GPS är en navigeringsteknik som, med hjälp av satelliter, berättar exakt information om en plats. I grund och botten består ett GPS-system av satellitgrupper och välutvecklade verktyg som mottagare. Systemet bör dock omfatta minst fyra satelliter. Varje satellit och mottagaren är utrustade med en stabil atomur. Satellitklockorna synkroniseras med varandra och markklockor. GPS-mottagaren har också en klocka men den är inte synkroniserad och är inte stabil (mindre stabil). Varje avvikelse från satelliternas faktiska tid från markklockan bör korrigeras dagligen. Fyra okända kvantiteter (tre koordinater och klockavvikelse från satellittid) måste beräknas från det synkroniserade nätverket av satelliter och mottagaren.GPS-mottagarens arbete är att ta emot signaler från nätverket av satelliter för att beräkna tre grundläggande okända ekvationer av tid och position.
En GPS-signal innehåller pseudorandom-koder och tid för sändning och satellitposition vid den tiden. Signalen som sänds av GPS kallas också bärvågsfrekvens med modulering. Vidare är en pseudorandom-kod en sekvens av nollor och enor. I praktiken beräknas mottagarpositionen och förskjutningen av mottagarklockan i förhållande till mottagarens systemtid samtidigt, med hjälp av navigationsekvationerna för att bearbeta flygtiden (TOF). TOF är de fyra värden som mottagaren bildar med hjälp av ankomsttid och signalens sändningstid. Platsen omvandlas vanligtvis till latitud, longitud och höjd i förhållande till geoider (i huvudsak genomsnittlig havsnivå). Då visas koordinaterna på skärmen.
Element av GPS
GPS-strukturen är komplex. Den består av tre huvudsegment i ett rymdsegment, ett styrsegment och ett användarsegment. Att skicka satelliten till en medium jordbana är ett ansträngande jobb. Rymdsegmentet består av 24 till 32 satelliter eller rymdfordon i samma omlopp, var och en i tre cirkulära banor. Minst sex satelliter är alltid synliga från nästan överallt på jordens yta.
Bredvid rymdsegmentet finns kontrollsegment. I styrsegmentet finns en huvudstyrstation, en alternativ huvudstyrstation, markantenner och övervakningsstation. Användarsegmentet består av tusentals civila, kommersiella och militära positioneringstjänster. En GPS-mottagare eller -utrustning består av en antenn, inställd på frekvensen som sänds av satelliter. Den innehåller också skärm för att ge plats och tid.
En GPS-mottagare klassificeras på antalet satelliter som den kan övervaka samtidigt, det vill säga antalet kanaler. Mottagare har i allmänhet fyra till fem kanaler men de senaste framstegen har visat att upp till 20 kanaler också har gjorts.
Satellitfrekvens: Alla satellitsändningsfrekvenser. Frekvensbandet består av fem typer såsom L1, L2, L3, L4 och L5. Dessa band har frekvensintervall mellan 1176 MHz och 1600 M Hz.
Hur GPS fungerar
GPS-satelliter roterar runt jorden två gånger om dagen. Det kretsar runt i en mycket exakt kurs och skickar ut indikationer och information till jorden. Mottagarna av GPS får all information och tillämpar triangulering för att upptäcka användarens exakta plats. I grund och botten kontrasterar mottagaren av GPS hur länge en signal sprids av en satellit och tilldelar tiden den mottogs. Tidsskillnaden formulerar hur långt mottagaren är från GPS-satelliterna. Det mäter det exakta avståndet med några fler satelliter och mottagaren bestämmer användarens position och visar den på kartan över den elektroniska apparaten.
Mottagaren måste vara låst till signalen med minst tre satelliter för att producera en tvådimensionell position och spårar också användarens rörelse. Genom att använda fyra eller flera satelliter kan mottagaren bestämma användarens tredimensionella position som består av höjd, latitud och longitud. Efter att ha bestämt användarens position beräknar GPS-enheten annan information som hastighet, bäring, spår, avstånd, destination, soluppgång och solnedgångstid.
Hur exakt är GPS?
GPS-mottagarna är mycket exakta på grund av den parallella flerkanaliga designen. De parallella kanalerna är väldigt snabba och exakta, även om vissa faktorer som atmosfärsljud och störningar kan stör och påverka GPS-mottagarnas noggrannhet ibland.
Användare kan också få förbättrad precision med Differential GPS (DGPS), som korrigerar GPS-signaler för att omges av en normal på tre till fem meter. US Coast Guard driver den vanligaste DGPS-korrigeringstjänsten. Systemet innehåller ett arrangemang av torn som erhåller GPS-signaler och sänder en krävd signal av fyrsändare. I syfte att få den exakta signalen måste användarna ha en differentiell fyrmottagare och fyrantenn förutom att ha en GPS.
Källor till GPS-signalfel
Faktorer som kan förstöra GPS-signalernas precision och därmed påverka noggrannheten innehåller följande:
- Ionosfär och troposfär förseningar - Satellitsignalen saktar ner när den korsar atmosfärens lager. GPS-systemet använder en inbyggd modell som används för att beräkna den regelbundna hindren som krävs för att korrigera denna typ av felaktighet.
- Signal multipath - Detta fel inträffar när signalen reflekteras från föremålen som högre byggnader och större stenar innan den når mottagaren. Detta ökar den totala tidslängden för signalens rörelse och orsakar fel och felaktigheter.
- Orbitalfel - Dessa fel kallas också efemerisfel som används för att beräkna felaktigheterna för satellitens plats.
- Antal synliga satelliter - noggrannheten beror på det exakta antalet satelliter som en GPS-mottagare kan se. Faktorerna som byggnader, terräng, elektronisk störning blockerar signalnoggrannheten och mottagningen vilket orsakar fel i position och ibland ingen läsning i signaler. Det fungerar vanligtvis inte inomhus, under vatten och under jord.
Applikationer
Inte bara för militärt bruk är en GPS-maskin allmänt känd för sin användning i civila och kommersiella tjänster. Några civila ansökningar är:
1. Astronomi: Används vid beräkningar av astrometri och himmelmekanik.
2. Automatiserade fordon: Det används också i automatiska fordon (förarlösa fordon) för att applicera platser för bilar och lastbilar.
3. Mobiltelefoni: Moderna mobiltelefoner är utrustade med GPS-spårningsprogramvara. Den är närvarande för att man kan känna till sin position och också kan spåra närliggande verktyg som bankomater, kaféer, begränsningar etc. Den första GPS-aktiverade GPS lanserades på 1990-talet. I mobiltelefoni används den också vid upptäckt för nödsamtal och många andra applikationer.
4. Katastrofhjälp och andra räddningstjänster: I händelse av naturkatastrof är GPS ett bästa verktyg för att identifiera platsen. Redan före katastrofer som cykloner hjälper GPS till att beräkna den beräknade tiden.
5. Fleet tracking: GPS är ett utvecklingsverktyg känt för sin potential att spåra militära fartyg under krigstiden.
6. Bilplats: En GPS-aktiverad bil gör det lättare att spåra dess plats.
7. Geofäktning: I geofäktning använder vi GPS för att spåra en människa, ett djur eller en bil. Apparaten är fäst vid fordonet, personen eller på djurets krage. Det ger kontinuerlig spårning och uppdatering.
8. Geotaggning: en av de viktigaste applikationerna är geotagging vilket innebär att man använder lokala koordinater på digitala objekt.
9. GPS för gruvdrift: Använder positioneringsnoggrannhet på centimeternivå.
10. GPS-turer: hjälper till att bestämma platsen för intressepunkter i närheten.
11. Lantmäteri: Lantmätare använder sig av Global Positioning System för att plotta kartor.