Космический сегмент GPS

Выделяют три главные подсистемы (сегменты,

секторы): наземного контроля и управления (НКУ), созвездия спутников (космических

аппаратов - КА), аппаратуры пользователей (АП).

Подсистема КА состоит из 24 основных и 3 резервных спутников (планируется эту группировку увеличить еще на 18 сnyrников). Каждый спутник имеет по несколько атомных эталонов частоты и времени, аппаратуру для приема и передачи радиосигналов,

бортовую компьютерную аппаратуру. Размеры спутников с учетом панелей солнечных

батарей более 5 м. Вес спутника -1 т. Расчетное время существования на орбите 7-8 лет. КА сохраняет стабильнымзаданное положение на орбите, принимает и хранит информацию с наземных станций, а также непрерывно передает в аппаратуру пользователей измерительные радиосигналы, данные о точном времени, свои координаты и другие сведения. Спутник представляет собой стабилизированный по трем осям космический аппарат. Основными элементами его главной навигационной полезной нагрузки являются атомные стандарты частоты для точной синхронизации, процессор для хранения навигационных данных, схема сигналов псевдослучайной помехи (PRN) для генерирования сигнала измерения дальности, и передающая антенна диапазона L. Одночастотные передачи обеспечивают базовую навигацию, а многочастотные передачи позволяют скорректировать время распространения сигнала с учетом задержки в ионосфере.

Сигналы, передаваемые со спутников, принимаются наземным оборудованием, где они обрабатываются по заданному алгоритму и с их помощью приемники GPS рассчитывают координаты объекта. Полученные таким образом данные могут использоваться системами, осуществляющими мониторинг грузового автотранспорта или поиск близлежащих достопримечательностей, либо заноситься в земельные кадастры, или применяться в любых других системах, требующих точного определения координат объектов или маршрутов их передвижения.

В системах спутникового позиционирования КА

выполняют роль геодезических опорных пунктов. На каждый момент измерений их координаты

должны быть известны. Координаты объекта находят способом засечек по измерениям

при помощи алпаратуры на спутниках и на земле. Измеренные параметры

определяют поверхности положения, в точке пересечения которых лежит искомый объект.

В системе первого поколения ТRANSIТ на основе эффекта Доплера измеряли разности

расстояний от приемника до двух положений спутника на орбите. Поверхностями

положений являлись гиперболоиды вращения. В современных системах измеряют

дальности до КА и скорости изменений дальностей вследствие перемещений ИСЗ относительно

ПОЛЬЗОвателя. Измеренным скоростям соответствуют конические поверхности

положения (конусы), а измеренным дальностям - сферические (сферы). В геодезических

целях преимущественно пользуются дальностями, по которым реализуют пространственные

линейные засечки (рис. 1).

Рис. 1. Линейная пространственнаязасечка:

М - точка пересечения сфер с центрами 1,2,3 и радиусами А1, А2, Rз

Если с определяемого пункта М измерить расстояния

А1, R2, Аз до трех nyнктoB 1,2,3, провести из них как из центров радиусами А1, R2, Аз сферы, то эти сферы пересекутся в точке М и определят ее положение. Сферы пересекутся еще в одной точке - М' (на рис. 1 не показана), однако точки М и М' лежат по разные стороны плоскости «123» и сделать правильный выбор нетрудно. В этом заключается геометрическая сущность задачи. Когда известны координаты спутников, задачу легко решить аналитически и вычислить координаты пункта М.

Дальности определяют по времени распространения радиоволны от передатчика на спутнике до приемника на Земле. Используются два метода: кодовый и фазовый.