Sisteme globale de poziționare (GPS) Aproximativ un an în urmă, am luat primul sistem portabil de poziționare globală. Inima turismului vechi a fost spart imediat.
Această funcție! Dacă Columb ar folosi un astfel de dispozitiv, atunci nu ar fi descoperit America, ci a navigat direct în India.
Ultima dată când fizicienii ajung la utilizatorii obișnuiți este mult mai rapid decât a fost înainte. Electronica se află la un nivel care vă permite să creați un microcomputer cu boxe, puterea nu este inferioară unei mașini desktop obișnuite. În spațiu există sute de sateliți, care efectuează o varietate de sarcini. Este plăcut să vedem că un număr din ce în ce mai mare de realizări ale gândirii umane încep să servească oamenii, iar ceea ce a lucrat numai câțiva ani în urmă pentru armată este declasificat. Desigur, una dintre aceste evoluții este sistemul global de navigație și determinare a poziției (Global Positioning System).
De mulți ani acest sistem a funcționat exclusiv în scopuri militare. Uneori, oamenii din epoleți l-au împărtășit cu topografii și marinarii. Cu toate acestea, serviciile sale au devenit disponibile în întregime cetățenilor obișnuiți numai anul trecut. În această revizuire, vreau să vă spun despre principiile de bază ale acestui sistem. Cei care au fost interesați de radar în trecut vor înțelege pur și simplu. Mai întâi, să vorbim despre caracteristicile pe care le oferă sistemul GPS.
Ce permite sistemul global de poziționare?
Uneori, chiar fără să ne dăm seama că trebuie să determinăm locația locației noastre. În majoritatea cazurilor, coordonata absolută nu ne deranjează, dar mărimea relativă a deplasării dintr-un obiect foarte specific este importantă. Cu toate acestea, pentru calculul său este necesar să se cunoască exact coordonatele absolute. Ele fac, de asemenea, posibilă obținerea unui dispozitiv care, în comun, se numește GPS (originea acestui nume este ușor de explicat).
S-ar putea să observați că, dacă știți nu numai coordonatele, ci și timpul în care acestea sunt măsurate, puteți vorbi nu numai despre dimensiunile simple ale lungimilor. Într-adevăr, cu nivelul actual de dezvoltare a electronicii, este posibil să se creeze un dispozitiv complet portabil și mobil care să coreleze astfel de cantități ca și timp și coordonate. Nu voi gândi la o bicicletă dacă vă spun că mulți dintre ei au fost creați.
Sistemul global de poziționare vă permite să obțineți date despre deplasarea unui punct de pe suprafața pământului de la cealaltă. Pentru astfel de calcule, dispozitivul trebuie să aibă un dispozitiv de memorie. Poate să stocheze mai devreme informații despre locația acestui dispozitiv și apoi nu va exista probleme mari în calculul schimbării dintre punctul curent și memoria stocată în memoria dispozitivului. Fie datele despre un obiect, informațiile despre care sunt înregistrate mai devreme în dispozitiv. De exemplu, coordonatele orașului Roma. Puteți avea imediat o întrebare: "Nu există o distanță a coardei?". Răspunsul la această întrebare amuzantă poate fi dat doar de către dezvoltator. Desigur, pentru un călător, distanța pe care o vor trece piciorul sau roțile mașinii sale, mai degrabă decât cifrele artificiale despre cea mai scurtă distanță, este importantă. Pe de altă parte, punerea datelor despre întreaga ușurare a globului în memoria dispozitivului nu este o sarcină realistă. În plus, calculele vor deveni foarte greoaie. Prin urmare, în majoritatea cazurilor, se efectuează calcule pe motiv că pământul are forma unei sfere (deși nu este așa).
Eroarea obținută cu un astfel de calcul este foarte semnificativă, deoarece precizia dispozitivelor moderne de poziționare globală este de 10-20 centimetri.
