GPS (sistem de poziționare globală)

GPS-ul este o tehnologie de navigație care, prin utilizarea sateliților, oferă informații precise despre o locație. Practic, un sistem GPS constă din grup de sateliți și instrumente bine dezvoltate, cum ar fi receptorul. Cu toate acestea, sistemul ar trebui să cuprindă cel puțin patru sateliți. Fiecare satelit și receptor sunt echipate cu ceas atomic stabil. Ceasurile de satelit sunt sincronizate între ele și ceasurile de la sol. Receptorul GPS are și ceas, dar nu este sincronizat și nu este stabil (mai puțin stabil). Orice deviere a timpului real al sateliților de la ceasul de la sol ar trebui corectată zilnic. Patru cantități necunoscute (trei coordonate și abaterea ceasului de la ora satelitului) sunt necesare pentru a fi calculate din rețeaua sincronizată de sateliți și receptor.Activitatea receptorului GPS este de a primi semnale din rețeaua de sateliți pentru a calcula trei ecuații de timp și poziție necunoscute.

Un semnal GPS include un cod pseudorandom și ora de transmisie și poziția satelitului în acel moment. Semnalul transmis de GPS se mai numește frecvență purtătoare cu modulație. Mai mult, un cod pseudorandom este o secvență de zerouri și unii. Practic, poziția receptorului și decalajul ceasului receptorului în raport cu timpul sistemului receptorului sunt calculate simultan, utilizând ecuațiile de navigație pentru a procesa timpul de zbor (TOF). TOF sunt cele patru valori pe care le formează receptorul folosind ora de sosire și ora de transmitere a semnalului. Locația este de obicei convertită în latitudine, longitudine și înălțime față de geoizi (în esență, nivelul mediu al mării). Apoi, coordonatele sunt afișate pe ecran.

Elemente de GPS

Structura GPS-ului este una complexă. Se compune din trei segmente majore ale unui segment spațial, un segment de control și un segment de utilizator. Lansarea satelitului pe orbita medie a pământului este o muncă grea. Segmentul spațial cuprinde 24 până la 32 de sateliți sau vehicule spațiale pe aceeași orbită, câte 8 pe trei orbite circulare. Cel puțin șase sateliți sunt întotdeauna în linie de vedere de aproape peste tot pe suprafața pământului.

Alături de segmentul spațial este segmentul de control. În segmentul de control există o stație de control master, o stație de control master alternativă, antene la sol și stație de monitorizare. Segmentul de utilizatori este compus din mii de servicii de poziționare civilă, comercială și militară. Un receptor GPS sau un dispozitiv constă dintr-o antenă, reglată la frecvența transmisă de sateliți. De asemenea, include ecran de afișare pentru a furniza locația și ora.

Un receptor GPS este clasificat în funcție de numărul de sateliți pe care îi poate monitoriza simultan, adică numărul de canale. Receptoarele au în general patru până la cinci canale, dar progresele recente au arătat că au fost realizate până la 20 de canale.

Frecvența prin satelit: Toate frecvențele de difuzare prin satelit. Banda de frecvență cuprinde cinci tipuri, cum ar fi L1, L2, L3, L4 și L5. Aceste benzi au intervale de frecvență cuprinse între 1176 MHz și 1600 MHz.

Cum funcționează GPS

Sateliții GPS se rotesc în jurul pământului de două ori pe zi. Se învârte într-un curs foarte precis și trimite indicații și informații pe pământ. Receptorii GPS primesc toate informațiile și aplică triangulația pentru a descoperi locația exactă a utilizatorului. În esență, receptorul GPS contrastează durata la care un semnal a fost răspândit de un satelit și acordă timpul în care a fost primit. Diferența de timp formulează cât de departe este receptorul de sateliții GPS-ului. Măsoară distanța exactă cu încă câțiva sateliți, iar receptorul determină poziția utilizatorului și îl afișează pe harta aparatului electronic.

Receptorul trebuie blocat la semnal cu cel puțin trei sateliți pentru a produce o poziție bidimensională și, de asemenea, urmărește mișcarea utilizatorului. Prin utilizarea a patru sau mai mulți sateliți, receptorul poate determina poziția tridimensională a utilizatorului care constă în altitudine, latitudine și longitudine. După determinarea poziției utilizatorului, unitatea GPS calculează alte informații, cum ar fi viteza, rulmentul, traseul, distanța, destinația, răsăritul și apusul.

