Глобальная система позиционирования (Global Positioning System) или сокращенно GPS является единственной в мире полнофункциональной спутниковой системой навигации. Более 25 специализированных спутников постоянно посылают точные (в первую очередь по времени) радиосигналы, которые улавливаются GPS-приемниками по всему миру. Это вещание позволяет приемникам (ресиверам) точно определять свое месторасположение (долготу, широту, положение над уровнем моря) в любую погоду, в любое время суток, в любой точке земного шара.К данному моменту GPS уже стала жизненно необходимой системой, она является неотъемлемой частью современной навигации на земле, в море, в воздухе, кроме того, это важный инструмент для составления карт, а также наблюдения за изменением ландшафта земной поверхности. Эта система вносит определенный вклад в такие, казалось бы, сторонние отрасли как телекоммуникации и разного рода научные исследования (к примеру, исследование природы землетрясений).

Система GPS была разработана министерством обороны США, контролируется им же. Несмотря на то, что содержание данной системы обходится примерно в $400 000 000 в год (если считать старение спутников), простые смертные могут свободно использовать ее для своих скромных нужд.

В конце 2005 года к уже запущенным спутникам был добавлен еще один спутник следующего поколения. Этот спутник обладал рядом дополнительных возможностей, одной из которых является поддержка второго гражданского GPS-сигнала, который именуется L2C и предназначен для повышения точности и надежности работы системы в целом. В ближайшие годы планируется запускать все больше модернизированных спутников, в перспективе они должны добавить третий и четвертый сигналы, а кроме того, кучу новых возможностей, которые будут использоваться исключительно военными (кто бы сомневался).

В августе 2000 года стала общедоступна The Wide-Area Augmentation System (WAAS), а если по-человечески – система панорамного обзора, которая позволила определять местоположение портативного GPS-приемника с точностью до двух метров. Два метра, конечно, неплохо, но можно добиться точности и в один сантиметр, если использовать Differential GPS (DGPS).

Сферы использования GPS

Наверно, многие слышали о GPS, многие пользуются им ежедневно. Однако для подавляющего большинства людей это остается лишь технологией, позволяющей определить их местоположение на поверхности Земли. На самом деле, это немного не так, используется сия технология в самых разнообразных сферах человеческой деятельности.

• Военное использование. Было бы странно, если бы система, разработанная военными, ими не использовалась. Ну, так вот, GPS предоставляет возможность высокоточного наведения оружия, включая крылатые ракеты, всевозможные управляемые боеприпасы и т.д. Кроме того, эти спутники содержат на своем борту приборы, которые призваны находить ядерную активность на поверхности Земли, а если проще – взрывы атомных бомб обнаруживать. Надо сказать, эти спутники составляют основную часть американской системы обнаружения ядерных взрывов. Та часть системы, которая доступна гражданским лицам, имеет значительные ограничения. Они касаются скорости передвижения и высоты, таким образом, приемник не будет работать, если Вы (приемник) движетесь выше определенной скорости или если находитесь на высоте, выше заданной. Для чего это сделано? Думаете военных "жаба задавила"? Совсем нет, эти ограничения призваны в корне убить попытки использовать GPS гражданскими лицами по прямому назначению, то есть не позволить наводить оружие.
• Навигация. GPS используется во всем мире для навигации при передвижении на машине, корабле, самолете. Интересно применение GPS в уборочных машинах, контролируемых компьютером и прочих механизмах, которые перемещаются в пространстве. Переносные приемники используют альпинисты и путешественники. Справедливости ради нужно заметить, что сами по себе GPS-приемники не слишком распространены, обычно их встраивают в КПК (PDA), машинные компьютеры и прочие подобные устройства.
• Наблюдение. Более дорогие GPS-устройства используют для наблюдения за изменением ландшафта, передвижением всевозможных границ, а также для точного строительства дорог.
• Пассажирские авиаперевозки. Полеты всегда были связаны со значительным риском. В наше же время, безопасность пассажиров напрямую зависит от надежности электроники. Поскольку GPS-приемник работает напрямую с радиоволнами, потенциально он может внести помехи в работу бортовых систем. Однако, даже на данном этапе развития эта вероятность не более, чем потенциальная, даже для самых дешевых приемников. В связи с этим, политики авиакомпаний разделились, некоторые запрещают использование этих устройств в принципе, другие запрещают только во время взлета и посадки (собственно, в эти моменты запрещено использование практически всех электронных приборов). Самым интересным и удобным является последний вариант – встраивание GPS-приемника в развлекательный центр, который находится в спинке кресла впереди сидящего пассажира. В этом случае приемник можно использовать даже в моменты взлета и посадки.
• Точное время. Многие системы, которые в процессе своей работы требуют качественной синхронизации, используют GPS в качестве источника точного времени. К примеру, GPS может быть использована в качестве системных часов для генераторов временного кода (генерирует что-то, а что, зависит от того, который сейчас час) или NTP часов (Network Time Protocol – синхронизирующий сетевой протокол (протокол, обеспечивающий отсчёт времени в сети Internet с точностью до нескольких миллисекунд на основе использования атомных часов)). Многие сети используют GPS в качестве эталона точного времени для синхронизации радиочастотных генераторов, сетевого оборудования, мультиплексоров (устройство, позволяющее передавать по одной линии несколько сигналов одновременно).

Нужно сказать, что без точной временной синхронизации моментально возрастет уровень ошибок при передаче информации, а в некоторых случаях передача станет невозможна. Это связано с нюансами реализации оборудования. К примеру, при определенной реализации передачи в обыкновенных локальных сетях, сетевые карты должны синхронизироваться чуть ли не после передачи каждого байта. Это конечно совершенно отдаленный пример, но представьте, какой уровень синхронизации должен быть в гораздо более серьезных промышленных и научных установках.

Атомные часы на спутниках отсчитывают "GPS time". Это время измеряется в днях, часах, минутах, секундах, ну и так далее. В общем все также как в земном времени, которое базируется на вращении Земли. Основным отличием является то, что GPS-время абсолютно не зависит от вращения Земли. GPS-день составляет 86400 секунд в СИ (кстати, СИ, это не система измерений, это система интернациональная, вроде пустяк, а знают не все), что является стандартом International Atomic Time (TAI) (Международное атомное время).

В 1980 году GPS-время было приравнено к Coordinated Universal Time (UTC) (универсальное синхронизированное время (среднее время по Гринвичу)). Таким образом, GPS-часы начали тикать 6 января 1980 года в 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI), а разница в 19 секунд набежала из-за малопонятных "leap seconds". Но это мы уже уходим в дебри специальных дисциплин, так что если кому интересно – дерзайте, заодно и теорию относительности подучите, она тут на каждом шагу встречается.

• Геофизика и геология. Высокоточные измерения напряжение различных слоев земли могут быть сделаны с помощью GPS. Вначале давайте разберемся с напряжением, это никак не связано с батарейками, здесь это скорее деформация и смещение горных пород под действием каких-либо сил. Для измерения этой величины достаточно взять 2 GPS-приемника, один из которых должен быть неподвижным (насколько это возможно), тогда легко определить смещение второго приемника относительно первого, что и будет искомой величиной. Эта технология находит применения в наблюдении за вулканами, и позволяет заранее предсказать причину и форму будущих изменений окружающего ландшафта.