Homepage www.ramon.cz

   Radiostanice
   GPS
   GPS aplikace
   Mobilní telefony
   Odposlech
   Společné antény
   Informace o nás














GPS
Popis systému

Satelit systému GPS Systém GPS (Global Positioning System), neboli Globální polohový systém je pasivní dálkoměrný systém pro stanovení polohy a času na Zemi i v přilehlém prostoru. Někdy je také nazýván svým druhým názvem NAVSTAR.

GPS je schopen poskytovat 24 hodin denně a kdekoliv na zemském povrchu a přilehlém prostoru signály, které přijímače GPS zpracují a určí polohu v prostoru a přesný čas.

Od 1.5.2000 došlo k významným zlepšením v přesnosti GPS.

GPS je radionavigační systém pro civilní a vojenské použití, který je provozován vzdušnými silami USA a řízen vládou USA pomocí IGEB (http://www.igeb.gov) (Interagency GPS Executive Board). Tady je potřeba říci, že obdobný systém buduje i Rusko pod názvem Glonass a na trhu jsou i GPS přijímače, schopné pracovat se signály z obou systémů.

Systém GPS se skládá ze tří základních segmentů. Jsou to kosmický, řídící a uživatelský segment.

Kosmický segment je tvořen v současné době 28 tzv. zdravými satelity na šesti oběžných drahách. Družice obíhají ve výšce cca 20 200 km s inklinací 55 stupňů a doba oběhu je přibližně 12 hodin. Tím je zajištěno, že prakticky všude v jakýkoliv okamžik jsou nad obzorem minimálně 4 viditelné družice. V praxi těchto viditelných družic může být až 12. V České republice je běžně k dispozici okolo 7 - 8 družic v daný okamžik.Pro určení polohy v prostoru je nutné přijímat signály ze čtyř družic, protože kromě tří neznámých souřadnic x,y,z je neznámou i čas t (respektive posun času přijímače GPS oproti času UTC GPS satelitů). Jakákoliv další viditelná družice zlepšuje konfiguraci a tím i výsledky měření.

Řídící segment je tvořen monitorovacími stanicemi po celém světě ( Kwajalein, Diego Garcia, Ascensinon, Cape Canaveral, Hawai) a hlavní řídící stanicí (MCS) v Colorado Springs. Monitorovací stanice neustále provádí sběr dat z družic a předávají je do MCS. Zde jsou data zpracována a vypočteny přesné údaje o oběžných drahách a korekce času, které jsou zpětně přeneseny pozemními anténami do satelitů. Satelity je pak v rámci navigační zprávy vysílají a jsou přijímány GPS přijímači.

Uživatelský systém je pak tvořen širokou paletou GPS přístrojů, které poskytují údaje o poloze, rychlosti a čase uživatelům v nejrůznějších aplikacích.

Souřadný systém:
Základním systémem je geocentrický souřadný systém WGS-84 (World Geodetic System) - Světový geodetický systém z roku 1984,který poskytuje údaje ve tvaru zeměpisné délky a šířky. Systém WGS-84 pracuje z kartografického hlediska s parametry elipsoidu WGS-84.

Přesnost GPS:
Systém GPS poskytuje dvě úrovně služeb. Jednak je to PPS (Přesná polohová služba), která autorizovaným uživatelům poskytuje plnou přesnost systému. Mezi autorizované uživatele patří armáda USA a armády NATO a některých dalších států (dnes cca 27 zemí).
Druhou úrovní je SPS ( Standardní polohová služba), která je dostupná všem uživatelům po celém světě. Jak bylo uvedeno na začátku, přesnost GPS se od 1.5.2000 radikálně zlepšila. Ale podívejme se, jak fungovala služba GPS před tímto datem, to nám umožní snáze pochopit dopad těchto změn. Družice vysílají signály na dvou nových vlnách L1 a L2 o frekvenci L1 (1575,42 MHz) a L2 (1227,60 MHz). Tyto signály jsou modulovány dvěma kódy. Frekvence L1 ja modulována tzv. přesným P-kódem (Precision), který je pro vojenské účely zašifrován (Y-kód) a dále je modulován tzv. C/A kódem (Coarse /Acquisition), neboli hrubým/dostupným kódem, který není šifrován. Frekvence L 2 je jak modulována pouze P-kódem. Běžný civilní GPS přijímač pracuje pouze s C/A kódem. Protože i tento kód je přesný, byl záměrně znepřesňován pomocí znepřesňování údajů o čase a údajů o poloze družice (efemerid) takzvanou selektivní dostupností SA (Selective Availability). Tímto způsobem běžný GPS přijímač byl schopen určit svoji polohu s přesností (v závislosti na konfiguraci satelitů) do 100 m, přičemž ještě větších chyb se dosahovalo v určení výšek. Některé přijímače mají schopnost průměrovat na daném bodě příchozí signály a zlepšovat tak výsledky. Pro některé aplikace (sledování vozidel v reálném čase atd.) však bylo nutné využít tzv. DGPS (diferenciálního GPS) ke zvýšení přesnosti. Diferenciální GPS je založeno na relativním stanovování odchylek od známé polohy. Do bodu o známých souřadnicích umístíme tzv. referenční stanici GPS a porovnáváme skutečnou a naměřenou polohu. Z porovnání získáme opravy ( diference), které se pomocí komunikační linky (VKV, dlouhé vlny) zavedou v omezené oblasti (okruh cca 300 - 400 km) do GPS. To samozřejmě vyžaduje další technická zařízení, ale přesnost v poloze šlo zvýšit až na 5 m.

Tak to fungovalo do 1.5.2000. Přestože USA plánovaly do roku 2006 postupně zrušit rušení signálu pomocí SA, přišla 1.5. překvapivá a pro nás uživatele velmi příjemná zpráva, že prezident Clinton oznámil ukončení úmyslného snižování přesnosti signálu GPS. To znamená, že civilní uživatelé GPS mohou určovat polohu až desetkrát přesněji, než doposud. Jak je to s přesností GPS s SA a bez SA je vidět na následujícím obrázku.V levé straně grafu jsou vertikální a horizontální odchylky při záměrně snižované přesnosti, v pravé části je dnešní stav.



  
Jestliže reálná přesnost v ČR se pohybovala okolo 50 m, dnes se dá hovořit o přesnosti 5 - 10 m. To znamená velké zpřesnění a zkvalitnění použití GPS v nejrůznějších aplikacích. Samozřejmě to bude mít vliv i na použití DGPS, ale místo řádového rozdílu mezi GPS a DGPS se dá očekávat volný přechod mezi těmito přesnostmi až na hodnoty submetrové přesnosti.

Zatím jsme pominuli využití GPS v geodetických aplikacích, tam je možné dosahovat v rámci omezeného prostoru přesností v mm, ale zde nejde o měření v reálném čase, nýbrž o měření na známých i nově měřených bodech a následné zpracování údajů (postprocesing) speciálními softwary. Samozřejmě, že geodetické GPS přijímače jsou patřičně drahé a jsou založeny na fázových měřeních.

GPS má také své nevýhody a to především nemožnost měřit v podzemí, v budovách, je třeba počítat se zhoršením v husté zástavbě či porostu a to z prostého důvodu nutnosti přímé viditelnosti mezi GPS přijímačem a satelity.

Rozvoj GPS
Je plánováno nasazení druhého civilního signálu C/A na frekvenci L2 v roce 2005. Je plánován třetí civilní signál na nové vlně L5 v roce 2007 (pro civilní letectví) a zároveň nové vojenské signály M na vlnách L1 a L2. Zároveň jsou připravovány nové bloky družic II F (a výhledově družice nové generace tzv. GPS III), doplnění o 18 dodatečných družic, atd. Z hlediska vojenského, dnes je možné rušit GPS jen nad oblastí konfliktu tak, aby uživatelé mimo dané teritorium nadále mohli plně využívat možností GPS. GPS je dnes světovým standardem satelitní navigace. S využitím GPS je počítáno ve všech oblastech navigace, to znamená o letecké navigaci (kde zvyšující se přesnost a spolehlivost GPS povede k využívání GPS i pro přiblížení a přistání), v námořní navigaci při navigaci v pobřežních vodách, v přístavech, v říční dopravě. Kosmická navigace pro celou řadu komerčních satelitů na různých oběžných drahách, ale i pro podporu různých vesmírných prostředků a pro jejich operace v prostoru i pro jejich návrat na Zemi.

Pro nás nejzajímavější je bezesporu pozemní navigace. Jednak jde o využití navigace v reálném čase jak v osobní přepravě, tak i v nákladní a hromadné dopravě, kdy se spojení s elektronickými mapami a dalšími údaji v rámci navigačních zařízení uživatel dostává plnohodnotný navigační a informační servis.

Automobilová navigace
Pro osobní a komerční automobilovou navigaci mají dnes téměř všechny automobily vyšší třídy možnost rozšíření vybavení automobilu o navigační zařízení. Jak takové zařízení vypadá je vidět na příkladech navigačních zařízení Carin.



Jde jak o jednodušší zařízení až po zařízení s velkým grafickým displejem a hlasovými výstupy. Navigační zařízení kromě vedení po zvolené trase obsahuje také řadu databází (tzv. bodů zájmu- point of Interest Information) v desítkách kategorií. Jsou to např. informace o letištích, autoservisech, zastávkách a železničních stanicích, nemocnicích, hotelech, kinech, ulicích, parkovištích, čerpacích stanicích, školách, obchodech, sportovních komplexech, turistických informacích atd. V ČR v současné době probíhá intenzivní sběr dat pro tyto systémy.

Sledovací systémy
Využití GPS ve sledování vozidel v reálném čase (on-line), které slouží pro řízení a kontrolu pohybu např. policejních či záchranářských týmů případně firemních vozidel výjezdových vozidel. Druhou možností je tzv. pasivní sledování vozidel (firemního vozového parku) se záznamem trasy do paměti zařízení a s dostatečnými kontrolními možnostmi, s výstupy pro knihy jízd, atd.

Oba způsoby je vhodné kombinovat s vazbou na systémy elektronických map (např. GeoBáze), které podporují použití a spolupráci s GPS.
Systém GPS se tedy stal skutečně globálním zařízením, které poskytuje užitek při nejrůznějších aplikacích, od obchodních přes využití ve volném čase až po nasazení v kritických aplikacích.

Copyright © 2002-2005 CETTRA, s. r. o. & RAMON COMMUNICATION, s r. o. Všechna práva vyhrazena. 
radiostanice Motorola a PMR vysílačky