System GPS

1. System GPS Karol Równy

2. CO TO JEST GPS ? • GlobalnySystem Pozycjonowania (GlobalPositioning System) • Właścicielem systemu GPS jest Departament Obrony USA. • System GPS Navstar powstał na potrzeby wojska, aby w każdej chwili i w każdych warunkach było możliwe określenie pozycji okrętu, samolotu bądź ...pojedynczego żołnierza • GPS dostarcza użytkownikom dokładnych informacji o czasie, położeniu i prędkości.

3. CECHY SYSTEMU GPS 1 • Globalność polegająca na powszechnejdostępności sygnałusatelitarnego GPS 24 godziny na dobę we wszystkich zakątkach świata. GPS działa równie dobrze niezależnie od pogody, pory dnia i położenia odbiornika. • Departament Obrony USA włączył sygnał zakłócający SA (SelectiveAvailability), aby zmniejszyć dokładność określania pozycji dla cywilnych odbiorców GPS do 100 metrów. • Uwaga! Z dniem 2000-05-01 decyzją rządu USA został na stałe wyłączony program celowo pogarszający dokładność określania pozycji przez cywilne odbiorniki GPS (SA - SelectiveAvailability).

4. CECHY SYSTEMU GPS 2 • Obecnie (po zniesieniu zakłóceń) dokładność systemu wynosi około 25 m (90% pomiarów), a po zastosowaniu stacji referencyjnej (DGPS) błąd wynosi 1-5m. • System GPS jest bezpłatny nie licząc kosztów baterii - jego wykorzystywanie nie jest obciążone żadnymi dodatkowymi opłatami abonentowymi, poza kosztem zakupu samegoodbiornika, nie trzeba również posiadać zezwolenia.

5. BUDOWA SYSTEMU GPS

6. SEGMENT KOSMICZNY 1 • 24 amerykańskie satelity wojskowe NAVSTAR (NavigationalSatelliteTime and Ranging – system nawigacyjny stosujący pomiar czasu i odległości) na 6 orbitach, po 4 satelity na każdej orbicie. 21 satelitów aktywnych, 3 satelity zapasowe. • Płaszczyzny orbit nachylone są pod kątem 55 stopni do równika, • Czas obiegu orbity ok. 12 godzin • Szacowany czas życia satelity 7.5 roku • 1978 – wystrzelenie I satelity, 1994 – 24 satelity na orbitach

7. SEGMENT KOSMICZNY 2 • Satelity zasilane są energią słoneczną. W przypadku jej braku satelity zasilane są z zapasowych baterii • Wyposażone są w silniki naprowadzające je na właściwą drogę • Każdy satelita jest wyposażony w bardzo dokładny zegar (dokładność 3ns), po to aby bardzo dokładnie odmierzyć czas dotarcia sygnału od satelity do odbiornika

8. SEGMENT KOSMICZNY 3

9. SEGMENT STEROWANIA • Bezzałogowe, naziemne stacje monitorujące • lokalizacja: Hawaje i Kwajalein na Pacyfiku; Diego Garcia na Oceanie Indyjskim; Ascension Island na Oceanie Atlantyckim; Colorado Springs • odbierają sygnały z satelitów i wysyłają informacje do stacji sterowania • Naziemna stacja sterowania • lokalizacja: Colorado Springs. • poprawia dane (położenie na orbicie, prędkość i zegary) z satelitów i wysyła poprawione dane do wszystkich satelitów, wprowadza korekty

10. SEGMENT UŻYTKOWNIKA 1 • Różne rodzaje: doręczne, przewoźne (montowane na statkach, w samochodach, samolotach itd), mogą być wbudowane w telefon komórkowy. • Do jego zadań należy m.in. Odbieranie i dekodowanie sygnałów ,,satelitarnych''. Sygnały te po przetworzeniu przez mikroprocesor są danymi w postaci współrzędnych geograficznych, parametru prędkości i korekty zegara odbiornika.

11. SEGMENT UŻYTKOWNIKA 2 Do wyznaczenia lokalizacji odbiornika wymagane jest „widzenie” minimum 4 satelitów

12. ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU GPS 1 Działanie oparte jest na obliczeniu odległości między odbiornikiem GPS a satelitami, które są widziane przez odbiornik. Aby ustalić pozycję wystarczy aby namierzyć 3 satelity, przy 4 możliwe jest też wyznaczenie wysokości npm.

13. ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU GPS 2 • Odbiornik oblicza swoją lokalizację na podstawie dwóch wiadomości: lokalizacji satelity i odległości odbiornika od satelity • Lokalizacja satelity? • Odbiornik odbiera z satelity zakodowane informacje o orbicie na której znajduje się satelita i lokalizację na orbicie (Almanac data ) • Odległości odbiornika od satelity? • Odbiorniki użytkowników systemu GPS mierzą odległość od satelitów przez pomiar czasu, jaki potrzebny jest na przesłanie sygnału satelitarnego od satelity do anteny odbiornika

14. ŹRÓDŁA BŁĘDÓW • Niedokładność zegara w odbiorniku – im dokładniejszy tym droższy odbiornik • Liczba widocznych satelitów przez odbiornik – im więcej widzi satelitów tym większa dokładność lokalizacji • Wzajemne geometryczne rozmieszczenie satelitów - najgorszy przypadek, gdy satelity są w linii.

15. ZASTOSOWANIA GPS 1 • Turystyka – żeglarstwo, wycieczki górskie i rowerowe (trzeba znać swoje położenie i trzymać się drogi): W każdej chwili na ekranie GPS-a dostępny jest dokładny czas satelitarny, pokazana odległość do celu lub najbliższego punktu trasy, kierunek w którym mamy iść oraz przewidywany czas dotarcia. GPS oblicza też czas wschodu i zachodu Słońca dla dowolnego punktu, będziemy zatem wiedzieć, czy dotrzemy "za dnia" czy w nocy. • Ratownictwo górskie

16. ZASTOSOWANIA GPS 2 • balony z odbiornikami GPS do badania dziury ozonowej • lokalizacja pojazdów ratowniczych (karetki, Policja) najbliżej wypadku • odbiorniki GPS w samochodach: lokalizacja, poszukiwanie samochodów skradzionych, monitoring • badanie migracji zwierząt zagrożonych wyginięciem • W budownictwie – przy budowie górskich tunelów

17. PROBLEMY • Problemy związane z implementacją tradycyjnego odbiornika GPS w urządzeniu przenośnym: • w przypadku inicjalizacji działania czas potrzebny na rozpoczęcie śledzenia satelitów waha się od 30 sekund do kilku minut • słabe efekty w przypadku pracy w „trudnym” środowisku, gdzie sygnał GPS jest słaby (tereny zurbanizowane, wnętrza budynków, gęste listowie) • problem w przypadku interferencji wielodrogowych – sygnał ulega refrakcji • aby zminimalizować powyższe efekty odbiorniki GPS wyposażane są do 12 równolegle działających odbiorników • problemy z zasilaniem (ciągłe działanie)

18. Inne systemy nawigacji satelitarnej • NAVSAT Navy Navigation Satellite System (NAVSAT, znany również pod nazwą TRANSIT lub Sat - Nav) • GLONASS Rosyjski system podobny do GPS

19. PERSPEKTYWY ROZWOJU SYSTEMU GPS Rozwój GPS można porównać do rozwoju internetu i telefoni komórkowej. Raz poznawszy zalety jego stosowania, człowiek nigdy już z nich nie zrezygnuje. Obok telewizji satelitarnej jest wymiernym i powszechnym efektem jaki przyniósł ludziom podbój kosmosu. Przed ludzkim umysłem stają teraz nowe wyzwania - znalezienie nowych zastosowań dla technologii GPS. Należy mieć tylko nadzieję, że pójdziemy we właściwym kierunku, że ta techologia poprawi nasze bezpieczeństwo, uprzyjemni nam podróże, sprawi, iż będziemy mogli lepiej poznać i zrozumieć otaczający nas świat, zinwentaryzować zasoby naturalnego środowiska itd. Przeciwny kierunek, to precyzyjniej naprowadzane pociski rakietowe, możliwość totalnej inwigilacji pojedynczych jednostek i całych grup społecznych, oraz szereg innych jeszcze równie przerażających zastosowań. Można mieć tylko nadzieję, iż właściwie i mądrze wykorzystamy tę technologię, z pożytkiem dla całej ludzkości.

20. DZIEKUJE ZA UWAGE