• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Global Positioning System



    Podstrony: [1] 2 [3] [4] [5]
    Przeczytaj także...
    DOP (ang. Dilution Of Precision) – parametry opisujących wpływ geometrii konstelacji satelitów na wyznaczenie pozycji w systemie GPS.Na wynik pomiaru GPS wpływ ma wiele czynników, które należy uwzględnić przy opracowaniu pomiarów, szczególnie gdy zależy nam jednocześnie na wysokiej precyzji i dokładności. Oto lista najważniejszych czynników mogących spowodować błędy pomiaru i przełożyć się na dokładność wyznaczanych współrzędnych.
    Segment kosmiczny[]

    System satelitów[]

    Ilustracja konfiguracji satelitów operacyjnych GPS wraz z wirującą Ziemią. Opis wskazuje liczbę satelitów widocznych z wybranego punktu na Ziemi (45°N).

    System działa na obszarze całej Ziemi, bo w każdym punkcie globu widoczne są zawsze przynajmniej cztery satelity. Satelity krążą po orbitach na wysokości około 20183 km nad powierzchnią Ziemi. Jest to orbita niższa od geostacjonarnej.

    Orbita – tor ciała (ciała niebieskiego lub sztucznego satelity) krążącego wokół innego ciała niebieskiego. W Układzie Słonecznym Ziemia, inne planety, planetoidy, komety i mniejsze ciała poruszają się po swoich orbitach wokół Słońca. Z kolei księżyce krążą po orbitach wokół planet macierzystych.Generator liczb pseudolosowych (Pseudo-Random Number Generator, lub PRNG) to program lub podprogram, który na podstawie niewielkiej ilości informacji (ziarno, zarodek, ang. seed) generuje deterministycznie ciąg bitów, który pod pewnymi względami jest nieodróżnialny od ciągu uzyskanego z prawdziwie losowego źródła.

    Segment kosmiczny składa się obecnie z 31 (stan na 16.12.2011 r.) satelitów umieszczonych na orbitach kołowych o nachyleniu 55° (Block IIA, IIR, IIR–M) lub 63° (Block I) względem płaszczyzny równika na wysokości 20 183 km. Obieg Ziemi przez satelitę trwa 11 h 58 min (pół doby gwiazdowej). Około 28 satelitów jest stale czynnych, a pozostałe są testowane bądź wyłączone z przyczyn technicznych.

    Szerokość geograficzna (ang. latitude, symbol φ) – jedna ze współrzędnych geograficznych, kąt pomiędzy półprostą poprowadzoną ze środka kuli ziemskiej i przechodzącą przez dany punkt na jej powierzchni a płaszczyzną równika.Prezydent Stanów Zjednoczonych – głowa państwa, szef administracji federalnej, naczelny dowódca sił zbrojnych, szef rządu, a także lider swojej partii. Konstytucja nadała mu wiele prerogatyw, co sprawia iż zajmuje on kluczowe miejsce w systemie politycznym Stanów Zjednoczonych.

    System wielu nadajników jest bardzo kosztowny. Amerykanie regularnie muszą umieszczać na orbicie kolejne satelity w zastępstwie tych, które zeszły z właściwej orbity lub uległy awarii. Jednakże ze względu na zyski dla gospodarki światowej, a w szczególności amerykańskiej, system został nieodpłatnie udostępniony dla zastosowań cywilnych. Ciekawostką jest fakt, że na każdym satelicie zainstalowana jest aparatura szpiegowska NUDET (Nuclear Detection) przeznaczona do natychmiastowego wykrywania wybuchów nuklearnych na Ziemi.

    Język rosyjski (ros. русский язык, russkij jazyk; dawniej też: język wielkoruski) – język należący do grupy języków wschodniosłowiańskich, posługuje się nim jako pierwszym językiem około 145 mln ludzi, ogółem (według różnych źródeł) 250-300 mln. Jest językiem urzędowym w Rosji, Kirgistanie i na Białorusi, natomiast w Kazachstanie jest językiem oficjalnym oraz jest jednym z pięciu języków oficjalnych a jednocześnie jednym z sześciu języków konferencyjnych Organizacji Narodów Zjednoczonych. Posługuje się pismem zwanym grażdanką, graficzną odmianą cyrylicy powstałą na skutek jej upraszczania.Pamięć – zdolność do rejestrowania i ponownego przywoływania wrażeń zmysłowych, skojarzeń, informacji, występująca u ludzi, niektórych zwierząt i w komputerach. W każdym z tych przypadków proces zapamiętywania ma całkowicie inne podłoże fizyczne oraz podlega badaniom naukowym w oparciu o różne zestawy pojęć.

    Generacje satelitów GPS[]

  • Satelity bloku I (SVN1 – SVN11):
  • obecnie niestosowane,
  • posiadały 3 zegary: 1 cezowy i 2 rubidowe,
  • Satelity bloku II (SVN13 – SVN21):
  • silny sygnał,
  • konstrukcja umożliwiała działanie przez 14 dni bez potrzeby kontaktu ze stacją kontrolną,
  • Satelity bloku IIA (SVN22 – SVN40):
  • zdolność transmisji sygnału przekształconego przez degradację SA i AS,
  • działanie przez 180 dni bez potrzeby kontaktu ze stacjami kontrolnymi (degradacja danych nawigacyjnych),
  • posiadały 4 zegary atomowe: 2 cezowe i 2 rubidowe,
  • żywotność satelity: 9,6–10,23 lat,
  • Satelity bloku IIR (SVN41 – SVN62):
  • działanie przez 14 dni bez kontaktu ze stacjami kontrolnymi w przypadku korzystania z systemu autonomicznej nawigacji,
  • możliwość łączności między sobą i możliwy pomiar odległości między satelitami,
  • 3 zegary rubidowe,
  • zdolność transmisji sygnału zdegradowanego przez degradację SA i AS,
  • żywotność satelity: 8,57–10,62 lat,
  • Satelity bloku IIR–M:
  • znacznie lepsza jakość sygnału;
  • lustra laserowe;
  • integracja z innymi technikami (inercjalnymi),
  • możliwa wzajemna łączność i wzajemny pomiar odległości,
  • żywotność satelity: szacowana na 11,35 lat.
  • Zasada działania[]

