GPS



«Wir werden weiterhin den Service der GPS-Standard-Positionierung für friedliche Zwecke der zivilen, kommerziellen und wissenschaftlichen Nutzung auf globaler Ebene ständig und ohne auferlegen direkte Gebühren für die Nutzer. »

Bill Clinton, am 28. März 1996.

Was ist GPS?

GPS ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, das so konzipiert ist, dass es jederzeit über Standort, Geschwindigkeit und Zeit überall auf der Erde, jederzeit und bei jedem Wetter informiert werden kann.

Die Bezeichnung Navstar GPS bedeutet: Navigationssystem durch Timing und Ranking Global Positioning System.

Das GPS ermöglicht eine sofortige Positionierung mit einer Position, die von hundert Metern bis zu einigen Metern reicht (95% der Fälle). Einige Geräte erlauben nach verspäteten Korrekturen von Messungen, Genauigkeiten in der Größenordnung von Zentimeter zu erreichen. Natürlich ist klar, dass die beste Leistung eine erhebliche Infrastruktur erfordert und höhere Kosten verursacht.

Ein bisschen Geschichte!

Die Stadien der Entwicklung des GPS:
- 1973, Programmstart unter der Ägide des Verteidigungsministeriums (DoD) USA.
- 1974-85, Prüfung der ersten Empfänger, startet die ersten Satelliten des "Block I".
- 1983, Crash mit der Boeing - 747 von Korean Airlines (KAL 007) abgeschossen von einer sowjetischen Mig. Das Navigationssystem öffnet sich zu zivilen Anwendungen.
- 1986, Weiterentwicklung des Systems mit den Starts von Satelliten des "Blocks II".
- 1990, am 25. März, setzen nach der SA (Selektive Verfügbarkeit).
- 1991 ist die SA vorübergehend während des ersten Golfkrieges deaktiviert, was zu einer fantastischen Förderung von GPS führt.
- 1995, 17. Juli, die USA angekündigt, dass GPS-System voll funktionsfähig ist.
- 1997, startet von Satelliten des "Blocks IIR.
- 2000, kann 1, die SA ist deaktiviert.

Wie funktioniert GPS?

Das GPS-System hat drei Hauptkomponenten und basiert auf einem Netzwerk von Satelliten, die Funksignale aussenden:

i) Die Raumkomponente bildete (nominell) von 24 Satelliten in der Umlaufbahn um die Erde (über 20000 km). 21 davon sind Navigationssatelliten und 3 sind Backup-Satelliten. Umlaufbahnen sind bei 55 ° gegenüber dem Plan von Ecuador geneigt und ihre Periode beträgt ca. 12 Stunden. Diese Konfiguration ermöglicht es einem Tuner an der Oberfläche oder über der Erde, Signale von fünf bis acht Satelliten zu empfangen, 24 Stunden pro Tag. Die Satelliten übertragen kontinuierlich ihre Positions- und Zeitdaten, die von GPS-Empfängern empfangen und verarbeitet werden, um die dreidimensionale Position des Benutzers (Breitengrad, Längengrad, Höhe), Geschwindigkeit und Zeit zu bestimmen.

ii) Die Steuerungskomponente bestehend aus einer Hauptsteuerstation in Colorado Springs, fünf Tracking Stationen und drei Erdbasierten Antennen, die um das Land verteilt sind. Die Tracking Stationen überwachen alle GPS-Satelliten im Blick und sammeln die in ihren Nachrichten enthaltenen Daten. Diese entfernten Stationen sind in der Lage, die Position jedes der GPS-Satelliten zu verfolgen und zu überwachen. Die Verfolgungsstationen übermitteln die von den Satelliten erhaltenen Daten an die Hauptsteuerstation, die dann die sehr präzisen Umlaufbahnen der Satelliten berechnet. Diese Daten werden dann als aktualisierte Navigationsmeldungen für jeden Satelliten formatiert.Updated Daten werden dann auf einem Uplink zu jedem Satelliten von Erdantennen gesendet. Diese Antennen werden auch zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet.

iii) Die Benutzerkomponente, die die Empfänger enthält.

