Sistemul de pozitionare globala

GPS – reţea de sateliţi care orbitează în jurul Pământului în puncte fixe deasupra planetei, transmiţând semnale tuturor receptorilor GPS de pe Pământ. Aceste semnale conţin un cod de timp şi un punct de date geografice care permit utilizatorului să primească poziţia exactă în care se află, viteza şi ora din orice regiune de pe planetă.

Sistemul de poziţionare globală este gestionat de Ministerul Apărării al SUA şi are la bază între 24 şi 32 de sateliţi situaţi într-o „constelaţie” care orbitează planeta de la orbita terestră medie. Acest lucru presupune o distanţă de cel puţin 20.000 de km deasupra suprafeţei terestre, dar nu mai mare decât orbita folosită de sateliţii TV, sateliţii de comunicare şi internet, sau de sateliţii meteo, aşa-numita orbită gestionară, care se află la o altitudine de aproximativ 35.000 de km.

Cu cât numarul sateliţilor din sistemul de poziţionare globală este mai mare, cu atât mai bună este acurateţea datelor primite. Dacă unul dintre sateliţi nu mai funcţionează, sau trimite semnale greşite, acestea sunt anulate de informaţiile oferite de un alt satelit din constelaţie.

Sistemul de poziţionare globală a fost poriectat pentru aplicabilitatea sa în domeniul militar, la începutul Războiului Rece, în perioada anilor 1960. Totusi, in 1983, când un avion Coreean de pasageri a intrat pe teritoriul Sovietic şi a fost atacat de URSS, Regan, preşedintele SUA, a cerut ca o versiune civilă de GPS să fie disponibilă pentru oricine. În prezent, accesarea GPS-ului este gratuită, nu există abonamente sau taxe de întreţinere, deşi este nevoie de un receptor GPS pentru a putea utiliza sistemul.

Astăzi, GPS-ul este utilizat în zeci de domenii, inclusiv în cel aviatic şi în cel naval, găsirea rutelor pentru şoferi, crearea hărţilor, cercetare seismică, studii climatice şi jocuri de căutare de comori.

Un receptor GPS dispune de o antenă setată pe frecvenţele transmise de sateliţi. Această antenă primeşte semnalul şi îl transmite procesorului-receptor, care apoi afişează cu acurateţe locaţia şi ora.

Istoria GPS-ului

Sistemul de poziţionare globală (GPS) – reţea de sateliţi care orbitează în jurul Pământului în puncte fixe deasupra planetei, transmiţând semnale tuturor receptorilor GPS de pe Pământ. Aceste semnale conţin un cod de timp şi un punct de date geografice care permit utilizatorului să primească poziţia exactă în care se află, viteza şi ora din orice regiune de pe planetă.

GPS-ul a fost proiectat iniţial pentru aplicabilitatea sa în domeniul militar la începutul Războiului Rece în anii 1960, deşi ideea a venit odată cu lansarea navei spaţiale sovietice Sputnik în 1957.

GPS imageGPS Transit a fost primul sistem satelit lansat de SUA şi testat de Armata Marină SUA în 1960. Doar cinci sateliţi orbitau Pământul pentru a permite navelor să îşi verifice poziţia pe mare din oră în oră. Succesorul modelului Transit, a fost satelitul Timation în 1967, care a demonstrat că ceasuri atomice de înaltă precizie pot fi controlate în spaţiu. Sistemul GPS s-a dezvoltat rapid pentru scopuri militare, cu un total de 11 sateliţi de tipul „Block I” lansaţi între 1978 şi 1985.

Totuşi, atacul URSS asupra avionului Coreean de pasageri – zborul 007 – în 1983, a făcut ca Administraţia Regan să ofere sistemul GPS pentru a fi utilizat în segmentul civil, astfel încât el şi-a găsit aplicabilitatea în domeniul aviatic şi cel naval pentru ca diferitele mijloace de transport să îşi poată verifica poziţia şi să poată evita invadarea teritoriilor străine.

