Technologie a principy GPS

                                            Co to je GPS

•      GPS - Global Positioning Systém, družicový systém pro stanovování polohy a času na povrchu
zemském a v přilehlém prostoru

•      Výhody: 24h denně nezávisle na počasí, kdekoliv na zemském povrchu, přesnost až cm, není
nutná přímá viditelnost, 3D souřadnice, rychlost --->efektivnost

•      Nevýhody: nutná přímá viditelnost na družice ---> problémy s měřením v hustých porostech,
zástavbách, nemožnost měření v podzemí, převod přímé spojnice bodů na zemský povrch (geocentrický
souř. systém WGS-84)

                                            Historie GPS

•      60. léta - Transit - 6 družic, přesnost 800m, nepřesné efemeridy, dostupnost 35-100 min

•      70.léta - Timotion - přesné vysílání času, použití pro projekt GPS

•      SSSR - Cyklon, Parus, Cikada obdoba amerických

Nedostatky: malá přesnost, dostupnost, 2D, čas

•      1973 budování GPS (NAVSTAR) dnes družice 2.-3. generace, připravuje se vypouštění 4. generace
s více frekvencemi

                                        Složení systému GPS

•      Kosmický segment: pův. 24 družic na 6 drahách, 20200km, doba oběhu 12h, dráhy skloněny 55° k
polární rovině, viditelnost 4-12 z každého místa na zemi

•      Řídící segment: 1hlavní řídící stanice (Colorado Springs), 5 monitorovacích a 3 řídící,
řízení, monitorování družic - nastavení přesných efemerid (oběžných drah), uchovávání přesného GPS
času

•      Uživatelský segment: uživatelé + přístroje + software

Přijímač tvoří anténa, radiofrekvenční jednotka, mikroprocesor, komunikační jednotka, paměť, zdroj



                                           Řídící segment

                                          Kosmický segment

                                            Signály GPS

•      2 nosné frekvence

•      L1 (1575,42MHz 19cm vlnová délka) modulována 2 navigačními kódy P a C/A

•      L2 (1227,60Mhz 24cm) modulace P kódem (šifrovaným Y kódem)

•      družicová navigační zpráva - obsahuje údaje o zdravotním stavu družic, pozici - efemeridy,
korekce hodin, údaje o ostatních družicích - almanach, ionosféře, společné časové základně

                                         Struktura signálů



                                          Určování polohy

•      Pomocí pseudovzdáleností - z kódových signálů P a C/A

•      Dopplerovská měření - měří se na nosné vlně, určuje se z důsledku relativního pohybu družice
a následné změny frekvence, možné určit nejen polohu, ale i rychlost

•      Fázová měření - stanovení fázového posunu nosné vlny, nutné stanovení počtu celých vlnových
délek tzv. ambiguit - softwarové zpracování, velmi přesné řádově v cm (nosné vlny 19 a 24 cm)

•      Pro 3D souřadnice nutné alespoň 4 družice (X,Y,Z + čas)



•      Absolutní určování polohy

1 přijímač, přijímání pouze PRN kódů (P, C/A), určení polohy přímo na místě, všechny GPS přístroje,
přesnost 10-20m

•      Relativní určování polohy

2 a více přijímačů, jeden na známém bodě, oprava o korekce, měření v reálném čase nebo
postprocessing)

Získávání korekcí: radiomodem, rádiové vlny (pobřežní pásma, WAAS), mobil, družicové systémy
Omnistar, Landstar, vlastní 2.přijímač, virtuální (pseudo) družice

DGPS(diferenční GPS) - síť referenčních stanic, technologie na odstranění chyb

                               Absolutní a relativní určování polohy

                                       Faktory přesnosti GPS

•      Uměle zaváděné - SA (Select Aviability), zrušeno květen 2000, Anti-Spoofing - kódování P kódu
na Y

•      DOP - ukazatel kvality konfigurace družic (RDPOP, PDOP, HDOP….

•      počet viditelných družic

•      synchronizace hodin

•      vliv atmosféry - ionosférická rekfrakce (lze odstranit 2 fázemi) troposférická refrakce
(určení pomocí atmosférických podmínek

•      poměr signálu /šum

•      Multipath - odraz od okolí, řeší se pomocí speciálních antén

                                             Druhy GPS

•      podle přijímaných signálů - kódové, fázové

•      podle počtu přijímaných družic -  jedno a více kanálové

•      podle přesnosti

•      podle využití - letecké, lodní, mapovací, časové, měřické, kosmické, navigační, turistické,
OEM moduly

                                           Další systémy

•      Glonass - ruská obdoba, ne zcela funkční

•      Galileo - projekt EU, probíhá realizace, 2007-8 funkční



Budoucnost: zvyšování přesnosti, bezpečnosti - kombinace GPS, Glonass, Galileo, zvyšování počtu
družic a jejich modernizace, přidání dalších nosných frekvencí, propojení se systémem GSM a
kombinace s INS