System GPS

Karol Równy

• Globalny System Pozycjonowania (Global Positioning System)

• Właścicielem systemu GPS jest Departament Obrony USA.

• System GPS Navstar powstał na potrzeby wojska, aby w każdej chwili i w każdych warunkach było możliwe określenie pozycji okrętu, samolotu bądź ...pojedynczego żołnierza

• GPS dostarcza użytkownikom dokładnych informacji o czasie, położeniu i prędkości.

• Globalność polegająca na powszechnej dostępności sygnału satelitarnego GPS 24 godziny na dobę we wszystkich zakątkach świata. GPS działa równie dobrze niezależnie od pogody, pory dnia i położenia odbiornika.

• Departament Obrony USA włączył sygnał zakłócający SA (Selective Availability), aby zmniejszyć dokładność określania pozycji dla cywilnych odbiorców GPS do 100 metrów.

• Uwaga! Z dniem 2000-05-01 decyzją rządu USA został na stałe wyłączony program celowo pogarszający dokładność określania pozycji przez cywilne odbiorniki GPS (SA - Selective Availability).

Obecnie (po zniesieniu zakłóceń) dokładność systemu wynosi około 25 m (90% pomiarów), a po zastosowaniu stacji referencyjnej (DGPS) błąd wynosi 1-5m.

System GPS jest bezpłatny nie licząc kosztów baterii - jego wykorzystywanie nie jest obciążone żadnymi dodatkowymi opłatami abonentowymi, poza kosztem zakupu samego odbiornika, nie trzeba również posiadać zezwolenia.

• 24 amerykańskie satelity wojskowe NAVSTAR (Navigational Satellite Time and Ranging – system nawigacyjny stosujący pomiar czasu i odległości) na 6 orbitach, po 4 satelity na każdej orbicie. 21 satelitów aktywnych, 3 satelity zapasowe.

• Płaszczyzny orbit nachylone są pod kątem 55 stopni do równika,

• Czas obiegu orbity ok. 12 godzin

• Szacowany czas życia satelity 7.5 roku

• 1978 – wystrzelenie I satelity, 1994 – 24 satelity na orbitach

• Satelity zasilane są energią słoneczną. W przypadku jej braku satelity zasilane są z zapasowych baterii

• Wyposażone są w silniki naprowadzające je na właściwą drogę

• Każdy satelita jest wyposażony w bardzo dokładny zegar (dokładność 3ns), po to aby bardzo dokładnie odmierzyć czas dotarcia sygnału od satelity do odbiornika

• Bezzałogowe, naziemne stacje monitorujące • lokalizacja: Hawaje i Kwajalein na Pacyfiku; Diego

Garcia na Oceanie Indyjskim; Ascension Island na Oceanie Atlantyckim; Colorado Springs

• odbierają sygnały z satelitów i wysyłają informacje do stacji sterowania

• Naziemna stacja sterowania• lokalizacja: Colorado Springs.

• poprawia dane (położenie na orbicie, prędkość i zegary) z satelitów i wysyła poprawione dane do wszystkich satelitów, wprowadza korekty

• Różne rodzaje: doręczne, przewoźne (montowane na statkach, w samochodach, samolotach itd), mogą być wbudowane w telefon komórkowy.

• Do jego zadań należy m.in. Odbieranie i dekodowanie sygnałów ,,satelitarnych''. Sygnały te po przetworzeniu przez mikroprocesor są danymi w postaci współrzędnych geograficznych, parametru prędkości i korekty zegara odbiornika.

Do wyznaczenia lokalizacji odbiornika wymagane jest „widzenie” minimum 4 satelitów

Działanie oparte jest na obliczeniu odległości między odbiornikiem GPS a satelitami, które są widziane przez odbiornik. Aby ustalić pozycję wystarczy aby namierzyć 3 satelity, przy 4 możliwe jest też wyznaczenie wysokości npm.

