Хронограф
18152229
29162330
3101724
4111825
5121926
6132027
7142128

<апрель>

Путеводители

Прогулки без опасности заблудиться

Технология GPS привязывает людей к земным координатам

Привычная нам приборная доска автомобиля уходит в прошлое. Не нужны ни стрелки, ни циферблаты. Жидкокристаллический дисплей при надобности покажет, с какой скоростью автомобиль движется, а при другой – где он находится. И нарисует на карте. Фото: GM Motors

Просматривая снимки из семейного фотоальбома, я порой мучаюсь вопросом: «Ой, а когда же я сделал эту фотку?» И даже когда мне удается все же ответить на этот вопрос, я потом долго мучаюсь над другим: «Где же это было?». И горестно вздыхаю – как жаль, что у меня тогда не было прибора GPS-CS1, созданного компанией Sony Electronics. А потом продолжаю вздыхать: ведь этого прибора у меня и сейчас еще нет.

Это совсем небольшое устройство, имеющее форму брелока и весом чуть более 50 граммов. Оно непрерывно записывает в память координаты своего местонахождения. Для того чтобы определить место, изображенное на фотографии, нужно всего-навсего запустить его программное обеспечение. Если забывчивому фотографу удастся вспомнить, когда выполнен снимок, или, например, прочитать дату и время на самом отпечатке, то ему сразу будет известна географические координаты места, где была сделана фотография. Ну а дальше совсем просто – останется посмотреть на монитор устройства и опознать место на виртуальной карте.

Технология, позволяющая проделывать этот трюк, скоро изменит всю нашу жизнь. Уже сейчас американские психологи и социологи активно спорят, насколько корректно родителям следить с помощью такого устройства за каждым шагом своего чада, хотя полученное ими знание вполне реально может оградить ребенка от множества неприятных происшествий. Тот же принцип может основательно порадовать туриста, если ему достаточно будет нажать на кнопку на своем мобильном телефоне, чтобы узнать все о том памятнике архитектуры, возле которого он проходит.

Технологию эту называют GPS – это сокращение английского Global positioning system, что означает «система глобального позиционирования».

  
На шести околоземных орбитах вращается двадцать четыре одинаковых спутника. Каждый из них несколько сотен раз в секунду сообщает точное время и свои координаты. Достаточно принять такой сигнал от четырех разных спутников, чтобы вычислить свое местоположение

Принцип работы

Неумение определить точно свое местоположение стоило жизни большому числу путешественников и первопроходцев. Для этого нужно что-то хотя бы относительно неподвижное, а людям хорошо известно, что неподвижное может быть только в космосе. Имея на околоземной орбите несколько спутников, несложно определить координату, если одновременно видно хотя бы четыре из них. Нужно только, чтобы на всех этих спутниках были очень точные (желательно атомные) и синхронизированные часы и чтобы каждый спутник передавал на землю свое место положение и время. Решив четыре уравнения с четырьмя неизвестными, снабженный микросхемой приемник получит свои координаты и свое время. Сложнее определить координаты самих спутников.

Для этого требуется целая инфраструктура. Во-первых, сами спутники. В настоящее время их используется тридцать два – двадцать четыре действующих и восемь резервных. Каждый помещается на орбите с орбитальным периодом около двенадцати часов, для чего высота над поверхностью Земли должна быть немного больше 20 тысяч км. Все двадцать четыре спутника делятся на шесть групп, по четыре в каждой. Спутники одной группы располагаются на общей орбите. Всего орбит оказывается, таким образом, шесть штук, но каждая из них наклонена к плоскости экватора на один и тот же угол – 55°. Эти спутники называют космическим сегментом инфраструктуры.

  
Каждый спутник GPS пролетает над своей станцией слежения через каждые 11 часов 57 минут. В этот момент он уточненные данные о своей орбите и получает информацию о других спутниках. Фото: Lockheed Martin

Во-вторых, есть наземный сегмент – станции слежения. Они располагаются так, чтобы каждый спутник проходил над своей станцией по два раза в сутки. Это дает возможность точно измерять высоту и скорость спутников, что позволяет рассчитать, а при необходимости и откорректировать параметры их орбиты.

