gps.pdf

Systemy

W dziesiątym numerze EdW,

w rubryce “Nowości, ciekawostki”

został przedstawiony nowy sprzęt

firmy Sony, między innymi

urządzenia nawigacyjne,

wykorzystujące system GPS. Temat

ten wzbudził duże zainteresowanie.

Poniższy artykuł przedstawia

w przystępny sposób historię

nawigacji satelitarnej i najważniejsze

informacje o systemie NAVSTAR −

GPS.

Zapoznaj

się

z GPS

Przed laty zdziwienie budziły informa−

cje o amerykańskich rakietach Cruise,

wyposażonych w nowoczesny system na−

wigacji i sterowania, które na podstawie

zaprogramowanej w pamięci mapy mogły

z wielką precyzją trafiać w dowolne cele

na całym świecie. Niedowierzanie budziły

doniesienia o kolejnych osiągnięciach

związanych z tak zwanymi gwiezdnymi

wojnami, czyli systemami obrony przed

atakiem rakiet nuklearnych. Niedawne in−

formacje o precyzyjnych, wręcz chirurgicz−

nych operacjach militarnych podczas woj−

ny w Zatoce Perskiej mogły wręcz przypra−

wić o zawrót głowy. Cała ta precyzja moż−

liwa jest dzięki współczesnym systemom

nawigacji, czyli systemom wyznaczania

własnej pozycji i określania drogi do celu.

Dowiedzieliśmy się, że współczesne urzą−

dzenia nawigacyjne mogą określać swą

pozycję w przestrzeni (w trzech wymia−

rach) z dokładnością do kilku milimetrów.

Umożliwia to system satelitarny zwany

NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing

And Ranging). System ten nazywany jest

w skrócie − GPS (dżi−pi−es) od nazwy Glo−

bal Positioning System.

Aby w pełni docenić stopień trudności

i zastosowane rozwiązania techniczne,

przed zapoznaniem się z systemem GPS

warto przypomnieć inne, wcześniejsze

sposoby określania swojej pozycji.

Choć z czasem zmieniały się stosowa−

ne przyrządy, podstawowa idea była taka

sama: własną pozycję można określić na

podstawie jakichś

stałych punktów

w otoczeniu.

Na lądzie w za−

sadzie nie było

większego proble−

mu, ponieważ wy−

starczały terenowe

punkty orientacyjne. Inaczej było na wo−

dzie. W pobliżu brzegu można wykorzys−

tać charakterystyczne punkty na lądzie

(np. góry, budowle, czy zbudowane spe−

cjalnie w tym celu latarnie morskie). Jest

to tak zwana nawigacja terestryczna (ter−

ra − ziemia). Każdy, kto interesuje się żeg−

larstwem, na pewno spotkał się z tym

sposobem nawigacji. Podstawą jest tu

pomiar pewnych kątów, a kompas też po−

kazuje pewien kąt odniesienia. Na mapie

rysunku 1. Aby

określić własną pozycję statku, należy

zmierzyć pewne kąty. Szczegółowy opis

nie jest tu konieczny, wystarczy zauwa−

żyć, iż wszystko opiera się na jak najdok−

ładniejszym pomiarze pewnych kątów,

trzeba mieć także

mapę.

W pobliżu brze−

gu nawigacja jest

względnie prosta.

Gorzej na otwar−

tym morzu. Od wie−

ków żeglarze szu−

kali dobrego sposobu na określenie swe−

go położenia na pełnym morzu.

Z dala od brzegu stosowano nawigację

astronomiczną. Przez stulecia pozycję

określano na podstawie gwiazd. Już pros−

te przyrządy obserwacyjne wystarczą do

określenia szerokości geograficznej, czyli

odległości (kątowej) od równika. Nato−

miast ze względu na ruch obrotowy Ziemi,

do określenia długości geograficznej nie−

zbędny jest dodatkowo precyzyjny zegar.

Pozycję statku można też określać in−

nymi sposobami, między innymi zliczając

przebytą w ciągu danego czasu drogę

(przy stałej prędkości droga = prędkość

x czas). W tej metodzie również trzeba

mierzyć kierunek ruchu, czyli w sumie kąt

oraz czas.