Second GPS imageDezastrul provocat de nava spaţială NASA SS Challenger în 1986 a încetinit evoluţia sistemului GPS şi abia în 1989 s-au lansat primii sateliţi Block II. Până în vara lui 1993, SUA a lansat cel de-al 24-lea satelit Navstar pe orbită, care a completat constelaţia modernă GPS de sateliţi – o reţea de 24 de sateliţi – cunoscută acum sub denumirea de Sistem de Poziţionare Globală, sau GPS. Un număr de 21 de sateliţi din constelaţie erau activi în permanenţă, iar alţi 3 erau de rezervă. În prezent, reţeaua GPS are aproximativ 30 de sateliţi activi în constelaţia GPS.

Astăzi, GPS-ul este utilizat în zeci de domenii, inclusiv în cel aviatic şi în cel naval, găsirea rutelor pentru şoferi, crearea hărţilor, cercetare seismică, studii climatice şi jocuri de căutare de comori.

Aplicabilitatea GPS-ului

Sistemul de poziţionare globală (GPS) a fost conceput iniţial pentru aplicabilitatea sa în domeniul militar, la începutul Războiului Rece, în anii 1960. Totuşi, începând cu anii 1980, GPS-ul a devenit disponibil pentru segmentul civil. În prezent, milioane de utilizatori se bazează pe navigaţia prin satelit pentru a găsi drumul între A şi B, şi pentru multe alte funcţionalităţi.

GPS imageCea mai evidentă aplicabilitate a GPS-ului este navigaţia pentru diferite autoturisme, avioane şi vapoare. Permite oricui are un dispozitiv de receptare GPS să afle viteza şi poziţia pe hartă, în aer, sau pe mare – toate acestea cu o incredibilă acurateţe. Şoferii pot utiliza dispozitive Sat Nav pentru a urma o anumită rută, pentru a găsi modalităţi de evitare a problemelor din trafic, iar prin aplicaţii suplimentare, pentru a primi alerte şi informaţii cu privire la amplasarea radarelor video.

GPS-ul este folosit de o mare varietate de utilizatori. Persoanele care se bucură de drumeţii pot utiliza dispozitivele GPS pentru a se asigura că urmează ruta aleasă şi pentru a marca punctele de întâlnire de pe drum. În timp ce, persoanele care preferă jocurile în aer liber pot lua parte la concursuri de căutare de comori, prin utilizarea semnalelor GPS pentru a găsi reperele setate.

De exemplu, serviciile de urgenţă pot folosi un dispozitiv GPS nu numai pentru a găsi cea mai rapidă rută până la un incident, dar şi pentru a semnaliza locaţia accidentului astfel încât alte echipaje să poată găsi rapid locul respectiv. Această funcţie este utilă mai ales pentru a căuta şi pentru a salva echipaje pe mare, dar şi pe uscat în condiţii meteo extreme, când fiecare minut contează.

Second GPS imageOamenii de ştiinţă şi inginerii, pot şi ei utiliza dispozitive GPS pentru experimente ştiinţifice şi pentru monitorizarea activităţii geologice precum cutremure sau erupţii vulcanice. Aceştia pot folosi dispozitive GPS poziţionate strategic pentru a le fi de ajutor în depistarea schimbărilor climei şi a altor fenomene. GPS-ul poate fi folosit în prezent pentru a crea hărţi foarte precise. Ce este un GPS?

GPS-ul este sistemul de poziţionare globală. Este o reţea de staeliţi care trimit pe Pământ detalii precise asupra poziţiei lor în spaţiu. Semnalele sunt recepţionate de dispozitive GPS, precum dispozitivele SatNav şi sunt utilizate pentru a calcula poziţia exactă, viteza cu care circulă un autoturism şi ora exactă la care se află într-o anumită locaţie.

GPS imageGPS-ul este cunoscut pentru utilitatea sa militară şi a fost dezvoltat iniţial de SUA pentru a fi folosit în Războiul Rece.

Cum funcţionează sistemul GPS?

Sistemul GPS este o constelaţie de 27 de sateliţi cu încărcare solară care orbitează Pământul pe orbite la o altitudine de aproximativ 20.000 de kilometrii. Orbitele sunt aşezate astfel încât din orice punct al planetei poţi „vedea” cel puţin 24 de sateliţi operaţionali. 3 dintre cei 27 de sateliţi de pe orbită sunt rezerve pregătite pentru a fi pornite în orice moment în care unul dintre ceilalţi cedează.

Fiecare satelit trimite un semnal electromagnetic – un fascicul de microunde – care transmite informaţii către orice dispozitiv de receptare a semnalului. Deci, în orice moment, un dispozitiv de receptare GPS primeşte semnal de la patru sateliţi. Computerul încorporat foloseşte aceste semnale pentru a identifica distanţa exactă faţă de fiecare dintre cei patru sateliţi şi pentru a calcula apoi poziţia cu maximă precizie bazată pe aceste distanţe.

De fapt, semnalul de la doar trei sateliţi este suficient pentru acest proces trilateral; calcularea poziţiei unui punct de pe Pământ se face pe baza distanţei punctului respectiv faţă de cei trei sateliţi. Semnalul de la cel de-al patrulea satelit este redundant şi este utilizat pentru a confirma rezultatele calculului iniţial. Dacă poziţia calculată în funcţie de sateliţii A-B-C nu corespunde calculului făcut de sateliţii A-B-D, atunci sunt testate alte combinaţii până este obţinut un rezultat corect.

Procesul de măsurare a distanţei de la satelit până la dispozitivul GPS este bazat pe semnale temporizate. De exemplu, la ora 16:45, sateliţii pot începe să transmită semnal. Receptorul GPS va începe în acelaşi timp să ruleze aceeaşi secvenţă la ora 16:45, dar nu o va transmite. În momentul în care receptorul GPS primeşte semnal de la diferiţi sateliţi, există o desincronizare, pentru ca microundele au nevoie de o fracţiune de secundă pentru a ajunge cu viteza luminii de la satelit la receptor. Desincronizarea este transformată cu uşurinţă în distanţa până la fiecare satelit. Mica diferenţă dintre semnalele fiecărui satelit este utilizată pentru a calcula poziţia receptorului.

Cum funcţionează aplicaţia de poziţionare GPS?

Sistemul de poziţionare globală (GPS) reprezintă o reţea de sateliţi care orbitează în jurul Pământului şi trimit un semnal către receptorii GPS şi dispozitivele Sat Nav, oferind localizare exactă, viteza, iar în cazul avioanelor sau călătoriilor pe munte, altitudinea.

Pentru a fi cu adevărat util navigaţiei, softwareul de cartografiere GPS trebuie să fie actualizat. În fiecare an, aproximativ 5% din drumuri sunt cel puţin parţial modificate. Sunt construite noi căi de acces, noi benzi de circulaţie, se modifică limitele de viteză, iar semnalele de trafic se schimbă. Dispozitivul dumneavoastră Sat Nav necesită software de cartografiere actualizat în mod constant.

Acesta este cel mai evident avantaj al unui dispozitiv digital de orientare. Zilele în care ne puteam baza pe hărţile tradiţionale de hârtie, care sunt de cele mai multe ori neactualizate, au trecut demult.

Companiile de cartografiere digitală lucrează constant la actualizarea software-ului GPS pentru a oferi cât mai rapid şi eficient informaţii relevante. Hărţile digitale oferă detalii la nivelul străzilor pentru ca utilizatorii să ajungă din punctul A în punctul B în cel mai convenabil mod.

