Transcript GPS
GPS • Czym jest GPS? • Segment kosmiczny – System satelitów – Zasada działania • Segment naziemny • Segment użytkownika – Parametry techniczne i zastosowanie GPS GPS (ang. Global Positioning System) Globalny System Pozycjonowania Jest to satelitarny system przeznaczony do szybkiego i dokładnego wyznaczania współrzędnych geograficznych określających pozycję anteny odbiornika w przestrzeni, obejmujący zasięgiem całą kulę ziemską. Sygnały odbierane przez dowolny odbiornik GPS dostępne są w sposób ciągły, niezależnie od warunków pogodowych, w dowolnym czasie i miejscu. Satelita GPS System satelitów pracuje na obszarze całej Ziemi, bo w każdym punkcie globu widoczne są zawsze przynajmniej cztery satelity. Co najmniej 24 satelity krążą po orbitach na wysokości około 20183 km. Jest to orbita niższa od geostacjonarnej. System wielu nadajników jest bardzo kosztowny, Amerykanie regularnie muszą umieszczać na orbicie kolejne w zastępstwie tych, które zeszły z właściwej orbity lub uległy awarii. Ciekawostką jest fakt, że na każdym satelicie jest zainstalowana aparatura szpiegowska NUDET (Nuclear Detection) przeznaczona do natychmiastowego wykrywania wybuchów nuklearnych na Ziemi. Konfiguracja satelitów operacyjnych GPS Zasada działania polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów do odbiornika. Każdy z satelitów transmituje informację czasową oraz dane nawigacyjne. Odbiornik GPS służy do odbioru oraz przetwarzania sygnału i dekodowania informacji satelitarnej. Wyznacza on czas jaki upłynął od momentu wysłania sygnału do momentu jego odbioru i określa na tej podstawie odległość pomiędzy satelitą, a użytkownikiem, a także położenie satelity w momencie nadawania sygnału. Odległości od satelitów i ich współrzędne są wystarczającymi danymi do wyznaczenia pozycji geograficznej odbiornika (długość i szerokość geograficzną). Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest czas. Każdy satelita jest wyposażony w zegar atomowy, dzięki czemu jego sygnał jest dokładnie zsynchronizowany z całym systemem. Jednocześnie satelity tworzą razem z kilkoma nadajnikami naziemnymi swoista sieć korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie tylko pozycje, ale również bardzo precyzyjny czas. Aby określić pozycję w trójwymiarowej przestrzeni konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudodległości do satelitów oraz odchyłki czasu (różnicy między tanim i niedostatecznie dokładnym wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym zegarem atomowym na satelicie). Dokładne współrzędne satelity są transmitowane w depeszy nawigacyjnej. Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych (sygnał o częstotliwości 1575,42 MHz) oraz precyzyjny dla armii USA (częstotliwość 1227,6 MHz). Standardowy dostęp ze względów technicznych daje dokładność rzędu kilku metrów. Jednak ze względu na możliwość zastosowania nawet takiej informacji w działaniach militarnych, sygnał cywilny był zakłócany pseudolosowym błędem – w wybranych miejscach Ziemi, a później globalnie. Dokładność ustalenia pozycji spadała do około 100 metrów. Błąd ten można było kompensować pod warunkiem znajomości metody zakłócania, oczywiście tajnej. Zakłócanie sygnału nazywane było Selective Availability. 1 maja 2000 prezydent USA Bill Clinton nakazał usunięcie celowego zakłócania sygnału, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4-12 metrów. W jego skład wchodzą: • 5 bezzałogowych stacji śledzących, zlokalizowanych w okolicy równika, które stale mierzą pseudodległości, fazy nośne i gromadzą depesze nawigacyjne satelitów, są to stacje: Colorado Springs, Hawaje, Ascestor, Diego Garcia, Kawajalein. Obecnie dodano 6 stacji NIMA, planuje się dodanie dalszych 6. W rezultacie wszystkie satelity będą widzialne przez nie mniej niż dwie stacje śledzące co pozwoli zwiększyć dokładność kontrolowania parametrów pracy systemu. • stacja główna analizująca stan techniczny satelitów i decydująca o koniecznych korektach • 3 stacje korygujące przesyłające dane aktualizujące pamięć satelitówi inne komendy dotyczące ich funkcjonowania Odbiorniki GPS wyposażono w wiele funkcji. Między innymi: Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica • Określenie współrzędnych według różnych układów odniesienia • Rejestrowanie śladu • Nawigacja „do punktu” oraz „po trasie” • Track back (czyli powrót do miejsca wyjścia „tą samą trasą) • Pomiar odległości • Wyznaczenie powierzchni (np. działki) • Obliczanie wschodów i zachodów słońca oraz pór księżyca A w bardziej rozbudowanych odbiornikach: • Wyświetlanie map i nawigacja na mapach warstwowych • komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i bluetooth z innym sprzętem elektronicznym (PC, PPC, Palmtop) • autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy "po drogach") Odbiorniki GPS obecnie stanowią standardowe wyposażenie jachtów, statków, samolotów i coraz częściej samochodów, zarówno osobowych jak i ciężarowych. Zastosowanie systemu GPS pierwotnie spełniało rolę nawigacji, jednakże wraz z rozwojem technologii i techniki telekomunikacyjnej jego zastosowanie znacznie się rozszerzyło i obecnie za jego pośrednictwem jesteśmy w stanie stwierdzić nie tylko pozycję pojazdu lecz także wszelkie jego cechy i parametry fizyczne. Na rynku powstaje coraz więcej firm oferujących swoje usługi w zakresie lokalizacji i monitorowania pojazdów.