4.1. Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте, координаты которого необходимо получить, до спутников, положения которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел - мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приёмников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

1. Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников. При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью.

2. Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников.

3. Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в определённых пределах.

4. Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе.

5. Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

NAVSTAR (GPS - Global Position System - Глобальная система позиционирования) - принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.

ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) - находится на этапе развёртывания спутниковой группировки. Принадлежит министерству обороны России. Обладает, по заявлениям разработчиков, некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR, однако в настоящее время эти утверждения проверить. Невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования.

БЭЙДОУ - развёртываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS, предназначенная для использования только в этой стране. Особенность - небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.

GALILEO - европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки.