GPS е глобална система за позициониране. От там идва и съкращението – Global Positioning System. GPS е спътникова радио навигационна система за определяне на положение, скорост и време. Системата се състои от поне 24 спътника и работи независимо от атмосферните условия, 24 часа в денонощието.

В наши дни множество устройства поддържат GPS – телефони, часовници, навигационни системи в автомобили и т.н. GPS системата не изисква устройството да предава някаква информация и работи независимо дали има наличие на телефонна или интернет връзка. GPS е безплатен за използване от крайните потребители, но струва около 750 млн.долара на година за поддръжка. Системата е разработена и собственост на правителството на САЩ. Множество военни, граждански и търговски потребители по целия свят разчитат на GPS за лични и бизнес нужди.

Как работи GPS

GPS сателитите преминават над земята два пъти на ден в точно определена орбита. Всеки сателит излъчва уникален сигнал и орбитални параметри, които позволяват на GPS устройството да декодира и пресметне точната локация на сателита. GPS приемниците използват тази информация заедно с трилатерация, за да калкулират точното местоположение на устройството. Трилатерацията е метод за определяне на позицията на обекти използвайки геометрията на окръжностите. Този метод е подобен на триангулацията, която използва измерване на ъглите и една известна дистанция за определяне на позицията.

На практика GPS приемника измерва разстоянието до всеки сателит чрез времето, което е нужно да получи сигнал. С информация от няколко сателита едновременно приемника може да определи точно местоположение и да го покаже електронно, за да се използва в навигация от една точка до друга например.

За да се калкулира географска ширина и дължина е нужен обхват от 3 сателита. За да се калкулира и надморска височина височина е нужен сигнал от поне 4 сателита.

Какъв е сигнала

GPS сателитите излъчват поне два радиосигнала с ниска мощност. Сигналите се движат по линия на видимост. Тоест могат да преминат през облаци, стъкла и пластмаса, но няма да минат през повечето твърди обекти като сгради и планини. GPS сигналът съдържа три типа информация – Pseudorandom code, Ephemeris data, Almanac data.

Към колко сателита съм вързан

Обикновено GPS приемник получава сигнал от около 8 сателита едновременно. Но това зависи от часа на денонощието, както и къде точно на земята се намира приемника. Има много мобилни приложение за Android и iOS, които показват към кои точно сателини е възрано към момента устройството. Така че ако имате интерес, винаги може да си сложите някои и да проверите.

Колко сателита използва GPS

Към момента GPS системата разчита на 31 сателита в орбита, които се намират на около 20,000км височина над нас. Животът на един сателит е около 10 години. Досега от 1978 година насам са изстреляни общо 77 сателита. Сателитите се движат непрекъснато като правят две пълни орбити за по-малко от 24 часа. Скоростта им е грубо около 11,000 км/ч. Малки ракетни буустери поддържат траекторията им. Самите сателити се захранват от соларна енергия, но имат и батерии за резерва

Колко точен е GPS?

Днешните приемници са много точни. Използват паралелен многоканален дизайн. Днешните GPS часовници могат бързо да локират сигнал и да го поддържат въпреки наличието на високи сгради в район. Има атмосферни условия, които е възможно да нарушат качеството на сигнала.

Според официална информация от Garmin техните GPS приемници дават точност до 10 метра. Някои пиремници поддържат WAAS (Wide Area Augmentation System). Това е подобрение, което позволява точност до по-малко от 3 метра. То се използва в сферата на авиацията и изисква допълнителна инфраструктура. Към момента е налична само на територията на Северна Америка.

Differential GPS (DGPS) е друго подобрение на GPS, което осигурява точност между 1 и 3 сантиметра. Тази система се използва от бреговата охрана на САЩ и Канада. За За тази изключителна точност обаче се изисква допълнителна ивфраструктура от наземни станции.

Какво причинява лош сигнал

GPS сигналът не е перфектен. Няма и как да бъде. Има различни фактури, които могат да причинят смущения на сигнала. Най-логичният е, че ако приемника се намира под вода или под земя, няма как са получи сигнал. Високи остъклени сгради или големи скали могат да влошат качеството заради отблясъци, които създават. Йоносферата и тропосферата, през които минава сигнала, също могат да окажат влияние. Същото важи и за разлики във времеизмерването – ако часовника на приемника отчита съвсем малка разлика спрямо по-точните атомни часовници, които се намират в сателитите. Сателитът може да предава точната си локация с допусната грешка. Сигналът от сателитите е по-ефективен ако сателитите са разположени под широк ъгъл един спрямо друг, а не в една линия или в тясно групиране.

Други GPS системи

Има няколко системи, алтернативи на GPS. Всичките се класифицират като Global Navigation Satellite System (GNSS).

• GLONASS или ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) е система, създадена от Русия. Тя е втората система след GPS, която оперира в глобален мащаб. Разработката започва през 1976 в Съветския съюз, а през 1982 започва изстрелването на първите сателити. През 2010 се постига покритие на Русия, а през следващата година вече има 24 сателита, които позволяват покритие в цял свят.
• Galileo е система, създадена от Европейския съюз. Влиза в употреба през 2016. Идеята разбира се е да се предостави на европейските държави независима (от САЩ и Русия) навигационна система. Към момента оперират 22 сателита, които осигуряват покрития в цял свят. Системата на Galileo е проектирана да бъде по-точна от GPS. Поради тази причина правителството на САЩ имаха притеснения, че техни врагове могат да използват Galileo срещу тях. Първоначално за Galileo бе избарна честота, която няма как да бъде блокирана, ако заедно с това не се блокира и тази на GPS. Но на по-късен етап бе решено честота да бъде променена, което позволява евентуалното блокиране само на Galileo без това да попречи на GPS.
• BeiDou е системата на Китай. Първоначално старта е даден през 2000 с три сателита, които осигуряват малко покритие основно върху Китай. По-късно се пуска второ поколение, а през 2015 и актуалното трето поколение BeiDou-3. То вече осигурява глобално покритие и към момента се състои от 35 сателита
• NavIC (NAVigation with Indian Constellation) или известна още като IRNSS е система, разработена от Индия. Стартира през 2013 и покрива територията на Индия, както и 1500 км около нея. В момента сателитите са 7 на брой.
• QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) е последната система, която е в употреба. Тя се разработва от Япония. Стартира през 2010 и към момента разполага с 5 сателита в орбита. Идеята е да спомага на GPS в района на Азия / Океания. За 2023 обаче е планирана независимост на системата чрез 7 сателита.