Curs 2 Ppf Global Position System(GPS)

GGlobal lobal PPositioning ositioning SSystemystem ( (GPS)GPS)

1. Scurt istoric1. Scurt istoric

2. Ce este gps?2. Ce este gps?

3. Cum Functioneaza?3. Cum Functioneaza?

4. 4. Semnalele satelitilor GPS Semnalele satelitilor GPS

5. Surse de erori pentru semnalul GPS5. Surse de erori pentru semnalul GPS

6. Aplicatii ale GPS6. Aplicatii ale GPS

7. Concluzii7. Concluzii

Cuprins Aplicatie

1. Scurt istoric1. Scurt istoricIdeea pentru sistemul GPS a aparut cand rusii au lansat primul Sputnik in 1957. O

echipa de cercetatori americani condusi de dr. Richard B. Kershner monitorizau transmisiunile radio ale lui Sputnik. Ei au descoperit ca, datorita efectului Doppler, frecventa semnalului transmis de Sputnik era mai mare cu cat satelitul se apropia si mai mica pe masura ce se departa de ei. Si-au dat seama ca din moment ce isi stiau locatia exacta pe glob, puteau afla pozitia satelitului pe orbita masurand distorsiunea Doppler. A mai fost doar o chestiune de logica pentru a realiza ca si invers era valabil; daca pozitia satelitului era cunoscuta, atunci puteau afla coordonatele locului in care se aflau pe Pamant.

Primul satelit experimental Block-I GPS a fost lansat in februarie 1978. Satelitii GPS erau fabricati initial de Rockwell si in prezent sunt construiti de Lockheed Martin.

In 1983, dupa ce sovieticii au interceptat si doborat aeronava civila KAL 007 in spatiul aerian rusesc, omorand toti cei 269 de oameni aflati la bord, Ronald Reagan a anuntat ca sistemul GPS va fi disponibil pentru uz civil odata ce va fi finalizat.

Pana in 1985 fusesera deja lansati inca zece sateliti Block-I satellites pentru a valida conceptul. Primul satelit modern Block-II a fost lansat pe 14 februarie 1989, si o constelatie completa de 24 de sateliti se aflau pe orbita la 17 ianuarie 1994.

Cel mai recent satelit a fost lansat in 17 octombrie 2006. Cel mai vechi satelit GPS inca in functiune a fost lansat in octombrie 1990.

Sistemul a fost elaborat de Departamentul Apararii al Sistemul a fost elaborat de Departamentul Apararii al SUA, fiind denumit oficial SUA, fiind denumit oficial NAVSTAR GPSNAVSTAR GPS ( (NNavigation avigation SSignal ignal TTiming and iming and RRanging anging GGlobal lobal PPositioning ositioning SSystem).ystem).

Constelatia de sateliti este coordonata zilnic de al doilea Constelatia de sateliti este coordonata zilnic de al doilea Escadron de Operatiuni Spatiale de la Baza Fortelor Aeriene Escadron de Operatiuni Spatiale de la Baza Fortelor Aeriene Schrieber. Desi costurile pentru intretinerea sistemului ating Schrieber. Desi costurile pentru intretinerea sistemului ating aproape 400 milioane USD anual, inclusiv inlocuirea satelitilor mai aproape 400 milioane USD anual, inclusiv inlocuirea satelitilor mai vechi, GPS-ul este disponibil pentru utilizare gratuita in aplicatii vechi, GPS-ul este disponibil pentru utilizare gratuita in aplicatii civile, fiind considerat un bun public.civile, fiind considerat un bun public.

Student Sferle Dan AII An IVStudent Sferle Dan AII An IV

Lista cu satelitii activi

In prezent, sunt in curs de dezvoltare si alte cateva sisteme similare. In prezent, sunt in curs de dezvoltare si alte cateva sisteme similare.

Rusia lucreaza la elaborarea unui sistem independent denumit GLONASS Rusia lucreaza la elaborarea unui sistem independent denumit GLONASS (global navigation system), sistem care desi are 12 sateliti activi, are o (global navigation system), sistem care desi are 12 sateliti activi, are o utilitate limitata. Exista planuri de reabilitare a lui GLONASS astfel incat utilitate limitata. Exista planuri de reabilitare a lui GLONASS astfel incat acesta sa fie complet operational in 2008. acesta sa fie complet operational in 2008.

Uniunea Europeana lucreaza la elaborarea lui Galileo ca alternativa la Uniunea Europeana lucreaza la elaborarea lui Galileo ca alternativa la GPS, care se pare ca va fi operational in 2010. GPS, care se pare ca va fi operational in 2010.

China dezvolta, de asemenea, sisteme independente de navigare prin satelit. China dezvolta, de asemenea, sisteme independente de navigare prin satelit.

Sistemul de localizare globala, cunoscut sub denumirea de GPS, Sistemul de localizare globala, cunoscut sub denumirea de GPS, este singurul sistem de navigare prin satelit complet functional al este singurul sistem de navigare prin satelit complet functional al Pamantului. Pamantului.

Cateva zeci de sateliti GPS transmit semnale precise prin radio Cateva zeci de sateliti GPS transmit semnale precise prin radio catre receptoare GPS electronice, permitandu-le sa-si determine exact catre receptoare GPS electronice, permitandu-le sa-si determine exact locatia (longitudine, latitudine si altitudine), in timp real si in orice locatia (longitudine, latitudine si altitudine), in timp real si in orice conditii meteo. conditii meteo.

