GPS

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

GPS je kratica za Global Positioning System (sistem globalnega določanja položaja). Oborožene sile Združenih držav Amerike uporabljajo polno ime, NAVSTAR GPS (Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System). GPS je satelitski navigacijski sistem, ki se uporablja za določanje natančnega položaja in časa kjerkoli na Zemlji ali v zemeljski tirnici. Njegovi sateliti na potovanju okrog Zemlje uporabljajo srednjo krožno tirnico.

Sistem GPS je zasnovalo obrambno ministrstvo ZDA, ki ga tudi upravlja. Prosto ga lahko uporablja vsakdo, ki ima ustrezen sprejemnik. Razdeljen je na tri odseke: vesoljskega, nadzornega in uporabniškega. Vesoljski odsek vključuje satelite GPS, nadzorni zemeljske postaje, ki skrbijo za nadzorovanje poti satelitov, usklajevanje njihovih atomskih ur in nalaganje podatkov, ki jih oddajajo sateliti. Uporabniški odsek sestavljajo civilni in vojaški GPS sprejemniki, ki razberejo časovne podatke iz večjega števila satelitov in nato izračunajo položaj sprejemnikov s postopkom trilateracije.

Cena vzdrževanja sistema je okrog 400 milijonov ameriških dolarjev letno. Vključuje tudi zamenjavo odsluženih satelitov. Prvi od 24 satelitov, ki trenutno sestavljajo sistem, je bil vtirjen 14. februarja 1989. 52. satelit od vzpostavitve sistema leta 1978 je bil izstreljen 6. novembra 2004 na krovu rakete Delta II.

[uredi] Delovanje

Sistem sestavlja najmanj 24 satelitov v 6 ravninah tirnic. Vsak od njih Zemljo obkroži dvakrat dnevno na višini 20200 km in ima nameščeno atomsko uro. Satelit neprestano oddaja čas (po svoji uri) in podatke o tirnici gibanja, ki jih določajo zemeljske opazovalnice.

Za pridobitev podatkov o zemljepisni dolžini in širini, nadmorski višini ter točnem času potrebujemo signale štirih satelitov. Iz razlike med časom sprejema signala in časom njegove oddaje lahko določimo razdaljo med sprejemnikom in satelitom. Nato iz njihovih signalov in notranje baze podatkov ugotovimo mesta satelitov. Sprejemnik se se torej nahaja na sferi, katere središče je satelit in katere polmer je določen z razdaljo, ki jo premagajo radijski signali v času od trenutka oddaje do trenutka sprejema signala. Ker sprejemnik hkrati sprejema signale iz več satelitov je mogoče določiti položaj sprejemnika na osnovi presečišča sfer s posameznih satelitov. Praviloma je za določitev položaja v tridimenzionalnem prostoru dovolj poznavanje treh sfer, zato bi bilo tudi za določitev položaja sprejemnika dovolj sprejemati signale s treh satelitov. Ta postopek zahteva velika natančnost ure v sprejemniku. Praviloma bi morala biti tako natančna kot ure v satelitih, kar praktično ni izvedljivo. Zahteve po natančnosti ure v sprejemniku lahko zmanjšamo tako, da uporabimo časovni signal z dodatnega satelita, kar nam omogoča da merimo le razlike med časi sprejemov signalov s posameznih satelitov. Ker se pri tej metodi nenatančnost ure ne akumulira, je lahko lahko ura v sprejemniku manj natančna. V sprejemnikih se zato lahko uporabljajo kvarčne ure.

Natančnost določitve položaja se lahko še poveča z diferenčno metodo, ki temelji na uporabi signalov z dodatnih virov. Te signale lahko oddajajo oddajniki na geostacionarnih satelitih. V evropi je tako poznan sistem EGNOS v Združenih državah Amerike pa WAAS. Pri delu geodetov se za uporabo diferenčne metode uporabljajo tudi oddajniki nameščeni na znani lokaciji v bližini sprejemnika.

[uredi] Nekaj primerov uporabe

• Osnovna funkcija GPS sprejemnika je prikaz točne lokacije (geografskih koordinat), na kateri je sprejemnik. Do leta 2000 so sateliti oddajali premaknjen čas in koordinate. Poleg teh osnovnih podatkov so oddajali še šifriran signal, ki je sporočal namenoma povzročeno napako. Ta signal so lahko dešifrirali samo sprejemniki oboroženih sil ZDA (verjetno NATA). Civilni sprejemniki so kazali koordinate, ki so bile do 120 m napačne. Po letu 2000 pa teh motenj ne uporabljajo več in so koordinate natančne na 10 m (lokacija je v krogu s polmerom 10 m).
• Pot k določeni točki. V sprejemnik vnesemo koordinate cilja in sprejemnik prikaže v kateri smeri je cilj in koliko je oddaljen. Da najdemo pot do cilja potrebujemo tako še kompas. Smer se po izbiri prikaže kot azimut ali kot odstopanje od trenutne smeri gibanja.
• Vodenje po poti. V sprejemnik vnesemo koordinate več točk in jih med seboj povežemo. Ko dosežemo prvo točko začne sprejemnik prikazovati smer k naslednji točki in tako naprej.
• Povezava z zemljevidi. Naprednejši sprejemniki imajo naložene zemljevide (predvsem avtocestne ali pomorske) in na zaslonu je prikazan trenutno aktualni izrez iz zemljevida, položaj in ostale zgoraj opisane informacije. Možna je tudi povezava s prenosnim računalnikom v katerem programska oprema omogoča prikaz in ovrednotenje položaja na vektorskih ali skeniranih zemljevidih.
• Povezava z avtopilotom. Posebna strojna in programska oprema omogoča povezavo z avtopilotom (na primer na plovilu) in sprejemnik po vnešeni poti krmili avtopilota in s tem plovilo.
• Pogosto se uporablja signal iz sistema GPS tudi le za zelo natančno določitev lokalnega časa.