Спутниковая навигация: мир, в котором невозможно заблудиться

Спутниковая система навигации сегодня настолько привычное явление, что многие уже просто не представляют себе, как можно вообще обходиться без неё. А ведь технология эта стала доступна простым пользователям лишь 15 лет назад. Об истории создания и будущем GPS рассказывает Prostomen.

Развитие спутниковой навигации

В 1957 году в СССР запустили первый искусственный спутник Земли. Естественно, что за развитием событий внимательно следили из США. В частности, учёные из Массачусетского технологического института сделали одно важное наблюдение — из-за так называемого эффекта Доплера частота испускаемых спутником радиосигналов увеличивается при приближении к планете и уменьшается при удалении. Появилась идея, что таким образом можно определять положение спутника на орбите или приёмника на Земле. Родилась идея использования спутников для навигации.

Создание первой навигационной системы Transit (она же NAVSAT — Navy Navigation Satellite System) началось в 1957 году. Для этого на орбиту отправили шесть спутников, число которых со временем увеличилось до девяти. Эту систему использовали подводные лодки, получившие возможность точного определения своих координат без использования традиционных астрономических методов. Правда, для этого подчас требовалось порядка двух часов.

К 1963 году учёные обладали уже всеми необходимыми знаниями для создания полноценной навигационной системы. Было установлено, что для этого необходимо наличие на орбите 24-х геостационарных спутников (то есть «висящих» над одной и той же точкой земной поверхности). Это необходимо для того, чтобы в «пределах видимости» приёмника всегда находилось минимум 3 спутника, без чего точное определение координат невозможно. Кстати, сегодня на орбите находится более 30 спутников, часть из которых запущены исключительно как резервные.

В 1974 году началось создание системы NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range — навигационная система определения времени и дальности). Сегодня её называют просто GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования). Создавалась она также в военных целях.

В 1983 году пассажирский «Boeing 747» компании Korean Air Lines по ошибке залетел в воздушное пространство СССР и был сбит. Пилоты просто не сумели вовремя обнаружить факт отклонения от курса, что и привело к фатальным последствиям. Стало ясно, что гражданской авиации также нужна качественная навигационная система. Президент США Рональд Рейган потребовал, чтобы NAVSTAR использовалась и на коммерческих самолётах.

Первым коммерческим навигатором считается представленное в 1989 году устройство Magellan NAV 1000 — очень простое по сегодняшним меркам, более всего похожее на калькулятор. На его монохромном экране отображались координаты пользователя, об использовании карт тогда ещё никто даже и не мечтал.

Однако военные были не слишком довольны тем, что их систему могли использовать и на «гражданке». По этой причине в 1990 году решено было вносить поправки в показания коммерческих устройств, которые после этого не могли указывать действительно точные координаты. Допускалась заметная погрешность, которая считалась вполне допустимой при коммерческом применении. Впоследствии, в 2000 году от этого отказались. К тому времени уже даже простым пользователям требовалась высокая точность. К тому же, азиатские производители научились создавать устройства, прекрасно обходящие все вносимые военными поправки.

В 1999 году появился первый в истории мобильный телефон со встроенным GPS-модулем — Benefon Esc!. А годом позже началось повсеместное производство и использование всевозможных автомобильных навигаторов. Устройства со встроенными навигаторами становятся обычным явлением, начинается повсеместная разработка специального программного обеспечения.

Следует отдельно отметить также и появление в 2004 году технологии Assisted GPS (A-GPS). Благодаря ей появилась возможность ускорения определения местоположения для мобильных телефонов. Пока происходит поиск спутников, устройство узнаёт свои приблизительные координаты по ближайшим вышкам сотовой связи. Технология A-GPS стала обычной для многих мобильных телефонов, пусть даже и лишённых полноценного GPS-модуля.

Конкуренты GPS

Пока что американская GPS остаётся единственной глобальной системой. Но постепенно у неё появляются конкуренты. Так, Россия трудится над развитием системы ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), разработка которой началась ещё в СССР. А китайцы постепенно расширяют сферу деятельности «Бэйдоу», которая пока что охватывает лишь Китай и страны Океании (выход на полную мощность ожидается не ранее 2020 года). Что же касается Европы, то тут ведутся работы над системой «Галилео».

Причина появления такого «зоопарка систем» кроется исключительно в политике и тотальном недоверии к США и друг другу. С технической точки зрения все эти системы работают по схожим принципам.

Навигация сегодня и завтра

Устройства, работающие с GPS, делятся сегодня на два основных типа: собственно навигаторы и GPS-трекеры. Последние предназначены для отслеживания перемещений объекта на местности. Они используются как для персонального GPS-контроля (например, родители наблюдают за перемещениями ребёнка), так и в коммерческих целях различными службами логистики, безопасности, извоза.

Нужно отметить, что в пользовательском секторе специализированные устройства постепенно вытесняются смартфонами, которые вполне подходят не только для пеших прогулок, но и для использования в качестве автомобильных навигаторов, а также GPS-трекеров. Отличие лишь в том, что специализированное устройство может быть удобнее в использовании.

Для навигации смартфоны могут использовать самые разные приложения. Например, бесплатные «Яндекс.Карты», Google Maps или Apple Maps, требующие постоянного подключения к интернету. Или Nokia HERE, где пользователь может предварительно загрузить карты нужной ему местности.

Для полноценной же навигации необходимо наличие более серьёзных приложений. Таких, как Shturmann, iGO, «Навител Навигатор» или «Прогород». Они доступны как для смартфонов, так и поставляются в комплекте со специализированными навигаторами. В данном случае используются только предварительно загруженные карты, набор которых определяется при покупке и может пополняться в дальнейшем.

Тем временем активно развивается и навигация внутри помещений. Например, в очень крупных торговых центрах или аэропортах, размеры которых подчас столь велики, что в них вполне можно заблудиться. Для этого предполагается использовать точки доступа Wi-Fi, ориентирование по которым будет осуществляться по тем же принципам, что и в случае со спутниками. Ведь GPS отличается слишком слабым сигналом, эту технологию невозможно использовать в закрытых помещениях. Что же касается A-GPS, то точность позиционирования в данном случае далека от идеальной. Проблема пока заключается лишь в недостаточном количестве точек доступа.

А тем временам NASA обдумывает навигационную систему будущего, которая будет работать в любой точке Солнечной системы. Это позволит космическим аппаратам не полагаться больше только на сигналы, получаемые ими с Земли, которые слабеют по мере удаления от планеты. Предположительно, роль «маяков» в данном случае будут играть нейтронные звезды, излучение которых можно без проблем фиксировать практически повсеместно.