Global Positioning System: GPS

Global Positioning System: GPS
Jiří Špičák
Global Positioning System
Obsah






Historie
Kosmický segment
Princip funkce
Řídící segment
Uživatelský segment
Rozšiřující systémy
Historie






Vojenský polohový družicový systém
Následník GNSS Transit (NAVSTAR GPS) 19641996
Spojení projektů určování polohy USAF a času US
Navy
18, 24 družic
Od r. 1980 senzory pro jaderné výbuchy
Pro vojenský i civilní sektor (1994)
GNNS – Global Navigation Satellite System
Kosmický segment




Výška 20 tis. km
Původní plán 24 družic
6 kruhových drah
Mezní počet 32
Princip funkce - vysílání


generace: GNSS-1, GNSS-2: GPS-III, Galileo
(zvýšená přesnost, tísňový mód)
Družice vysílají signál (~1176-1576 MHz),
obsahující kanály:






L1: C/A kód (civil.), P(Y) kód (vojenský); (M kód)
L2: P(Y) kód; (M-kód, C-kód)
L3: monitoring jaderných výbuchů, balistických raket
L4: ionosferické refrakce (korekce zpoždění)
Navigační zpráva: časové a provozní údaje (almanach),
efemeridy (predikce dráhy družice),
GPS III: Safety-of-life, C kód (civilian), M kód (military)
GNNS – Global Navigation Satellite System
Princip funkce - vysílání

CDMA modulace – rozlišuje družice na stejné
frekvenci podle PRN kódu
C/A:
1 023 bit,
1,023 Mbit/s
P(Y):
2,35 × 1014 bit
10,23 Mbit/s
PRN – Pseudonáhodné číslo
Princip funkce – zjištění polohy

Dálkoměrný systém
Princip funkce - příjem

Výpočet polohy nejčastěji kódově: na základě času a
polohy družic matematicky



Signál ze 3 družic – neplnohodnotná navigace 2D (bez
nadmořské výšky)
Družice musí být více než 5°-10° nad obzorem
(ovlivnění atmosférou)
Referenční systém WGS 84


Geodetické datum – model zemského tělesa: elipsoid
(druhá aproximace geoidu)-výška nad elipsoidem, čas
Systém zeměpisných souřadnic
čas – na týdny, maximum 1024. Poslední nulování 1999.
Princip funkce - příjem

Další metody výpočtu polohy:

Fázová – měří fáze harmonických vln zdroje a jejich změny.
Přesná, časově a technicky náročná (korekce nejednoznačností).
Používaná ve vědeckých a geodetických aplikacích.

Dopplerovská – měří změnu frekvence pohybujícího se zdroje
vzhledem k příjemci

Úhloměrná – zaměření družice a určení úhlu k vodorovné rovině.
Malá přesnost, náročná.
Řídící a kontrolní segment





Výdaje ~ 800 mil. $ ročně
Velitelství na letecké základně LA
Řídící středisko na letecké základně UASF Colorado
3 povelové stanice na USAF základnách (+Cape
Canaveral)
18 monitorovacích stanic (Aljaška, Tahiti, Ekvádor,
Argentina, Anglie, Jižní Amerika, Bahrain, Jižní
Korea, Austrálie, Nový Zéland
Řídící a kontrolní segment



Povely družicím, údržba/korekce atomových hodin
Výsledek v navigační zprávě, platnost několik hodin
Komunikace s uživateli: GPS NANU zprávy
(odstávky atp.)
Uživatelský segment

Přijímače:






Jednofrekvenční
Dvoufrekvenční
Vícefrekvenční
Kódové
Kódové a fázové
Uživatelé


Autorizovaní - P(Y) kód: armáda, zbraňové systémy
Ostatní – civilní sektor: doprava, geodézie, archeologie,
lesnictví, turistika, zábava, přesný čas
Uživatelský segment
Rozšiřující systémy




SBAS - Satellite Based Augmentation Systems –
rozšíření o uživatelské komunikace o pozemní
stanice, které zpracovávají údaje z geostac. družic
GBAS – obdobně jako SBAS, komunikují s
uživatelem terestricky
IGS (International GNSS) – 300 stanic, monitorují a
dopočítávají efemeridy, korekce hodin, ionosférické
zpoždění atd.
ILRS (International Laser Ranging Service) – ve
vývoji, umožňuje zjistit polohu družice (pomocí
reflexního zrcadla)
Zdroje



Wikipedie
gis.zcu.cz
Google.com
Děkuji za pozornost