Apie GPS

by

GPS – tai Globalinio Pozicijavimo Sistema (Global Positioning System = GPS). Tai yra didelio tikslumo palydovinė radionavigacinė sistema, suteikianti informaciją apie objektų padėtį erdvėje (3D), jų judėjimo greitį, kryptį ir įveiktą atstumą, atstumus iki pasirinktų taškų, apie tikslų vietos laiką duotu momentu, geografinius duotos vietovės saulėtekio/saulėlydžio laikus, mėnulio fazes. GPS veikia nepriklausomai nuo oro sąlygų, paros ar metų laiko, vienodai bet kokioje pasaulio vietoje.

 

GPS palydovai

GPS sistemoje naudojami 24 palydovai, priklauso JAV palydovinės navigacijos sistemai NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging). Pirmasis GPS palydovas buvo paleistas 1978 m. Visa 24 palydovų sistema pradėjo veikti 1994 metais. GPS palydovai skrieja 6 orbitinėmis trajektorijomis (po 4 kiekvienoje). Orbitų aukštis nuo žemės paviršiaus – apie 20180 km.

 

Palydovo parametrai

GPS palydovo parametrai:
[icon_list icon=“redo“]

  • svoris – apie 907 kg,
  • ilgis – apie 5 m,
  • siunčiamo radijosignalo dažnis – 1575,42 MHz,
  • siųstuvo galia – apie 50 vatų.

[/icon_list]
Kiekvienas GPS palydovas radijosignalais į Žemę perduoda informaciją apie savo buvimo vietą (koordinates), tikslų laiką ir identifikavimo kodą.

 

GPS imtuvai

Tai prietaisai, priimantys signalus iš GPS palydovų. GPS imtuvus naudoja vartotojai, esantys žemės paviršiuje ir aviacijai tinkamame atmosferos sluoksnyje, savo buvimo koordinatėms nustatyti. GPS imtuvą paprastai sudaro dvi pagrindinės dalys – pagrindinis imtuvo mazgas (GPS engine) ir vartotojiška taikomoji programa.

 

Koordinačių nustatymas

GPS imtuvas priima signalus iš 3-5 artimiausių GPS palydovų, esančių tiesioginio matomumo zonoje, algoritmais apdoroja gautus signalus ir pateikia tokias vartotojo buvimo vietos koordinates:
[icon_list icon=“redo“]

  • platuma,
  • ilguma,
  • aukštis virš jūros lygio,
  • judėjimo greitis,
  • judėjimo kryptis.

[/icon_list]
Informacija (grafinė ir tekstinė) yra išvedama vartotojui į ekraną. Imtuvas dažniausiai jungiamas prie delninio arba nešiojamo kompiuterio.

GPS palydovų siunčiami signalai pasiekia bet kurią Žemės vietą, bet kuriuo paros laiku, nepriklausomai nuo oro temperatūros.

 

Koordinačių tikslumas

Šiuo metu GPS imtuvo vietos nustatymo tikslumas gali siekti nuo 100 metrų iki 1 cm. Tai priklauso nuo naudojamo imtuvo sudėtingumo, naudojamų matavimo ir apskaičiavimo priemonių bei metodų. Civilinės paskirties arba buitiniais GPS imtuvais nustatomų koordinačių paklaida siekia apie 3-5 m. Naudojant EGNOS – ji gali sumažėti iki 1-1,5m

Kur reikia didelio tikslumo, prie GPS imtuvo yra naudojamas papildomas diferencialinis GPS imtuvas (Differential GPS, DGPS). Jis skirtas panaikinti netikslumus, kai GPS signalas iškraipomas:
[icon_list icon=“redo“]

  • netyčia – trukdžiai atmosferos sluoksniuose (jonosferoje, troposferoje),
  • tyčia – selektyvusis priėjimas (SA – Selective Availability). Tai tyčinis GPS signalo pabloginimas, į jo transliavimą įvedant menamas atsitiktines paklaidas. GPS tikslumas yra tyčia sumažinamas iki maždaug 100 metrų atstumui ir 5 km/h greičiui. SA naudoja GPS sistemos kūrėjai ir savininkai.

[/icon_list]
DGPS imtuvas koordinačių tikslumą gerina antžeminės stoties pagalba. Antžeminė stotis, priėmusi palydovo signalą, apskaičiuoja jo paklaidą ir kitu radijo dažniu siunčia „patikslintą“ signalą DGPS imtuvui. DGPS sistema, priklausomai nuo imtuvo tipo ir veikimo metodų, vartotojui leidžia buvimo vietą apskaičiuoti nuo kelių metrų iki 1 cm tikslumu.

 

Eksploatacija

Vartotojo koordinačių nustatymo kokybė priklauso nuo GPS transliuojamos informacijos tikslumo, signalo priėmimo sąlygų bei GPS imtuvo kokybės.

Saugumo sumetimais GPS transliuojama civilinė informacija iškraipoma specialiai, įvedant paklaidas (įdomu: tuoj po rugsėjo 11 įvykių sutriko automobilinių GPS navigacijos aparatų darbas visoje Europoje. Priežastis – ženkliai padidinta pozicionavimo informacijos paklaida, kuri vėliau atstatyta).

Signalo priėmimo sąlygas gali gadinti ir atmosfera, ir aukšti objektai šalia imtuvo (kalnai, tankus miškas, pastatai, tuneliai ir pan.). Kai erdvėje tarp imtuvo ir GPS palydovo lyja ar sninga, tai neturi juntamos įtakos priimamam GPS signalui. Tačiau signalo priėmimą gali gerokai pabloginti sniegas ir ledas, susikaupę ant GPS imtuvo išorinės priėmimo antenos.

GPS imtuvams kenkia žaibai. Jei žaibo iškrova įvyksta šalia, imtuvas gali būti visiškai sugadintas.

Normaliam darbui GPS imtuvas turi „matyti“ bent 3 palydovus. Pastatui užstojus kelis palydovus iš vienos pusės, darbas nesutriks, jei aparatas tuo metu „matys“ daugiau palydovų. Uždaruose daugiaaukščių kiemuose situacija pablogės, darbas visiškai sutriks tunelyje.

Automobiliniuose GPS navigacijos aparatuose būna ne mažiau 12 GPS imtuvų kanalų. Atviroje Lietuvos teritorijoje šiuo metu (2007 m.) portatyviniai aparatai su SIRF-III „mato“ iki 20 palydovų (naujausias (nuo 2007 II pusmečio) HammerHand GPS imtuvas „mato“ iki 30 palydovų). Kai kurie navigacijos aparatai turi viduje giroskopus, kurie palaiko vidinį sistemos pozicionavimą prapuolus GPS ryšiui (pvz., tunelyje).

 

Praktinis pritaikymas

GPS sistema su papildoma įranga pritaikoma navigacijoje – apskaičiuojamas maršrutas tarp pasirinktų taškų, rodomas objekto judėjimas detaliame žemėlapyje, grafinio kelvedžio nurodymai kaip įveikti artėjančias kryžkeles, sankryžas ar posūkius, o nukrypus – kaip vėl sugrįžti į maršrutą. Paklaida gali siekti iki kelių metrų.

GPS navigacija masiškai taikoma transporto, turizmo ir kt. srityse. Šiuo metu populiariausi navigacijos žemėlapių leidėjai „TeleAtlas“ ir „Navteq“ baigia ruošti ir Rytų Europos smulkius žemėlapius, kuriuose Lietuva padengta visa, Latvija ir Estija maždaug po trečdalį (2007 m., paroda CeBIT).

Didelio tikslumo GPS sistema yra naudojama kariniams tikslams, aviacijoje, kartografijoje, geodezijoje ir kt.

 

Informacija pateikta iš prekių gamintojų bei tiekėjų oficialų svetainių ir viešos literatūros šaltinių