Kuidas GPS-süsteem töötab?

Mis on GPS?

GPS ehk globaalne positsioneerimissüsteem on satelliitnavigatsioonisüsteem, mis annab kasutajale teavet asukoha ja aja kohta kõigis kliimatingimustes. GPS-i kasutatakse navigeerimiseks ka lennukites, laevadel, autodes ja veoautodes. Süsteem annab kriitilised võimed sõjaväe- ja tsiviilkasutajatele kogu maailmas. GPS pakub kogu maailmas pidevat reaalajas kolmemõõtmelist positsioneerimist, navigeerimist ja ajastamist.

Kuidas GPS-süsteem töötab?

GPS koosneb kolmest segmendist:

1) Kosmosesegment: GPS-satelliidid

2) USA sõjaväe juhitav kontrollsüsteem

3) Kasutajate segment, mis hõlmab nii sõjaväe kui ka tsiviilkasutajaid ja nende GPS-seadmeid.

Ruumi segment:

Kosmosesegment on tähtkujus olevate satelliitide arv. See koosneb 29 satelliidist, mis tiirutavad maad iga 12 tunni järel 12 000 miili kõrgusel. Kosmosesegmendi funktsiooni kasutatakse marsruudi / navigeerimissignaalide jaoks ning juhtsegmendi saadetud marsruudi / navigeerimisteate salvestamiseks ja uuesti edastamiseks. Neid ülekandeid juhivad satelliitide väga stabiilsed aatomkellad. GPS-i kosmosesegmendi moodustab satelliitide tähtkuju, millel on piisavalt satelliite, tagamaks, et kasutajatel oleks igal ajal Maa pinnal asuvast punktist vähemalt neli samaaegset satelliiti.

Juhtimissegment:

Juhtimissegment koosneb põhijuhtimisjaamast ja viiest monitorijaamast, mis on varustatud kogu maailmas laiali levinud aatomkelladega. Viis monitorijaama jälgivad GPS-satelliidi signaale ja saadavad seejärel selle kvalifitseeritud teabe juhtimisjaamale, kus kõrvalekalded korrigeeritakse ja saadetakse maapealsete antennide kaudu GPS-satelliitidele tagasi. Juhtimissegmenti nimetatakse ka monitorijaamaks.

juhtsegment

Kasutaja segment:

Kasutaja segment koosneb GPS-vastuvõtjast, mis võtab vastu GPS-satelliitide signaale ja määrab, kui kaugel see on igast satelliidist. Peamiselt kasutatakse seda segmenti USA sõjaväe, raketijuhtimissüsteemide, GPS-i tsiviilrakenduste jaoks peaaegu igas valdkonnas. Enamik tsiviilelanikke kasutab seda uuringust kuni transpordini loodusvaradeni ja sealt edasi põllumajanduse ja kaardistamise juurde.

Kasutaja segment

Kuidas GPS asukoha määrab:

Globaalse positsioneerimissüsteemi töö / toimimine põhineb matemaatilisel printsiibil “kolmepoolne”. Asukoht määratakse satelliitide kauguse mõõtmise põhjal. Joonise järgi kasutatakse nelja satelliiti, et määrata vastuvõtja asukoht maa peal. Sihtkoha kinnitab 4^thsatelliit. Asukoha jälgimiseks kasutatakse kolme satelliiti. Neljandat satelliiti kasutatakse nende kosmosesõidukite sihtasukoha kinnitamiseks. Globaalne positsioneerimissüsteem koosneb satelliidist, juhtimisjaamast ja monitorijaamast ning vastuvõtjast. GPS-vastuvõtja võtab satelliidilt saadud teabe ja kasutab kasutaja täpse asukoha määramiseks triangulatsiooni meetodit.

GPS-i kasutatakse mõnel juhtumil mitmel viisil, näiteks:

1. Näiteks asukoha asukohtade määramiseks peate helistama kopteri piloodile oma asukoha asukoha koordinaadid, et piloot saaks teid üles võtta.
2. Näiteks ühest asukohast teise navigeerimiseks peate sõitma vaatetornist tuletõrje perimeetri juurde.
3. Näiteks digiteeritud kaartide loomiseks määratakse tuletõrje perimeeter ja kuumad kohad.
4. Kahe erineva punkti vahelise kauguse määramiseks.

