Jak fungují GPS navigace?

GPS má 24 umělých družic, které obíhají kolem planety Země ve vzdálenosti 20 183 kilometrů a vysílají rádiový signál. Každá družice vysílá informace o své poloze, přesný čas z atomových hodin a dále přibližné polohy ostatních družic. Jejich oběžná dráha je dána tak, aby byl přijímač GPS kdekoli na zemském povrchu vždycky viditelný nejméně ze 4 družic.
Systém GPS je tvořen třemi segmenty : kosmickým, řídícím a uživatelským.

Kosmický segment

je tvořen soustavou družic obíhajících kolem Země po definovaných oběžných drahách. GPS má 24 družic, z toho je 21 družic pracovních a 3 rezervní. Družice jsou umístěny ve vzdálenosti 20183 km nad povrchem Země a jsou umístěny na šesti oběžných drahách. Každá družice obsahuje atomové hodiny, které se starají o dlouhodobou frekvenční stabilitu vysílaného signálu s odchylkou přesnosti max 3ns. Z každého místa na zemi je viditelných 6 družic. K určení zeměpisné šířky a délky nám postačí 3 družice. K určení ještě nadmořské výšky potřebujeme družice 4. Čím větší počet družic máme v dosahu, tím je určení polohy přesnější. Družice vysílají signál, který nese informaci o poloze družice a čas odeslání zprávy.

Řídící segment

tvoří pozemní stanice. Hlavní řídící stanice je na letecké základně v Colorado Springs v USA. Ostatní monitorovací stanice jsou rozmístěny rovnoměrně po obvodu Země a to kolem rovníku. Pokud družice prolétne nad touto stanicí, probíhají korekce v dráze letu družice a i korekce vysílaného signálu. Dále dochází také k synchronizaci atomových hodin na družici. Řídící systém provádí zprávu a údržbu družic a spolupracuje s umisťováním nových družic.

Uživatelský segment

skládá se z GPS přijímačů jednotlivých uživatelů a dalších technických zařízení, které umožňují využívání družicového polohového systému. Tento systém je pasivní a to z bezpečnostních důvodů. Přijímače GPS nemohou být zaměřeny nepřítelem. Jelikož přijímače nekomunikují s družicemi, je systém GPS schopen obsloužit neomezený počet uživatelů. Tento segment je konfigurován na požadavky uživatelů a technickými možnostmi a omezeními kosmického segmentu. S řídícím segmentem uživatelé do přímého styku nepřicházejí.

Způsob měření

Systém GPS je pasivní, tudíž přijímač určuje svoji vzdálenost vždy k několika družicím navigačního systému a svoji polohu pak stanoví protínáním. Určení vzdálenosti přijímače od družice se provádí kódovým měřením.
Využívají se dálkoměrné kódy, které vysílají jednotlivé družice. Jedná se o přesné časové značky, které umožňují přijímači určit čas, kdy byla daná značka odvysílána. Přijímač z přijímaného signálu detekuje dálkoměrný kód družice. Zjistí tak čas odeslání a přijetí jedné sekvence kódu a ze zjištěného časového rozdílu určí vzdálenost mezi přijímačem a družicí. Jelikož hodiny v přijímači a družici nejsou plně synchronní, je časový rozdíl zatížen chybou hodin přijímače. Při výpočtu vzdálenosti se tedy neurčí skutečná vzdálenost, ale jen zdánlivá. Absolutní poloha přijímače v terénu se určuje pomocí zdánlivých vzdáleností získaných kódovými měřeními. Z jednoho změření zdánlivé vzdálenosti jsme schopni určit, že přijímač se nachází někde na kulové ploše se středem v družici a poloměrem r1 který se rovná zdánlivé vzdálenosti mezi přijímačem a družicí. Stejná měření provedeme i k dalším dvěma družicím. Tím se nám plochy protnou a v jejich protnutí se nachází přijímač. V případě ideálního měření se plochy protnou v jednom bodě. U reálného pak vzniká oblast kde se přijímač může nacházet. Proto je potřebná ještě čtvrtá družice, která měří časový posun hodin přijímače a tím se provádí další korekce při určovaní přesné polohy. Chyba určení polohy pomocí GPS pro navigační účely je max 6m. Pro přesnější měření v armádě je to 60cm.

Využití

Největší využití GPS je v armádě. Používá se k navigaci letadel, lodí, vozidel a další pozemní vojenské techniky, k označování cílů, pro navádění raket a bomb.
Pro civilní obyvatelstvo je systém GPS rozšířen jako navigační přístroje nejčastěji do automobilů.
Ve vědeckých oblastech GPS slouží například k zaznamenávání pohybu ledovců, ke sledování migrace zvířat. Navigační systém může sloužit také pro ochranu cenných věcí, například památek, do kterých se moduly GPS zabudují.

Nabídka přístrojů a příslušenství

Na trhu dnes existuje velké množství GPS navigací. Liší se od sebe možnostmi použití, vzhledem a cenou.
Různé modely mají v sobě nahranou již nějakou mapu a na displeji je možné sledovat pozici přijímače vzhledem k okolí. Do určitých modelů je možné nahrát i jinou mapu a zobrazit si na mapě různá informační data a průběh cesty si uložit například do PC.
Ceny GPS navigací se pohybují od cca 4.000,– do 30.000,– Kč. Níže Vám nabízíme výběr některých modelů.

Garmin nüvi 2595T Lifetime
Garmin nüvi 50 ČR Lifetime
Garmin GPSMAP 62ST
Garmin GPSMAP 720S

Kategorie

Partneři