    Sygnał dociera do użytkownika na dwu częstotliwościach nośnych L1 = 1575,42 MHz (długość fali 19,029 cm) i L2 = 1227,6 MHz (długość fali 24,421 cm). Porównanie różnicy faz obu sygnałów pozwala na dokładne wyznaczenie czasu propagacji, który ulega nieznacznym wahaniom w wyniku zmiennego wpływu jonosfery, jednak nie w stopniu uniemożliwiającym określenie współrzędnych. Użytkownicy cywilni przybliżoną poprawkę jonosferyczną otrzymują w depeszy nawigacyjnej lub dzięki systemowi DGPS.

    Akumulator elektryczny – rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Wszystkie rodzaje akumulatorów elektrycznych gromadzą i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu i elektrod.DataLogger GPS zwany również rejestratorem trasy to urządzenie umożliwiające na zapis położenia urządzenia w czasie. Dzięki temu uzyskuje się zbiór punktów umożliwiający wizualizację przebytej drogi na mapach. Urządzenie tego typu używane są od dawna w zawodach lotniczych umożliwiając zapis całej trasy przelotu. Wymogiem w takim wypadku jest certyfikowanie urządzenia.

    Identyfikacja satelitów oparta jest na metodzie podziału kodu CDMA (Code Division Multiple Access). Oznacza to, że wszystkie satelity emitują na tych samych częstotliwościach, ale sygnały są modulowane różnymi kodami.

    Odbiór sygnału bez zastosowania anten parabolicznych, które w tym przypadku są bezużyteczne ze względu na ich kierunkowość, 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 wynikającego ze zjawiska dylatacji czasu.

    Metr na sekundę – jednostka miary prędkości, właściwa dla układu jednostek SI, oznaczana m/s, gdzie m – metr, s – sekunda.Długość fali – najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali – zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.
    Satelita GPS

    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 swoistą sieć korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie tylko pozycje, ale również bardzo precyzyjny czas.

    Delta - rodzina amerykańskich rakiet nośnych. Zapoczątkowana przez rakietę Thor Delta, w latach 60. XX wieku. Obecnie rakiety typu Delta są jednymi z podstawowych rakiet przemysłu astronautycznego w USA. Historia tych rakiet to ponad 300 startów z czego 95% zakończyło się sukcesem. Aktualnie używane są rakiety Delta II i Delta IV, planuje się również wykorzystanie ich w przyszłości. Produkcją i wynoszeniem rakiet w kosmos zajmuje się obecnie United Launch Alliance. Zużyte dopalacze orbitalne mają swój wkład w liczebność kosmicznego śmietniska.Komputer osobisty (ang. personal computer) – mikrokomputer przeznaczony przede wszystkim do użytku osobistego w domu i biurze. Służy głównie do uruchamiania oprogramowania biurowego, dostępu do zasobów Internetu, prezentacji treści multimedialnych (tekst, obrazy, dźwięki, filmy i inne), jak i gier.

    Aby określić pozycję w trójwymiarowej przestrzeni i czas systemu konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudoodległości do satelitów oraz odchyłki czasu (różnicy między tanim i niedostatecznie dokładnym wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym zegarem atomowym na satelicie). Satelita transmituje w depeszy nawigacyjnej m.in. czas, almanach (stan konstelacji satelitów) oraz efemerydy (parametry lotu satelity). Dzięki tym danym odbiornik GPS jest w stanie obliczyć dokładne współrzędne satelity, w momencie nadania sygnału, co z kolei, przy wykorzystaniu pseudoodległości umożliwia obliczenie własnej pozycji. W przypadku możliwości odbioru tylko z trzech satelitów niektóre odbiorniki mogą pracować w trybie 2D z ustawioną przez użytkownika wysokością elipsoidalną.

    Pseudoodległość - odległość pomierzona jednostronnie. W przypadku geodezyjnych pomiarów odległości, proces ten następuje na drodze wysłania fali z instrumentu, odbicia od obiektu (lustra) i powrocie do instrumentu. W rzeczywistości zmierzona jest odległość dwa razy większa (tam i z powrotem). W przypadku pomiaru pseudoodległości (w systemach nawigacji satelitarnej) pomiar ten następuje tylko na drodze od nadajnika (satelity) do odbiornika.Orbita geostacjonarna to orbita okołoziemska, która zapewnia krążącemu po niej satelicie zachowanie stałej pozycji nad wybranym punktem równika Ziemi. Orbita geostacjonarna jest orbitą kołową zawartą w płaszczyźnie równika. Przebiega na wysokości 35 786 km nad równikiem (42 160 km od środka Ziemi). Prędkość ciała na orbicie geostacjonarnej wynosi około 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego Ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, czyli dokładnie tyle, ile trwa doba gwiazdowa.

