GPS — Globālā pozicionēšanas sistēma: definīcija un pielietojums
Uzzini visu par GPS — globālo pozicionēšanas sistēmu: darbību, navigāciju un pielietojumu auto, kuģu, lidaparātu un viedtālruņu ikdienā.
Globālā pozicionēšanas sistēma, pazīstama arī kā GPS, ir satelītu sistēma, kas paredzēta navigācijai uz Zemes, gaisā un uz ūdens.
GPS uztvērējs parāda, kur tas atrodas. Tas var arī parādīt, cik ātri tas pārvietojas, kurā virzienā tas iet, cik augstu tas atrodas un, iespējams, cik ātri tas paceļas vai nolaižas. Daudzos GPS uztvērējos ir informācija par vietām. Automobiļiem paredzētajos GPS uztvērējos ir ceļojumu dati, piemēram, ceļu kartes, viesnīcas, restorāni un degvielas uzpildes stacijas. Kuģu GPS ierīcēs ir navigācijas kartes ar ostām, jahtu piestātnēm, seklūdens vietām, klintīm un ūdensceļiem. Citi GPS uztvērēji ir paredzēti aeronavigācijai, pārgājieniem un pārgājieniem ar mugursomu, riteņbraukšanai vai daudzām citām aktivitātēm. Lielākā daļa no tiem ir viedtālruņos.
Lielākā daļa GPS uztvērēju var reģistrēt, kur tie ir bijuši, un palīdzēt plānot ceļojumu. Braucot plānotajā braucienā, tas paredz laiku līdz nākamajam galamērķim.
Kā darbojas GPS?
GPS darbojas, izmantojot kosmosa segmentu (satelītus), vadības segmentu (zemes stacijas) un lietotāja segmentu (jūsu uztvērējs). Katrs GPS satelīts pastāvīgi sūta signālus ar laika zīmogiem. Uztvērējs aprēķina attālumu līdz vairākiem satelītiem, izmantojot signāla pārvadīšanas laiku, un ar trilaterācijas metodi nosaka savu atrašanās vietu (platumu, garumu un augstumu).
Galvenie komponenti un precizitāte
- Satelīti: tipiskā GNSS konstelācijā ir vismaz 24 satelīti, lai nodrošinātu pārklājumu visā Zemes virsmā.
- Vadības stacijas: monitorē un koriģē satelītu trajektorijas un pulksteņus.
- Uztvērēji: saņem signālus un aprēķina vietu. Mūsdienu viedtālruņi parasti atbalsta vairākas navigācijas sistēmas vienlaikus (GPS, GLONASS, Galileo u.c.).
Parastā civila GPS precizitāte bez papildsistēmām ir aptuveni 3–10 metri, taču ar papildu metodēm (piemēram, SBAS, RB) un profesionālajām metodēm (RTK, DGPS) var sasniegt metru, decimetru vai pat centimetru līmeņa precizitāti.
Pastiprinošās sistēmas un alternatīvas
Ir vairākas pastiprinošas un alternatīvas sistēmas, kas uzlabo precizitāti vai nodrošina papildu pārklājumu:
- SBASEGNOS): nodrošina koriģējošus datus aviācijai un civiliem lietotājiem, uzlabojot precizitāti un uzticamību.
- DGPS un RTK: diferencētā un reālā laika kinemātiskā pozicionēšana izmanto lokālas referencestacijas, lai sasniegtu ļoti augstu precizitāti (cm līmenī).
- Citas globālās sistēmas: GLONASS (Krievija), Galileo (ES) un BeiDou (Ķīna). Mūsdienu uztvērēji bieži izmanto vairākas sistēmas vienlaikus.
Pielietojums
GPS pielietojuma jomas ir plašas. Galvenie piemēri:
- Ikdienas navigācija automašīnām un viedtālruņiem;
- Gaisa un jūras navigācija;
- Precīzā lauksaimniecība (automātiska traktoru vadība, sējumu kartēšana);
- Ģeodēzija un kartēšana, zemes ierīcības darbi;
- Loģistika un aktīvu izsekošana (autopārvadājumi, kravu izsekošana);
- Ārkārtas dienestu izsaukumu atrašanās vietu noteikšana;
- Sporta un brīvā laika aktivitātes (pārgājieni, riteņbraukšana, zvejniecība);
- Laika sinhronizācija telekomunikācijām un finanšu sistēmām.
Lietošanas ierobežojumi un drošība
Kaut arī GPS ir ļoti noderīgs, tam ir arī ierobežojumi:
- Signāla bloķēšana: urbānā vidē starp ēkām (urban canyon), mežā vai tuneļos signāls var kļūt vājāks.
- Multipath: signālu atstarošana no ēkām vai zemes virsmas var pazemināt precizitāti.
- Traucējumi un maldināšana: signālu iespējams traucēt (jamming) vai maldināt (spoofing), kas var radīt nepatiesu pozicionēšanas informāciju.
- Privātums: ierīces atrašanās vietas dati var tikt reģistrēti un nodoti trešajām personām, tāpēc būtiski apzināties, kādas lietotnes un pakalpojumi piekļūst jūsu atrašanās vietai.
Nākotnes attīstība
GNSS tehnoloģija attīstās — tiek modernizēti satelīti, palielināta frekvenču daudzveidība, uzlabotas prettraucējumu metodes un tiek veicināta starp sistēmu savietojamība. Daudzkonstelāciju un multi-frekvenču uztvērēji padara pozicionēšanu ātrāku, precīzāku un uzticamāku.
Secinājums: GPS ir pamats mūsdienu navigācijai un laika sinhronizācijai. Saprotot tā darbības principus, priekšrocības un ierobežojumus, var labāk izmantot šo tehnoloģiju droši un efektīvi.
GPS uztvērēji. Cilvēki tos var nēsāt līdzi, lai noteiktu, kur viņi atrodas, un plānotu, kur un kā doties uz nākamo vietu.
Kā tas darbojas
GPS ierīce uztver radio signālus no satelītiem kosmosā, kas atrodas orbītā ap Zemi. Ir 31 satelīts, kas atrodas 20 200 km (12 600 jūdžu) augstumā virs Zemes. Orbītas periods ir 11 stundas un 58 minūtes. Katra apļa rādiuss ir 26 600 kilometri (16 500 jūdzes) Zemes rādiusa dēļ. Tālu no Ziemeļpola un Dienvidpola GPS ierīce var uzņemt signālus no 6 līdz 12 satelītiem vienlaicīgi. Katrā satelītā ir atompulkstenis, ko NORAD katru dienu vairākas reizes rūpīgi noregulē.
Radiosignāli satur informāciju par satelīta atrašanās laiku un atrašanās vietu, tostarp tā efemerīdas. GPS uztvērējs no signāla nosūtīšanas laika atņem pašreizējo laiku. Starpība parāda, cik sen signāls tika nosūtīts. Laika starpība, reizināta ar gaismas ātrumu, ir attālums līdz satelītam. GPS ierīce izmanto trigonometriju, lai aprēķinātu, kur tā atrodas, ņemot vērā katra satelīta atrašanās vietu un attālumu. Parasti ir jābūt vismaz četriem satelītiem, lai atrisinātu ģeometriskos vienādojumus. GPS uztvērējs var aprēķināt savu atrašanās vietu vairākas reizes sekundē.
Daudzi lēti patēriņa uztvērēji ir precīzi 20 metru (66 pēdu) attālumā gandrīz jebkurā vietā uz Zemes.
GPS ierīce parasti var aprēķināt arī savu pašreizējo ātrumu. Lētie, piemēram, mobilajā tālrunī, to dara, salīdzinot pašreizējo atrašanās vietu ar pēdējo atrašanās vietu. Dārgās ierīces, piemēram, lidmašīnās, izmanto Doplera efektu un ir ļoti precīzas.