We wszystkich systemach nawigacyj−

nych oprócz posiadania mapy należy do−

konać pomiaru pewnych kątów, lub (i)

czasu. Dotyczy to także wprowadzonych

z biegiem lat nowych sposobów nawiga−

cji, opartych na wykorzystaniu fal radio−

wych.

Koniecznie trzeba tu wspomnieć o ra−

darze. Za pomocą radaru można łatwo

określić kąt, ale możliwe jest też określe−

nie odległości. Odległość określa się

przez pomiar czasu opóźnienia, z jakim

rysunku 1

We wszystkich systemach

nawigacyjnych oprócz

posiadania mapy należy

dokonać precyzyjnego pomiaru

pewnych kątów, lub (i) czasu.

Rys. 1. Zasada nawigacji terestrycznej.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97

zaznacza się linie łączące obserwatora ze

stałymi punktami w otoczeniu. Prosty

przykład podany jest na rysunku 1

Systemy

Rys. 3. Uproszczona zasada systemu LORAN.

Rys. 2. Zasada pomiaru pozycji

w systemie Decca.

rysunku 3 zobrazowano w naj−

większym uproszczeniu zasadę działania

tego systemu.

System LORAN (LOng Range Aid to Na−

vigation) zgodnie ze swą nazwą, ma duży,

panoceaniczny zasięg i może być wyko−

rzystywany przez lotnictwo. Jednak zaró−

wno Decca, jak i LORAN mają istotne wa−

dy, między innymi związane z zakłócenia−

mi propagacji fal radiowych pod wpływem

warunków meteorologicznych.

Kolejnym krokiem do usprawnienia na−

wigacji było uruchomienie przez Stany

Zjednoczone na początku lat sześćdzie−

siątych kolejnego, tym razem już sateli−

tarnego, systemu NAVSAT, zwanego

Transit. Kilka satelitów umieszczonych

było na niskich orbitach. Przez cały czas

nadawały one sygnały zawierające infor−

mację o bieżącym czasie oraz aktualnym

położeniu satelity.

Zasadę działania systemu zilustrowa−

no na rysunku 4

w stałej odległości. Natomiast przy odda−

laniu, częstotliwość jest mniejsza. (Akus−

tyczny efekt Dopplera można zaobserwo−

wać na przykład podczas przejazdu pocią−

gu. Każdy może się przekonać, że gdy

maszynista włączy sygnał dźwiękowy,

częstotliwość tego sygnału jest zauważal−

nie inna podczas zbliżania się pociągu,

a inna podczas oddalania.)

Dzięki znacznej prędkości satelitów,

oraz ich umieszczeniu na możliwie nis−

kich orbitach, zmiany odbieranej częstot−

liwości są znaczne. Przez dokładny po−

miar zmian tej częstotliwości można

określić, kiedy dany satelita znajduje się

nad odbiornikiem. Ponieważ satelita ciąg−

le podaje swą aktualną pozycję, umożli−

wia to określenie pozycji odbiornika.

W rzeczywistości sprawa jest nieco bar−

dziej złożona, bowiem satelita bardzo rza−

dko przebiega dokładnie nad odbiorni−

kiem. Do precyzyjnego określenia pozycji

trzeba więc namierzyć nie jeden, tylko mi−

nimum dwa satelity. Ponieważ w syste−

mie pracuje tylko kilka satelitów, niekiedy

trzeba czekać kilka godzin na dokładne

określenie swej pozycji. W każdym razie

system NAVSTAR, przeznaczony dla ce−

lów militarnych, nie dokonał przełomu

w nawigacji. Stanowił raczej uzupełnienie

wcześniejszych systemów i sposobów na−

wigacji. Ponadto przeciętny śmiertelnik

nie mógł z niego skorzystać, choćby ze

względu na złożoność aparatury odbior−

czej i jej koszt.

Przełomem w nawigacji stało się do−

piero wprowadzenie następnego systemu

satelitarnego NAVSTAR − GPS. Stany

rysunku 2 w wielkim uproszcze−

niu pokazano zasadę określania pozycji.

