Шта је глобални систем позиционирања? Разумевање ГПС -а

Глобални систем позиционирања или ГПС је глобални навигациони сателитски систем (ГНСС) који пружа систем позиционирања, навигације и мјерења времена (ПНТ). Razvilo ga je Ministarstvo odbrane Sjedinjenih Država (SAD DoD) ranih 1970-ih. Postoje i drugi sistemi za satelitsku navigaciju kao što su ruski GLONASS, evropski Galileo i kineski BeiDou, ali globalni sistem za pozicioniranje Sjedinjenih Država (GPS) i ruski globalni navigacioni satelitski sistem (GLONASS) su jedini potpuno funkcionalni satelitski sistem. Navigacioni sistem sa 32 satelitske konstelacije i 27 satelitskih konstelacija. Pre razvoja GPS tehnologije, glavna pomoć za navigaciju (po moru, kopnu ili vodi) bile su karte i kompas. Sa uvođenjem GPS-a, navigacija i pozicioniranje lokacije postali su veoma laki sa preciznošću pozicioniranja od dva metra ili manje. Pregled Istorija GPS-a Pregled strukture GPS-aGPS segmentiSegmenti prostoraKontrolni segmentKorisnički segment Radni princip GPS-a Određivanje lokacije satelita Određivanje udaljenosti satelita i ponovnog određivanja udaljenosti između GPS-a Prijemnik u 2-D ravni Položaj prijemnika u 3D prostoru Tipovi GPS prijemnika Primene sistema za globalno pozicioniranje (GPS) Istorija GPS-a Pre razvoja GPS-a, zemaljskih navigacionih sistema kao što je LORAN (Long Range Navigation) u SAD i Decca Navigator System od UK su glavne tehnologije za navigaciju. Obe ove tehnike su zasnovane na radio talasima i domet je bio ograničen na nekoliko stotina kilometara. Početkom 1960-ih, tri vladine organizacije Sjedinjenih Država, naime Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir (NASA), Ministarstvo odbrane (DoD) i Ministarstvo saobraćaja (ДоТ) је, заједно са неколико других организација, започело развој сателитског навигационог система са циљем да обезбеди високу тачност, рад независан од временских услова и глобалну покривеност. Овај програм је еволуирао у Глобални систем за позиционирање сателитског мерења и рангирања (НАВСТАР Глобал Поситионинг Систем). Ovaj sistem je prvo razvijen kao vojni sistem da ispuni potrebe vojske Sjedinjenih Država. Сједињене Америчке Државе Vojska je koristila NAVSTAR za navigaciju, kao i sisteme za ciljanje oružja i sisteme za navođenje projektila. Mogućnost da neprijatelji koriste ovaj navigacioni sistem protiv Sjedinjenih Država je glavni razlog zašto civilima nije omogućen pristup. потпуно је оперативан. 1978. САД Vlada je prepoznala važnost GPS-a za civile i proglasila sistem dvostruke namene, koji omogućava pristup i vojsci i civilima. Pregled strukture GPS-a Osnovna tehnika satelitskog navigacionog sistema za globalno pozicioniranje (GPS) je merenje udaljenosti između prijemnika i неколико сателита који се истовремено посматрају. Положаји ових сателита су већ познати и стога мерењем удаљености између четири од ових сателита и пријемника, три координате положаја ГПС пријемника, тј. geografska širina, dužina i nadmorska visina se mogu utvrditi. Pošto se promena položaja prijemnika može vrlo precizno odrediti, može se odrediti i brzina prijemnika. GPS segmenti Struktura ovog kompleksnog sistema za globalno pozicioniranje podeljena je na tri glavna segmenta: svemirski segment, kontrolni segment i korisnik. Сегмент. U ovom slučaju, kontrolni i svemirski segment razvijaju, upravljaju i održavaju Vazduhoplovstvo Sjedinjenih Država. Sledeća slika prikazuje tri segmenta GPS sistema. Svemirski segment Svemirski segment (SS) GPS-a se sastoji od konstelacije od 24 satelita koji kruže oko Zemlje u približno kružnim orbitama. Sateliti su postavljeni u šest orbitalnih