ТРИ В ОДНОМ: КАРТА, КОМПАС И ЧАСЫ

Елманов Олег (SpyDr@comail.ru)

Спецвыпуск Xakep, номер #034, стр. 034-026-4

В отличие от бортовых, часы GPS-приемника не столь точны. А при расхождении всего лишь на 0,01 секунды ошибка в определении расстояния будет около 3000 км. Проблема была решена следующим образом: если снимать значения с трех спутников, то при синхронизированном времени можно определить точку в трехмерном пространстве. А если снять показания еще и с четвертого спутника, то за счет него можно подкорректировать время на приемнике. Дело в том, что если часы GPS-приемника идут неточно, то принятые показания о расстоянии от приемника до спутников неверны. В случае приема данных с трех спутников происходит ошибка определения координат, а при четырех - получается интервал, в котором и находится необходимая точка. Для поиска этой точки компьютер GPS-приемника корректирует время так, чтобы минимизировать погрешность. При этом и достигается коррекция часов GPS-приемника.

Необходимость как минимум в четырех измерениях сказывается на проектировании и развитии GPS-приемников. Если нужно выполнять непрерывное определение местоположения, то следует применять приемник, имеющий не менее четырех каналов измерений. То есть с каждым из необходимых спутников постоянно работает отдельный канал приема и обработки сигналов.

АТМОСФЕРНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ

В наибольшей степени на точность определения координат GPS-приемниками влияют атмосферные явления. Первой такой преградой является ионосфера Земли. Расположенный на высоте 120-200 километров слой заряженных частиц существенным образом влияет на скорость прохождения радиосигналов GPS и тем самым добавляет довольно ощутимые погрешности в точность определения координат.

Для уменьшения степени влияния ионосферы поступают следующим образом: во-первых, есть усредненные поправки на влияние ионосферных явлений. Во втором способе борьбы с этим явлением используется сравнение скоростей распространения двух сигналов, имеющих разные частоты несущих колебаний. Второй метод довольно сложен и применяется только в более совершенных двухдиапазонных GPS-приемниках.

Ближе к Земле на пути радиосигнала встает еще одна преграда - атмосферные явления. Их влияние практически непредсказуемо, но, к счастью, не столь велико.

ДРУГИЕ ПОГРЕШНОСТИ

Еще одним существенным фактором погрешности является так называемая лучевая интерференция. Ее суть в том, что при прохождении препятствий, природных (горы) или искусственных (здания в городе), сигналы переотражаются и задерживается до того, как достигнут GPS-приемника.

Есть и другие погрешности, но не столь значительные. Это и погрешности вычислений самого GPS-приемника, и помехи сигналов, приходящих со спутников, и т.п.

УВЕЛИЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ

Для достижения наибольшей точности в современных GPS-приемниках используется геометрический принцип "Geometric Dilution of Precision" (GDOP - геометрический фактор снижения точности). Он заключается в том, что в зависимости от взаимного расположения GPS-спутников уменьшается степень влияния разнообразных погрешностей и увеличивается точность определения координат. Проще говоря, чем больше угол между спутниками, используемыми GPS-приемником, тем выше точность определения координат.