Што е глобален систем за позиционирање? Разбирање на GPS

Глобалниот систем за позиционирање или GPS е глобален сателитски систем за навигација (GNSS) кој обезбедува систем за позиционирање, навигација и тајминг (PNT). Таа беше развиена од Министерството за одбрана на САД (САД DoD) во раните 1970 -ти. Постојат и други сателитски навигациони системи како што се рускиот ГЛОНАСС, европскиот Галилео и кинескиот Беиду, но Глобалниот систем за позиционирање на САД (ГПС) и рускиот глобален сателитски систем за навигација (ГЛОНАСС) се единствените целосно функционални сателитски базирани Навигациски систем со 32 сателитско со constвездие и 27 сателитска со constвездие соодветно. Пред развојот на GPS технологијата, главната помош за навигација (во море, копно или вода) се мапите и компасот. Со воведувањето на ГПС, навигацијата и позиционирањето на локацијата станаа многу лесни со прецизност на положба од два метри или помалку. Прегледна историја на преглед на структурата на GPSGPS Сегменти на сегменти, Сегмент на простор, Сегмент за контрола Кориснички сегмент, Принцип на работа на GPS, Одредување локација на сателитите, Одредување на растојание помеѓу сателитите и GPS приемникот Приемник во 2-Д авион Положба на приемникот во 3D простор Типови на GPS приемници Апликации на Глобален систем за позиционирање (ГПС) Историја на ГПС Пред развојот на ГПС, системи за навигација на земја, како ЛОРАН (Навигација со долг дострел) од САД и Decca Navigator System од ОК се главните технологии за навигација. И двете овие техники се базираат на Радио бранови и опсегот беше ограничен на неколку стотици километри. Во раните 1960 -ти години, три од владините организации на Соединетите држави, имено Националната аеронаутичка и вселенска администрација (НАСА), Министерството за одбрана (ДО) и Одделот за транспорт (DoT) заедно со неколку други организации започнаа да развиваат навигациски систем базиран на сателит со цел да обезбедат висока точност, независно временско работење и глобална покриеност. Оваа програма еволуираше во навигациски сателитски тајминг и опфатен глобален систем за позиционирање (NAVSTAR Global Positioning System). Овој систем за првпат беше развиен како воен систем за да ги исполни потребите на Воените сили на Соединетите држави. САД Војската користеше НАВСТАР за навигација, како и системи за таргетирање на системи за оружје и системи за водење ракети. Можноста непријателите да го користат овој навигациски систем против Соединетите држави е главната причина зошто на цивилите не им беше даден пристап до него. Првиот сателит NAVSTAR беше лансиран во 1978 година и до 1994 година во орбитата беа поставени цело соelвездие од 24 сателити и со тоа целосно функционира. Во 1996 година, САД Владата ја препозна важноста на ГПС за цивилите и прогласи систем за двојна употреба, што овозможува пристап до војската и цивилите. Преглед на структурата на ГПС Основната техника на системот за навигација базирана на сателит Глобален систем за позиционирање (ГПС) е мерење на растојанијата помеѓу приемникот и неколку сателити кои истовремено се набудуваат. Позициите на овие сателити се веќе познати и затоа со мерење на растојанието помеѓу четири од овие сателити и приемникот, трите координати на позицијата на GPS -приемникот т.е. може да се утврдат географска широчина, должина и надморска височина. Бидејќи промената на положбата на приемникот може да се одреди многу точно, може да се одреди и брзината на примачот. Сегменти на ГПС Структурата на овој комплексен систем за глобално позиционирање е поделена на три главни сегменти: Сегмент од вселената, Контролен сегмент и Корисник Сегмент. Во ова, контролниот сегмент и вселенскиот сегмент се развиени, управувани и одржувани од воздухопловните сили на Соединетите држави. Следната слика ги прикажува трите сегменти на ГПС системот. Просторен сегмент Вселенскиот сегмент (СС) на ГПС се состои од соelвездие од 24 сателити кои орбитираат околу Земјата во приближно кружни орбити. Сателитите се сместени во шест орбитални рамнини со секоја орбитална рамнина составена од четири сателити. Наклонот на орбиталните рамнини и позиционирањето на сателитите е наредено на посебен начин, така што најмалку шест сателити се секогаш во видлив поглед од која било локација на Земјата. Доаѓањето до уредувањето на со theвездието во вселената, ГПС Сателитите се сместени во Средната Земјина орбита (МЕО) на надморска височина од околу 20,000 километри. За да се зголеми вишокот и да се подобри точноста, вкупниот број на ГПС сателити во со constвездието е зголемен на 32, од кои 31 сателити се во функција. Контролен сегмент Контролниот сегмент (ГС) на ГПС се состои од мрежа на светско наб monitoringудување и контрола и станици за следење. Примарната задача на контролниот сегмент е да ја следи позицијата на сателитите GPS и да ги одржува во соодветни орбити со помош на команди за маневрирање. Дополнително, контролниот систем исто така го одредува и одржува интегритетот на системот на одборот, атмосферските услови, податоците од атомските часовници и други параметри. Контролниот сегмент на GPS повторно е поделен на четири потсистеми: нова главна контролна станица (NMCS), алтернативна главна контролна станица (AMCS), четири земјени антени (GA) и светска мрежа на монитор станици (MSs). Централниот контролен јазол за сателитското соѕвездие GPS е главната контролна станица (MSC). Се наоѓа во воздухопловната база Шривер, Колорадо и работи 24×7. Главните одговорности на главната контролна станица се: одржување на сателитот, следење на носивоста, синхронизирање на атомски часовници, сателитски маневрирање, управување со перформансите на GPS сигналот, испраќање податоци за навигациска порака, откривање ГПС неуспеси сигнализација и одговор на тие неуспеси. Постојат неколку монитор станици (MS), но шест од нив се важни. Се наоѓаат на Хаваи, Колорадо Спрингс, Островот Вознесение, Диего Гарсија, Квајалеин и Кејп Канаверал. Овие станици за монитор континуирано ја следат позицијата на сателитите и податоците се испраќаат до главната контролна станица за понатамошна анализа. За да се пренесат податоците на сателитите, постојат четири земјени антени (GA) лоцирани како островот Вознесение, Кејп Канаверал, Диего Гарсија и Квајалеин. Овие антени се користат за поврзување на податоците со сателити, а податоците можат да бидат како корекција на часовникот, команди за телеметрија и навигациски пораки. Сегмент на корисникот Корисничкиот сегмент на системот ГПС се состои од краен корисник на технологијата како цивили и војска за навигација, прецизни или стандардни позиционирање и тајминг. Општо земено, за да пристапите до ГПС -услугите, корисникот треба да биде опремен со ГПС -приемници како самостојни ГПС -модули, Мобилни телефони што овозможуваат ГПС и наменети ГПС -конзоли. Со овие ГПС -приемници, граѓанските корисници можат да знаат стандардна позиција, точна време и брзина додека војската ги користи за прецизно позиционирање, водство на проектили, навигација итн. На За ова, GPS приемниците користат математички метод наречен Trilateration, метод со кој може да се одреди положбата на објектот со мерење на растојанието помеѓу објектот и неколку други објекти со веќе познати позиции. Значи, во случај на GPS приемници, по редослед за да ја дознае локацијата на приемникот, модулот за приемник треба да ги знае следните две работи: • Локација на сателитите во просторот и • Растојание помеѓу сателитите и GPS приемникот Одредување на локацијата на сателитите За да се одреди локацијата на сателити, ГПС приемникот користи два типа на податоци пренесени од ГПС сателитите: податоците од алманах и податоците од ефемерис. ГПС сателитите континуирано ја пренесуваат својата приближна позиција. Овие податоци се нарекуваат податоци од Алманах, кои периодично се ажурираат додека сателитот се движи во орбитата. Овие податоци ги прима GPS-приемникот и се складира во неговата меморија. Со помош на податоците од Алманах, GPS приемникот може да ги определи орбитите на сателитите и, исто така, каде се претпоставува дека се сателитите. Условите во просторот не можат да се предвидат и постои огромна шанса сателитите да отстапат од нивниот вистински пат. Главната контролна станица (MCS) заедно со наменските станици за монитор (MS) ја следат патеката на сателитите заедно со други информации како надморска височина, брзина, орбита и локација. Доколку има некоја грешка во некој од параметрите, поправените податоци се испратени до сателитите за да останат во точната позиција. Овие орбитални податоци испратени од MCS до сателитот се нарекуваат Ephemeris Data. Сателитот, по приемот на овие податоци, ја поправа својата позиција и исто така ги испраќа овие податоци до ГПС -приемникот. Со помош на податоците, т.е. Алманах и Ефемерис, GPS приемникот може постојано да ја знае точната позиција на сателитите. Одредување растојание помеѓу сателитите и GPS приемникот За да се измери растојанието помеѓу GPS приемникот и сателитите, времето игра голема улога. Формулата за пресметување на растојанието на сателитот од ГПС -приемникот е дадена подолу: Растојание = Брзина на светлината x Време на транзит на сателитскиот сигналЕве, времето на транзит е времето што го презема сателитскиот сигнал (Сигнал во форма на радиобранови, испратен од Сателитот до ГПС Приемник) за да стигне до Приемникот. Брзината на светлината е константна вредност и е еднаква на C = 3 x 108 m/s. За да го пресметаме времето, прво треба да го разбереме сигналот испратен од сателитот. Транскодираниот сигнал пренесен од сателитот се нарекува псевдо случаен шум (PRN). Како што сателитот го генерира овој код и започнува да емитува, така и ГПС -приемникот започнува да го генерира истиот код и се обидува да ги синхронизира. ГПС -приемникот потоа го пресметува времето на одложување што треба да го помине генерираниот код на Приемникот пред да се синхронизира со сателитскиот пренос код. Откако ќе се знае локацијата на сателитите и нивната оддалеченост од GPS приемникот, тогаш откривањето на позицијата на GPS приемникот во 2Д простор или во 3D простор може да се направи со следниов метод. за да ја пронајдете позицијата на објектот или GPS приемникот во 2 - Димензионален простор т.е XY авион, с we што треба да најдеме е растојанието помеѓу GPS приемникот и два сателити. Нека D1 и D2 е растојанието на Приемникот од Сателит 1 и Сателит 2 соодветно. Сега, со сателитите во центарот и со радиус од Д1 и Д2, нацртајте два круга околу нив на XY авион. Сликовното претставување на овој случај е прикажано на следната слика. Од горната слика, јасно е дека GPS приемникот може да се наоѓа во која било од двете точки каде што се сечат двата круга. Ако е исклучена областа над сателитите, можеме да ја посочиме позицијата на GPS приемникот на местото на пресекот на круговите под сателитите. Информациите за оддалеченост од два сателити се доволни за да се одреди положбата на GPS приемникот во 2-Д или XY авион. Но, вистинскиот свет е 3 -димензионален простор и треба да ја одредиме 3 -димензионалната положба на GPS приемникот т.е. нејзината географска широчина, должина и надморска височина. Ќе видиме чекор – по – чекор процедура за одредување на 3-димензионалната локација на GPS приемникот. Позиција на ресиверот во 3D простор Да претпоставиме дека локациите на сателитите во однос на GPS приемникот се веќе познати. Ако сателитот 1 е на растојание од Д1 од Приемникот, тогаш е јасно дека положбата на приемникот може да биде било каде од површината на сферата што е формирана со сателит 1 како центар и Д1 како радиус. Ако растојанието втор сателит (сателит 2) од приемникот е Д2, тогаш позицијата на приемникот може да се ограничи на кругот формиран со пресек на две сфери со радиуси Д1 и Д2 со сателити 1 и 2 во центрите соодветно. Од оваа слика , позицијата на GPS приемникот може да се стесне до точка на кругот на пресекот. Ако додадеме трет сателит (сателит 3) со растојание D3 од GPS приемникот на постојните два сателити, тогаш локацијата на приемникот е ограничена на пресекот на трите сфери т.е. која било од двете точки. Во ситуации во реално време, не е остварливо да се има двосмисленост на GPS приемникот лоциран на една од двете позиции. Ова може да се реши со воведување на четвртиот сателит (Сателит 4) со растојание Д4 од приемникот. Четвртиот сателит ќе може да ја посочи локацијата на ГПС -приемникот од можните две локации што беа одредени претходно со само три сателити. Оттука, во реално време, потребни се минимум 4 сателити за да се утврди точната локација на објектот. Практично, ГПС системот функционира така што најмалку 6 сателити се секогаш видливи за објект (ГПС приемник) кој се наоѓа насекаде на Земјата. на GPS приемници GPS се користи и од цивили и од војска. Оттука, видовите на ГПС -приемници може да се класифицираат на Цивилни ГПС -приемници и Воени ГПС -приемници. Но, стандардниот начин на класификација се заснова на типот на код што примачот може да го открие. Во основа, постојат два вида кодови што ги пренесува ГПС сателит: Груб код за набавка (К/А код) и Р - код. Единиците за ГПС -приемници за потрошувачи можат да откријат само C/A код. Овој код не е точен и затоа цивилниот систем за позиционирање се нарекува Стандардна услуга за позиционирање (СПС). П -кодот, од друга страна, се користи од страна на војската и е многу точен код. Системот за позиционирање што го користи војската се нарекува Прецизна позиционирана служба (ППС). ГПС приемникот може да се класифицира врз основа на способноста за декодирање на овие сигнали. Друг начин за класификација на комерцијално достапните ГПС приемници се базира на способноста за примање сигнали. Користејќи го овој метод, GPS приемниците може да се поделат на: Единствени - Приемници за фреквентни кодови Единствени - Преносник на фреквенција - Приматели за измазнет код Единствено - Код за фреквенција и приемници за превозник Двојни - Приемници за фреквенција Апликации на системот за глобално позиционирање (ГПС) ГПС стана суштински дел од глобалната инфраструктура, слично на Интернет. GPS е клучниот елемент во развојот на широк спектар на апликации што се шират низ различни аспекти на модерниот живот. Зголемувањето на производството од големи размери и минијатуризацијата на компонентите ја намалија цената на ГПС приемникот. Мала листа на апликации каде ГПС игра важна улога е спомената подолу. Модерното земјоделство забележа раст во производството со помош на ГПС. Земјоделците користат ГПС технологија заедно со современи електронски уреди за да добијат прецизни информации за површината на теренот, просечниот принос, потрошувачката на гориво, растојанието што се поминува итн. Во областа на автомобилите, автоматски возила со водени возила најчесто се користат во индустриски или потрошувачки апликации. GPS им овозможува на овие возила во навигација и позиционирање. Цивилите користат GPS приемници за навигација. GPS приемникот може да биде посветен модул или вграден модул во мобилни телефони и рачни часовници. Тие се многу корисни во пешачење, патувања, возење итн. Дополнителните карактеристики вклучуваат точно време и брзина на возилото. Итните служби како пожар и амбулантна кола имаат корист од точното позиционирање на локацијата на катастрофата со помош на ГПС и можат да реагираат на време. Воената користи високопрецизни ГПС приемници за навигација, следење цели, проектили системи за водење, итн. Постојат бројни други апликации каде што се користи ГПС или огромен опсег на употреба во иднина. Поврзани објави: Безжична комуникација: Вовед, типови и апликации Мултиплексер и демултиплексер Зошто вашиот Интернет постојано се исклучува? Основи на вградена Ц програма Кои се MEMS сензорите?

Остави порака 

Список со пораки