Jak działa system GPS?

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Co to jest GPS?

GPS lub Global Positioning System to system nawigacji satelitarnej, który dostarcza użytkownikowi informacji o lokalizacji i czasie we wszystkich warunkach klimatycznych. GPS służy również do nawigacji w samolotach, statkach, samochodach i ciężarówkach. System zapewnia krytyczne możliwości użytkownikom wojskowym i cywilnym na całym świecie. GPS zapewnia ciągłe, trójwymiarowe pozycjonowanie w czasie rzeczywistym, nawigację i pomiar czasu na całym świecie.

Jak działa system GPS?

GPS składa się z trzech segmentów:




1) Segment kosmiczny: satelity GPS

2) System kontroli obsługiwany przez wojsko USA,



3) Segment użytkowników, który obejmuje zarówno użytkowników wojskowych, jak i cywilnych oraz ich sprzęt GPS.

Segment kosmiczny:

Segment kosmiczny to liczba satelitów w konstelacji. Składa się z 29 satelitów krążących wokół Ziemi co 12 godzin na wysokości 12 000 mil. Funkcja segmentu kosmicznego jest wykorzystywana do trasowania / sygnałów nawigacyjnych oraz do przechowywania i retransmisji trasy / wiadomości nawigacyjnej wysłanej przez segment kontrolny. Te transmisje są kontrolowane przez bardzo stabilne zegary atomowe na satelitach. Segment kosmiczny GPS jest utworzony przez konstelację satelitów z wystarczającą liczbą satelitów, aby zapewnić użytkownikom widoczność co najmniej 4 jednoczesnych satelitów z dowolnego punktu na powierzchni Ziemi w dowolnym momencie.


GPSSegment kontrolny:

Segment kontrolny składa się z głównej stacji kontrolnej i pięciu stacji monitorów wyposażonych w zegary atomowe rozmieszczone na całym świecie. Pięć stacji monitorujących monitoruje sygnały satelitarne GPS, a następnie wysyła te kwalifikowane informacje do głównej stacji kontrolnej, gdzie nieprawidłowości są korygowane i przesyłane z powrotem do satelitów GPS przez anteny naziemne. Segment kontrolny nazywany również stacją monitorującą.

segment kontrolny

segment kontrolny

Segment użytkowników:

Segment użytkownika składa się z odbiornika GPS, który odbiera sygnały z satelitów GPS i określa, jak daleko znajduje się od każdego satelity. Głównie ten segment jest używany w amerykańskich wojskowych systemach naprowadzania pocisków, cywilnych zastosowaniach GPS w prawie każdej dziedzinie. Większość cywilów wykorzystuje to od badań do transportu do zasobów naturalnych, a stamtąd do celów rolniczych i mapowania.

Segment użytkowników

Segment użytkowników

Jak GPS określa pozycję:

Działanie / działanie globalnego systemu pozycjonowania oparte jest na matematycznej zasadzie „trójstronnej”. Pozycja jest określana na podstawie pomiarów odległości do satelitów. Z rysunku wynika, że ​​cztery satelity służą do określenia położenia odbiornika na ziemi. Miejsce docelowe jest potwierdzone przez 4thsatelita. Do śledzenia miejsca lokalizacji używane są trzy satelity. Czwarty satelita służy do potwierdzenia docelowej lokalizacji każdego z tych pojazdów kosmicznych. Globalny system pozycjonowania składa się z satelity, stacji kontrolnej oraz stacji monitorującej i odbiornika. Odbiornik GPS pobiera informacje z satelity i wykorzystuje metodę triangulacji do określenia dokładnej pozycji użytkownika.

Obwód GPS

GPS jest używany w niektórych wypadkach na kilka sposobów, takich jak:

  1. Na przykład, aby określić położenie pozycji, musisz przesłać pilotowi helikoptera współrzędne lokalizacji, aby pilot mógł Cię zabrać.
  2. Na przykład, aby nawigować z jednego miejsca do drugiego, musisz przejść od punktu obserwacyjnego do obszaru pożaru.
  3. Na przykład, aby utworzyć mapy cyfrowe, musisz wykreślić granicę pożaru i gorące punkty.
  4. Aby określić odległość między dwoma różnymi punktami.

3 Zalety GPS:

  • System nawigacji satelitarnej GPS jest ważnym narzędziem dla użytkowników wojskowych, cywilnych i komercyjnych
  • Systemy śledzenia pojazdów Systemy nawigacji oparte na GPS mogą dostarczać nam szczegółowych wskazówek dojazdu
  • Bardzo duża prędkość

2 Wady GPS:

  • Sygnały satelitarne GPS są zbyt słabe w porównaniu z sygnałami telefonu, więc nie działa tak dobrze w pomieszczeniach, pod wodą, pod drzewami itp.
  • Najwyższa dokładność wymaga linii wzroku od odbiornika do satelity, dlatego GPS nie działa zbyt dobrze w środowisku miejskim.

Korzystanie z odbiornika GPS:

Istnieje kilka różnych modeli i typów odbiorników GPS. Podczas pracy z odbiornikiem GPS ważne jest, aby mieć:

  • Kompas i mapa.
  • Pobrany kabel GPS.
  • Dodatkowe baterie.
  • Znajomość pojemności pamięci odbiornika GPS, aby zapobiec utracie danych, zmniejszyć niedokładność danych lub innym problemom.
  • W miarę możliwości antena zewnętrzna, zwłaszcza pod koroną drzew, w kanionach lub podczas jazdy.
  • Konfiguracja odbiornika GPS zgodnie z incydentem lub standardowym układem współrzędnych agencji.
  • Notatki opisujące, co zapisujesz w odbiorniku.

Błąd GPS

Istnieje wiele źródeł możliwych błędów, które obniżą dokładność pozycji obliczanych przez odbiornik GPS. Czas przemieszczania się sygnałów satelitarnych GPS może być zmieniany przez efekty atmosferyczne, gdy sygnał GPS przechodzi przez jonosferę, a troposferę ulega załamaniu, powodując, że prędkość sygnału różni się od prędkości sygnału GPS w kosmosie. Innym źródłem błędów jest szum lub zniekształcenie sygnału, które powoduje zakłócenia elektryczne lub błędy właściwe dla samego odbiornika GPS. Informacje o orbitach satelitów spowodują również błędy w określaniu pozycji, ponieważ satelity tak naprawdę nie są tam, gdzie „pomyślał” odbiornik GPS na podstawie otrzymanych informacji podczas określania pozycji. Niewielkie wahania w zegarach atomowych na pokładzie satelitów mogą przekładać się na duże błędy pozycji, a błąd zegara wynoszący 1 nanosekundę przekłada się na błąd użytkownika na ziemi wynoszący 1 stopę lub 0,3 metra. Efekt wielościeżkowy występuje, gdy sygnały transmitowane z satelitów odbijają się od powierzchni odbijającej, zanim dotrą do anteny odbiornika. Podczas tego procesu odbiornik odbiera sygnał w torze prostym, jak również w torze opóźnionym (wiele ścieżek). Efekt jest podobny do ducha lub podwójnego obrazu na telewizorze.

Geometryczne rozmycie precyzji (GDOP)

Geometria satelity może również wpływać na dokładność pozycjonowania GPS. Efekt ten nazywany jest geometrycznym rozmyciem precyzji (GDOP). Oznacza to, że satelity znajdują się blisko siebie i jest miarą jakości konfiguracji satelitów. Może modyfikować inne błędy GPS. Większość odbiorników GPS wybiera konstelację satelitów, która zapewni najmniejszą niepewność, najlepszą geometrię satelity.

Odbiorniki GPS zwykle zgłaszają jakość geometrii satelitów w postaci rozrzedzenia dokładności położenia lub PDOP. PDOP ma dwa typy pomiarów, pomiary poziome (HDOP) i pionowe (VDOP) (szerokość, długość i wysokość). Jakość satelity możemy sprawdzić, czy odbiornik jest aktualnie dostępny poprzez wartość PDOP. Niski DOP wskazuje na większe prawdopodobieństwo dokładności, a wysoki DOP wskazuje na mniejsze prawdopodobieństwo dokładności. Innym terminem PDOP jest TDOP (Time Dilution of Precision). TDOP odnosi się do przesunięcia zegara satelitarnego. Na odbiorniku GPS można ustawić parametr znany jako maska ​​PDOP. Spowoduje to, że odbiornik zignoruje konfiguracje satelitów, które mają PDOP wyższe niż określone ograniczenie.

Selektywna dostępność (SA) :

Dostępność selektywna występuje, gdy DOD celowo obniża dokładność sygnałów GPS, wprowadza sztuczne błędy zegara i efemeryd. Podczas realizacji SA był to największy składnik błędu GPS, powodujący błąd do 100 metrów. SA jest składnikiem usługi standardowego pozycjonowania (SPS).

Kredyt zdjęciowy: