Sisteme de navigație GPS

Ce este GPS ?

Sistemul de Pozitionare Globala (GPS) este un sistem de radio-navigatie globala format dintr-o constelatie de 24 de sateliti si statiile lor de la sol.

GPS-ul foloseste satelitii ca puncte de referinta pentru a calcula pozitiile cu o acuratete de domeniul metrilor , dar cu variante avansate de GPS se pot face masuratori cu o acuratete mai mica de un centimetru! Intr-un fel e ca si cum s-ar aloca o adresa unica fiecarui metru patrat al planetei. Receptoarele GPS au fost miniaturizate pina la nivelul a citeva circuite integrate astfel devenind si foarte economice.Aceasta face tehnologia foarte accesibila practic tuturor. La ora actuala GPS isi gaseste locul in masini , vapoare , avioane , echipamente de constructii , masini agricole , pina si computere portabile etc. GPS-ul a devenit aproape la fel de obisnuit ca un telefon.

Cum functioneaza GPS ?

Sa urmarim in continuare cum functioneaza GPS:

1.Baza GPS-ului este "triangulatia" de la sateliti.

2.Pentru a triangula , un receptor GPS masoara distanta folosind timpul de propagare al undelor radio.

3.Pentru a masura timpul de propagare GPS-ul are nevoie de o cronometrare precisa care poate fi obtinuta cu ajutorul unor trucuri.

4.Pe linga distanta este nevoie a se cunoaste exact unde se afla satelitii in spatiu.Orbitele aflate la mare altitudine si o monitorizare atenta sunt secretul.

5.In sfirsit , trebuie corectat semnalul radio de orice erori aparute la propagarea prin atmosfera.

Triangulatia

1.Pozitia este determinata prin masurarea distantei pina la sateliti.

2.Matematic avem nevoie de distanta pina la patru sateliti pentru a determina pozitia exacta.

3.Trei distante sunt de ajuns daca refuzam raspunsurile ridicole sau folosim unele trucuri.

4.Mai este nevoie de o masuratoare pentru cauze tehnice care vor fi discutate mai tirziu.

Masurarea distantei.

1.Distanta pina la un satelit este determinata prin masurarea timpului in care semnalul ajunge la noi de la satelit.

2.Pentru a face masurarea presupunem ca si satelitul si receptorul genereaza acelasi "Pseudo Random-Code" exact in acelasi timp.

3.Comparind cit de tirziu apare "pseudo-random code"-ul, fata de codul receptorului,determinam de cit timp a avut nevoie sa ajunga la noi.

4.Multiplicam timpul de propagare cu viteza luminii si obtinem distanta.

Daca masurarea timpului de propagare a semnalului radio este secretul bunei functionari a GPS,ceasurile trebuie sa fie cu adevarat bune pentru ca daca ar avea o eroare de o miime dintr-o secunda,la viteza luminii asta inseamna aproape 200 mile eroare! Din punct de vedere al satelitilor cronometrarea este aproape perfecta pentru ca detin ceasuri atomice care sunt incredibil de precise. Dar ce se intimpla cu receptoarele de la sol? Daca receptoarele ar avea nevoie de ceasuri atomice , GPS ar fi o tehnologie pe care nimeni nu si-ar putea-o permite. Din fericire proiectantii GPS-ului au avut ideea excelenta care ne permite sa avem niste ceasuri mai putin precise in receptoare.Aceasta idee este una din elementele-cheie ale GPS-ului si consta dintr-un element in plus care face ca fiecare ceas din receptor sa nu fie mai putin precis decit ceasurile atomice de pe satelit. Secretul unei sincronizari perfecte este efectuarea a inca unei masuratori la satelit. Asa este , daca trei masuratori perfecte pot localiza un punct in spatiul 3-D , atunci patru masuratori imperfecte pot face acelasi lucru. Masuratoarea in plus rezolva erorile de sincronizare. Daca ceasurile receptoarelor ar fi perfecte atunci toate domeniile satelitilor s-ar intersecta intr-un singur punct (care este practic pozitia noastra).Dar cu ceasuri imperfecte , o a patra masuratoare , facuta ca o verificare , nu se va intersecta cu primele trei. Deci computerul receptorului va spune "Oh , exista o discrepanta in masuratori. Nu sunt perfect sincronizate cu timpul universal. Pentru ca orice eroare de la timpul universal va afecta masuratorile , receptorul cauta un factor de corectie care poate reduce masuratorile de sincronizare pina se intersecteaza intr-un singur punct.Aceasta corectie face ceasul receptorului sa se sincronizeze cu timpul universal , si gata , aveti o acuratete atomica! Din moment ce aceasta corectie se aplica si la restul masuratorilor avem o pozitionare precisa. O consecinta a acestui principiu este ca orice GPS rezonabil va avea nevoie de patru canale pentru a face patru masuratori simultan. Cu acest "pseudo-random code" si o extra-masuratoare care ne fac perfect sincronizati la timpul universal avem tot ce ne trebuie pentru a masura distanta pina la un satelit in spatiu. Dar pentru a face triangulatia sa functioneze nu este de ajuns sa stim distanta , mai trebuie sa stim exact unde se afla satelitii.