    Metody pomiaru pseudoodległości[]

    Metoda kodowa polega na dokładnym pomiarze czasu odbioru kodów C/A i P na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. Pomiar różnicy czasu pomiędzy momentem odbioru ramki a czasem jej nadania (zapisanym na początku każdej ramki) daje czas Δt przebiegu sygnału od satelity do odbiornika GPS (d = c · Δt). Dokładność tej metody jest rzędu pojedynczych metrów. Ze względu na dużą wartość prędkości rozchodzenia się fali radiowej (bliską prędkości światła w próżni), duży wpływ na błędy pomiaru ma niedokładność wzorca czasu w odbiorniku. Do rozwiązania problemu 4 niewiadomych (x, y, z i t) konieczny jest pomiar 4 pseudoodległości (4 satelity). Współrzędne mogą być obliczone na każdą epokę niezależnie. Metoda ma zastosowanie kinematyczne (w nawigacji), gdzie współrzędne punktu zmieniają się z epoki na epokę (metoda fazowa nie daje takich możliwości, gdyż występuje wtedy więcej niewiadomych).

    Navigo – oprogramowanie nawigacyjne oraz kartograficzne wydane przez Polskie Przedsiębiorstwo Wydawnictw Kartograficznych.Sztuczny satelita – satelita wykonany przez człowieka poruszający się po orbicie wokół ciała niebieskiego. Pierwszym sztucznym satelitą był Sputnik 1, wyniesiony na orbitę wokół Ziemi przez Związek Radziecki w 1957.

    W odbiornikach wojskowych wykorzystuje się pomiar różnic czasu w odbiorze ramek na częstotliwościach L1 i L2 w celu określenia tzw. poprawki jonosferycznej. Z powodu różnej prędkości rozchodzenia się fali radiowej, zależnej od ośrodka i częstotliwości, możliwe jest ustalenie różnicy czasu odbioru ramek na częstotliwościach L1 i L2 oraz obliczenie poprawki, która skompensuje błędy przy wyznaczaniu pseudoodległości. W odbiornikach cywilnych (które nie uwzględniają informacji zawartych na częstotliwości L2) możliwe jest wprowadzenie tej samej poprawki przy wykorzystaniu systemu DGPS.

    Teren - każdy dowolnie określony fragment powierzchni lądowej. Termin spełniający taką samą funkcję jak akwen w odniesieniu do powierzchni wodnej.Mikroprocesor – układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji (LSI) zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji.

    Rosnące możliwości procesorów oraz rozwój systemu GPS (zmiany polityki co do sygnałów oraz nowy sygnał L5) umożliwiają wykorzystanie technik ustalania pozycji zastrzeżonych wcześniej dla pomiarów stacjonarnych. Dzięki temu również cywilne urządzenia nawigacyjne zwiększają swoją dokładność do kilku-, kilkunastu centymetrów.

    Wojska Kosmiczne Rosji (ros. Космические войска России) są formacją sił zbrojnych Federacji Rosyjskiej, na prawach samodzielnego rodzaju broni (rosyjskie siły zbrojne składają się z trzech podstawowych rodzajów: wojsk lądowych, lotnictwa oraz marynarki wojennej, a także samodzielnych formacji, jak właśnie wojska kosmiczne, wojska powietrznodesantowe oraz strategiczne wojska rakietowe).Google Maps — serwis internetowy umożliwiający wyszukiwanie obiektów, oglądanie map i zdjęć lotniczych powierzchni Ziemi oraz udostępniający pokrewne im funkcje. Został stworzony w 2005 roku przez Google, jest darmowy dla niekomercyjnych użytkowników.

    Metoda fazowa polega na pomiarze różnicowym faz na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. Jest to pomiar fazy sygnału przychodzącego φ.

    d = Nλ + λφ

    gdzie:

    d – pseudoodległość,

    N – całkowita liczba pełnych długości fal mieszczących się w odległości satelita–Ziemia,

    λ – długość fali, na której pracuje,

    AutoMapa - oprogramowanie nawigacyjne wykorzystujące system GPS. Jest ono wspólnym produktem dwóch firm: Aqurat i Geosystems Polska.Doba gwiazdowa (również dzień gwiazdowy lub dzień syderyczny) – czas gwiazdowy pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami punktu równonocy wiosennej (punktu Barana) i równy okresowi obrotu Ziemi wokół własnej osi względem gwiazd, czyli około 23 godzinom 56 minutom i 4,091 sekundom średnim słonecznym (86 164 sekund).

    φ – pomierzona faza sygnału przychodzącego.

    Metoda fazowa jest dokładniejsza, dokładność rzędu 2–3 centymetrów, lecz posiada ona pewne wady, takie jak np. konieczność wyznaczenia nieoznaczoności fazy N (nazywane inicjalizacją odbiornika). Dopiero przy pomiarze do 4 satelitów dopiero dla 3 epok możliwe jest rozwiązanie (wyznaczenie pozycji) 12 obserwacji (12 długości do satelitów) i 10 niewiadomych. Niemożliwe są zastosowania kinematyczne, chyba że niewiadome nieoznaczoności fazy zostaną wyznaczone na początku pomiaru na podstawie metod statycznych i nie wystąpią utraty cykli. Jeśli zostanie utracona łączność z satelitą to na nowo musimy inicjalizować instrument (tzn. wyznaczać N). Niezbędne są szybkie metody inicjalizacji (np. On-The-Fly).

    Częstotliwość (częstość) – wielkość fizyczna określająca liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.Pocket PC – komputer przenośny typu palmtop, mieszczący się w dłoni, działający pod kontrolą systemu operacyjnego Microsoft Windows Mobile (opartego na Windows CE z .NET).

    Poziomy dokładności[]

    Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla sił zbrojnych Stanów Zjednoczonych. 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 (SA). Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń – wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy czas. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS.

    EGNOS (ang. European Geostationary Navigation Overlay Service) – budowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, Komisję Europejską i EUROCONTROL europejski system satelitarny wspomagający (ang. SBAS – Satellite Based Augmentation System) systemy GPS i GLONASS, a w przyszłości Galileo. Najważniejsze zadania to transmisja poprawek różnicowych i informowanie o awariach systemu GPS. System znacznie zwiększy dokładność i wiarygodność pozycji uzyskiwanej z GPS, co będzie miało szczególne znaczenie dla lotnictwa. Odpowiednikami EGNOS w Ameryce Północnej jest WAAS (Wide Area Augmentation System), w Indiach – GAGAN (GPS-Aided Geosynchronous Augmented Navigation System – ma zostać uruchomiony do 2013 roku), a w Japonii – MSAS (Multi-functional Satellite Augmentation System).GLONASS (ros. ГЛОНАСС , Глобальная навигационная спутниковая система; .Globalnaja nawigacionnaja sputnikowaja sistiema) – radziecki, obecnie rosyjski, satelitarny system nawigacyjny obejmujący swoim zasięgiem całą kulę ziemską. Podobnie jak GPS jest systemem stadiometrycznym, czyli pozycja jest wyznaczana w punkcie przecięcia czterech sfer o promieniach obliczonych na podstawie czasu propagacji sygnału i środkach znanych z depesz nawigacyjnych wysyłanych przez satelity.

    Często stosowaną metodą zwiększenia dokładności pomiaru jest stosowanie pomiaru różnicowego, zwanego DGPS. W takich przypadkach zlokalizowana w pobliżu odbiornika stacja bazowa (o znanej i stałej pozycji) DGPS przekazuje do niego dane różnicowe (najczęściej są to różnice między zmierzonymi przez stację bazową pseudoodległościami a rzeczywistymi odległościami do satelitów). W ten sposób odbiornik GPS może nanieść poprawki wynikające z błędów propagacji sygnału między satelitą a odbiornikiem.

    Galileo – europejski system nawigacji satelitarnej w trakcie budowy. System ma być równoważną alternatywą do amerykańskiego systemu GPS i rosyjskiego GLONASS, lecz w przeciwieństwie do nich będzie kontrolowany przez instytucje cywilne.Synchronizacja (z stgr. σύγχρονος synchronos - równoczesny) – koordynacja w czasie, co najmniej dwóch zjawisk (procesów), tzn. dążenie do równoległego, niezależnego ich przebiegu, skoordynowanego w czasie lub do jednoczesnego ich zakończenia. Pojęcie synchronizacji występuje w fizyce, informatyce, elektronice, telekomunikacji, robotyce, multimediach (np. synchronizacja dźwięku z obrazem), muzyce i ekonomii (synchronizacja cykli koniunkturalnych).

    Innym systemem korekcji błędów jest WAAS/EGNOS, podobny do DGPS z tą różnicą, że poprawki do odbiorników przesyłane są przez geostacjonarne satelity.

    Ponadto lokalnie w poszczególnych krajach istnieją sieci stacji referencyjnych, pozwalające online bądź w post-processingu na korygowanie pozycji wyznaczonej metodą GPS. W Polsce taka sieć nosi nazwę ASG-EUPOS (Aktywna Sieć Geodezyjna EUPOS) i składa się z 100 stacji permanentnych, zlokalizowanych w instytucjach naukowych oraz w Ośrodkach Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej na obszarze całego kraju, ze średnią odległością 70 km. System umożliwia lokalizację z wykorzystaniem pomiaru GPS–RTK z dokładnością 3 cm (składowa pozioma) i 5 cm (składowa pionowa). Natomiast w systemie POZGEO i POZGEO–D dokładność wyznaczenia pozycji w post-processingu może być rzędu 1 cm. System ASG–EUPOS jest w pełni funkcjonalny od czerwca 2008 roku. Wcześniej podobny system – ASG–PL istniał jedynie dla województwa śląskiego (od 2004 roku) i umożliwiał porównywalne dokładności dla całego obszaru województwa. ASG–EUPOS był wzorowany na śląskich rozwiązaniach w zakresie poprawy jakości pozycjonowania w systemie GPS.

    Colorado Springs – miasto w USA, położone w środkowo-zachodniej części kraju, w stanie Kolorado. Znajduje się na styku Wielkich Równin i Gór Skalistych, na przedgórzu pasma Park Range, na południe od Denver.Almanach – dane dotyczące aktualnego stanu systemu satelitarnego, w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitów, dzięki czemu przyspiesza to proces przechwytywania danych. Technologia ta wykorzystywana jest np. w GPS (ang. Global Positioning System).

    1 maja 2000 prezydent USA Bill Clinton nakazał wyłączenie mechanizmu SA (Selective Availability) zakłócającego efemerydę satelity i poprawki zegarów atomowych, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4–12 metrów.

