Что такое GPS (глобальная система позиционирования)? Значение, типы, работа, примеры и приложения.

GPS относится к любой спутниковой группе, которая точно вычисляет расстояния.

Глобальная система позиционирования или GPS первоначально относилась к радионавигационной системе правительства США, которая использовала спутники, и стала обозначать любую группу спутников, которые вещают на несущих частотах L1, L2 и L5 и применяют трилатерацию для точного расчета расстояний. В этой статье рассматриваются значение и функциональность GPS, его основные типы и приложения с примерами.

Что такое GPS?

Глобальная система позиционирования или GPS первоначально относилась к радионавигационной системе, принадлежащей правительству США, которая использовала спутники и стала обозначать любую группу спутников, которые вещают на несущих частотах L1, L2 и L5 и применяют трилатерацию для точного расчета расстояний. 

GPS стал общим термином, используемым в секторе навигации и картографии. Когда люди упоминают GPS, на ум приходит возможность отслеживать местоположение объектов или определять направление места, что очень точно.

GPS или глобальная система позиционирования — это радионавигационная установка, основанная на спутниковых системах, которые предоставляют пользователям информацию о местоположении, навигации и синхронизации посредством отправки импульсов на наземный приемник. Первоначально GPS был известен как NAVSTAR и представляет собой созвездие спутников, принадлежащих Соединенным Штатам. Он эксплуатируется космическими силами США и изначально предназначался для использования в военных целях, но теперь стал доступен для коммерческого и гражданского использования.

Глобальная система позиционирования работает на основе спутников, вращающихся вокруг Земли. Он состоит из 31 удобно расположенного спутника, который позволяет пользователям с датчиками и приемниками определять точное местоположение, когда они находятся в пределах прямой видимости по крайней мере трех из этих орбитальных спутников.

Что означает GPS?

GPS означает глобальную систему позиционирования. Это подкатегория глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) .Открывает новое окно. Это новаторская технология среди других навигационных спутниковых систем, используемых сегодня.

Как работает GPS?

GPS работает за счет связи между различными его компонентами, подобно спутникам ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo. Глобальная система позиционирования (GPS) состоит из трех частей или элементов. Эти компоненты работают вместе, чтобы обеспечить постоянную точность отправляемой информации о навигации, времени и местоположении. Частями являются космический сегмент, сегмент управления и приемники.

1. Космический сегмент

Этот компонент GPS состоит из группы из 31 спутника, которые вращаются по определенной орбите вокруг Земли. Они расположены на высоте 20 000 километров над планетой, и каждый из них непрерывно посылает микроволновые сигналы, улавливаемые предустановленными приемниками. Каждый спутник имеет встроенные атомные часы — точные и точные часы, — которые синхронизируют спутники и синхронизируют их с земными часами.

2. Сегмент управления

Сегмент управления также известен как наземный сегмент. Этот компонент системы глобального позиционирования очень похож на башенную станцию. Сегмент управления отвечает за управление и обеспечение надлежащего функционирования спутников.

Сегмент управления состоит из главной станции управления, резервной главной станции управления, нескольких командных антенн, управляющих антенн и пунктов наблюдения. Важнейшие функции наземных сегментов включают в себя отслеживание движения спутников, выполнение анализа, мониторинг спутниковых передач и связь со спутником, чтобы убедиться, что информация, передаваемая со спутников на приемники, является максимально точной.

3. Получатели или пользовательский сегмент

Приемники являются третьим и наиболее распространенным компонентом GPS. Они встроены практически во все смартфоны и трекеры повседневных устройств. Их применение охватывает несколько отраслей, от транспорта и авиации до военной, автомобильной и IoT. Приемники GPS состоят из антенны и процессора.

Антенна настроена на улавливание частоты волновых сигналов, передаваемых со спутников. В то же время процессор использует метод, известный как трилатерация, для декодирования и интерпретации информации. Приемники также имеют часы, которые фиксируют время обнаружения сигнала. Приемники бывают разных размеров и могут быть такими же маленькими, как и в мобильных телефонах.

Как приемники работают в GPS?

