GPS е навигационна технология, която, използвайки сателити, дава точната информация за дадено местоположение. По принцип GPS системата се състои от група сателити и добре разработени инструменти като приемник. Системата обаче трябва да включва поне четири спътника. Всеки сателит и приемник са оборудвани със стабилен атомен часовник. Сателитните часовници се синхронизират помежду си и наземните часовници. GPS приемникът също има часовник, но той не е синхронизиран и не е стабилен (по-малко стабилен). Всяко отклонение на действителното време на спътниците от наземния часовник трябва да се коригира ежедневно. Четири неизвестни величини (три координати и отклонение на часовника от спътниковото време) трябва да бъдат изчислени от синхронизираната мрежа от спътници и приемника.Работата на GPS приемника е да приема сигнали от мрежата на сателитите, за да изчисли три основни неизвестни уравнения за време и позиция.
GPS сигналът включва псевдослучайни кодове и време на предаване и сателитна позиция по това време. Сигналът, излъчен от GPS, се нарича още носеща честота с модулация. Освен това псевдослучайният код е последователност от нули и единици. На практика позицията на приемника и изместването на часовника на приемника спрямо системното време на приемника се изчисляват едновременно, като се използват уравненията за навигация за обработка на времето на полета (TOF). TOF е четирите стойности, които приемникът формира, използвайки времето на пристигане и времето на предаване на сигнала. Местоположението обикновено се преобразува в географска ширина, дължина и височина спрямо геоидите (по същество означава средното морско равнище). След това координатите се показват на екрана.
Елементи на GPS
Структурата на GPS е сложна. Състои се от три основни сегмента на космически сегмент, контролен сегмент и потребителски сегмент. Изстрелването на спътника в средна земна орбита е трудна работа. Космическият сегмент се състои от 24 до 32 спътника или космически превозни средства в една и съща орбита, по 8 на три кръгови орбити. Поне шест спътника са винаги в пряка видимост от почти навсякъде по земната повърхност.
До космическия сегмент е контролният сегмент. В контролния сегмент има главна контролна станция, алтернативна главна контролна станция, наземни антени и мониторна станция. Потребителският сегмент се състои от хиляди граждански, търговски и военни служби за позициониране. GPS приемникът или устройството се състои от антена, настроена на честотата, предавана от сателити. Той също така включва екранен дисплей за предоставяне на местоположение и време.
GPS приемникът се класифицира по броя на сателитите, които може да наблюдава едновременно, т.е. брой канали. Приемниците обикновено имат от четири до пет канала, но неотдавнашните подобрения показват, че са направени и до 20 канала.
Сателитна честота: Всички сателитни честоти. Честотната лента се състои от пет типа като L1, L2, L3, L4 и L5. Тези честотни ленти имат честотни диапазони между 1176MHz и 1600 MHz.
Как работи GPS
GPS сателитите се въртят по цялата земя два пъти на ден. Той се върти в много точен курс и изпраща индикация и информация на земята. Приемниците на GPS получават цялата информация и прилагат триангулация, за да открият точното местоположение на потребителя. По принцип приемникът на GPS контрастира на продължителността, при която даден сигнал се разпространява от спътник, и разпределя времето, в което е получен. Разликата във времето формулира колко далеч е приемникът от сателитите на GPS. Той измерва точното разстояние с още няколко спътника и приемникът определя позицията на потребителя и го показва на картата на електронния уред.
Приемникът трябва да бъде заключен към сигнала с поне три спътника, за да се получи двуизмерна позиция и също така да проследява движението на потребителя. Използвайки четири или повече сателита, приемникът може да определи триизмерното положение на потребителя, което се състои от надморска височина, географска ширина и дължина. След като определи позицията на потребителя, GPS устройството изчислява друга информация като скорост, лагер, писта, разстояние, дестинация, изгрев и залез.
Колко точен е GPS?
Приемниците на GPS са много точни поради паралелния многоканален дизайн. Паралелните канали са много бързи и точни, въпреки че понякога някои фактори като атмосферния шум и смущения могат да нарушат и повлияят на точността на GPS приемниците.
Потребителите могат също да получат подобрена прецизност с диференциален GPS (DGPS), който коригира GPS сигналите до заобиколен от нормален от три до пет метра. Американската брегова охрана управлява най-често срещаната услуга за корекция на DGPS. Системата съдържа подредба на кули, които получават GPS сигнали и излъчват усилен сигнал от маякови предаватели. С цел да получат точния сигнал, потребителите трябва да имат диференциален приемник на маяк и маякова антена, освен GPS.
Източници на грешки в GPS сигнала
Факторите, които могат да повредят точността на GPS сигналите и по този начин да повлияят на точността, включват следното:
- Йоносфера и тропосфера закъснения - Сателитният сигнал се забавя, когато пресича слоевете на атмосферата. GPS системата използва вграден модел, който се използва за изчисляване на редовната продължителност на препятствието, необходимо за коригиране на този тип неточност.
- Мултипътека на сигнала - Тази грешка възниква, когато сигналът се отразява от обекти като по-високи сгради и по-големи скали, преди да достигне приемника. Това увеличава общото времетраене на пътуването на сигнала и причинява грешки и неточност.
- Орбитални грешки - Тези грешки са известни още като ефемеридни грешки, които се използват за изчисляване на неточностите в местоположението на спътника.
- Брой видими сателити - точността зависи от точния брой сателити, които GPS приемникът може да види. Факторите като сгради, терен, електронни смущения блокират точността и приемането на сигнала, което причинява грешка в позицията, а понякога и отчитане на сигналите. Обикновено не работи на закрито, под вода и под земята.
Приложения
Не само за военна употреба GPS машината е широко известна с използването си в граждански и търговски услуги. Някои граждански приложения са:
1. Астрономия: Използва се в астрометрията и изчисленията на небесната механика.
2. Автоматизирани превозни средства: Използва се и в автоматизирани превозни средства (превозни средства без шофьор) за нанасяне на места за леки и товарни автомобили.
3. Клетъчна телефония: Съвременните мобилни телефони са оборудвани със софтуер за GPS проследяване. Той присъства, защото човек може да знае позицията си и също така може да проследи близките комунални услуги като банкомати, кафенета, обезопасителни системи и др. Първият GPS с активиран мобилен телефон стартира през 90-те години. В клетъчната телефония се използва и при откриване на спешни повиквания и много други приложения.
4. Предоставяне на помощ при бедствия и други аварийни услуги: В случай на природно бедствие GPS е най-добрият инструмент за идентифициране на местоположението. Дори преди бедствията като циклони, GPS помага при изчисляването на очакваното време.
5. Проследяване на флота: GPS е инструмент за разработчици, известен със своя потенциал за проследяване на военни кораби по време на войната.
6. Местоположение на автомобила: Автомобилът с активиран GPS улеснява проследяването на местоположението му.
7. Гео фехтовка: При гео фехтовката ние използваме GPS за проследяване на човек, животно или кола. Устройството е прикрепено към превозното средство, лицето или на нашийника на животното. Той осигурява непрекъснато проследяване и актуализиране.
8. Геомаркиране: едно от основните приложения е геомаркирането, което означава прилагане на локални координати към цифрови обекти.
9. GPS за добив: Използва точността на позициониране на ниво сантиметър.
10. GPS обиколки: помага при определяне на местоположението на близката точка на интереси.
11. Геодезия: Геодезите използват Глобална система за позициониране за нанасяне на карти.