Nawigacja GPS - wprowadzenieGPS-NAVSTAR (Global Positioning System - NAVigation Signal Timing And Ranging) jest systemem nawigacji satelitarnej stworzonym przez Amerykański Departament Obrony (U.S. Department of Defense), który obejmuje swoim zasięgiem niemal całą kulę ziemską. GPS-NAVSTAR daje możliwość wyznaczania pozycji, a także dostarcza bardzo precyzyjnych informacji na temat aktualnego czasu (dzięki zegarom atomowym, które posiada każdy satelita nawigacyjny). Nawigacja GPS (tak powszechnie nazywamy amerykański system GPS-NAVSTAR) początkowo wykorzystywana była tylko przez amerykańskie wojsko. Obecnie dostęp do niej mają również cywile (dostęp jest bezpłatny). GPS-NAVSTAR mógł zostać opracowany dzięki doświadczeniu jakie zebrano podczas tworzenia systemu Transit. Transit wykorzystywała Marynarka Wojenna USA do lokalizowania okrętów podwodnych z pociskami balistycznymi. Później Transit wykorzystywano również do celów hydrograficznych i geodezyjnych.
Segment kosmicznySkłada się on z 31 satelitów (stan na 5 wrzesień 2009) znajdujących się na orbitach o nachyleniu 55° (bloki IIA, IIR oraz IIR-M), lub nachyleniu 63° (blok I). Jednak przeważnie, tylko 28 z nich jest jest czynna. Reszta nie działa z przyczyn technicznych, bądź jest testowana. Dla osiągnięcia pełnej operacyjności, nawigacja GPS wymaga 24 sprawne satelity. Taka ilość sprawia, że co najmniej 5 z nich, z prawdopodobieństwem 0.9996, jest widocznych z każdego miejsca na Ziemi. Satelity nawigacyjne krążą po orbitach na wysokości około 20183 km, a ich czas pełnego obiegu Ziemi wynosi pół doby gwiazdowej (11 godz. 58 min.). Blok IIR Odbiornik nawigacyjny może zidentyfikować poszczególnego satelitę dzięki metodzie podziału kodu CDMA (Code Division Multiple Access). Chodzi tutaj o to, że wszystkie satelity emitują sygnał w tej samej częstotliwości, ale sygnał ten modulowany jest różnymi kodami. Każdy satelita posiada zegar atomowy, dzięki czemu jego sygnał jest bardzo dokładnie zsynchronizowany z całą strukturą nawigacji. Elementy kosmiczne oraz stacje naziemne tworzą swego rodzaju sieć współzależności czasu. Dzięki temu odbiornik nawigacyjny nie tylko pokazuje aktualną pozycję, ale również bardzo precyzyjny czas. Pewnego rodzaju ciekawostką związaną z nawigacją GPS jest to, że każdy satelita nawigacyjny posiada zainstalowany system szpiegowski NUDET (Nuclear Detection). Aparatura ta umożliwia natychmiastowe wykrycie wybuchów atomowych na Ziemi. Sygnał pomiędzy odbiornikiem, a segmentem kosmicznym przesyłany jest tylko w jednym kierunku (z do odbiornika).
Segment użytkownikaTworzą go wszelkiego rodzaju odbiorniki GPS - zarówno cywilne jak i wojskowe. Odbiorniki różnią się między sobą kształtem, posiadanym oprogramowaniem (dostosowane do konkretnych zastosowań) oraz poziomem dokładności. Nie zmienia to jednak faktu, że każdy odbiornik do nawigacji GPS posiada taki sam schemat budowy.
Schemat odbiornika do nawigacji Dzięki odbiornikowi nawigacyjnemu użytkownik może odbierać sygnał z segmentu kosmicznego, który następnie wykorzystywany jest do wyznaczania pozycji w każdym miejscu na Świecie. Ważnym parametrem charakteryzującym odbiornik do nawigacji jest ilość posiadanych kanałów. Każdy kanał umożliwia śledzenie jednego satelity. Ilość kanałów określa więc maksymalną liczbę satelitów, od których odbiornik może w tym samym czasie dbierać sygnał. Już w 2007 roku zaczęły pojawiać się urządzenia 12 - kanałowe, a obecnie i 20 - kanałowe. Jednak na chwilę obecną taka ilość kanałów nie zostanie wykorzystana. Odbiornik po prostu "nie zobaczy" takiej ilości satelitów GPS (maksymalnie 12). Związane jest to z ich ograniczoną ilością oraz kulistością Ziemi. Aby można było precyzyjnie określić pozycje w 3 wymiarach (długość geograficzna, szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza) oraz czas wymagana jest widoczność przynajmniej czterech satelitów przez odbiornik. Widoczność trzech umożliwia pomiar pozycji w dwóch wymiarach (długość i szerokość geograficzna). Obecnie najpopularniejsze urządzenia do nawigacji, to urządzenia firmy Garmin, Lark, Mio oraz TomTom. Ogólnie dostępne urządzenia nawigacji satelitarnej dzielimy na:
