Какво е GPS ?



GPS е съкращение на Global Positioning System, превежда се Глобална Система за Позициониране. Представлява система за определяне на местоположението, скоростта и времето. GPS системата покрива цялото земно кълбо. Ползва се безплатно от устройства с вграден GPS приемник.

GPS системата се състои от минимум 24 спътника, разположени около земното кълбо на височина около 20 200 км. и се контролира от наблюдателни станции в различни точки на Земята. Тъй като позицията на спътниците е известна, се измерва разстоянието от мястото, чиито координати търсим до група от спътници, чиито координати вече са известни. Разстоянието се пресмята спрямо времето, за което радиосигнала изминава това разстояние. Точното местоположение се определя с помощта на GPS приемник, който прави сложни математически изчисления и е необходимо да се хване сигнал от минимум 4 сателита (3 за позициониране на земната повърхност) като повече хванати сателити означава по-висока точност.

gps demo



История


GPS системата е създадена от САЩ. Първият спътник е изведен в орбита на 14 юли 1974 г., В началото системата е била използвана само за военни цели. През 1983 година поради грешка, южно корейски пътнически самолет с 269 души на борда навлиза в съветското въздушно пространство и е свален от руски изтребител. След този инцидент от САЩ вземат решение, GPS системата да бъде използвана безплатно за граждански цели. В началото системата не е покривала цялото земно кълбо, периодично се извеждат в орбита нови спътници, като 24-ия спътник е изведен в орбита 1993 година, с което се постига пълно покритие на земното кълбо.

 

Как работи GPS ?


Първо да отбележим, че в сателита има много точен атомен часовник, а също и във Вашия GPS приемник има часовник. Принципът е следният: сателитът излъчва сигнал (нарича се GPS съобщение), който съдържа точните координати на сателита и точен час, в който това съобщение е изпратено. Вашият GPS приемник получава това съобщение и вижда за колко време съобщението е пристигнало. С помощта на това време, Вашият GPS приемник изчислява на какво разстояние се намира от този сателит.
Например: сателит излъчва съобщение в 12 часа 00 минути 00 секунди и 00 милисекунди, Вашият приемник улавя това съобщение в 12 часа 00 минути 00 секунди и 70 милисекунди. Това означава, че съобщението е пътувало 70 милисекунди (0,07 секунди). При скорост 300 000 км в секунда  (радиосигналът се движи със скоростта на светлината 300000 км/с) това прави 21 000 километра. По този начин Вашият GPS приемник ще установи, че се намира на 21 000 километра от този сателит. Това обаче е само един сателит и местоположението не може да се определи, защото представлява един кръг изписан върху земната повърхност.

Един GPS




Получавате второ GPS съобщение от друг сателит и кръговете стават 2. Тези 2 кръга имат 2 пресечни точки, което също не е достатъчно.

Два GPS-a




Получавате трето GPS съобщение от трети сателит и кръговете вече стават 3. Те имат само една пресечна точка.

Три GPS-a




Тази точка, в която се пресичат е Вашето точно местоположение.

GPS позиция



Това е съвсем елементарен пример. GPS съобщението е по-сложно и съдържа и други допълнителни данни за по-бързо и по-точно позициониране. Цялото съобщение се състои от 37 500 бита и при идеални условия са необходими 12,5 минути за да бъде предадено. Точно поради тази причина, ако един GPS се пуска за първи път той ще се позиционира по-бавно. При лоша видимост към небето първото позициониране може да отнеме и повече от 30 минути. Когато GPS приемник е бил изключен дълго време е необходимо отново 12,5 минути за да се получат всички данни. Когато GPS приемника е вграден в лаптоп или мобилен телефон е възможно това време да се спести, защото първоначалното GPS съобщение се сваля от Интернет.

 


Важни акценти


GPS технологията не работи на закрито
Когато няма видимост към небето позиционирането не е възможно, тоест GPS технологията не работи в сгради и закрити пространства. Ако например влезете в сграда или тунел, там няма GPS сигнал, но по-интелигентните GPS навигации продължават да работят като предвиждат Вашата траектория. Например, ако сте взели в тунел с 80 km/h , GPS навигацията изгубва сигнал, но продължава да Ви води с 80 km/h и е много вероятно като излезете от тунела всичко да съвпадне, това обаче е станало поради интелекта на GPS навигацията и при условие че поддържате една скорост.

GPS сателитът само излъчва, не може да Ви следи
GPS технологията помага на Вашето устройство да изчисли собствените си координати и сателитът няма представа къде се намира Вашето устройство, тоест никой от сателитите не може да Ви следи, защото сателитите само излъчват сигнал към Вас и не приемат обратно сигнал. Например: радиото в колата Ви приема сигнал и Вие слушате желаната радиостанция, но от радиостанцията нямат представа къде точно се намирате, така е и с GPS технологията - Вие приемате сигнал от GPS сателита, но той не знае къде се намирате. Това означава, че ако си изгубите навигацията няма как да бъде намерена, по същия начин няма как да си намерите радиото в колата, ако някой го открадне. Следенето с GPS е възможно, но не става само с технологията GPS, а се използва и друга технология, обикновено става с помощта на GPS + SIM карта и мобилен оператор.

