Co to jest i jak działa GPS?

System GPS znajduje zastosowanie w celach wojskowych oraz cywilnych. Obecnie stosuje się go m.in. w nawigacji lotniczej, morskiej i lądowej (m.in. do nawigacji samochodowej), telefonii komórkowej, geodezji oraz turystyce (dostępne są odbiorniki GPS w wersji kieszonkowej, pozwalające np. na bezpieczne wędrowanie po górach). Dowiedz się, czym jest GPS oraz jak działa.

Co to jest GPS?

Global Positioning System (GPS) jest satelitarnym systemem nawigacyjnym o globalnym zasięgu. GPS wykorzystuje sztuczne satelity (minimum 24 niezależne od siebie) i pozwala wyznaczać współrzędne geograficzne oraz wysokości nad poziomem morza z dowolnego punktu, w którym zainstalowane są urządzenia odbiorcze.

Sztuczne satelity zostały umieszczone na orbicie przez Amerykański Departament Obrony do celów wojskowych (początki tworzenia systemu sięgają 1973 roku). W latach 80. XX wieku system udostępniono do użytku cywilnego. Obecnie GPS jest darmowy i dostępny z każdego punktu na świecie. Działa nieprzerwanie – 24 h na dobę, 7 dni w tygodniu.

Stosowane są 2 kody:

• precyzyjny (P) – jest zastrzeżony przede wszystkim dla wojska. Umożliwia bardzo precyzyjne wyznaczanie pozycji do 16 m i prędkości do 0,2 m/s,
• standardowy (C/A) – ogólnodostępny, daje dokładność lokalizacji do 100 m.

Jak działa GPS?

Satelity GPS są umieszczone na orbicie ziemskiej, gdzie 2 razy dziennie okrążają planetę po ściśle określonej trasie. Każdy ze sztucznych satelitów transmituje swój unikalny sygnał oraz parametry orbitalne. Urządzenia GPS (odbiorniki) dekodują ten sygnał i automatycznie obliczają lokalizację każdej satelity.

Pozyskane informacje odbiorniki wykorzystują do obliczania dokładnej lokalizacji użytkownika. Urządzenie mierzy czas potrzebny na odbiór wyemitowanego sygnału z satelity, co pozwala określić odległość użytkownika od satelity, a następnie na tej podstawie wyliczyć i przeanalizować jego dokładne położenie w danym momencie. Połączenie odbiornika z minimum 2 satelitami pozwala obliczyć szerokość i długość geograficzną. Połączenie z co najmniej 4 satelitami pozwala ustalić szerokość, długość i wysokość, czyli pozycję trójwymiarową. Przeciętnie odbiorniki GPS śledzą 8 lub więcej satelit (w zależności od położenia urządzenia oraz pory dnia).

Co warto wiedzieć o satelitach?

Satelity (21+3 zapasowe) są rozmieszczone na sześciu kołowych orbitach nachylonych do równika pod kątem 55 stopni, na wysokości około 20 200 km. Takie położenie pozwala uzyskać z każdego punktu na Ziemi dostęp do minimum 5 satelit. System zarządzany jest przez główną stację naziemną zlokalizowaną w Falcon (stan Colorado Springs w USA). 4 stacje pomocnicze mieszczą się na Hawajach, Diego Garcia, Kwajalein oraz Wyspach Wniebowstąpienia. Stacja główna odpowiada za analizę sygnałów nadanych przez satelity. Z pozyskanych danych tworzone są depesze nawigacyjne, które trafiają poprzez satelity do użytkowników.

Jaka jest dokładność odbiorników GPS?

Współczesne odbiorniki GPS są bardzo precyzyjne. Większość z nich (np. nawigacja samochodowa czy lokalizator GPS) rozpoczyna komunikację ze sztucznymi satelitami tuż po włączeniu. Renomowane urządzenia są w stanie utrzymać dokładność do około 10 m. Pewne zakłócenia mogą powodować niekorzystne warunki atmosferyczne.