Знай свое место - "Автопилот"
Если спутниковая навигационная система автомобиля откровенно врет и вместо намеченного яхт-клуба приводит вас на свалку бытовых отходов -- кого винить? Конечно же, ионосферу, лунную прецессию, гуляние земной оси, эллипсоид Красовского и орбиты сателлитов. Подумать только: вся зловредная наука физика мобилизовалась для того, чтобы "искривить" навигационные сигналы и тем самым сбить автомобилистов с земного пути истинного. И все-таки мы почти всегда приезжаем туда, куда наметили. Значит, наша навигация сильнее ионосферы. И пускай себе земная ось гуляет сколько хочет. До конца 1985 года американцами было предпринято 11 попыток "опозиционировать" земную поверхность. Несмотря на отдельные неудачи, проект GPS не был свернут. В 1989 году Америка с утроенной интенсивностью начала выводить на орбиту сателлиты GPS второго поколения. Менее чем за пять лет NASA удалось запустить более двадцати спутников и создать работоспособную и эффективную систему точного позиционирования. Кстати, многие из запущенных тогда космических GPS-аппаратов исправно служат и поныне.
КОД ДА МЕТРЫ. Миссия спутников не так уж и загадочна, как кажется: они излучают идеально синхронизированные по времени сигналы (у каждого спутника на борту -- по нескольку атомных часов) с информацией как о самом источнике сигнала, так и о его текущих небесных координатах. На Земле, приняв позывные хотя бы с четырех спутников и вычислив смещение фаз между сигналами (говоря проще -- временное запаздывание), вызванное разницей в расстоянии до сателлитов, даже примитивный процессор без задержки рассчитает теперь уже другие координаты -- земные.
Разумеется, военные отдавали себе отчет, что "голоса" спутников будут слышны всем, кто обзаведется GPS-оборудованием, а потому предусмотрели два вида сигнала. На частоте 1575,42 МГц в системе глобального позиционирования передается так называемый C/A-код (открытый), а на 1227,6 МГц -- высокоточный P-код (зашифрованный и предназначенный только для госслужб США). То есть услуги в GPS изначально получили деление на "штатские" (Standard Positioning Service) и "точные" (Precise Positioning Service). Первые обеспечивали отклонения в определении координат на Земле не более 100 и 156 метров по горизонтали и вертикали. Вторые -- соответственно, 22 и 27,7 метра.
В мае 2000 года преднамеренное ухудшение точности данных на гражданской волне GPS было отключено, но это не самый принципиальный момент. Гораздо интереснее рассмотреть обстоятельства, при которых GPS дает отклонения сверх заявленных, а также механизмы, позволяющие получить несравнимо более высокую точность.
СДВИГ ПО ФАЗЕ. Чем больше сателлитов "слышит" GPS-приемник, тем точнее он определяет собственные координаты. Это объясняет, почему в условиях города, когда сигнал от многих спутников закрыт высокими постройками, погрешность выше, чем на открытой местности. Однако показательна и другая крайность. Представим суперприбор, который "слышит" все доступные на небосводе спутники и работает с невероятно точным разрешением - скажем, стоит сместить прибор на полметра, как цифровые значения долгот и широт на дисплее станут иными. Но какова вероятность того, что после загрузки в него электронной карты он точно отыщет интересующий вас объект? Это, скажете вы, зависит от точности карты. Мыслите глобально -- еще и от точности всей земной модели координат. "По умолчанию" в GPS применяется международная модель WGS-84. Однако если электронная карта будет сделана по государственной "Системе координат 1942 г." или ее современной разновидности СК-95, в которой отсчет географических долгот и широт основан на так называемом эллипсоиде Красовского, то глобальная система позиционирования выдаст ошибку аж до 200 метров. Наши ученые и военные, в отличие от американских коллег, считают, что планета Земля чуть крупнее, слегка сдвинута и повернута в мировом пространстве. Однако и это еще не все беды. У нашей планеты вдобавок немного "гуляет" ось вращения. Луна вызывает прецессию. Земной шар, наконец, окружен ионосферой, которая, образно говоря, "искривляет" сигналы GPS. Вот причины, из-за которых показан