Просмотр кода страницы GPS

{{Система спутникового позиционирования
| название = GPS
| полное название = Global Positioning System
| изображение = NAVSTAR GPS logo.png
| размер изображения = 150px
| описание изображения =
| оператор = [[Космическое командование ВВС США|AFSPC]]
| применение = военное, гражданское
| статус = эксплуатация
| покрытие = глобальная
| точность = ⩽7,8 м (типовая около 0,715 м)<ref>{{Cite web |url=https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ |title=GPS.gov: GPS Accuracy<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2019-10-21 |archive-date=2018-01-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180104171609/https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ |deadlink=no }}</ref>
| спутников требуется = 24
| спутников на орбите = 32
| первый запуск = февраль 1978 года
| последний запуск =
| всего запусков = 79
| тип орбиты = средневысокая
| высота орбиты = 20 180 км
| стоимость =
| сайт =
}}
'''GPS''' ({{lang-en|Global Positioning System}}) — американская система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс, также ГПС (глобальная позиционирующая система) — [[спутниковая система навигации]], обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат [[WGS 84]]. Позволяет почти при любой погоде определять местоположение в любом месте [[Земля|Земли]] (исключая приполярные области) и околоземного космического пространства. Система разработана, реализована и эксплуатируется [[Министерство обороны США|Министерством обороны США]], при этом в настоящее время доступна для использования в гражданских целях — нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя. Для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приёма сигнала потребителем и момента его синхронного излучения от спутников»: <math>|\mathbf{r} - \mathbf{a}_{j}| = c(t_{j} - \tau)</math>.

Здесь:

: <math>{a}_{j}</math> — [[радиус-вектор]] <math>{j}</math>-го спутника,
: <math>t_{j}</math> — момент времени приёма сигнала от <math>{j}</math>-го спутника по часам потребителя,
: <math>\tau</math> — неизвестный момент времени синхронного излучения сигнала всеми спутниками по часам потребителя,
: <math>c</math> — скорость света,
: <math>r</math> — неизвестный радиус-вектор потребителя.

== История ==
{{seealso|Timation}}

Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 1950-е годы (техническая система — аналог GPS впервые описана в квазифантастическом [[роман]]е [[Юнгер, Эрнст|Эрнста Юнгера]] «Гелиополь», вышедшем в [[1949 год]]у). В тот момент, когда в [[СССР]] был запущен [[Спутник-1|первый искусственный спутник Земли]], американские учёные во главе с [[Кершнер, Ричард|Ричардом Кершнером]] наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря [[Эффект Доплера|эффекту Доплера]] частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты<ref>{{cite web
 |url         = http://www.technologyreview.com/article/403435/space-tracker/
 |title       = Space Tracker. The earliest satellite watchers’ ideas led to GPS
 |author      = Dan Cho
 |publisher   = Technology Review
 |date        = 2004-12-1
 |accessdate  = 2012=12-14
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6DQsymNNQ?url=http://www.technologyreview.com/article/403435/space-tracker/
 |archivedate = 2013-01-05
 |deadurl     = yes
}}</ref>.

Важной вехой на пути к созданию межвидовой спутниковой навигационной системы вооружённых сил стал запуск спутников по программе {{Iw|Timation}} на [[Низкая околоземная орбита|низкую околоземную орбиту]]. Работы по программе Timation были начаты в Центральной военно-морской лаборатории в 1964 году. Инициатором программы выступал флот для собственных нужд, и на том этапе о создании единой системы для всех [[Вид вооружённых сил|видов вооружённых сил]] речи не шло<ref name="Fiore">[https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=umn.31951d03556686k;view=1up;seq=1463 Statement of Cmdr. A. E. Fiore, U.S. Navy]. / Hearings on Military Posture and H.R. 3689, April 11, 1975. — Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1975. — P. 5207-5212 — 5324 p.</ref>.

В 1973 году была инициирована программа «DNSS», позже переименованная в «Navstar» (Navigation Satellite Timing and Ranging — навигационые спутники времени и дальности). Спутники по программе NavStar выводились значительно выше, на [[Средняя околоземная орбита|среднюю околоземную орбиту]]. Современное название «GPS» программа получила в декабре 1973 года<ref name="Fiore" /><ref>{{Cite web |url=https://zoom.cnews.ru/rnd/article/item/gpsgonka_rossii_ne_hvataet_sputnikov |title=GPS-гонка: России не хватает спутников / R&D.CNews<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2020-01-02 |archive-date=2020-01-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200102055514/https://zoom.cnews.ru/rnd/article/item/gpsgonka_rossii_ne_hvataet_sputnikov |deadlink=no }}</ref>.

{{Сравнительная характеристика первого поколения навигационных спутников США}}

В создании межвидовой спутниковой навигационной системы в 1970-е участвовали три основных [[виды вооружённых сил|вида вооружённых сил]] США: [[ВМС США|ВМС]], [[ВВС США|ВВС]] и [[Армия США|Армия]]. В этом ими преследовались следующие цели:<ref name="Fiore" />
* ВМС — для создания комбинированных [[Инерциальная навигация|инерциально]]-[[Астронавигация|астронавигационных]] систем наведения [[Баллистические ракеты подводных лодок|баллистических ракет подводных лодок]] и уточнения координат подводной лодки в момент перед пуском (для точности наведения);
* ВВС — для оснащения военных летательных аппаратов более точной навигационной аппаратурой и повышения точности нанесения бомбо-штурмовых и ракетных ударов;
* Армия — для оснащения подразделений низового тактического звена «секция—отделение», «отделение—взвод», «взвод—рота» сравнительно недорогой, портативной и высокоточной системой для решения широкого спектра задач, оперативного получения точных координат на местности своих и противника, целеуказания и корректировки ракетно-артиллерийских ударов и др.
Аппаратура спутниковой навигации и топографической привязки (GPS-приёмник, устройства вывода координат и баллистические вычислители) предназначалась для размещения на кораблях и подводных лодках-носителях крылатых и баллистических ракет, на [[танк]]ах и [[бронемашина]]х, [[Оперативно-тактический ракетный комплекс|оперативно-тактических ракетных комплексах]], [[Самоходная артиллерийская установка|самоходных артиллерийских установках]] и [[Буксируемое орудие|буксируемых артиллерийских орудиях]], а также других образцах [[Боевая техника|боевой техники]]<ref name="Budget-FY93" />.

К работам по созданию системы были привлечены государственные и частные исследовательские и научно-производственные учреждения:
<div class="mw-collapsible mw-collapsed" style="width:100%">
<center><big>Список задействованных структур</big><ref>[https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=umn.31951d03556686k;view=1up;seq=1470 Statement of Lt. Col. Leonard R. Kruczynski, USAF, GPS Yuma Test Force]. / Hearings on Military Posture and H.R. 3689, April 11, 1975. — Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1975. — P. 5204, 5213, 5214 — 5324 p.</ref>
</center>
<div class="mw-collapsible-content">
{{кол|2}}
; Учреждения ВМС США
* Центральная военно-морская лаборатория, военно-морская база [[Анакостия (военно-морская база)|Анакостия]], [[Вашингтон]], [[округ Колумбия]];
* Тихоокеанский морской испытательный полигон, [[Пойнт-Мугу]], [[Калифорния]];
* Атлантический морской испытательный полигон, [[Патаксент-Ривер]], [[Мэриленд]];

; Учреждения ВВС США
* Управление разработки систем и вооружения, [[Эндрюс (авиабаза)|авиабаза им. Эндрюса]], [[Мэриленд]];
* Центр ракетно-космических систем, [[Лос-Анджелес (авиабаза)|Лос-анджелесская авиабаза]], [[Калифорния]];
* Лаборатория авионики, [[Райт-Паттерсон|авиабаза им. Райта и Паттерсона]], [[Огайо]];

; учреждения Армии США
* Агентство спутниковой связи, [[Форт-Монмут]], [[Нью-Джерси]];
* Управление электроники, [[Форт-Монмут]], [[Нью-Джерси]];
* Управление материально-технического обеспечения, [[Александрия (Виргиния)|Александрия]], [[Виргиния]];
* Инженерно-топографические лаборатории, [[Форт-Белвор]], [[Виргиния]]
* Юмский армейский испытательный полигон, [[Аризона]];