Przykładowo, w pewnym miejscu trzy od−

bierane sygnały mają tę samą fazę. Na

specjalnej mapie, gdzie zaznaczono za−

leżności fazowe dla danego regionu, na−

leży odnaleźć punkty, gdzie ten warunek

jest spełniony. Tu widać niedoskonałość

systemu, ponieważ warunek ten spełnio−

ny jest nie w jednym, ale w wielu punk−

tach. Dla dokładnego określenia pozycji

trzeba więc znać przybliżone miejsce swe−

go przebywania. Ponadto jest to system

o krótkim zasięgu, stosowany w pobliżu

brzegu.

Nieco inaczej funkcjonują urządzenia

w systemie LORAN. Jeden z nadajników

danej grupy (łańcucha) pełni funkcję nad−

rzędną. W pewnym momencie zaczyna on

wysyłać sygnał. Sygnał ten odbierany jest

przez pozostałe stacje łańcucha, oraz

oczywiście przez użytkowników systemu.

Pozostałe, podrzędne nadajniki, są uru−

chomiane przez ten sygnał, ale nie jedno−

cześnie, tylko kolejno, każdy ze ściśle

rysunku 4. Polega ona na wyko−

rzystaniu efektu Dopplera, czyli pozor−

nych zmianach częstotliwości przy zbliża−

niu się i oddalaniu nadajnika. Jeśli nadaj−

nik i odbiornik przybliżają się do siebie,

odbierana częstotliwość jest większa niż

wtedy, gdy odbiornik i nadajnik pozostają

Rys. 4. System NAVSAT.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97

określonym opóźnieniem. W eterze poja−

wia się więc ciąg kilku następujących po

sobie sygnałów. W zależności od położe−

nia użytkownika, a ściślej mówiąc od jego

odległości od poszczególnych nadajni−

ków, zmieniają się odstępy czasowe mię−

dzy odebranymi przez niego sygnałami.

Na podstawie czasów opóźnienia tych

sygnałów można obliczyć aktualne poło−

żenie. Na rysunku 3

rysunku 3

sygnał odbity od obserwowanego obiektu

powraca do anteny radaru. Prędkość fal

radiowych jest równa prędkości światła,

więc aby obliczyć odległość wystarczy do−

kładnie zmierzyć czas. Radar jest nieza−

stąpiony na krótkich dystansach, ale nie

pomaga określić pozycji na pełnym mo−

rzu.

Przed kilkudziesięciu laty opracowano

systemy Decca i LORAN, również wyko−

rzystujące fale radowe. W systemie Dec−

ca zastosowano sieć umieszczonych na

stałe nadajników, z których każdy wysyła

ciągłą falę radiową (CW) o innej, ale syn−

chronizowanej częstotliwości. W odbiorni−

ku bada się zależności fazowe między po−

szczególnymi parami odbieranych sygna−

łów. Na rysunku 2

rysunku 2

rysunku 4

Systemy

Rys. 5. Satelity systemu NAVSTAR−

GPS.

część wspólną, a użytkownik musi się

znajdować niejako w miejscu przecięcia

powierzchni owych kul. Tym miejscem

przecięcia jest, jak łatwo sobie wyobra−

zić, pewien okrąg. Dodanie trzeciego sa−

telity i trzeciej kuli wyznaczy na tym okrę−

gu dwa punkty. W jednym z nich znajduje

się odbiornik użytkownika systemu.

W rzeczywistości obliczenia są wykony−

wane na nieco innej zasadzie, należy bo−

wiem uwzględnić ruch satelitów. Dlatego

w różnych źródłach podaje się, że do do−

kładnego określenia pozycji w dwóch wy−

miarach (długość i szerokość geograficz−

na) trzeba wykorzystać sygnały z trzech

satelitów, natomiast do określenia poło−

żenia w przestrzeni, czyli w trzech wymia−

rach, potrzebne są sygnały z czterech sa−

telitów.

W systemie NAVSTAR − GPS pracuje

21 satelitów. Generalnie sposób określa−

nia pozycji jest tu połączeniem zasady

pracy systemu LORAN, gdzie mierzy się

opóźnienie sygnałów z poszczególnych

nadajników, oraz systemu NAVSAT, gdzie

wykorzystuje się efekt Dopplera.

