NAJVÄČŠIA DATABÁZA
ŠTUDENTSKÝCH REFERÁTOV NA SLOVENSKU

Nájdi si dokument, ktorý potrebuješ v inom jazyku: SK CZ HU

Celkom referátov: (12579)

Jazykové kurzy, štúdium a pobyty v zahraničí
Prihlásenie Prihlásenie Registrácia
Pridaj svoju prácu

Referát Družicový navigačný systém GPS (Global Positioning System)

Odoslať známemu Stiahnuť Nahlásiť chybu Buď prvý, kto sa vyjadrí k tomuto príspevku (0)

Doplnkové informace o referáte:

Oblasť:Fyzika a astronómia

Autor: antiskola@antiskola.eu

Počet slov:1634

Počet písmen:10,261

Jazyk:Slovenský jazyk

Orient. počet strán A4:5.70

Počet zobrazení / stiahnutí:3151 / 111

Veľkosť:11.75 kB

Družicový navigacný systém GPS (Global Positioning System)


Global Positioning System (GPS) je sústava družíc patriacich USA, ktorá celosvetovo poskytuje 24 hodín denne vysoko presné informácie pre zistovanie polohy a informácie pre navigáciu. GPS je geocentrický systém. V strede Zeme sa pretínajú tri myslené osy x, y, z. Každý bod na povrchu Zeme i nad nou má svoju vlastní polohovou GPS „adresu“, zloženú z koordinátov x, y, z. Tieto systémové súradnice sú potom prevedené do tvaru, s ktorým si rozumie naša mapa (zemepisná dlžka a šírka, alebo rovinné súradnice rôznych kilometrových sietí). GPS tvorí vreckový prístroj, (dalej nazývaný GPS prijímac), ktorý funguje vdaka systému 24 satelitných družíc obiehajúcich Zem vo výške 20 000 km nad zemou. Družice vysielajú nepretržite údaje o presnom case a o svojej polohe vo vesmíre. Prijímac GPS na zemi sleduje tri až dvanást družíc a registruje vysielané informácie. Z týchto údajov potom urcí presne svoju vlastnú polohu a zároven aj to, akým smerom a akou rýchlostou sa prijímac pohybuje. To všetko je systém schopný robit v reálnom case, a s vysokou presnostou. GPS prijímac obsahuje velmi citlivý rádiový prímac, anténu a mikropocítac. Dokáže prímat signály z družíc a vdaka mikropocítacu vie vypocítat vzdialenost od jednotlivých družíc a z nich potom polohu, ktorú zobrazí na svojom displeji (napr. v zemepisných súradniciach). K urceniu súradníc stací príjem z troch, pre urcenie i nadmorskej výšky z štyroch družíc, aj ked prístroj dokáže sledovat až 12 družíc. Družice GPS majú na palube velmi presné atómové hodiny a sú na nich zároven umiestnené databázy súcasných a ocakávaných polôh ostatných satelitov ktoré sú priebežne vzájomne aktualizované. To umožnuje prímacu GSP po zameraní jednej družice získat všetky potrebné informácie pre rýchle vyhladanie dalších. Pretože hodiny v našom GPS prímaci sa so signálom družíc synchronizujú, môže náš prístroj okrem mnoho funkcií navigacných slúžit aj ako presné hodiny s maximálnou chybou jednej milióntiny sekundy. Systém bol pôvodne navrhnutý v USA pre vojenské úcely a neskôr uvolnený pre všeobecné použitie. GPS prímace nachádzajú využitie v mnohých oblastiach ludských aktivít, pri rekreácii a športe i v profesionálnej praxi. Využívajú ho turisti, cestovatelia, motoristi, vodáci, horolezci, rádioamatéri, rybári, námorníci aj letci. GPS prímac funguje všade na zemegule, v 24 hodín denne. Dokáže nám ukázat polohu, nadmorskú výšku, rýchlost a smer pohybu, vzdialenost k cielu a cas zostávajúci do ciela. Obnova výpoctu polohy je každú sekundu, preto sa dá vypocítat a zobrazit aj smer a rýchlost až do 1852 km/hod. Presnost urcenia polohy je 15 m. Do signálu je zavádzaná umelá chyba, ktorou sa táto odchýlka zvyšuje až na 50 m. Napriek tomu sú moderné prístroje vybavené funkciou priemerovania, ktorá presnost opät zlepšuje. Do pamäte GPS prímaca je možné jednoducho uložit miesto, ktoré je pre nás navigacne významné, tzv. trasový bod (waypoint = WPT). To môže byt napr. východzí bod, oblúbené hubárske ci rybárske miesto, dedinka, oáza v púšti, tábor, prístav. GPS nás k takému bodu vždy neomylne zavedie. Podla typu GPS prímaca môže byt v pamäti od 100 až do 1000 trasových bodov.

