GPS je navigacijska tehnologija koja pomoću satelita daje precizne informacije o mjestu. U osnovi se GPS sustav sastoji od skupine satelita i dobro razvijenih alata poput prijemnika. Međutim, sustav bi trebao sadržavati najmanje četiri satelita. Svaki satelit i prijemnik opremljeni su stabilnim atomskim satom. Satelitski satovi sinkronizirani su jedni s drugima i s prizemnim satovima. GPS prijamnik također ima sat, ali nije sinkroniziran i nije stabilan (manje stabilan). Svako odstupanje stvarnog vremena satelita od zemaljskog sata treba ispravljati svakodnevno. Iz sinkronizirane mreže satelita i prijamnika potrebno je izračunati četiri nepoznate veličine (tri koordinate i odstupanje sata od satelitskog vremena).Rad GPS prijamnika je primanje signala iz mreže satelita za izračunavanje tri osnovne nepoznate jednadžbe vremena i položaja.
GPS signal uključuje pseudoslučajne kodove i vrijeme prijenosa i satelitski položaj u to vrijeme. Signal koji emitira GPS naziva se i noseća frekvencija s modulacijom. Nadalje, pseudoslučajni kôd je slijed nula i jedinica. Praktično, položaj prijemnika i pomak takta prijemnika u odnosu na vrijeme sustava prijemnika izračunavaju se istovremeno, koristeći navigacijske jednadžbe za obradu vremena leta (TOF). TOF su četiri vrijednosti koje prijemnik oblikuje pomoću vremena dolaska i vremena prijenosa signala. Položaj se obično pretvara u geografsku širinu, dužinu i visinu u odnosu na geoide (u osnovi, srednju razinu mora). Tada se koordinate prikazuju na ekranu.
Elementi GPS-a
Struktura GPS-a je složena. Sastoji se od tri glavna segmenta svemirskog segmenta, kontrolnog segmenta i korisničkog segmenta. Lansiranje satelita u srednju zemaljsku orbitu naporan je posao. Svemirski segment obuhvaća 24 do 32 satelita ili svemirska vozila u istoj orbiti, po 8 u tri kružne orbite. Najmanje šest satelita uvijek je u vidokrugu s gotovo svugdje na zemljinoj površini.
Pored svemirskog segmenta nalazi se kontrolni segment. U upravljačkom segmentu postoji glavna upravljačka stanica, zamjenska glavna upravljačka stanica, zemaljske antene i nadzorna stanica. Korisnički segment sastoji se od tisuća civilnih, komercijalnih i vojnih službi za pozicioniranje. GPS prijamnik ili uređaj sastoji se od antene, podešene na frekvenciju koju prenose sateliti. Uključuje i zaslon za prikaz mjesta i vremena.
GPS prijamnik klasificiran je prema broju satelita koje može istodobno pratiti, to jest prema broju kanala. Prijemnici obično imaju četiri do pet kanala, ali nedavna poboljšanja pokazala su da je napravljeno i do 20 kanala.
Frekvencija satelita: Sve frekvencije satelitskog emitiranja. Frekvencijski opseg obuhvaća pet vrsta kao što su L1, L2, L3, L4 i L5. Ti opsezi imaju frekvencijski raspon od 1176 MHz do 1600 Mz.
Kako GPS radi
GPS sateliti rotiraju se oko Zemlje dva puta dnevno. Vrti se u vrlo preciznom smjeru i šalje indikacije i informacije na zemlju. GPS prijamnici dobivaju sve informacije i primjenjuju triangulaciju kako bi otkrili točno mjesto korisnika. U osnovi, prijemnik GPS-a suprotstavlja trajanje širenja signala od strane satelita i određuje vrijeme njegova primanja. Vremenska razlika formulira koliko je prijamnik udaljen od satelita GPS-a. Mjeri točnu udaljenost s još nekoliko satelita, a prijemnik određuje položaj korisnika i prikazuje ga na karti elektroničkog uređaja.
Prijemnik mora biti zaključan na signal s najmanje tri satelita da bi se dobio dvodimenzionalni položaj i također prati kretanje korisnika. Korištenjem četiri ili više satelita prijamnik može odrediti trodimenzionalni položaj korisnika koji se sastoji od nadmorske visine, širine i dužine. Nakon određivanja položaja korisnika, GPS jedinica izračunava druge podatke kao što su brzina, ležaj, trag, udaljenost, odredište, izlazak i vrijeme zalaska sunca.
Koliko je precizan GPS?
GPS prijemnici su vrlo precizni zbog paralelnog višekanalnog dizajna. Paralelni kanali su vrlo brzi i precizni, iako određeni čimbenici poput atmosferske buke i poremećaja mogu poremetiti i ponekad utjecati na točnost GPS prijemnika.
Korisnici također mogu dobiti poboljšanu preciznost s diferencijalnim GPS-om (DGPS), koji ispravlja GPS signale u okruženi redoslijedom od tri do pet metara. Američka obalna straža upravlja najčešćom uslugom korekcije DGPS. Sustav sadrži raspored tornjeva koji dobivaju GPS signale i odašiljani signal emitiraju odašiljačima. S ciljem dobivanja točnog signala, korisnici moraju imati diferencijalni prijemnik i antenu za svjetionike, osim GPS-a.
Izvori pogrešaka GPS signala
Čimbenici koji mogu pokvariti preciznost GPS signala i tako utjecati na točnost uključuju sljedeće:
- Kašnjenje jonosfere i troposfere - Satelitski signal usporava dok prelazi slojeve atmosfere. GPS sustav koristi ugrađeni model koji se koristi za izračunavanje redovnog trajanja zapreke potrebne za ispravljanje ove vrste netočnosti.
- Više putanja signala - Do ove pogreške dolazi kada se signal odbije od objekata poput viših zgrada i većih stijena prije nego što stigne do prijemnika. To povećava ukupno trajanje putovanja signala i uzrokuje pogreške i netočnost.
- Orbitalne pogreške - ove su pogreške poznate i kao pogreške efemerida koje se koriste za izračunavanje netočnosti položaja satelita.
- Broj vidljivih satelita - točnost ovisi o točnom broju satelita koje GPS prijamnik može vidjeti. Čimbenici poput zgrada, terena, elektroničkih smetnji blokiraju točnost i prijem signala što uzrokuje pogrešku u položaju, a ponekad i ne očitavanje signala. Obično ne radi u zatvorenom, pod vodom i pod zemljom.
Prijave
GPS stroj je ne samo za vojnu uporabu nadaleko poznat po svojoj upotrebi u civilnim i komercijalnim službama. Neke civilne aplikacije su:
1. Astronomija: Koristi se u astronomiji i proračunima nebeske mehanike.
2. Automatizirana vozila: Također se koristi u automatiziranim vozilima (vozila bez vozača) za primjenu mjesta za automobile i kamione.
3. Stanična telefonija: Suvremeni mobilni telefoni opremljeni su softverom za GPS praćenje. Prisutan je jer čovjek može znati svoj položaj i može također pratiti obližnje komunalne usluge kao što su bankomati, kafići, sigurnosni uređaji itd. Prvi GPS s omogućenim mobitelom pokrenut je 1990-ih. U staničnoj telefoniji koristi se i za otkrivanje hitnih poziva i mnogih drugih aplikacija.
4. Pomoć u katastrofama i druge hitne službe: U slučaju bilo kakve prirodne katastrofe, GPS je najbolji alat za prepoznavanje mjesta. Čak i prije katastrofa poput ciklona, GPS pomaže u izračunavanju procijenjenog vremena.
5. Praćenje flote: GPS je razvojni alat poznat po svom potencijalu za praćenje vojnih brodova za vrijeme rata.
6. Lokacija automobila: Automobil s omogućenom GPS-om olakšava praćenje njegovog položaja.
7. Geo mačevanje: U geo mačevanju koristimo GPS za praćenje čovjeka, životinje ili automobila. Uređaj je pričvršćen na vozilo, osobu ili na ovratniku životinje. Pruža kontinuirano praćenje i ažuriranje.
8. Geografsko označavanje: jedna od glavnih aplikacija je geografsko označavanje što znači primjena lokalnih koordinata na digitalne objekte.
9. GPS za rudarstvo: koristi točnost pozicioniranja na razini centimetra.
10. GPS ture: pomaže u određivanju mjesta u blizini zanimljivih mjesta.
11. Anketiranje: Geodeti koriste Global System za pozicioniranje za crtanje karata.