Dzięki zastosowaniu znacznej liczby

satelitów i ich odpowiedniemu rozmiesz−

czeniu nad Ziemią, praktycznie w każdym

punkcie naszego globu jednocześnie

można odebrać sygnały czterech sateli−

tów. Jest to ogromna zaleta, ponieważ

w odróżnieniu od starszego systemu

NAVSAT, nie trzeba już czekać na poja−

wienie się satelity. Bieżącą pozycję moż−

na określać natychmiast.

Szczegółowe informacje techniczne

dotyczące sygnałów GPS są na pewno

ciekawe, ale skomplikowane i trudne.

Warto jedynie wiedzieć, że nadajniki sate−

litów nadają sygnały w dwóch pasmach

na częstotliwościach powyżej 1000MHz.

Sygnały o tak wysokiej częstotliwości

dobrze nadają się do systemu nawigacyj−

nego, choćby dlatego, że ich propagacja

jest w dużym stopniu niezależna od wa−

runków atmosferycznych. Ale jak widać,

nie jest to zakres częstotliwości przyjaz−

nych dla amatora.

Istotne jest, że nadajniki systemu

przeznaczonego pierwotnie dla celów woj−

skowych mają stosunkowo dużą moc.

Umożliwia to wykorzystanie bardzo ma−

łych anten. Na fotografii powyżej pokaza−

no kompletny odbiornik GPS. Niestety, re−

dakcja nie dysponuje fotografiami odbior−

ników, z jakich powszechnie korzystali

żołnierze amerykańscy podczas wojny

w Zatoce Perskiej. Można się domyślać,

że są one jeszcze mniejsze.

Na szczęście nawet wykształcony elek−

tronik wcale nie musi znać szczegółów

technicznych systemu. Na pewno nie bę−

dzie sam budował odbiornika sygnałów

Zjednoczone wprowadziły go dla celów

militarnych już w latach siedemdziesią−

tych, ale dopiero przed kilku laty możliwe

okazało się jego cywilne wykorzystanie.

Dziś w wielu krajach każdy może kupić za

kilkaset dolarów niewielki odbiornik, na

którego ekranie wyświetla się dokładną

pozycję, podaną z dokładnością do kilku−

nastu metrów.

Były Związek Radziecki również zbudo−

wał i wykorzystuje podobny system, ale

nie jest on dostępny dla cywilów.

Co ciekawe, o ile wcześniej omówione

systemy pozwalały określić pozycję

w dwóch wymiarach, to znaczy długość

i szerokość geograficzną, o tyle system

GPS ma większe możliwości − określa po−

zycję w trzech wymiarach, czyli dodatko−

wo podaje wysokość nad poziomem mo−

rza. Ma to duże znaczenie nie tylko dla

samolotów, rakiet czy sterowanych pocis−

ków, ale także na przykład dla alpinistów

czy nawet turystów.

Zasada działania

systemu GPS

W odróżnieniu od poprzednika, syste−

mu NAVSAT, satelity NAVSTARa są

umieszczone na wysokich orbitach,

ponad 20 tysięcy kilometrów nad Ziemią.

Warto przypomnieć, że średnica Ziemi wy−

nosi około 12 000 kilometrów − porównaj

rysunek 5

rysunek 5.

Właśnie takie umieszczenie nadajni−

ków umożliwia określenie pozycji

w trzech wymiarach. Znajomość aktual−

nej pozycji jednego satelity i odległości

do niego, można sobie wyobrazić w naj−

większym uproszczeniu, w postaci kuli.

Środek tej kuli to miejsce, gdzie jest sa−

telita, a jej promień to zmierzona odleg−

łość. Odbiornik i użytkownik na pewno

znajdują się niejako na powierzchni takiej

wyimaginowanej kuli. Jeśli znana jest po−

zycja i odległość od dwóch satelitów,

można sobie wyobrazić dwie kule, mające

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97

rysunek 5

Systemy

Rys. 6. Schemat blokowy odbiornika GPS Oncore.

Precyzja

Aby docenić precyzję, a tym samym

rozwiązania techniczne zastosowane

w systemie NAVSTAR−GPS, należy wie−

dzieć, iż pozwala on określać pozycję

z dokładnością do kilku milimetrów. Dla

wyobrażenia skali trudności można przy−

pomnieć, że światło poruszające się

z maksymalną możliwą prędkością prze−

biega odległość jednego centymetra

w czasie około 30ps, czyli trzydziestu bi−

lionowych części sekundy.