Hărţile nu sunt oferite de sateliţii GPS, aceştia oferă doar poziţia care este apoi suprapusă pe hărţi de către receptorul GPS. Toate dispozitivele Sat Nav sunt au hărţi preinstalate, dar pentru a vă asigura că aveţi cele mai recente hărţi, va trebui să descărcaţi periodic o nouă versiune a software-ului cartografic.

Pentru a actualiza software-ul cartografic de pe dispozitivul dumneavoastră GPS este necesar un computer cu conexiune la Internet şi software-ul de actualizare Sat Nav. Trebuie doar să conectaţi dispozitivul Sat Nav la computer, să rulaţi software-ul de actualizare în timp ce computerul este conectat la Internet şi cele mai recente hărţi vor fi instalate pe dispozitivul GPS pentru ca dumneavoastră să vă puteţi planifica eficient următoarea călătorie.

Ce semnal utilizează un GPS

În preyent, există 27 de sateliți în sistemul de poziționare globală, care orbitează în jurul Pământului. Dintre acesștia, 24 sunt activi și alți trei acționează ca rezerve. Fiecare satelit transmite un semnal GPS constant care este purtat de undele radio în segmentul microundelor din spectrul electromagnetic.

GPS imageFiecare satelit GPS emite continuu un mesaj de navigație cu o viteză de 50 biți/sec pe o frecvență aproximativă de 1600 MHz. Prin comparație, FM-ul emite pe 87,5 și 108,0 MHz, iar rețelele wi-fi funcționează pe frecvențe de 5000 MHz și 2400 MHz. Mai exact, toți sateliții emit pe frecvențe de 1575,42 MHz (acesta este semnalul L1) și 1227,6 MHz (semnalul L2).

Semnalul GPS oferă coordonate temporale precise în conformitate cu ceasul atomic al satelitului, numărul săptămânii și raportează statusul în care se află satelitul, pentru a putea fi scos din evidență în cazul în care apar erori. Fiecare transmisie are o durată de 30 de secunde și conține 1500 biți de informații codate. Această cantitate mică de date este codificată cu o secvență PRM care diferă de la un satelit la altul. Receptorii GPS recunosc codurile PRN ale fiecărui satelit și reușesc astfel nu numai să decodeze semnalul dar și să facă distincția între sateliți.

Second GPS imageTransmisiile sunt programate să înceapă exact la minutul și secunda indicate de ceasul atomic al satelitului. Prima porțiune a semnalului GPS oferă receptorului informații despre sincronizarea dintre ceasul satelitului și cel al GPS-ului. Următorul pachet de informații oferă receptorului informații cu privire la poziția exactă a satelitului pe orbită.

Ce inseamna trilateralitate?

Un dispozitiv GPS foloseşte trilateralitatea pentru a-şi stabili poziţia în lume prin sincronizarea semnalelor provenite de la trei sateliţi în Sistemul Global de Poziţionare (GPS). Acest sistem reprezintă o reţea de sateliţi ce orbitează în jurul Pământului şi trimit semnale către receptoare GPS, oferind detalii exacte despre locaţia receptorului, momentul zilei şi viteza cu care se mişcă dispozitivul.

Fiecare satelit din constelaţia GPS emite semnale periodice împreună cu un semnal temporal. Acestea sunt receptate de către dispozitive GPS ce calculează apoi distanţa dintre dispozitiv şi fiecare satelit, bazându-se pe diferenţa dintre momentul în care semnalul a fost emis si momentul în care a fost receptat. Semnalele se propagă cu viteza luminii, fiind un tip de unde radio, dar există o întârziere în recepţionare, deoarece sateliţii se află la o altitudine de zeci de mii de kilometri deasupra Pământului.

GPS imageOdată ce un dispozitiv GPS are distanţele pentru cel puţin trei sateliţi, poate executa calculele de trilateralizare. Trilateralizarea funcţionează într-un mod similar cu identificarea poziţiei proprii pe o hartă, cunoscând exact distanţa până la trei repere distincte şi utilizând compasul. Locul în care se întâlnesc cele trei cercuri cu centrul în respectivele repere este locaţia proprie, considerând raza fiecărui cerc ca fiind distanţa până la fiecare reper.

