GPS er en navigationsteknologi, der ved hjælp af satellitter fortæller de nøjagtige oplysninger om en placering. Dybest set består et GPS-system af grupper af satellitter og veludviklede værktøjer såsom modtager. Systemet skal dog omfatte mindst fire satellitter. Hver satellit og modtageren er udstyret med et stabilt atomur. Satelliture er synkroniseret med hinanden og jordure. GPS-modtageren har også et ur, men det er ikke synkroniseret og er ikke stabilt (mindre stabilt). Enhver afvigelse af den aktuelle tid for satellitter fra jorduret skal rettes dagligt. Fire ukendte størrelser (tre koordinater og urafvigelse fra satellittid) skal beregnes fra det synkroniserede netværk af satellitter og modtageren.GPS-modtagerens arbejde er at modtage signaler fra netværk af satellitter til at beregne tre grundlæggende ukendte ligninger af tid og position.
Et GPS-signal inkluderer pseudorandom-koder og tidspunkt for transmission og satellitposition på det tidspunkt. Det signal, der udsendes af GPS, kaldes også bærefrekvens med modulering. Yderligere er en pseudorandom-kode en sekvens af nuller og ener. Praktisk beregnes modtagerpositionen og forskydningen af modtageruret i forhold til modtagerens systemtid ved hjælp af navigationsligningerne til at behandle flyvetiden (TOF'er). TOF er de fire værdier, som modtageren danner ved hjælp af ankomsttidspunkt og tidspunkt for transmission af signalet. Placeringen konverteres normalt til breddegrad, længdegrad og højde i forhold til geoider (i det væsentlige gennemsnitlig havoverflade). Derefter vises koordinaterne på skærmen.
Elementer af GPS
GPS-strukturen er kompleks. Den består af tre hovedsegmenter i et rumsegment, et kontrolsegment og et brugersegment. At lancere satellitten i en medium jordbane er et anstrengende job. Rumsegmentet består af 24 til 32 satellitter eller rumfartøjer i samme bane, 8 hver i tre cirkulære baner. Mindst seks satellitter er altid i synsvidde næsten overalt på jordens overflade.
Ved siden af rumsegmentet er kontrolsegmentet. I kontrolsegmentet er der en hovedkontrolstation, en alternativ masterkontrolstation, jordantenner og monitorstation. Brugersegmentet består af tusinder af civil, kommerciel og militær positioneringstjeneste. En GPS-modtager eller -udvikling består af en antenne, der er indstillet til frekvensen transmitteret af satellitter. Det inkluderer også skærm for at give placering og tid.
En GPS-modtager er klassificeret på antallet af satellitter, den kan overvåge samtidigt, dvs. antallet af kanaler. Modtagere har generelt fire til fem kanaler, men nylige fremskridt har vist, at der også er foretaget op til 20 kanaler.
Satellitfrekvens: Alle satellitudsendelsesfrekvenser. Frekvensbåndet omfatter fem typer såsom L1, L2, L3, L4 og L5. Disse bånd har frekvensintervaller mellem 1176 MHz til 1600 M Hz.
Sådan fungerer GPS
GPS-satellitter roterer rundt om jorden to gange om dagen. Det drejer sig om i et meget nøjagtigt forløb og sender indikation og information til jorden. Modtagere af GPS får alle oplysningerne og anvender triangulering for at finde den nøjagtige placering af brugeren. Grundlæggende kontrasterer modtageren af GPS varigheden, hvor et signal blev spredt af en satellit, og tildeler den tid, det blev modtaget. Tidsforskellen formulerer, hvor langt modtageren er væk fra GPS'ens satellitter. Den måler den nøjagtige afstand med få flere satellitter, og modtageren bestemmer brugerens position og viser den på kortet over det elektroniske apparat.
Modtageren skal være låst til signalet med mindst tre satellitter for at producere en todimensional position og sporer også brugerens bevægelse. Ved at bruge fire eller flere satellitter kan modtageren bestemme brugerens tredimensionelle position, der består af højde, bredde og længdegrad. Efter bestemmelse af brugerens position beregner GPS-enheden andre oplysninger såsom hastighed, pejling, spor, afstand, destination, solopgang og solnedgangstid.
Hvor nøjagtig er GPS?
GPS-modtagerne er meget nøjagtige på grund af det parallelle flerkanalsdesign. De parallelle kanaler er meget hurtige og præcise, selvom visse faktorer som atmosfærisk støj og forstyrrelser kan forstyrre og nogle gange påvirke nøjagtigheden af GPS-modtagere.
Brugere kan også få forbedret præcision med Differential GPS (DGPS), som korrigerer GPS-signaler til omgivet af en regulær på tre til fem meter. US Coast Guard driver den mest almindelige DGPS-korrektionstjeneste. Systemet indeholder et arrangement af tårne, der modtager GPS-signaler og sender et krævet signal fra fyrtårnsendere. Med det formål at få det nøjagtige signal skal brugerne have en differentiel beacon-modtager og beacon-antenne bortset fra at have en GPS.
Kilder til GPS-signalfejl
Faktorer, der kan ødelægge GPS-signalernes præcision og således påvirke nøjagtigheden, omfatter følgende:
- Ionosfæren og troposfæren forsinker - Satellitsignalet sænkes, når det krydser atmosfærens lag. GPS-systemet bruger en indbygget model, der bruges til at beregne den regelmæssige varighed af hindring, der kræves for at rette op på denne type unøjagtighed.
- Signal multipath - Denne fejl opstår, når signalet reflekteres fra objekterne som højere bygninger og større sten, før det når modtageren. Dette øger den samlede varighed af signalets bevægelse og forårsager fejl og unøjagtighed.
- Orbitale fejl - Disse fejl kaldes også efemeris-fejl, der bruges til at beregne unøjagtighederne for satellitens placering.
- Antal synlige satellitter - nøjagtigheden afhænger af det nøjagtige antal satellitter, som en GPS-modtager kan se. Faktorer som bygninger, terræn, elektronisk interferens blokerer signalnøjagtigheden og modtagelsen, som forårsager fejl i position og undertiden ingen aflæsning i signaler. Det fungerer typisk ikke indendørs, under vandet og under jorden.
Ansøgninger
Ikke kun til militær brug er en GPS-maskine almindeligt kendt for sin anvendelse i civile og kommercielle tjenester. Nogle civile ansøgninger er:
1. Astronomi: Anvendes i beregninger af astrometri og himmelmekanik.
2. Automatiserede køretøjer: Det bruges også i automatiserede køretøjer (førerløse køretøjer) til at anvende placeringer for biler og lastbiler.
3. Mobiltelefoni: Moderne mobiltelefoner er udstyret med GPS-tracking software. Den er til stede, fordi man kan kende sin position og også kan spore hjælpeprogrammer i nærheden som pengeautomater, caféer, begrænsninger osv. Den første GPS, der er aktiveret via mobiltelefoner, blev lanceret i 1990'erne. I mobiltelefoni bruges den også til detektion til nødopkald og mange andre applikationer.
4. Katastrofehjælp og andre nødtjenester: I tilfælde af en naturkatastrofe er en GPS det bedste værktøj til at identificere placeringen. Selv før katastroferne som cykloner hjælper GPS med at beregne den anslåede tid.
5. Flådesporing: GPS er et udviklerværktøj, der er kendt for dets potentiale til at spore militærskibe i krigstiden.
6. Bilplacering: En GPS-aktiveret bil gør det lettere at spore sin placering.
7. Geo-hegn: I geo-hegn bruger vi GPS til at spore et menneske, et dyr eller en bil. Udformningen er fastgjort til køretøjet, personen eller på dyrets krave. Det giver kontinuerlig sporing og opdatering.
8. Geo tagging: en af de vigtigste applikationer er geotagging betyder anvender lokale koordinater til digitale objekter.
9. GPS til minedrift: Bruger positioneringsnøjagtighed på centimeter-niveau.
10. GPS-ture: hjælper med at bestemme placeringen af nærliggende interessepunkt.
11. Landmåling: Landmålere bruger Global Positioning System til at plotte kort.