Ce este GPS-ul?
GPS-ul face parte din viata noastra de zi cu zi, fiind utilizat pe scara mondiala datorita preciziei pozitiei geografice unde se afla un anumit receptor. Sistemul initiat si construit de Ministerul Apararii din SUA, cunoscut cu ajutorul initialelor GPS ce se traduc astfel: Global Position System.
Utilizand proprietatile fizice ale undelor electromagnetice, un sistem de 4 sateliti artificiali ai pamantului transmit in permanenta receptorului informatii referitoare la locul unde acesta este pozitionat.
Aspecte generale
Sistemul GPS se refera la un grup de sateliti ce se invart constant pe traiectorii circulare in jurul pamantului. Acestia transmit semnale radio de mica putere ce permite tuturor celor ce detin un receptor GPS sa le fie determinata pozitia oriunde pe suprafata pamantului. Acest sistem de sateliti nu a fost tocmai usor de realizat, costurile de milioane de dolari au fost suportate de Administratia Americana. Pe langa aceste cheltuieli au mai trebuit luate in considerare si cele de intretinere (mentenanta), inlocuirea unui satelit, etc.
Initial receptorul GPS era un dispozitiv conectat la calculator ce permitea identificarea anumitor coordonate. Cei ce au proiectat acest sistem nu au prevazut viitorul, insemnand ca fiecare dintre noi vom avea posibilitatea sa avem asupra noastra un mic receptor portabil, cu greutate foarte mica, ce va fi capabil sa ne indice nu doar coordonatele locului in care ne aflam (latitudine/longitudine), dar sa ne si localizeze pe o harta electronica. Proiectul a avut ca scop aplicatii militare, dar din fericire datorita unui decret dat in 1980 in SUA, a permis extinderea sistemului si in domeniile de aplicatii civile, astfel incat astazi oricine se poate bucura de facilitate oferita de sistemul GPS.
Sistemul GPS poate fi utilizat in multe domenii, cum ar fi: pe uscat, pe mare, in aer sau oriunde poate fi receptionat in conditii bune semnalul de la sateliti. Este de preferat ca acesta sa nu fie utilizat in spatii inchise, cum ar fi: interiorul cladirilor, pesteri, sau alte spatii subterane, in apa, acolo unde semnalul de la satelit poate fi receptionat distorsionat, sau datorita reflexiilor, cu un grad de eroare ce il face neutilizabil.
Receptoarele obisnuite GPS pot identifica cu precizii de pana la 5m diferite coordinate pe pamant, dar exista si variante de receptoare mai sofisticate ce pot identifica pozitii cu precizie de cativa centimetri. In principal, sistemele de receptie GPS sunt apreciate de cei pasionati de calatorii, practica alpinism, vanatoare, explorare si lista poate continua. GPS-ul si-a facut aparitia si in traficul rutier, unde poate identifica pozitia actuala a autovehiculului, si in urma unor calcule efectuate, poate sugera noi trasee pe o harta electronica.
Cele 3 segmente ale sistemului GPS
Intregul sistem de sateliti este alcatuit din 3 segmente esentiale necesare functionarii sistemului GPS:
- segmentul „spatiu” – este reprezentat de constelatia de sateliti;
- segmentul „control” – este reprezentat de statiile de la sol;
- segmentul „utilizator” – este reprezentat de orice utilizator.
Pentru a intelege mai bine ce reprezinta fiecare segment in parte, vom incerca sa le explicam pe fiecare in parte, urmarind in acelasi timp si schema din figura 1.
Segmentul spatiu
Acesta este alcatuit dintr-o retea de 24 de sateliti ce reprezinta esenta sistemului. Satelitii sunt plasati pe cate o orbita ce se afla la o distanta de 12.000 mile de suprafata Pamantului. Operarea la o distanta atat de mare permite semnalelor sa aiba o arie mare de acoperire. Satelitii sunt pozitionati pe orbita astfel incat un receptor de la sol sa aiba in vizor in orice moment un numar de 4 sateliti. Acestia se deplaseaza cu o viteza de 7.000 mile/h astfel avand posibilitatea de a inconjura Pamantul o data la 12 ore. Acest sistem a fost proiectat in asa fel incat in orice moment 4 sateliti sa fie simultan receptionati din orice punct de pe suprafata Pamantului sub un unghi de 15 grade. Sursa satelitilor de energie este energia solara, iar durata de viata a unui satelit este de aproximativ 10 ani. Daca un satelit nu mai beneficiaza de energie solara, acesta are rezerva o sursa de energie secundara formata dintr-un grup de acumulatoare necesare pentru a evita conditiile de malfuntionare ce ar putea aparea. Primii sateliti GPS au fost lansati in spatiu in 1978, intreaga constelatie de 24 de sateliti a fost realizata abia in 1994 (figura 2).
Fiecare satelit transmite semnale radio de putere scazuta pe frecvente create pentru acest tip de frecventa (L1, L2). Receptoarele GPS civile primesc semnale de la satelit pe frecventa L1=1575,42 MHz in banda UHF. Semnalul de satelit este transmis in linie dreapta, ceea ce inseamna ca trece prin nori, sticla si plastic, dar nu va putea fi interceptat prin marea majoritate a obiectelor solide (cladiri, munti etc). Semnalul L1 receptionat de receptorul GPS este semnal pseudoaleator, ce este format din doua coduri: unul de protectie (codul P) si unul brut de achizitie (codul A/C). Scopul principal al celor doua semnale codificate este de a permite calcularea timpului cat ii ia undei sa ajunga de la satelit la receptor. Acet timp poarta denumirea de timp de sosire, acest timp inmultit cu viteza de propagare a semnalului permite aflarea distantei satelit-receptor. Mesajul ce il transmite satelitul, contine informatii despre pozitia aflata pe orbita, timpul, starea generala a sistemului si un model de calcul al intarzierilor prin ionosfera.
Pe de alta parte satelitii folosesc frecvente de tact provenite de la un asa numit ceas atomic. Acordand atentie asupra bandei de transmisie, se poate afirma ca frecventele transmise de satelit pe pamant deriva de la o frecventa fundamental de 10.23 MHz generata de un ceas atomic. Purtatoarea L1 este transmisa la frecventa de 1575.42 MHz (frecventa fundamental inmultita cu 154), purtatoarea L2 este transmisa pe o frecventa de 1227.60 MHz (frecventa fundamental inmultita cu 120).
Purtatoarea L1 contine 2 coduri modulatoare (C/A) si (P) primul la frecventa de 1.023 MHz ce reprezinta frecventa fundamental divizata cu 10 si la cel de-al doilea cod P modulat la frecventa de 10.23 MHz, ce reprezinta frecventa fundamentala multiplicata cu 10. Purtatoarea L2 contine doar un cod modulator, tot de protective (P), cu frecventa de 10.23 MHz. Aceste coduri sunt esentiale pentru a putea identifica fiecare satelit in parte in functie de codul ce il transmite (figura 3).
Segmentul control
Acesta reprezinta totalitatea statiilor de de a la sol ce au ca proprietate analiza, calculeaza si transmite informatii catre satelit cu privire la corectarea anumitor erori ce pot aparea pe parcursul functionarii. In lume exista doar 5 astfel de statii: 4 dintre ele fiind destinate monitorizarii datelor culese de la satelit, iar cea de-a cincea fiind statie master. Cele 4 statii receptioneaza constant date de la satelit pe care ulterior le transmite statiei master, ce are ca scop, dupa ce calculeaza si corecteaza datele primate, sa le retransmita celor 4 statii care fac legatura cu satelitul, transmitandu-i acestuia corectiile de viteza si traiectoria necesara unei bune functionari. Cea de-a cincea statie (statie master) nu are rol de emisie-receptie, ci doar rol de calculare si corectare a datelor transmise de statiile secundare de la sol.
Statiile de emisie-receptie sunt localizate in Ascention, Diego Garcia, Hawaii si Kwajalein, respectiv statia master localizata in Colorado Springs, sunt regasite in figura 4, ca si localizare geografica, pe langa acestea fiind prezentate si cele aparute cele mai recent.
Segmentul utilizator
Acesta reprezinta in principiu o gama larga de utilizatori ce detin un receptor GPS ce poate culege date de la satelit oriunde si oricand pe suprafata Pamantului (Figura 5).
Bibliografie:
Articol preluat din Conex Club Club 06/2002.