Galvenais par GPS

GPS satelīts (Navstar-2F). Avots: http://www.flickr.com/photos/13868867@N06/

Pēdējos 10 – 15 gados Zemes mākslīgo pavadoņu navigācijas sistēmas ir revolucionāri ielauzušās visas cilvēces dzīvē. Ir kļuvis tik pierasti un ērti, izmantojot šo pavadoņu navigācijas sistēmu, noteikt atrašanās vietu un augstumu, mērīt kustības ātrumu un virzienu.

Šajā rakstā NeoGeo sniegs jums galveno informāciju par to, kā strādā Zemes mākslīgo pavadoņu navigācijas sistēmas.

Pašreiz globālā līmenī pasaulē pilnībā darbojas tikai 2 valstu pavadoņu navigācijas sistēmas, bet vēl 2 ir izstrādes un izpētes stadijā. Ir arī 2 navigācijas sistēmas, kas darbojas reģionālajā līmenī.

---

GPS direktorāta logotips

– GPS (ASV) – pilnībā darbojas globālajā līmenī;

GLONASS logotips

– GLONASS (Krievija) – pilnībā darbojas globālajā līmenī;

Galileo logotips

– Galileo (Eiropas Savienība) – plānots pilnībā globālajā līmenī realizēt 2014. gadā;

Beidou logotips

– Beidou (Ķīna) – darbojas reģionālajā līmenī. Plānots pilnībā globālajā līmenī realizēt 2020. gadā;

Indijas kosmosa izpētes organizācijas logotips

– IRNSS (Indija) – darbojas reģionālajā līmenī.

Japānas kosmosa pētniecības aģentūras logotips

– QZSS (Japāna) – darbojas reģionālajā līmenī.

ASV Aizsardzības ministrijas izstrādāto globālās pozicionēšanas sistēmu (GPS) sākotnēji izstrādāja militāriem mērķiem, bet kopš 1989. gada, pakāpeniski atceļot dažāda veida ierobežojumus, to sāka izmantot arī civilie lietotāji.

Neliels ieskats ASV izstrādātās GPS vēsturē:
– 1967. gadā tika palaists pirmais pavadonis, ar kuru veica navigācijas eksperimentus;
– 1974. gadā startēja pavadonis, ar kuru izmēģināja GPS tehnoloģijas;

GPS-Block I satelīts. Avots:www.kowoma.de

– 1978. gadā tika palaists pavadonis Navstar 1, kurš bija pirmais eksperimentālais 1. grupas (GPS Block 1) pavadonis. Līdz 1985. gadam tika palaisti vēl desmit GPS pavadoņi;

– Pēc 1983. gada avio traģēdijas, kad PSRS iznīcinātāji notrieca Korejas civilo pasažieru lidmašīnu, nogalinot 269 cilvēkus, ASV sāka pievērsties jautājumam par GPS izmantošanu arī civiliem mērķiem. Sākās pakāpeniska GPS ieviešana civilā lietošanā.

24 GPS satelītu simulācija. Avots:http://en.wikipedia.org

– 1988. gadā tika pieņemts lēmums par modernizētas GPS sistēmas (GPS Block 2) izveidi, kas sastāvētu no 24 pavadoņiem;
– 1989. gadā startēja pirmais 2. grupas pavadonis;
– 1994. gadā orbītā ievadīts 24. GPS pavadonis. Līdz ar to GPS sistēma ir pilnā sastāvā;
– 2000. gada 1. maijā tika atslēgta traucējumu sistēma (Selective Availability) civilajiem lietotājiem, kā rezultātā koordināšu noteikšanas precizitāte pieauga 5 reizes (no 100 m līdz 20 m);


– GPS ir atsevišķi signālu kanāli militāriem un civiliem mērķiem. Nepieciešamības gadījumā ASV var pilnībā atslēgt GPS civilo kanālu.
– Pašreiz GPS uztur ASV Gaisa spēki.