    Segment naziemny[]

    Segment naziemny składa się z 12 stacji nadzoru rozmieszczonych możliwie blisko i równomiernie na równiku celem ciągłej obserwacji każdego satelity przez co najmniej dwie stacje przez całą dobę. Odpowiada on za utrzymanie sprawności technicznej systemu wyrażającej się niezawodnością i dokładnością odbieranego przez użytkowników sygnału satelitarnego. Główna stacja nadzoru mieści się w bazie sił lotniczych Shriever AFB (poprzednio Falcon) w Colorado Springs, USA. Pozostałe stacje nadzoru prowadzone przez Siły Lotnicze USA ulokowane są na Hawajach, Cape Canaveral, Wyspie Wniebowstąpienia, wyspie Diego Garcia oraz Atolu Kwajalein. Sześć stacji zarządzanych jest przez NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), są to stacje w: Waszyngtonie, Ekwadorze, Argentynie, Londynie, Bahrajnie i Australii. Zadaniem wszystkich stacji jest ciągłe monitorowanie ruchu satelitów. Obserwacje są wysyłane do głównej stacji nadzoru, gdzie wyliczane są nowe parametry orbit satelitów. Prognozowane efemerydy są wysyłane do satelitów nie rzadziej niż co 48 godzin i przez nie retransmitowane.

    Nawigacja satelitarna – rodzaj radionawigacji wykorzystujący fale radiowe ze sztucznych satelitów w celu określania położenia punktów i poruszających się odbiorników wraz z parametrami ich ruchu w dowolnym miejscu na powierzchni Ziemi.WAAS (ang. Wide Area Augmentation System) – amerykański satelitarny system wspomagający system NAVSTAR-GPS. Za pośrednictwem dwóch satelitów geostacjonarnych obejmujących terytorium Stanów Zjednoczonych transmituje do odbiorników GPS poprawki kompensujące błędy jonosfery, zegara i efemeryd. Zwiększa to dokładność wyznaczenia pozycji poziomej przez odbiornik GPS do 2-3 m.

    Segment użytkownika[]

    Parametry techniczne[]

    Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica

    Ze względów technicznych dokładność obliczania wysokości nad poziomem morza jest około 3 razy mniejsza niż długości i szerokości geograficznej. Wynika to z geometrii wcięcia przestrzennego wykorzystanego do wyznaczenia pozycji. Jakość wyznaczenia pozycji określają parametry rozmycia precyzji DOP (Dilution Of Precision).

    Transit, również NAVSAT, NNSS (ang. Navy Navigation Satellite System) – pierwszy działający system nawigacji satelitarnej. Używany początkowo przez Marynarkę Wojenną USA do określania pozycji przez okręty podwodne z pociskami balistycznymi typu Polaris, później również przez okręty nawodne, a w 1967 udostępniono go użytkownikom cywilnym. Wykorzystywano go m.in. w żegludze oraz do celów hydrograficznych i geodezyjnych.Propagacja fal radiowych – rozprzestrzenianie się fal radiowych zależne zarówno od właściwości samych fal (np. częstotliwości, polaryzacji), jak i warunków panujących w środowisku, w którym fale te się rozchodzą.

    Odbiorniki GPS wyposażono w wiele funkcji, między innymi:

  • określenie współrzędnych według różnych układów współrzędnych (standardowo WGS 84)
  • rejestrowanie śladu
  • nawigacja „do punktu” oraz „po trasie”
  • track back (czyli powrót do miejsca wyjścia „tą samą trasą”)
  • pomiar odległości
  • wyznaczenie powierzchni (np. działki)
  • obliczanie wschodów i zachodów słońca oraz pór księżyca
  • a w bardziej rozbudowanych odbiornikach:

    Katastrofa promu Challenger, do której doszło w Stanach Zjednoczonych, nad stanem Floryda, o godzinie 16:39 UTC w dniu 28 stycznia 1986. Zespół wahadłowca „Challenger” rozpadł się na skutek uszkodzenia pierścienia uszczelniającego w prawym silniku rakiety dodatkowej na paliwo stałe (SRB), które powstało w 1. sekundzie lotu. Uszkodzenie uszczelki spowodowało wydostanie się w 45. sekundzie jęzora ognia o powiększającej się długości, padającego na zbiornik zewnętrzny promu kosmicznego (ET) oraz mocowanie rakiety SRB do ET. W ciągu parunastu sekund ogień wypalił dziurę w zbiorniku i spowodował oderwanie się dolnego mocowania prawej rakiety SRB. Wywołało to dezintegrację zespołu wahadłowca w wyniku sił oporu aerodynamicznego. Niemal natychmiast potem zniszczeniu uległ zbiornik zewnętrzny. Na pokładzie promu zginęła cała siedmioosobowa załoga misji STS-51-L.TomTom – holenderski producent samochodowych systemów nawigacyjnych, w tym zarówno urządzeń indywidualnych jak i dla telefonów komórkowych. Jest wiodącym producentem systemów nawigacyjnych w Europie. System obsługi klienta znajduje się w Amsterdamie, w Holandii.
  • wyświetlanie map i nawigacja na mapach warstwowych
  • komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i Bluetooth z innym sprzętem elektronicznym (PC, PPC, Palm, elektroniczna mapa morska ECDIS)
  • autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy „po drogach”)
  • Wersje przeznaczone do eksploatacji na statkach posiadają bardzo rozbudowane możliwości nawigacyjne. Wersje lądowe mogą być wyposażone w mapę cyfrową terenu (takie urządzenia są często instalowane w samochodach) oraz lekkie odbiorniki przenośne zasilane bateriami lub akumulatorami. Niektóre odbiorniki pozwalają na określanie pozycji z innych systemów, jak GLONASS czy LORAN C.

