GPS mobily PDA Martin Sekerk GPS Global position
GPS, mobily, PDA. . . Martin Sekerák
GPS - Global position system n n n GPS je globálny satelitný navigačný systém (GNSS) vypracovný Americkým ministerstvom obrany. Dalšie: ruský GLONASS, blížiaci sa európsky Galileo position system, francúzky Doris a COMPASS navigačný systém z Číny ale aj dalšie Využíva usporiadanie 24 a 32 satelitov pohybujúcich sa na strednej orbite Zeme, ktoré umožnujú prenos precízných mikrovlných signálov, ktoré umožnujú GPS prijímačom určit ich aktuálnu polohu, presný čas a rýchlost. NAVSTAR GPS - NAVigation Signal for Timing And Ranging a je riadený United States Air Force 50 th Space Wing. GPS je najčastejšie používané civilne ako navigačný systém
Časový prehlad n Prvý satelitný navigačný systém úspešne testovala Americká Armáda v roku 1960 a tento systém sa volal Transit. V roku 1967 v námorníctvo USA vyvinulo Timation družice, ktoré preukázali schopnosť niest presné hodiny vo vesmíre o ktoré sa technológia GPS sa opiera. n Roku 1978 bol vypustený prvý experimentálný blok Block-1 GPS satelit n Roku 1983 bol zostrelený Korean Air Lines Flight 007 potom čo zablúdil na územie ZSSR, prezident Ronald Regan vydal nariadenie aby GPS bolo volne dostupné n February 1989– vypustený prvý moderný Block-2 satelit n 8. decembra 1993 bol dosiahnutý počiatočný operačný stav systému (IOC - Initial Operational Capability). To znamenalo, že v systéme pracuje 21 navigačných a 3 aktívne záložné družice, ktoré poskytujú službu SPS. n 3. marca 1994 splnená podmienka pre dosiahnutie plného operačného stavu (FOC - Full Operational Capability) bola činnosť 24 družíc bloku II. n May 2000 –Selective Availibility bola zrušená
Zakladný princíp n n n Každý satelit neustále vysiela správy obsahujúce čas kedy bola správa poslaná, presnú orbitu daného satelitu a tiež všeobecné informácie o všetkých satelitoch. [Xi, Yi, Zi, Ti] Príjemca pozná čas, kedy prijal správu -Tri vzdialenosť Pi medzi satelitom a príjemcom môže byt vypočítaná ako (Tri - Ti). c Časová základňa užívateľského zariadenia je posunutá o neznámy časový interval Dt, ktorý môžeme prepočítať na vzdialenosť b = c Dt (kde c je rýchlosť svetla) K neznámym súradniciam užívateľa pristupuje teda neznáma b a pre výpočet polohy potrebujeme celkom štyri rovnice o štyroch neznámych (xi - x)2 + (yi - y)2 + (zi - z)2 = Pi + b
Zakladný princíp n Pre určenie pozície sa používa metóda trilaterácie. n Výsledne súradnice sú prenesené do užívateľsky prijateľnejšiej formy ako je zemepisná šírka a dĺžka alebo pozícia na mape, ktorá je zobrazená užívateľovi. n Zdá sa že pre určenie polohy postačia tri satelity keďže priestor má tri súradnice. n To však vyžaduje aby čas bol známy veľmi presne čo bežne hodiny nevedia poskytnúť. Použitie štyroch a viacej družíc umožňuje užívateľovi vyriešiť problém s časom a tiež vylepšiť geografickú pozíciu. n Vyriešiť problém s presným časom sa podarilo použitím štyroch a viacej satelitov.
Systémové detaily n Pôvodne bolo plánované, že družice budú obiehať na troch obežných dráhach vo výške 20, 200 km so sklonom k polárnej rovine 63°. n Tri obežné dráhy boli zvolené preto, aby k zaisteniu nepretržitého chodu celého systému stačili tri náhradné družice ktoré sú schopné kedykoľvek zaujať pozíciu poškodenej družice. n Táto voľba obežných dráh mala zaručiť stálu viditeľnosť minimálne šiestych a maximálne jedenástich družíc pri prípustnom elevačnom uhle 5° n Tým mala byť zaistená maximálna robustnosť systému n V prípade potreby je však možné meniť dráhu obehu aj ostatných družíc. Záložné družice sú aj na Zemi a je ich možné vyslať na obežnú dráhu v priebehu dvoch dní. n Doba obehu mala byť približne 11 h 58 min, čo sú skoro dva obehy za jeden siderický deň. To malo zaistiť periodický prechod nad riadiacou stanicou umiestnenou na území USA, ktorá komunikuje s družicami a prípadne koriguje ich dráhy
Systémové detaily n Neskôr bola prijatá nová koncepcia, sklon obežných dráh bol znížený na 55° n Počet obežných dráh bol zvýšený na šesť so štyrmi družicami na každej z nich. Teda počet družíc ostal 24 len sa premiestnili na nové obežné dráhy. n Od marca 2008 je na obežných dráhach aktívnych 31 satelitov, tieto prídavne satelity zvyšujú presnost výpočtov tým že poskytujú redudantné meranie. n Zo zvyšujúcim počtom bolo usporiadanie zmenené na nerovnomerné, a ukazuje sa že to zlepšilo spolahlivosť a dostupnosť systému oproti rovnomernému usporiadaniu. To sa prejavilo najme pri mnohonásobných výpadkoch satelitov.
Znázornenie dráh GPS satelitov obiehjucich okolo Zeme
Štruktúra GPS systému Kozmická n n zložka GPS systému je tvorená sústavou družíc, rozmiestnených na šiestych obežných dráhach vysielajúcich navigačné signály. Ako bolo spomenuté už skôr, systém je tvorený 24 družicami z ktorých je 21 navigačných a tri sú aktívne záložné. Každá družica je vybavená prijímacou a vysielacou anténou, atómovými hodinami, palivom pre trysky pohonu, akumulátori ktoré majú k dispozícii solárne panely Riadiaca n n je zodpovedná za plynulý chod celého systému. tvorená systémom hlavnej riadiacej stanice, štyroch monitorovacích pozemných staníc umiestnených v rôznych častiach sveta a troch vysielacích staníc, ktoré komunikujú s družicami. Hlavná riadiaca stanica (MCS - Master Station Control) je umiestnená v opevnenom bunkri v Skalistých horách blízko leteckej základni Falcon v Colorade a má špeciálnu ochranu. Monitorovacie stanice pasívne sledujú družice, prijímajú ich dáta, a tieto predávajú MCS. Tu sú na základe prijatých dát vypočítané presné parametre obežných dráh (efemeridy) a korekcie hodín pre jednotlivé družice. Vysielacie stanice potom tieto parametre minimálne raz denne odovzdajú družiciam. Tie potom vysielajú pomocou rádiových signálov efemeridy svojich obežných dráh a presný čas užívateľom do GPS prijímačov.
Štruktúra GPS systému Užívateľská n je tvorená GPS prijímačmi, užívateľmi samotnými, vyhodnocovacími n nástrojmi a postupmi potrebnými k vyhodnoteniu meraní. GPS prijímače vykonajú na základe prijatých signálov z družíc predbežné výpočty polohy, rýchlosti a času. Pre výpočet všetkých štyroch súradníc je potrebné prijímať signály aspoň zo štyroch družíc. Prijímače sa delia na jednokanálové a viackanálové. Jednokanálové prijímače sú vybavené len jedným vstupným kanálom, takže pri sledovaní viacerých družíc musia postupne prepínať tento vstupný kanál na jednotlivé družice. Viackanálové prijímače majú dostatočný počet vstupných kanálov, aby mohli súčasne sledovať všetky dostupné družice a tým zvyšovať presnosť výpočtu. Jednou zo základných úloh GPS je navigácia v trojrozmernom priestore. V poslednom čase nastal prudký rozvoj výroby GPS prijímačov v ručnom prevedení, ktorý by sa dal porovnať s rozvojom mobilnej komunikácie v posledných piatich rokoch
Technické údaje o systéme GPS n n n každý satelit neustále vysiela tzv. Navygačnú správu o rýchlosti 50 bit/s táto je rozdelená do troch častí ktoré su posielané po rámcoch trvajúcivh 30 s prenos každých 30 s je riadený precíznymi hodinami zo satelitu. prvých 6 sekúnd z každého rámca obsahuje informácie o satelitných hodinách dalšich 12 s obsahuje emphersis data, alebo dáta o orbite satelitu. Emphersis informácie sú aktualizované každé 2 hodiny posledná čast správy almanac obsahuje informácie o usporiadaní satelitov a vzťah GPS hodín vzhľadom k UTC Coordinated Universal Time. Táto časť dáva užívateľovi informácie o viditelnosti satelitov na základe uloženej pozície a času.
Technické údaje o systéme GPS n Signály GPS družíc sú vysielané na dvoch nosných frekvenciách: L 1 (1575, 42 MHz, vlnová dĺžka 19 cm) L 2 (1227, 60 MHz, vlnová dĺžka 24 cm) n GPS používa CDMA code division multiple acces správy sú kodóvané vysokou rýchlosťou s pomocou pseudo-random postupnosti, ktorá je iná pre každý satelit. Keďže príjemca pozná PRN pre každý satelit môže dekódovať správu. použité sú v skutočnosti dva kódy : C/A (coarse/acqusition) alebo tiež Gold code P ako precise kode. Frekvencia L 1 je modulovaná oboma kódmi C/A aj P avšak L 2 je modulovaná len P kódom. C/A je verejný kód určený pre civilné použitie a P- kód môže byť dekódovaný len pomocou P(Y) kódu ktorý je určený len pre vojenské účely. n n
Služby SA, SPS a PPS n SA - Selective Availability, výberový prístup spočíva v zámernom zhoršovaní presnosti merania vzdialenosti tým, že sa menila hodinová frekvencia signálu a efemeridy vo vysielanej navigačnej správe. Táto náhodná funkcia, ktorá zhoršovala presnosť merania, bola zavedená 25. 3. 1990 Po protestoch odbornej verejnosti však Americká vláda dna 1. 5. 2000 režim výberového prístupu (Selective Availability) zrušila ! Dosiahnuteľná presnosť GPS prijímačov v určení polohy je teraz 10 - 15 m n PPS - Precise Positioning Service presná polohová služba, ktorú využívaju len autorizovaný užívatelia. Táto služba pozostáva v prístupe k C/A kódu na nosnej frekvencii L 1 a k P - kódu (Precision code) resp. Y - kódu (šifrovaný Precision code) na frekvenciách L 1 a L 2 bez obmedzenia. K využívaniu služby PPS musí byť autorizovaný užívateľ vybavený špeciálnym GPS prijímačom, ktorý po zadaní hesla dokáže eliminovať umelú chybu SA a spracovávať šifrovaný Y - kód n SPS - Standard Positioning Service. Táto služba pozostáva v prístupe k C/A kódu a navigačným dátovým správam na nosnej frekvencii L 1 a je nepretržite k dispozícii všetkým užívateľom GPS po celom svete.
ASUS A 686 Intel 272 / GPS n n n Model: ASUS A 686 Ultra slim PDA a GPS stanica v jednom, Procesor Intel XScale s frekvenciou 312 MHz s pamäťou 128 MB RAM/ 64 MB flash ROM. Dotykový 3, 5" TFT displej má rozlíšenie 240 x 320 GPS príjmač s najnovším Si. RF Star III GPS chipom, zabudovaná GPS anténa, Operačný systém Microsoft Windows Mobile 5. 0 MIO P 360 PDA GPS § § § Kompatibilné so všetkými navigačnými programami určenými pre Windows Mobile 6 Kvalitný 20 -ti kanálový GPS prijímač s technológiou SIRFstar III s vysokou presnosťou a citlivosťou príjmu Rýchly procesor 400 MHz pre rýchlu a optimálnú prácu s navigáciou, okamžitý výpočet a prepočet trasy v prípade jej opustenia počas jazdy
Navigácia do mobilného telefónu
Špeciality
Ďakujem
- Slides: 17