GPS (Глобалдық Орналастыру Жүйесі) — бұл жер бетіндегі кез келген нүктенің координаттарын анықтауға мүмкіндік беретін
глобалды спутниктік навигациялық жүйе. Бұл технология адамдардың өмірінде, транспортта, әскери салада және басқа да көптеген салаларда кеңінен қолданылады.
***
Тарихы
GPS жүйесінің дамуы АҚШ-тың әскери бағдарламаларымен тығыз байланысты болды:
1. 1957 жыл: СССР-дың «Спутник-1» спутнигінің іске қосылуынан кейін АҚШ-тың ғалымдары радиосигналдарды пайдаланып оның орбитасын бақылауға болатынын түсінді. Бұл идея GPS-тің дамуына негіз болды.
2. 1960-шы жылдар: АҚШ-тың әскери ведомстволары спутниктерді пайдалану арқылы жер бетіндегі объектілердің орналасуын анықтау жүйесін әзірлеуге кірісті. Алғашқы эксперименттік жүйе TRANSIT деп аталды.
3. 1973 жыл: АҚШ Қорғаныс министрлігі GPS жобасын ресми түрде бекітті. Бұл жүйе жер бетіндегі кез келген нүктенің координаттарын анықтауға мүмкіндік беретін глобалды жүйе болды.
4. 1983 жыл: КСРО авиациясының Boeing 747 -інің КАЛ007 рейсінің апатынан кейін (оның себептерінің бірі — дұрыс навигациялық жүйенің болмауы болды), АҚШ президенті Рональд Рейган GPS-ті шектеусіз қолдануға рұқсат берді.
5. 1995 жыл: GPS жүйесі толықтай жұмысқа қабілетті болып, әлемге тегін қолжетімді болды.
---
GPS жүйесі адам баласына пайда тигізу жағынан алдыңғы қатарға шыққан болар...
***
Техникалық ерекшеліктері
GPS жүйесі үш негізгі компоненттен тұрады:
1. Космостық сегмент (Спутниктер):
- GPS жүйесі 24 спутниктен (минимум) тұрады, олар жердің геоцентрлік орбитасында ұшып жүреді.
- Спутниктердің биіктігі — шамамен 20,200 км.
- Олар 12 сағат ішінде жерді толық айналып шығады.
- Спутниктер радиосигналдарды жерге жібереді, олардың көмегімен GPS-қабылдағыштар координаттарды есептейді.
2. Жер бетіндегі сегмент (Бақылау станциялары):
- Жер бетіндегі станциялар спутниктердің орбиталарын бақылап, сигналдардың дәлдігін тексереді.
- Негізгі бақылау станциялары АҚШ-та орналасқан.
3. Пайдаланушы сегменті (GPS-қабылдағыштар):
- GPS-қабылдағыштар спутниктерден келетін сигналдарды қабылдайды және олардың көмегімен пайдаланушының координаттарын анықтайды.
- Қазіргі заманғы смартфондар, автомобильдер және басқа құрылғылар GPS-қабылдағыштармен жабдықталған.
Дәлдігі:
- GPS-тің стандартты дәлдігі — шамамен 5-10 метр.
- DGPS (Дифференциалды GPS) технологиясын пайдаланғанда дәлдік 1 метрге дейін жетеді.
- Әскери мақсаттарда пайдаланылатын GPS-жүйелерінің дәлдігі миллиметрлік деңгейде болуы мүмкін.
---
Дүние жүзіндегі миллиардтаған адамдарға жол көрсетіп жатыр
***
Қолдану салалары
GPS жүйесі көптеген салаларда кеңінен қолданылады:
1. Транспорт:
- Автомобильдер, теңіз кемелері және ұшақтардың навигациясы.
- Жүк тасымалдауда маршрутын бақылау және логистикалық процестерді оптимизациялау.
2. Әскери қолдану:
- Әскери операцияларда навигация мен координаттарды анықтау.
- Дәлдігі жоғары жүйелерді пайдалану арқылы ракеталар мен басқа қару-жарақтарды басқару.
3. Ғылыми зерттеулер:
- Геология, климаттану және топография салаларында жер бетінің өзгеруін зерттеу.
- Жер сілкіністері мен табиғи апаттарды бақылау.
4. Азаматтық қолдану:
- Смартфондардағы карталар мен навигациялық қосымшалар.
- Спортшылардың қозғалысын бақылау (мысалы, фитнес-браслеттер).
- Елді мекендерді іздеу және туристік маршруттарды жоспарлау.
5. Ауыл шаруашылығы:
- Тракторларды автоматты түрде басқару және егістіктерді дәл егу.
---
Қолдану құны
GPS-тің қолдану құны оның даму кезеңіне және қолданылатын саласына байланысты:
1. Әскери салада:
- GPS жүйесінің әскери мақсаттарда қолданылуы өте қымбат болады, себебі ол жоғары дәлдікті және қауіпсіздікті қамтамасыз етуге арналған.
2. Азаматтық салада:
- Қазіргі заманғы смартфондар мен автомобильдердегі GPS-қабылдағыштар салыстырмалы түрде арзан.
- Мысалы, GPS модулі бар навигациялық құрылғының құны 50-300 доллар аралығында болуы мүмкін.
3. Ғылыми зерттеулерде:
- GPS-технологияларды пайдалану құны зерттеу масштабына және қажетті жабдықтарға байланысты әртүрлі болуы мүмкін.