    Departament Obrony Stanów Zjednoczonych (ang. United States Department of Defense, w skrócie: DoD) - urząd federalny Stanów Zjednoczonych, na którym spoczywa obowiązek koordynowania i nadzorowania agencji i funkcji rządu wiążących się z bezpieczeństwem narodowym i siłami zbrojnymi. Sekretarz obrony jest członkiem rządu (cabinet).Zegar atomowy – rodzaj zegara, którego działanie opiera się na zliczaniu okresów atomowego wzorca częstotliwości.

    Odbiorniki powszechnie dostępne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach, szczególnie do konstrukcji naprowadzanych rakiet i samolotów. Porozumienie międzynarodowe o ograniczeniu handlem takimi urządzeniami przewiduje, że mogą działać do prędkości 1000 Mm/h ≈ 1852 km/h ≈ 515 m/s i do wysokości 18 km ≈ 60 000 stóp.

    Palmtop (także: PDA, Personal Digital Assistant, komputer kieszonkowy) – bardzo mały, przenośny komputer osobisty. Mniejszy od laptopa, czy też netbooka – z powodzeniem mieści się w dłoni lub w kieszeni (ang. palm – dłoń, top – na wierzchu). Palmtopy są komputerami programowalnymi – można w nich instalować oprogramowanie, np. pobrane lub zakupione w Internecie.William Jefferson „Bill” Clinton (ur. 19 sierpnia 1946 jako William Jefferson Blythe III) – w latach 1993-2001 42. prezydent USA, baptysta, mąż Hillary Clinton – Sekretarz stanu Stanów Zjednoczonych w gabinecie Baracka Obamy.

    Dokładność[]

     Zapoznaj się również z: Czynniki wpływające na wynik pomiaru GPS.

    Dokładność urządzeń GPS to temat wzbudzający wiele emocji ze względu na brak jednolitego systemu pomiaru tego parametru. Popularny wskaźnik CEP odnosi się do statystycznego udziału punktów o zadanej dokładności w całym ich zbiorze. Innymi słowy CEP (80%) 1–3 m oznacza, że 80% uzyskanych pomiarów mieści się w zakresie błędu 1–3 metra, przy czym nie wiadomo nic o pozostałych 20% pomiarów. W praktyce więc niewiele wiadomo o rzeczywistych osiągach urządzenia. Dodatkowo sytuację komplikuje definicja błędu pomiaru, którą producenci wykorzystują przy podawaniu parametrów urządzeń.

    Kilometr na godzinę – powszechnie stosowana jednostka szybkości lub wartości prędkości, oznaczana km/h. W języku angielskim używane są również oznaczenia kph oraz kmph (przez analogię do mph). Obiekt poruszający się z prędkością 1 km/h w ciągu 1 godziny przebędzie drogę 1 kilometra.Diego Garcia − największa wyspa (atol) Brytyjskiego Terytorium Oceanu Indyjskiego, obejmującego − położony w środkowej części Oceanu Indyjskiego − archipelag Czagos.

    Kolejny problem to różnica pomiędzy laboratoryjnym pomiarem a rzeczywistym użytkowaniem urządzenia. Ze względu na fakt, że pomiar zależy od widoczności satelitów na niebie (jaką ma dane urządzenie) oraz ich konstelacji w danym momencie, dokładność realnych pomiarów może znacznie odbiegać od tego, co deklaruje producent. Jest to spowodowane tym, że w niesprzyjających warunkach coraz większego znaczenia nabierają te punkty, które nie są uwzględniane przez wskaźnik CEP.

    Współrzędne geograficzne – szerokość i długość geograficzna mierzone w stopniach, minutach i sekundach kątowych. Początkiem układu współrzędnych geograficznych jest przecięcie się południka zerowego (Greenwich) z równikiem.Europejska Agencja Kosmiczna (ang. European Space Agency, ESA) – międzynarodowa organizacja krajów europejskich, której celem jest eksploracja i wykorzystanie przestrzeni kosmicznej.

    Sytuacji nie ułatwia fakt, że producenci często podają parametry samego modułu GPS, a nie końcowego urządzenia. Nie uwzględnia się więc zastosowanych komponentów RF oraz samej anteny. W efekcie popularne gotowe urządzenia oparte na tym samym układzie GPS mogą różnie się zachowywać w rzeczywistych warunkach pracy.

    United States Air Force (USAF) – Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych, jeden z rodzajów Sił Zbrojnych Stanów Zjednoczonych, odpowiedzialny za pewną część działań w powietrzu (duża liczba samolotów i śmigłowców bojowych podlega także marynarce wojennej, wojskom lądowym i korpusowi piechoty morskiej). Utworzone zostały jako odrębny rodzaj sił zbrojnych na bazie lotnictwa armii amerykańskiej, 18 września 1947, poprzednikiem USAF były:I wojna w Zatoce Perskiej – konflikt zbrojny zapoczątkowany 2 sierpnia 1990 roku zbrojnym najazdem Iraku na Kuwejt, zakończony wyzwoleniem Kuwejtu przez międzynarodową koalicję wiosną 1991 roku, w ramach wojskowej operacji Desert Storm („Pustynna Burza”).

