GPS.pdf

GPS

dzięki GPS monitor pokazuje trasę

… globalny system pozycjonowania – GPS – został opracowany przez DoD’a czyli

Department of Defense. Od czasu swojego powstania stał się głównym narzędziem

nawigacyjnym w lotnictwie, gospodarce morskiej oraz koordynuje prace geodezyjne i

inżynierskie. Aby powstał potrzeba było 12 miliardów dolarów i kilka dziesięcioleci. GPS to

system składający się z 24 satelitów obiegających Ziemię na wysokości 20 tysięcy km. .

Każdy satelita ma podczas jednego obiegu Ziemi do pokonania 22.200 km w czasie mniej

więcej 12 godzin. Wszystkie satelity poruszają się z dokładnością do 4 minut. Satelity krążą

w sześciu płaszczyznach, po cztery na każdej.

Znany pod nazwą GPS (Global Positioning System) satelitarny system nawigacyjny

Navstar (Navigational Satellite Time and Ranging) został zaprojektowany jako precyzyjny

system określania położenia o zasięgu globalnym. Jest on najnowocześniejszym z

satelitarnych systemów nawigacyjnych.

GPS Navstar oparty jest na zespole satelitów, krążących na orbitach 20200 km (11 tys. NM)

nad Ziemią (dwukrotne okrążenie Ziemi w ciągu doby). Pierwszy satelita systemu został

umieszczony na orbicie w styczniu 1978 r. , a w lipcu 1995 r. system uzyskał pełną

sprawność operacyjną. Decyzją Kongresu USA , GPS został dopuszczony do zastosowań

cywilnych. Obecnie system jest zarządzany przez dowództwo sił powietrznych USA , a

konkretnie połączone biuro Navstar (GPS JPO – Navstar GPS Joint Program Office), złożone

z przedstawicieli sił powietrznych, marynarki, sił lądowych, piechoty morskiej, straży

przybrzeżnej, US Defence Mapping Agency, kwatery głównej NATO i Australii. Rosyjskim

odpowiednikiem GPS Navstar jest system GLONASS.

Na system GPS Navstar składają się trzy segmenty, wyróżniane według funkcji: segment

satelitarny, segment kontroli i segment użytkownika.

Segment satelitarny tworzą 24 satelity . Satelity są rozmieszczone na sześciu planach, czyli

płaszczyznach orbitalnych (cztery satelity na każdym), co pozwala na odbiór sygnału od

pięciu do dwunastu satelitów z każdego punktu globu.

Segment kontroli tworzy system pięciu stacji monitorujących z głównym centrum kontroli

w bazie lotniczej Falcon w stanie Kolorado. Stacje odbierają sygnały kontrolne i

telemetryczne satelitów i w razie potrzeby dokonują zdalnej korekty.

Segment użytkownika tworzą odbiorniki GPS. Odbiorniki GPS przetwarzają sygnały z

satelity na współrzędne położenia (trójwymiarowe), prędkość, czas itp. Ilość, dokładność oraz

postać prezentowanych danych zależą od przeznaczenia i rodzaju odbiornika.

Działanie systemu jest oparte na wyznaczaniu odległości między punktem pomiaru a

satelitami. Wyznaczenie położenia odbiornika na pokładzie SP w przestrzeni wymaga więc

odbioru z minimum trzech satelitów (wymagane są cztery). Pomiaru odległości dokonuje się

poprzez dokładny pomiar czasu, w którym sygnał radiowy dociera z satelity do odbiornika.

System GPS przewiduje dwa poziomy dokładności systemu : PPS (Precise Positioning

System) – Dokładny System Nawigacji i SPS (Standard Positioning System) – Standardowy

System Nawigacji.

PPS jest przeznaczony głównie dla armii USA i państw NATO oraz niektórych agencji

rządowych i autoryzowanych użytkowników cywilnych. Dokładność przy pomiarach

dwuwymiarowych wynosi co najmniej 10 m i 27.7 m przy pomiarach trójwymiarowych. a

dokładność pomiaru czasu 100 nanosekund.

SPS jest przeznaczony dla użytkowników na całym świecie bez żadnych ograniczeń i opłat.

Dokładność SPS wynosi co najmniej 100 m przy pomiarach dwuwymiarowych (w praktyce

osiągalna jest powtarzalna dokładność rzędu 40 m) i 156 m przy pomiarach

trójwymiarowych. Dokładność pomiaru czasu wynosi 340 nanosekund.

Błędy GPS mogą być rozmaitej natury. Ogólnie można je podzielić na te z przyczyn

technicznych i te z przyczyn naturalnych.

• Ograniczony dostęp – SA. Na SA składają się dwa procesy: epsilon (amplituda do 100 m) i

delta (amplituda do 50 m). Wpływ SA na pomiar pseudoodległości jest identyczny dla

każdego użytkownika, więc poprawki różnicowe (o których za chwilę) eliminują SA

całkowicie.

• Opóźnienie jonosferyczne. Błąd odległości wywołany opóźnieniem w propagacji fal

radiowych wynosi od 20-30 metrów w dzień do 3-6 metrów w nocy. Zmora tanich

odbiorników jednoczęstotliwościowych (L1, kod C/A ). Odbiorniki dwuczęstotliwościowe

potrafią zniwelować opóźnienie (w stopniu zależnym od odległości).

• Opóźnienie troposferyczne. Opóźnienie to powstaje w dolnych warstwach atmosfery i jest

zależne od temperatury, ciśnienia i wilgotności. Może wynosić do 3 metrów. Lepsze

odbiorniki kompensują je prawie całkowicie.

• Błąd efemeryd. Polega na różnicy między położeniem satelity , wyliczonym z danych

orbitalnych a rzeczywistym. Powodowany jest przez grawitację Słońca i Księżyca, a także

wiatr słoneczny. Poprawki różnicowe eliminują ten błąd prawie całkowicie.

• Błąd zegara satelity . Różnica pomiędzy idealnym czasem GPS a wskazaniem zegara

satelity . Z błędów satelitarnych stosunkowo częsty jest tzw. pseudorange step, który polega na

gwałtownym skoku pseudoodległości, co powoduje „zgubienie” satelity przez odbiornik na

czas potrzebny do odtworzenia almanachu i efemeryd.

• Odbiór sygnałów odbitych. Praktycznie niemożliwy do skompensowania. Ogranicza się go

przez odpowiednią konstrukcję anten.

• Błędy odbiornika, czyli błędy pomiaru jakie wystąpią na etapie obliczania pozycji już w

samym odbiorniku GPS, które mogą być spowodowane szumem, dokładnością

oprogramowania oraz zakłóceniami. Poziom sygnału odbieranego przy powierzchni Ziemi

jest niższy od poziomu wszechobecnego tła radiowego (szumu). Stwierdzono, że niekiedy

przyczyną błędów odbioru mogą być rzeczy z pozoru nieszkodliwe: telefony komórkowe lub

komputery przenośne ze źle ekranowanymi układami elektronicznymi. Źródłem zakłóceń są

także duże instalacje przemysłowe.

# Niedokładność samego wyznaczania pozycji względem położenia satelitów nazzywa się

rozmyciem dokładności (Dilution of Precision – DOP). Rozmycie może dotyczyć: –

pomiarów poziomych (Horizontal DOP – HDOP) – długość i szerokość geograficzna,

# – pomiarów pionowych (Vertical DOP – VDOP) – wysokość,

# – pozycji (Position DOP – PDOP) – stosunek pomiędzy błędem w obliczeniu pozycji

użytkownika a błędem w obliczeniu pozycji satelity . Informuje ona o tym, kiedy

rozmieszczenie satelitów pozwoli uzyskać najdokładniejszy wynik. Pożądana jest wartość

PDOP mniejsza od 3.

# – pomiarów geometrycznych (Geometrical DOP – GDOP) – dotyczy pomiarów

współrzędnych przestrzennych.

# – czasu (Time DOP – TDOP) – dotyczy błędu czasu systemowego,

Dla wyeliminowania błędów satelitarnych i wpływu zakłóceń, a także w celu ominięcia

ograniczeń dokładności w sygnałach GPS dostępnych dla lotnictwa cywilnego, stworzono

system korekcji , określany jako różnicowy GPS (DGPS – Differential GPS). System

różnicowy pozwala na zastosowanie pozycjonowania satelitarnego w dziedzinach

wymagających największej precyzji nawigacyjnej: geodezja, budownictwo (pomiary

przemieszczeń budowli, montaż platform wiertniczych na morzu), lotnictwo (podejście do

lądowania bez widoczności), żegluga.

Pod koniec roku 1999 w ramach Unii Europejskiej podpisano porozumienie o budowie

nowego satelitarnego systemu nawigacyjnego. Program o nazwie Galileo ma być realizowany

przez Niemcy, Francję, Włochy i Wielką Brytanię, finansowany będzie przez Unię i

Europejską Agencję Kosmiczną ESA. Segment satelitarny systemu, realizowany przy

współpracy USA i Rosji, ma obejmować właściwe satelity nawigacyjne i geostacjonarne

satelity różnicowe.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: