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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Sistema de navegación GPS. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. GPS (eng. Global Positioning System - sistema de posicionamiento global, leído por G.P. Es) es un sistema de navegación por satélite que proporciona mediciones de distancia, tiempo y ubicación en el sistema de coordenadas mundial WGS 84. Le permite llegar a cualquier parte de la Tierra (excluyendo los polos regiones), casi en cualquier clima, así como en el espacio cercano a la Tierra, para determinar la ubicación y la velocidad de los objetos. El sistema fue desarrollado, implementado y operado por el Departamento de Defensa de los EE. UU., y actualmente está disponible para uso civil; todo lo que necesita es un navegador u otro dispositivo (por ejemplo, un teléfono inteligente) con un receptor GPS. El principio básico del uso del sistema es determinar la ubicación midiendo los puntos de tiempo de recepción de una señal sincronizada de los satélites de navegación por la antena del consumidor. Para determinar las coordenadas tridimensionales, el receptor GPS necesita tener cuatro ecuaciones: "la distancia es igual al producto de la velocidad de la luz y la diferencia entre los momentos de recepción de la señal por parte del consumidor y el momento de su emisión sincrónica de satélites": |x - a_{j}| = c(t_{j} - \tau). Aquí: a_{j} es la ubicación del {j}-ésimo satélite, t_{j} es el momento de recepción de la señal del {j}-ésimo satélite según el reloj del usuario, \tau es el tiempo desconocido de sincronización emisión de señal por todos los satélites según el reloj del consumidor, c es la velocidad de la luz, x es la posición tridimensional desconocida del consumidor.
Con la ayuda de un receptor GPS, no solo se determina la ubicación de un objeto en movimiento, sino también la velocidad de su movimiento, la distancia recorrida, la distancia y la dirección hasta el punto previsto, la hora de llegada y las desviaciones del rumbo establecido. se calculan. Hoy ya es una obviedad: en la primera década del nuevo milenio, los sistemas de navegación por satélite se convertirán en el principal medio de posicionamiento de objetos terrestres, aéreos y marítimos. Porque con la tecnología actual, los receptores GPS son pequeños, fiables y baratos, por lo que son cada vez más accesibles para el consumidor medio. Primero, apareció el Sistema de Navegación por Radio Espacial NAVSTAR (NAVSTAR). El sistema de navegación basado en mediciones de tiempo y alcance en los Estados Unidos se creó principalmente para el apoyo en tiempo coordinado de tropas y equipos militares. El primer satélite de navegación estadounidense se lanzó en febrero de 1978 y la introducción activa de métodos de navegación por satélite en la vida civil comenzó más tarde. Hasta 1983, el sistema de navegación fue utilizado exclusivamente por militares. Sin embargo, después de que un Boeing 747 fuera derribado sobre el estrecho de Tatar, el sistema se abrió para uso civil. Luego, de hecho, apareció la abreviatura GPS (Sistema de posicionamiento global) - Sistema de posicionamiento global. El término "posicionamiento" es más amplio que el término "localización". El posicionamiento, además de determinar las coordenadas, también incluye determinar el vector de velocidad de un objeto en movimiento. El gobierno de los EE. UU. ha gastado más de diez mil millones de dólares en la creación de este sistema y continúa gastando dinero en su mayor desarrollo y apoyo. El sistema de navegación por satélite utiliza satélites que emiten señales especiales en lugar de señales geodésicas y radiobalizas. La ubicación actual de los satélites en órbita es bien conocida. Los satélites transmiten constantemente información sobre su ubicación. Su distancia se determina midiendo la cantidad de tiempo que tarda una señal de radio en viajar desde un satélite a un receptor de radio y multiplicándolo por la velocidad de la onda electromagnética. Al sincronizar los relojes de los satélites utilizando osciladores y receptores de frecuencia de referencia atómica, se logra una medición precisa de las distancias a los satélites. "Para calcular las coordenadas de un lugar en la Tierra", escribe V. Kuryshev en la revista Radio, "es necesario conocer las distancias a los satélites y la ubicación de cada uno de ellos en el espacio exterior. Los satélites GPS están en órbitas altas (20000 km), y sus coordenadas se pueden predecir con gran precisión. Las estaciones de rastreo del Departamento de Defensa de los EE. UU. determinan regularmente incluso los cambios más pequeños en las órbitas, y estos datos se transmiten a los satélites. Las distancias medidas a los satélites se denominan pseudodistancias, ya que hay algunos incertidumbre en su determinación El hecho es que la ionosfera y la troposfera de la Tierra provocan retrasos en las señales de los satélites, introduciendo un error en el cálculo de la distancia. Propagación multitrayecto de ondas de radio. El posicionamiento relativo desafortunado de los satélites en el cielo también puede conducir a un aumento correspondiente en el error de posición total. división. Para determinar distancias, los satélites y los receptores generan secuencias complejas de códigos binarios denominadas códigos pseudoaleatorios. La determinación del tiempo de propagación de la señal se realiza comparando el retardo del código pseudoaleatorio del satélite respecto al mismo código del receptor. Cada satélite tiene sus propios dos códigos pseudoaleatorios. Para distinguir entre códigos de distancia y mensajes de información de diferentes satélites, se solicitan los códigos correspondientes en el receptor. Los códigos de distancia pseudoaleatorios y los mensajes de información satelital permiten la transmisión de mensajes desde satélites simultáneamente, en la misma frecuencia, sin interferencia mutua. La potencia de radiación de los satélites y la influencia mutua de las señales de los satélites es insignificante. La precisión de la medición se puede mejorar mediante el uso de mediciones diferenciales. Una estación terrestre de referencia con coordenadas geodésicas conocidas con precisión calcula la diferencia entre las coordenadas de su receptor y sus coordenadas reales. La diferencia en forma de corrección se transmite a los consumidores a través de canales de radio para corregir las lecturas de los receptores. Estas correcciones eliminan una parte significativa de los errores en las mediciones de distancia y ubicación. El cálculo de coordenadas en la recepción en el indicador se realiza automáticamente y es posible utilizar la información en una forma cartográfica conveniente. El GPS consta de 3 segmentos: segmento espacial, segmento de control y segmento de usuario.
