GPS

1

GPS
2
GPS

• Czym jest GPS?
• Segment kosmiczny
• System satelitów
• Zasada dzialania
• Segment naziemny
• Segment uzytkownika
• Parametry techniczne i
• zastosowanie GPS

3
GPS (ang. Global Positioning System) Globalny
System Pozycjonowania
Jest to satelitarny system przeznaczony do
szybkiego i dokladnego wyznaczania wspólrzednych
geograficznych okreslajacych pozycje anteny
odbiornika w przestrzeni, obejmujacy zasiegiem
cala kule ziemska. Sygnaly odbierane przez
dowolny odbiornik GPS dostepne sa w sposób
ciagly, niezaleznie od warunków pogodowych, w
dowolnym czasie i miejscu.
4
Satelita GPS
System satelitów pracuje na obszarze calej Ziemi,
bo w kazdym punkcie globu widoczne sa zawsze
przynajmniej cztery satelity. Co najmniej 24
satelity kraza po orbitach na wysokosci okolo
20183 km. Jest to orbita nizsza od
geostacjonarnej. System wielu nadajników jest
bardzo kosztowny, Amerykanie regularnie musza
umieszczac na orbicie kolejne w zastepstwie tych,
które zeszly z wlasciwej orbity lub ulegly
awarii. Ciekawostka jest fakt, ze na kazdym
satelicie jest zainstalowana aparatura
szpiegowska NUDET (Nuclear Detection)
przeznaczona do natychmiastowego wykrywania
wybuchów nuklearnych na Ziemi.
Konfiguracja satelitów operacyjnych GPS
5
Zasada dzialania polega na pomiarze czasu
dotarcia sygnalu radiowego z satelitów do
odbiornika. Kazdy z satelitów transmituje
informacje czasowa oraz dane nawigacyjne.
Odbiornik GPS sluzy do odbioru oraz przetwarzania
sygnalu i dekodowania informacji satelitarnej.
Wyznacza on czas jaki uplynal od momentu wyslania
sygnalu do momentu jego odbioru i okresla na tej
podstawie odleglosc pomiedzy satelita, a
uzytkownikiem, a takze polozenie satelity w
momencie nadawania sygnalu. Odleglosci od
satelitów i ich wspólrzedne sa wystarczajacymi
danymi do wyznaczenia pozycji geograficznej
odbiornika (dlugosc i szerokosc geograficzna).
6
Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest
czas. Kazdy satelita jest wyposazony w zegar
atomowy, dzieki czemu jego sygnal jest dokladnie
zsynchronizowany z calym systemem. Jednoczesnie
satelity tworza razem z kilkoma nadajnikami
naziemnymi swoista siec korekcji czasu. W efekcie
odbiornik GPS podaje nie tylko pozycje, ale
równiez bardzo precyzyjny czas. Aby okreslic
pozycje w trójwymiarowej przestrzeni konieczny
jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech
satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudodleglosci
do satelitów oraz odchylki czasu (róznicy miedzy
tanim i niedostatecznie dokladnym wzorcem
kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i
precyzyjnym zegarem atomowym na satelicie).
Dokladne wspólrzedne satelity sa transmitowane w
depeszy nawigacyjnej.
7
Ze wzgledów strategicznych przewidziano dwa
poziomy dostepu dostep standardowy dla
odbiorców cywilnych (sygnal o czestotliwosci
1575,42 MHz) oraz precyzyjny dla armii USA
(czestotliwosc 1227,6 MHz). Standardowy dostep ze
wzgledów technicznych daje dokladnosc rzedu kilku
metrów. Jednak ze wzgledu na mozliwosc
zastosowania nawet takiej informacji w
dzialaniach militarnych, sygnal cywilny byl
zaklócany pseudolosowym bledem w wybranych
miejscach Ziemi, a pózniej globalnie. Dokladnosc
ustalenia pozycji spadala do okolo 100 metrów.
Blad ten mozna bylo kompensowac pod warunkiem
znajomosci metody zaklócania, oczywiscie tajnej.
Zaklócanie sygnalu nazywane bylo Selective
Availability. 1 maja 2000 prezydent USA Bill
Clinton nakazal usuniecie celowego zaklócania
sygnalu, dzieki czemu dokladnosc okreslania
pozycji dla zwyklych uzytkowników wzrosla do
okolo 4-12 metrów.
8
W jego sklad wchodza
Segment naziemny (kontroli)

• 5 bezzalogowych stacji sledzacych,
  zlokalizowanych w okolicy równika, które stale
  mierza pseudodleglosci, fazy nosne i gromadza
  depesze nawigacyjne satelitów, sa to stacje
  Colorado Springs, Hawaje, Ascestor, Diego Garcia,
  Kawajalein. Obecnie dodano 6 stacji NIMA, planuje
  sie dodanie dalszych 6. W rezultacie wszystkie
  satelity beda widzialne przez nie mniej niz dwie
  stacje sledzace co pozwoli zwiekszyc dokladnosc
  kontrolowania parametrów pracy systemu.
• stacja glówna analizujaca stan techniczny
  satelitów i decydujaca o koniecznych korektach
• 3 stacje korygujace przesylajace dane
  aktualizujace pamiec satelitówi inne komendy
  dotyczace ich funkcjonowania

9
Segment Uzytkownika
Odbiorniki GPS wyposazono w wiele funkcji. Miedzy
innymi

• Okreslenie wspólrzednych wedlug róznych ukladów
  odniesienia
• Rejestrowanie sladu
• Nawigacja do punktu oraz po trasie
• Track back (czyli powrót do miejsca wyjscia ta
  sama trasa)
• Pomiar odleglosci
• Wyznaczenie powierzchni (np. dzialki)
• Obliczanie wschodów i zachodów slonca oraz pór
  ksiezyca
• A w bardziej rozbudowanych odbiornikach
• Wyswietlanie map i nawigacja na mapach
  warstwowych
• komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i
  bluetooth z innym sprzetem elektronicznym (PC,
  PPC, Palmtop)

Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica
10
Zastosowanie GPS
Odbiorniki GPS obecnie stanowia standardowe
wyposazenie jachtów, statków, samolotów i coraz
czesciej samochodów, zarówno osobowych jak i
ciezarowych.
Zastosowanie systemu GPS pierwotnie spelnialo
role nawigacji, jednakze wraz z rozwojem
technologii i techniki telekomunikacyjnej jego
zastosowanie znacznie sie rozszerzylo i obecnie
za jego posrednictwem jestesmy w stanie
stwierdzic nie tylko pozycje pojazdu lecz takze
wszelkie jego cechy i parametry fizyczne. Na
rynku powstaje coraz wiecej firm oferujacych
swoje uslugi w zakresie lokalizacji i
monitorowania pojazdów.
11
KONIEC