Satelliten senden sogenannte "Träger" Funkwellen auf zwei verschiedenen Frequenzen L1 bei 1,6 GHz und L2 bei 1,2 GHz mit Wellenlängen von 19 bzw. 24 cm. Aus diesen Signalen werden zwei Codes abgeleitet, die sogenannten Pseudozufallscodes. Dies ist der Code p (genauer oder geschützter Code) auf den Frequenzen L1 und L2, die normalerweise für die US-Armee (Wellenlänge von 30 m) reserviert sind. Sie wurde durch einen geheimen Code mit dem Namen Y (1994) und den Code C / A ersetzt (Grob- / Erfassungscode) auf Frequenz L1 (Wellenlänge 300 m). Die Frequenz der Trägerwellen und die Reihenfolge der Codes werden durch Atomuhren an Bord von Satelliten bestimmt. Jeder der Satelliten gibt seine eigenen Pseudo-Zufallscodes C / A und p aus. Der GPS-Empfänger hat im Speicher die vollständige Liste der Codes, um die Satelliten zu identifizieren, in denen sie Signale empfängt. Die maximale Genauigkeit, die durch den C / a-Code (nur zugänglich) erhalten werden kann, ist die Reihenfolge des Messgerätes. Deshalb, neben diesen Codes, GPS auch die Phase dieser Funkwellen, um die Genauigkeit zu verbessern gibt es 2 Arten der Nutzung des GPS-Systems:
- Absolute Positionierung oder Pseudo-Distanz oder autonomer Modus: Er wird vom Empfänger des Empfängers berechnet, der den Abstand zwischen ihm und den verschiedenen Satelliten mit den C / A- oder P-Codes misst. Diese Positionierung ist nicht sehr präzise, ​​sie variiert von wenigen Metern bis zu 100 Metern. Seine Hauptnutzung ist die marine oder terrestrische Navigation. Wir verwenden die sogenannten First Class GPs.
- Relative oder differentielle Positionierung: Der Abstand wird entweder aus den Codes oder der Phase gleichzeitig in zwei Stationen (Receiver) berechnet. Ein Empfänger ist fixiert, die Station genannt, und der andere ist mobil.

Das Ergebnis ist der Vektor zwischen diesen beiden GPS. Dieser Modus erlaubt es, die Fehlerquellen weitgehend zu korrigieren. Die Genauigkeit ist so verbessert und erreicht bis zum Subzentimeter. Diese Positionierung kann sein:
- Zur verspäteten Zeit (mit einer Nachbearbeitung)
- Echtzeit: Beobachtungen der Station werden per Funk an die mobile Empfängerausrüstung gesendet, um sofortige Korrektur und Genauigkeit auf dem Boden zu ermöglichen.

Es wird für die genaue Lage und Umfragen verwendet

Das Signal breitet sich bei der Lichtgeschwindigkeit aus, ist die Gleichung: Abstand = Fahrzeit x Lichtgeschwindigkeit.

Die GPS-System-Subtilität basiert auf einem System von perfekt synchronisierten Atomuhren und genau sind mit dem Satelliten ausgestattet. Um die Zeit zu kennen, die für das Signal benötigt wird, um den Empfänger zu erreichen, muss er bestimmen, wann das Signal gestartet wurde. Um dies zu tun, erzeugt jeder Satellit seinen eigenen Code, der vom Empfänger erkannt werden muss.

Es berechnet dann das sogenannte Phasing-Out, d.h. die Differenz zwischen dem vom Satelliten emittierten Signal und demselben Signal, das vom Empfänger wiedergegeben wird. Die Ergebnisse der Berechnungen hängen also von der Genauigkeit der Uhr ab, da der Code gleichzeitig vom Empfänger und vom Satelliten erzeugt werden muss. Um Taktverschiebungen von GPS-Empfängern zu kompensieren, ist es notwendig, die Messungen eines vierten Satelliten zu verwenden, um den Fehler seiner Uhr einzustellen.

Wie die Fehlerkorrektur im Relativmodus durchgeführt wird

Die Hauptquellen der systembedingten Fehler sind:

- Atmosphärische Schichten (Troposphäre und Ionosphäre): Sie können Fehler bei Lokalisierungsergebnissen verursachen; Das Funksignal kann verzögert oder beschleunigt werden, wenn es durch seine Schichten geht.

- Systemfehler wie Satelliten-Trajektorienprobleme (Ephemeris-Fehler) oder unkorrigierte Fehler der Satellitenuhr.

- Der Multi-Pfad, ist es in unklaren Kontexten Typ Wald oder städtischen Umgebung angetroffen. Da die Bäume oder Gebäude Hindernisse auf der Trajektorie des Signals sind, wird diese absorbiert, gedämpft, reflektiert oder gebrochen.

- Die Verdünnung von Präzision oder DOP: Es ist die geometrische Konfiguration oder Geometrie, die von den Satelliten zum Zeitpunkt der Übertragung gebildet wird. Der Qualitätsindikator ist in der Regel (für Geräte Trimble) PDOP (Position Verdünnung der Position) für die Position in 3 D. Es gibt noch andere: die HDOP, für die horizontale Position, VDOP, für vertikale Position, TDOP, für die Zeit.