GPS опцията заключи на пътя
Доста често по-интелигентните софтуери за навигация имат така наречената опция "заключи на пътя" тази опция в повечето случаи е изключително полезна, защото оправя грешките. Например: Вие сте на пътя, но поради грешка в сигнала GPS навигацията преценява, че се намирате на 50 метра от пътя, някъде в празното поле. Обаче опцията "заключи на пътя" автоматично Ви премества на най-близкия път и по този начин Вие като ползвател на навигацията изобщо не разбирате за това, че е имало грешка. Проблем обаче се появява, ако сте в града и има много преплитащи се пътища, в този случай е възможно опцията "заключи на пътя" да Ви прехвърли на грешен път и да се получи по-голямо объркване или да се получи така нареченото от клиентите "навигацията ме върти в кръг". Решението на този проблем е да изчакате GPS навигацията да хване по-стабилен сигнал или като знаете за тази опция да прегледате картата в GPS-а и да изберете най-добрия маршрут въз основа на Вашата преценка.

 

 

GPS точност


В идеалния случай би трябвало да може да се определи с висока точност местоположението на GPS приемника. На практика обаче в определянето на точното местоположение има отклонение, което при добри условия е под 10 метра. Това се дължи на няколко причини:

Неточно определяне на позицията на спътниците
Реално позицията на спътниците е известна, но с допустима грешка от 1 до 5 метра, като се има предвид също, че техните параметри се обновяват на всеки 2 часа, то се натрупват грешки при изчисленията и това води до грешка в определянето на позицията на обекта на Земята.

Грешка в часовниците
Както писахме по-горе разстоянието се измерва като се засича времето, за което сигналът е стигнал от GPS сателита до GPS приемника това предполага и двата часовника (и този в сателита, и този в приемника) да са абсолютно точни. Съвсем грубо изчисление показва, че отклонение от една милисекунда (една хилядна от секундата) може да доведе до грешка от 200 метра.

Влияние на йоносферата и тропосферата
Йоносферата е съставена от електрически заредени частици, в количество достатъчно да забави скоростта на радиовълните и съответно да доведе до грешка в изчисленията и определяне на точното местоположение. Тропосферата също води до изменение на скоростта на радиосигнала. Влияние оказват влажността на въздуха, температурата. налягането и др.

Отражения в сгради
Понякога при наличието на много на брой и високи сгради, радиосигналът се отразява многократно и по този начин се увеличава разстоянието, което изминава, т.е това ще доведе до грешка в информацията и ще се получи грешка в определянето на местоположението.

Умишлени грешки
Министерството на отбраната на САЩ контролира изцяло GPS системата, а умишлените грешки се изразяват в промяна на параметрите на бордовите часовници и грешни орбитални параметри. Методът на въвеждане на тези грешки се нарича избирателен достъп и САЩ запазват правото да въведат този метод, в случай на опасност за сигурността.

До най-голяма грешка водят влиянието на йоносферата и отраженията в сгради. Разбира се съществуват и различни методи за намаляване и елиминиране на грешките, породени от влиянието на тези фактори.



Други GPS системи


С времето съкращението GPS е станало нарицателно за позиционираща система. Съществуват обаче и още няколко други такива системи, подобни на GPS. Това са руската ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система ), европейската Galileo и китайската BeiDou. Принципът на работа при всички системи е еднотипен. Има минимална разлика в някои параметри можете да видите сравнителата таблица по-долу:
 

Име Брой спътници Височина на спътниците Точност Статус
GPS 31 20 200 км 3-8 метра Работеща
ГЛОНАСС 24 19 100 км 3-10 метра Работеща
Galileo 18 23 600 км 1-4 метра Ограничена (тестова)
BeiDou 21 21 150 км 10 метра Ограничена (тестова)

 

 

Точността е относителна и е сметната при условия, близки до идеалните. В действителност грешката варира и е възможно по-голямо отклонение. Тази точност е за цивилно ползване, за военните точността е по-висока. Един GPS приемник може да се свърже с няколко системи, например може едновременно да хване сигнал от спътник на GPS и от спътник на ГЛОНАСС. Повече хванати спътници означава по-висока точност.

Можем да установим кой спътник от коя система е по неговия NMEA ID номер. Номерата от 1 до 32 са от американската GPS, спътници с NMEA ID номера от 65 до 96 са от руската ГЛОНАСС. Тези номера могат да се видят във Вашата навигация в раздел GPS статус или можете да си свалите някой допълнителен софтуер за тази цел. Важно е да се отбележи, че някои програми не показват NMEA ID, а използват друга номерация, което може да доведе до объркване.

Броят на спътниците също е относителна величина, и това е така защото след като се изведат в орбита спътниците имат живот. При първите модели около 7 години, а при най-новите 15 и повече години. Поради тази причина старите спътници спират да функционират и се заместват с нови като точният брой варира. Освен това, точната информация за броя на спътниците доста често представлява военна тайна. Спорет данни от сайта www.gps.gov към началото на 2017 година активните спътници от GPS системата са 31 броя.

 

Приложение
 

Както вече споменахме в началото GPS системата е използвана изцяло за военни цели от американската армия за определяне на позицията на бойни самолети, ракети и др. От както се позволява използването на системата и за цивилни нужди, тя започва да намира широко приложение в различни области – навигация за колинавигация за камиони, проследяване на автомобили, хора или животни, туризъм, земеделие, спорт и много други.


 

FB

   
К
О
Д

З
А

О
Т
С
Т
Ъ
П
К
А