Jak działa nawigacja GPS?

Historia alkoholu i alkoholizmu
Luty 14, 2019
Niesolidny pracownik – niesolidny pracodawca
Październik 8, 2019

Przez setki lat w nawigacji królowały narzędzia takie jak: kompas oraz busola. Oczywiście wspomagano się przy tym mniej, lub bardziej dokładnymi mapami. Jednak wyznaczanie pozycji z wykorzystaniem tego typu przyrządów było obarczone wieloma błędami. Jako przykład niech nam posłuży bardzo dobrze znana postać, a mianowicie Krzysztof Kolumb, który do końca swoich dni był przekonany, że dotarł do Indii, a jak wiemy była to oczywiście Ameryka.

Obecnie na szczęście nie mamy tego typu problemów, gdyż wspiera nas nowoczesna technologia. Mowa tutaj oczywiście o systemach pozycjonowania satelitarnego, gdzie niepodzielnie od kilkudziesięciu lat panuje nawigacja GPS. Jak jednak działa ten system?Kluczową rolę odgrywają tutaj satelity. Rozmieszczone są one na orbitach około 20 tyś. kilometrów nad Ziemią. Jaką rolę pełnią? Ich zadaniem jest permanentne nadawanie sygnału radiowego o określonej częstotliwości. Sygnał ten jest przechwytywany przez dobrze wszystkim znane odbiorniki. Jednak dlaczego akurat wykorzystujemy tutaj satelity, a nie np. nadajniki umieszczone na wysokich masztach? Odpowiedź jest prosta. Umieszczenie obiektów wysoko nad Ziemią sprawia, że wykorzystując niewielką ilość nadajników możemy pokryć zasięgiem całą Ziemię.

W przypadku GPS-Navstar wystarczą 24 satelity, aby w pełni pokryć Ziemię (widoczność przynajmniej 4 w tym samym czasie przez odbiornik).W jaki jednak sposób urządzenie do nawigacji GPS jest w stanie określić swoją pozycję? Kluczowe jest tutaj określenie drogi dzielącej nasz odbiornik oraz konkretnego satelitę. Jeżeli założymy, że prędkość fali radiowej jest taka sama i wynosi około 300 000 km/s oraz znamy czas w jakim dotarł do nas sygnał z konkretnego nadajnika, to w prosty sposób możemy określić dystans między nami, a konkretnym nadajnikiem. Ponadto konieczna jest tutaj również informacja o konkretnym położeniu nadajnika w przestrzeni. Jednak odległość od jednego satelity, to niestety za mało. Konieczne są przynajmniej 3 odległości, a żeby wyznaczyć pozycję w 3 wymiarach musimy znać 4 takie odległości.Kluczową rolę w działaniu systemu nawigacji odgrywa również tak zwany segment kontroli. Jego zadanie polega, pisząc bardzo ogólnie, na nadzorowaniu pracą całego systemu. W rozdziale poświęconym mechanizmowi wyznaczania pozycji napisałem, że konieczna jest również wiedza na temat konkretnej lokalizacji nadajników (satelity). Taka informacja przesyłana jest wraz z tzw. depeszą nawigacyjną. Za opracowaniem jej stoi właśnie segment kontroli. Ponadto należy również wspomnieć o tym, że pisząc o stałej prędkości fali radiowej dokonałem pewnego uproszczenia, gdyż zmienia się ona w zależności od konkretnego ośrodka, w którym się rozchodzi. Dlatego konieczne jest zastosowanie pewnych poprawek, tzw. poprawki jonosferyczne oraz troposferyczne. One również przesyłane są w depeszy nawigacyjnej opracowywanej przez segment nadzoru amerykańskiej nawigacji GPS.

Komentarze są wyłączone.