Идеи GPS-навигации. Измерение расстояния до спутника.

Удивительно, но идея, лежащая в основе измерения расстояния до спутника, есть всего-навсего старое равенство, c которым все мы встре­чались в школе: «расстояние есть скорость, умноженная на время движе­ния». GPS работает, измеряя время, за которое радиосигнал доходит от спутника до нас, а затем по этому времени вычисляет расстояние.

 

Радиоволны распространяются со скоростью света: 300 000 км в секунду. Если мы сможем точно определить момент времени, в который спутник начал посылать свой радиосигнал, и момент, когда мы получи­ли его, мы будем знать, как долго он шел до нас. И тогда, умножая ско­рость распространения сигнала на время в секундах, получим расстояние до спутника.

 

Естественно, что наши часы должны быть весьма точны, так как свет распространяется непостижимо быстро. Если бы спутник находил­ся прямо над головой, потребовалось бы всего около 0,06 секунды для прохождения радиосигнала от спутника до нас.

 

GPS строится с применением совершенного способа измерения времени, основанного на атомном стандарте частоты, который обеспе­чивает ход бортовых часов спутника с наносекундной точностью. А это 0,000000001 секунды! Главной трудностью при измерении времени прохождения радио­сигнала является точное выделение момента времени, в который сигнал передан со спутника. Для этого разработчики GPS обратились к разум­ной идее: синхронизировать спутники и приемники так, чтобы они гене­рировали один и тот же код точно в одно и то же время.

 

А далее, все, что нам остается сделать, так это принять код от спут­ника и посмотреть, как давно наш приемник сгенерировал тот же код. Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Преимуществом использования кодовых посы­лок (кодовых последовательностей) является то, что измерения времен­ного сдвига могут быть проведены в любой момент времени.

 

Как спутники, так и приемники генерируют очень сложные циф­ровые кодовые последовательности. Коды усложняются специально, чтобы их можно было бы надежно и однозначно сравнивать, а также по некоторым другим причинам. Так или иначе, коды настолько сложны, что они выглядят как длинный ряд случайных импульсов. В действитель­ности они являются тщательно отобранными «псевдослучайными по­следовательностями», которые повторяются каждую миллисекунду.

 

Таким образом, расстояние до спутника определяется путем изме­рения промежутка времени, который требуется радиосигналу, чтобы дойти от спутника до нас.

 

Мы считаем, что как спутник, так и приемник генерируют один и тот же псевдослучайный код строго одновременно в общей шкале вре­мени.

 

Мы определяем, сколько времени потребовалось сигналу со спут­ника, чтобы дойти до нас, путем сравнения запаздывания его псевдослу­чайного кода по отношению коду приемника.