații de control sunt amplasate cu cea mai mare precizie. Ei compară distanța GPS măsurată cu valori cunoscute. Fiecare stație de control este conectată la o stație de bază, care colectează împreună toate mesajele de corecție și le transmite prin satelit. Cu WAAS, receptoarele GPS pot oferi o precizie de 3 - 5 metri pe orizontală și 3 - 7 metri în înălțime.

Eroare specială

Cauza principală a erorilor de date GPS nu mai este o problemă. La 2 mai 2000, la 5:05 a.m. (MEZ), așa-numita Eroare Specială (SA) a fost oprită. O eroare specială este o falsificare artificială a timpului în semnalul L1 transmis de satelit. Pentru receptoarele GPS civile, această eroare a condus la determinarea mai puțin precisă a coordonatelor. (eroare de aproximativ 50 m în câteva minute).

În plus, datele primite au fost transmise cu mai puțină acuratețe, ceea ce înseamnă că poziția transmisă a satelitului nu a fost corectă. Astfel, în câteva ore, există o inexactitate de 50-150 m în datele de poziție În zilele în care eroarea specială era activă, dispozitivele GPS civile aveau o inexactitate de aproximativ 10 metri, iar astăzi este de 20 sau chiar mai puțin. . Oprirea erorii de eșantionare a îmbunătățit în principal acuratețea datelor de altitudine.

Motivul erorii speciale a fost siguranța. De exemplu, teroriștii nu ar trebui să poată detecta șantiere importante folosind arme telecomandă. În timpul primului război din Golf din 1990, eroarea specială a fost parțial dezactivată deoarece... Trupelor americane le lipseau receptoarele GPS militare. Au fost achiziționate 10.000 de dispozitive GPS civile (Magellan și Trimble), care au făcut posibilă navigarea liberă și precisă pe terenul deșert. Eroarea specială a fost dezactivată din cauza utilizării pe scară largă a sistemelor GPS în întreaga lume. Următoarele două grafice arată cum s-a schimbat precizia determinării coordonatelor după dezactivarea erorii speciale. Lungimea limitei diagramelor este de 200 de metri, datele au fost obținute la 1 mai 2000 și 3 mai 2000, într-o perioadă de 24 de ore fiecare. În timp ce coordonatele cu o eroare specială se află pe o rază de 45 de metri, fără aceasta, 95% din toate punctele se află pe o rază de 6,3 metri.

„Geometria sateliților”

Un alt factor care afectează acuratețea determinării coordonatelor este „geometria sateliților”. Geometria satelitului descrie pozițiile sateliților unul față de celălalt din punctul de vedere al receptorului.

Dacă receptorul vede 4 sateliți și toți sunt localizați, de exemplu, în nord-vest, atunci acest lucru va duce la o geometrie „proasta”. În cel mai rău caz, detectarea locației va fi complet imposibilă atunci când toate distanțele detectate sunt îndreptate în aceeași direcție. Chiar dacă locația este recunoscută, eroarea poate ajunge la 100 - 150 m Dacă acești 4 sateliți sunt bine distribuiți pe cer, atunci precizia locației determinate va fi mult mai mare. Să presupunem că sateliții sunt localizați în nord, est, sud și vest, formând unghiuri de 90 de grade unul față de celălalt. În acest caz, distanțele pot fi măsurate în patru direcții diferite, ceea ce caracterizează geometria „bună” a satelitului.

Dacă sunt doi sateliți cea mai buna pozitie față de receptor, unghiul dintre receptor și sateliți este de 90 de grade. Timpul de călătorie a semnalului nu poate fi absolut sigur, așa cum sa discutat mai devreme. Prin urmare, pozițiile posibile sunt marcate cu cercuri negre. Punctul de intersecție (A) al celor două cercuri este destul de mic și este indicat de un câmp pătrat albastru, ceea ce înseamnă că coordonatele determinate vor fi destul de precise.

Dacă sateliții sunt localizați aproape pe o linie în raport cu receptorul, atunci, după cum puteți vedea, vom obține o zonă mai mare la punctul de vedere și, prin urmare, o precizie mai mică.

Geometria sateliților depinde foarte mult și de mașinile înalte sau dacă utilizați instrumentul într-o mașină. Dacă vreunul dintre semnale este blocat, sateliții rămași vor încerca să determine coordonatele, dacă acest lucru este posibil. Acest lucru se poate întâmpla adesea în clădiri când sunteți aproape de ferestre. Dacă determinarea locației este posibilă, în majoritatea cazurilor aceasta nu va fi exactă. Cu cât mai multă parte a cerului este blocată de orice obiect, cu atât devine mai dificil să se determine coordonatele.

