GPS (z ang. Global Positioning System) - system nawigacji satelitarnej obejmujący zasięgiem całą kulę ziemską. Zasada działania polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów do odbiornika. Znając prędkość fali elektromagnetycznej można obliczyć odległość odbiornika od satelitów. Mając wpisane do pamięci urządzenia położenie satelitów w czasie, mikroprocesor odbiornika może obliczyć pozycję geograficzną (długość i szerokość geograficzną).
GPS -
z odbiornikiem GPS

Struktura systemu satelitów

System 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 20200 km. Jest to orbita niższa od geostacjonarnej. Odbiór sygnału z tych satelitów bez zastosowania anten parabolicznych wymaga zaawansowanych technik oddzielania sygnału od szumu i przetwarzania sygnału. Satelity są w ciągłym ruchu; wyznaczenie pozycji odbiornika na podstawie pomiaru tzw. pseudoodległości od kilku satelitów jest również złożonym zadaniem, wymagającym m.in. uwzględnienia spowolnienia upływu czasu w polu grawitacyjnym Ziemi. System wielu nadajników jest bardzo kosztowny, bo Amerykanie regularnie muszą umieszczać na orbicie kolejne w zastępstwie tych, które zeszły z właściwego miejsca albo uległy awarii.

Pomiar czasu

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 jest również bardzo precyzyjnym zegarem.
GPS -

Parametry techniczne

Ze względów technicznych dokładność obliczania wysokości nad poziomem morza jest mniejsza niż długości i szerokości geograficznej.
Odbiorniki GPS wyposażono w wiele funkcji. Między innymi:
  • określenie współrzędnych według róznych systemów (standardowo WGS 1984)
  • rejestrowanie śladu
  • nawigacja "do punktu" oraz "po trasie"
  • track back (czyli powrot do miejsca wyjścia "ta sama trasa"
  • 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) z innym sprzetem elektronicznym (PC, PPC, Palm)
  • autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy "po drogach")
Wersje przeznaczone do eksploatacji na statkach posiadają bardzo rozbudowane możliwości nawigacyjne. Wersje lądowe mogą być wyposażone w cyfrowe mapy terenu (takie urządzenia są czasami instalowane w samochodach) oraz lekkie odbiorniki przenośne zasilane bateriami lub akumulatorami.

Zakłócanie pracy GPS

Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu - dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla armii USA. 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. Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń - wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy okres czasu. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS.
1 maja 2000 prezydent USA nakazał usunięcie celowego zakłócania sygnalu dzięki czemu dokładność określania sygnału dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 6-12 metrów.
Odbiorniki cywilne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach. W szczególności, przestają działać po przekroczeniu pewnej prędkości - starsze odbiorniki 160 km/h, nowsze rzędu 1665 km/h.
Odbiorniki militarne korzystają z dodatkowych sygnałów - łącznie z dwóch rodzajów sygnału (możliwość korekcji fazowej sygnału), podczas gdy dostęp standardowy bazuje tylko na jednej częstotliwości. Dzięki temu odbiorniki wojskowe potrafią ustalać położenie nawet z milimetrową dokładnością.

Inne systemy pozycjonowania

Inny pracujący obecnie system pozycjonowania to GLONASS. Jest on zarządzany przez Rosyjskie Siły Kosmiczne. GLONASS dostarcza dwa rodzaje sygnału wojskowy oraz cywilny pracujący z dokładnością 60 m. W skład systemu wchodzą 24 satelity oraz naziemna stacja kontroli.
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) planuje budowę własnego systemu nawigacji. Ma on nosić nazwę Galileo i składać się z 30 satelitów. Zegary zastosowane w europejskich satelitach będą dużo dokładniejsze niż w rosyjskim i amerykańskim systemie, dzięki czemu planuje się osiągnięcie dokładności pozycjonowania w granicach 50 cm. Pierwsze testy Galileo mają się rozpocząć w roku 2005, a system ma być w pełni sprawny w roku 2008.

Linki zewnętrzne

W języku angielskim:
  • Galileo http://www.esa.int/export/esaSA/navigation.html
  • GLONASS http://www.glonass-center.ru/
Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.