ТРИ В ОДНОМ: КАРТА, КОМПАС И ЧАСЫ

Елманов Олег (SpyDr@comail.ru)

Спецвыпуск Xakep, номер #034, стр. 034-026-3

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

Ничего экстраординарного в принципах работы нет. Для того чтобы разобраться в этом, достаточно школьного курса физики. В общих словах, определение координат основано на измерении времени, за которое сигнал проходит от спутника до приемника. Координаты спутника известны, скорость сигнала равна скорости света, следовательно, по школьной формуле, расстояние есть время, умноженное на скорость света. Таким образом определяем расстояние от спутника до приемника. Если одновременно получить информацию с трех спутников, то уже можно определить точку в пространстве однозначно. По расчетам получаются две возможные точки нахождения приемника, но лишь одна из них находится на Земле или в непосредственной близости от ее поверхности. Вторая (ложная) оказывается либо глубоко внутри, либо очень высоко. Но это лишь теоретические выкладки. На самом деле, существует ряд погрешностей, которые влияют на точность определения координат, поэтому в реальности используются как минимум четыре спутника.

ПОЛОЖЕНИЕ GPS-СПУТНИКОВ

Первая трудность, которую приходится преодолевать, это определение точных координат спутников в любой момент времени. Схема определения местоположения спутника в каждый момент времени такова: на высоте 19-20 тысяч километров Земная атмосфера практически не ощущается, поэтому на спутники действует только сила притяжения, благодаря чему их орбиты заранее рассчитаны и известны. GPS-приемники имеют "альманах", размещаемый в памяти, из которого и вычисляются координаты каждого из спутников в любой момент времени. Кроме того, движение всех спутников GPS постоянно контролируется наземными станциями слежения. Обращаясь вокруг Земли с периодичностью раз в 12 часов, спутники проходят над станциями слежения дважды в сутки. Это дает возможность точно измерять их высоту, скорость и положение в пространстве. После определения параметров наземные станции передают на бортовой компьютер спутника уточненную информацию, заменяя прежнюю. Далее эти поправки будут передаваться спутником на Землю.

КООРДИНАЦИЯ ВРЕМЕНИ

Для определения местоположения необходимо знать не только координаты спутников, но и точное время, когда сигнал был отправлен со спутника. На всех GPS-спутниках установлены бортовые атомные часы с наносекундной точностью (0,000000001 секунды). Для предотвращения выхода спутника из строя из-за сбоя часов, каждый спутник имеет на борту по четверо таких часов. Все атомные часы орбитальной группировки GPS-спутников синхронизированы между собой наземными станциями слежения и GPS-приемниками. Но как приемник определит, когда сигнал был отправлен со спутника? Для этого в каждый момент времени на всех спутниках и приемниках генерируется один и тот же псевдослучайный код. Функция построения кода весьма сложна, так как именно этим обеспечивается помехозащищенность и однозначность их определения. При получении сигнала со спутника, GPS-приемник просматривает память для определения времени, когда данный код был сгенерирован. Преимуществом использования кодовых посылок является то, что измерение длительности пути сигнала может быть проведено в любой момент времени.