Majoritatea receptoarelor GPS nu arată doar numărul de sateliți „prinși”, ci și poziția lor pe cer. Acest lucru permite utilizatorului să judece dacă un anumit satelit este ascuns de un obiect și dacă datele vor deveni inexacte atunci când se mișcă doar câțiva metri.

Producătorii majorității instrumentelor oferă propria lor formulare a preciziei valorilor măsurate, care depinde în principal de diverși factori. (despre care producătorul este reticent să vorbească).

Valorile DOP (Dilution of Precision) sunt utilizate în primul rând pentru a determina calitatea geometriei satelitului. În funcție de factorii utilizați pentru a calcula valorile DOP, sunt posibile diferite opțiuni:

• GDOP(Diluția geometrică a preciziei); Precizie deplină; Coordonatele 3D și ora
• PDOP(Diluția pozițională a preciziei); Precizia poziției; Coordonatele 3D
• HDOP(Diluția orizontală a preciziei); Precizie orizontală; Coordonate 2D
• VDOP(Diluția verticală a preciziei); Precizie pe verticală; înălţime
• TDOP(diluarea în timp a preciziei); acuratețe temporală; timp

Valorile HDOP sub 4 sunt bune, peste 8 sunt rele. Valorile HDOP se înrăutățesc dacă sateliții „prinși” sunt sus pe cer, deasupra receptorului. Pe de altă parte, valorile VDOP se înrăutățesc cu cât sateliții sunt mai aproape de orizont, iar valorile PDOP sunt bune când există sateliți direct deasupra capului și încă trei răspândiți la orizont. Pentru definiție precisă locație, valoarea GDOP nu trebuie să fie mai mică de 5. Valorile PDOP, HDOP și VDOP fac parte din datele NMEA GPGSA.

Geometria sateliților nu este cauza erorii în determinarea situatiei, care poate fi măsurat în metri. De fapt, valoarea DOP amplifică alte inexactități. Valorile DOP ridicate cresc alte erori mai mult decât valorile DOP scăzute.

Eroarea care apare în determinarea poziției datorită geometriei sateliților depinde și de latitudinea la care se află receptorul. Acest lucru este prezentat în diagramele de mai jos. Diagrama din stânga arată incertitudinea înălțimii (curba este afișată cu o eroare specială la început) care a fost înregistrată în Wuhan (China). Wuhan este situat la 30,5° latitudine nordică și este cel mai bun loc unde constelația de sateliți este întotdeauna perfectă. Diagrama din dreapta arată același interval înregistrat la stația Kasei din Antarctica (66,3°S latitudine). Datorită constelației mai puțin decât ideale de sateliți de la această latitudine, din când în când au apărut erori mai grave. În plus, eroarea apare din cauza influenței atmosferei - cu cât mai aproape de poli, cu atât eroarea este mai mare.

Orbitele satelitului

Deși sateliții se află pe orbite destul de bine definite, ușoare abateri de la orbite sunt încă posibile din cauza gravitației. Soarele și Luna au o influență redusă asupra orbitelor. Datele de orbită sunt ajustate și corectate în mod constant și sunt trimise în mod regulat la receptor în memoria empirică. Prin urmare, impactul asupra preciziei determinarea locației este destul de mică și dacă apare o eroare, aceasta nu este mai mare de 2 metri.

Efectele reflexiilor semnalului

Efectul apare din cauza reflectării semnalelor satelit de la alte obiecte. Pentru semnalele GPS, acest efect apare în principal în vecinătatea clădirilor mari sau a altor obiecte. Semnalul reflectat durează mai mult până la finalizare decât semnalul direct. Eroarea va fi de doar câțiva metri.

Efecte atmosferice

O altă sursă de inexactitate este scăderea vitezei de propagare a semnalului în troposferă și ionosferă. Viteza de propagare a semnalului în spațiul cosmic este egală cu viteza luminii, dar în ionosferă și troposferă este mai mică. În atmosferă la o altitudine de 80 - 400 km, se creează energia solară un numar mare de ioni încărcați pozitiv. Electronii și ionii sunt concentrați în cele patru straturi conductoare ale ionosferei (straturile D-, E-, F1- și F2).
Aceste straturi refractează undele electromagnetice emanate de sateliți, ceea ce mărește timpul de călătorie al semnalelor. Practic, aceste erori sunt corectate de acțiunile de calcul ale receptorului. Diverse opțiuni de viteză la trecerea prin ionosferă pentru frecvențe joase și înalte sunt bine cunoscute pentru condiții normale. Aceste valori sunt utilizate la calcularea coordonatelor locației. Cu toate acestea, receptorii civili nu se pot adapta pentru schimbări neașteptate în transmisia semnalului, care pot fi cauzate de vânturile solare puternice.

Se știe că în timpul trecerii ionosferei, undele electromagnetice încetinesc invers proporțional cu aria frecvenței lor (1/f2). Aceasta înseamnă că undele electromagnetice de joasă frecvență încetinesc mai repede decât undele electromagnetice de înaltă frecvență. frecvente inalte. Dacă semnalele de înaltă și joasă frecvență care au ajuns la receptor ar permite să fie analizată diferența dintre timpii lor de sosire, atunci s-ar calcula și timpul de trecere prin ionosferă. Receptoarele GPS militare folosesc semnale de două frecvențe (L1 și L2), care se comportă diferit în ionosferă, iar acest lucru elimină o altă eroare în calcule.

Influenţa troposferei este următorul motiv, de ce timpul de parcurs al semnalului crește datorită refracției. Cauzele refracției sunt concentrații diferite de vapori de apă în troposferă, în funcție de vreme. Această eroare nu este la fel de mare ca eroarea care apare la trecerea prin ionosferă, dar nu poate fi eliminată prin calcul. Pentru a corecta această eroare, în calcul este utilizată o corecție aproximativă.

Următoarele două grafice arată eroarea ionosferică. Datele afișate în stânga au fost obținute cu un receptor cu o singură frecvență, care nu poate corecta eroarea ionosferică. Graficul din dreapta a fost obținut cu un receptor cu frecvență duală care poate corecta eroarea ionosferică. Ambele diagrame au aproximativ aceeași scară (Stânga: Latitudine -15m până la +10m, Longitudine -10m până la +20m. Dreapta: Latitudine -12m până la +8m, Longitudine -10m până la +20m). Graficul din dreapta arată o precizie mai mare.

Folosind WAAS și EGNOS puteți configura „hărți” ale condițiilor meteorologice din diferite regiuni. Datele corectate sunt trimise la receptor și îmbunătățesc semnificativ acuratețea.

Inexactitatea ceasului și erori de rotunjire

Chiar dacă ora receptorului este sincronizată cu ora satelitului în timpul determinării poziției, există totuși o inexactitate a timpului, ceea ce duce la o eroare de 2 m în determinarea poziției. Erorile de calcul de rotunjire și de recepție au o eroare de aproximativ 1 m.

Efecte relativiste

Nu în această secțiune explicatie completa teoria relativitatii. În viața de zi cu zi, nu suntem conștienți de importanța teoriei relativității. Cu toate acestea, această teorie afectează multe procese, inclusiv buna funcționare a sistemului GPS. Această influență va fi explicată pe scurt mai jos.

După cum știm, timpul este unul dintre principalii factori în navigația GPS și ar trebui să fie egal cu 20-30 de nanosecunde pentru a asigura precizia necesară. Prin urmare, este necesar să se țină cont de viteza sateliților (aproximativ 12.000 km/h)

Oricine a întâlnit vreodată teoria relativității știe că timpul curge mai lent când viteze mari. Pentru sateliții, care se mișcă cu o viteză de 3874 m/s, ceasul merge mai lent decât pentru pământ. Acest timp relativist are ca rezultat o inexactitate a timpului de aproximativ 7,2 microsecunde pe zi (1 microsecundă = 10-6 secunde). Teoria relativității afirmă, de asemenea, că timpul se mișcă mai încet cu cât câmpul gravitațional este mai puternic. Pentru un observator de pe suprafața pământului, ceasul satelitului va rula mai repede (din moment ce satelitul este cu 20.000 km mai înalt și este supus unor forțe gravitaționale mai puține decât observatorul). Și acesta este al doilea motiv pentru acest efect, care este de șase ori mai puternic decât inexactitatea menționată puțin mai devreme.

În general, ceasurile de pe sateliți par să se miște puțin mai repede. Deviația de timp pentru un observator de pe Pământ ar fi de 38 de microsecunde pe zi și ar duce la o eroare totală de 10 km pe zi. Pentru a evita această greșeală, nu este nevoie să faceți constant ajustări. Frecvența ceasului de pe sateliți a fost setată la 10,229999995453 Mhz în loc de 10,23 Mhz, dar datele sunt folosite ca și cum ar fi avut frecventa standard la 10,23 MHz. Acest truc a rezolvat odată pentru totdeauna problema efectului relativist.

Dar există un alt efect relativist care nu este luat în considerare la determinarea locației folosind sistemul GPS. Acesta este așa-numitul efect Sagnak și este cauzat de faptul că și observatorul de pe suprafața Pământului se mișcă constant cu o viteză de 500 m/s (viteză la ecuator) datorită faptului că planeta se rotește. Dar influența acestui efect este mică și ajustarea lui este dificil de calculat, deoarece depinde de direcția de mișcare. Prin urmare, acest efect este luat în considerare numai în cazuri speciale.

Erorile sistemului GPS sunt prezentate în tabelul următor. Valorile parțiale nu sunt valori constante, ci sunt supuse diferențelor. Toate numerele sunt valori aproximative.