GPS satelīti riņķo ap Zemi četrās plaknēs, kā arī virs ekvatora. Šeit redzamie zilie satelīti ir redzami GPS uztvērējam 45° ziemeļu platuma. Sarkanos satelītus bloķē Zeme.
Vēsture
Dažādas radionavigācijas sistēmas tiek izmantotas kopš 20. gadsimta vidus. Pagājušā gadsimta 60. gados eksperimentos radioraidītājus ievietoja satelītos. Jaunu sistēmu, ko sākumā sauca par Navstar, 70. gados izstrādāja ASV Gaisa spēki. Tā kļuva par GPS, un to izmantoja tikai ASV bruņotie spēki. Prezidents Ronalds Reigans 1983. gadā izdeva rīkojumu atļaut sistēmu izmantot ikvienam, lai gan tā vēl bija pārāk maza, lai būtu ļoti noderīga. Visaugstākās precizitātes signāls bija šifrēts, un to drīkstēja izmantot tikai bruņotie spēki, bet 90. gados to uz laiku atšifrēja, un gadsimtu mijā tas tika padarīts par pastāvīgu.
Daži GPS uztvērēji ir atsevišķas ierīces ar savu strāvas padevi un displeju. Tādi 20. gadsimtā bija lielākā daļa. Militārie uztvērēji tolaik rādīja tikai ģeogrāfiskās koordinātas vai arī dažiem nebija displeja, bet tikai nodeva koordinātas citai ierīcei.
Tagad lielākā daļa GPS uztvērēju ir daļa no mobilajiem tālruņiem, un daudzi ir iebūvēti rokas pulksteņos, automašīnās un citās ierīcēs. Mobilā tālruņa GPS daļa ir maza un parasti vāja, taču telefons izmanto arī mobilās bāzes stacijas un Wi-Fi signālus.
Citas sistēmas
Ir arī citas sistēmas, kas darbojas līdzīgi. Vienu no tām Krievija ir izvietojusi kosmosā - GLONASS. Vēl viena, kas vēl nav pabeigta, ir nosaukta par Galileo un to izveidojusi Eiropas Savienība.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir globālā pozicionēšanas sistēma (GPS)?
A: GPS ir satelītu sistēma, kas izveidota, lai palīdzētu orientēties uz Zemes, gaisā un uz ūdens.
J: Ko rāda GPS uztvērējs?
A: GPS uztvērējs rāda, kur tas atrodas, cik ātri tas pārvietojas, kurā virzienā tas iet, cik augstu tas atrodas un, iespējams, cik ātri tas ceļas augšup vai lejup.
J: Kādu informāciju satur automobiļu GPS?
A: Automobiļiem paredzētajos GPS ir ceļojumu dati, piemēram, ceļu kartes, viesnīcas, restorāni un degvielas uzpildes stacijas.
J: Kādu informāciju satur laivām paredzētie GPS?
A: Kuģu GPS ietver navigācijas kartes ar ostām, jahtu ostām, piestātnēm, seklūdens vietām, klintīm un ūdensceļiem.
J: Kādām citām darbībām GPS uztvērēji ir paredzēti?
A: Citi GPS uztvērēji ir paredzēti aeronavigācijai, pārgājieniem un pārgājieniem ar mugursomu, riteņbraukšanai un daudzām citām aktivitātēm.
J: Kur atrodas lielākā daļa GPS uztvērēju?
A.: GPS uztvērēji lielākoties ir viedtālruņos.
J: Ko lielākā daļa GPS uztvērēju var darīt?
A: Lielākā daļa GPS uztvērēju var reģistrēt, kur tie ir bijuši, un palīdzēt plānot ceļojumu. Braucot plānotajā braucienā, tas paredz laiku līdz nākamajam galamērķim.
Meklēt