ravni, a svaka orbitalna ravan se sastoji od četiri satelita. Нагиб орбиталних равни и позиционирање сателита уређени су на одређени начин тако да је најмање шест сателита увек у видном пољу са било које локације на Земљи. Долазећи до распореда сазвежђа у свемиру, ГПС Sateliti se nalaze u srednjoj Zemljinoj orbiti (MEO) na visini od približno 20,000 KM. Da bi se povećala redundantnost i poboljšala tačnost, ukupan broj GPS satelita u sazvežđu je povećan na 32, od kojih je 31 satelit operativan. Kontrolni segment Kontrolni segment (CS) GPS-a se sastoji od mreže nadgledanja i kontrole širom sveta i stanice za praćenje. Primarni zadatak kontrolnog segmenta je da prati položaj GPS satelita i održava ih u pravilnim orbitama uz pomoć komandi za manevrisanje. Pored toga, kontrolni sistem takođe određuje i održava integritet sistema na brodu, atmosferske uslove, podatke iz atomskih satova. и други параметри. Сегмент ГПС контроле је поново подељен на четири подсистема: Нова главна контролна станица (НМЦС), Алтернативна главна контролна станица (АМЦС), четири земаљске антене (ГА) и светска мрежа надзорних станица (МС). Централни контролни чвор за ГПС сателитску констелацију је главна контролна станица (МСЦ). Nalazi se u bazi Schriever Air Force, Colorado i radi 24×7. Glavne odgovornosti glavne kontrolne stanice su: održavanje satelita, praćenje tereta, sinhronizacija atomskih satova, manevrisanje satelita, upravljanje performansama GPS signala, otpremanje podataka o navigacionim porukama, otkrivanje Greške GPS signalizacije i reagovanje na te kvarove. Postoji nekoliko monitorskih stanica (MS), ali šest ih je važno. Налазе се на Хавајима, Колорадо Спрингсу, острву Асценсион, Диего Гарциа, Квајалеин и Цапе Цанаверал. Ove monitorske stanice kontinuirano prate poziciju satelita i podaci se šalju glavnoj kontrolnoj stanici na dalju analizu. Da bi se podaci preneli na satelite, postoje četiri zemaljske antene (GA) koje se nalaze kao ostrvo Ascension, Cape Canaveral, Diego Garcia i Kwajalein. Ove antene se koriste za uplink podataka do satelita i podaci mogu biti bilo šta poput korekcije sata, komandi telemetrije i navigacionih poruka. Korisnički segmentKorisnički segment GPS sistema sastoji se od krajnjeg korisnika tehnologije kao što su civili i vojska za navigaciju, preciznu ili standardnu pozicioniranje i tajming. Generalno, da bi pristupio GPS uslugama, korisnik mora da bude opremljen GPS prijemnicima kao što su samostalni GPS moduli, mobilni telefoni koji imaju GPS i namenske GPS konzole. Sa ovim GPS prijemnicima, civilni korisnici mogu da znaju standardnu ​​poziciju, tačnu vreme i brzinu dok ih vojska koristi za precizno pozicioniranje, navođenje projektila, navigaciju itd. Princip rada GPS-a Uz pomoć GPS prijemnika, možemo izračunati poziciju objekta bilo gde na Zemlji bilo u dvodimenzionalnom ili trodimenzionalnom prostoru . Za ovo GPS prijemnici koriste matematičku metodu pod nazivom Trilateration, metodu pomoću koje se položaj objekta može odrediti merenjem udaljenosti između objekta i nekoliko drugih objekata sa već poznatim pozicijama. Dakle, u slučaju GPS prijemnika, po redu da bi saznao lokaciju prijemnika, modul prijemnika mora da zna sledeće dve stvari:• lokaciju satelita u prostoru i• rastojanje između satelita i GPS prijemnika. Određivanje lokacije satelita da bi odredio lokaciju satelita. сателити, ГПС пријемници користе две врсте података које ГПС сателити преносе: податке алманаха и податке ефемерида. ГПС сателити непрестано преносе своју приближну позицију. Ovi podaci se nazivaju podaci Almanaha, koji se periodično ažuriraju kako se satelit kreće po orbiti. Ове податке прима ГПС пријемник и складишти у његовој меморији. Uz pomoć podataka iz Almanaha, GPS prijemnik može da odredi orbite satelita, kao i gde bi sateliti trebalo da se nalaze. Uslovi u svemiru se ne mogu predvideti i postoji velika šansa da sateliti odstupe od njihov stvarni put. Главна контролна станица (МЦС) заједно са наменским надзорним станицама (МС) прати путању сателита заједно са другим информацијама као што су надморска висина, брзина, орбита и локација. Ако постоји грешка у било ком од параметара, исправљени подаци су poslati na satelite tako da ostanu u tačnom položaju. Ovi orbitalni podaci koje MCS šalje na satelit nazivaju se podaci o efemeridi. Satelit po prijemu ovih podataka koriguje svoju poziciju i takođe šalje te podatke GPS prijemniku. Uz pomoć oba podatka tj. Almanah i efemerida, GPS prijemnik može biti u stanju da zna tačnu poziciju satelita, sve vreme. Određivanje udaljenosti između satelita i GPS prijemnika Da bi se izmerila udaljenost između GPS prijemnika i satelita, vreme igra glavnu ulogu. Formula za izračunavanje udaljenosti satelita od GPS prijemnika je data u nastavku: Udaljenost = brzina svetlosti x vreme tranzita satelitskog signala Ovde je vreme tranzita vreme potrebno satelitskom signalu (signal u obliku radio talasa, šalje satelit GPS prijemniku) da stigne do prijemnika.Brzina svetlosti je konstantna vrednost i jednaka je C = 3 x 108 m/s. Да бисмо израчунали време, прво морамо разумети сигнал који шаље сателит. Транскодирани сигнал који преноси сателит назива се псеудо случајна бука (ПРН). Како сателит генерише овај код и почиње да емитује, ГПС пријемник такође почиње да генерише исти код и покушава да их синхронизује. ГПС пријемник затим израчунава временско кашњење које мора генерисати код пријемника пре него што се синхронизује са сателитским преносом. code. Kada se sazna lokacija satelita i njihova udaljenost od GPS prijemnika, onda se pronalaženje položaja GPS prijemnika u 2D ili 3D prostoru može uraditi pomoću sledeće metode. Položaj prijemnika u 2-D PlaneIn kako bi se pronašao položaj objekta ili GPS prijemnika u 2 – dimenzionalnom prostoru tj avionom XY, sve što treba da pronađemo je rastojanje između GPS prijemnika i dva satelita. Neka su D1 i D2 rastojanje prijemnika od satelita 1 i satelita 2, respektivno. Sada, sa satelitima u centru i poluprečnikom D1 i D2, nacrtajte dva kruga oko njih na XY ravni. Slikovni prikaz ovog slučaja je prikazan na sledećoj slici. Iz gornje slike je jasno da GPS prijemnik može biti lociran na bilo kojoj od dve tačke gde se seku dva kruga. Ako je područje iznad satelita isključeno, možemo odrediti položaj GPS prijemnika na tački preseka krugova ispod satelita. Informacije o udaljenosti od dva satelita su dovoljne da bi se odredio položaj GPS prijemnika u 2-D ili XY ravan. Ali stvarni svet je trodimenzionalni prostor i mi moramo da odredimo trodimenzionalni položaj GPS prijemnika, tj. njegovu geografsku širinu, dužinu i nadmorsku visinu. Videćemo proceduru korak po korak za određivanje trodimenzionalne lokacije GPS prijemnika. Položaj prijemnika u 3D prostoru Pretpostavimo da su lokacije satelita u odnosu na GPS prijemnik već poznate. Ако се сателит 1 налази на удаљености Д1 од пријемника, онда је јасно да положај пријемника може бити било где на површини сфере која је формирана са сателитом 1 у центру и Д1 као његовим полупречником. drugi satelit (Satelit 2) od prijemnika je D2, tada se položaj prijemnika može ograničiti na krug formiran presekom dve sfere poluprečnika D1 i D2 sa satelitima 1 i 2 u centrima. Sa ove slike , pozicija GPS prijemnika se može suziti na tačku na krugu preseka. Ako na postojeća dva satelita dodamo treći satelit (Satelit 3) sa rastojanjem D3 od GPS prijemnika, onda je lokacija prijemnika ograničena na presek tri sfere, tj. bilo koju od dve tačke. U situacijama u realnom vremenu, dvosmislenost GPS prijemnika koji se nalazi na jednoj od dve pozicije nije održiva. Ovo se može rešiti uvođenjem četvrtog satelita (Satelit 4) sa udaljenosti D4 od prijemnika. Četvrti satelit će moći da odredi lokaciju GPS prijemnika sa moguće dve lokacije koje su ranije određene sa samo tri satelita. Dakle, u realnom vremenu, potrebno je najmanje 4 satelita da bi se odredila tačna lokacija objekta. Praktično, GPS sistem funkcioniše tako da je najmanje 6 satelita uvek vidljivo objektu (GPS prijemniku) koji se nalazi bilo gde na Zemlji. Tipovi GPS prijemnika GPS koriste i civili i vojska. Dakle, tipovi GPS prijemnika se mogu klasifikovati na civilne GPS prijemnike i vojne GPS prijemnike. Ali standardni način klasifikacije zasniva se na tipu koda koji prijemnik može da otkrije. U osnovi, postoje dve vrste kodova koje GPS satelit prenosi: kod grube akvizicije (C/A kod) i P – kod. Jedinice GPS prijemnika potrošača mogu detektovati samo C/A kod. Ova šifra nije tačna i stoga se civilni sistem pozicioniranja naziva Standardna služba pozicioniranja (SPS). P – kod, s druge strane, koristi vojska i veoma je precizan kod. Систем позиционирања који користи војска назива се Прецисион Поситионинг Сервице (ППС). ГПС пријемници могу се класификовати на основу способности декодирања ових сигнала. Други начин да се класификују комерцијално доступни ГПС пријемници заснива се на способности пријема сигнала. Koristeći ovu metodu, GPS prijemnici se mogu podeliti na: Jednostruki – Prijemnici frekvencijskog koda Jednostruki – Prijemnici frekvencije – Prijemnici uglađenog koda Pojedinačni – Prijemnici sa frekvencijskim kodom i Prijemnici nosioca Dvostruki – Prijemnici frekvencije Aplikacije Globalnog Sistema za pozicioniranje (GPS) GPS je postao suštinski dio globalne infrastrukture. slično Internetu. ГПС је био кључни елемент у развоју широког спектра апликација које се шире по различитим аспектима савременог живота. Povećanje proizvodnje velikih razmera i minijaturizacija komponenti smanjilo je cenu GPS prijemnika. Mala lista aplikacija u kojima GPS igra važnu ulogu je pomenuta u nastavku. Moderna poljoprivreda je zabeležila povećanje proizvodnje uz pomoć GPS-a. Пољопривредници користе ГПС технологију заједно са савременим електронским уређајима како би добили прецизне информације о површини поља, просечном приносу, потрошњи горива, пређеној удаљености итд. У области аутомобила, аутоматизована возила са вођењем се најчешће користе у индустријским или потрошачким апликацијама. GPS omogućava ovim vozilima navigaciju i pozicioniranje. Civili koriste GPS prijemnike u svrhu navigacije. GPS prijemnik može biti namenski modul ili ugrađeni modul u mobilne telefone i ručne satove. Oni su od velike pomoći u trekingu, putovanjima, vožnji itd. Dodatne funkcije uključuju tačno vreme i brzinu vozila. Hitne službe poput vatrogasaca i hitne pomoći imaju koristi od preciznog pozicioniranja lokacije katastrofe pomoću GPS-a i mogu da reaguju na vreme. Vojska koristi GPS prijemnike visoke preciznosti za navigaciju, praćenje ciljeva, rakete sistemi vođenja itd. Постоје бројне друге апликације у којима се ГПС користи или има огроман опсег употребе у будућности. Повезани постови: Бежична комуникација: Увод, врсте и апликацијеМултиплексер и демултиплексер Зашто ваш интернет не прекида везу? Основе уграђеног програма Ц Шта су МЕМС сензори?

Остави поруку 

Листа порука