În plus față de sistemul orizontal de coordonate a poziționării globale vă permite să determinați coordonatele verticale sau altitudinea deasupra nivelului mării. Uneori utilizatorii nu știu ce înseamnă "altitudinea". Îți sugerez mai întâi să-ți amintești ce este. Mai mult, putem fi mândri de faptul că această cantitate este direct legată de țara noastră. Deci, lângă orașul glorios din Sankt Petersburg, orașul Kronstadt nu este mai puțin glorios. Aceasta este o așezare insulară. Cu mult timp în urmă era o cetate maritimă și un port pe ea. Apa și fluxul în acest loc este mult mai mică decât în alte mări, golfuri, oceane etc. De aceea, la marginea acestui oraș a fost făcută o notă, din care întreaga lume măsura nivelul - altitudinea deasupra nivelului mării. Sistemul global de poziționare vă permite să îl măsurați. Precizia determinării acestei valori este oarecum mai scăzută decât pentru măsurarea coordonatelor orizontale. Eroarea este de aproximativ 10 metri.
Practic toate dispozitivele sistemului global de poziționare au dispozitive de memorie. Acest lucru vă permite să măsurați nu numai altitudinea deasupra nivelului mării, ci și înălțimea relativă a obiectelor. Această funcție face astfel de dispozitive de neînlocuit pentru alpiniști. Cu toate acestea, o eroare de 10 metri în acest sport este inadmisibilă. Prin urmare, încercați să găsiți un loc unde numărul de sateliți, semnalul de la care se duce la dispozitivul de poziționare globală, cât mai mult posibil. În acest caz, eroarea va fi mult mai mică.
Un sistem global de poziționare poate înlocui o busolă obișnuită. Pentru munca sa, există suficiente informații transmise de la sateliți. Pe baza datelor privind descoperirea diferitelor părți ale lumii sau, mai precis, despre amplasarea dispozitivului în raport cu acestea, este posibil să se facă o varietate de calcule. Funcția busolă completează cu exactitate toate celelalte posibilități ale dispozitivului, dar merge puțin în umbră. În continuare veți înțelege de ce.
Majoritatea instrumentelor vă permit să obțineți viteza instantanee a dispozitivului global de poziționare. Cu cât obiectele se mișcă mai repede, cu atât este mai mare această valoare măsurată. În mod natural, există o valoare de prag pentru viteza instantanee. Limita superioară este suficient de mare pentru ca un autovehicul sau un pilot să se gândească la o eroare în calculul acestuia. Dar limita inferioară are limita sa, ceea ce poate împiedica utilizatorul sistemului să obțină date exacte cu privire la viteza instantanee. Această limită este direct legată de eroarea (eroarea) în determinarea coordonatelor. Potrivit observațiilor mele și nu sunt de acord cu cifrele revendicate de unii producători, viteza instantanee este măsurată în mod fiabil la o valoare de 2 km / h și mai mare. Toate celelalte valori mai mici sunt eronate, deși există excepții. De exemplu, în cazul în care dispozitivul dvs. global de poziționare primește un semnal de la cinci sateliți la un moment dat. Valoarea vitezei instantanee poate interesa pe toți cei care, din anumite motive, nu o pot aprecia în mod tradițional. De exemplu, proprietarii de motociclete de apă și snowmobile. Cu toate acestea, nu este neobișnuit ca proprietarii de automobile obișnuite să refuze vitezometrele regulate în favoarea dispozitivelor globale de poziționare. Uneori acest pas este justificat, deși în majoritatea cazurilor această actualizare poate fi considerată o reglare costisitoare a mașinii sau a motocicletei. Apoi, vom vorbi despre alte caracteristici ale dispozitivului global de poziționare și, probabil, opinia dvs. cu privire la tuning se va schimba.
După cum am scris mai sus, aproape toate sistemele globale de poziționare au o anumită cantitate de memorie. Cu ajutorul acestuia puteți efectua toate calculele. Desigur, definiția vitezei instantanee este un exemplu de utilizare a memoriei. Adevărat, pentru astfel de calcule, nu este necesară o mulțime de memorie. Dar pentru a determina viteza medie, volumul său trebuie să fie mărit direct proporțional cu distanța la care veți măsura viteza medie. Producătorii de instrumente globale de poziționare folosesc o varietate de algoritmi pentru calcularea vitezei medii. Cel mai simplu este să împărțiți distanța totală cu timpul pentru care este trecut. Cu toate acestea, uneori acest lucru este prea nepoliticos. Practic toți producătorii includ un alt algoritm de măsurare. Aceasta constă în faptul că timpii de mers în gol (coordonatele rămân neschimbate) înainte de calcularea vitezei medii sunt scăzute din timpul total de deplasare. Desigur, puteți veni cu mai multe situații, atunci când o astfel de metodă nu oferă calcule corecte. Din păcate, producătorii rareori oferă utilizatorului posibilitatea de a programa propriul algoritm, dar totuși există astfel de dispozitive.
