Global Positioning System

Topomania
Global Positioning System
GPS-NAVSTAR (ang. Global Positioning System - NAVigation Signal Timing And Ranging)) – system nawigacji
satelitarnej obejmuj±cy zasiêgiem ca³± kulê ziemsk±. Zasada dzia³ania polega na bardzo dok³adnym (atomowym)
pomiarze czasu dotarcia sygna³u radiowego z satelitów do odbiornika.
Znaj±c prêdko¶æ fali elektromagnetycznej mo¿na obliczyæ odleg³o¶æ odbiornika od satelitów. Maj±c wpisane do pamiêci
urz±dzenia po³o¿enie satelitów w czasie, mikroprocesor odbiornika mo¿e obliczyæ pozycjê geograficzn± (d³ugo¶æ,
szeroko¶æ geograficzn± oraz wysoko¶æ elipsoidaln±) w uk³adzie WGS-84, a tak¿e aktualny czas GPS z dok³adno¶ci± do
jednej milionowej sekundy.System GPS jest utrzymywany i zarz±dzany przez Departament Obrony USA. Korzystaæ z jego
us³ug mo¿e w zasadzie ka¿dy - wystarczy tylko posiadaæ odpowiedni odbiornik GPS. Takie odbiorniki s± produkowane
przez niezale¿ne firmy komercyjne.
System satelitów
System pracuje na obszarze ca³ej Ziemi, bo w ka¿dym punkcie globu widoczne s± zawsze przynajmniej cztery satelity.
Co najmniej 24 satelity kr±¿± po orbitach na wysoko¶ci oko³o 20183 km. Jest to orbita ni¿sza od geostacjonarnej.
System wielu nadajników jest bardzo kosztowny, Amerykanie regularnie musz± umieszczaæ na orbicie kolejne w
zastêpstwie tych, które zesz³y z w³a¶ciwej orbity lub uleg³y awarii. Ciekawostk± jest fakt, ¿e na ka¿dym satelicie jest
zainstalowana aparatura szpiegowska NUDET (Nuclear Detection) przeznaczona do natychmiastowego wykrywania
wybuchów nuklearnych na Ziemi.
Generacje satelitów GPS
Satelity bloku I (SVN1 – SVN11):
ju¿ ich nie ma,
posiada³y 3 zegary: 1 cezowy i 2 rubidowe,
Satelity bloku II (SVN13 – SVN21):
silny sygna³,
konstrukcja umo¿liwia³a dzia³anie w ci±gu 14 dni bez potrzeby kontaktu ze stacja kontroln±,
http://www.compuservpl.info/gps
Kreator PDF
Utworzono 2 March, 2017, 07:05
Topomania
Satelity bloku IIA (SVN22 – SVN40):
zdolno¶æ transmisji sygna³u zdegradowanego przez degradacjê SA i AS,
dzia³anie 180 dni bez potrzeby kontaktu ze stacjami kontrolnymi (degradacja danych nawigacyjnych),
posiada³y 4 zegary atomowe: 2 cezowe i 2 rubidowe),
¿ywotno¶æ satelity: 9.6 - 10.23 lat,
Satelity bloku IIR (SVN41 – SVN62):
dzia³anie prze 14 dni bez kontaktu ze stacjami kontrolnymi w przypadku korzystania z systemu autonomicznej
nawigacji,
mo¿liwo¶æ ³aczno¶ci miêdzy sob± i mo¿liwy pomiar odleg³o¶ci miêdzy satelitami,
3 zegary rubidowe,
zdolno¶æ transmisji sygna³u zdegradowanego przez degradacjê SA i AS,
¿ywotno¶æ satelity: 8.57 - 10.62 lat,
http://www.compuservpl.info/gps
Kreator PDF
Utworzono 2 March, 2017, 07:05
Topomania
Satelity bloku IIF:
znacznie lepsza jako¶æ sygna³u;
lustra laserowe;
integracja z innymi technikami (inercjalnymi),
mo¿liwa wzajemna ³±czno¶æ i wzajemny pomiar odleg³o¶ci,
¿ywotno¶æ satelity: 11.35 lat.
{mospagebreak title=Zasada dzia³ania}
Zasada dzia³ania
Sygna³ dociera do u¿ytkownika na dwóch czêstotliwo¶ciach no¶nych f1 = 1575,42 MHz i f2 = 1227,6 MHz. Druga
czêstotliwo¶æ ze wzglêdu na utajnione szyfrowanie sygna³u jest dostêpna tylko dla armii USA. Porównanie ró¿nicy faz
obu sygna³ów pozwala na dok³adne wyznaczenie czasu propagacji, który ulega nieznacznym wahaniom w wyniku
zmiennego wp³ywu jonosfery. U¿ytkownicy cywilni przybli¿on± poprawkê jonosferyczn± otrzymuj± w depeszy
nawigacyjnej lub dziêki systemowi DGPS.
Identyfikacja satelitów oparta jest na metodzie podzia³u kodu CDMA (Code Division Multiple Access) oznacza to, ¿e
wszystkie satelity emituj± na tych samych czêstotliwo¶ciach, ale sygna³y s± modulowane ró¿nymi kodami.
Odbiór sygna³u bez zastosowania anten parabolicznych, które w tym przypadku s± bezu¿yteczne ze wzglêdu na ich
kierunkowo¶æ, wymaga zaawansowanych technik oddzielania sygna³u od szumu i przetwarzania sygna³u. Satelity s± w
ci±g³ym ruchu; wyznaczenie pozycji odbiornika na podstawie pomiaru tzw. pseudoodleg³o¶ci od kilku satelitów jest
równie¿ z³o¿onym zadaniem, wymagaj±cym m.in. uwzglêdnienia spowolnienia up³ywu czasu w polu grawitacyjnym
Ziemi.
Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest czas. Ka¿dy satelita jest wyposa¿ony w zegar atomowy, dziêki czemu jego
sygna³ jest dok³adnie zsynchronizowany z ca³ym systemem. Jednocze¶nie satelity tworz± razem z kilkoma
nadajnikami naziemnymi swoista sieæ korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie tylko pozycje, ale równie¿
bardzo precyzyjny czas.
http://www.compuservpl.info/gps
Kreator PDF
Utworzono 2 March, 2017, 07:05
Topomania
Aby okre¶liæ pozycjê w trójwymiarowej przestrzeni i czas systemu konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej
czterech satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudodleg³o¶ci do satelitów oraz odchy³ki czasu (ró¿nicy miêdzy tanim i
niedostatecznie dok³adnym wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym zegarem atomowym na
satelicie). Dok³adne wspó³rzêdne satelity s± transmitowane w depeszy nawigacyjnej. W przypadku mo¿liwo¶ci odbioru
tylko z trzech satelitów niektóre odbiorniki mog± pracowaæ w trybie 2D z ustawion± przez u¿ytkownika wysoko¶ci±.
{mospagebreak title=Parametry techniczne}
Parametry techniczne
Ze wzglêdów technicznych dok³adno¶æ obliczania wysoko¶ci nad poziomem morza jest oko³o 3 razy mniejsza ni¿
d³ugo¶ci i szeroko¶ci geograficznej. Wynika to z geometrii wciêcia przestrzennego wykorzystanego do wyznaczenia
pozycji. Jako¶æ wyznaczenia pozycji okre¶laj± parametry rozmycia precyzji DOP (Dilution Of Precision).
Odbiorniki GPS wyposa¿ono w wiele funkcji. Miêdzy innymi:
okre¶lenie wspó³rzêdnych wed³ug ró¿nych uk³adów odniesienia (standardowo WGS-84)
rejestrowanie ¶ladu
nawigacja "do punktu" oraz "po trasie"
track back (czyli powrót do miejsca wyj¶cia "t± sam± tras±"
pomiar odleg³o¶ci
wyznaczenie powierzchni (np dzia³ki)
obliczanie wschodów i zachodów s³oñca oraz pór ksiê¿yca
http://www.compuservpl.info/gps
Kreator PDF
Utworzono 2 March, 2017, 07:05
Topomania
a w bardziej rozbudowanych odbiornikach:
wy¶wietlanie map i nawigacja na mapach warstwowych
komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i bluetooth z innym sprzêtem elektronicznym (PC, PPC, Palm,
elektroniczna mapa morska ECDIS)
autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy "po drogach")
Wersje przeznaczone do eksploatacji na statkach posiadaj± bardzo rozbudowane mo¿liwo¶ci nawigacyjne. Wersje
l±dowe mog± byæ wyposa¿one w cyfrowe mapy terenu (takie urz±dzenia s± czasami instalowane w samochodach) oraz
lekkie odbiorniki przeno¶ne zasilane bateriami lub akumulatorami. Niektóre odbiorniki pozwalaj± na okre¶lanie pozycji z
innych systemów, jak GLONASS, czy Loran C
Dynamicznie rozwija siê segment odbiorników GPS do tzw. palmtopów / PDA. Dziêki niskiej cenie i mo¿liwo¶ci wyboru
oprogramowania, które najlepiej spe³nia oczekiwania u¿ytkownika, jest to alternatywne rozwi±zanie dla urz±dzeñ typu
wszystko-w-jednym. Dostêpne opcje pozwalaj± na pod³±czenie odbiornika na kablu, na karcie rozszerzeñ (CF lub SD)
lub bezprzewodowo (bluetooth). Popularne staj± siê równie¿ palmtopy / PDA z wbudowanym odbiornikiem GPS.
Dostêpny jest bardzo szeroki wybór oprogramowania zarówno do nawigacji samochodowej (np. Automapa, Navigo),
morskiej jak i specjalistyczne programy (np. do pomiaru powierzchni).
Coraz czê¶ciej GPS stosuje siê w telefonach komórkowych. Do tego celu wystarczy odbiornik GPS z bluetooth i
kompatybilny telefon. Równie¿ na telefony powsta³o wiele aplikacji obs³uguj±cych GPS. Np. TOMTOM mobile,
NaviExpert.
¬ród³o: http://pl.wikipedia.org/wiki/Palmtop
http://www.compuservpl.info/gps
Kreator PDF
Utworzono 2 March, 2017, 07:05