    Dominującym poglądem wśród użytkowników jest stwierdzenie, że im większa czułość urządzenia, tym większa jest jego dokładność. Nie uwzględnia się jednak elementu skoków pozycji przy pomiarach stacjonarnych lub w tzw. trudnych warunkach. Problem ten jest efektem zjawiska, które można zobrazować analogią występującą w aparatach cyfrowych – wraz ze zwiększaniem czułości ISO, zwiększa się ziarno (w przypadku aparatów cyfrowych lepszym określeniem wydaje się „szum”). Ten „szum” rośnie również wraz ze wzrostem czułości odbiorników GPS. Jest to szum radiowy, który algorytmy zastosowane w oprogramowaniu układu starają się odfiltrować i nie uwzględniać przy podawaniu pozycji. Jest to znacznie łatwiejsze, jeżeli obiekt porusza się, ze względu na możliwość wyeliminowania punktów niespełniających pewnych założeń co do możliwości fizycznych obiektu (przyśpieszenie, prędkość itd). W przypadku pomiaru stacjonarnego lub przy niewielkiej prędkości poruszania sprawa jest znacznie trudniejsza i w efekcie pomiar pozycji w przypadku niektórych urządzeń może ulegać znacznym wahaniom. Jest to szczególnie uciążliwe w przypadku zastosowań innych niż nawigacja samochodowa.

    CDMA (ang. Code Division Multiple Access) – metoda dostępu do medium transmisyjnego polegająca na przypisaniu poszczególnym użytkownikom korzystającym z tego samego kanału do przesyłania danych, sekwencji rozpraszających, dzięki którym odbiornik jednoznacznie zidentyfikuje przeznaczoną dla niego transmisję. Transmisja z rozpraszaniem ma charakterystykę podobną do sygnałów szumowych.Faza fali – faza drgań punktu ośrodka, w którym rozchodzi się fala. Faza określa, w której części okresu fali znajduje się punkt fali.

    Przykłady zastosowań[]

    Odbiornik Bluetooth Rikaline GPS 6033

    Dynamicznie rozwija się segment odbiorników GPS do tzw. palmtopów / PDA. Dzięki niskiej cenie i możliwości wyboru oprogramowania, które najlepiej spełnia oczekiwania użytkownika, jest to alternatywne rozwiązanie dla urządzeń typu wszystko-w-jednym. Dostępne opcje pozwalają na podłączenie odbiornika na kablu, na karcie rozszerzeń (CF lub SD) lub bezprzewodowo (bluetooth). Popularne stają się również palmtopy / PDA z wbudowanym odbiornikiem GPS. Dostępny jest bardzo szeroki wybór oprogramowania zarówno do nawigacji samochodowej (np. Automapa, MapaMap, Navigo), morskiej, jak i specjalistyczne programy (np. do pomiaru powierzchni).

    Pojęcia Chiny używa się w odniesieniu do krainy historycznej, obejmując wówczas całokształt chińskiej historii i kultury (zobacz: historia Chin), lub w węższym znaczeniu, w odniesieniu do Chińskiej Republiki Ludowej.Centrum Kosmiczne im. Johna F. Kennedy’ego (ang. John F. Kennedy Space Center, KSC) – położony na przylądku Canaveral kosmodrom amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, miejsce startów załogowych statków kosmicznych USA.
    Rejestrator Trasy EverMore GT-800-BT

    Nowy typ urządzeń to odbiorniki GPS połączone z funkcją logowania danych – tzw. datalogger GPS lub rejestrator trasy. Umożliwiają one zapis przebytej trasy bez konieczności uruchamiania dodatkowych urządzeń. Możliwość zapisu sięga od kilkuset punktów do kilkuset tysięcy punktów w zależności od modelu i producenta. Zapisaną trasę można wykorzystać do zobrazowania drogi na darmowych (Google Earth, Google Maps) i płatnych mapach (Automapa, MapaMap, eMapa) w zależności od producenta urządzenia. Umożliwia to monitorowanie pracy kierowców lub innych pracowników mobilnych. Dzięki połączeniu zapisanej trasy oraz wykonanych na niej zdjęć możemy każdej fotografii przypisać miejsce jej wykonania – jest to tzw. Geotagging lub w tej konkretnej formie Phototagging (spolszczone nazwy to Tagi geograficzne, Tagowanie geograficzne). Dzięki temu możemy w łatwy sposób inwentaryzować umiejscowienie obiektów lub zdarzeń. Jest to tanie rozwiązanie wykorzystywane przez różnego rodzaju służby na całym świecie.

    Katastrofa lotu Korean Air 007 − zestrzelenie pasażerskiego samolotu koreańskich linii Korean Air nad terytorium ZSRR. 1 września 1983 Boeing 747-200A (lot KAL007 z Anchorage na Alasce do Seulu w Korei Południowej) z nieznanych przyczyn zboczył z kursu i wleciał na kilkadziesiąt kilometrów w głąb przestrzeni powietrznej ZSRR, po czym został w niewyjaśnionych do dziś okolicznościach zestrzelony przez radzieckie myśliwce, co doprowadziło do śmierci wszystkich ludzi znajdujących się na pokładzie - łącznie 269 osób.Czas GPS - zastosowane technologie obliczeniowe oraz założenia stawiane przed systemem NAVSTAR-GPS wymagały wprowadzenia i utrzymania jednolitego systemu czasowego.

    Coraz częściej GPS stosuje się w telefonach komórkowych. Do tego celu wystarczył odbiornik GPS z Bluetoothem i kompatybilny telefon. Obecnie coraz więcej telefonów posiada wbudowany moduł GPS. Również na telefony powstało wiele aplikacji obsługujących GPS, np. TomTom mobile, NaviExpert, Garmin Mobile XT.