El segmento espacial consta de 24 satélites, que se encuentran en 6 órbitas (cuatro cada una) a una altitud aproximada de 20350 kilómetros. Actualmente hay 28 satélites en funcionamiento. Los satélites "extra" se utilizan para el seguro y la sustitución de satélites averiados. El segmento de control consta de estaciones de observación ubicadas en varios puntos del globo y la estación de control principal. La estación líder está ubicada en el Centro de Control de Sistemas Espaciales Militares Conjuntos en Colorado Springs. El centro recopila y procesa datos de las estaciones de seguimiento, calcula y predice las efemérides de los satélites, así como los parámetros del reloj. Las estaciones de observación monitorean los satélites, registrando toda la información sobre su movimiento, que se transmite a la estación de comando principal para la corrección de la órbita y la información de navegación. El segmento de usuarios incluye equipos de usuario que permiten determinar coordenadas, velocidad y tiempo. El principal consumidor de información GPS es el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Se han introducido receptores GPS en todos los aviones y barcos de combate y transporte, así como en los sistemas de guía de los misiles de crucero de alta precisión y en los sistemas de guía de las nuevas bombas guiadas estadounidenses. Esto significa que el ejército de los EE. UU. puede planear lanzar ataques con misiles guiados con precisión desde una distancia de mil kilómetros, no solo contra edificios y estructuras, sino también dentro de una ventana determinada. Además, estos ataques pueden lanzarse desde submarinos y desde el aire.
Existe un sistema similar en Rusia: en respuesta a la creación de NAVSTAR por parte de los estadounidenses, la URSS creó su propio sistema global de navegación por satélite: GLONASS. El primer satélite de navegación nacional Kosmos-192 se puso en órbita el 27 de noviembre de 1967 y en 1979 se creó el sistema de navegación de primera generación Cicada, que incluía 4 satélites de órbita baja. Luego, en 1982, se lanzaron los primeros satélites del nuevo sistema de navegación GLONASS. El número de satélites GLONASS se llevó al estado estándar en 1996. Los satélites GLONASS se encuentran a una altitud aproximada de 19100 kilómetros. A diferencia de los satélites NAVSTAR, los satélites GLONASS se colocan en tres órbitas, respectivamente, 8 satélites en cada una. El período orbital de los satélites es de 11 horas y 15 minutos. Al igual que GPS, GLONASS es utilizado tanto por usuarios militares como civiles. Sin embargo, no hay tantos usuarios del sistema: de hecho, no se ha desarrollado desde 1998. Cada año la constelación de satélites disminuye. La razón es banal y, se podría decir, estándar para la mayoría de los desarrollos domésticos: el estado no tiene dinero y el marco legal que rige el uso de los sistemas de navegación por satélite en Rusia no permite que el sistema se desarrolle a expensas de los consumidores civiles. Las perspectivas para el desarrollo de GLONASS dependen de la posición del estado. Tendrá que decidir si abre este sistema de navegación a una amplia gama de consumidores o no. En febrero de 2000, científicos rusos enviaron una carta abierta a Vladimir Putin (entonces presidente en funciones de Rusia) en la que describían su versión del desarrollo de GLONASS: en primer lugar, eliminar urgentemente las restricciones injustificadas del régimen sobre el uso de receptores de satélite domésticos para determinar coordenadas; en segundo lugar, mediante un decreto del gobierno, para decretar el sistema de coordenadas geodésicas terrestres generales nacionales "Parámetros de la Tierra en 1990" (PZ-90) y el sistema de navegación por satélite GLONASS para uso masivo en toda Rusia y los países de la comunidad mundial ..." Hasta el momento, el presidente no ha tomado ninguna decisión. A diferencia del sistema ruso, el GPS ha evolucionado constantemente para estar abierto a usuarios civiles. Antes del 1 de mayo de 2000, el acceso GPS era selectivo para ellos, lo que degradaba la precisión de la ubicación a cientos de metros. Al mismo tiempo, la precisión para los militares fue de 5 a 20 metros. Sin embargo, el 1 de mayo, el presidente Clinton anunció el fin de la disminución de la precisión de la señal GPS para usuarios civiles. "Esto significará que los usuarios civiles de GPS podrán identificar con una precisión 10 veces mayor que la