Podana dokładność pozycjonowania,

rzędu kilku milimetrów, wydaje się wręcz

niemożliwa do osiągnięcia.

Dla uzyskania niezbędnej precyzji każ−

dy satelita zwiera cezowy lub rubidowy ze−

gar atomowy. Stabilność nadawanych

częstotliwości jest więc niewyobrażalnie

duża.

Należy jednak pamiętać, że wszystkie

satelity mkną nieustannie z prędkościa−

mi rzędu kilometrów na sekundę. Czy przy

takim ruchu z upływem czasu nie wkrad−

ną się jakieś błędy?

Rzeczywiście, uzyskanie podanej pre−

cyzji byłoby niemożliwe bez wsparcia

z Ziemi. System NAVSTAR oprócz sieci

satelitów, zawiera pięć stacji kontrol−

nych, umieszczonych w różnych punktach

globu, śledzących w sposób ciągły poło−

żenie satelitów. Jedna z nich, znajdująca

się w Colorado w USA, jest główną stacją

kontrolną, koordynującą działanie całego

systemu. Informacje o bieżącej pozycji

i stanie satelitów są przetwarzane i trzy

spośród pięciu naziemnych stacji kontrol−

nych nadają do satelitów bieżące infor−

macje korekcyjne. Sygnały nadawane

z satelitów zawierają więc oprócz infor−

macji o bieżącym czasie, także te dane

GPS. Obecnie można kupić, także w na−

szym kraju, gotowe moduły zawierające

odbiornik oraz blok obróbki sygnałów.

Moduły takie, produkowane przez naj−

większe firmy, zawierają wszystkie nie−

zbędne obwody wysokiej częstotliwości

oraz specjalizowane układy cyfrowe anali−

zujące odebrane sygnały. Użytkownik ta−

kiego odbiornika GPS otrzymuje informa−

cję w postaci cyfrowej, zawierającą dane

o dokładnej pozycji i bieżącym czasie.

Przykładem jest tu odbiornik GPS serii

Oncore, produkowanej przez koncern Mo−

torola, pokazany na fotografii na

poprzedniej stronie. Jak na możliwości,

jego cena jest naprawdę umiarkowana −

wynosi obecnie około 1200 zł plus VAT.

Moduł przeznaczony jest do zasilania

napięciem 5V. Wyposażony jest w prosty

interfejs szeregowy, dzięki czemu można

go w bardzo prosty sposób podłączyć do

dowolnego komputera, czy też systemu

mikroprocesorowego.

Nabywcy modułu otrzymują prosty pro−

gram komputerowy napisany w QBasicu,

który na ekranie komputera podaje pozy−

cję i aktualny czas. Ponieważ zasada ko−

munikacji z modułem odbiornika jest bar−

dzo prosta, nabywca modułu może napi−

sać własny program lub zastosować mik−

roprocesor dodatkowo obrabiający

i przedstawiający na wyświetlaczu uzys−

kane informacje. W literaturze amators−

kiej pojawiły się już opisy wykorzystania

tego modułu.

Nie ma natomiast żadnego sensu pró−

ba samodzielnego wykonania takiego od−

biornika. Na rysunku 6

rzany cyfrowo. Dla niektórych Czytelników

może to być pewnym zaskoczeniem. Ale

taka metoda, polegająca na zastosowa−

niu szybkiego przetwornika analogowo−

cyfrowego i jeszcze szybszego procesora

sygnałowego (tzw. DSP Digital Signal Pro−

cessing) jest już od jakiegoś czasu stoso−

wana w nowoczesnych odbiornikach, bo−

wiem odpowiednia obróbka i korekcja po−

zwala w nieosiągalnym do tej pory stop−

niu wyeliminować błędy i wszechobecne

szumy. Dzięki cyfrowej obróbce, można

odzyskać kompletną informację z bardzo

niewielkiego, zaszumionego sygnału.

Przedstawiany odbiornik GPS poprawnie

dekoduje sygnał nawet wtedy, gdy szumy

są kilkukrotnie większe niż sygnał odbie−

rany z satelity. Nie trzeba mówić, jakie to

ma znaczenie dla użytkownika, który mo−

że użyć stosunkowo małej anteny.

rysunku 6 pokazano uprosz−

czony schemat blokowy modułu. Oprócz

stopni wysokiej częstotliwości, odbierają−

cych sygnał w pasmie 1,?GHz, zawiera on

mieszacz, na wyjściu którego uzyskuje

się sygnał o dużo niższej częstotliwości.

Sygnał ten (odpowiadający sygnałowo po−

średniej częstotliwości w odbiornikach

radiowych i telewizyjnych) jest przetwa−

Rys. 7. Przepływ informacji w systemie GPS.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97

rysunku 6

Systemy

Rys. 8. Idea odbioru różnicowego.

cją, a pozycją podaną przez odbiornik. To

właśnie jest ów celowo wprowadzany

błąd. Informację o aktualnym błędzie

można przesłać do odbiorników rucho−

mych, uwzględnić ją i obliczyć pozycję

z dokładnością do kilku metrów.

Metoda różnicowa jest dość szeroko

wykorzystywana. Niestety metoda ta jest

skuteczna tylko w odległości kilkudziesię−

ciu, najwyżej kilkuset kilometrów od sta−

łego odbiornika, ponieważ wprowadzany

błąd nie jest jednakowy dla całej kuli

ziemskiej.

Zastosowania

Artykuł zaczął się od przypomnienia

wiadomości o nawigacji morskiej. System

GPS jest obecnie powszechnie wykorzys−

tywany na wszelkich jednostkach pływają−

cych, w tym nawet na małych jachtach.

W jednym z wcześniejszych numerów

EdW opisano samochodowy system nawi−

gacyjny firmy Sony. Jest to najbardziej

obiecujący rynek dla urządzeń GPS. Nie

tylko chodzi o pomoc w prowadzeniu po−

jazdu i informacje o restauracjach, hote−

lach i stacjach benzynowych.

System GPS zaczęto wykorzystywać do

zabezpieczenia najdroższych samocho−

dów przed kradzieżą. Ukryty odbiornik

GPS współpracuje z systemem alarmo−

wym samochodu. Aktualna pozycja samo−

chodu jest przekazywana za pomocą fal

radiowych. Właściciel samochodu lub po−

licja, mając odbiornik sygnału alarmowe−

go, mogą na bieżąco śledzić trasę skra−

dzionego auta. System taki pomógł od−

zyskać wiele samochodów w Europie

i USA.

Podobną metodę stosują też duże fir−

my transportowe. Wszystkie ciężarówki

danej firmy wyposażone są zarówno w od−

biorniki GPS, jak i w nadajniki własnej in−

formacji. Nadajniki te zwykle pracują po−

dobnie jak telefony satelitarne. Dyspozy−

tor otrzymuje więc na bieżąco informacje

o położeniu wszystkich swoich ciężaró−

wek, nawet gdy przebywają one daleko,

w innych krajach. Pozwala to nie tylko

kontrolować ruch ciężarówek, zwiększa

także bezpieczeństwo oraz pozwala lepiej

wykorzystać możliwości przewozowe.

Odbiorniki GPS wykorzystują także leś−

nicy, geodeci, zespoły ratownictwa mors−

kiego, górskiego itp.

Ostatnio dostępne są także małe i lek−

kie odbiorniki przeznaczone dla alpinis−

tów i turystów.

Dla przeciętnego polskiego hobbysty

moduł odbiornika GPS jest nadal bardzo

drogim urządzeniem. Ale kwota rzędu

1000zł dla wielu firm nie jest znaczącym

wydatkiem. Należy się jednak spodzie−

wać, że ceny odbiorników nadal będą

spadać i zakres użytkowników będzie sta−

le rósł.

Rysunek 7 pokazuje uprosz−

czoną zasadę pracy systemu GPS. Na ry−

sunku tym zaznaczono także, iż satelity

nazywane są segmentem kosmicznym,

a naziemna część monitorująco−transmi−

syjna − segmentem kontrolnym. Segmen−

tem użytkownika nazywa się wszystkich

odbiorców.

Jak podano wcześniej, system NAVS−

TAR−GPS umożliwia określenie pozycji

z niewyobrażalną dokładnością rzędu kil−

ku milimetrów. Taką dokładność umożli−

wiają specjalne wojskowe odbiorniki.

