Ma valószínűleg nincs olyan ember, aki ne hallott volna a GPS-ről. Azonban nem mindenki érti teljesen, hogy mi ez. A cikkben megpróbáljuk kitalálni, mi az a globális helymeghatározó rendszer, miből áll és hogyan működik.
Előzmények
A GPS navigációs rendszer a Navstar komplexum része, amelyet az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma fejlesztett ki és üzemeltet. A komplexum projektjét 1973-ban kezdték megvalósítani. És már 1978 elején, sikeres tesztelés után üzembe helyezték. 1993-ig 24 műholdat bocsátottak fel a Föld körül, amelyek teljesen beborították bolygónk felszínét. A Navstar katonai hálózat polgári része GPS néven vált ismertté, ami a Global Positioning System ("globális helymeghatározó rendszer") rövidítése.
Alapja műholdakból áll, amelyek hat körpályán mozognak. Csak másfél méter szélesek, és valamivel több mint öt méter hosszúak. A súly ebben az esetben körülbelül nyolcszáznegyven kilogramm. Mindegyik teljes teljesítményt nyújt bárhol bolygónkon.
A követés a Colorado államban található fő vezérlőállomásról történik. Ott van a Schriver légibázis – az ötvenedik űrhaderő.
Tíz nyomkövető állomás van a Földön. Ascension Islanden, Hawaii-on, Kwajaleinben, Diego Garciában, Colorado Springsben, Cape Canaveralban és más helyeken találhatók meg, amelyek száma évről évre nő. Minden tőlük kapott információt a főállomáson dolgoznak fel. A frissített adatok huszonnégy óránként kerülnek feltöltésre.
Ez a globális helymeghatározás az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma által üzemeltetett műholdas rendszer. Bármilyen időjárás esetén működik, és folyamatosan továbbítja az információkat.
Működési elv
A GPS globális helymeghatározó rendszerek a következő összetevők alapján működnek:
- műholdas trilateráció;
- műholdtávolság;
- pontos időreferencia;
- hely;
- javítás.
Nézzük meg őket közelebbről.
A trilateráció három műhold adatainak távolságának kiszámítása, aminek köszönhetően ki lehet számítani egy adott pont helyét.
A hatótávolság a műholdaktól mért távolságot jelenti, a fénysebesség figyelembevételével az idő alapján számítva, ameddig a rádiójel eljut tőlük a vevőig. Az idő meghatározásához egy pszeudo-véletlen kód generálódik, aminek köszönhetően a vevő bármikor képes rögzíteni a késleltetést.
A következő ábra egy közvetlenaz óra pontosságától függően. A műholdak atomórái egy nanoszekundum pontosságúak. Magas költségük miatt azonban nem használják mindenhol.
A műholdak a Földtől több mint húszezer kilométeres tengerszint feletti magasságban helyezkednek el, pontosan annyiban, amennyi a stabil pályán való mozgáshoz és a légköri ellenállás szűkítéséhez szükséges.
A globális helymeghatározó rendszer működése során a világban olyan hibák történnek, amelyeket nehéz kiküszöbölni. Ez annak köszönhető, hogy a jel áthalad a troposzférán és az ionoszférán, ahol a sebesség csökken, ami mérési hibákhoz vezet.
Egy leképezési rendszer összetevői
Számos globális helymeghatározó rendszer termék és GIS térképészeti alkalmazás létezik. Nekik köszönhetően a földrajzi adatok gyorsan kialakulnak és frissülnek. E termékek összetevői GPS-vevők, szoftverek és adattároló eszközök.
A vevőegységek egy másodpercnél kisebb gyakorisággal és több tíz centimétertől öt méterig terjedő pontossággal képesek számításokat végezni differenciál üzemmódban. Méretben, memóriakapacitásban és a követési csatornák számában különböznek egymástól.
Amíg egy személy egy helyben áll vagy mozog, a vevőkészülék jeleket vesz a műholdaktól, és kiszámítja a helyzetét. Az eredmények koordináták formájában jelennek meg a kijelzőn.
A vezérlők olyan hordozható számítógépek, amelyeken az adatgyűjtéshez szükséges szoftver fut. A szoftver vezérli a vevő beállításait. A meghajtóknak vankülönböző méretű és típusú adatrögzítés.
Minden rendszer fel van szerelve szoftverrel. Miután feltöltötte az információkat a meghajtóról a számítógépére, a program egy speciális feldolgozási módszerrel, az úgynevezett „differenciálkorrekció” segítségével növeli az adatok pontosságát. A szoftver megjeleníti az adatokat. Némelyikük manuálisan szerkeszthető, mások kinyomtathatók stb.
GPS globális helymeghatározás – olyan rendszerek, amelyek segítenek összegyűjteni az adatbázisokba való belépéshez szükséges információkat, és a szoftver exportálja azokat a GIS programokba.
Differenciális korrekció
Ez a módszer jelentősen javítja az összegyűjtött adatok pontosságát. Ebben az esetben az egyik vevő bizonyos koordináták pontján található, a másik pedig ott gyűjt információkat, ahol azok ismeretlenek.
A differenciális korrekciót kétféleképpen hajtják végre.
- Az első a valós idejű differenciális korrekció, ahol az egyes műholdak hibáit kiszámítja és jelenti a főállomás. A frissített adatokat a rover veszi, amely megjeleníti a javított adatokat.
- A második - differenciális korrekció az utófeldolgozásban - akkor történik, amikor a főállomás közvetlenül a számítógépben lévő fájlba írja be a javításokat. Az eredeti fájl feldolgozása a frissített fájllal együtt történik, majd egy differenciálisan korrigált fájlt kapunk.
A Trimble leképezési rendszerek mindkét módszert képesek használni. Így, ha a valós idejű mód megszakad, akkor továbbra is használható marad az utófeldolgozásban.
Alkalmazás
GPSkülönböző területeken alkalmazzák. Például a globális helymeghatározó rendszereket széles körben használják a természeti erőforrások iparában, ahol geológusok, biológusok, erdészek és földrajztudósok használják őket pozíciók és további információk rögzítésére. Az infrastruktúra és a városfejlesztés területe is, ahol a forgalom és a közműrendszer szabályozott.
A globális helymeghatározó GPS-rendszereket a mezőgazdaságban is széles körben alkalmazzák, például a szántóföldek jellemzőit írják le. A társadalomtudományokban a történészek és régészek használják őket a történelmi helyszínek navigálására és rögzítésére.
A GPS-térképező rendszerek hatóköre nem korlátozódik erre. Bármilyen más alkalmazásban használhatók, ahol pontos koordinátákra, időre és egyéb információkra van szükség.
GPS-vevő
Ez egy rádióvevő, amely a Navstar műholdakról érkező rádiójelek késleltetésére vonatkozó információk alapján határozza meg az antenna helyzetét.
A mérések három-öt méteres pontossággal készülnek, és ha jel érkezik egy földi állomásról - akár egy milliméteres pontossággal. A kereskedelmi típusú GPS-navigátorok a régi mintákon százötven méteres, az újakon pedig három méteres pontossággal rendelkeznek.
Vevők alapján készülnek GPS-naplózók, GPS-nyomkövetők és GPS-navigátorok.
A felszerelés lehet egyedi vagy professzionális. Másodikminőségben, üzemmódban, frekvenciában, navigációs rendszerben és árban különbözik.
Az egyéni vevők pontos koordinátákat, időt, magasságot, felhasználó által megadott irányt, aktuális sebességet és útinformációkat jelentenek. Az információ azon a telefonon vagy számítógépen jelenik meg, amelyhez az eszköz csatlakozik.
GPS-navigátorok: térképek
A térképek javítják a navigátor minőségét. Vektoros és raszteres típusban kaphatók.
A vektorváltozatok adatokat tárolnak az objektumokról, koordinátákról és egyéb információkról. Természetes terepet és számos objektumot, például szállodákat, benzinkutakat, éttermeket stb. tartalmazhatnak, mivel nem tartalmaznak képeket, kevesebb helyet foglalnak el és gyorsabban működnek.
A raszteres típusok a legegyszerűbbek. Ezek a terület földrajzi koordinátáiban szereplő képét képviselik. Készülhet műholdfotó vagy papír típusú térkép – szkennelve.
Jelenleg léteznek navigációs rendszerek, amelyeket a felhasználó kiegészíthet tárgyaival.
GPS nyomkövetők
Egy ilyen rádióvevő adatokat fogad és továbbít a hozzá kapcsolódó különféle objektumok mozgásának vezérléséhez és követéséhez. Tartalmaz egy vevőt, amely meghatározza a koordinátákat, és egy adót, amely elküldi azokat egy távolabbi felhasználónak.
GPS nyomkövetők jelennek meg:
- személyes, egyedileg használt;
- autó, csatlakoztatva a fedélzethezautomatikus hálózatok.
Különböző tárgyak (emberek, járművek, állatok, áruk és így tovább) elhelyezkedésének meghatározására szolgálnak.
Ezek az eszközök olyan jelek elnyomására használhatók, amelyek interferenciát okoznak azokon a frekvenciákon, ahol a nyomkövető működik.
GPS-naplózó
Ezek a rádiók két üzemmódban képesek működni:
- normál GPS-vevő;
- naplózó, információt rögzít a megtett útról.
Ezek lehetnek:
- hordozható, kis méretű újratölthető akkumulátorral felszerelve;
- autó, a fedélzeti hálózatról működik.
A modern favágó modellekben akár kétszázezer pontot is rögzíthetünk. Azt is javasoljuk, hogy jelölje meg az út bármely pontját.
Az eszközöket aktívan használják a turizmusban, a sportban, a nyomkövetésben, a térképészetben, a geodéziában és így tovább.
Globális pozicionálás ma
A közölt információk alapján megállapítható, hogy már mindenhol használnak ilyen rendszereket, és a hatókörük még inkább elterjedt.
A globális pozicionálás lefedi a fogyasztói szektort. A legújabb technikai újítások alkalmazása a rendszert az egyik legkeresettebbé teszi ebben a piaci szegmensben.
A GPS mellett a GLONASS-t Oroszországban, a Galileót pedig Európában fejlesztik.
Ugyanakkor a globális helymeghatározásnak nincsenek hátrányai sem. Például egy vasbeton épület lakásában, egy alagútban vagy alagsorban határozza meg a pontos helyetlehetetlen. A mágneses viharok és a földön lévő rádióforrások zavarhatják a normál vételt. A navigációs térképek gyorsan elavulnak.
A legnagyobb hátránya, hogy a rendszer teljes mértékben az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumától függ, amely bármikor bekapcsolhatja például az interferenciát, vagy teljesen kikapcsolhatja a polgári részt. Ezért annyira fontos, hogy a globális helymeghatározó rendszer mellett a GPS és a GLONASS, valamint a Galileo is fejlődjön.