Cât de precisă este GPS-ul?

Receptoarele GPS sunt foarte precise datorită designului paralel multicanal. Canalele paralele sunt foarte rapide și precise, deși anumiți factori precum zgomotul atmosferic și perturbările pot perturba și afecta uneori precizia receptorilor GPS în general.

Utilizatorii pot obține, de asemenea, o precizie îmbunătățită cu GPS diferențial (DGPS), care corectează semnalele GPS înconjurat de un regulat de trei până la cinci metri. Garda de coastă a SUA operează cel mai comun serviciu de corecție DGPS. Sistemul conține un aranjament de turnuri care obțin semnale GPS și difuzează un semnal exact de către emițătoare cu faruri. În scopul obținerii semnalului exact, utilizatorii trebuie să aibă un receptor diferențial de baliză și o antenă de baliză în afară de a avea un GPS.

Surse de erori de semnal GPS

Factorii care pot corupe precizia semnalelor GPS și, astfel, influența corectitudinea includ următoarele:

• Întârzieri ale ionosferei și troposferei - Semnalul satelitului încetinește în timp ce traversează straturile atmosferei. Sistemul GPS folosește un model încorporat care este utilizat pentru a calcula durata regulată a obstacolelor necesare pentru corectarea acestui tip de inexactitate.
• Semnal multipath - Această eroare apare atunci când semnalul este reflectat de obiecte, cum ar fi clădirile mai înalte și pietrele mai mari, înainte ca acesta să ajungă la receptor. Aceasta crește durata totală a timpului de deplasare a semnalului și provoacă erori și inexactități.
• Erori orbitale - Aceste erori sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de erori efemeride, care sunt utilizate pentru a calcula inexactitățile locației satelitului.
• Numărul de sateliți vizibili - precizia depinde de numărul exact de sateliți pe care un receptor GPS îl poate vedea. Factorii cum ar fi clădirile, terenul, interferențele electronice blochează precizia și recepția semnalului, ceea ce provoacă erori de poziție și, uneori, nicio citire în semnale. De obicei, nu funcționează în interior, sub apă și subteran.

Aplicații

Un aparat GPS nu numai pentru uz militar este cunoscut pe scară largă pentru utilizarea sa în serviciile civile și comerciale. Unele aplicații civile sunt:

1. Astronomia: utilizată în calculele de astrometrie și mecanica cerească.

2. Vehicule automate: este, de asemenea, utilizat în vehicule automate (vehicule fără șofer) pentru a aplica locații pentru mașini și camioane.

3. Telefonie celulară: telefoanele mobile moderne sunt echipate cu software de urmărire GPS. Este prezent pentru că se poate cunoaște poziția și poate urmări, de asemenea, utilitățile din apropiere, cum ar fi bancomatele, cafenelele, sistemele de restricționare etc. Primul GPS cu telefon mobil a fost lansat în anii '90. În telefonia celulară este de asemenea utilizat în detectarea apelurilor de urgență și a multor alte aplicații.

4. Servicii de urgență în caz de dezastru și alte servicii de urgență: în cazul oricărui dezastru natural, un GPS este cel mai bun instrument pentru identificarea locației. Chiar înainte de dezastre, cum ar fi ciclonii, GPS-ul ajută la calcularea timpului estimat.

5. Urmărirea flotei: GPS-ul este un instrument pentru dezvoltatori cunoscut pentru potențialul său de a urmări navele militare în timpul războiului.

6. Localizarea mașinii: o mașină cu GPS facilitează urmărirea locației acesteia.

7. Geo-garduri: În geo-garduri, folosim GPS pentru a urmări un om, un animal sau o mașină. Aparatul este atașat la vehicul, persoană sau pe gulerul animalului. Oferă urmărire și actualizare continuă.

8. Geo tagging: una dintre aplicațiile majore este geotagging, adică aplicarea coordonatelor locale obiectelor digitale.

9. GPS pentru minerit: folosește precizia de poziționare la nivel de centimetru.

10. Tururi GPS: ajută la determinarea locației punctelor de interes din apropiere.

11. Topografie: topografii folosesc sistemul de poziționare globală pentru a trasa hărți.