3 GPS-i eelised:

• GPS-satelliidipõhine navigatsioonisüsteem on sõjaväe-, tsiviil- ja kaubanduslike kasutajate jaoks oluline tööriist
• Sõidukite jälgimissüsteemid GPS-põhised navigeerimissüsteemid võivad anda meile pöördejuhised
• Väga suur kiirus

2 GPS-i puudused:

• GPS-satelliidi signaalid on telefonisignaalidega võrreldes liiga nõrgad, nii et see ei tööta nii hästi siseruumides, vee all, puude all jne.
• Suurim täpsus nõuab vastuvõtjast satelliidini vaatevälja, seetõttu ei tööta GPS linnakeskkonnas eriti hästi.

GPS-vastuvõtja kasutamine:

GPS-vastuvõtjaid on mitu erinevat mudelit ja tüüpi. GPS-vastuvõtjaga töötamise ajal on oluline:

• Kompass ja kaart.
• Allalaaditud GPS-kaabel.
• Mõned lisapatareid.
• Teadmised GPS-vastuvõtja mälumahu kohta, et vältida andmete kadumist, andmete ebatäpsuse vähenemist või muid probleeme.
• Väline antenn igal võimalusel, eriti puu võrade all, kanjonites või sõidu ajal.
• GPS-vastuvõtja seadistamine vastavalt vahejuhtumi või asutuse standardse reguleerimise koordinaatide süsteemile.
• Märkused, mis kirjeldavad, mida vastuvõtjasse salvestate.

GPS-i viga

Võimalike vigade allikaid on palju, mis halvendavad GPS-vastuvõtja poolt arvutatud asukohtade täpsust. GPS-satelliidi signaalide kuluvat reisi aega saab atmosfääri mõjude abil muuta, kui GPS-signaal läbib ionosfääri ja selle murdunud troposfääri, põhjustades signaali kiiruse erinevusest GPS-signaali kiirusest ruumis. Teine veaallikas on müra või signaali moonutamine, mis põhjustab elektrilisi häireid või GPS-vastuvõtjale endale omaseid vigu. Teave satelliitide orbiitide kohta põhjustab vigu ka asukohtade määramisel, kuna satelliidid pole tegelikult seal, kus GPS-vastuvõtja asukohtade määramisel saadud teabe põhjal mõtles. Satelliitide pardal olevate aatomkellade väikesed erinevused võivad viia suurte asukohavigadeni, kui kella viga 1 nanosekund tähendab 1 jalga või 0,3 meetri kasutaja viga maapinnal. Mitmeteefekt tekib siis, kui satelliitidelt edastatud signaalid põrkuvad enne vastuvõtja antenni jõudmist helkurpinnalt maha. Selle protsessi käigus saab vastuvõtja signaali nii sirgjoonel kui ka viivitatud teel (mitu rada). Efekt sarnaneb televiisori kummituse või topeltpildiga.

Täpsuse geomeetriline lahjendus (GDOP)

Ka satelliidi geomeetria võib mõjutada GPS-i positsioneerimise täpsust. Seda efekti nimetatakse täpsuse geomeetriliseks lahjenduseks (GDOP). Mis viitab sellele, kus satelliidid asuvad üksteise suhtes, ja see näitab satelliidi konfiguratsiooni kvaliteeti. Sellega saab muuta muid GPS-i vigu. Enamik GPS-vastuvõtjaid valib satelliidi tähtkuju, mis annab kõige vähem määramatust, parima satelliidi geomeetria.

GPS-vastuvõtjad teatavad satelliidi geomeetria kvaliteedist tavaliselt asukoha täpsuse lahjendamise või PDOP-ga. PDOP on kahte tüüpi, horisontaalne (HDOP) ja vertikaalne (VDOP) mõõtmine (laiuskraad, pikkuskraad ja kõrgus). Saame kontrollida, kas satelliidi positsioneerimise kvaliteet on vastuvõtja PDOP väärtuse järgi praegu saadaval. Madal DOP näitab suuremat täpsuse tõenäosust ja kõrge DOP väiksemat täpsuse tõenäosust. Teine PDOP mõiste on TDOP (Precision Time Dilution of Precision). TDOP tähistab satelliidi kella nihet. GPS-vastuvõtjal saab määrata parameetri, mida nimetatakse PDOP-maskiks. See paneb vastuvõtjat ignoreerima satelliidikonfiguratsioone, mille PDOP on suurem kui määratud piir.

Valikuline kättesaadavus (SA) :

Valikuline kättesaadavus tekib siis, kui DOD halvendab tahtlikult GPS-signaalide täpsust, tekitades kunstlikke kella- ja efemeriserivigu. SA rakendamise ajal oli see GPS-i vea suurim komponent, põhjustades kuni 100-meetrise vea. SA on standardse positsioneerimisteenuse (SPS) komponent.

Foto krediit:

• juhtsegment Autor gstaatiline
• Kasutaja segment Autor gstaatiline