Odbiornik oblicza swoją lokalizację na podstawie dwóch wiadomości: lokalizacji satelity i odległości odbiornika od satelity

Lokalizacja satelity?

Odbiornik odbiera z satelity zakodowane informacje o orbicie na której znajduje się satelita i lokalizację na orbicie (Almanac data )

Odległości odbiornika od satelity? Odbiorniki użytkowników systemu GPS mierzą

odległość od satelitów przez pomiar czasu, jaki potrzebny jest na przesłanie sygnału satelitarnego od satelity do anteny odbiornika

• Niedokładność zegara w odbiorniku – im dokładniejszy tym droższy odbiornik

• Liczba widocznych satelitów przez odbiornik – im więcej widzi satelitów tym większa dokładność lokalizacji

• Wzajemne geometryczne rozmieszczenie satelitów - najgorszy przypadek, gdy satelity są w linii.

• Turystyka – żeglarstwo, wycieczki górskie i rowerowe (trzeba znać swoje położenie i trzymać się drogi):

W każdej chwili na ekranie GPS-a dostępny jest dokładny czas satelitarny, pokazana odległość do celu lub najbliższego punktu trasy, kierunek w którym mamy iść oraz przewidywany czas dotarcia. GPS oblicza też czas wschodu i zachodu Słońca dla dowolnego punktu, będziemy zatem wiedzieć, czy dotrzemy "za dnia" czy w nocy.

• Ratownictwo górskie

• balony z odbiornikami GPS do badania dziury ozonowej

• lokalizacja pojazdów ratowniczych (karetki, Policja) najbliżej wypadku

• odbiorniki GPS w samochodach: lokalizacja, poszukiwanie samochodów skradzionych, monitoring

• badanie migracji zwierząt zagrożonych wyginięciem

• W budownictwie – przy budowie górskich tunelów

• Problemy związane z implementacją tradycyjnego odbiornika GPS w urządzeniu przenośnym:

• w przypadku inicjalizacji działania czas potrzebny na rozpoczęcie śledzenia satelitów waha się od 30 sekund do kilku minut

• słabe efekty w przypadku pracy w „trudnym” środowisku, gdzie sygnał GPS jest słaby (tereny zurbanizowane, wnętrza budynków, gęste listowie)

• problem w przypadku interferencji wielodrogowych – sygnał ulega refrakcji

• aby zminimalizować powyższe efekty odbiorniki GPS wyposażane są do 12 równolegle działających odbiorników

• problemy z zasilaniem (ciągłe działanie)

NAVSATNavy Navigation Satellite System

(NAVSAT, znany również pod nazwą TRANSIT lub Sat - Nav)

GLONASS Rosyjski system podobny do GPS

Rozwój GPS można porównać do rozwoju internetu i telefoni komórkowej. Raz poznawszy zalety jego stosowania, człowiek nigdy już z nich nie zrezygnuje. Obok telewizji satelitarnej jest wymiernym i powszechnym efektem jaki przyniósł ludziom podbój kosmosu.

Przed ludzkim umysłem stają teraz nowe wyzwania - znalezienie nowych zastosowań dla technologii GPS. Należy mieć tylko nadzieję, że pójdziemy we właściwym kierunku, że ta techologia poprawi nasze bezpieczeństwo, uprzyjemni nam podróże, sprawi, iż będziemy mogli lepiej poznać i zrozumieć otaczający nas świat, zinwentaryzować zasoby naturalnego środowiska itd. Przeciwny kierunek, to precyzyjniej naprowadzane pociski rakietowe, możliwość totalnej inwigilacji pojedynczych jednostek i całych grup społecznych, oraz szereg innych jeszcze równie przerażających zastosowań.

Można mieć tylko nadzieję, iż właściwie i mądrze wykorzystamy tę technologię, z pożytkiem dla całej ludzkości.

DZIEKUJE ZA UWAGE