GPS ir navigācijas tehnoloģija, kas, izmantojot satelītus, sniedz precīzu informāciju par atrašanās vietu. Būtībā GPS sistēma sastāv no satelītu grupas un labi attīstītiem rīkiem, piemēram, uztvērēja. Tomēr sistēmā vajadzētu būt vismaz četriem satelītiem. Katrs satelīts un uztvērējs ir aprīkots ar stabilu atomu pulksteni. Satelīta pulksteņi tiek sinhronizēti savā starpā un zemes pulksteņi. GPS uztvērējam ir arī pulkstenis, taču tas nav sinhronizēts un nav stabils (mazāk stabils). Jebkura satelītu faktiskā laika novirze no zemes pulksteņa jālabo katru dienu. No sinhronizētā satelītu tīkla un uztvērēja ir jāaprēķina četri nezināmi lielumi (trīs koordinātas un pulksteņa novirze no satelīta laika).GPS uztvērēja uzdevums ir uztvert signālus no satelītu tīkla, lai aprēķinātu trīs nezināmus pamata un laika vienādojumus.
GPS signāls ietver pseidorandom kodus, pārraides laiku un satelīta atrašanās vietu tajā laikā. GPS pārraidīto signālu sauc arī par nesēja frekvenci ar modulāciju. Tālāk pseidonavārijas kods ir nulles un vienu secība. Praktiski uztvērēja atrašanās vieta un uztvērēja pulksteņa nobīde attiecībā pret uztvērēja sistēmas laiku tiek aprēķināta vienlaicīgi, izmantojot navigācijas vienādojumus, lai apstrādātu lidojuma laiku (TOF). TOF ir četras vērtības, kuras uztvērējs veido, izmantojot signāla ierašanās un pārraides laiku. Atrašanās vieta parasti tiek pārveidota par platumu, garumu un augstumu attiecībā pret ģeoīdiem (būtībā vidējais jūras līmenis). Pēc tam ekrānā tiek parādītas koordinātas.
GPS elementi
GPS struktūra ir sarežģīta. Tas sastāv no trim galvenajiem kosmosa segmenta segmentiem, vadības segmenta un lietotāja segmenta. Satelīta palaišana vidēja zemes orbītā ir smags darbs. Kosmosa segmentā ir 24 līdz 32 satelīti vai kosmosa transportlīdzekļi vienā orbītā, pa 8 pa trim apļveida orbītām. Vismaz seši satelīti vienmēr atrodas redzes līnijā gandrīz no visas zemes virsmas.
Blakus kosmosa segmentam ir vadības segments. Vadības segmentā ir galvenā vadības stacija, alternatīvā galvenā vadības stacija, zemes antenas un monitora stacija. Lietotāju segmentu veido tūkstošiem civilās, komerciālās un militārās pozicionēšanas pakalpojumu. GPS uztvērēju vai ierīci veido antena, kas noregulēta uz satelītu pārraidīto frekvenci. Tas ietver arī displeja ekrānu, lai norādītu atrašanās vietu un laiku.
GPS uztvērējs tiek klasificēts pēc to satelītu skaita, kurus tas var vienlaikus kontrolēt, ti, uz kanālu skaitu. Uztvērējiem parasti ir četri līdz pieci kanāli, taču jaunākie sasniegumi liecina, ka ir veikti arī līdz 20 kanāliem.
Satelīta frekvence: visas satelīta apraides frekvences. Frekvenču joslā ietilpst pieci veidi, piemēram, L1, L2, L3, L4 un L5. Šīm joslām ir frekvenču diapazons no 1176 MHz līdz 1600 M Hz.
Kā darbojas GPS
GPS satelīti divas reizes dienā griežas ap zemi. Tas griežas ļoti precīzā kursā un nosūta uz Zemi norādes un informāciju. GPS uztvērēji iegūst visu informāciju un lieto trīsstūrus, lai atklātu precīzu lietotāja atrašanās vietu. Būtībā GPS uztvērējs kontrastē ar laiku, kurā signāls tiek izplatīts ar satelītu, un piešķir laiku, kad tas tiek saņemts. Laika starpība nosaka, cik tālu uztvērējs atrodas prom no GPS satelītiem. Tas mēra precīzu attālumu ar vēl dažiem satelītiem, un uztvērējs nosaka lietotāja atrašanās vietu un parāda to elektroniskās ierīces kartē.
Uztvērējs ir jānoslēdz pie signāla ar vismaz trim satelītiem, lai izveidotu divdimensiju pozīciju, kā arī izseko lietotāja kustību. Izmantojot četrus vai vairāk satelītus, uztvērējs var noteikt lietotāja trīsdimensiju pozīciju, kas sastāv no augstuma, platuma un garuma. Pēc lietotāja atrašanās vietas noteikšanas GPS ierīce aprēķina citu informāciju, piemēram, ātrumu, gultni, sliežu ceļu, attālumu, galamērķi, saullēkta un saulrieta laiku.