    Odbiorniki multi-channel i multi-plexing[]

    Dla jednoczesnego odbioru sygnału z kilku satelitów lub sygnału o dwóch częstotliwościach z jednego satelity, stosuje się odbiorniki dwóch rodzajów:

    MapaMap – nazwa polskiego oprogramowania do nawigacji GPS przeznaczonego dla urządzeń PDA pracujących pod kontrolą systemu operacyjnego Windows Mobile oraz do urządzeń PND (Portable Navigation Device) zaopatrzonych w system operacyjny Windows CE oraz dla urządzeń opartych o system Android.Herc (Hz) – jednostka miary częstotliwości w układzie SI (jednostka pochodna układu SI) i w wielu innych, np. CGS, MKS i MKSA. Definiuje się ją jako liczbę cykli na sekundę.
  • multi-channel (wielokanałowy) – odbiorniki te składają się z określonej liczby niezależnych kanałów i każdy z nich jest przystosowany do odbierania i przetwarzania sygnałów z jednego satelity. Procesy odbioru i przetwarzania sygnałów są prowadzone w takim wielokanałowym odbiorniku jednocześnie. Obserwacje mogą być wykonywane z częstotliwością sekundową.
  • multi plexing – odbiorniki te składają się z jednego lub wielu kanałów, z których każdy może odbierać poszczególne sygnały z satelitów. Obserwacje wykonywane są z częstotliwością milisekundową. Najlepszą jakość sygnału mają odbiorniki typu multi-channel correlation type. Odbiorniki squaring type kwadratują zarówno sygnały, jak i szumy.
  • Kokpit – zagłębienie w odkrytym pokładzie jednostki pływającej, w którym może przebywać załoga lub co najmniej trzymać w nim nogi.Beidou (Wielka Niedźwiedzica) - chiński satelitarny system nawigacyjny, który na razie obejmuje swoim zasięgiem tylko obszar Azji. Docelowo ma być systemem globalnym.


    Podstrony: [1] 2 [3] [4] [5]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    DGPS (ang. Differential Global Positioning System) – technika pomiarów GPS pozwalająca na uzyskanie większej dokładności niż przy standardowym pomiarze jednym odbiornikiem. Metoda ta polega na wykorzystaniu stacji bazowej (tzw. referencyjnej) – odbiornika ustawionego w dokładnie wyznaczonym punkcie (np. przez pomiar geodezyjny), który wyznacza na bieżąco poprawki różnicowe dla poszczególnych satelitów, co pozwala na wyeliminowanie większości błędów (gdyż błędy obserwowane na małym obszarze są skorelowane). Drugi odbiornik (ruchomy) musi mieć możliwość odbioru tych poprawek, np. przez łącze satelitarne, VHF, GPRS/WLAN. Poprawki są transmitowane w formacie RTCM, CMR lub innym. System ten można stosować zarówno w czasie rzeczywistym, jak i przez późniejsze przetworzenie danych.
    Kwajalein – największy atol w archipelagu Wysp Marshalla w grupie Ralik. Wyspy zajmują powierzchnię 28,5 km². Miejsce lokalizacji wojskowej bazy lotniczej i morskiej USA, przede wszystkim zaś poligonu antybalistycznego Ronald Reagan Ballistic Missile Defense Test Site.
    Circular Error Probable (CEP) – miara celności broni rakietowej w badaniach nad militarnymi zastosowaniami balistyki, używana jako współczynnik w określaniu prawdopodobieństwa zniszczenia celu. Jest to określony w metrach promień okręgu, wewnątrz którego zakończy swój lot 50% wycelowanych w środek okręgu pocisków rakietowych.
    Centrum fazowe anten GPS - Pomiary GPS odnoszą się do centrów fazowych anten. Centrum mechaniczne (geometryczne) anteny znane jest z dokładnością submilimetrową. Centrum fazowe nie pokrywa się z centrum mechanicznym o wielkość od kilku mm do kilku cm. To przesunięcie może być wyznaczone i usunięte podczas opracowywania pomiarów. Większej staranności wymaga badanie stabilności centrum fazowego anteny. Niestabilność ta wynosi od kilku mm dla anten nowszych typów do kilku cm dla anten o niezbyt dobrych parametrach. Centrum fazowe jest to punkt będący źródłem promieniowania (skupia się w nim promieniowanie). Jeśli źródło promieniowania jest idealnie punktem, linie równych faz tworzą sferyczne warstwy o środku w danym punkcie. Badanie położenia centrum fazowego można wykonać "metodą stycznej kuli", polegającą na wyznaczeniu położenia środka krzywizny linii fazowych. Wszystkie niepunktowe źródła promieniowania wywołują niekuliste warstwy linii równych faz. Wówczas każdy odcinek łuku linii równych faz posiada swój środek krzywizny. Antena zatem nie posiada stałego środka fazowego, gdyż zależy on od kierunku podania sygnału. Centrum fazowe jest różne dla częstotliwości L1 i L2.
    Ziemia (łac. Terra) − trzecia, licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu Słonecznego.
    Język polski (polszczyzna) – język naturalny należący do grupy zachodniosłowiańskich (do których należą również czeski, słowacki, kaszubski, dolnołużycki, górnołużycki i wymarły połabski), stanowiących część rodziny indoeuropejskiej.
    Wahadłowiec kosmiczny, prom kosmiczny – rodzaj bezzałogowego lub załogowego statku kosmicznego, który może być wykorzystywany wielokrotnie i zwykle przystosowany jest do wynoszenia na orbitę i ściągania z orbity sztucznych satelitów i innych ładunków. Cechą charakterystyczną wahadłowców jest lądowanie na pasie startowym lotniska, podobnie jak samoloty, stąd używane są w stosunku do nich takie określenia jak samolot kosmiczny, rakietoplan i in. Wahadłowce mogą natomiast startować wynoszone tradycyjną rakietą nośną lub na pokładzie większego samolotu-nosiciela.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.067 sek.