Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
GPS Varsányi Péter Óbudai Egyetem Alba Regia Egyetemi Központ (AREK) Székesfehérvár
2011. december 8.
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Mi az a GPS?
I
Global Positioning System Föld körül keringő műhold együttes, mely az Amerikai Egyesült Államok karbantartásával egyértelmű poziciómeghatározás a föld felszínen, vagy felette.
I
Fő használat: gépjarművek poziciójának meghatározása, információk alapján útvonaltervezés
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
GPS - Global Positioning System
1964 Az első műhold alapú navigációs rendszer, haditengerészet használatában. 1973 A GPS projekt túljutott a kezdeti problémákon, és létrejött a 24 műholdból álló rendszer a U.S. Department of Defense által. 1994-ben érte el a teljes funkcionalítását. 1978 Az első műhold fellövése 1994 Teljes műholdrendszer I
Műholdakat 10 évre tervezik
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Navstar
I
A Navstar rendszernek 24 műholdja van, minden műhold naponta megkerüli a földet kétszer, 20 200km magasan(11300km/h).
I
Műholdak olyan pályán mozognak, hogy egy adott pillanatban, a föld bármely pontjáról, legalább 6 műhold akadálytalanul hozzáférhető legyen.
I
Sík felületen 7-12 műhold érhető el.
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Navstar system
I
A GPS rendszernek 4 műhold szükséges a 2D pont meghatározásához, és 5 műhold a 4D ponthoz(tengerszint feletti magasság)
I
Minden műhold két frekvencián működik: 1575.42MHZ(L1 signal), 1227.6MHZ(L2 signal).
I
Minden műhold szórt spektrumú jelet sugároz, amit „pszeudo-véletlen zaj„-nak lehet nevezni (angol megnevezése: pseudo-random noise, röviden: ’PRN’).
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Navstar system
A PRN kód egyedi minden műholdban, és szükséges az üzenet helyreállításához. PRN kódok: C/A Coarse/Acquisition Általános felhasználás (1.023 millió jel / s) P Precision Code Katonai felhasználás (10.23 millió jel / s)
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
I
Minden műholdon két db rubídium- vagy cézium-atomóra van elhelyezve. Az oszcillátorok biztosítják az alapfrekvencia és a kód előállítását is. Az alapfrekvenciát az USDOD földi állomásai felügyelik, amit egyeztetnek az egyezményes koordinált világidővel (UTC) (amit a United States Naval Observatory (USNO) állít elő), azonban a két időfogalom és érték nem azonos egymással.
I
A GPS-idő nem tartalmazza a polgári életben megszokott szökőmásodperceket, haladása folyamatos, ezért a GPS-vevők megkapják a kettő közötti eltérés értékét és a ké szülék a polgári életben használt időt mutatja.
Varsányi Péter GPS
Navstar
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Hogyan is működik? Lépések: 1 A GPS-vevőnek először a műholdakkal folyamatosan egyeztetett pontos időre van szüksége, ehhez a PRN-kódot használja fel. A PRN-kód jelzi a vevőnek, hogy melyik műhold jelét veszi, és az adott műholdtól milyen álvéletlen jelsorozatra számíthat. A ténylegesen megkapott és a vevőben várt jel egyedi mintázattal rendelkezik, ennek ismeretében a vevő megállapítja a jelek időbeli eltérését és a saját óráját ennek megfelelően járatja.
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
2 Igazából nem „háromszögelés”-ről van szó, mivel általában több mint 3 műhold látható, de az eljárás hasonló, ugyanis háromszögekkel állapítjuk meg egy ismeretlen pont (a vevő) térbeli helyzetét. Elméletileg 3 műhold is elég lenne ehhez, ha mindegyik órája tökéletesen járna, a gyakorlatban azonban a rendszer ismert pontatlanságait figyelembe véve legalább 4 műholdat használnak a pozíció meghatározásához.
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Egy ismert táv
R = 20.200KM
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Két ismert táv, kör a gömbök metszéspontjában R = 20.200KM
R = 20.200KM
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Három ismert táv, két pont a metszéspontokban R = 20.200KM
R = 20.200KM R = 20.200KM
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Négy ismert táv, egy pont R = 20.200KM
R = 20.200KM R = 20.200KM
R = 20.200KM
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
3 A vevő és a műholdak távolságához ismerni kell a műholdak aktuális pozícióit. Ehhez a műholdak kisugározzák az ún. „almanac” adatokat (ez a vevőkészülék bekapcsolásakor, illetve később periodikusan megtörténik), amik az egyes műholdak pályaadatait tartalmazza. Ennek ismeretében a vevő kiszámítja a műhold Föld feletti helyzetét.
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
4 Hibák, és hibajavítás I
A műholdakon lévő atomórák nagyon pontosak, de nem tökéletesek. Az eltéréseket a földi állomások figyelik és szükség esetén korrigálják azokat.
I
A pályaelemek folyamatosan változnak a különféle zavaró hatások következményeként, például: a Föld anyageloszlásának, és így gravitációjának egyenetlenségei, a Nap és a Hold gravitációs hatása, illetve a napszél eltérítő ereje (ami mindig más irányból hat a műholdra)
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
I
Jelentősen nagyobb torzítást okoz a rendszerben a légkör hatása a rádióhullámokra. A számítások leírásánál feltételeztük, hogy egyszerűen a távolság = sebesség x idő képlettel számolunk. Ez igaz is, csakhogy a rádióhullámok sebessége csak vákuumban állandó.
I
Ahogy a műhold jele a Föld felé terjed, áthalad az elektromosan töltött részecskéket tartalmazó Van Allen sugárzási övön, majd a vízpárát tartalmazó troposzférán, és mindkettőben valamennyire lelassul a vákuumbeli sebességhez képest.
Varsányi Péter GPS
Navstar
ÓE AREK
Alapok
Varsányi Péter GPS
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
I
A rendszer kialakítása igen nagy összegeket emésztett fel (indításkor kb. 12 milliárd USD). Az 1970-es években, a hidegháború során kezdtek a fejlesztésbe, ez része volt a szigorúan titkos csillagháborús tervnek.
I
1994-98 között az Egyesült Államok egy zavaró jelet is sugárzott (SA - selective availability), hogy a rendszer pontosságát korlátozza. Emiatt a GPS akár több száz métert is tévedhetett. A zavaró jelet csak a katonai jel vételével lehetett megkerülni, ehhez azonban a katonai vevőn kívül a napi kódra is szükség volt. Végül nemzetközi nyomásra az SA jel sugárzását 2000 májusában megszüntették.
Varsányi Péter GPS
Navstar
ÓE AREK
Alapok
GPS előzmnyei
Navstar
How the GPS locate the position
Tények
Q/A
Köszönöm a figyelmet! Q/A
Varsányi Péter GPS
ÓE AREK
