Մենք օգտվում ենք GPS-ից ամեն օր. երթուղի ենք գծում նավիգատորով, հետևում ենք սննդի առաքմանը կամ գրանցում մեր վազքի արդյունքները: Սակայն քչերն են մտորում, թե հատկապես ինչպես է այս տեխնոլոգիան որոշում մեր գտնվելու վայրը մի քանի մետրի ճշգրտությամբ՝ նույնիսկ մեծ քաղաքի կենտրոնում: Պարզում ենք, թե ինչ է GPS-ը և ինչու է աշխատանքի համար բավական միայն բաց երկինք տեսնելը:

Ի՞նչ է GPS-ը

GPS-ը (Global Positioning System) դիրքորոշման գլոբալ համակարգ է, որը բաղկացած է Երկրի ուղեծրում գտնվող արբանյակների խմբավորումից: Այժմ աշխատանքային ռեժիմում են գտնվում շուրջ 31 արբանյակ, գումարած մի քանի պահուստայինները: Համակարգը մշակվել է ամերիկյան զինվորականների կողմից, իսկ ավելի ուշ բացվել է քաղաքացիական օգտագործման համար: Յուրաքանչյուր արբանյակ կշռում է 1,3–1,8 տոննա, աշխատում է արևային մարտկոցներով և գտնվում է մոտավորապես 20 000 կմ բարձրության վրա: Այն օրական կատարում է երկու լրիվ պտույտ Երկրի շուրջ: Ուղեծրերը նախագծված են այնպես, որ մոլորակի ցանկացած կետում և ցանկացած ժամանակ հորիզոնից վերև «տեսանելի» լինեն առնվազն չորս արբանյակ:

Աշխատանքի սկզբունքը. տրիլատերացիա

GPS ընդունիչը (ձեր սմարթֆոնում, ավտոմեքենայում կամ սմարթ-ժամացույցում) որոշում է գտնվելու վայրը մի մեթոդի օգնությամբ, որը կոչվում է տրիլատերացիա՝ մի քանի արբանյակներից ունեցած հեռավորության չափում: Պատկերացրեք, որ դուք լիովին մոլորվել եք ինչ-որ տեղ ԱՄՆ-ում: Անցորդն ասում է. «Դուք Այդահո նահանգի Բոյսե քաղաքից 625 մղոն հեռավորության վրա եք»: Սա նշանակում է, որ դուք գտնվում եք այդ քաղաքի շուրջ 625 մղոն շառավղով շրջանագծի վրա: Տեղեկությունը ճշգրիտ է, բայց ոչ բավարար: Երկրորդ մարդը հայտնում է. «Դուք Մինեապոլիսից 690 մղոն հեռավորության վրա եք»: Այժմ դուք ունեք երկու շրջանագիծ, որոնք հատվում են երկու կետում: Երրորդը հստակեցնում է հեռավորությունը մինչև Թուսոն, և մնում է միայն մեկ կետ՝ Դենվեր, Կոլորադո: Սա երկչափ տրիլատերացիա է: Իրականում ամեն ինչ տեղի է ունենում երեք չափումներում: Շրջանագծերի փոխարեն GPS-ն օգտագործում է ոլորտներ: Մեկ արբանյակի հեռավորությունը տալիս է ոլորտ, երկրորդինը՝ հատում շրջանագծի տեսքով, երրորդինը՝ երկու հնարավոր կետ: Երկիրն ինքը հանդես է գալիս որպես չորրորդ «սահմանափակում»՝ կտրելով այն կետը, որը կհայտնվեր տիեզերքում: Հետևաբար, ամենահուսալին այն է, երբ ընդունիչը տեսնում է չորս և ավելի արբանյակ. դա բարձրացնում է ճշգրտությունը և տալիս է բարձրությունը ծովի մակերևույթից:

Ինչպես է չափվում հեռավորությունը

Հեռավորությունը հաշվարկելու համար ընդունիչն օգտագործում է ազդանշանի տարածման ժամանակը: Արբանյակները ազդանշանները հաղորդում են լույսի արագությամբ (մոտ 300 000 կմ/վ): Ընդունիչը չափում է, թե որքան ժամանակ է ազդանշանը ընթացել արբանյակից, և բազմապատկում է արագությամբ. ստացվում է հեռավորությունը: Դրա համար բոլոր սարքերն օգտագործում են պսևդոպատահական կոդ՝ երկար թվային հաջորդականություն: Արբանյակը և ընդունիչը գեներացնում են միևնույն կոդը սինխրոն կերպով: Երբ ազդանշանը հասնում է, արբանյակի կոդը մի փոքր ուշանում է: Հենց այդ ուշացումն էլ ցույց է տալիս ճանապարհի վրա ծախսված ժամանակը:

Ժամացույցների խնդիրը և հանճարեղ լուծումը

Նման ճշգրտության համար անհրաժեշտ են ատոմային ժամացույցներ, որոնք արժեն տասնյակ հազարավոր դոլարներ: Դրանք տեղադրել յուրաքանչյուր սմարթֆոնում անհնար է: Այդ պատճառով արբանյակները հագեցած են թանկարժեք ատոմային ժամացույցներով, իսկ ընդունիչները՝ սովորական քվարցային: Համակարգը խնդիրը լուծում է նրբագեղորեն. ընդունիչը վերլուծում է չորս և ավելի արբանյակների ազդանշանները և անընդհատ շտկում է իր ներքին ժամացույցը՝ «անվճար» հասնելով ատոմային ճշգրտության:

Դիֆերենցիալ GPS (DGPS)

Սովորական GPS-ն արդեն իսկ բավականին ճշգրիտ է, բայց արդյունքի վրա ազդում են խոչընդոտները՝ ազդանշանի հապաղումը մթնոլորտում, անդրադարձումները շենքերից և այլն: Դիֆերենցիալ GPS-ը ուղղում է այս սխալները: Ստացիոնար կայանը, որի կոորդինատները ճշգրիտ հայտնի են, հաշվարկում է սխալանքը և հաղորդում ուղղումները գործողության շառավղում գտնվող բոլոր ընդունիչներին: Դրա շնորհիվ ճշգրտությունը բարձրանում է մի քանի անգամ:

Ի՞նչ է GNSS-ը

GPS-ը ամերիկյան համակարգ է: Բացի դրանից գոյություն ունեն այլ համակարգեր՝ եվրոպական Galileo-ն, չինական BeiDou-ն և ռուսական ԳԼՈՆԱՍՍ-ը: Միասին դրանք կազմում են GNSS-ը (Global Navigation Satellite System): Ժամանակակից սմարթֆոնները սովորաբար աշխատում են միանգամից մի քանի համակարգերի հետ, ինչը բարելավում է ճշգրտությունն ու հուսալիությունը, հատկապես բարդ պայմաններում:

Կարճ ասած

GPS-ը ուղեծրում գտնվող արբանյակների ցանց է, որոնք անընդհատ ազդանշաններ են հաղորդում: Ձեր ընդունիչը չափում է հեռավորությունը մինչև չորս և ավելի արբանյակ՝ ըստ ռադիոալիքների տարածման ժամանակի, և տրիլատերացիայի միջոցով որոշում է ճշգրիտ կոորդինատները: Չնայած մթնոլորտի և ժամացույցների հետ կապված բարդություններին՝ համակարգն աշխատում է զարմանալիորեն ճշգրիտ՝ շնորհիվ խելացի սինխրոնացման և շտկումների: Հենց այդ պատճառով, ունենալով GPS ընդունիչ և տեսնելով երկինքը, դուք գրեթե երբեք չեք մոլորվի: