Megapliki
 
 
megapliki/artykuły / gps - globalny system pozycjonowania
SpeedFan 4.41
Mozilla Firefox 3.6.8
VLC Media Player 1.1.1
Pidgin 2.7.2
DC++ 0.770
Wybierz swoją paczkę po formacie:
MegaPaczka (odsłon: 458200)
FreewarePaczka (odsłon: 332000)
PolskaPaczka (odsłon: 240068)
LekkaPaczka (odsłon: 119100)
Kategoria:
Ocena: / 6
Ilość pobrań:
Licencja:
Aby zobaczyć co będziesz otrzymywać,
kliknij tutaj!
Zapisując się do newslettera
akceptujesz jego regulamin.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HyperSnap
Łatwe zrzuty ekranu HyperSnap zrzut grafiki i tekstu z ekranu. Ściągnij wypróbuj za darmo!
HyperCam
Łatwe filmowanie ekranu. Nagraj co dzieje się na ekranie, skomentuj głosem. Załaduj i wypróbuj za darmo!
GPS - Globalny System Pozycjonowania
Data: piątek, 11 maja 2007 r.  |  czytań: 16463
Od setek lat jednym z największych problemów ludzkości była precyzyjna lokalizacja miejsca, w którym aktualnie się znajdujemy. Przez wieki największych odkryć i kolonizacji korzystano z kompasu, busoli lub też położenia gwiazd na niebie. W dzisiejszych czasach wszystkie te, kiedyś bardzo zaawansowane metody odchodzą na szczęście do lamusa. Zastępowane są przez coraz to nowsze systemy pozycjonowania komputerowego. Cybernetyczne oczy krążące wokół Ziemi dostarczają nam nieustannie bardzo dokładnych informacji na temat położenia niemalże każdej jednostki na planecie. Największym i najlepiej rozwiniętym systemem nawigacyjnym, a co najważniejsze dostępnym dla każdego człowieka jest amerykański GPS.

Global Positioning System to system pozycjonowania satelitarnego, obejmujący swym zasięgiem całą kulę ziemską. W niniejszym artykule postaramy się przybliżyć czytelnikom Tygodnika Komputerowego czym jest i na jakiej zasadzie działa ta ciekawa machina. Jesteście ciekawi? Zapraszamy dalej!

Odrobina historii
Nie sposób napisać coś sensownego o GPS’ie nie przedstawiając pokrótce jego historii. Początki znanej nam obecnie maszynerii globalnego pozycjonowania sięgają lat 70 ubiegłego wieku. W grudniu 1973 roku w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto jedną z pierwszych faz projektu zwanego GPS – NAVSTAR. Jako ciekawostkę możemy powiedzieć, że system ten nie był pierwszym tego typu projektem. USA już dużo wcześniej dostrzegło zalety dokładnego namierzania zarówno swoich, jak i wrogich wojsk. Pierwszym skutecznym i w pełni działającym systemem był Transit – SATNAV, opracowany na potrzeby marynarki wojennej US. Blok wschodni nie był gorszy. Efektem bardzo zaawansowanych prac nad nawigacją satelitarną Związku Radzieckiego był kosmiczny system powstający równolegle z Transit, a mianowicie Cykada. Niemniej jednak ilość satelitów okrążających kulę ziemską w ówczesnym czasie była bardzo ograniczona, wskutek czego oba projekty nie pozwalały na nieustanne monitorowanie planety. Pierwszy satelita obecnego GPS’u wystrzelony został w 1978 roku. Począwszy od lat osiemdziesiątych XX wieku system ten był stopniowo udostępniany dla autoryzowanych podmiotów wojskowych. W czasie, kiedy odbiorniki sygnału kosztowały niebagatelne kwoty, sięgające nawet 300 tys. dolarów użytkownicy prywatni nie byli zainteresowani projektem. Jednakże gwałtowny postęp technologiczny sprawił, iż ceny sprzętu spadały w niezwykłym tempie, a kiedy osiągnęły niski pułap, GPS zyskał szeroką rzeszę zwolenników. Klienci cywilni zaczęli domagać się powszechnego dostępu tej technologii. Wobec takiej sytuacji rząd USA zdecydował się na uruchomienie wersji ogólnodostępnej SPS (Standard Positioning Service) z tzw. Ograniczonym Dostępem S/A (Selected Availability), w której błąd wyznaczania pozycji wynosił około 500 m (Dla wojskowego systemu błąd określano na około 10m). Z biegiem kolejnych lat zainteresowanie projektem nieustannie rosło. Zmniejszenie S/A do 100m (obecnie S/A nie jest w ogóle aktywny) oraz rozwój urządzeń odbiorczych spowodowały ogólnoświatowy boom na GPS. Po wprowadzeniu na orbity i uruchomieniu wszystkich planowanych satelitów systemu, dnia 27.04.1995r  oficjalnie ogłoszono GPS w pełni operacyjnym.

Z czego składa się GPS ?
Cały system nawigacji satelitarnej składa się z trzech głównych bloków:

Segment kosmiczny, na który składają się nieustannie krążące na wysokości około 20 tysięcy kilometrów nad poziomem morza 24 operacyjne satelity NAVSTAR. Jednostki te umieszczone zostały na sześciu kołowych orbitach, oznaczonych literami A, B, C, D, E, F, po cztery na każdej z nich. Miejsca położenia satelitów na orbicie nazwano slotami. Jest ich rzecz jasna po cztery na każdej orbicie. Dodatkowo w przestrzeni znajdują się trzy obiekty rezerwowe, mające zastąpić któryś z satelitów w razie awarii. GRS zaprojektowany został tak, aby o dowolnej porze w dowolnym miejscu na Ziemi widoczne były co najmniej cztery satelity. Całkowita liczba unoszących się w przestrzeni satelitów ulega ciągłym zmianom. Wiąże się to z sukcesywnym zastępowaniem starych jednostek nowszymi, wydajniejszymi modelami.

Całkowity czas obiegu satelity wokół Ziemi wynosi 12 godzin. Orbita, po której porusza się „oko” umieszczona została tak, aby satelita przelatywał nad danym punktem każdego dnia o 4 minuty wcześniej. Każda z jednostek posiada na swoim pokładzie cztery zegary atomowe, odmierzające czas z dokładnością do 3 nanosekund. Jeden satelita waży około dwóch ton, a jego wymiary wynoszą 2m x 2m x 2m.

Segment kontroli naziemnej, zwany również OCS (Operational Control System). Jest to zespół pięciu stacji nadawczo-odbiorczych oraz centrum dowodzenia, których zadaniem jest zbieranie informacji o aktualnej pozycji satelitów oraz korygowanie ich orbit. Ośrodek dowodzenia GPS znajduje się w bazie sił powietrznych Stanów Zjednoczonych w Schriever, Colorado Springs. Pięć bezzałogowych stacji pomiarowych umiejscowiono natomiast na Hawajach, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia oraz w Colorado Springs.

Segment użytkownika to najbardziej interesujący nas blok systemu GPS. Musimy wspomnieć tutaj, iż system globalnego pozycjonowania jest uwolniony od wszelakich opłat abonenckich. Korzystanie z niego jest całkowicie darmowe. Jedyną rzeczą, za którą trzeba zapłacić jest odpowiednie urządzenie, w które musimy się wyposażyć w celu odbierania sygnału transmitowanego przez satelity.

Główną funkcją GPS’u jest podawanie aktualnych danych o pozycji geograficznej, prędkości oraz wysokości nad poziomem morza. Obecnie dla użytkowników prywatnych dostępne są dwie usługi GPS. Możliwość wykorzystywania obu zależy w dużej mierze od sprzętu, jakim dysponujemy. Do dyspozycji mamy:

- SPS Standard Positioning Service, czyli pozycjonowanie standardowe. Zapewnia ono precyzję lokalizacji około 100m w płaszczyźnie poziomej oraz około 150m w pionowej. SPS realizuje również usługę podawania czasu z dokładnością do 340 nanosekund.

- PPS Precise Positioning Service, czyli pozycjonowanie precyzyjne jest usługą pozycjonowania, określania prędkości oraz transferu czasu. Precyzja PPS jest dużo większa niż w przypadku SPS i wynosi około 20 metrów w poziomie oraz 25 metrów w pionie. Aktualny czas podawany jest z precyzją 200 nanosekund.

Jak działa system ?
Sygnał transmitowany przez 24 satelity krążące po orbitach okołoziemskich dociera do odbiorników, niezależnie od warunków pogodowych. Podaje aktualną informację na temat pozycji geograficznej, prędkości oraz wysokości nad poziomem morza, na której znajduje się obiekt. W dużym uproszczeniu, charakterystyki te wyznaczane są przy pomocy pomiarów odległości pomiędzy czterema satelitami, przemieszczającymi się po ściśle ustalonych orbitach, a użytkownikiem. Sygnał nadawany przez satelity tworzy sfery, na których po wykluczeniu punktów krytycznych lokowany jest odbiornik. Dzieje się to wszystko za pomocą pomiaru czasu. Jak już wcześniej wspominaliśmy, każdy z 24 satelitów posiada na swoim pokładzie cztery zegary atomowe, które generują bardzo dokładny czas. Odbiornik ma za zadanie zmierzyć opóźnienie, z jakim sygnały docierają do niego od poszczególnych satelitów.

Przemieszczający się z prędkością światła sygnał satelitarny nadawany na dwóch pasmach L1 = 1575.42 MHz i L2 = 1227.6 MHz potrzebuje na dotarcie do Ziemi od 65 do 85 milisekund, czyli wielokrotnie więcej niż wynosi błąd zegara atomowego.

Co jest potrzebne do odbioru sygnału?
Do odbioru sygnału potrzebujemy standardowego urządzenia zaprojektowanego tak, by odbierać, dekodować i przetwarzać sygnały GPS. Są to odbiorniki samodzielnie funkcjonujące lub wbudowane w inne systemy. Obecnie stosuje się wiele typów urządzeń globalnego systemu pozycyjnego. Odbiorniki dostępne są od niewielkich ręcznych modeli zbliżonych wielkością do telefonu komórkowego poprzez profesjonalne systemy nawigacji geodezyjnej po zawansowane zestawy, kontrolujące pozycje samolotów komunikacyjnych i wojskowych. Dostępne są również moduły przeznaczone do aplikacji w mobilnych komputerach. Instalowane w zatokach PCMCIA pozwalają zamienić nudnego notebooka w gigantyczną mapę.

Odbiorniki GPS stają się bez wątpienia coraz mniejsze, podobnie jak różne rodzaje sprzętu elektronicznego. Ten trend miniaturyzacji przyspieszany jest przez konsumenckie zapotrzebowanie na coraz mniejsze, lżejsze, szybsze i tańsze urządzenia. Potrzeba osadzania odbiorników GPS w innych urządzeniach wprowadziła ten trend w praktykę, a producenci stale redukują liczbę elementów, potrzebnych do zbudowania odbiornika.


Obecnie podstawowy odbiornik GPS składa się jedynie z dwóch lub trzech obwodów, do czego przyczynił się w dużej mierze wzrost zastosowania technologii cyfrowej. Pozwolił on również na ograniczenie zużycia mocy i rozmiarów odbiorników. Odbiornik składa się z:
- anteny z opcjonalnym wzmacniaczem wstępnym,
- sekcji częstotliwości radiowej i częstotliwości średniej (RF/IF),
- sekcji śledzenia/korelacji sygnału i mikroprocesora, który kontroluje odbiornik, przetwarza sygnały i oblicza współrzędne położenia odbiornika.

Jeśli chodzi o korzystanie z odbiorników GPS w samochodzie, lesie, górach, zabudowanym terenie lub też takich egzotycznym miejscach, jak jaskinie to sprawa nie wygląda za wesoło. Do poprawnego działania ręcznego odbiornika potrzebna jest bezpośrednia widoczność nieba. Toteż, aby system działał poprawnie w samochodzie odbiornik musi znajdować się pod jego przednią szybą. Niestety kiedy znajdziemy się na przykład w tunelu GPS wyświetli błąd. Przeszkodą dla sygnału są głównie beton, stal oraz grube drewno.

Ile to kosztuje i co dostajemy w zamian?
Najprostsze odbiorniki przystosowane do współpracy z systemem GPS kosztują kilkaset złotych. Ich główną funkcją jest nawigacja według koordynatów czyli siatki geograficznej. Niestety nie obsługują map. Za nieco większe pieniądze możemy nabyć urządzenie, które już z nich korzysta. Dzięki planom bez problemu wyznaczymy całą trasę z punktu początkowego do końcowego. System poprowadzi nas, podpowiadając gdzie skręcić i jakimi drogami jechać, by jak najszybciej dotrzeć do celu. Ceny bardziej zaawansowanych urządzeń wynoszą nawet do kilku tysięcy złotych. Odbiorniki te poza dodatkowymi bajerami w postaci dużych, kolorowych ekranów posiadają o wiele większą precyzję. Ponadto dysponują wbudowanymi systemami informacji głosowej oraz bardzo szczegółowymi mapami. W praktyce wygląda to tak, że po ustaleniu trasy kierowca otrzymuje polecenia głosowe mówiące, w którym momencie i gdzie ma skręcić. Musicie przyznać, że jest to całkiem użyteczne.

Inne systemy pozycjonowania
Na koniec warto wspomnieć o tworzonym przez Unię Europejską systemie nawigacji. UE planuje stworzenie globalnego systemu nawigacji satelitarnej, który stanowiłby alternatywę dla działającego dziś amerykańskiego Global Positioning System. Europejski system nawigacji satelitarnej, nazwany w fazie projektowania Galileo, ma być obsługiwany przez 20 satelitów, umieszczonych na orbitach okołoziemskich w latach 2005-2008. System powinien zapewnić łatwiejszy dostęp do opcji o dużej precyzji, niż amerykański GPS, który nadal podlega ograniczeniom ze względów militarnych. W założeniu system ten ma być w całości przeznaczony dla celów niemilitarnych, związanych z transportem, ratownictwem, górnictwem oraz nauką. Galileo służyć ma przede wszystkim nam. Być może dzięki niemu satelitarne systemy globalnej nawigacji staną się dla nas tak oczywiste, jak telefonia komórkowa.

Mamy nadzieję, że ta niewielka publikacja choć troszkę rozjaśniła Państwu kwestię coraz to popularniejszego i bliższego nam systemu globalnego pozycjonowania. Będziemy niezmiernie wdzięczni za wszelkie uwagi, które prosimy kierować pod adres wojtek@egielda.com.pl.



autor: Wojciech Kosek
Bez użytkowania którego programu nie wyobrażasz sobie życia?
38%
11%
10%
8%
6%
18%
8%
Ilość oddanych głosów: 23953
Ataki wirusów z...
Blokada zapisu na dyski USB
Bezpieczeństwo w sieci
AnalogX Proxy (Rozdzielanie...
Nasza-Klasa - wielka olimpiada
Ati Catalyst 8.3 (xp)
Ati Catalyst 6.2 (98/me)
93.71 ForceWare (xp/2k)
81.98 ForceWare (98/me)
VIA Hyperion Pro 5.10a
Ilość plików: 1977
Dodanych dzisiaj: 0
Ilość newsów: 2484
Dodanych dzisiaj: 0
Ilość artykułów: 26
Dodanych dzisiaj: 0
Łączna waga: 26 GB
Osób online: 260