NEXT 7/2008 - Dokładna lokalizacja

Idea stworzenia ogólnoświatowego systemu pozycjonowania za pomocą satelitów powstała w latach 60. XX wieku. Gdy technika umożliwiła jej realizację, nawigacja satelitarna zaczęła wkraczać w coraz to nowe dziedziny życia, a dziś już praktycznie nie możemy się bez niej obejść.

Planowana struktura usługowa Galileo

Commercial Service - odpłatny serwis zapewniający zwiększoną dokładność pomiarów do wartości poniżej 1 m w pionie i w poziomie. Dzięki dostępowi do dodatkowych, kodowanych sygnałów zapewni gwarancje dokładności oraz umożliwi odbiór danych ze stacji naziemnych. Open service - nieodpłatny, dostępny dla wszystkich serwis lokalizacji i pomiaru czasu. Średnia dokładność będzie wynosiła około 10 m, a najlepsza – 4 metry. Analogicznie w przypadku pomiaru wysokości będzie to 22 i 8 m Public Regulated Service - specjalna usługa przeznaczona dla krajów Unii Europejskiej. Będą z niej korzystać instytucje publiczne związane z bezpieczeństwem, transportem i ochroną cywilną. Ma być dostępna także w sektorze energetycznym i telekomunikacyjnym. Zapewni dużą dokładność oraz wiarygodność otrzymywanych danych. Kraje niezrzeszone będą mogły z niej korzystać odpłatnie. Safety and Live Service - nieodpłatny, dostępny dla posiadaczy specjalnych odbiorników system pomiaru czasu i lokalizacji z funkcją informacji o obniżonej dokładności czy wadliwym działaniem usługi. Zapewni większe bezpieczeństwo np. w lotnictwie. Search and Rescue Service - specjalna usługa umożliwiająca odebranie sygnału pomocy wraz z dokładnym położeniem zagrożenia np. tonącego statku. Umożliwi komunikacje dwustronną pomiędzy użytkownikiem a operatorem, który będzie mógł zawiadomić odpowiednie służby ratownictwa

Dobra nawigacja satelitarna to taka, która zapewnia dokładną lokalizację obiektów statycznych oraz tych poruszających się z różną prędkością, np. samochodów w przestrzeni trójwymiarowej. Jej działanie powinno być niezależne od warunków atmosferycznych, pory dnia i nocy, a także pozostać niezakłócone wtedy, gdy widoczność jest ograniczona przez ciała stałe, np. gałęzie drzew w lesie.

Zasada działania

Funkcjonowanie systemów nawigacji satelitarnej oparte jest na umieszczonej na orbicie okołoziemskiej grupie satelitów połączonych w sieć radiową. Lokalizacja obiektów znajdujących się na powierzchni ziemi, ale także nad nią (statki powietrzne) odbywa się na zasadzie pomiaru czasu potrzebnego fali radiowej na przebycie drogi od satelity do odbiornika. Jak wiadomo, fala elektromagnetyczna porusza się niezwykle szybko (około 300 tys. km/s), a odległość pomiędzy użytkownikiem a satelitą jest mikroskopijna w takiej skali porównawczej. Aby zmierzyć ten niewielki czas, nadajniki wyposażone są w kilka zegarów atomowych (w GPS 4 szt. na 1 satelitę) synchronizujących wysyłany przez nie sygnał. Do zadań odbiornika należy już tylko porównanie opóźnień otrzymanych z co najmniej 2 satelitów, aby w przybliżeniu określić położenie.

Na podobnej zasadzie mierzone jest również położenie użytkownika względem poziomu morza. Jest to proste do wykonania, ponieważ wszystkie satelity znajdują się na takiej samej, stałej wysokości (około 20 tys. km ponad ziemią). Dokładny pomiar uzyskamy dopiero po analizie sygnałów z co najmniej czterech nadajników. Zegary umieszczone na satelitach wymagają ciągłej synchronizacji z naziemnymi stacjami, które w stabilnych warunkach odmierzają czas referencyjny.

GPS – amerykański monopolista

Najpopularniejszym systemem nawigacji satelitarnej, którego tworzenie rozpoczęło się w latach 70. XX wieku, jest GPS (Global Positioning System). Zbudowany na potrzeby armii amerykańskiej, stał się bardzo popularny na świecie, kiedy to w 1993 roku zezwolono na jego cywilną eksploatację.

Przy wykorzystaniu do celów prywatnych jest całkowicie darmowy, jednak nie oferuje takiej dokładności jak w przypadku zastosowań militarnych czy komercyjnych. Kierowcom podróżującym po świecie wystarczy, że ich odbiornik sprzężony z mapą określi położenie z dokładnością do około 5 metrów, aby skutecznie wskazać trasę. Natomiast żołnierz programujący cel dla inteligentnych pocisków, zamiast wyznaczać cały budynek do zniszczenia, może określić piętro czy nawet okno, w które ma trafić rakieta.

Struktura systemu GPS

System GPS składa się z trzech elementów: segmentu kosmicznego, naziemnej infrastruktury kontroli i łączności oraz części użytkowej. Na sześciu kołowych orbitach nachylonych pod tym samym kątem względem równika poruszają się aktualnie 24 satelity główne, bardzo równomiernie rozmieszczone nad powierzchnią naszego globu. Jak łatwo obliczyć, na każdej z orbit znajdują się cztery takie urządzenia, które w ciągu ok. 12 godzin obiegają Ziemię. Tak przemyślany układ satelitów sprawia, że w każdym miejscu na planecie odbiornik znajduje się w zasięgu co najmniej czterech z nich, a to już wystarczy do dokładnego określenia lokalizacji użytkownika.

W razie potrzeby wykorzystywane są cztery dodatkowe satelity uzupełniające. Jest to rozwiązanie stosowane w przypadku wyjątkowo niekorzystnego ułożenia nadajników względem odbiornika poruszającego się z dużą szybkością. Taka sytuacja przydarzyła się na pewno każdemu kierowcy korzystającemu z cyfrowej mapy, kiedy to jego auto, zamiast na drodze zostało zlokalizowane kilkadziesiąt metrów obok, np. w polu kukurydzy. W lotnictwie takie przekłamanie jest niedopuszczalne, ponieważ mogłoby mieć katastrofalne skutki.

Kolejny element systemu GPS to stacje naziemne, z których najważniejszą jest główna stacja kontroli mieszcząca się w Colorado Springs (USA). Spływają do niej dane z rozmieszczonych na całym świecie stacji monitorujących i kontrolnych. Na ich podstawie uaktualniane jest oprogramowanie urządzeń działających na pokładach wszystkich satelitów. Czasem może zajść również konieczność niewielkiej korekty orbity danego satelity, choć mniejsze odstępstwa z powodzeniem można wyliczyć i przesłać do pozostałych nadajników w formie odpowiedniej poprawki.

Ocena:    (aby ocenić, musisz się zalogować w serwisie)

 del.icio.us |  Wykop mnie |  Digg this story |  dodajdo.com

• Nie tylko nawigacja drogowa »
  odblokowanie PND i wymiana mapy w zestawach do nawigacji
• Nadspodziewanie udana nawigacja »
  nawigacja Modecom
• Świat podzielony na komórki »
  telefonia komórkowa
• Android bez tajemnic »
  odkrywamy tajniki mobilnego systemu Google
• Koniec anonimowości »
  rozpoznawanie twarzy i identyfikacja osób