GPS je navigační technologie, která pomocí satelitů sděluje přesné informace o poloze. Systém GPS se v zásadě skládá ze skupiny satelitů a dobře vyvinutých nástrojů, jako je přijímač. Systém by však měl obsahovat nejméně čtyři satelity. Každý satelit a přijímač jsou vybaveny stabilními atomovými hodinami. Satelitní hodiny jsou synchronizovány navzájem a pozemními hodinami. Přijímač GPS má také hodiny, ale není synchronizovaný a není stabilní (méně stabilní). Jakákoli odchylka skutečného času satelitů od pozemních hodin by měla být denně opravována. Ze synchronizované sítě satelitů a přijímače je třeba vypočítat čtyři neznámé veličiny (tři souřadnice a odchylku hodin od času satelitu).Úkolem přijímače GPS je přijímat signály ze sítě satelitů a vypočítat tři základní neznámé rovnice času a polohy.
Signál GPS obsahuje pseudonáhodné kódy a čas přenosu a polohu satelitu v té době. Signál vysílaný pomocí GPS se také nazývá nosná frekvence s modulací. Dále je pseudonáhodný kód posloupností nul a jedniček. Prakticky se poloha přijímače a posunutí hodin přijímače vzhledem k času systémového přijímače počítají současně pomocí navigačních rovnic ke zpracování doby letu (TOF). TOF jsou čtyři hodnoty, které přijímač vytváří pomocí času příjezdu a času přenosu signálu. Poloha se obvykle převádí na zeměpisnou šířku, délku a výšku vzhledem k geoidům (v podstatě střední hladinu moře). Poté se na obrazovce zobrazí souřadnice.
Prvky GPS
Struktura GPS je složitá. Skládá se ze tří hlavních segmentů vesmírného segmentu, řídicího segmentu a uživatelského segmentu. Vypuštění satelitu na oběžnou dráhu Země je náročná práce. Vesmírný segment zahrnuje 24 až 32 satelitů nebo vesmírných vozidel na stejné oběžné dráze, každý po 8 na třech kruhových drahách. Nejméně šest satelitů je vždy v přímé viditelnosti téměř všude na zemském povrchu.
Vedle vesmírného segmentu je kontrolní segment. V řídicím segmentu je hlavní řídící stanice, alternativní hlavní řídicí stanice, pozemní antény a monitorovací stanice. Segment uživatelů se skládá z tisíců civilních, obchodních a vojenských pozičních služeb. Přijímač GPS nebo zařízení sestává z antény naladěné na frekvenci vysílanou satelity. Zahrnuje také displej, který poskytuje polohu a čas.
Přijímač GPS je klasifikován podle počtu satelitů, které dokáže monitorovat současně, tj. Podle počtu kanálů. Přijímače mají obvykle čtyři až pět kanálů, ale nedávný pokrok ukázal, že bylo vytvořeno až 20 kanálů.
Frekvence satelitu: Všechny frekvence satelitního vysílání. Kmitočtové pásmo zahrnuje pět typů, například L1, L2, L3, L4 a L5. Tato pásma mají frekvenční rozsahy mezi 1176 MHz a 1600 M Hz.
Jak funguje GPS
Družice GPS se otáčejí po celé zemi dvakrát za den. Točí se kolem velmi přesným směrem a vysílá na Zemi indikace a informace. Přijímače GPS získají všechny informace a pomocí triangulace zjistí přesnou polohu uživatele. Přijímač GPS v zásadě porovnává dobu, po kterou se signál šířil satelitem, a přiděluje čas, kdy byl přijat. Časový rozdíl určuje, jak daleko je přijímač od satelitů GPS. Změří přesnou vzdálenost několika dalšími satelity a přijímač určí polohu uživatele a zobrazí ji na mapě elektronického zařízení.
Přijímač musí být uzamčen na signál nejméně třemi satelity, aby se vytvořila dvourozměrná poloha, a také sleduje pohyb uživatele. Použitím čtyř nebo více satelitů může přijímač určit trojrozměrnou polohu uživatele, která se skládá z nadmořské výšky, zeměpisné šířky a délky. Po určení polohy uživatele vypočítá jednotka GPS další informace, jako je rychlost, směr, stopa, vzdálenost, cíl, východ slunce a čas západu slunce.
Jak přesná je GPS?
Přijímače GPS jsou velmi přesné díky paralelnímu vícekanálovému designu. Paralelní kanály jsou velmi rychlé a přesné, i když některé faktory, jako je atmosférický šum a rušení, mohou někdy narušit a ovlivnit přesnost přijímačů GPS.
Uživatelé mohou také získat vylepšenou přesnost pomocí diferenciálního GPS (DGPS), který opravuje signály GPS tak, aby byly obklopeny běžnými třemi až pěti metry. Pobřežní stráž USA provozuje nejběžnější korekční službu DGPS. Systém obsahuje uspořádání věží, které získávají signály GPS a vysílají přesný signál pomocí majákových vysílačů. Aby bylo možné získat přesný signál, musí mít uživatelé kromě GPS přijímač diferenciálního majáku a majákovou anténu.
Zdroje chyb signálu GPS
Faktory, které mohou narušit přesnost signálů GPS a tím ovlivnit přesnost, zahrnují následující:
- Zpoždění ionosféry a troposféry - Satelitní signál se zpomaluje, když prochází vrstvami atmosféry. Systém GPS používá vestavěný model, který se používá k výpočtu pravidelné délky překážek potřebných k nápravě tohoto typu nepřesnosti.
- Vícecestný signál - K této chybě dochází, když se signál odráží od objektů, jako jsou vyšší budovy a větší kameny, než dosáhne přijímače. To zvyšuje celkovou dobu trvání pohybu signálu a způsobuje chyby a nepřesnosti.
- Orbitální chyby - Tyto chyby se také nazývají chyby efemeridy, které se používají k výpočtu nepřesností umístění satelitu.
- Počet viditelných satelitů - přesnost závisí na přesném počtu satelitů, které může přijímač GPS vidět. Faktory jako budovy, terén, elektronické rušení blokují přesnost a příjem signálu, což způsobuje chyby v poloze a někdy žádné čtení signálů. Obvykle nefunguje uvnitř, pod vodou ani v podzemí.
Aplikace
Nejen pro vojenské použití je stroj GPS široce známý pro své použití v civilních a komerčních službách. Některé civilní aplikace jsou:
1. Astronomie: Používá se při astrometrii a výpočtech nebeské mechaniky.
2. Automatizovaná vozidla: Používá se také v automatických vozidlech (vozidla bez řidiče) k aplikaci umístění pro osobní a nákladní automobily.
3. Mobilní telefonování: Moderní mobilní telefony jsou vybaveny softwarem pro sledování GPS. Je přítomen, protože člověk může znát svoji polohu a může také sledovat blízké služby, jako jsou bankomaty, kavárny, omezení atd. První GPS s povoleným mobilním telefonem byl spuštěn v 90. letech. V mobilní telefonii se také používá při detekci tísňových volání a mnoha dalších aplikací.
4. Pomoc při katastrofách a další pohotovostní služby: V případě jakékoli přírodní katastrofy je nejlepším nástrojem k identifikaci polohy GPS. Ještě před katastrofami, jako jsou cyklóny, GPS pomáhá při výpočtu odhadovaného času.
5. Sledování flotily: GPS je vývojový nástroj známý svým potenciálem sledovat vojenské lodě během války.
6. Poloha automobilu: Auto s funkcí GPS usnadňuje sledování jeho polohy.
7. Geo oplocení: V geo oplocení používáme GPS ke sledování člověka, zvířete nebo automobilu. Zařízení je připevněno k vozidlu, osobě nebo na obojku zvířete. Poskytuje nepřetržité sledování a aktualizaci.
8. Geo tagging: jednou z hlavních aplikací je geotagging, což znamená použití místních souřadnic na digitální objekty.
9. GPS pro těžbu: Používá přesnost určování polohy na centimetr.
10. Prohlídky GPS: pomáhá při určování polohy blízkého bodu zájmu.
11. Zeměměřičství: Zeměměřiči využívají k vykreslování map Globální poziční systém.