Navigacija ir vėl suklaidino? Nenustebkite – beveik 20 metų klaidos buvo sąmoningai įterptos į GPS sistemą: kaip atsirado ir veikia GPS? (Foto, Video) (5)
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kaip veikia GPS
Kiekvienas GPS palydovas tiksliai registruoja savo padėtį ir laiką ir perduoda tuos duomenis į GPS imtuvus. GPS palydovai turi labai tikslius atominius laikrodžius, kurie laiką matuoja pagal atomų virpesius.
Kadangi radijo bangų greitis yra pastovus ir nepriklauso nuo palydovo greičio, laiko skirtumas tarp palydovo perdavimo signalo ir to laiko, kai imtuvas gauna tą signalą, yra proporcingas atstumui tarp palydovo ir imtuvo.
GPS palydovai skrieja maždaug 20 200 km aukštyje ir yra išdėstyti taip, kad bent keturi palydovai būtų matomoje linijoje iš bet kurios Žemės paviršiaus vietos. Kiekvienos orbitos GPS palydovų kampinis skirtumas yra 30°, 105°, 120° ir 105°, o tai sudaro 360°.
GPS nereikalauja, kad vartotojas perduotų duomenis, ir jis veikia nepriklausomai nuo telefono ar interneto priėmimo, tačiau tiek telefono, tiek interneto programos gali padidinti GPS padėties nustatymo duomenų naudingumą.
GPS remiasi keturiomis sąvokomis: trilateracija, kaip matuojamas atstumas, atominiai laikrodžiai ir diferencinis GPS. Apžvelgsime kiekvieną iš jų.
Trilateracija
Šiuo metu du kartus per dieną aplink Žemę skrieja 31 GPS palydovas, 27 veikiantys ir keturi yra atsargoje. Šis išplėstas palydovų žvaigždynas leidžia bet kuriuo metu matyti devynis palydovus iš bet kurio Žemės taško.
Vienas palydovas pateikia vieną svarbią informaciją: atstumą tarp to palydovo ir GPS imtuvo. Jei mes vadiname tą atstumą D, kiekvienas taškas apskritoje Žemės srityje, esantis atstumu D nuo palydovo, yra tas, kur gali būti GPS imtuvas.
Tarkime, kad jūs esate Nevados dykumoje, o jūsų GPS imtuvas, palaikantis ryšį su palydovu #1, rodo, kad jūs nutolęs nuo Las Vegaso už 241 km į bet kuria kryptimi. Žemiau esančiame paveikslėlyje galite būti bet kurioje apskritimo vietoje.
Tarkime, kad dabar jūsų GPS imtuvas bendrauja su palydovu #2, kuris rodo, kad esate už 241 km nuo Los Andželo. Dabar mes žinome, kad jūsų buvimo vieta yra toje vietoje, kur susitinka du apskritimai, tačiau, jei jūsų GPS imtuvas, palaiko ryšį su palydovu #3, kuris rodo jus esant 160 km nuo Fresno, Kalifornijoje, jūsų tiksli buvimo vieta yra ant Teleskopo viršūnės Mirties slėnio nacionaliniame parke.
Žemė nėra tolygiai lygi ir nėra tobula sfera, o tai reiškia, kad mums reikia ketvirtosios informacijos, kad galėtume tiksliai surasti jūsš buvimo vietą – jūsų aukštį. Iš palydovo #4 gaunama informacija parodo jus esant 3 366 m aukštyje virš jūros lygio, o kadangi mes galime sužinoti Teleskopo viršūnės aukštį, dabar žinome, kad jūs stovite ant kalno viršūnės.
Atstumo matavimas
Svarbiausia iš palydovo gaunama informacija yra tikslus atstumas tarp to palydovo ir GPS imtuvo. GPS palydovai nuolat transliuoja skaitmeninį radijo signalą, kuriame nurodoma jų padėtis ir tikslus laikas.
Tada GPS imtuvas atima tikslų laiką nuo palydovo siunčiamo laiko ir, išsprendęs x žemiau pateiktoje lygtyje, imtuvas gali apskaičiuoti tikslų atstumą nuo palydovo:
300 000 km/s = x/apskaičiuotas laikas
kur 300 000 km/s yra tiek šviesos, tiek radijo bangų greitis. Jei padidinsime laiko skirtumo matavimo tikslumą, padidinsime ir atstumo matavimo tikslumą.
Diferencialinis GPS
Diferencinis GPS arba DGPS buvo sukurtas bandant įveikti klaidą, kurią sukelia selektyvinis prieinamumas, ir pirmiausia jis buvo naudojamas lėktuvuose. DGPS vis dar naudojamas ir šiandien, nors SA buvo nutrauktas, ir jis veikia pastačius GPS imtuvus žinomose vietose visame pasaulyje. Šie imtuvai nuolat lygina žinomas vietas su informacija, kurią gauna iš GPS palydovų. Jei yra neatitikimų, ta informacija perduodama kitiems DGPS įrenginiams.
Jei jūsų GPS imtuve yra įjungtas DGPS, jis koreguos savo skaičiavimus atsižvelgdamas į bet kokius dabartinius skirtumus, kuriuos apskaičiavo DGPS stotys.
Kur GPS naudojamas
Šiandien GPS sistemą valdo naujosios Jungtinių Valstijų kosmoso pajėgos, ir mes GPS pasitikime labiau nei bet kada anksčiau.
Traktoriuose įmontuotus GPS imtuvus ūkininkai naudoja dirbdami, sodindami, laistydami, purškdami laukus ir nuimdami derlių. Geologai, geodezininkai, sunkvežimių kompanijos, oro linijų pilotai, laivų kapitonai, telekomunikacijų paslaugų teikėjai, pirmosios pagalbos teikėjai, teisėsauga ir kalnakasiai kasdien naudoja GPS.
Ir tai tikrai ne visos sritys, kuriose naudojama GPS, todėl be šios sistemos daugelis jau neįsivaizduojame šiuolaikinio pasaulio.