Trzeba jednak pamiętać, że system stwo−

rzono dla celów wojskowych i Departa−

ment Obrony USA nie jest zainteresowa−

ny udostępnieniem tak wspaniałego

i kosztownego systemu nawigacyjnego

wszystkim zainteresowanym, w tym po−

tencjalnym przeciwnikom politycznym

i militarnym. Dlatego dane umożliwiające

tak precyzyjne określenie pozycji są kodo−

wane. W ten sposób bez specjalnego od−

biornika i znajomości aktualnego szyfru

(kodu) nie jest możliwe skorzystanie

z systemu.

Przed kilku laty udostępniono jednak

ogółowi użytkowników system GPS. Ale te

ogólnodostępne informacje nie dają

wspomnianej precyzji. Popularny odbior−

nik GPS, jaki można kupić w sklepie, po−

zwoli określić pozycję z dokładnością do

około 100m. Co ważne, przyczyna braku

dokładności nie tkwi w odbiorniku.

Do tej pory satelity GPS nadają dwa ro−

dzaje informacji: jedną precyzyjną, kodo−

waną, przeznaczoną dla celów wojsko−

wych i drugą ogólnodostępną, mniej do−

kładną. W opisach systemu mówi się

o kodzie P. Literkę P tłumaczy się jako

Protected − zabezpieczony lub Precise −

precyzyjny. Jest to właśnie zaszyfrowana

informacja dla wybrańców znających tajny

kod. Drugi kod określany jest jako C/A −

to informacja przeznaczona dla ogółu

śmiertelników. Co ciekawe, kod C/A jest

celowo zniekształcany! Tak, Pentagon ce−

lowo wprowadza pewien błąd w wysyła−

nych danych. Nie znaczy to, że informacja

Rysunek 7

jest niekompletna, czegoś brakuje, lub

dane nie dają się czytać. Wszystko wyglą−

da bez zarzutu, tylko obliczona przez od−

biornik pozycja różni się od rzeczywistej

o kilka dziesiąt metrów. Nie jest to stały

błąd: raz będzie to odchyłka na południe,

innym razem na północ. Tylko technicy

z Pentagonu wiedzą, jaki błąd jest aktual−

nie wprowadzany w kodzie A/C.

Tu można przypomnieć o mapach i pla−

nach miast wydawanych w byłym Związku

Radzieckim, które były celowo zniekształ−

cane. Coś podobnego mamy teraz w sys−

temie GPS, choć skala zniekształceń jest

nieporównanie mniejsza. W sumie do−

kładność ±100m jest w wielu zastosowa−

niach bardzo dobra.

Na marginesie wypada wspomnieć, że

system GPS udostępniono ogółowi z dob−

rej woli. Można jednak wyobrazić sobie

sytuację, gdy władze USA zakodują także

informacje w ogólnodostępnym kanale

C/A i na przykład zażądają opłat licencyj−

nych za udostępnienie kodu−klucza, lub

zupełnie uniemożliwią ogółowi korzysta−

nie z systemu.

Na razie nic na to nie wskazuje. Przed

rokiem prezydent Clinton zapowiadał, że

w związku ze zmniejszeniem ryzyka woj−

ny, wprowadzany błąd będzie mniejszy

i uzyskana dokładność będzie rzędu kilku

metrów. Według posiadanych danych,

zmian takich do tej pory nie wprowadzono

i dokładność pojedynczego odbiornika,

korzystającego z kodu C/A nadal wynosi

kilkadziesiąt metrów.

Metoda różnicowa

Uważny czytelnik na pewno zauważył,

że wprowadzany w kodzie C/A celowy

błąd można w dość prosty sposób wyeli−

minować.

Rysunek 8

Rysunek 8 pokazuje ideę odbioru me−

todą różnicową. Nieruchomy odbiornik

pozostaje ciągle w miejscu o ściśle

określonej pozycji. W czasie swej pracy

odbiera on zniekształcone informacje

o swoim położeniu. Wystarczy obliczyć

różnicę między znaną, rzeczywistą pozy−

(red)

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/97

korekcyjne. Rysunek 7

Rysunek 8

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: