Řiďte své kroky z
vesmíru - GPS NAVIGACE
Se zkratkou GPS se dnes setkáváme nejen při
čtení různých technických periodik, ale mnozí z nás využívají tento systém i v
praktickém životě.
Globální polohový systém, což je volný překlad
originálního názvu Global Positioning System, představuje jinými slovy pasivní
dálkoměrný systém využívající satelitní navigaci. Umožňuje v reálném čase určit
polohu objektu kdekoliv na Zemi s přesností 5-10 metrů. Pojem pasivní značí, že
přístroj GPS pouze přijímá informace ze satelitu, ale sám žádné nevysílá.
Termínem dálkoměrný se rozumí princip určování polohy, který spočívá v určování
vzdálenosti mezi uživatelem a družicí na základě rozdílu mezi časem vyslání a
příjmem signálu.
Historie a vývoj
GPS
Satelitní navigační systémy začaly vznikat už v 60. letech minulého
století. Tehdy se však počítalo s jejich využitím výhradně pro vojenské účely. V
roce 1960 zahájila americká armáda umísťování družic Transit na oběžnou dráhu.
Jejich úkolem bylo především určování polohy vojenských vozidel a různých jiných
jednotek. Obdobnou síť s výrazně nižší přesností práce (díky menšímu počtu
satelitů) budoval od 70. let minulého století i Sovětský svaz.
Projekt
Transit inspiroval mnoho výzkumných institucí a postupem času došlo k realizaci
dalších obdobných systémů. Z nich se nakonec stal nejrozšířenějším a
nejpoužívanějším globální polohový systém Navstar - GPS (Navigation Satellite
Timing and Ranging GPS), jehož provoz spadá výhradně do kompetence amerického
ministerstva obrany. O evropském satelitním navigačním projektu Galileo jsme
informovali v letošním Computerworldu 2/ 2006.
Počátek Navstar - GPS se
datuje do roku 1978, kdy byla vypuštěna první družice tohoto systému. Během
dalších let byla vybudována specializovaná pozemní řídicí střediska a celkový
počet satelitů se dále zvyšoval až do roku 1993, kdy dosáhl hodnoty 24, která se
od té doby nezměnila. Důležitou událostí byla mimo jiné aplikace trojrozměrného
zaměřování, jež bylo spuštěno v prosinci 1993. O dva roky později již došlo k
vyhlášení plné operační způsobilosti celého systému.
Pro civilní složku
obyvatelstva je systém GPS volně přístupný od počátku 90. let minulého století.
Protože měla satelitní navigace původně sloužit hlavně pro vojenské využití,
bylo do roku 2000 zaměřování pomocí GPS pro civilní účely záměrně zkreslováno
zhruba o stovky metrů. Přijímaný signál obsahoval systémovou proměnlivou chybu
SA (Selective Availability). Tato chyba neměla znemožnit příjem signálu
civilisty, ale zamezit zneužití systému pro vojenské účely, takže bez
speciálních vojenských přístrojů nebylo možné spolehlivě určit zcela přesnou
polohu.
Počínaje dnem 1. 5. 2000 byla chyba SA z GPS signálu oficiálně
odstraněna a přesnost všech civilních přijímačů se díky tomu zvedla až desetkrát
(ze stovek metrů možné odchylky na desítky i jednotky). S chybou SA totiž
souviselo i mnoho nevýhod. Mimo jiné byla armáda občas nucena používat civilní
verze GPS a naopak civilistům se do rukou dostávaly vojenská verze. Ty byly
navíc poměrně velké, drahé a často rovněž poněkud nepřesné. Pro zvýšení
přesnosti se proto používal DGPS, tj. korekční signál vysílaný komerčními
družicemi nebo pozemními vysílači. Problematická byla i velikost vojenských
verzí a malá dostupnost DGPS. První přinášela mnohá omezení v nasazení pro
automobily a osoby, druhá komplikovala využití na lodích či v
letadlech.
Plnohodnotné uvolnění systému GPS pro civilní užívání se z
hlediska trhu ukázalo jako velmi prospěšné. S odstraněním chyby SA a rozvojem
digitálních komunikací a technologií přišly nové moderní přístroje, které jsou
čím dál menší, mají výbornou přesnost a začínají být i cenově dostupné. Další
vývoj systému GPS, jakož i přístrojů a aplikací, je dnes z velké části v rukou
civilního segmentu, veřejného i soukromého, jenž celý proces výzkumu a vývoje
velmi podporuje.
Jak funguje
GPS?
Struktura systému GPS má 3 části. První tvoří vesmírný segment, jenž
reprezentuje soustava 24 družic. Každá obsahuje 3 až 4 atomové hodiny, které se
starají o dlouhodobou frekvenční stabilitu vysílaného signálu a mají maximální
odchylku přesnosti 3 ns (= 0,000 000 003 s). Družice vysílá signál s informací o
své pozici a s časem odeslání. Z každého místa na zemi je obvykle viditelných 6
družic. K určení dvojrozměrné polohy (zeměpisná délka a šířka) postačí příjem
signálu ze 3 družic, zatímco určení trojrozměrné polohy (navíc výška) vyžaduje
minimální účast čtyř družic.
Příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet
polohy, vyšší počet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje. Po vyhodnocení
údajů o umístění satelitů, době šíření a vzdálenosti satelitů od přijímače je
vyhodnocena aktuální poloha přijímače i to, jakým směrem a jakou rychlostí se
přijímač pohybuje. Provozovatel systému GPS v současnosti zaručuje, že minimálně
4 družice jsou pozorovatelné kdykoliv a odkudkoliv.
Komplex 24 satelitů je
složen z 21 základních a 3 aktivních rezervních. Záložní družice zajišťují, že
výpadek jiných 3 družic neohrozí chod navigace a překlenou čas potřebný pro
vypuštění nových. Satelity jsou skloněné v úhlu 55 stupňů k rovině rovníku,
pohybují se rozmístěné v 6 oběžných drahách (orbita-lech) téměř kruhového tvaru
a jejich pracovní výška činí 20 183 km nad povrchem Země.
Doba oběhu trvá 12
hvězdných hodin, což v zemském čase představuje 11 hodin 58 minut a znamená to,
že ze stejného místa na Zemi lze družici následující den pozorovat o 4 minuty
dříve. Každý ze 6 orbitalů má 5 pozic pro umístění družic. Za této konfigurace
je tedy maximální možný počet družic GPS na oběžné dráze třicet. Pozice číslo 5
každé dráhy představuje záložní prostor. K dosažení plné operační způsobilosti
(FOC, Full Operational Capability) však postačuje 24 funkčních družic.
Druhou
část systému představuje řídicí segment, který sestává z hlavní řídicí stanice
na letecké základně v Colorado Springs (USA), dále z 5 většinou bezobslužných
monitorovacích stanic a ze 4 pozemních vysílačů. Monitorovací stanice jsou
rozmístěny rovnoměrně po obvodu Země, zpravidla blízko rovníku. Při každém
průletu družice nad některou z těchto stanic proběhne vyhodnocení parametrů její
dráhy a vypočítají se korekce v dráze letu i ve vysílaném signálu. Dochází také
k synchronizaci atomových hodin na palubě satelitu. Zpracované informace se
odesílají zpět ke družici a odtud do GPS přijímače, kde dojde k aktualizaci
uložených dat.
Řídicí segment je mimo jiné odpovědný za nejrůznější provozní
opatření, z nichž mezi nejdůležitější patří správa a údržba stávajících družic,
a podílí se také na přípravě vypouštění nových družic. V prvním případě jde
například o změny oběžných drah a pozic či o stahování vysloužilých satelitů z
oběžné dráhy.
Cena jedné družice se pohybuje obvykle nad 50 miliony dolarů,
proto i sebemenší závada na ní musí být co nejrychleji operativně řešena, aby
nedošlo k vážnému poškození nebo ztrátě. Spolu se základními stanicemi existuje
také několik nezávislých monitorovacích sítí, jež umožňují další přesnější
určování polohy, především pro velmi přesné aplikace z oblasti geodézie a
geodynamiky. Tyto sítě se však nepodílejí na řízení a činnosti systému
GPS.
Třetím a posledním segmentem je uživatelská oblast. Skládá se z GPS
přijímačů jednotlivých uživatelů, umožňujících přijímat signály z družic, a
získávat tak informace o poloze a čase. Segment je především z bezpečnostních
důvodů tvořen pouze pasivními přijímači, které nemohou být zaměřeny nepřítelem.
Díky tomu, že přijímače nemusejí komunikovat s družicemi, je systém GPS schopen
teoreticky obsloužit neomezený počet uživatelů.
Nasazení a
rozšíření
Armáda GPS hojně využívá nejen k navigaci letounů, vozidel a
pozemní vojenské techniky, ale také k označování cílů a navádění tzv. chytrých
zbraní, tj. některých raket a bomb. Možnou protizbraň, o které se diskutuje jako
nepříliš efektivní, představují rušičky signálu GPS.
Dále jsou velmi
rozšířené navigační přístroje pro automobily. Notebook, PDA a dnes již i mobilní
telefon s napojením na GPS umějí určit aktuální pozici auta a na mapě asistují s
určováním směru jízdy. Automobily, v budoucnu standardně vybavené navigačním
systémem, mají disponovat omezovačem rychlosti, který by podle aktuální pozice
vozu měnil maximální povolenou rychlost. V současné době probíhá i testování
automatického řízení automobilů.
Ve vědeckých a průmyslových oblastech slouží
GPS například k zaznamenávání pohybů ledovců, ke sledování zvířat, ke sledování
znečištění ovzduší v rozsáhlých oblastech anebo k lokalizaci nerostného
bohatství. Navigační systém může sloužit i jako ochrana cenných věcí, především
památek, do nichž jsou zabudovány moduly GPS.
Přijímače GPS se v současné
době nacházejí už i v hodinkách. Kromě usnadnění navigace mohou zachraňovat
lidské životy nebo majetek. Zvažuje se také možnost stálé lokalizace lidí a
zvířat. Otázkou zůstává možnost zneužití těchto informací a omezení
soukromí.
