Hogyan működik a GPS?
2014. augusztus 05. írta: gidano

Hogyan működik a GPS?

gps_ikon.jpg

A Global Positioning System (GPS, Globális Helymeghatározó Rendszer) az Amerikai Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (Department of Defense) által (elsődlegesen katonai célokra) kifejlesztett és üzemeltetett – a Föld bármely pontján, a nap 24 órájában működő – műholdas helymeghatározó rendszer.xGPSlogo_motGlobal Positioning System

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A GPS egy fejlett helymeghatározó rendszer, amellyel 3 dimenziós helyzetmeghatározást végezhetünk földön, vízen vagy levegőben. Pontossága jellemzően méteres nagyságrendű, de differenciális mérési módszerekkel akár milliméteres pontosságot is el lehet érni, valós időben is. A GPS-t sok más technológiához hasonlóan katonai célokra fejlesztették ki, de ma már a civil élet számos területén széles körben alkalmazzák. Nagy előnye, hogy adatait felhasználva szolgáltatások sorát élvezhetjük a kis méretű eszköz által és növelhetjük kényelmünket, biztonságunkat.

A rendszerhez folyamatosan zárkózik fel az orosz-indiai GLONASZSZ, az Európai Unió által fejlesztett Galileo és a kínai Beidou-2 műholdas rendszer, kiegészítve, pontosítva azt.


A GPS rendszer kialakulása

Hordozható GPS vevőkészülékek

Az emberek számára utazásaik során hosszú időkön keresztül helymeghatározás céljára a Nap és a csillagok szolgáltattak információkat. A modern órák már több információt szolgáltattak a földrajzi pozíció meghatározására, de valódi áttörést a műholdak megjelenése hozott.[1]

1957-ben a szovjetek fellőtték a Szputnyik–1-et, és a mesterséges hold tesztelése során egy új jelenséget figyeltek meg. A műhold által kibocsátott rádiójel hullámhosszának változásait elemezve - (a Doppler-effektust figyelembe véve) - pontosan meg tudták határozni a műhold helyzetét.

Az amerikai haditengerészet 1958-ban kezdte navigációs rendszerét fejleszteni. A következő lépés az Amerikai Egyesült Államok Haditengerészetének (US Navy) fejlesztése volt, amikor 1964-ben a Transit nevű rendszert építették ki a Polaris ballisztikus rakétát hordozó tengeralattjárók és a felszíni hajók számára.*[2] Transit. (Hozzáférés: 2009. szeptember 21.)

A Transit rendszerben négy, egyenként 45 kg-os műhold keringett poláris pályán a Föld körül 1000 km magasságban, így a Doppler-effektust felhasználva egy mélytengeralattjáró is körülbelül 10-15 perc alatt képes volt pontos földrajzi helyzetét meghatározni. Alapkövetelmény volt a tervek szerint, hogy a passzív navigációs vevőkészülék helyzeti pontossága 0,1 tengeri mérföld legyen, naponta többször. Ezt a rendszer túlszárnyalta és 0,042 tengeri mérföld helyzeti pontosságot ért el. A Transit rendszert 1996-ban váltották fel a navigációs műholdak, (GPS NAVSTAR).[3]

A GPS eredeti elnevezése koncepciójának kialakításakor, 1973-ban Defense Navigation Satellite System (DNSS, Védelmi Navigációs Műholdrendszer) volt, amit még abban az évben a Navstar-GPS névvel váltottak fel, később ebből rövidült a ma használatos GPS elnevezés.


A rendszer felépítése

A GPS műholdak föld körüli pályán. Feketével vannak jelölve a földfelszín egy adott pontjáról (kék folt) elméletileg látható műholdak (a számuk is jelezve).

A mai GPS rendszer alapjait 1973-ban fektették le 24 Navstar műhold segítségével, amelyek mindegyike naponta kétszer kerüli meg a Földet 20 200 km-es magasságban. Elhelyezkedésük olyan, hogy minden pillanatban a Föld minden pontjáról legalább négy látszódjon egyszerre. A 24 műhold hat csoportba van osztva, a Föld körül keringve egymástól 60°-os kelet-nyugati eltérésű pályán mozognak. Az égbolton sík terepről egyszerre 7-12 műhold látható, melyből a helymeghatározáshoz 4, a tengerszint feletti magasság meghatározásához pedig további egy hold szükséges.

A rendszer kialakítása igen nagy összegeket emésztett fel (indításkor kb. 12 milliárd USD). Az 1970-es években, a hidegháború során kezdtek a fejlesztésbe, ez része volt a szigorúan titkos csillagháborús tervnek.

A GPS műholdak két frekvencián sugároznak, ezeket L1-nek (1575,42 MHz) és L2-nek (1227,6 MHz) nevezik. Minden műhold szórt spektrumú jelet sugároz, amit „pszeudo-véletlen zaj”-nak[4] lehet nevezni (angol megnevezése: pseudo-random noise, röviden: 'PRN'). Ez a PRN minden műholdnál különböző. A PRN kódoknak két fajtája van:

  1. C/A („Coarse Acquisition code”, a.m. 'durva, közelítő adatnyerési kód'), ami ezredmásodpercenként 1023 jelet tartalmaz, egy kódelem időtartama 1 μs.
  2. P(Y)-kód („Precision code”, a.m. 'precíziós kód'), ami 10230-at. Egy kódelem időtartama csak 0,1 μs. A C/A kódot az L1 frekvencián adják, a P-kódot mindkét frekvencián. A P-kódot kizárólag titkos katonai GPS-vevővel lehet dekódolni, ez szabadon nem hozzáférhető. Értelemszerűen a pontossága nagyobb, mint az általános, polgári használatra szánt C/A kódnak.

1994-98 között az Egyesült Államok egy zavaró jelet is sugárzott (SA - selective availability), hogy a rendszer pontosságát korlátozza. Emiatt a GPS akár több száz métert is tévedhetett. A zavaró jelet csak a katonai jel vételével lehetett megkerülni, ehhez azonban a katonai vevőn kívül a napi kódra is szükség volt. Végül nemzetközi nyomásra az SA jel sugárzását 2000 májusában megszüntették.[5]. Az SA jelek hatását DGPS módszerrel lehetett csökkenteni.

A GPS-rendszert elsősorban rádiónavigációs célokra szánták, azonban emellett felhasználható a pontos idő és frekvencia terjesztésére is. Minden műholdon két db rubídium- vagy cézium-atomóra van elhelyezve. Az oszcillátorok biztosítják az alapfrekvencia és a kód előállítását is. Az alapfrekvenciát az USDOD földi állomásai felügyelik, amit egyeztetnek az egyezményes koordinált világidővel (UTC) (amit a United States Naval Observatory (USNO) állít elő), azonban a két időfogalom és érték nem azonos egymással. Kölcsönös egyeztetéssel az USNO és a NIST által előállított UTC-idő 100 ns-on belül (ns=nanoszekundum) megegyezik egymással, frekvenciaeltérésük kisebb, mint 10−13.

A GPS-idő nem tartalmazza a polgári életben megszokott szökőmásodperceket, haladása folyamatos, ezért a GPS-vevők megkapják a kettő közötti eltérés értékét és a készülék a polgári életben használt időt mutatja.


 

Ha még több infóra vágysz, tovább a forrásra:  Wikipedia

A bejegyzés trackback címe:

http://sympda.blog.hu/api/trackback/id/tr388641384

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

Nincsenek hozzászólások.