disponible actualmente", dijo. ¿Por qué el gobierno de EE. UU. necesita esto y qué le dará al sistema de navegación? Juzgue usted mismo: según el servicio de prensa del presidente de los Estados Unidos, en 2000 había más de 4 millones de usuarios de GPS en todo el mundo, y para 2003 el mercado de este sistema de navegación se duplicará, de 8 a 16 mil millones de dólares. ¿Es necesario explicar que con este dinero no solo se puede mantener el sistema, sino también desarrollarlo? Estados Unidos ya está planeando poner en órbita 18 satélites adicionales para mejorar el rendimiento del GPS. La objeción estándar a la apertura de los sistemas de navegación en Rusia siempre han sido los intereses de seguridad. Los militares temían que si el sistema de navegación se ponía a disposición de todos, podría ser utilizado por enemigos externos e internos contra el estado. Sin embargo, esta explicación es bastante débil: Estados Unidos, al poner el GPS a disposición de todos, no perjudicó en absoluto su propia seguridad, reservándose el derecho a la "disminución regional de la precisión" de la señal. En la práctica, esto significa que, en caso de conflicto con un país en particular, el ejército de los EE. UU. podrá degradar la precisión de los receptores GPS utilizados por el enemigo o apagarlos por completo. Entonces, mientras todo está en paz, puede recibir dinero de los usuarios de GPS. Tan pronto como surjan problemas, se pueden apagar. Hoy en día, ni siquiera es fácil enumerar todas las áreas de aplicación de este sistema de navegación. Como señala Oleg Tatarnikov en la revista Computer-Press: "¡Los receptores GPS están integrados en automóviles, teléfonos celulares e incluso relojes de pulsera! Los turistas usan receptores de bolsillo para trazar rutas y navegarlas claramente. Los cazadores y pescadores marcan las coordenadas de los lugares de caza y pesca preciados". y autoturistas intercambian rutas indicando gasolineras. Nada detendrá la procesión victoriosa del GPS. Los receptores se están reduciendo rápidamente en tamaño y se están volviendo más baratos, ya se puede comprar un dispositivo del tamaño de una caja de fósforos por menos de $ 50; Los chips de navegación están integrados en relojes y teléfonos móviles, y se convierten en una parte integral de las alarmas de los automóviles, que informan a la policía sobre la ubicación de un automóvil robado. A diferencia de los sistemas de señalización por radio que no han recibido una amplia aplicación, dicho sistema no requiere una red especial de estaciones de radiogoniometría; aquí se utilizan comunicaciones móviles convencionales. Además, el conductor puede, presionando un botón, señalar un robo o un accidente. Otro botón llama "ambulancia". En un futuro próximo, se espera que aparezca un "paquete de rutas" completo en el mercado de la electrónica automotriz: un sistema de navegación a bordo completo con mapas electrónicos de las ciudades y regiones rusas ... ...Los receptores GPS se utilizan para resolver una amplia variedad de problemas: los geólogos monitorean el movimiento sutil de áreas de la corteza terrestre en tiempo real, los rescatistas identifican los sitios de desastres, los zoólogos fabrican collares con indicadores portátiles y transmisores de radio para estudiar la migración animal, la El ejército construye bombas y misiles teledirigidos, y una expedición de la National Geographic Society de EE. UU. el año pasado midió la altura del Everest con una precisión de centímetros".
¡La revista "Computerra" publicó un mensaje sobre el lanzamiento de una de las compañías de chips GPS diseñados para la implantación en el cuerpo humano! Como sucede a menudo, el sistema de navegación resultó tener muchas otras funciones útiles adicionales. Con la ayuda del sistema, es posible, por ejemplo, determinar el tiempo ultrapreciso requerido, digamos, en experimentos científicos, para medir la velocidad desarrollada al caminar o correr, y la distancia recorrida. El GPS muestra la velocidad máxima y media del automóvil y, con su ayuda, en particular, puede verificar la exactitud de las lecturas del velocímetro y el odómetro. Ni que decir tiene que la navegación con este sistema se simplifica enormemente. Como resultado, entre los "navegantes" profesionales hay toda una generación de especialistas que no saben cómo trabajar con dispositivos de navegación clásicos. Autor: Musskiy S.A.
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