; Частные научно-производственные учреждения коммерческих структур
* [[General Dynamics|General Dynamics Corp.]], Astronautics Division, [[Сан-Диего (Калифорния)|Сан-Диего]], [[Калифорния]] (головной подрядчик);
* [[Rockwell International|Rockwell International, Inc.]], Space Systems Division, [[Дауни (Калифорния)|Дауни]], [[Калифорния]];
* [[TRW|TRW Systems Group]], Space Technology Laboratories, Inc., [[Редондо-Бич (Калифорния)|Редондо-Бич]], [[Калифорния]];
* Stanford Telecommunications, Inc., [[Саннивейл (Калифорния)|Саннивейл]], [[Калифорния]];
* Analytical Sciences Corp., [[Бостон]], [[Массачусетс]];
* [[Grumman Aircraft|Gruman Aerospace Corp.]], [[Бетпейдж (Нью-Йорк)|Бетпейдж]], [[Лонг-Айленд]];
* [[General Electric Co.]], [[Джонсон-Сити (Нью-Йорк)|Джонсон-Сити]], [[Нью-Йорк (штат)|Нью-Йорк]].
{{конец кол}}
В дальнейшем, ведущими частными подрядчиками по программе NAVSTAR/GPS выступали подразделения компаний General Electric в [[Вэлли-Фордж (Пенсильвания)|Вэлли-Фордж]], [[Пенсильвания]] и Rockwell International в [[Сил-Бич]], [[Калифорния]]<ref name="Budget-FY93">[http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a247272.pdf Program Acquisition Costs by Weapon System. Department of Defense Budget for Fiscal Year 1993] {{Wayback|url=http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a247272.pdf |date=20170225080749 }}. — January 29, 1992. — P. 116—124 p.</ref>.
</div>
</div>
{{часть изображения|изобр=Trident NAVSAT receiver.jpg|позиция=right|подпись=GPS-приёмник для [[Подводные лодки типа «Огайо»|атомных подводных лодок-носителей]], разработанный Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса и AEPCO, Inc., Бетесда, штат Мэриленд. Фотография 1975 года|ширина=320|общая=560|высота=|верх=95|право=125|низ=35|лево=115}}
В высших эшелонах власти отношение бюрократии к разрабатывавшейся инновации было довольно скептическим, так как [[декодирование]] сигнала не составляло проблемы для средств [[радиоперехват]]а СССР, КНР и вооружённых сил других государств<ref>[https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=umn.31951d03556686k;view=1up;seq=1468 Statement of Col. Brad Parkinson, USAF, GPS Program Manager]. / Hearings on Military Posture and H.R. 3689, April 11, 1975. — Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1975. — P. 5212 — 5324 p.</ref>.

Первый спутник по программе NavStar выведен на орбиту 14 июля 1974 года. Вывод спутника советской системы позиционирования [[ГЛОНАСС]] в 1982 году дал повод конгрессу США выделить деньги и ускорить работы. Шла холодная война, гонка вооружений набирала обороты. В 1983 году начались интенсивные работы по созданию GPS, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 году, и GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

Первоначально глобальная система позиционирования разрабатывалась как сугубо военный проект (во-первых, это делалось в интересах соблюдения режима секретности, во-вторых, коммерческие структуры не усматривали в этом проекте больших дивидендов на перспективу от вывода программного продукта на гражданский рынок товаров и услуг, а в-третьих, суммы военных заказов позволяли подрядчикам не задумываться о функционале двойного назначения). Но после того, как в 1983 году оказавшийся в воздушном пространстве Советского Союза гражданский авиалайнер «[[Boeing 747|Боинг-747]]» рейса KE007 «[[Korean Air|Корейских авиалиний]]» был [[Инцидент с южнокорейским Боингом (1983)|сбит]] возле острова [[Сахалин]], и, поскольку причиной была названа дезориентация экипажа в пространстве, президент США [[Рейган, Рональд Уилсон|Рональд Рейган]] пообещал разрешить использование системы навигации для гражданских целей во всем мире<ref>[https://web.archive.org/web/20080129150600/http://www.america.gov/st/washfile-english/2006/February/20060203125928lcnirellep0.5061609.html United States Updates Global Positioning System Technology]</ref>. Во избежание военного применения системы точность была уменьшена специальным алгоритмом.{{уточнить}}

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. 2 мая 2000 года это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон<ref>[http://www.cnews.ru/reviews/index.shtml?2003/06/04/144948 GPS-гонка: России не хватает спутников] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150626182410/http://www.cnews.ru/reviews/index.shtml?2003%2F06%2F04%2F144948 |date=2015-06-26 }}, cnews.ru, 4 июня 2003 г</ref>.

== Техническая реализация ==
{| class="wikitable" style="float:right; margin: 0 0 1em 1em"
|+ Спутники
! rowspan="2" | Блок || rowspan="2" | Период <br>запусков || colspan="5" | Запуски спутников || rowspan="2" | Работают <br>сейчас
(на 18.10.2022)
! rowspan="2" | В <br>резерве || rowspan="2" | На техобслу-<br>живании
|-
! Все-<br>го || Успе-<br>шно || Неус-<br>пешно || Гото-<br>вится || Заплани-<br>ровано
|-
! I
| 1978—1985 || 11 || 10 || 1 || 0 ||  0 || 0 || 0 || 0
|-
! II
| 1989—1990 ||  9 ||  9 || 0 || 0 ||  0 || 0 || 0 || 0
|-
! IIA
| 1990—1997 || 19 || 19 || 0 || 0 ||  0 || 0 || 7 || 0
|-
! IIR
| 1997—2004 || 13 || 12 || 1 || 0 ||  0 || 7 || 0 || 0
|-
! IIR-M
| 2005—2009 ||  8 ||  8 || 0 || 0 ||  0 || 7 || 0 || 1
|-
! IIF
| 2010—2016 || 12 || 12 || 0 || 0 ||  0 || 12 || 0 || 0
|-
! III
| 2018—2023 ||  5 ||  5 || 0 || 0 || 8 || 5 || 0 || 0
|-
! IIIF
| 2025—2034 ||  0 ||  0 || 0 || 0 || 22 || 0 || 0 || 0
|-
! colspan="2" | Всего
|              74 || 72 || 2 || 0 || 30 || 31 || 7 || 1
|-
| colspan="10" style="font-size: smaller;" | (Последнее обновление данных: 17 июня 2020)<br>
Подробнее см. ''{{iw|Список запусков спутников GPS|Список запусков спутников GPS|en|list of GPS satellite launches}}''
|}
GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского<ref>{{cite web|author=John Pike|url=http://www.globalsecurity.org/space/systems/gps_3-ocx.htm|title=GPS III Operational Control Segment (OCX)|publisher=Globalsecurity.org|accessdate=December 8, 2009|archive-date=2009-09-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20090907234331/http://www.globalsecurity.org/space/systems/gps_3-ocx.htm|deadlink=no}}</ref>. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.

Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли.

По состоянию на 7 апреля 2020 года используются по целевому назначению 31 космический аппарат (КА). На этапе ввода в систему — 0 КА, выведен на техобслуживание 1 КА.

По состоянию на 5 июля 2021 года 32 КА используются по целевому назначению.

Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций<ref>{{cite web|url=http://www.gps.gov/multimedia/images/GPS-control-segment-map.pdf|title=GPS control segment map|publisher=gps.gov|access-date=2014-05-15|archive-date=2014-05-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20140517120121/http://www.gps.gov/multimedia/images/GPS-control-segment-map.pdf|deadlink=no}}</ref>, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.

Пользовательский сегмент представлен приёмниками GPS, находящихся в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов приёмных устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.

=== Космические спутники ===
[[Файл:Global Positioning System satellite.jpg|thumb|231px|right|Незапущенный спутник, экспонирующийся в музее авиации и космонавтики Сан-Диего. Вид со стороны антенн. 2005 г.]]

==== Орбиты спутников ====
[[Файл:Comparison satellite navigation orbits-ru.svg|thumb|240px|left|Сравнение орбит разных НС]]
[[Файл:ConstellationGPS.gif|frame|left|Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле)]]
Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по [[Круговая орбита|круговым орбитам]] с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой около {{nobr|20 200 км}} (радиус орбиты около {{nobr|26 600 км}}) является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни [[звёздные сутки]] ({{nobr|23 часа 56 минут}}). То есть, время между двумя последовательными прохождениями одной и той же точки земной поверхности подспутниковой точкой примерно равно 23 часам 56 минутам.

[[Наклонение орбиты]] (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на {{nobr|60 градусов}}. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме [[Долгота восходящего узла|долготы восходящего узла]]) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.

== Радиочастотные характеристики ==
Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: {{nobr|L1 {{=}} 1575,42 МГц}} и {{nobr|L2 {{=}} 1227,60 МГц}} (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF излучают также на частоте {{nobr|L5 {{=}} 1176,45 МГц}}. Эти частоты являются соответственно 154-й, 120-й и 115-й гармониками фундаментальной частоты {{nobr|10,23 МГц}}, генерируемой бортовыми [[атомные часы|атомными часами]] спутника с суточной нестабильностью не хуже 10<sup>−13</sup>; при этом частота атомных часов сдвинута к значению {{nobr|10,229 999 995 43 МГц}}, чтобы компенсировать релятивистский сдвиг, обусловленный движением спутника относительно наземного наблюдателя и разностью гравитационных потенциалов спутника и наблюдателя на поверхности Земли (см. [[Время спутниковых навигационных систем]])<ref>{{книга|автор=Samama N.|часть=|заглавие=Global Positioning: Technologies and Performance|оригинал=|ссылка=https://books.google.com/books?id=EyFrcnSRFFgC|издание=|ответственный=|место=|издательство=John Wiley & Sons|год=2008|том=|страницы=|страниц=|isbn=0-470-24190-X|тираж=|archivedate=2020-09-22|archiveurl=https://web.archive.org/web/20200922073519/https://books.google.com/books?id=EyFrcnSRFFgC}}</ref>. Навигационная информация может быть принята [[антенна|антенной]] (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи [[GPS-приёмник]]а.

Сигнал с кодом стандартной точности (C/A-код — модуляция [[BPSK]](1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2, начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа — S/A) с мая 2000 года отключено. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC (1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами L1 европейской системы спутникового позиционирования [[Галилео (спутниковая система навигации)|Galileo]].

Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y)-кодом (модуляция BPSK (10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC (10, 5)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Ещё одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.

С запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 ({{nobr|1176,45 МГц}}). Этот сигнал также называют {{lang-en2|safety of life}} (охрана жизни человека). Сигнал на частоте L5 мощнее на {{nobr|3 [[децибел]]а}}, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в {{nobr|10 раз}} шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.

Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN — Pseudorandom Noise) двух типов: C/A-код и P-код. C/A (Clear access) — общедоступный код — представляет собой PRN с периодом повторения {{nobr|1023 цикла}} и частотой следования импульсов {{nobr|1,023 МГц}}. Именно с этим кодом работают все гражданские GPS-приёмники. P (Protected/precise)-код используется в закрытых для общего пользования системах, период его повторения составляет {{nobr|2·10<sup>14</sup> циклов}}. Сигналы, модулированные P-кодом, передаются на двух частотах: {{nobr|L1 {{=}} 1575,42 МГц}} и {{nobr|L2 {{=}} 1227,6 МГц}}. C/A-код передается лишь на частоте L1. Несущая, помимо PRN-кодов, модулируется также навигационным сообщением.

{| class="wikitable"
| '''Тип спутника''' || '''GPS-II''' || '''GPS-IIA''' || '''GPS-IIR''' || '''GPS-IIRM''' || '''GPS-IIF'''
|GPS-III
|-
| '''Масса, кг''' || 885 || 1500 || 2000 || 2000 || 2170
|
|-
| '''Срок жизни, лет''' || 7,5 || 7,5 || 10 || 10 || 15
|
|-
| '''[[Атомные часы|Эталон бортового времени]]''' || Cs || Cs || Rb || Rb || Rb+Cs
|
|-
| '''Межспутниковая<br>связь''' || − || + || + || + || +
|
|-
| '''Автономная<br>работа, дней''' || 14 || 180 || 180 || 180 || >60
|
|-
| '''Антирадиационная<br>защита''' || − || − || + || + || +
|
|-
| '''Антенна''' || − || − || Улучшенная || Улучшенная || Улучшенная
|
|-
| '''Возможность настройки<br>на орбите и мощность<br>бортового передатчика''' || + || + || ++ || +++ || ++++
|
|-
| '''Навигационный<br>сигнал''' || L1:C/A+P<br>L2:P || L1:C/A+P<br>L2:P || L1:C/A+P<br>L2:P || L1:C/A+P+M<br>L2:L2C+P+M || L1:C/A+P+M<br>L2:L2C+P+M<br>L5:C(BPSK(10)
|L1:C/A+P+M+L1C-I+L1C-Q
L2:L2C+P+M

L5:C(BPSK(10)
|}

24 спутника обеспечивают полную работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (32 аппарата в сентябре 2018 года).

=== Наземные станции контроля космического сегмента ===
{{Main|Наземный сегмент спутниковой системы навигации}}

Слежение за орбитальными аппаратами осуществляется с помощью главной контрольной станции и 10 станций слежения. Главная станция расположена на авиабазе ВВС США Фалькон, штат [[Колорадо]]. Остальные станции слежения расположены на американских военных базах в [[Колорадо-Спрингс]], на островах [[Гавайские острова|Гаваи]], [[Остров Вознесения|Вознесения]], [[Диего-Гарсия]], [[Кваджалейн|Кваджелейн]]. Станции острова [[Остров Вознесения|Вознесения]], [[Диего-Гарсия]], [[Кваджалейн|Кваджелейн]] способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой {{nobr|2000—4000 МГц}}. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников<ref>{{Cite web|url=http://loi.sscc.ru/gis/gps/chapter100.html|title=Принципы работы системы GPS и ее использование|author=|website=|date=|publisher=loi.sscc.ru|accessdate=2019-09-25|archive-date=2019-10-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20191002124823/http://loi.sscc.ru/gis/gps/chapter100.html|deadlink=yes}}</ref>.

== Применение GPS ==
{{Main|Спутниковый приёмник}}
[[Файл:Magellan GPS Blazer12.jpg|right|thumb|Приёмник сигнала GPS Magellan Blazer12 в 2005 году]]

Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS широко используются в гражданских целях.
GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в [[мобильный телефон|мобильные телефоны]], [[смартфон]]ы, наручные [[электронные часы]], [[Карманный персональный компьютер|КПК]] и [[онбордер]]ы. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.
* [[Геодезия]]: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков.
* [[Картография]]: GPS используется в гражданской и военной картографии.
* [[Навигация]]: с применением GPS осуществляется как морская, так и дорожная навигация.
* [[Спутниковый мониторинг транспорта]]: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением.
* [[Сотовая связь]]: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США, GPS используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего по телефону экстренной помощи [[911 (служба экстренной помощи)|911]]. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта [[ЭРА-ГЛОНАСС]].
* [[Тектоника]], [[Тектоника плит]]: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит<ref>{{Cite web |url=http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html |title=GPS Time Series |access-date=2011-11-26 |archive-date=2011-08-22 |archive-url=https://www.webcitation.org/617Egjmvj?url=http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html |deadlink=yes }}</ref>.
* [[Активный отдых]]: есть разные игры, где применяется GPS, например, [[геокэшинг]] и др.
* [[Геотегинг]]: информация, например фотографии, «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам.

Высказывались предложения об интеграции систем [[Иридиум|Iridium]] и GPS.<!-- ВЕС? Англ. АИ?-->

== Точность ==
{{see also|DOP}}
Составляющие, которые влияют на погрешность одного спутника при измерении псевдодальности, приведены ниже<ref>{{книга
 |автор         = Анучин О.Н., Емельянцев Г.И.
 |заглавие      = Интегрированные системы ориентации для морских подвижных объектов
 |издание       = 2-е изд
 |ответственный = Под ред. В. Г. Пешехонова
 |место         = Спб.
 |издательство  = ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор»
 |год           = 2003
 |страницы      = 160—161
 |страниц       = 390
 |isbn          = 5-900780-47-3
}}</ref>:
{| class="wikitable sortable"
!Источник погрешности
!Среднеквадратичное<br>значение погрешности, м
|-
|Нестабильность работы генератора
|6,5
|-
|Задержка в бортовой аппаратуре
|1,0
|-
|Неопределённость пространственного положения спутника
|2,0
|-
|Другие погрешности космического сегмента
|1,0
|-
|Неточность эфемерид
|8,2
|-
|Другие погрешности наземного сегмента
|1,8
|-
|Ионосферная задержка
|4,5
|-
|Тропосферная задержка
|3,9
|-
|Шумовая ошибка приёмника
|2,9
|-
|Многолучёвость
|2,4
|-
|Другие ошибки сегмента пользователя
|1,0
|-
|'''Суммарная погрешность'''
|'''13,1'''
|}
Суммарная погрешность при этом не равна сумме составляющих, а складывается квадратично: <math>\Delta = \sqrt{\delta_1^2+\delta_2^2+...+\delta_n^2}, </math> поскольку составляющие погрешности считаются независимыми.

[[Коэффициент корреляции]] погрешностей двух рядом стоящих GPS приёмников(при работе в кодовом режиме) составляет 0,15—0,4 в зависимости от соотношения сигнал/шум. Чем больше [[Отношение сигнал/шум|соотношение сигнал/шум]], тем больше корреляция. При затенении части спутников и переотражении сигнала корреляция может падать вплоть до нуля и даже отрицательных величин. Также коэффициент корреляции погрешностей зависит от геометрического фактора. При [[DOP|PDOP]] < 1,5 корреляция может достигать значения 0,7. Так как погрешность GPS складывается из многих составляющих, она не может быть представлена в виде [[Нормальное распределение|нормального]] [[Белый шум|белого шума]]. По форме распределения погрешность есть сумма нормальной погрешности, взятой с коэффициентом 0,6—0,8 и погрешности, имеющей [[распределение Лапласа]] с коэффициентом 0,2—0,4. [[Автокорреляция]] суммарной погрешности GPS падает до значения 0,5 в течение приблизительно 10 секунд<ref>{{статья
|автор = Горбачёв А. Ю.
|заглавие = Математическая модель погрешностей GPS
|ссылка = https://elibrary.ru/item.asp?id=13757969
|издание = Авиакосмическое приборостроение
|место = М.: НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ
|год = 2010
|номер = 5
}}</ref>.

<!-- Всё что дальше это скорее к DGPS и другим корректируемым системам-->
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно {{nobr|6—8 метров}} при хорошей видимости спутников и использовании [[Системы дифференциальной коррекции|алгоритмов коррекции]]. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции [[WAAS]], [[EGNOS]], [[MSAS]] и т. д., передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до {{nobr|1—2 метров}} на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат можно довести до {{nobr|10 см}}.
Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.

Начиная с 2010 года запускаются космические спутники версии GPS IIF, которые обеспечивают гораздо более высокую точность определения координат. Если аппараты GPS IIA/IIR/IIR-M имеют погрешность {{nobr|6 метров}}, то с помощью новых спутников возможно определять местоположение с погрешностью не более {{nobr|60—90 см}}. Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных [[атомные часы|атомных часов]]. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около {{nobr|14 000 км/ч}} ({{nobr|3,874 км/с}}) ([[первая космическая скорость|круговая скорость]] на высоте {{nobr|20 200 км}}), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для [[трилатерация|трилатерации]].

Первоначально планировалось запустить 33 спутника нового поколения, но из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. На сентябрь 2018 года на орбиту выведены все двенадцать спутников из новой версии: [[USA-213|GPS IIF SV-1]] (запущен 28 мая 2010 года), [[USA-232|GPS IIF-2]] (запущен 16 июля 2011 года), [[USA-239|GPS IIF-3]] (запущен 4 октября 2012 года), [[USA-242|GPS IIF-4]] (запущен 15 мая 2013 года), {{iw|USA-248|GPS IIF-5|en}} (запущен 21 февраля 2014 года), {{iw|USA-251|GPS IIF-6|en}} (запущен 17 мая 2014 года), {{iw|USA-256|GPS IIF-7|en}} (запущен 2 августа 2014 года), …GPS IIF-8 (запущен 29 октября 2014 года), GPS IIF-9 (запущен 25 марта 2015 года), GPS IIF-10 (запущен 15 июля 2015 года), GPS IIF-11 (запущен 30 октября 2015 года), GPS IIF-12 (запущен 5 февраля 2016 года).

Однако даже точности в {{nobr|10 см}} недостаточно для ряда задач геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в {{nobr|10 см}} площадь участка в {{nobr|600 м²}} может уменьшиться или увеличиться на {{nobr|10 м²}}. В настоящее время для геодезических работ всё чаще применяют GPS приёмники, работающие в режиме [[RTK]]. В таком режиме приёмник получает как сигнал со спутников, так и сигналы с наземных базовых станций. Режим RTK обеспечивает в реальном времени точность порядка {{nobr|1 см}} в плане и {{nobr|2 см}} по высоте.

== Недостатки ==
{{нет источников в разделе|дата=2014-05-02}}
Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что '''при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника''' или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приёмниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень сигнала от спутников может серьёзно снизиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от [[магнитная буря|магнитных бурь]] либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками). Постановка помех приемникам GPS-сигналов эффективно использовалась для борьбы со средствами наведения крылатых ракет во время операций США и Великобритании в Ираке, а также «Решительной силы» НАТО в Союзной Республике Югославии. Это приводило к самоликвидации крылатых ракет, а также к нештатному их полёту по несанкционированной траектории<ref name="slyusar_GPS">{{статья|автор=Слюсар В. И.|заглавие=Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS|издание=Электроника: наука, технология, бизнес|год=2009|том=|выпуск=1|страницы=74—78|ссылка=http://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_163_187.pdf|doi=|arxiv=|язык=ru|archivedate=2018-12-22|archiveurl=https://web.archive.org/web/20181222145506/http://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_163_187.pdf}}</ref>. Более эффективно выполнять задачи спутниковой навигации в сложных помеховых условиях позволяет применение в GPS-системе [[Цифровая антенная решётка|цифровых антенных решёток]], обеспечивающих формирование «нулей» в диаграмме направленности антенной системы в направлениях на источники активных помех<ref name=slyusar_GPS />.

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55°) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом, в результате на луче зрения находится бо́льшая [[Воздушная масса (астрономия)|воздушная масса]], а также возможные объекты вблизи горизонта (здания, горы и т. п.). Погрешности в определении псевдодальности, вносимые ионосферой и тропосферой, для спутника в зените составляют {{nobr|1 м}} и {{nobr|2,3 м}} соответственно, тогда как для надгоризонтного спутника эти величины могут достигать {{nobr|100 м}} и {{nobr|10 м}}, соответственно.

GPS реализована и эксплуатируется [[Министерство обороны США|министерством обороны США]], и поэтому есть полная зависимость от этого органа в получении другими пользователями точного сигнала GPS.

== Хронология ==
[[Файл:Delta 7925 with GPS-IIR-14 satellite.jpg|right|thumb|Запуск спутника GPS-IIR-14 ракетой Delta 7925. 25.09.2005, [[Мыс Канаверал]], [[США]] ]]

{| class="wikitable"
| align="center" | 1973 || Решение о разработке спутниковой навигационной системы
|-
| align="center" | 1974—1979 || Испытание системы
|-
| align="center" | 1977 || Приём сигнала от наземной станции, имитирующей спутник системы
|-
| align="center" | 1978—1985 || Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I)
|-
| align="center" | 1979 || Сокращение финансирования программы. Решение о запуске 18 спутников вместо запланированных 24.
|-
| align="center" | 1980 || В связи с решением свернуть программу использования спутников [[Vela]] системы отслеживания ядерных взрывов эти функции было решено возложить на спутники GPS. Старт первых спутников, оснащённых датчиками регистрации ядерных взрывов.
|-
| align="center" | 1980—1982 || Дальнейшее сокращение финансирования программы
|-
| align="center" | 1983 || После [[Инцидент с южнокорейским Боингом (1983)|гибели самолёта компании ''Korean Airline'']], сбитого над территорией СССР, принято решение о предоставлении сигнала гражданским службам
|-
| align="center" | 1986 || Гибель космического челнока ''[[Челленджер (шаттл)|Space Shuttle «Challenger»]]'' приостановила развитие программы, так как планировалось использование космических челноков для вывода на орбиту второй группы спутников. В результате основным транспортным средством была выбрана ракета-носитель «Дельта»
|-
| align="center" | 1988 || Решение о развёртывании орбитальной группировки в 24 спутника. 18 спутников не в состоянии обеспечить бесперебойного функционирования системы.
|-
| align="center" | 1989 || Активация спутников второй группы
|-
| align="center" | 1990—1991 || Временное отключение ''SA'' ({{lang-en|selective availability}} — искусственно создаваемой для неавторизированных пользователей округления определения местоположения до 100 метров) в связи с войной в Персидском заливе и нехваткой военных моделей приёмников. Включение ''SA'' 1 июня 1991 года.
|-
| align="center" | 08.12.1993 || Сообщение о первичной готовности системы ({{lang-en|Initial Operational Capability}}). В этом же году принято окончательное решение о предоставлении сигнала для бесплатного пользования гражданским службам и частным лицам
|-
| align="center" | 1994 || Спутниковая группировка укомплектована
|-
| align="center" | 27.04.1995 || Полная готовность системы<ref>[https://www.usace.army.mil/Media/News-Archive/Story-Article-View/Article/2168983/space-force-marks-25-years-of-gps/ Space Force Marks 25 Years of GPS] {{Wayback|url=https://www.usace.army.mil/Media/News-Archive/Story-Article-View/Article/2168983/space-force-marks-25-years-of-gps/ |date=20200505103855 }} Заметка о юбилее на сайте Инженерных войск США</ref> ({{lang-en|Full Operational Capability}})
|-
| align="center" | 01.05.2000 || Отключение ''SA'' для гражданских пользователей, таким образом точность определения выросла со 100 до 20 метров
|-
| align="center" | 26.06.2004 || Подписание совместного заявления по обеспечению взаимодополняемости и совместимости [[Галилео (спутниковая система навигации)|Galileo]] и GPS
|-
| align="center" | Декабрь 2006 || Российско-американские переговоры по сотрудничеству в области обеспечения взаимодополняемости космических навигационных систем [[ГЛОНАСС]] и GPS.
|}

== Текущее состояние ==
Состав космической навигационной системы GPS на 13 сентября 2021 года<ref>{{Cite web|url=http://www.gnssplanning.com/#/satellites|title=TRIMBLE GNSS Planning Online|author=|website=|date=|publisher=|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210913140536/http://www.gnssplanning.com/#/satellites|archivedate=2021-09-13|accessdate=|deadlink=no}}</ref>:

Всего в составе GPS: 32 космических аппарата

* Используется по целевому назначению 31 космический аппарат
* Временно выведен на техобслуживание 1 космический аппарат
* На этапе вывода из системы 0 космических аппаратов

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья
|автор=Александров И.
|ссылка=
|заглавие=Космическая радионавигационная система НАВСТАР
|язык=ru
|издание=[[Зарубежное военное обозрение]]
|место=М.
|год=1995
|номер=5
|страницы=52—63
|issn=0134-921X
}}
* {{статья
|автор    = Козловский Е.
|заглавие = Искусство позиционирования
|ссылка   = http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2941/
|издание  = [[Вокруг света (журнал)|Вокруг света]]
|место    = М.
|год      = 2006
|номер    = 12 (2795)
|страницы = 204—280
}}
* {{книга
|автор        = [[Шебшаевич Валентин Семенович|Шебшаевич В. С.]], Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др.
|заглавие     = Сетевые спутниковые радионавигационные системы
|ответственный= под ред. В. С. Шебшаевича
|издание      = 2-е изд., перераб. и доп
|место        = М.
|издательство = Радио и связь
|год          = 1993
|страниц      = 408
|isbn         = 5-256-00174-4
}}

== Ссылки ==
; Официальные документы и спецификации
* [http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=GPS Официальный сайт правительства США и системы GPS со статусом спутниковой группировки]{{ref-en}}

; Объяснения работы
* [https://web.archive.org/web/20111230035335/http://gps-club.ru/gps_think/detail.php?ID=20187 Глобальные Навигационные Спутниковые Системы (GNSS). Как это работает?], gps-club.ru
; Совместимость с Gallileo и ГЛОНАСС
<!-- Кусок статьи по этим данным написать -->
* [http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/04/805&format=HTML&aged=0&language=EN&guiLanguage=fr Совместное заявление по обеспечению взаимодополняемости и совместимости [[Галилео (спутниковая система навигации)|Галилео]] и GPS]{{ref-en}}
* [https://web.archive.org/web/20101214121610/http://www.glonass-ianc.rsa.ru/docs/joint_statement_rus.pdf Совместное заявление по обеспечению взаимодополняемости и совместимости] [[ГЛОНАСС]] и GPS (, [https://web.archive.org/web/20140406204135/http://www.gosbook.ru/node/16892 копия])
; Разное
* [https://xakep.ru/2006/03/28/30754/ GPS изнутри: описание NMEA протокола]

{{вс}}
{{Системы навигации|state=uncollapsed}}
{{Компоненты летательного аппарата}}
{{нет источников|дата=2011-11-26}}

[[Категория:GPS| ]]