Наконец, в-третьих, есть пользовательский сегмент – то самое устройство, ради которого все и делалось. Ему спутники передают данные, организованные в два специфических массива – «альманах» и «эфимерис». Альманах содержит параметры орбит всех спутников, и каждый спутник передает альманах для всех остальных. Эта информация не отличаются большой точностью и действительна в течение несколько недель. А информация, заключенная в эфимерисе, наоборот, очень подробная, причем каждый спутник сообщает параметры только собственной орбиты. Эта информация обновляется каждые полчаса.

GPS-приемники

Обычно пользователю нет дела до того, что и как устроено, какие в небе летают спутники и на какую станцию что передают. Ему важно, что он имеет. А это зависит от того устройства, которое он держит у себя в кармане или на приборной доске автомобиля. Такие аппараты выпускает уже бесчисленное множество разных фирм и компаний, они сильно отличаются по цене, качеству и размеру. Существуют даже экзотические инженерные решения, вроде Casio ProTrek GPS – совместившего GPS-приемник с наручными часами, или NavTalk GSM, где все то же самое вмонтировано в мобильный телефон. По каким-то причинам эта экзотика российскому потребителю не понравилась, и он сейчас отдает предпочтение GPS-сервису в чистом виде.

Большинство GPS-приемников снабжаются навигатором с графическими жидкокристаллическими дисплеями. Информация, представленная на графическом дисплее, очень полезна. Загрузив в навигатор набор карт, можно сразу определить свое местонахождение не только в терминах географических координат, а прямо в названиях улиц. Тут же можно обозначить конечный пункт своего путешествия и заставить электронный голос вовремя подсказывать, где надо повернуть налево, где направо. Или во сколько надо встать и в какую сторону смотреть, чтобы увидеть восход.

Конечно, в России использование подобных удобств пока сильно ограничено отсутствием карт. Покупка карты Москвы или другого большого города не составит особого труда. Но в движении за городом пока приходится полагаться на традиционные методы «маршрутизации» своего путешествия: на компас, кроки и язык, который, как известно, и до Киева доведет. Правда, ситуация может еще измениться: в последнее время разработчики стали усердно обещать новый картографический материал, покрывающий большую часть нашей страны.

Кому это надо

Если говорить в глобальных масштабах, то GPS нужен всем, кто выходит из дома. Так, навигатор сослужит верой и правдой заядлым автолюбителям. С ним вы никогда не пропустите нужный поворот, всегда будете знать точную информацию о пройденном и оставшемся до пункта назначения расстоянии и времени при соблюдении заданных параметров передвижения. В продвинутых системах вас вовремя предупредят о пробке впереди по курсу и подскажут маршрут объезда. Для вычисления средней скорости при длительном «броске» больше не потребуется ручка, тетрадка и калькулятор – все сделает GPS-навигатор.

  
Скачав в навигатор пакет электронных карт, можно превратить свои широту и долготу, вычисленные GPS-приемником в красную точку на красивом разноцветном дисплее.
Фото: Pioneer Electronics

Должен понравиться этот прибор грибникам и любителям дальних прогулок по лесу: им теперь не нужно озираться каждую минуту, чтобы не заблудиться. Умный и связанный с космосом прибор подскажет, какую из двух тропинок выбрать. А еще он позволит запомнить самые грибные места – для возвращения туда в будущем.

Оценят пользу GPS-навигатора рыбаки и охотники. Первым устройство позволит сохранить данные о каждом разведанном фарватере, прикормленном месте, особенно если речь идет о большом водоеме без видимых краев. Вторым, помимо того, что в таком случае им не придется делать зарубки на деревьях в целях благополучного возвращения назад, блуждая среди сотен гектаров сплошного леса, – так еще и каждый удобный проход можно будет запомнить, а также все лакомые места.

Выиграют от использования системы GPS и туристы, особенно собирающиеся за границу: в отличие от России, США и многих государствах Европы выпускается огромное количество карт, адаптированных для GPS. На них обозначен чуть ли не каждый пенек и фонарный столб. А все тот же электронный голос поразит нечеловеческой эрудицией по поводу каждой мало-мальски приметной достопримечательности.

Всё начиналось с «Бури»…

Рождение технологии GPS довольно типично для ХХ века, да и вообще для истории техники: ее разрабатывали в стенах DOD – американского военного ведомства. Сама идея родилась в 1960-е годы, а потом на протяжении нескольких десятилетий запускались и испытывались различные спутники. Хотя с 1967 года созданная там сеть TRANSIT находилась в открытом коммерческом доступе и позволяла ориентироваться кораблям в открытом море.

К началу 1990-х годов подоспела и новый «вызов»: в январе–феврале 1991-го началась военно-стратегическая операция «Буря в пустыне», в ходе которой американские войска выдворяли части иракской армии с территории Кувейта. В Пентагоне решили развернуть на территории Кувейта тестовые навигационные сети с использованием технологии GPS. Они-то и позволяли точно наводить американские ракет на места скопления основных сил противника. В прямом смысле слова «позволяли»: испытания прошли вполне успешно, что вообще бывает нечасто, а в особенности, когда задействовано нечто глобальное или космическое. В тот момент еще было неясно, как новая технология будет использоваться в дальнейшем – в военных целях, гражданских или станет системой двойного назначения – но светлое будущее ей уже было обеспечено.

В хвостовой части стандартной американской ракеты в годы первой иракской войны стали ставить GPS-приемник, точно определяющий ее координаты в каждое мгновение полета. Разница между координатами ракеты и цели преобразовывалась в команды для рулей. В этом и заключался секрет «точечных бомбардировок».
Фото: Tom Reynold/USAF

Уже в 1995 году на мировое обозрение была представлена первая коммерческая реализация GPS. Однако поистине ключевым моментом в истории развития системы стало решение президента США Билла Клинтона, предписывающее отменить с 1 мая 2000 года режим так называемого селективного доступа (SA – selective availability) – ошибки, искусственно вносимой в спутниковые сигналы для ухудшения работы гражданских GPS-приемников. Дело в том, что с момента вступления этого предписания в силу каждый любительский навигационный терминал теоретически может определять координаты с точностью в несколько метров. До внесения это поправки эта погрешность составляла сотню метров – и это только в теории, а на практике она, как правило, достигала нескольких километров.

В России аналогичная система создавалась параллельно и почти одновременно, хотя и с небольшим отставанием. Ну, конечно, и спутников было поменьше, и летали они пониже. Эффект, однако, был тот же. В результате военная приемка Минобороны приняла в 1993 году на вооружение систему ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система), которой со временем надлежало иметь двадцать четыре спутника в трех орбитальных плоскостях. Орбиты проходят на высоте 19100 км, и период обращения спутника чуть больше одиннадцати часов. За прошедшие годы количество спутников так и не удалось довести до проектного, и система спутников сейчас находится в лишь частично работоспособном состоянии – на орбитах пока только семнадцать спутников. Исправление положения – в значительной мере вопрос политический. Никто не запрещает пользоваться GPS, позволив своим спутникам продолжать падать в море. Можно пытаться реанимировать ГЛОНАСС, надеясь достичь конкурентоспособного уровня, но для этого нужны серьезные инвестиции. Правительство выбрало второй путь, а производители тем временем обдумывают создание приемников, способных «позиционироваться» в обоих форматах: рассчитывать свои координаты и по GPS и по ГЛОНАСС.

Светлое будущее не за горами

В США уже немало людей, пролагающих свои маршруты при помощи навигатора. Подчас даже двух: одного в кармане, а другого – на приборной доске автомобиля. Для наших соотечественников глобальное позиционирование остается дорогим заморским чудом. Между тем, прямо сейчас происходит значительная демократизация рынка GPS-устройств и поставляемых для них услуг. Снижаются цены, расширяется сервис, создается локализованное программное обеспечение. Им сумеют воспользоваться все те, кто предпочитает комфортно себя чувствовать в любой точке Земного шара и также любит путешествовать… не задумываясь о последствиях!

Читайте также в журнале «Вокруг света»:

 

Артур Инджиев, 09.08.2006

 

Новости партнёров