O altă aplicație a memoriei în dispozitivele globale de poziționare este memorarea coordonatelor punctelor. Din această funcție rezultă și alte posibilități. Este clar că în orice moment puteți măsura coordonatele actuale și le puteți pune în memorie. De ce este convenabil? Voi începe cu un exemplu. Să presupunem că ați fost într-un alt oraș și ați stabilit într-un hotel. Seara ai mers pe jos. Se întunecă. Toate casele nu se disting. Unde este hotelul dvs. - este necunoscut. V-ați blestemat pentru că nu ați învățat ca o limbă străină ... Cu toate acestea, totul poate fi greșit. Este suficient să folosiți dispozitivul de poziționare globală și, atunci când părăsiți hotelul (casa rurală, automobilul, barca etc.), amintiți-vă coordonatele. În orice moment puteți stabili distanța până la hotel și direcția spre acesta. Este convenabil?
Încă mai puteți dezvolta o tehnologie de amintire a coordonatelor instantanee. Doar să creștem numărul de puncte de spațiu pe care le putem pune în memorie. Ca rezultat, putem obține traiectoria mișcării noastre. Este adevărat că precizia sa va fi determinată de frecvența setării coordonatelor intermediare. Cele mai multe dispozitive de poziționare globale vă permit să memorați până la 500 de coordonate instantanee și până la 20 de rute (fiecare traseu conține 500 de puncte).
Nu cele mai simple sisteme globale de poziționare au o hartă încorporată. Acesta este afișat pe afișajul grafic, care este echipat cu fiecare dispozitiv. În majoritatea cazurilor, cardul se află în cartușul opțional. Costul unui astfel de card poate ajunge până la 200 de dolari. Cu toate acestea, acest preț este justificat de detaliile excelente și calitatea cardului. Voi da un exemplu. Dacă vă veți pierde pe drumurile din Finlanda și nu veți găsi drumul către cea mai apropiată stație de benzină, sistemul global de poziționare echipat cu o hartă a Scandinaviei vă va arăta direcția, numărul drumului și distanța până la o astfel de stație. Această hartă conține informații despre toate obiectele, care într-un fel sau altul au nevoie de un călător sau de un motorist. Din păcate, nu există hărți ale Rusiei în vânzare. Mai degrabă sunt, dar calitatea acestor "cărți" face să ne amintim un anecdot despre piloții care au zburat pe un pachet de Belomor.
Cu ajutorul sistemului de poziționare globală, puteți afla nu numai distanța până la așezarea dorită, ci și timpul estimat de sosire în acesta. Microcomputerul va împărți calea rămasă la viteza medie. Sunt de acord, astfel de date sunt foarte utile pentru un conducător auto.
Acum, după o scurtă excursie în capabilitățile sistemului global de poziționare. Vă sugerez să vă familiarizați cu principiile dispozitivului global de poziționare.
Principiul de funcționare al sistemului nu este foarte complicat și majoritatea oamenilor obișnuiți, care nu sunt împovărați de fizică, o vor putea înțelege. Vreau să vă îndemn să nu renunțați la această secțiune. Chiar și o cunoaștere superficială a principiilor acestui dispozitiv vă va face un utilizator competent și veți putea să rezolvați (sau să explicați) unele dintre problemele care vă așteaptă. Deci, să începem.
Sistemul poate fi împărțit condiționat în trei părți: sateliți, control prin satelit și receptoare ale sistemului global de poziționare.