Dedykowane odbiorniki nawigacyjneDedykowane urządzenia nawigacyjne posiadają różny stopień mobilności. Możemy wymienić tutaj np. odbiorniki ręczne. Idealnie pasują one na piesze wędrówki czy jazdę rowerem. Dobrze sprawdzają się podczas wszelkiego rodzaju aktywności, np. podczas uprawiania sportu. Ich ekrany są zdecydowanie mniejsze niż innych urządzeń tego typu oraz często nie są kolorowe. Mapy w takich urządzeniach są też zdecydowanie mniej zaawansowane. Takim urządzeniem jest np. Garmin eTrex H. Często stosowanymi urządzeniami pozycjonowania satelitarnego są odbiorniki w samochodach. Charakteryzują się one posiadaniem dużych ekranów (nawet 7”) oraz dużym stopniem zaawansowanie, które zależy w dużej mierze od zainstalowanego oprogramowania z mapami. Takie urządzenia mogą tworzyć złożony system zarządzania flotą samochodów. Przykładem może być tutaj Lark FREEBIRD 70, Mio C250, TomTom One XL, Garmin nuvi 1255 T. Ponadto, często spotykamy również nawigacje motocyklowe oraz wodne, a także inne urządzenia nawigacyjne związane z konkretnymi zastosowaniami nawigacji GPS. Jako przykład może posłużyć Garmin GPSmap 521. Moduły GPSModuły nawigacji satelitarnej umożliwiają korzystanie z systemu nawigacji w komputerach PC, laptopach, urządzeniach PDA czy smartphonie. Moduł taki może być podłączony za pomocą portu USB, portu Bluetooth, złącza SD, PCMCIA lub ExpressCard. Do korzystania z nawigacji przy wykorzystaniu moduły, wymagane jest również specjalne oprogramowanie. Urządzenia typu Datalogger GPSZadaniem tego urządzenia jest rejestracja przebytej trasy, którą następnie możemy odtworzyć w laptopie czy komputerze PC. Urządzenie to ma również możliwość zapamiętania określonej pozycji, np. miejsce, w którym zrobiliśmy ciekawe zdjęcie, lub zobaczyliśmy coś interesującego. Często urządzenia te mogą być również wykorzystane jako zewnętrzny moduł. Tego typu urządzenia charakteryzują się małymi rozmiarami, długim czasem działanie oraz relatywnie niską ceną. Urządzenia z wbudowanymi odbiornikami GPS (telefony komórkowe)Wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej telefonów komórkowych, zaczęto w nich instalować odbiorniki do nawigacji satelitarnej. Odbiorniki takie mogą być montowane zarówno wewnątrz telefonu, jak i w postaci zewnętrznych odbiorników (łączone z telefonem zwykle za pomocą portu Bluetooth). Niektóre telefony wyposażone są w tzw. A-GPS. Umożliwia on skrócenie czasu wyznaczania pozycji poprzez łączenie się z serwerami operatora sieci. Bez A-GPS nawigacja w telefonie również będzie działać, jednak pierwsze „łączenie z satelitami” będzie trwało dłużej. Odbiorniki multi-plexing i multi-channel:
Zadania realizowane przez odbiornik do nawigacji:
Odbiornik nawigacyjny Mio Navman M400 Funkcje odbiornika do pozycjonowania:
a ponadto
Zalety pozycjonowania z wykorzystaniem odbiornika GPS:
Segment kontroli (naziemny)Nawigacja GPS nie działałaby prawidłowo bez istnienia naziemnej struktury koordynującej oraz wspierającego pozycjonowanie satelitarne. Segment naziemny składa się z 12 stacji nadzoru. Główne Centrum Kontroli (Master Control Station), znajduje się w Bazie Sił Powietrznych Schriever (około 20 km na południe od Colorado Springs, USA). Kolejne 5 stacji monitorujących zarządzanych jest przez Siły Lotnicze USA. Znajdują się one na Hawajach, Cape Canaveral, Wyspie Wniebowstąpienia, wyspie Diego Garcia oraz Atolu Kwajalein. Od 2005 roku segment kontroli wspiera dodatkowych 6 stacji. Są one zarządzane przez NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Stacje te znajdują się w: Ekwadorze, Waszyngtonie, Londynie, Argentynie, Bahrajnie i Australii. Dzięki nim satelity śledzone są przez co najmniej 2 stacje monitorujące. W niedalekiej przyszłości NGA zamierza dodać jeszcze 5 dodatkowych stacji monitorujących. Dzięki temu będzie możliwe śledzenie jednego satelity przez co najmniej 3 stacje monitorujące. Każda z 12 stacji nadzoru rozmieszczona jest możliwie blisko i równomiernie na równiku celem ciągłej obserwacji każdego satelity przez co najmniej dwie stacje przez całą dobę. Sprawdź stacje monitorujące pracę GPS-NAVSTAR
|
|
|
|
Szukaj nawigacji
|
Struktura nawigacji satelitarnej
| Kontakt |
Komentarze
Co do chińskiego systemu, to wystrzelono jak na razie dopiero kilka satelitów. Ponoć działa on obecnie tylko na terenie Azji, a pełną operacyjność ma osiągnąć dopiero w 2020 roku.
Nie mówiąc o oprogramowaniu, które spóźnia się lub przyśpiesza na każdym skrzyżowaniu.
Może jeszcze wypowie się ktoś bardziej kompetentny niż ja.
Ostatnio słyszałem, że trwają zaawansowane prace nad nową technologią pozycjonowania - Galileo. Ponoć ma być zdecydowanie bardziej dokładny niż obecnie wykorzystywany. Ciekawe czy będzie można wykorzystać te same urządzenia do tych dwóch systemów. Porównanie dwóch niezależnych sygnałów na pewno jeszcze bardziej zwiększyłoby dokładność. Jednak na razie trzeba się zadowolić tym co jest. Jeżeli chodzi o mnie to w zupełności wystarczyłoby mi to co jest, jednak dlaczego nie skorzystać z czegoś nowego?
Pozdrawiam wszystkich korzystających z GPS.