GPS

2009-08-14 21:43:02

Od dawna dokładne wyznaczanie pozycji stanowiło poważny problem dla marynarzy i podróżników. Używanie przyrządów, w których do określenia pozycji wykorzystuje się ciała niebieskie (sekstant, kwadrant, itp.) było problematyczne, poza tym musiały zaistnieć odpowiednie warunki, w których można było je obserwować, aby dokonać obliczeń. Do tego potrzebna była także fachowa wiedza. W ostatnich dziesięcioleciach, wzrost mobilności oddziałów wojskowych doprowadził do tego, iż dokładne określenie miejsca pobytu, kierunku przemieszczania się oraz przebytej odległości, stało się rzeczą obowiązkową. Nie trzeba dużej wyobraźni, aby domyślić się, co się stanie, gdy na współczesnym polu walki oddział żołnierzy znajdzie się w niewłaściwym miejscu o niewłaściwym czasie. Wszystko to spowodowało zwiększenie nacisku na szkolenie w zakresie topografii. Zaczęto produkować doskonałe busole stabilizowane w trzech płaszczyznach (wyroby amerykańskiej firmy Metron), dokładne, stale uaktualniane mapy. Jednak nawet przy tych wszystkich udogodnieniach, bez doświadczenia nie było efektów, a na szkolenie schodziły całe lata. Szukano nowego, szybkiego, niezawodnego sposobu na wyznaczanie pozycji.
Początków systemu GPS, można doszukiwać się w latach czterdziestych, kiedy to w bombowcach dalekiego zasięgu, używanych do bombardowań celów w Rzeszy zaczęto montować systemy do zdalnego naprowadzania samolotu na cel. Zasada ich działania polegała na odbiorze i określaniu kierunku nadejścia specjalnych sygnałów radiowych emitowanych przez stacje nadawcze. Znając pozycje stacji radiowych, oraz kierunki nadejścia fal elektromagnetycznych, można było w prosty sposób określić pozycję maszyny. Opisywana metoda była niedokładna, ale wyznaczyła nowe kierunki badań.
Na początku lat sześćdziesiątych Ministerstwo Obrony Stanów Zjednoczonych zleciło prace nad urządzeniem do dokładnego wyznaczania pozycji, bez względu na warunki terenowe i atmosferyczne. W urządzeniu tym wykorzystywano pomiar czasu dotarcia fal elektromagnetycznych, do odbiornika, z założeniem, iż zna się Satelita systemu GPSpozycję stacji nadawczej. Początkowo wykorzystywano nadajniki stacjonarne, ale od czasu umieszczenia na orbicie pierwszych sztucznych satelitów zaczęto rozważać wariant z umieszczeniem nadajników na orbicie. Napotkano wiele problemów. Potrzebna była zaawansowana elektronika, o którą w tamtych czasach było trudno. Do taktowania częstotliwości sygnałów i czasu ich nadania potrzebne były bardzo precyzyjne zegary atomowe. Poza tym, wszystko sprowadzało się do tego, aby odbiornik nie był wielkości samochodu. W rezultacie po wielu latach prac i wydaniu ponad 10 miliardów dolarów stworzono system, który nazwano GPS (Global Positioning System- satelitarny system nawigacyjny). Około roku 1975 uzyskano dokładność pomiaru rzędu jednego metra. Wraz z postępem elektroniki odbiorniki ulegały stałej miniaturyzacji. Po uzyskaniu rozmiarów małego plecaka urządzenie trafiło do oddziałów specjalnych, gdzie zostało właściwie docenione. Wcześniej było wykorzystywane w innych rodzajach wojsk. W późniejszych latach pojawiły się głosy o udostępnieniu systemu osobom cywilnym. Wywołały one polemikę nad słusznością tej decyzji. Niektóre kręgi decydentów przekonywały, iż taka dokładność pomiarów może zostać wykorzystana niezgodnie z interesem USA. W końcu osiągnięto kompromis. System został udostępniony cywilom, ale kosztem zmniejszenia dokładności. Wprowadzony system dokładności wybiórczej (SA, od ang. Selective Availability), zniekształca sygnały cywilnym użytkownikom systemu, skutkiem, czego dokładność wyznaczania pozycji spada do około od 100 do 150 m. Zniekształcenie te sprawia, iż odbiornik GPS w niewłaściwych rękach nie będzie służył w celach militarnych, a w życiu codziennym pomoże wielu ludziom. Pierwsze odbiorniki cywilne, pojawiły się na rynku w 1994 roku. Wśród producentów tych urządzeń od początku prym Rozmieszczenie satelitów GPS na orbiciewiodły firmy Garmin i Magellan. System nadajników GPS składa się z 24 satelitów umieszczonych równomiernie na sześciu kołowych orbitach nachylonych do równika pod kątem 550. Wśród nich są trzy awaryjne, mogące w każdej chwili zastąpić innego uszkodzonego satelitę. Cały system jest obsługiwany, kierowany i zarządzany przez stację centralną w Falcon w Colorado Springs oraz cztery stacje pomocnicze. Każdy satelita ma swój, właściwy dla siebie sygnał radiowy. Sygnał taki, ma w sobie także zakodowany bardzo dokładny czas nadania. W optymalnych warunkach w każdej chwili, z dowolnego punktu na ziemi można otrzymywać dane z minimum pięciu satelitów. Odbiornik, oblicza swą odległość od satelity na podstawie czasu, w którym sygnał do niego dociera. Pozycja określana jest poprzez przeliczenie dochodzących sygnałów. We wczesnych modelach odbiorników GPS do wyznaczenia współrzędnych potrzebne były sygnały z trzech satelitów. Przy czwartym sygnale uzyskiwało się wysokość. W najnowszych modelach dzięki zastosowaniu doskonalszych algorytmów pozycję otrzymuje się już z dwóch satelitów, za pomocą trzeciego satelity uzyskuje się wysokość. Naukowcom udało się także obejść zniekształcenie sygnałów powodujących zmniejszenie dokładności urządzenia. Dzisiejsza, "normalna" dokładność, to 15-20 metrów. Jeszcze większą uzyskać można przy uśrednieniu otrzymanych danych z dwóch lub więcej odbiorników, oraz przy wspomaganiu sygnałów satelitarnych, sygnałami ze stacji naziemnych (DGPS). Odbiorniki GPS posiadają różną liczbę kanałów, na których otrzymują dane z satelitów. Im większa liczba kanałów, tym lepiej, ponieważ współrzędne będą obliczane przy większej ilości danych, co znacząco poprawi ich dokładność.
Satelitarny system nawigacyjny jest używany w armiach NATO, a przede wszystkim w armii amerykańskiej do dokładnego wyznaczania pozycji oddziałów, wozów bojowych, samolotów. Do innych, bardziej spektakularnych jego zastosowań należy wspomaganie układów nawigacyjnych super dokładnych pocisków Tomahawk oraz Cruise. W codziennym życiu oddaje on nieocenione usługi podróżnikom, marynarzom i innym.

1 maja 2000 system sztucznego zniekształcenia sygnału GPS- SA został wyłączony. Od tego momentu cały system działa z dokładnością około 1 metra.

opracował Lukas_jg

Partnerzy

Shooters.pl

Americas Army

Ankieta

Czy podoba Ci się AA: Proving Grounds ?

  • Super zamierzam grać ile wlezie

    0%

  • Gra nie jest idealna ale zamierzam dać jej szansę

    0%

  • Nie podoba mi się wcale i nie zamierzam grać w AA4

    0%