La o altitudine de aproximativ 20.000 km deasupra pământului există 28 de sateliți ai sistemului. Ele sunt aranjate astfel încât orice observator de pe suprafața planetei noastre să vadă cel puțin patru sateliți. Fiecare dintre ele are două generatoare, care stabilesc frecvența - L1 = 1575.42MHz și L2 = 1227.60MHz. Această gamă nu este aleasă din întâmplare. Această lungime de undă atinge suprafața pământului, practic fără complicații. Ionosfera este transparentă pentru ea. Cel de-al doilea motiv este că antena de transmisie pentru această lungime de undă este mică. Acest lucru este important, deoarece livrarea fiecărui kilogram în spațiu costă o mulțime de bani. Aproape toate antenele de satelit funcționează la o frecvență apropiată de 2 GHz.
Sistemul de control prin satelit este situat pe suprafața pământului. Ea ține permanent legătura cu sateliții. Sistemul de control este necesar pentru transmiterea ultimelor informații actualizate despre orbitele lor. Sateliții în sine nu poartă echipamentul necesar pentru astfel de calcule. Teoretic, acest lucru este posibil, dar este mai ușor și mai ieftin să trimiteți aceste informații de la sol.
Receptoarele sistemului de poziționare globală sunt legătura finală din acest lanț. Le folosim pentru a determina coordonatele exacte ale locației noastre. Dispozitivul este echipat cu o antenă și două generatoare, care fixează frecvențele la fel ca pe satelit. Microprocesorul, care este inima dispozitivului global de poziționare, produce toate calculele necesare.
Un semnal emis de un satelit este numit cod pseudo-aleator de fază randomizat. Poate conține informații diverse. Prin tipul acestor informații este împărțit într-un cod brut și un cod exact. Încărcarea de cod nu este accidentală. Sistemul este militar, iar oamenii în uniformă de mult timp nu doreau să dea civilului ocazia de a-și stabili coordonatele cu precizie.
Coordonata dispozitivului global de poziționare este determinată de distanța de la sateliți. Distanța este definită ca fiind produsul timpului pentru care semnalul provine de la satelit la dispozitivul portabil, viteza de propagare a semnalului. Sarcina principală cu această metodă este sincronizarea ceasului pe satelit și pe teren. Dezvoltatorii sistemului au rezolvat această problemă cu ajutorul unei redundanțe a informațiilor transmise de la satelit.
Câți sateliți ai nevoie pentru a determina coordonatele utilizatorului? Evident, dacă un singur satelit este în linia de vedere, atunci receptorul poate fi localizat oriunde pe suprafața sferei.
Dacă utilizatorul lucrează cu doi sateliți, atunci locația sa se află la intersecția a două sfere - un cerc.
În cazul în care receptorul primește informații de la trei sateliți, acesta poate fi în două puncte de spațiu (în imagine, acestea sunt marcate în albastru). Toate instrumentele procesează acest caz și emite o coordonată, deoarece unul dintre puncte este "fals" (situat deasupra nivelului Pământului sau adânc sub Pământ). Acuratețea determinării coordonatelor în acest caz este cea mai mică posibilă.
Majoritatea dispozitivelor au până la 8 canale independente de recepție a informațiilor. Cu alte cuvinte, aceștia pot lucra simultan cu opt sateliți simultan. Rețineți că, cu cât mai mulți sateliți văd dispozitivul de poziționare globală, cu atât este mai bine determinată coordonatele.
În acest mic articol introductiv, am început să vorbim despre sisteme globale de poziționare. Vom fi bucuroși dacă vă interesează acest subiect. În viitor, vă vom spune despre cum puteți spori acuratețea sistemelor portabile de poziționare globală și despre unele dispozitive ale acestui sistem pe care le puteți cumpăra în magazine pentru turiști.
În concluzie, vreau să vă spun că folosirea unor astfel de sisteme în țara noastră este încă interzisă. Dacă găsiți un astfel de sistem, acesta poate fi confiscat (precum și un dispozitiv de scanare eteric). Sperăm că, în viitorul apropiat, deputații vor lua în considerare problema exploatării unor astfel de sisteme, iar toate interdicțiile privind utilizarea lor vor fi ridicate.
Articole similare
-
Clima oceanului mondial, curenții - oceanul ca sistem planetar global
-
Sistemele pe mai multe niveluri sunt sisteme cu alocare separată, localizată ierarhic
Trimiteți-le prietenilor: