GPS (ағылш.Global Positioning System — жаһандық позициялау жүйесі, Джи Пи Эс деп оқылады) — аралықты, уақытты және орналасу нүктесін анықтауға арналған навигацияның жерсеріктік жүйесі. Жердің кез келген жерінде (полярлық аумақты қоспағанда), кез келген ауа-райында, сонымен қатар ғаламшардыңғарыштық аймағында нысанның орны мен жүру жылдамдығын анықтап бере алады. Жүйені АҚШ Қорғаныс министрлігі жасаған.[1] Системаны қолданудың негізгі принціпі - мекенжайды, уақытты өлшеу бағыты мен синхронды қабылдаулар арқылы спутниктік навигациялық антенналар арқылы табу.
Тарихы
Спутникті навигацияны құрастыру жайында идея 1950-ші жылдары пайда болды. Ол кезде КСРО ең алғаш Жердің жасанды серігін ұшырды, американдық ғалымдар және Ричардом Кершнердің бастауымен сигналды байқады, сигнал кеңестік спутниктен байқалды, Доллер эфектісінің көмегімен сигналдың қабылдану спутник жақындаған сайын артатындығы, ал алыстаған сайын азаятындығы байқалды. Ашылымның мағыздылығы, егер де Жердегі өзінің координаттарын нақты білсе, онда спутниктің арақашықтығы мен жылдамдығы анықтау мүмкіндігі арта түседі, және де керісінше спутниктің нақты орнын біліп, өзіміздің нақты кооридинаттарымыз бен жылдамдығымызды біле аламыз.
Бұл идея 20 жылдан кейін жүзеге асты. 1973 жылы DNSS программасы ынтагерлікпен өзгертілді, кейіннен Navstar-GPS-ке өзгертілді, ал кейін GPS. Алғашқы тесттік спутник 1974 жылы 14 шілдеде орбитаға ұшырылған болатын. Ал соңғысы барлық спутниктің 24-нен соң, қажеттісі жер бетін толық жабу үшін 1993 жылы орбитаға ұшырылды, сөйтіп GPS құралдандыруға қойылды. GPS-ті қолдану ракеталарды қозғалмайтын нысанаға тікелей жіберуге мүмкіншілік тудырды, ал кейін судағы және ауадағы қозғалатын обьекттер үшін де мүмкін болды.
GPS үш негізгі сегменттерден тұрады: космостық, жетекші және қолданушы. GPS спутниктері сигналды космостан жібереді, және де барлық GPS қабылдағыштар бұл сигалды өздерінің мекенін үш кескінді координаталы режимде көрсету үшін қолданады.
Космостық сегмент 32 спутниктен тұрады, және де Жердің ортағы орбитасында айналады.
Жетекші сегмент өзімен негізі жетекші станция мен бірнеше қосымша станцияларды көрсетеді, сонымен қатар жергілікті антеналар мен мониторинг станцияларын көрсетеді, айтылған бірнеше ресурстар басқа да проектермен ортақ болып табылады.
Қолданушы сегмент мыңдаған GPS приемниктерін көрсетеді және де АҚШ әскерлерінің қосуымен миллиондаған құрылғыларды таба алады, олардың егелері жай қолданушылар болса да.
Геодезиядағы GPS өлшеулердің принципі
Геодезиядағы GPS өлшеулердің принципі. ГеодезиялықGPS өлшеулерін GPS қабылдағыштарымен төрт (одан да көп) жер серіктерін бір уақытта бақылау арқылы жүргізіледі. Екі қабылдағыштың бірі-базалық, ал екіншісі қабылдағыш-ровер болып келеді. Базалық қабылдағыш барлық өлшеу процесі бойы координаталары белгілі геодезиялык негіз пункттерінде орналасады. Ал, ровер координаталары анықталатын нүктелер бойынша жылжиды. Осы екі қабылдағыштар арқылы алынган деректердің нәтижесінде, база мен ровер аралығындагы кеңістіктік вектор анықталады. Бұл вектор базалық сызық деп аталады. Базадан есептегендегі ровердің орнын анықтау үшін әр түрлі өлшеу әдістері қолданылады. Бұл әдістер өлшеулерді жүргізудің үзақтығымен ерекшеленеді, яғни нақтылы уақытта өлшеулер жүргізу үшін радио модель қолданылады. Ол база деректерін роверге жіберіп отырады. Нәтижелер, яғни нүкте координаталары далалық жағдайда белгілі болады. Өлшеу нәтижелерін өндеу алғаш далалық деректерді жазып алып және кейін офистік компьютерлерде қайтадан өндеуді талап етеді. Өндеу әдістерін тандау келесі факторларға: қабылдағыштық түріне, қажетті дәлдікке, уақыттық тығыздығына және нәтижелерді алудың нақты уақытына байланысты болады.
GPS өлшеу әдістері. GPS өлшеулер кинематикалық, дифференциялдық және тез статика әдістері арқылы жүргізіледі. Кинематикалық және дифференциялдық әдістер тек нақтылы уақытта өлшеуге, ал тез статистика кейін өндеуге қолайлы. Кинематикада ровер мен базаға ортақ төрт немесе одан да көп жер серіктерімен фазалық өлшеулер жүргізіледі. Егер өлшеу уақытында жалпы жер серігінің саны төрттен кем болса, онда өлшеулер кейін жер серіктері төрт немесе одан да көп болған кезде қайталанады. Дифференциалдың өлшеу әдістерінде координаталарды анықтауды кодтық GPS-өлшеулерді пайдаланады. Дифференциялдық өлшеулер үшін жер серіктерін үздіксіз бақылаудың қажеті жоқ. Нәтижелердің дәлдігі көбіне 1 м-лік болып келеді. Бұл өлшеу әдісінде біржиілік немесе екіжиілік қабылдағыштар қолданылады. Жедел статика өлшеудің кейін өндеу әдісі, ол 1см деңгейдегі дәлдікті қамтамасыз етеді. Базалық сызықты сегіз минутта өлшеу үшін бұл әдісте негізгі фазалық өлшеу пайдаланылады. Бұл әдіс қабылдағыштың түріне, базалық сызық үзындығына, көрінетін жер серіктерінің санына және жер серіктерінің геометриясына (жер серіктерінің аспанда орналасуына) байланысты болып келеді. Статика әдісі ең жоғарғы дәлдіктегі өлшеулерде қолданылады, стансада өлшеу уақыты шамамен бір сағат. Тез статика-геоинформациялық жүйенің аппараттық және бағдарламалық бөліктерінің ең алдыңғы қатарлары нәтижесі деп санауға болады. Тез статика әдісімен өлшеуде біржиілікті немесе екі жиілікті қабылдағыштар пайдаланылады.
