Что такое GPS и как работает

Что такое GPS и как работает эта система
Технология глобального позиционирования прошла долгий путь от военной и авиационной сферы к использованию в практически каждом потребительском устройстве. Смартфоны, фитнес-трекеры, умные метки — вот лишь несколько примеров гаджетов с GPS, которыми мы пользуемся ежедневно. Рынок GPS-технологий продолжает расти за счет развития потребительской электроники, автономного транспорта, точного земледелия и других отраслей. Прогнозируется, что к 2034 году он достигнет $472,16 млрд по сравнению с $109,42 млрд в 2024-м. Разбираемся, как появилась эта технология и как она работает.
Что такое GPS
GPS (Global Positioning System, система глобального позиционирования) — это американская система спутниковой навигации, которая позволяет точно определить местоположение устройства с GPS-приемником на Земле и в околоземном пространстве. Она предоставляет пользователям услуги позиционирования, навигации и синхронизации.
История GPS
Развитие системы началось в США в 1960-е годы по инициативе военно-морского флота. Тогда на низкую околоземную орбиту запустили два спутника, которые помогали кораблям ориентироваться в море. Эту систему назвали Transit.
Постепенно система спутниковой навигации пришла в гражданские сферы, и в первую очередь в авиацию. Самолеты использовали ее для ориентации в пространстве относительно земли во время полетов.
Для чего нужна GPS
Технология имеет множество применений, но в основном используется одним из следующих способов:

навигация. Устройства с поддержкой GPS позволяют выстраивать маршруты и отслеживать движение по ним;
картографирование. Геодезисты используют технологию GPS для получения точных и подробных координат на картах;
геокэшинг. Устройства GPS помогают пользователям ориентироваться по координатам, которые указывают положения различных достопримечательностей и необычных мест;
отслеживание. Устройства GPS можно крепить к транспортным средствам, грузам и даже к диким животным для отслеживания их перемещений.
Технология применяется во многих сферах, в том числе:

сельского хозяйства — системы GPS могут собирать информацию о составе почвы и погодных условиях, помогают в навигации фермерам;
логистики и транспорта — компании используют GPS для более точного управления перемещением товаров и отслеживания трафика;
горнодобывающей промышленности — GPS может отслеживать местоположение рабочих, оборудования и полезных ископаемых, маршруты и скорость техники;
коммунальных услуг — предприятия используют отслеживание GPS для управления и обслуживания сетей, чтобы реагировать на сбои, выявлять проблемные места и производить техническое обслуживание;
космонавтики — для отслеживания орбиты, траектории космических кораблей, а также в приложениях дистанционного зондирования Земли.
GPS включает в себя три составляющие: космический сегмент, систему управления и пользовательский сегмент.

Космический сегмент — это орбитальные аппараты, которые передают односторонние сигналы с информацией о своем текущем положении и времени. Для точности времяисчисления они используют атомные часы.

Система управления состоит из станций мониторинга, расположенных по всему миру. Они поддерживают спутники на правильных орбитах, периодически давая команды о синхронных маневрах и корректируют спутниковые часы.
Приемники спутниковых сигналов делятся на два основных типа.
Портативные
Портативные GPS-устройства используются при движении и имеют компактный размер. Их можно найти в смартфонах, умных часах, туристических и автомобильных навигаторах. В них часто используют технологию A-GPS или assisted GPS, которая получает данные о расположении не только от своих спутников, но и через другие системы, в том числе Wi-Fi и мобильный интернет. Также к портативным устройствам относят внешние модули GPS, у которых нет монитора и элементов управления, в том числе умные трекеры, которые позволяют отслеживать объекты.
Стационарные
Эти GPS-устройства предназначены для определения координат точки с максимальной точностью. Они обычно используются в промышленности, морской навигации, геодезии и картографии. GPS-приемники в стационарных устройствах способны одновременно поддерживать связь с четырьмя и более спутниками, а также сочетать разные спутниковые навигационные системы.
Система GPS: плюсы и минусы
Система навигации GPS имеет сильные и слабые стороны.

Плюсы GPS:
высокая точность геопозиционирования — до 2-4 м. При использовании технологии A-GPS или комбинации GPS с другими навигационными системами она может повыситься до одного метра и менее;
постоянное обновление оборудования;
широкое применение в потребительских устройствах;
простота использования — пользователю нужно только запустить приложение с геолокацией.
Минусы GPS:
снижение точности работы у полюсов планеты, так как спутники расположены в основном в районе экваториальных широт;
влияние погодных условий на скорость прохождения сигнала;
снижение точности работы навигации в зданиях и лесах из-за отражения волн;
повышение расхода батареи устройства при работе GPS-приемника.
Чем GPS отличается от ГЛОНАСС
Помимо разницы в количестве спутников, — у GPS их 31, а у ГЛОНАСС 24, — американская система отличается от российской еще по ряду параметров:
спутники GPS находятся в шести плоскостях и обращаются синхронно вокруг Земли, поэтому для точного геопозиционирования им требуются наземные корректировочные станции;
погрешность позиционирования у ГЛОНАСС составляет 3-6 м, у GPS — 2-4 м;
у ГЛОНАСС информация шифруется по более безопасному протоколу FDMA (Frequency Division Multiple Access с частотным разделением сигналов), а у GPS — по более простому и дешевому протоколу CDMA (Code Division Multiple Access с кодовым разделением). В первом случае каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса частот (частотный канал), а во втором — данные пользователей не разносятся по времени или частотам, а смешиваются, используя всю ширину канала;
ГЛОНАСС покрывает 100% территории России и 70% планеты, а GPS доступен везде, кроме околополярных широт.

Ссылка на источник:

https://trends.rbc.ru/trends/innovation/672208cf9a7947165684ff0a?from=copy