Dzisiaj prawdopodobnie nie ma osoby, która nie słyszałaby o GPS. Jednak nie wszyscy w pełni rozumieją, co to jest. W artykule postaramy się dowiedzieć, czym jest globalny system pozycjonowania, z czego się składa i jak działa.
Historia
System nawigacji GPS jest częścią kompleksu Navstar, opracowanego i obsługiwanego przez Departament Obrony USA. Projekt kompleksu zaczęto realizować w 1973 roku. I już na początku 1978 roku, po udanych testach, uruchomili go. Do 1993 roku wokół Ziemi wystrzelono 24 satelity, całkowicie pokrywając powierzchnię naszej planety. Cywilna część wojskowej sieci Navstar stała się znana jako GPS, co oznacza Global Positioning System („globalny system pozycjonowania”).
Jego podstawa składa się z satelitów poruszających się po sześciu kołowych orbitach. Mają tylko półtora metra szerokości i nieco ponad pięć metrów długości. Waga w tym przypadku wynosi około osiemset czterdzieści kilogramów. Wszystkie zapewniają pełną wydajność w dowolnym miejscu na naszej planecie.
Śledzenie odbywa się z głównej stacji kontrolnej znajdującej się w stanie Kolorado. Znajduje się tam baza sił powietrznych Schriver - pięćdziesiąta siła kosmiczna.
Na Ziemi jest ponad dziesięć stacji śledzących. Można je znaleźć na Wyspie Wniebowstąpienia, Hawajach, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral i innych miejscach, których liczba rośnie z roku na rok. Wszystkie otrzymane od nich informacje są przetwarzane na stacji głównej. Zaktualizowane dane są przesyłane co dwadzieścia cztery godziny.
To globalne pozycjonowanie to system satelitarny obsługiwany przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych. Działa przy każdej pogodzie i stale przekazuje informacje.
Zasada działania
Globalne systemy pozycjonowania GPS działają w oparciu o następujące komponenty:
- trilateracja satelitów;
- zakres satelitarny;
- dokładne odniesienie do czasu;
- lokalizacja;
- korekta.
Przyjrzyjmy się im bliżej.
Trilateracja to obliczenie odległości danych trzech satelitów, dzięki czemu możliwe jest obliczenie położenia określonego punktu.
Zasięg oznacza odległość do satelitów, obliczoną na podstawie czasu, w jakim sygnał radiowy przebył drogę od nich do odbiornika, z uwzględnieniem prędkości światła. W celu określenia czasu generowany jest pseudolosowy kod, dzięki któremu odbiorca jest w stanie w każdej chwili naprawić opóźnienie.
Poniższy rysunek wskazuje bezpośredniw zależności od dokładności zegara. Satelity mają zegary atomowe z dokładnością do jednej nanosekundy. Jednak ze względu na wysoki koszt nie są one używane wszędzie.
Satelity znajdują się na wysokości ponad dwudziestu tysięcy kilometrów od Ziemi, dokładnie takiej, jaka jest potrzebna do stabilnego ruchu na orbicie i zmniejszenia oporu atmosferycznego.
Podczas działania globalnego systemu pozycjonowania na świecie powstają błędy, które są trudne do wyeliminowania. Wynika to z przejścia sygnału przez troposferę i jonosferę, gdzie prędkość spada, co prowadzi do niepowodzeń pomiarowych.
Komponenty systemu mapowania
Istnieje wiele produktów do globalnego systemu pozycjonowania i aplikacji do mapowania GIS. Dzięki nim dane geograficzne są szybko formowane i aktualizowane. Składnikami tych produktów są odbiorniki GPS, oprogramowanie i urządzenia do przechowywania danych.
Odbiorniki są w stanie wykonywać obliczenia z częstotliwością poniżej sekundy i dokładnością od kilkudziesięciu centymetrów do pięciu metrów, pracując w trybie różnicowym. Różnią się od siebie rozmiarem, pojemnością pamięci i liczbą kanałów śledzenia.
Gdy osoba stoi w jednym miejscu lub się porusza, odbiornik odbiera sygnały z satelitów i dokonuje obliczeń dotyczących swojej lokalizacji. Wyniki w postaci współrzędnych są pokazywane na wyświetlaczu.
Kontrolery to przenośne komputery z oprogramowaniem potrzebnym do zbierania danych. Oprogramowanie kontroluje ustawienia odbiornika. Dyski mająróżne wymiary i rodzaje rejestracji danych.
Każdy system jest wyposażony w oprogramowanie. Po przesłaniu informacji z dysku do komputera program zwiększa dokładność danych przy użyciu specjalnej metody przetwarzania zwanej „korekcją różnicową”. Oprogramowanie wizualizuje dane. Niektóre z nich można edytować ręcznie, inne można wydrukować itd.
GPS globalne pozycjonowanie - systemy, które pomagają zbierać informacje w celu wprowadzenia do baz danych, a oprogramowanie eksportuje je do programów GIS.
Korekta różnicowa
Ta metoda znacznie poprawia dokładność zbieranych danych. W tym przypadku jeden z odbiorników znajduje się w punkcie o określonych współrzędnych, a drugi zbiera informacje tam, gdzie są nieznane.
Korekcja różnicowa jest realizowana na dwa sposoby.
- Pierwszy to korekcja różnicowa w czasie rzeczywistym, w której błędy każdego satelity są obliczane i raportowane przez stację główną. Zaktualizowane dane są odbierane przez łazik, który wyświetla poprawione dane.
