Запустив в середине 1970-х первый тестовый спутник, к 1993 году в арсенале разработанной министерством обороны США системы Navstar насчитывалось уже 24 спутника, что обеспечивало полное покрытие Земли. Первыми поставив на вооружение GPS, Соединенные Штаты фактически стали законодателем стандартов в спутниковом позиционировании, и особенно в его бытовом сегменте. Речь идет о широко распространенном потребительском оборудовании, которое во всем мире ассоциируется прежде всего с принадлежащей США системой GPS.
GPS состоит из трех основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приемники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трем координатам в режиме реального времени.
Космический сегмент состоит из спутников, вращающихся на средней орбите Земли. Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, причем ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.
Пользовательский сегмент представлен тысячами приемников GPS, находящихся в ведении военных США, и десятками миллионов устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.
Спутниковая группировка американской системы обра-щается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой около 20 200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звездные сутки (23 часа 56 минут). 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 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.
Типичная точность современных GPS-приемников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6–8 метров при хорошей видимости спутников и использовании 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 1–2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
Общим недостатком использования любой радионавига-ционной системы является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в туннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приема сигнала от спутников может серьезно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приему сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а в редких случаях – от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками».
