A GPS rendszer

Közzétéve: 2009.03.11.

Érdekességek
25 éves a CD lemezA 3D filmA 3D TVA billentyűzet fejlődése, történeteA böngészők fejlődéseA DOS rövid történeteA GPS rendszerA GSM rendszer működéseA Holdraszállás informatikai háttereA Linux történeteA műholdak szerepe az infomatikábanA rádióA smiley születéseA szuper, és a nagy számítógépekA táblagépek történeteA TV-k új generációiA videózás történeteA világ első számítógépeiA vonalkód és az RFIDA Windows rövid történeteAz adattárolás fejlődéseAz adattovábbítás módszereiAz első digitális fényképezőgépAz első számítógépes játékAz érintőképernyő (Touch screen) működéseAz Internet történeteFilekezelők, CommanderekHogyan működik a monitor?Hogyan működik a nyomtató?Hogyan működik a projektor?Informatika a légiközlekedésbenInformatika a zenébenIntelligens épületekIP ma és holnapKorai számítógépes játékokKözösségi hálózatokKözösségi hálózatok IIMagyarország Internetes InfrastruktúrájaMerevlemez históriaMilyen nyelven ért a számítógép? - A programozási nyelvek történeteMobiltelefon generációkScanner-ek Varázsszavak: processzor, órajel…Zenei fájlformátumok
KI-KICSODA az informatikában
Legendás IT cégek
Protokoll mindenkinek
A GPS rendszer

A lányomékhoz utaztunk Walesbe, amikor először találkoztam a GPS-szel. Egy ismerős vitt haza a repülőtérről, és az ő kocsijában volt ez a szerkezet. Az odafelé vezető úton kanyargós erdei utakon navigálta őket, ezért elhatározta a sofőr, hogy visszafelé nem hallgat a műszerre, hanem az autópályán megy térkép után. Mindannyiunknak nagyon tetszett, hogyan figyelmeztet a GPS állandóan, hogy rossz irányba megyünk. Azóta, ha együtt ülünk a kocsiban, gyakran idézzük a GPS figyelmeztetését: „100 m múlva balra…balra…mondtam, hogy balra!”

A navigálós csúcstechnológia: a GPS

A GPS szó a Global Positioning System (vagyis Globális Helymeghatározó Rendszer) nevű műhold-alapú navigációs módszer rövidítése. Amellett, hogy a pontos helyet (a tengerszint feletti magasságot is!) szolgáltatja, képes a sebesség pontos jelzésére is.

Kezdjük a történettel. A tájékozódás igénye a civilizációval egyidős. A csillagok voltak az első biztos tájékozódási pontok, de már az ókorban építettek világító tornyokat a hajósok számára. Forradalmi újítás volt az iránytű, és az egyre pontosabb térképek.

A második világháború alatt a radartechnika fejlődött sokat, amivel a tárgyak helyzetét lehetett meghatározni. Ekkor már használták a háromszögelés módszerét, ami a GPS - nek is az egyik alapja.

A háromszögelés nagyon egyszerű. Ha van két ismert pontom, akkor az én pozícióm és a két pont között két egyenes húzható, amelyeknek az egyetlen metszéspontja az én helyzetem. Így tehát, ha tudom a két távolságot, a pozícióm a síkban egyértelműen meghatározható.

Később a földi rádióadók ismert helyzetéből ugyancsak háromszögeléssel lehetett a helyet meghatározni. Igaz, csak síkban, és elég pontatlanul. Már a 60-as években, az első kommunikációs műholdak fellövése után megjelentek a Doppler effektuson alapuló helymeghatározó rendszerek.

A Doppler effektust mindenki észlelte már, amikor egy szirénázó mentő ment el mellette. Amikor közelít, magasabb a hangja, mint amikor távolodik. Ugyanígy a rádióhullámok frekvenciája is változik, ha az adó és a vevő egymáshoz képest közeledik vagy távolodik.

A szovjet CIKADA teljesen titkos volt, az ugyanekkor kiépített amerikai NNSS-t viszont a civilek számára is elérhetővé tették. Ezek a rendszerek óránként tudtak kétdimenziós koordinátákat szolgáltatni. A hadseregek számára ez kevés volt. Nekik 3 dimenziós adat kellett, és olyan gyorsan, hogy egy vadászrepülőt is követni lehessen vele.

A GPS ma is létező rendszerét a 70-es években tervezték meg, és kezdték kiépíteni. Úgy gondolták, hogy 150 m-es pontosság is elérhetővé válik vele. Az első 10 műhold pályára állítása után kipróbálták a rendszert, és a várakozásokat jócskán felülmúlva 30 m-es pontosságot értek el. A teljes rendszer 24 műholdból áll (egy ilyen műhold látható a képen.). Érdekesség, hogy a védelmi minisztérium nem akarta, hogy ilyen fejlett rendszer álljon a civilek rendelkezésére, ezért a további műholdak szándékosan rontották a civil elérést. Ez volt a Selective Availability (SA, korlátozott hozzáférés). Ez az intézkedés nem várt eredményt hozott: civil mérnökcsapatok rövid idő alatt nagy sikereket értek el a néhány méter pontosság felé vezető kutatásokban! Az Egyesült Államok védelmi minisztériuma (talán pont ezen oknál fogva) 2000-ben kikapcsolta az SA-t.

Akkor lássuk magát a hálózatot:

A helymeghatározás 24 db műhold segítségével történik, melyek a Föld felszíne fölött 20200 km-es magasságban keringenek, az Egyenlítővel 55°-os szöget bezáró pályán. Egy-egy műhold nagyjából naponta kétszer kerüli meg a Földet. Az égbolton sík terepen egyszerre 7-12 műhold látható, melyből a helymeghatározáshoz 3, a tengerszint feletti magasság meghatározásához pedig további egy hold szükséges.

Minden műholdon két darab rubídium vagy cézium atomóra van. A lesugárzott jelből is kétféle létezik, az egyik a durva elérés (polgári használatra) ezred-másodpercenként 1023 jellel, a másik a finom elérés (katonai célokra) ezred-másodpercenként 10230 jellel. Az előbbi néhány méteres (15m-en belüli) pontosságú, az utóbbi egy méteren belüli. Ha már a pontosságnál tartunk: a jelek a légkörön keresztül vándorolnak, amely soha nem állandó. Különösen az ionizált részecskékből álló réteg lassít sokat a jeleken. A műholdak pályája sem teljesen állandó, hat rájuk a Nap, a Hold gravitációs ereje, és a napszél is. Egy – egy rögzített földi állomás ki tudja mérni ezeket a hibákat, és korrekciót képes számolni, amivel a (kb. 100 km-es) környezetében mm-es pontosságot is el lehet érni.

Az eljárás lépései:

  1. A GPS-vevő folyamatosan rendelkezik a műholdakon lévő atomórák pontos idejével.
  2. Ismerni kell a vevő és a műholdak pontos távolságát, amihez a műholdak aktuális pályájának és a kisugárzott jel megérkezési idejének ismerete szükséges. A készülék bejelentkezésekor ezek az adatok töltődnek le, illetve kerülnek mérésre.
  3. Legalább 4 műhold láthatósága esetén „háromszögeléssel” meghatározható a földfelszíni pozíció.
  4. Hibák és korrekciók

Ez a rendszer tökéletesen kiszolgálja a hadsereg (és főleg a polgári lakosság) igényeit. A nap 24 órájában elérhető, független a helytől, a tengerszint feletti magasságtól, és a sebességtől. Valóban használható akár egy vadászgépen is.

Persze a hátrányait is fel kell sorolnunk:

A szükséges adatok vétele viszonylag hosszú időbe telik (bekapcsolás után pár perc).

Csak nyílt, fedetlen területeken alkalmazható (pl. alagútban nem).

Az épületekről visszaverődő jelek zavart okozhatnak a mérésben.

A ritkán előforduló erős napkitörések idején használhatatlanná válhatnak.

Még néhány adalék. Már régóta nem csak az eredeti GPS elérhető.Ha a vevő az ingyenes WAAS (Amerika), EGNOS (Európa) illetve MSAS (Japán) rendszer jeleit is felhasználja, 4 méternél jobb pontosságra lehet képes.

Léteznek előfizetéses szolgáltatások is: Az OmniStar VBS nevű kiegészítő rendszer például fél és egy méter közötti pontosságot garantál, az OmniStar HP (alul) pedig 10-15 cm-eset! Egy ilyen rendszer üzembe helyezésének és használatának költsége azonban jelenleg még néhány millió forintra rúg.

Vissza a listára