Приемник GPS может работать только тогда, когда он находится в зоне прямой видимости не менее трех спутников. Вот почему устройства GPS менее точны при использовании в помещении. Каждый спутник отправляет сигнал, зашифрованный с указанием местоположения спутника во время передачи и когда он отправил сигнал. Приемник использует место с трех спутников, посылающих сигналы на один и тот же приемник, и разницу во времени от момента передачи сигнала до момента его получения.

Затем он использует математическое уравнение для определения расстояния спутников от него и друг от друга, таким образом определяя его местоположение через координаты широты и долготы. Используя четвертый спутник, приемник может проверить точность предоставляемой им информации и, следовательно, избежать необходимости в атомных часах.

Типы GPS

Глобальная система позиционирования имеет широкое применение. Он также претерпел несколько модификаций, в результате которых появились различные типы GPS. Хотя все они работают по одному и тому же фундаментальному принципу, каждый класс специализируется на удовлетворении конкретных требований. Типы систем GPS включают в себя:

1. А-GPS

Assisted GPS (A-GPS) — это тип GPS, который позволяет приемникам получать информацию из источников в локальной сети, что помогает в определении местоположения спутников. Вспомогательный GPS обычно используется в местах, где спутниковые сигналы не могут быть легко достигнуты, вероятно, из-за деревьев или высоких зданий. Однако для работы A-GPS должны быть сотовые сети.

Вспомогательный GPS стал необходим, когда GPS был введен для коммерческого использования. A-GPS широко используется в смартфонах, где информация о местоположении телефона становится доступной для отправки экстренных вызовов. Технология увеличивает время запуска и позволяет мобильным телефонам фиксироваться в навигационной системе, даже когда сигнал слабый или их телефон виден только двум спутникам.

2. S-GPS

Одновременный GPS (S-GPS) — это модификация GPS, которая позволяет одновременно передавать с телефона как голосовые данные, так и сигналы GPS. Оба типа данных отправляются одновременно, а не чередуются сигнал SPS и прием телефонного звонка, и чувствительность выше. Это особенно полезно в чрезвычайных ситуациях, чтобы позволить поставщикам услуг, таким как машины скорой помощи, пожарные депо и т. д., определить местонахождение источника вызова, даже если вызов продолжается.

3. D-GPS

Дифференциальный GPS (D-GPS) — это метод коррекции, используемый для повышения точности данных о местоположении, полученных от традиционного приемника GPS. D-GPS — это усовершенствование GPS, обеспечивающее более точное определение фактического местоположения объекта или человека.

Обычный диапазон точности для GPS составляет в лучшем случае 15 метров. D-GPS может сузить предел ошибки определения местоположения до 1 дюйма (2,5 см). Он работает с использованием сети стационарных наземных станций, которые транслируют расчетную разницу между известными фиксированными местоположениями и местоположением спутника. D-GPS применяется береговой охраной США и Канады.

4. Недифференциальный GPS

Недифференциальный GPS, в отличие от дифференциального GPS, использует прямые спутниковые сигналы для определения местоположения. Он менее точен, чем D-GPS, но имеет значительно более широкий спектр применения.

5. Картографический и некартографический GPS

Картографический GPS — это тип устройства GPS со встроенными картами. Также можно загружать карты для добавления к картографии GPS. Этот тип устройства GPS часто используется в мобильных устройствах и других портативных устройствах. Некартографический GPS — это тип устройства GPS, который поставляется без карт. Он показывает ваше местоположение и направление, чтобы добраться до другой точки, не видя дорог или ориентиров. Он использует следы, похожие на хлебные крошки, чтобы отметить ваш прогресс и направление.

Примеры GPS

Решения GPS были применены в нескольких вариантах использования. Несколько компаний разработали программное обеспечение, использующее преимущества технологии GPS для коммерческих и государственных целей. Примеры лучшего программного обеспечения GPS:

1. Навигация по картам Google

Карты Google — это коммерческая картографическая веб-платформа, работающая на базе Google Cloud Platform и продаваемая как приложение для людей во всем мире. По состоянию на 2020 год было зарегистрировано, что его ежемесячно используют более миллиарда человек. Первоначальная версия Google Maps, выпущенная в 2005 году, представляла собой комбинацию сетевого картографического программного обеспечения, визуализации геопространственных данных и анализа трафика в реальном времени. Используя глобальную систему позиционирования, Карты Google предоставляют множество функций, таких как:

• Навигация : показывает наилучший маршрут, по которому можно добраться из одного места в другое. Он также рассчитывает время в пути, которое вы должны ожидать, исходя из транспорта или текущей скорости.
• Просмотр улиц : Просмотр улиц Google дает вам опыт, близкий к реальности. Благодаря 360-градусным панорамным изображениям на уровне улицы вы можете визуализировать несколько мест.
• Обновления трафика в режиме реального времени : собирая информацию с нескольких смартфонов, карты Google могут определить, насколько загружена дорога впереди вас, и предложить альтернативные маршруты.
• Достопримечательности и бизнес-списки : С помощью спутниковых систем позиционирования предприятия, компании и больницы могут быть идентифицированы на различных маршрутах, что облегчает пользователям доступ к услугам.

2. GIPSY OASIS

GIPSY OASIS — это навигационное программное обеспечение, используемое в основном для геофизических исследований и исследований систем глобального позиционирования. Весь смысл GIPSY OASIS заключается в системе позиционирования на основе GNSS и программном обеспечении для моделирования анализа орбиты. Он принадлежит Национальному управлению по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Он измеряет навигацию, синхронизацию и позиционирование с использованием трех геодезических методов:

• Глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS)
• Спутниковая лазерная локация (SLR)
• Доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированные со спутника (DORIS)

GIPSY OASIS поддерживает комбинацию геофизических и геодезических параметров и использует их на реальных или смоделированных данных. Он учитывает такие параметры, как координаты станций, орбиты спутников, ориентация Земли и т. д.

3. Служба определения местоположения Amazon

Amazon Location Service — это продукт Amazon Web Services (AWS) , который позволяет разработчикам добавлять данные о местоположении и функциональные возможности в свои приложения. Службы определения местоположения Amazon дополнительно делятся на различные специфические функции, а именно:

• Карты Amazon Location Service : это позволяет вам выбрать предпочтительную карту в мобильном или веб-приложении.
• Amazon Location Service Places: вы можете выбрать поставщика данных для поиска достопримечательностей.
• Маршруты Amazon Location Service : позволяет находить разные маршруты к определенным местам. Используя обновления трафика в режиме реального времени, он оценивает время, необходимое для прибытия в пункт назначения.
• Геозоны Amazon Location Service: это позволяет вам наносить на карту область, а затем получать уведомления о движении в этой области и за ее пределами.

4. Verizon Connect

Verizon Connect предлагает точное решение для GPS-слежения, отвечающее требованиям автопарка любого размера, которое обеспечивает почти 360-градусный обзор повседневных операций автопарка. Он направлен на повышение безопасности и производительности водителя и помогает вам быть в курсе любых потребностей в ремонте и техническом обслуживании. Они предлагают различные GPS-решения, которые вы можете выбрать для отслеживания поведения водителей, улучшения отслеживания и доставки активов, определения лучших маршрутов и обеспечения удовлетворенности клиентов.

5. NAVSTAR GPS

Глобальная навигационная спутниковая система США, более известная как NAVSTAR GPS. Он используется Министерством обороны США для военного слежения, проведения специализированных операций и т. д.

Топ 9 приложений GPS

Когда-то разработанная технология GPS распространилась по всему миру и стала неотъемлемой частью глобальной инфраструктуры, находя применение во всех областях. Низкая стоимость услуг GPS и глобальная доступность стимулировали применение технологий глобальных систем позиционирования в нескольких отраслях.

Кроме того, приемники были хорошо разработаны, так что они доступны по цене и достаточно компактны для различного использования. Применения технологии GPS варьируются от Интернета вещей, банковских операций, сетей связи, картографирования, вооруженных сил, сельского хозяйства и т. д. Некоторые из них включают:

1. Автомобильные перевозки

Сегодня GPS зарекомендовал себя как важная часть дорожного транспорта и автомобилей. Приложения для автомобильного транспорта оказались одним из крупнейших рынков для GPS-приемников. Они используются в управлении автопарком, мониторинге общественного транспорта, службах такси, диспетчерских службах, службах логистики и доставки, частных автомобилях и т. д. Большинство автомобилей сейчас оснащены встроенной GPS-навигацией или заглушками для телефонов с приложениями GPS-трекинга.

2. Быстрый доступ к аварийным придорожным службам

Система глобального позиционирования применима даже в чрезвычайных ситуациях. Если вы лично участвуете в таком событии или сталкиваетесь с жертвами несчастного случая и т. д., вы можете позвонить по горячей линии экстренной помощи.

Поставщики услуг автоматически отслеживают ваше точное местоположение с помощью технологии GPS и немедленно направляют к вам обученных сотрудников. Поэтому, даже если вы не знаете точного местоположения, GPS сделает это за вас.

3. Применение в авиационной промышленности

Глобальная система позиционирования также применяется в авиационной отрасли. Почти все самолеты в настоящее время полагаются на технологию GPS для направления и навигации по курсу во время полета. Это также помогает в управлении воздушным движением, отправляя местоположение одного самолета другим в пределах области. Еще более эффективным является использование GPS в беспилотных летательных аппаратах или дронах. Эти машины могут подниматься в воздух без водителя, следуя по определенному маршруту и ​​выполняя заданную задачу. Это просто еще один способ применения GPS в Интернете вещей (IoT).

4. Правоохранительные органы

Полиция и правоохранительные органы также используют технологию GPS при выполнении своих обязанностей. Установив устройства слежения с GPS на автомобили подозреваемых, они могут получить более четкое представление о конкретном преступлении и даже вовремя предотвратить гибель людей и имущество. Другие спецподразделения также используют GPS-трекеры для обнаружения войск, ракет и т. д. в режиме реального времени.

5. Банковское дело и финансы

Глобальная система позиционирования также предлагает услуги точного определения времени, которые можно использовать для планирования, мониторинга и отслеживания местных и международных денежных переводов. В случае финансовых преступлений правоохранительные органы могут использовать их для обеспечения контрольного следа. Поставщики финансовых услуг используют атомные часы на спутниках GPS для отметки дат и временных меток для переводов электронных денег.

6. Предотвращение угона и безопасность автомобиля

Большинство автомобилей теперь оснащены устройствами GPS-слежения в скрытых местах. Это делает его лучшим оборудованием для защиты от кражи, которое вы можете установить на свой автомобиль или другие ценности. Если автомобиль пропал, вы можете отследить его текущее местоположение с другого устройства и с помощью сотрудников службы безопасности быстро вернуть украденный автомобиль.

7. Трекеры здоровья и фитнеса

Включая технологию GPS-слежения, медицинские носимые устройства, которые носят пациенты и те, кто тренируется, могут легко отправлять местоположение пациента своему лечащему врачу или лицу, осуществляющему уход, в случае чрезвычайной ситуации. С GPS геозонирование также стало лучшей реальностью, отображая области и отслеживая движение в пределах границы. Это может быть использовано для домашних животных, соблюдения комендантского часа и других целей безопасности.

8. Применение в сельском хозяйстве

GPS имеет широкое применение в сельскохозяйственном секторе. От взятия проб почвы до составления карт урожайности и мониторинга тракторов и другой техники — все это способствовало повышению урожайности и производительности.

9. Мониторинг детей

Дети уязвимы, когда не находятся на виду у своих опекунов, и им может угрожать опасность таких преступлений, как похищение, или они могут просто уйти. Добавив GPS-трекеры к наручным часам и другим носимым устройствам, родителям будет очень легко найти ребенка. Таким образом, успокаивая родителя, давая ребенку некоторую степень свободы. Такие носимые устройства также могут быть оснащены сигнализацией для отправки предупреждений в случае опасности.

Выводы

Точность географического местоположения, предоставляемая вашим GPS-сервером, колеблется от 10 до 100 метров. С высококачественными приемниками, такими как устройства военного назначения, точность определения местоположения может приближаться к одному метру. В настоящее время устройства с поддержкой GPS и технология, на которой они работают, используются в нескольких отраслях и рынках.

Действительно, датчики и приемники GPS теперь настолько доступны, что почти каждый может получить к ним доступ. Такое широкое использование сделало GPS движущей силой в управлении устройствами ОТ . Смарт-устройства работают лучше благодаря их способности отслеживать и отправлять информацию о своем местоположении.