Kako funkcioniše GPS navigacioni sistem?

Da odmah na početku razjasnimo  nešto što poprilično  zbunjuje mnoge ljude: GPS sateliti vas ne prate niti „imaju predstavu“ gde se vi trenutno nalazite. Deo starije populacije, kojoj su pričali bajke o satelitima i lokatorima, deluje logičnije da vaša GPS navigacija šalje nešto što sateliti vide pa vam onda jave vaš položaj, ali bi to bilo mnogo komplikovanije uraditi od stvarnog racionalnog rešenja. U detinjstvu, u okviru radio-amaterskih takmičenja postojao je „lov na lisicu“, tj. na skriveni radio predajnik – takmičenje u radio-goniometrisanju.

Dobili biste mapu, zatim merili u kom je pravcu predajnik na osnovu minimuma prijema, ucrtali ga, zatim se udaljili i opet izmerili pravac, i u preseku te dve prave nalazila se „lisica“.U slučaju GPS sistema nije tako – sistem je zasnovan na obratnoj situaciji ukojoj vi znate gde se sateliti nalaze i na osnovu njihovih položaja (potrebno je najmanje 3-4 satelita za  preciznu navigaciju) računate gde se nalazite na zemlji.

Sve to uopšte nije jednostavno kao što možda deluje na prvi pogled. Ovde se ne radi o običnoj triangulaciji koja se koristi za lociranje npr.predajnika na zemljinoj površini. Da uzgred objasnimo i taj čuveni motiv u akcionim filmovima: naći nekoga preko signala mobilnog telefona. Princip je sličan kao i kod GPS-a ali se odvija u dve dimenzije tj. u ravni. Određivanje lokacije mobilnog telefona se opet ne zasniva na „lovu na lisice“, već na računanju udaljenosti mobilnog telefona od antene.

Jedan od parametara koji se meri prilikom komunikacije mobilnim telefonima jeste vremensko kašnjenje od bazne stanice do aparata. Na osnovu ovog podatka i poznate brzine prostiranja signala dolazimo do dužine puta koji signal pređe. U idealnom slučaju to jeste udaljenost, ali ima varijacija zbog odbitaka (signal prelazi put koji je duži nego kada bi pratio pravu liniju). Oko jedne stanice opiše se kružnica na kojoj se može nalaziti aparat. Ako se uzme podatak sa još jedne dobijamo dve tačke u kojima može biti telefon – presek te dve kružnice. Sa trećom već imamo tačnu lokaciju.

GPS Signal

U preseku tri sfere oko satelita nalazi se GPS prijemnik. U slučaju GPS sistema računaju se preseci sfera opisanih oko satelita. GPS prijemnik očitava signale koje emituju sateliti, na osnovu njih određuje kolikoje kašnjenje i time određuje udaljenost satelita od njega. Pošto je brzina svetlosti velika, potrebni su zaista precizni časovnici u satelitima da bi svi signali bili sinhronizovani. Zato se u njima nalaze atomski časovnici koji mogu obezbediti traženi nivo preciznosti. Ovde dolazi priča o Ajnštajnu i teoriji relativnosti.

Kada smo je učili u školi,izgledalo nam je da nam neće biti potrebna u svakodnevnom životu, ali pojavila se namena za čiju realizaciju je neophodno uzeti u obzir fenomene koji proističu iz opšte i specijalne teorije relativnosti. Da bi preciznost bila zadovoljavajuća, potrebna je odlična sinhronizacija satova na satelitima upoređenju sa zemaljskim vremenom – da bi se ostvario tipičan nivo greške pozicije od 5-10 metara potrebna je preciznost satova od 20 do 30 nanosekundi.

Atomski časovnici to garantuju, ali dok su na Zemlji tj. dok „stoje“. U satelitima se nalaze na popriličnoj udaljenosti od Zemlje (20.000 km), pa moramo uzeti u obzir dejstvo opšte teorije relativnosti i bržeg „kucanja sata“ako je dalje od velike mase, što znači da je greška koju unosi u sistem 45 mikrosekundi dnevno.

Sateliti se kreću u odnosu na posmatrača (nisu geostacionarni) brzinom od 14.000 km/U preseku tri sfere oko satelita nalazi se GPS prijemnik tako da je efekat specijalne teorije, kašnjenje od 7 mikrosekundi dnevno.

Razlika od 38 mikrosekundi što dovodi do pojave brzog nagomilavanje greške koja postaje vidljivo posle samo par minuta, na dnevnom nivou meri se kilometrima. Na sreću,ovi fenomeni su poznati fizici od ranije, pa su na vreme predviđeni problemi koje oni stvaraju.Danas zahvaljujući Albertu Ajnštajnu i modernoj fizici imamo navigacione uređaje koji rade praktično besprekorno.  Zbog mogućnosti greške poželjno je primati signal sa što većeg broja satelita.

Potrebno je najmanje 3 do 4 satelita i to iz različitih pravaca da bi se pravilno odredila lokacija. Ako se određuju koordinate novog položaja, biće potrebno duže vreme očitavati podatke sa satelita, meriti vreme i računati udaljenost pre nego što se postigne prihvatljiva tačnost – to je tzv. hladni start ili fiksiranje satelita. Ukoliko samo nastavljate gde ste stali – npr. parkirali automobil, odmorili se neko vreme i nastavljate put, onda je to vrući start i GPS navigacija će znatno brže imati željene podatke.

Izuzetno važno je da se pokrije što veći segment neba,  i da su sateliti koje prima uređaj što udaljeniji jedni od drugih jer će tako i preciznost biti bolja. Ima više faktora koji mogu uticati na tačnost merenja koordinata. Prvi se odnosi na propagaciju GPS signala kroz jonosferu i troposferu – zbog promene svojstava u tim slojevima atmosfere će doći do „prelamanja“ puta kojim ide signal tako da će prelaziti veći put pa će izgledati da je uređaj dalje od satelita nego što zaista jeste.

Šta je potrebno za pravilno funkcionisanje GPS Navigacije

Takođe, signal se odbija od okolnih objekata pa nemate pravu informaciju o daljini ili preciznom položaju satelita. Na smanjenje preciznosti utiče i broj vidljivih satelita i loša geometrija, ako ih primate samo iz jednog pravca, što je problem u urbanim uslovima.Dodatna preciznost postiže se na nekoliko načina koji uglavnom podrazumevaju da merite poziciju stacionarnog objekta (npr. planinskog vrha), te imate i dovoljno vremena za što veći broj merenja.

Greške nastale zbog satelita i propagacije njihovih signala mogu se kompenzovati uz pomoć predajnika na zemlji. Postoje stanice na zemlji koje se nalaze na poznatim lokacijama i koje primaju signale sa GPS satelita i upoređuju ih sa onime što treba da se dobije od njih. Na taj način primetiće grešku, izračunaće je i ona će biti prosleđena geostacionarnim satelitima koji emituju ove podatke. Tako je izbegnuta potreba za mrežom zemaljskih stanica za emitovanje ovih signala.

Ako je GPS risiver na vašoj navigaciji opremljen WAAS opcijom (a većina novijih jeste), uključite je i dobićete veću preciznost,a poznaćete je po tome što će vam negde na ekranu pisati DGPS ili diff. GPS, ili će na sličici sa satelitima na nekim barovima koji označavaju jačinu signala sa njih stajati slovo D. Taj sistem se u Evropi zove EGNOS i potpuno je kompatibilan sa WAAS u Americi, takoda će ga razumeti sve GPS NAVIGACIJE. Možete odlučiti da ga ne uključite samo da biste prištedeli bateriju na uštrb preciznosti, koja vam nije uvek neophodna.

Kada se, na primer, vozite glavnim putevima i koristite mapu koja na sebi ima mrežu puteva, a ne običnu topografsku mapu, onda preciznost koju vam WAAS tehnologija omogućuje nije neophodna jer se podrazumeva da ste na putu pa se automobil praktično „lepi“ za najbliži put ili ulicu. Retko kada će dve ulice biti na međusobnom rastojanju manjem od 10 m koje bi moglo da zbuni uređaj. Kratak rezime:

  •  Pozicija korisnika servisa Globalnog Pozicionog Sistema se računa na osnovu merenja kašnjenja signala sa satelita poznatog položaja
  •  Što više satelita sa što veće površine neba je vidljivo za GPS navigacije, to se trenutna pozicija preciznije i brže računa
  •  Postoje raznorazni načini za dodatno poboljšanje preciznosti koji su dostupni civilnom sektoru

POSTAVI ODGOVOR

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.