- Druga korekcja różnicowa w przetwarzaniu końcowym ma miejsce, gdy stacja główna zapisuje poprawki bezpośrednio do pliku w komputerze. Oryginalny plik jest przetwarzany razem z zaktualizowanym, a następnie uzyskuje się plik skorygowany różnicowo.
Systemy map Trimble mogą korzystać z obu metod. Tak więc, jeśli tryb czasu rzeczywistego zostanie przerwany, nadal można go użyć w przetwarzaniu końcowym.
Aplikacja
GPSstosowane w różnych obszarach. Na przykład globalne systemy pozycjonowania są szeroko stosowane w branży zasobów naturalnych, gdzie geolodzy, biolodzy, leśnicy i geografowie używają ich do rejestrowania pozycji i dodatkowych informacji. Jest to również obszar infrastruktury i zabudowy miejskiej, w którym kontrolowany jest ruch uliczny i system komunalny.
GPS-systemy globalnego pozycjonowania są również szeroko stosowane w rolnictwie, opisując na przykład cechy pól. W naukach społecznych historycy i archeolodzy używają ich do nawigacji i rejestrowania miejsc historycznych.
Zakres systemów mapowania GPS nie ogranicza się do tego. Mogą być używane w każdej innej aplikacji, w której potrzebne są dokładne współrzędne, czas i inne informacje.
Odbiornik GPS
Jest to odbiornik radiowy, który określa położenie anteny na podstawie informacji o opóźnieniach czasowych sygnałów radiowych z satelitów Navstar.
Pomiary tworzone są z dokładnością do trzech do pięciu metrów, a jeśli jest sygnał ze stacji naziemnej - do jednego milimetra. Komercyjne nawigatory GPS na starych próbkach mają dokładność stu pięćdziesięciu metrów, a na nowych - do trzech metrów.
W oparciu o odbiorniki, rejestratory GPS, trackery GPS i nawigatory GPS.
Sprzęt może być niestandardowy lub profesjonalny. Drugiróżni się jakością, trybami pracy, częstotliwościami, systemami nawigacji i ceną.
Odbiorniki niestandardowe mogą podawać dokładne współrzędne, czas, wysokość, kurs określony przez użytkownika, aktualną prędkość, informacje o drodze. Informacje są wyświetlane na telefonie lub komputerze, do którego podłączone jest urządzenie.
Nawigatory GPS: mapy
Mapy poprawiają jakość nawigatora. Występują w typach wektorowych i rastrowych.
Warianty wektorowe przechowują dane o obiektach, współrzędne i inne informacje. Mogą przedstawiać naturalny teren i wiele obiektów, takich jak hotele, stacje benzynowe, restauracje itp., ponieważ nie zawierają obrazów, zajmują mniej miejsca i działają szybciej.
Typy rastrowe są najprostsze. Reprezentują obraz obszaru we współrzędnych geograficznych. Można zrobić zdjęcie satelitarne lub mapę w formie papierowej - zeskanować.
Obecnie istnieją systemy nawigacyjne, które użytkownik może uzupełnić o swoje obiekty.
GPS lokalizatory
Taki odbiornik radiowy odbiera i przesyła dane, aby kontrolować i śledzić ruchy różnych obiektów, do których jest przymocowany. Zawiera odbiornik, który określa współrzędne oraz nadajnik, który wysyła je do użytkownika znajdującego się w pewnej odległości.
Przychodzą urządzenia śledzące GPS:
- osobiste, używane indywidualnie;
- samochód podłączony do pokładusieci automatyczne.
Służą do określania lokalizacji różnych obiektów (ludzi, pojazdów, zwierząt, towarów itd.).
Te urządzenia mogą być używane do tłumienia sygnałów, które tworzą zakłócenia na częstotliwościach, na których działa tracker.
GPS-logger
Te radiotelefony mogą działać w dwóch trybach:
- regularny odbiornik GPS;
- logger, zapisujący informacje o przebytej ścieżce.
Mogą być:
- przenośny, wyposażony w mały akumulator;
- samochód, zasilany przez sieć pokładową.
W nowoczesnych modelach rejestratorów możliwe jest zapisanie do dwustu tysięcy punktów. Sugerowane jest również zaznaczenie dowolnych punktów na swojej drodze.
Urządzenia są aktywnie wykorzystywane w turystyce, sporcie, śledzeniu, kartografii, geodezji i tak dalej.
Globalne pozycjonowanie dzisiaj
Na podstawie dostarczonych informacji można wywnioskować, że takie systemy są już używane wszędzie, a ich zakres jest jeszcze bardziej rozpowszechniony.
Globalne pozycjonowanie obejmuje sektor konsumencki. Zastosowanie najnowszych innowacji technicznych sprawia, że system jest jednym z najbardziej poszukiwanych w tym segmencie rynku.
Wraz z GPS, GLONASS jest rozwijany w Rosji, a Galileo w Europie.
Jednocześnie globalne pozycjonowanie nie jest pozbawione wad. Na przykład w mieszkaniu w budynku żelbetowym, w tunelu lub w piwnicy określ dokładną lokalizacjęniemożliwy. Burze magnetyczne i źródła radiowe na ziemi mogą zakłócać normalny odbiór. Mapy nawigacyjne szybko stają się nieaktualne.
Największą wadą jest to, że system jest całkowicie zależny od Departamentu Obrony USA, który w każdej chwili może na przykład włączyć ingerencję lub całkowicie wyłączyć część cywilną. Dlatego tak ważne jest, że oprócz globalnego systemu pozycjonowania GPS i GLONASS, rozwijają się także Galileo.
