Следствие ведет GPS

Василий Червинский
cherv2@mail.ru

Сокровище капитана Флинта было спрятано в укромном месте, и ради того, чтобы найти его, понадобилось несколько человеческих жизней. С тех пор прошло много времени, и процедура определения местоположения (навигация) упростилась.

Предположим, у вас есть точные координаты объекта, который нужно найти: широта и долгота. Объект этот вовсе не сундук с золотыми пиастрами, а нечто более реальное – например, автомобиль, оставленный вами в лесу во время грибного похода, или гараж, где ждет вас автомеханик.

Не ходи в лес без GPS

Искать будем с помощью GPS-приемника. Большая часть продаваемого GPS-оборудования предназначена для приема сигналов от спутников американской системы NAVSTAR. 24 спутника системы вращаются на шести орбитах на высоте около 17 тысяч километров. Каждый из спутников периодически излучает радиосигнал, в котором закодировано и местоположение спутника в космосе. GPS-приемник получает это радиосообщение и сравнивает время получения сигнала со временем его отправки. Поскольку скорость радиоволн известна (она равна скорости света), совсем несложно вычислить расстояние до спутника. По сигналам от трех спутников приемник автоматически вычисляет свое положение на Земле, то есть определяет широту и долготу. Если же он захватит сигнал с четырех спутников, то сможет вычислить еще и собственную высоту. Кроме этого, по смене координат вычисляется скорость и направление движения.

Система NAVSTAR была развернута по заказу Минобороны США, но является системой двойного действия – сигналы спутников доступны и гражданским пользователям. Правда, они закодированы так, что не позволяют туристам, рыбакам и другим гражданам определять координаты с «военной» точностью.

Гадание по GPS

Фирмы, производящие GPS, заявляют такой параметр, характеризующий точность определения местоположения, как среднеквадратическая погрешность. Но путешественников и людей ищущих (что-нибудь) гораздо чаще волнует погрешность максимальная. Рассчитать ее очень просто. Вот результаты тестирования типичного недорогого туристского GPS-приемника.

На рис. 1 приведен план местности, на котором перекрестьем обозначено истинное положение наблюдателя с GPS-приемником. Каждую секунду GPS-приемник измеряет расстояние до спутников и вычисляет географические координаты точки, в которой сам находится. Эти координаты обозначены точками. Не правда ли, живо напоминает мишень? Словно неопытный стрелок палил из автомата. Имея в виду, что один градус долготы означает расстояние на местности около 55 километров (на широте Санкт-Петербурга), а один градус широты – 111 километров, легко рассчитать максимальную ошибку (погрешность местоопределения) – 234 метра.

Примерно по такой же запутанной траектории пришлось бы вам блуждать в поисках своего автомобиля или автомеханика.

Так было. Но сейчас ситуация изменилась, благодаря одному очень важному событию.

Первомайский подарок американского президента народу

В ночь на первое мая 2000 года по указу президента Клинтона отменено намеренное загрубление точности навигационной системы NAVCTAR, существовавшее для гражданского использования.

На результаты, полученные вследствие этой акции, можно полюбоваться на рис. 2. Здесь, как и в первом случае, перекрестьем обозначено истинное положение наблюдателя с GPS-приемником, а точками – координаты места, последовательно выдаваемые GPS-приемником, в то время как сам он остается на месте. Дата испытаний – июнь 2000 года (после введения в действие президентского указа).

Вот выдержка из официального заявления, сделанного в Белом Доме: «Гражданские пользователи GPS получат возможность определять местоположение в десять раз более точно, чем теперь. Сейчас продолжаются работы над тем, чтобы сделать GPS еще более доступной и полезной гражданским и коммерческим пользователям во всем мире. Намечены планы модернизации GPS за счет добавления двух новых гражданских сигналов... и 18 дополнительных спутников, которые уже ожидают запуска или находятся на стадии производства. Мы продолжим бесплатно обслуживать пользователей всего мира».

Российский ответ американскому президенту

Как видно из рисунка, погрешность существенно уменьшилась (меньше 70 метров), что позволяет найти по известным координатам не только автомобиль, но и автомеханика. И все же точность далека от обещанной Клинтоном.

Объясняется это тем, что в России существует предел точности, который переступать не рекомендуется. Для ввоза в страну приемников, имеющих точность выше 100 метров, и работы с ними необходимо получить специальные лицензии. Сделано это, видимо, для того, чтобы затруднить происки иностранных шпионов и террористов. Вместе с ними (резидентами) от подобных запретительных мер страдают россияне, которые в результате не по своей вине упускают замечательную возможность воспользоваться подарком Клинтона.

Вот, скажем, как осуществляется сегодня в нашей бдительной стране поиск угнанных автомобилей. Ряд фирм выпускает оборудование (GPS-приемник с радиомодемом), которое устанавливается в авто и позволяет владельцу ежеминутно отслеживать координаты своей машины. В случае угона любимицы, задержание обходится, как описывается в рекламе, без шума и пыли, то есть без погони, сирен и вертолетов. Выследили по координатам до ворот гаража, немного погодя тихо подкатили и взяли угонщиков тепленькими.

И здесь, к сожалению, должно обратить внимание читателей на неумолимые цифры 25 и 3. Среднеквадратическая погрешность GPS-приемника – 25 метров, а ширина гаража – 3 метра. Кроме того, в городских условиях погрешность увеличивается из-за того, что спутники заслоняются высотными зданиями. Скорее всего группе захвата придется оцеплять и прочесывать весь микрорайон. Без шума и пыли…

А теперь представьте, что координаты угнанной машины определяются приемником с погрешностью всего 5 метров. Насколько эффективней была бы система. В лесу можно было бы оставить (а потом легко обнаружить) не только автомобиль, но и корзинку с грибами.

Как утверждают специалисты, существуют реальные технические возможности уменьшить погрешность до 5 и даже до 2 метров. Это достигается, во-первых, усреднением отсчетов, полученных за интервал времени, во-вторых, использованием двух приемников одновременно в так называемом дифференциальном режиме. Существенное снижение погрешности дает правильное расположение антенны приемника и повышение его чувствительности, поскольку при этом приемник «видит» большее число спутников.

Возможно, законодательные ограничения являются протекционизмом в пользу отечественной навигационной системы ГЛОНАСС, которая из-за недостаточного финансирования уступает GPS по количеству выведенных спутников и, как следствие, в точности.

Благодарим лабораторию ЦОС «Прогноз» за помощь в подготовке материала.