Při přírodních katastrofách je GPS využíváno k ohlašování škod,
různých nebezpečí nebo k upřesnění pozice osob. Tzv. gépéeskami bývají vybaveny
některé hasičské sbory pro boj s požáry a povodněmi. Lze s jejich pomocí
předvídat rychlost postupu lesních požárů, vzdušných vírů a jiných nebezpečných
jevů. Satelitní navigace dnes pomáhá také zemědělcům, a sice k vyšší
produktivitě a účinnosti stávajících metod obdělávání pudy.
Nabídka
Na dnešním trhu
existuje mnoho druhů přijímačů a ne všechny umějí to samé. Nabídka se dělí
jednak na základní dvě kategorie, což jsou přístroje mapové a nemapové, a dále
podle možností použití. Dle nich se nejčastěji člení na ruční, vhodné zejména
pro cestování a turistiku, námořní, jež jsou použitelné i k rybářským účelům,
aplikační, například pro sledování pohybu objektů nebo řízení přesného času v
počítačových sítích, a letecké pro použití ve vzdušné dopravě.
U ručních
přístrojů je ještě možné vybírat mezi jednoúčelovými zařízeními (Garmin
StreetPilot, Ntivi, TomTom Go), PC a PDA navigací (TomTom Navigátor 5, Navigon,
Route66) a navigačními aplikacemi pro mobilní telefony (TomTom Mobile 5,
Wayfinder). Provoz GPS přístrojů není spojen se žádnými poplatky za využívání
služby. Drobná daň je zakomponována do nákupní ceny produktu.
Mapové modely v
sobě mají předehranou mapu a na displeji je možno sledovat pozici přijímače
vzhledem k okolním objektům -silnicím a sídlům. Některé modely dokáží nahrávat i
další, podrobnější mapy do speciální paměti až do podrobnosti jednotlivých ulic.
Modely nemapové sice většinou základní mapu také zobrazují, ale nebývají v ní
předem připravená orientační a podrobná data. Ne vždy je mapa u gépéesky tou
nejpotřebnější věcí. Mapové modely lze v současnosti pořídit v cenové relaci 15
až 30 tisíc korun. Cena nemapových modelů se pohybuje mezi 8 až 15
tisíci.
Software
Nedílnou
součást každého přijímače představuje navigační software, který lze rozdělit na
komerční a nekomerční. Komerční software zpravidla pochází od výrobců GPS
přijímačů nebo od společností, které se této oblasti profesionálně věnují. U
komerčního softwaru existuje předpoklad záruky, že bude pokud možno bezchybně
spolupracovat se všemi dostupnými GPS přijímači. Výrobci jej nabízejí s
technickou podporou a přiloženou dokumentací. Placený software podporuje často
širší škálu funkcí než nekomerční aplikace. Jeho největší nevýhodou bývají
vysoké ceny.
Nekomerční software lze obvykle pořídit zdarma, např. na
internetu. Jeho producenty jsou buď amatérští vývojáři, kteří bez satelitní
navigace neudělají ani krok, anebo profesionální firmy vyvíjející komerční
aplikace a poskytující volně šiřitelné zkušební verze svých programů s některými
omezenými funkcemi, případně s časovým limitem.
Stávající projekty satelitní
navigace zatím končí kolem roku 2030, kdy by mělo dojít k dosloužení zatím
posledního konceptu družic, které budou uvedeny do provozu přibližně v roce
2020.
Autor : Jan Karamon, autor je manažerem firmy
Sunnysoft
Zdroj : Computerworld, 10.2.2006, č.: 004, str.:
25
GPS navigace do auta od výrobců TomTom, Garmin, MIO, Geosat, Dinavyx,Wayfinder můžete koupit v internetovém obchodě
Pokud hledáte informace pro GPS, GPS navigace, navigace do auta, navigace na kolo, mapové navigace, navigace univerzální, gps výrobců TOMTOM, GEOSAT, GARMIN,MIO, DINAVYX, WAYFINDER tak, kliknutím na výwe uvedený nadpis naleznete více informací.
Fortunes je internetový obchod zaměřený na spotřební elektroniku a informační technologie. V naší nabídce najdete více jak 50 tisíc položek zboží od téměř 250 světových výrobců. Nakupovat u nás můžete napříkad počítače a pc sestavy, pc komponenty, notebooky, pda, lcd televize, lcd monitory, kopírky, tiskárny, dalekohledy, vysílačky, software, skenery, projektory, faxy, gps navigace, mobilní telefony, digitální fotoaparáty, videokamery, domácí pekárny, dvd přehrávače, domácí kina, holící strojky , diktafony, klávesnice a myši, web kamery,sluchátka, mikrofony, čtečky čárových kodů, čtečky pamětových karet a paměťové karty, hifi věže, mikrovlné trouby, kalkulačky, reproduktory, nebo mp3 přehrávače.
Alkohol-tester www.alkohol-tester-shop.cz alkohol-testery