Состав системы
Система GPS состоит из трех частей: космической, наземной и пользовательского оборудования.
Космическая часть - это 24 спутника, вращающихся по 6-ти орбитам. Наклон орбит к земному экватору - 55°, угол между плоскостями орбит-60°. Высота орбит 20180 км, период обращения- 12 ч. Мощность спутникового передатчика 50 Вт. Спутники GPS способны, передвигаясь, заполнять бреши в системе (если один из них вышел из строя). Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом. Каждый спутник имеет идентификационный номер PRN (Pseudo Random Number), который отображается на приемнике GPS, срок службы спутника около 10 лет.
Наземная часть GPS состоит из 4-х станций слежения, расположенных на тропических островах и главной станции управления на территории США. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на главную станцию управления и контроля, где по результатам измеренного доплеровского сдвига, частоты сигнала, излучаемого этим спутником, определяются координаты и параметры их движения по орбитам. Определенные на Земле параметры движения спутников и прогнозируемые значения этих параметров на заранее определенный промежуток времени передаются на космические аппараты, где они закладываются в навигационное сообщение, передаваемое приемникам GPS.
Пользовательское оборудование состоит из GPS - приемников пользователей системы. В системе GPS используется дальномерный метод измерения навигационного параметра, а именно наклонной дальности, измеряемой при-емоиндикатором (ПИ) потребителя, до каждого из находящегося в видимости спутника. Измерение наклонной дальности возможно потому, что в системе используется единое время: на каждом из спутников размещен высокоточный эталон времени - бортовые часы, указывающие системное время, такой же эталонный измеритель времени имеется в судовом ПИ. Сравнением известного времени излучения радиосигнала со спутника со временем его получения при-емоиндикатором возможно получить интервал времени прохождения сигнала и по нему вычислить наклонную дальность.
Наклонная дальность является радиусом изо-поверхности (шара) с центром в месте нахождения спутника. Пересекаясь с поверхностью Земли, итоповерхность образует условную окружность. - изостадию (рис. 196). Считается, что пересечение трёх изостадий позволяет получить двухмерные координаты (широту и долготу), четырех изостадий - трехмерные координаты (дополнительно к географическим координатам -высоту), при этом средняя квадратическая погрешность обсерваций, принятая в системе, будет составлять не более 100 метров.
Рисунок 196. Определение места судна дальномерным способом в системе GPS
С 1995 г. согласно резолюции Международной морской организации А.815(19) проводились работы и исследования по повышению точности обсерваций в целях их использования при плавании в узкостях и стесненных для маневрирования районах. Был задействован так называемый дифференциальный режим системы (DGPS), создана сеть дифференциальных станций, появились дифференциальные приставки к риемоиндикаторам, затем приемоиндикаторы, способные принимать дифференциальные передачи. Дифференциальные станции определяют поправки времени прохождения сигнала на УКВ частотах от спутников, связанные с конкретными условиями, в частности, с плотностью атмосферы, и передают эти поправки на частотах средневолнового диапазона в радиусе до 200 миль на приемоиндикаторы потребителей. Предельная средняя квадратическая погрешность обсерваций в дифференциальном режиме (с вероятностью 95%) составляет 10м.
На любом маломерном судне, в целях обеспечения безопасности судовождения, целесообразно иметь один переносной (портативный) ПИ GPS, а на судах морского района плавания, прежде всего прогулочных, а также яхтах и на парусно-моторных суднах, целесообразно иметь не менее двух приемоиндикаторов системы GPS: один переносный (портативный) с питанием от батарей, второй - компактный стационарный с питанием от аккумулятора.
