ГПС је навигациона технологија која помоћу сателита даје прецизне информације о локацији. У основи се ГПС систем састоји од групе сателита и добро развијених алата попут пријемника. Систем би, међутим, требало да садржи најмање четири сателита. Сваки сателит и пријемник су опремљени стабилним атомским сатом. Сателитски сатови су синхронизовани једни са другима и са земаљским сатовима. ГПС пријемник такође има сат, али није синхронизован и није стабилан (мање стабилан). Свако одступање стварног времена сателита од земаљског сата треба исправљати свакодневно. Из синхронизоване мреже сателита и пријемника потребно је израчунати четири непознате величине (три координате и одступање сата од сателитског времена).Рад ГПС пријемника је примање сигнала из мреже сателита за израчунавање три основне непознате једначине времена и положаја.
ГПС сигнал укључује псеудослучајне кодове и време преноса и сателитску позицију у то време. Сигнал који емитује ГПС назива се и носећа фреквенција са модулацијом. Даље, псеудо случајни код је низ нула и јединица. Практично, положај пријемника и помак такта пријемника у односу на системско време пријемника израчунавају се истовремено, користећи навигационе једначине за обраду времена лета (ТОФ). ТОФ су четири вредности које пријемник формира користећи време доласка и време преноса сигнала. Локација се обично претвара у географску ширину, дужину и висину у односу на геоиде (у суштини, средњи ниво мора). Тада се координате приказују на екрану.
Елементи ГПС-а
Структура ГПС-а је сложена. Састоји се од три главна сегмента свемирског сегмента, контролног сегмента и корисничког сегмента. Лансирање сателита у средњу земаљску орбиту напоран је посао. Свемирски сегмент састоји се од 24 до 32 сателита или свемирских возила у истој орбити, по 8 у три кружне орбите. Најмање шест сателита је увек у видокругу са готово свуда на земљиној површини.
Поред свемирског сегмента налази се контролни сегмент. У управљачком сегменту постоје главна управљачка станица, алтернативна главна управљачка станица, земаљске антене и надзорна станица. Кориснички сегмент састоји се од хиљада цивилних, комерцијалних и војних служби за позиционирање. ГПС пријемник или уређај се састоји од антене, подешене на фреквенцију коју преносе сателити. Такође укључује екран за приказ локације и времена.
ГПС пријемник је класификован према броју сателита које може истовремено да надгледа, то јест према броју канала. Пријемници углавном имају четири до пет канала, али недавна унапређења су показала да је направљено и до 20 канала.
Сателитска фреквенција: Све сателитске фреквенције емитовања. Фреквенцијски опсег се састоји од пет типова као што су Л1, Л2, Л3, Л4 и Л5. Ови опсези имају фреквенцијски опсег између 1176МХз и 1600МХз.
Како ГПС функционише
ГПС сателити ротирају се око земље два пута дневно. Врти се врло тачно и шаље индикације и информације на земљу. Пријемници ГПС-а добијају све информације и примењују триангулацију како би открили тачну локацију корисника. У основи, пријемник ГПС-а супротставља трајање ширења сигнала од стране сателита и додељује време пријема. Временска разлика формулише колико је пријемник удаљен од сателита ГПС-а. Мери тачну удаљеност са још неколико сателита, а пријемник одређује положај корисника и приказује га на мапи електронског уређаја.
Пријемник мора бити закључан на сигнал са најмање три сателита да би се добио дводимензионални положај и такође прати кретање корисника. Коришћењем четири или више сателита, пријемник може одредити тродимензионални положај корисника који се састоји од надморске висине, ширине и дужине. Након одређивања положаја корисника, ГПС јединица израчунава друге информације као што су брзина, лежај, траг, удаљеност, одредиште, излазак и време заласка сунца.
Колико је тачан ГПС?
Пријемници ГПС-а су врло тачни због паралелног вишеканалног дизајна. Паралелни канали су врло брзи и прецизни, мада одређени фактори попут атмосферске буке и поремећаја могу пореметити и понекад утицати на тачност ГПС пријемника.
Корисници такође могу добити побољшану прецизност помоћу диференцијалног ГПС-а (ДГПС), који исправља ГПС сигнале у окружени редовно од три до пет метара. Америчка обална стража управља најчешћом услугом корекције ДГПС. Систем садржи распоред торњева који добијају ГПС сигнале и емитују појачани сигнал предајницима. У циљу добијања тачног сигнала, корисници морају имати диференцијални пријемник и антену за праћење, осим ГПС-а.
Извори грешака ГПС сигнала
Фактори који могу покварити прецизност ГПС сигнала и тако утицати на тачност укључују следеће:
- Кашњење јоносфере и тропосфере - Сателитски сигнал се успорава док прелази слојеве атмосфере. ГПС систем користи уграђени модел који се користи за израчунавање редовног трајања препреке потребне за исправљање ове врсте нетачности.
- Више путања сигнала - До ове грешке долази када се сигнал одбије од објеката попут виших зграда и већих стена пре него што стигне до пријемника. Ово повећава укупно време трајања путовања сигнала и узрокује грешке и нетачност.
- Орбиталне грешке - Ове грешке су познате и као грешке ефемерида које се користе за израчунавање нетачности локације сателита.
- Број видљивих сателита - тачност зависи од тачног броја сателита које ГПС пријемник може видети. Фактори попут зграда, терена, електронских сметњи блокирају тачност и пријем сигнала што узрокује грешку у положају, а понекад нема очитавања сигнала. Обично не ради у затвореном, под водом и под земљом.
Апликације
ГПС машина није само за војну употребу надалеко позната по својој употреби у цивилним и комерцијалним службама. Неке цивилне апликације су:
1. Астрономија: Користи се у астрономији и прорачунима небеске механике.
2. Аутоматизована возила: Такође се користи у аутоматизованим возилима (возила без возача) за наношење локација за аутомобиле и камионе.
3. Мобилна телефонија: Савремени мобилни телефони опремљени су софтвером за ГПС праћење. Присутан је јер човек може знати свој положај и такође може пратити комуналне услуге у близини као што су банкомати, кафићи, седишта итд. Први ГПС са омогућеним мобилним телефоном покренут је 1990-их. У целуларној телефонији се користи и за откривање хитних позива и многих других апликација.
4. Помоћ у случају катастрофе и друге хитне службе: У случају било какве природне катастрофе, ГПС је најбољи алат за препознавање локације. Чак и пре катастрофа попут циклона, ГПС помаже у израчунавању процењеног времена.
5. Праћење флоте: ГПС је развојни алат познат по свом потенцијалу за праћење војних бродова током рата.
6. Локација аутомобила: Аутомобил са омогућеним ГПС-ом олакшава праћење његове локације.
7. Гео мачевање: У гео мачевању користимо ГПС за праћење човека, животиње или аутомобила. Уређај је причвршћен за возило, особу или на овратнику животиње. Пружа континуирано праћење и ажурирање.
8. Географско означавање: једна од главних апликација је географско означавање, што значи примена локалних координата на дигиталне објекте.
9. ГПС за рударство: Користи тачност позиционирања на нивоу центиметра.
10. ГПС туре: помаже у одређивању локације оближњих тачака интереса.
11. Анкетирање: Геодети користе Глобал Поситионинг Систем за цртање мапа.