GPS қалай жұмыс істейді және ол қалай пайда болды

Қазіргі заманда навигациясыз өмірді елестету қиын. Автокөліктер, ұшақтар, кеме мен смартфондар күн сайын орналасқан орнын анықтау үшін спутниктік жүйелерді пайдаланады. GPS технологиясы адам өмірінің ажырамас бөлігіне айналып, қауіпсіздік пен қолайлылықты қамтамасыз етіп отыр. Дегенмен, бұл жүйенің қалай жұмыс істейтіні мен қалай пайда болғанын бәрі бірдей біле бермейді. GPS жүйесінің негізін түсіну үшін оның пайда болу тарихы мен жұмыс істеу принциптеріне назар аудару қажет.

GPS жүйесінің пайда болу тарихы

Жаһандық позициялау жүйесінің тарихы суық соғыс дәуірінде басталды. АҚШ дәл координаттарды анықтайтын және кез келген жерде навигацияны қамтамасыз ететін технология жасауды мақсат етті.

1. Алғашқы спутниктік бағдарлау идеялары 1950-жылдардың соңында, алғашқы жасанды жер серігі ұшырылған кезде пайда болды. Ғалымдар радиосигналдың өзгерісін өлшеу арқылы жердегі нысанның орнын есептеуге болатынын байқады.
2. 1960-жылдары АҚШ Әскери-теңіз күштері «Transit» деп аталатын жүйені жасады. Ол бірнеше спутникті пайдаланып, суасты қайықтарының қозғалысын дәл анықтауға мүмкіндік берді. Бұл болашақ GPS жүйесінің прототипі болды.
3. 1973 жылы «Navstar GPS» жобасы іске қосылды. Ол бастапқыда әскери мақсатқа арналған еді, бірақ кейін жүйе жетілдіріліп, ауқымы кеңейді.
4. 1995 жылы GPS толық қуатында жұмыс істей бастады және азаматтық мақсатта қолжетімді болды. Осы сәттен бастап спутниктік навигация миллиондаған адамдардың күнделікті өміріне енді.

Уақыт өте келе GPS дәлдігі мен сенімділігі артты, ал оны қолдану көлік, ғылым, ауыл шаруашылығы және туризм сияқты түрлі салаларға тарады.

GPS қалай жұмыс істейді

GPS (Global Positioning System) – Жерді айнала қозғалатын спутниктер жүйесі. Олар тұрақты түрде радиосигналдар жіберіп, жердегі қабылдағыштар сол сигналдар арқылы өз орнын есептейді.

Жүйенің негізгі элементтері мыналар:

• координаттар мен уақыт туралы деректерді үздіксіз жіберіп тұратын спутниктер;
• смартфондарда, көліктерде және басқа құрылғыларда орнатылған қабылдағыштар;
• орбита мен сигнал сапасын бақылайтын жердегі бақылау станциялары;
• алынған мәліметтерді өңдеп, нақты координаттарды есептейтін математикалық алгоритмдер.

Құрылғы бірнеше спутниктен алынған сигналдарды салыстырып, триангуляция әдісі арқылы өз орнын анықтайды.

Орналасу нүктесін есептеу процесі

GPS жүйесінің дәл жұмыс істеуі үшін қабылдағыш кем дегенде төрт спутниктен сигнал алуы керек.

1. Әр спутник өз уақыты мен кеңістіктегі координаттарын қамтитын радиосигнал жібереді.
2. Қабылдағыш сигналдың жіберілген және қабылданған уақыт айырмасын есептейді. Осы айырмашылық спутникке дейінгі арақашықтықты анықтауға мүмкіндік береді.
3. Бірнеше спутниктен алынған деректерді салыстыру арқылы құрылғы жер бетіндегі нақты орнын есептейді. Бұл геометриялық есеп негізінде жүзеге асады.
4. Қосымша спутниктер уақыттағы ауытқулар мен атмосфералық қателіктерді түзетуге көмектеседі.

Осы әдістің арқасында GPS жүйесі бірнеше метрге дейінгі дәлдікпен координаттарды анықтай алады, ал кейде қателік бірнеше сантиметрден аспайды.

Дәлдікке әсер ететін факторлар

GPS жүйесінің жұмыс сапасы түрлі сыртқы жағдайларға тәуелді. Табиғи құбылыстар мен техникалық кедергілер сигнал сапасын төмендетуі мүмкін.

• атмосфералық әсерлер, мысалы, ионосфералық ауытқулар радиосигналды бұрмалайды;
• биік ғимараттар немесе таулы жерлер сигналды шағылыстырып, «көпжолды әсер» тудырады;
• басқа электронды құрылғылардың электромагниттік кедергілері сигнал қабылдауды әлсіретеді;
• спутниктердің саны мен олардың орбитадағы орналасуы да маңызды рөл атқарады.

Инженерлер мұндай ауытқуларды азайту үшін арнайы түзету жүйелерін енгізіп, навигацияның дәлдігін арттырып келеді.

GPS технологиясының қолданылуы

Бүгінде GPS тек бағытты анықтау үшін ғана емес, басқа да көптеген мақсаттарда пайдаланылады.

1. Көлік саласында GPS автокөліктердің, кемелер мен ұшақтардың қозғалысын бақылайды, бұл қауіпсіздік пен жанармай үнемдеуге көмектеседі.
2. Ғылыми зерттеулерде спутниктік навигация жер қыртысының қозғалысын, климаттық өзгерістерді және атмосфераны бақылауға мүмкіндік береді.
3. Ауыл шаруашылығында GPS технологиясы тракторларды дәл басқаруға, тыңайтқыш пен суды тиімді пайдалануға жағдай жасайды.
4. Күнделікті өмірде GPS қосымшалары адамдарға бағыт табуға, ең қысқа жолды таңдауға және жеткізілімдерді бақылауға көмектеседі.

Бұл технология бүгінде жүздеген қызметтің негізіне айналып, заманауи қоғамның ажырамас бөлігіне айналды.

GPS – адамзаттың ең ірі ғылыми жетістіктерінің бірі. Ол ғылым мен инженерияны біріктіріп, өмірдің барлық саласында дәлдік пен сенімділікті қамтамасыз етті. Бұл жүйенің дамуы адамдардың қозғалысын жеңілдетіп қана қоймай, ғаламды зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін ашты. GPS тарихы адам ақыл-ойының күшін және технологияның шексіз әлеуетін дәлелдейді.