Cik precīzs ir GPS?
GPS uztvērēji ir ļoti precīzi paralēlā daudzkanālu dizaina dēļ. Paralēlie kanāli ir ļoti ātri un precīzi, lai gan daži faktori, piemēram, atmosfēras troksnis un traucējumi, dažkārt var traucēt un ietekmēt GPS uztvērēju precizitāti.
Lietotāji var iegūt uzlabotu precizitāti arī ar diferenciālo GPS (DGPS), kas koriģē GPS signālus līdz trīs līdz piecu metru regulāram ielenkumam. ASV krasta apsardze nodrošina visizplatītāko DGPS korekcijas dienestu. Sistēma satur torņu izvietojumu, kas iegūst GPS signālus un izsūta precīzu signālu ar bākas raidītājiem. Lai iegūtu precīzu signālu, lietotājiem, izņemot GPS, ir jābūt diferenciālam bākas uztvērējam un bākas antenai.
GPS signāla kļūdu avoti
Faktori, kas var sabojāt GPS signālu precizitāti un tādējādi ietekmēt precizitāti, ietver:
- Jonosfēras un troposfēras aizkavēšanās - šķērsojot atmosfēras slāņus, satelīta signāls palēninās. GPS sistēma izmanto iebūvētu modeli, kas tiek izmantots, lai aprēķinātu regulāru traucējumu ilgumu, kas nepieciešams šāda veida neprecizitāšu novēršanai.
- Signāla daudzceļi - šī kļūda rodas, ja signāls tiek atspoguļots no objektiem, piemēram, no augstākām ēkām un lielākiem akmeņiem, pirms tas sasniedz uztvērēju. Tas palielina signāla pārvietošanās kopējo ilgumu un rada kļūdas un neprecizitāti.
- Orbitālās kļūdas - šīs kļūdas sauc arī par īslaicīgām kļūdām, kuras izmanto, lai aprēķinātu satelīta atrašanās vietas neprecizitātes.
- Redzamo satelītu skaits - precizitāte ir atkarīga no precīzā satelītu skaita, ko var redzēt GPS uztvērējs. Faktori, piemēram, ēkas, reljefs, elektroniski traucējumi, bloķē signāla precizitāti un uztveršanu, kas izraisa kļūdas pozīcijā un dažreiz signālu nolasīšanu. Parasti tas nedarbojas telpās, zem ūdens un pazemē.
Pieteikumi
GPS iekārta ir plaši pazīstama ne tikai militāram lietojumam, to izmanto civilajos un komerciālajos dienestos. Daži civilie pieteikumi ir:
1. Astronomija: izmanto astrometrijā un debess mehānikas aprēķinos.
2. Automatizēti transportlīdzekļi: to izmanto arī automatizētos transportlīdzekļos (bez transportlīdzekļa vadītājiem), lai piemērotu automašīnas un kravas automašīnas.
3. Mobilā telefonija: Mūsdienu mobilie tālruņi ir aprīkoti ar GPS izsekošanas programmatūru. Tas ir tāpēc, ka var uzzināt savu stāvokli un var arī izsekot blakus esošajiem pakalpojumiem, piemēram, bankomātiem, kafejnīcām, ierobežotājiem utt. Pirmais GPS, kas ļāva mobilajam telefonam, tika palaists 1990. gados. Mobilajā telefonijā to izmanto arī ārkārtas zvanu un daudzu citu lietojumu noteikšanai.
4. Palīdzība katastrofu gadījumos un citi avārijas dienesti: Jebkuras dabas katastrofas gadījumā GPS ir labākais līdzeklis, lai identificētu atrašanās vietu. Pat pirms katastrofām, piemēram, cikloniem, GPS palīdz aprēķināt paredzamo laiku.
5. Flotes izsekošana: GPS ir izstrādātāja rīks, kas pazīstams ar savu potenciālu kara kuģu izsekošanai kara laikā.
6. Automašīnas atrašanās vieta: GPS iespējota automašīna atvieglo tā atrašanās vietas izsekošanu.
7. Ģeogrāfiskais nožogojums: ģeogrāfiskajā žogā mēs izmantojam GPS, lai izsekotu cilvēku, dzīvnieku vai automašīnu. Izstrādājums ir piestiprināts transportlīdzeklim, personai vai dzīvnieka apkaklei. Tas nodrošina nepārtrauktu izsekošanu un atjaunināšanu.
8. Ģeogrāfiskā marķēšana: viena no galvenajām lietojumprogrammām ir ģeogrāfiskās iezīmes, kas nozīmē vietējo koordinātu izmantošanu digitālajiem objektiem.
9. GPS kalnrūpniecībā: izmanto pozicionēšanas precizitāti centimetru līmenī.
10. GPS ekskursijas: palīdz noteikt tuvumā esošo interešu punktu atrašanās vietu.
11. Apsekošana: mērnieki izmanto diagrammas kartēs, izmantojot globālo pozicionēšanas sistēmu.