• Jebkura pavadoņu navigācijas sistēma (t.sk. GPS) sastāv no vairākiem elementiem:
– Pavadoņiem, kas atrodas Zemes orbītā.
– Vadības un kontroles sistēmām, kas atrodas uz Zemes. Tajās ietilpst arī iekārtas, kas nosaka pavadoņu precīzas koordinātas, lai vajadzības gadījumos nosūtītu komandas pavadoņa orbītas koriģēšanai, kā arī Zemes stacijas — radiobākas, kas palielina koordināšu noteikšanas precizitāti.
– Klientu uztvērēju ierīcēm, ar kurām nosaka objekta atrašanās vietu un citus navigācijas parametrus.

• GPS pašreiz savai darbībai izmanto 30 pavadoņus, kaut gan nepārtrauktam un pilnīgam darbam pietiekoši ir 24 pavadoņi.

• Katrs no GPS pavadoņiem apriņķo Zemi 1 reizi 12 stundās pa precīzi aprēķinātu orbītu.

• Pavadoņi pārvietojas Zemes orbītā 20 000 km augstumā ar ātrumu 11 000 km/h. Pavadoņi ir aprīkoti arī nelieliem dzinējiem, lai vajadzības gadījumā varētu koriģēt to orbītas.

• Pavadoņu orbītas ir aprēķinātas tā, lai jebkurā vietā uz Zemes nepārtraukti uztverami būtu 6 pavadoņi.

• Lai GPS mērījumi būtu ticami, ir nepieciešams uztvert signālu no 3 – 4 pavadoņiem. Jo lielāks uztverto GPS pavadoņu skaits, jo precīzāki mērījumi.

• Katrs no GPS pavadoņiem nepārtraukti raida signālus, kurus uztver GPS uztvērējierīces (rokas GPS, uz auto, kuģos, lidmašīnās u.c.).

• GPS uztvērēju darbība ir traucēta un mazāk precīza vietās, kur ir apgrūtināta pavadoņu signālu uztveršana – mežs, augstas ēkas u.c.

GPS uztvērēja darbības princips. Avots:www.gpsspec.com

• GPS uztvērējs aprēķina objekta koordinātas, nosakot attālumu starp uztvērēju un GPS pavadoņiem, izmērot laiku, kāds pagājis starp signālu raidīšanu no katra pavadoņa un to saņemšanu uztvērējā.

GPS uztvērējs. Avots: www.flickr.com

GPS navigators. Avots: www.flickr.com

• Tiek ražotas dažādas GPS uztvērējierīces, kuras nodrošina dažādas precizitātes mērījumus. Mērījumu precizitāte var tikt paaugstināta, izmantojot arī pozicionēšanas sistēmas bāzes stacijas uz Zemes. Tādas ir arī Latvijā – LatPos.

• Katrs GPS pavadonis ir aprīkots ar vairākiem īpaši precīziem atompulksteņiem, kuru precīzie laika mērījumi ir svarīgi mērījumiem. Šis precīzais laika mērījums ir iekļauts signālā, ko pavadonis nosūta. Ar šī signāla palīdzību GPS uztvērējs var noteikt pašreizējo laiku ar sekundes 100 miljardās daļas precizitāti. Šos signālus izmanto arī, lai sinhronizētu bāzes stacijas mobilo telefonu tīklos.

• Uz GPS pavadoņu pulksteņiem, lai gan tie ir ļoti precīzi, attiecas Einšteina relativitātes teorija (ātrā kustībā laiks „rit lēnāk”), kas nozīmē, ka šajos pavadoņos pulksteņu laiks pamazām sāk atpalikt no Zemes laika. Tas tiek koriģēts ar kontroles signāliem no Zemes.

• GPS ir process, kas ir izaugsmes stadijā. Sistēma tiek pastāvīgi uzlabota, jauni moderni pavadoņi sagatavoti darbam. Tas viss nozīmē, ka precizitāte būs arvien augstāka un sistēma kļūs aizvien noderīgāka.