---
GPS-тің жұмыс жасау принциптері
GPS (Global Positioning System) жүйесінің негізгі мақсаты — жер бетіндегі кез келген нүктенің координаттарын (ендік, бойлық және биіктік) дәл анықтау. Бұл жүйе үш негізгі компоненттен тұрады: спутниктер (космостық сегмент), бақылау станциялары (жер бетіндегі сегмент) және GPS-қабылдағыштар (пайдаланушы сегменті). Жұмыс жасау принципі радиосигналдарды пайдалануға негізделген.
---
1. Спутниктерден сигналдарды жіберу
GPS жүйесінде 24 спутник (минимум) жердің геоцентрлік орбитасында ұшып жүреді. Олардың әрқайсысы белгілі бір уақыт аралығында радиосигналдар жібереді. Бұл сигналдарда:
- Спутниктің орналасуы (координаттары).
- Сигналды жіберу уақыты.
- Спутниктің идентификациялық деректері болады.
Бұл сигналдар GPS-қабылдағыштарға жетеді.
---
2. GPS-қабылдағыштың сигналдарды қабылдауы
GPS-қабылдағыш (мысалы, смартфон немесе автомобильдегі навигатор) спутниктерден келетін сигналдарды қабылдайды. Қабылдағыш сигналдың жолға кеткен уақытын есептейді. Бұл уақыт сигналдың жерге жету үшін жүрген қашықтығын анықтауға мүмкіндік береді.
---
3. Триангуляция әдісі
GPS-тің жұмыс істеу принципі триангуляция деп аталатын математикалық әдіске негізделген. Триангуляция — бұл бірнеше нүктелердің арақашықтықтарын пайдаланып, белгілі бір объектінің орналасуын анықтау әдісі. GPS жүйесінде бұл процесс мынадай:
1. Бірінші спутник:
- GPS-қабылдағыш бірінші спутниктен сигналды қабылдайды.
- Сигналдың жолға кеткен уақытын есептейді және қашықтықты анықтайды.
- Бұл қашықтыққа сәйкес, пайдаланушы спутниктің шар тәріздес аймағында орналасқан болуы мүмкін.
2. Екінші спутник:
- Екінші спутниктен келетін сигналдың қашықтығын есептеу арқылы, пайдаланушының орналасуы екінші шардың бетінде болады.
- Екі шардың қиылысуы сызық түрінде болады.
3. Үшінші спутник:
- Үшінші спутниктен келетін сигналдың қашықтығын есептеу арқылы, пайдаланушының нақты орналасу нүктесі анықталады.
- Үш шардың қиылысуы бір нүктені береді.
4. Төртінші спутник (биіктікті анықтау үшін):
- Жер бетіндегі пайдаланушының биіктігін (жер деңгейінен қашықтығын) анықтау үшін төртінші спутник қажет.
- Бұл қосымша сигнал пайдаланушының үш өлшемді (3D) координаттарын (ендік, бойлық және биіктік) анықтауға мүмкіндік береді.
---
4. Уақыттың дәлдігін ескеру
GPS жүйесінің дәлдігі сигналдардың жолға кеткен уақытын дәл есептеуге байланысты. Спутниктерде атомдық сағаттар орнатылған, олар уақытты микросекундтарға дейін дәл өлшейді. Ал GPS-қабылдағыштардағы сағаттар спутниктердегідей дәл болмағандықтан, жүйе бұл айырмашылықты автоматты түрде ескереді.
---
5. Дифференциалды GPS (DGPS)
Кейбір жағдайларда стандартты GPS-тің дәлдігі (5-10 метр) жеткіліксіз болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда DGPS (Дифференциалды GPS) технологиясы қолданылады. DGPS жер бетіндегі стационарлық станцияларды пайдаланады, олар спутниктерден келетін сигналдарды түзетеді және дәлдікті 1 метрге дейін жеткізеді.
---
6. Атмосфералық факторларды ескеру
Спутниктерден келетін сигналдар жер атмосферасынан өткенде баяулайды немесе өзгереді. Бұл өзгерістер сигналдың жолға кеткен уақытын әсер етеді. GPS жүйесі бұл факторларды ескере отырып, сигналдарды түзетеді.
---
Қорытынды
GPS — бұл адамзаттың техникалық прогресінің маңызды жетістіктерінің бірі. Ол тек әскери мақсаттарда ғана емес, сонымен қатар күнделікті өмірде де кеңінен қолданылады. GPS-тің дамуы адамдардың өмірін жеңілдетті, уақытты үнемдеді және көптеген салаларда инновацияларға жол ашты. Болашақта GPS-тің дәлдігі мен функционалдығы одан әрі жақсарып, өмірдің барлық салаларында кеңінен қолданылатын болады.
P.S. GPS-тің жұмыс істеу принципі қарапайым, бірақ өте дәл технологияға негізделген. Ол спутниктерден келетін радиосигналдарды пайдаланып, триангуляция әдісі арқылы пайдаланушының орналасуын анықтайды. Бұл жүйе адамзаттың күнделікті өмірін жеңілдетуге, транспорттың қауіпсіздігін арттыруға және ғылыми зерттеулерді дамытуға үлкен үлес қосады.
GPS-тің дәлдігі мен функционалдығы әрқашан жақсарып, болашақта одан да көп мүмкіндіктер ашылатын болады.