În versiunea GPS, calculele sunt realizate tridimensional cu un set imaginar de compasuri 3D, astfel încât locaţia proprie este locul în care se suprapun cele trei sfere cu raza egală cu distanţa până la cei trei sateliţi. Dacă dispozitivul GPS poate identifica un al patrulea satelit, masurătorile pot fi verificate.

Acest întreg proces de calculare se realizează foarte rapid, dând posibilitatea dispozitivului GPS să-şi identifice poziţia, altitudinea (dacă se află într-un avion), viteza şi direcţia.

Acuratețea GPS și cauzele erorilor

Sistemul de poziționare globală (GPS) poate oferi informații cu privire la locație, altitudine și viteză cu o acuratețe extrem de mare, dar sistemul deține surse intrinseci de eroare care trebuie luate în considerare în momentul în care receptorul decodează semnalele GPS de la constelațiile de sateliți.

Principala sursă de eroare a GPS-ului este cauzată de cronometrarea imprecisă a receptorului. Semnalele radio de la cel puțin trei sateliți sunt utilizate de computerul încorporat în receptor pentru a calcula poziția, altitudinea și viteza.

GPS imageDiscrepanţele minore între ceasul receptorului GPS si timpul GPS ce sincronizează întregul sistem global de poziţionare arată faptul că distanţele calculate pot devia. Există doua soluţii la această problemă. Prima ar fi utilizarea unui ceas atomic in fiecare receptor, în valoare de 100.000$. A doua ar fi utilizarea vreunui şiretlic matematic inteligent care să justifice eroarea de cronometrare bazată pe modul în care semnalele emise de trei sau mai mulţi sateliţi sunt detectate de către receptor, ceea ce permite receptorului să îşi reseteze ceasul. Cea din urmă este soluţia mai puţin costisitoare folosită de producătorii Sat Nav.

Există de asemenea o sursă intrinsecă de eroare în GPS asociată cu modul în care funcţionează sistemul. Receptorii GPS analizează trei semnale de la sateliţi din sistem şi calculează cât a durat ca semnalul să ajungă la ei. Asta le permite să execute un calcul trilateral pentru a identifica locaţia exactă a receptorului. Semnalele sunt transmise de către sateliţi cu o frecvenţă anume.

Din păcate, detectorul electronic din dispozitivele GPS standard este corect doar pentru aproximativ 10 nanosecunde. Având în vedere că semnalele microundelor GPS se deplasează cu viteza luminii, asta echivalează cu o eroare de aproximativ 3 metri. Astfel, dispozitivele GPS standard nu pot determina poziţia cu o acurateţe de mai mult de 3 metri. Receptoarele GPS mai sofisticate folosite de către armată au o precizie de 10 ori mai mare, de până la 300 de milimetri.

Alte erori apar din cauza tulburărilor atmosferice care distorsionează semnalele până să ajungă la receptor. Reflexia datorată clădirilor şi altor obiecte solide de dimensiuni mari pot genera de asemenea probleme de acurateţe GPS. Pot exista şi probleme cu precizia cronometrării şi datelor emise de un anumit satelit. Aceste probleme de acurateţe sunt rezolvate de receptoare GPS ce încearcă să se conecteze la mai mult de trei sateliţi pentru a obţine date consecvente.

Încă din anii 1980, GPS-ul a devenit disponibil pentru toţi cei care deţineau un dispozitiv de receptare a semnalului GPS. Companii aeriene, companii navale, transportatorii tereştrii de mărfuri, şi şoferii de pretutindeni folosesc sistemul GPS pentru a găsi anumite vehicule, pentru a urma cea mai rapidă rută care îi poate duce din punctul A în punctul B.