Štruktúra systému

Kozmický segment
Z každého miesta na Zemi je 24 hodín denne pozorovatelných 4-8 družíc s eleváciou vetšiou než 15 stupnov. Prevádzkovatel zarucuje, že minimálne 4 družice sú pozorovatelné kedykolvek a odkialkolvek. Celý systém má 24 družíc (21 základných a 3 sú aktívne rezervy). Družice sú umiestnené v šiestich rovinách na skoro kruhových dráhach vo výške 20 200 km nad povrchom Zeme. Sklon k rovníku 55 stupnov, obežná doba 12 hviezdnych hodín (11:58). Tzn., že z rovnakého miesta na Zemi sú družice nasledujúci den pozorovatelné o 4 minúty skôr. Tri rezervné družice musia zabezpecit chod systému, aby až potom co 3 družice vypovedajú službu bolo nutné vypustit dalšie.

Užívatelský segment
Tvoria ho užívatelské prímace všetkých typov a presností. Prímac GPS v sebe zahrnuje citlivý rádiový prímac, super presné hodiny a výkonný matematický kalkulátor. Prímac pracuje okolo frekvencie 1575,42 MHz a dokáže dekódovat rýchlo dáta v rozloženom spektre s velkou šírkou pásma. Jednotlivé typy prímacov se od seba líšia vzhladom a rozmermi, typom displeja (od jednoduchých alfanumerických po grafické) a softwérom. Sú napájané tužkovými batériami, ktoré umožnujú prevádzku od 5 až po 24 hodín, resp. z vonkajšieho napájacieho zdroja. Prímace dokážu súcasne sledovat 8 až 12 družíc. Doba od zapnutia k prvému urceniu polohy (tzv. studený štart) sa pohybuje podla typu v rozmedzí 2 až 10 minút, urcenie polohy po znovuzapnutí (tzv. teplý štart) býva v rozmedzí 15 sekúnd až 2 minúty. Dokonalé vojenské a letecké prístroje sú schopné vyhodnotit pohyb prímaca až do rýchlosti 1850 km/h. Niektoré prímace sú opatrené konektorom pre prepojenie s pocítacom, co ich možnosti ešte zvätšuje. Dáta je možné prehrávat do pocítaca alebo naopak, prepojovat GPS prímac s dalšími rádiovými prostriedkami pre rádiové vyhladávanie a mapovanie vysielacov apod. Aby GPS prímace splnovaly na ne kladené nároky pri použití v prírode alebo na mori, sú vätšinou konštruované ako prachotesné a vodovzdorné a môžu pracovat v širokom teplotnom rozmedzí.

Riadiaci segment
Je umiestnený v USA, pozostáva z hlavnej riadiacej stanice a z niekolkých monitorovacích staníc rozmiestnených po celom svete. Pri každom prelete družíc nad týmito stanicami sú vyhodnotené parametre ich dráh a vypocítané korekcie, ktoré sú vyslané spät na dané družice a odtial do prímace, kde dôjde k aktualizácií uložených dát o družiciach.



Iné údaje

Presnost merania
Pri zameraní dostatocného poctu satelitov býva v praxi presnost urcenia polohy menšia, než 10 m. Táto presnost je však prevádzkovatelom systému (Ministerstvom obrany USA) úmyselne zhoršovaná podla tzv. Programu vybrané dostupnosti (Selective Availability), ktorý vznikol pre omedzenie zneužitelnosti systému na minimálnu úroven (napr. pre teroristické úcely) a zabezpecenie prvoradosti vojenských aplikácií ako sú zámerné zhoršovanie presnosti urcenia polohy alebo zavedenie tzv. presného P/Y - kódu, ktorým je šírený signál len pre vojenské aplikácie. V súcastnej dobe je už zámerné zhoršovanie polohy vypnuté. Vdaka tomu sa pre civilných užívatelou takmer 10 násobne zvýšila presnost urcenia polohy z predošlých 100 m.

Parametre signálov družíc GPS
Každá družica vysiela signály na dvoch základných frekvenciách:
L1 = 1575,42 MHz (vlnová dlžka cca 19 cm)
L2 = 1227,60 MHz (vlnová dlžka cca 24,4, cm)
a dajú sa popísat vztahom:

s(t) = C(t).D(t).sin(2.pi.L1t) + P(t).D(t).cos(2.pi.L1t) + P(t).D(t).cos(2.pi.L2t).

Ide teda o nosné vlny modulované kódmi C(t), P(t) a navigacní správou D(t). Kódy a dáta nadobúdajú hodnôt +1,-1 a jedná sa teda o moduláciu s binárnym fázovým klúcovaním. Minimálny výkon signálu GPS na výstupu lineárne polarizovanej antény so ziskom 3dB bude na Zemi -160 dBW za predpokladu strát v atmosfére 2dB a pri chybe smerovania družice 0,5 stupna. Minimálna úroven signálu závisí na elevácii družice. Maximálna hodnota signálu neprekrocí -153 dBW (zdroj: GPS, SPS, Signal Specification, Washington, Department of Defence, 1993).
Dáta D(t) slúžia k prenosu parametrov dráh družíc (efemeríd) z ktorých sa v prímacoch urcuje poloha družíc (x, y, z).
Efemeridy sú dvojakého druhu:
• broadcast (približné) - vysielané v kódu D(t)
• precise (presné) - poskytuje je IGS a sú nutná pre presná geodetické merania na väcších územiach
Kódy C(t) a D(t) sú pseunáhodné postupnosti císlic (+1/-1).
Kódy umožnujú:
• presné meranie pseudovzdialeností
• oddelenie signálov jednotlivých družíc, ktoré pracujú na rovnakej frekvencii (kódový multiplex CDMA)
• zvyšujú odolnost proti rušeniu


C/A kód Coarse Acquisition (kód pre hrubé meranie)
Goldov kód. Jeho základnou vlastnostou je ostré minimum autokorelacnej funkcie zaistujúcej meranie vzdialeností. Vzájomné korelacné funkcie dvoch rôznych kódov majú malé hodnoty cím je docielené dobré oddelenie signálov družíc. Perióda kódu je 1 ms a obsahuje 1023 bitov (bitová rýchlost 1,023 Mbit/s). V prímaci sa dá generovat bez spolupráce so správcom systému a je teda prístupný všetkým.

P kód
Je oznacovaný ako presný kód (Precision). Jeho bitová rýchlost je desatnásobná oproti kódu C/A a je 10,23 Mbit/s. Kód P je pseudonáhodná postupnost maximálnej dlžky s periódou približne 266 dní (23 017 555,5 s). Perióda obsahuje 235,46959.1012 bitov, ale využíva sa z nej len sedemdenná cast. Kód sa nuluje do východzieho stavu o polnoci zo soboty na nedelu. Rýchlejší a dlhší P kód umožnuje väcšie frekvencné rozpriestorovanie signálu a teda aj presnejšie meranie. Je tiež možné merat na oboch frekvenciách L1 a L2 a tým podstatne omedzit vplyv ionosférické refrakcie.

Y kód
Vzhladom k tomu, že použitím P kódu sa dá urcit poloha s presnostou 3 m a lepší algoritmus generovania P kódu bol utajovaný, nebola dosiahnutá požadovaná presnost. Na pociatku 90. rokov bol algoritmus P kódu uvolnený a publikovaný. Zneužitie vysokej presnosti sa vyriešilo prekódovaním P kódu na Y kód, ktorého dekódovanie je možné len pri znalosti šifry dostupnej len autorizovaným užívatelom. Zakódovanie je oznacované ako A-S (Anti-Spoofing). Táto ochrana znemožnuje aj imitovanie družice nepriatelom.




Ionosférická refrakcia
Signál z družice prechádza na ceste k užívatelovi ionosférou, v ktorej dochádza k ionosférickej refrakcii. Signál dostávajúci sa k užívatelovi ide po dlhšej ceste než skutocne má. Refrakcia sa dá potlacit niekolkými spôsobmi:
• zavedením modelu ionosférickej refrakcie priamo do prístroja
• meraním dvojfrekvencnou metódou - družica vysiela 2 signály na 2 frekvenciách (riešením sústavy rovníc získame požadované výsledky)
• diferencným meraním
Ionosférická refrakcia predstavuje najväcšiu prirodzenú chybu systému GPS.

Mnohocestné šírenie
Signál idúci od družice k anténe prímaca sa šíri priamou cestou za predpokladu že nenastal odraz od okolitých predmetov (multipath). V tomto prípade ide signál po ceste dlhšej. Omedzit mnohocestné šírenie signálu ide vhodnou anténou.

GPS a nadmorská výška
Pri opakovaných meraniach stále na jednom známom mieste (vrchol, sedlo, chata) zistíme velmi malé tolerancie výškových údajov z GPS. Môžu sa líšit (a väcšinou sa líšia) od údajov na mape. Rozdiely sú dané rozdielmi systémov. Výškové údaje na mapách, vrcholoch, chatách a dalších orientacných bodoch však doteraz vychádzajú z klasických meraní, vztahovaných k morskej hladine. Hladiny morí a oceánov nie sú ale v rovnakej úrovni, existujú rozdiely vo výškových údajoch podla toho, od hladiny ktorého mora sú merané. A preto tiež nájdeme rozdiel medzi výškou z GPS a mapy. Podstatné však je, že rozdiel medzi GPS a mapou je na malom území prakticky konštantní. Na nových kvalitných mapách na tento rozdiel upozornuje legenda.

POUŽITÁ LITERATÚRA A ZDROJE

internet



Stiahnuté z www.antiskola.sk

Diskusia

Buď prvý, kto sa vyjadrí k tomuto príspevku (0)

Podobné dokumenty

Názov práce Dátum A4 Slová Hodnotenie
 
sk Družicové… 29. 7. 2010 3778 6.6 1784
 
sk DSS referáty 4. 1. 2010 22177 112.4 33959