De cand GPS-ul a fost declarat complet operational, in 1993, a De cand GPS-ul a fost declarat complet operational, in 1993, a devenit o utilitate globala vitala, indispensabila pentru navigarea devenit o utilitate globala vitala, indispensabila pentru navigarea moderna pe uscat, pe apa sau in aer, precum si o unealta importanta moderna pe uscat, pe apa sau in aer, precum si o unealta importanta pentru trasarea de harti sau explorarea de teritorii. pentru trasarea de harti sau explorarea de teritorii.

2. Ce este gps?2. Ce este gps?

Satelitii GPS inconjoara pamantul de doua ori pe zi, pe orbite foarte precis determinate si transmit semnale/informatii catre statiile terestre. Receptoarele GPS culeg aceste informatii si folosesc triangulatii pentru a calcula localizarea exacta a utilizatorului. Mai exact, receptorul GPS compara timpii de transmisie a semnalului de la satelit si receptionare a acestuia. Diferenta de timp este folosita de catre receptorul GPS pentru calculul distantei la care se gaseste satelitul. In continuare, folosind masuratori de distanta pentru mai multi sateliti, receptorul poate determina localizarea exacta a utilizatorului si o afiseaza pe display.

3. Cum Functioneaza?3. Cum Functioneaza?

Un receptor GPS trebuie sa primeasca simultan semnale de la minimum trei sateliti pentru a putea calcula o pozitie 2D (latitudine si longitudine) si track-ul.

Daca receptorul culege informatii de la patru sau mai multi sateliti, poate calcula o pozitie 3D (latitudine, longitudine si altitudine). Odata determinata pozitia exacta a utilizatorului, unitatea GPS poate calcula alte informatii utile, cum ar fi viteza, cursul, directia de miscare, distanta parcursa, distanta pana la destinatie, ora rasaritului si apusului si altele.


Componenta spatiala a sistemului consta in satelitii GPS . Aceste vehicule Componenta spatiala a sistemului consta in satelitii GPS . Aceste vehicule spatiale trimit semnale radio din spatiu.Intreg sistemul operational GPS spatiale trimit semnale radio din spatiu.Intreg sistemul operational GPS consta in 24 de sateliti care orbiteaza pamintulconsta in 24 de sateliti care orbiteaza pamintul..

De multe ori se intampla ca sa fie mai multi de De multe ori se intampla ca sa fie mai multi de 24 de sateliti operationali24 de sateliti operationali deoarece noi sateliti sunt lansati pentru a-i inlocui pe cei vechideoarece noi sateliti sunt lansati pentru a-i inlocui pe cei vechi . .

Orbitele de satelit repeta aproape acelasi drum terestruOrbitele de satelit repeta aproape acelasi drum terestrude doua ori inde doua ori in fiecare zi . Altitudinea orbitei este in asa fel stabilita incat satelitii repeta fiecare zi . Altitudinea orbitei este in asa fel stabilita incat satelitii repeta acelasi drum si configuratie desupra oricarui punct la aproximativ 24 de ore acelasi drum si configuratie desupra oricarui punct la aproximativ 24 de ore (cu 4 minute mai devreme in fiecare zi) . (cu 4 minute mai devreme in fiecare zi) .

Global Positioning System Satellites and Orbits for 27 Operational Satellites on September 29, 1998 Satellites positions at 00:00:00 9/29/98 with 24 hours (2 orbits) of Ground Tracks to 00:00:00 9/30/98


Sunt Sunt sase planuri orbitale sase planuri orbitale ( cu cate patru sateliti pe fiecare ) , ( cu cate patru sateliti pe fiecare ) , egal impartite ( 60 de grade ) , si inclinate la aproximativ egal impartite ( 60 de grade ) , si inclinate la aproximativ cincizeci si cincizeci si cinci de gradecinci de grade fata de planul ecuatorului . Aceasta configuratie de fata de planul ecuatorului . Aceasta configuratie de sateliti permite ca aproximativ cinci sau opt sateliti sa fie vizibili din sateliti permite ca aproximativ cinci sau opt sateliti sa fie vizibili din orice punct de pe pamant.orice punct de pe pamant.

Student Sferle Dan AII An IV

Controlul sistemului este asigurat de un sistem de Controlul sistemului este asigurat de un sistem de statii statii detectoaredetectoare localizate in toata lumea ( localizate in toata lumea (Master ControlMaster Control and Monitor and Monitor NetworkNetwork). Cartierul general al acestui sistem este situat in Schriever Air ). Cartierul general al acestui sistem este situat in Schriever Air Force Base in Colorado.Force Base in Colorado.


Aceste statii de monitorizare masoara semnale primite de la sateliti Aceste statii de monitorizare masoara semnale primite de la sateliti care sunt incorporate in modelele orbitale pentru fiecare satelit . Modelele care sunt incorporate in modelele orbitale pentru fiecare satelit . Modelele calculeaza cu precizie datele orbitale (calculeaza cu precizie datele orbitale (efemerideleefemeridele) si corectia ceasului pentru ) si corectia ceasului pentru fiecare satelit in parte . fiecare satelit in parte . Statia principala a acestui sistem va reincarca datele Statia principala a acestui sistem va reincarca datele corectate (efemeridele si ceasul) in satelitii GPScorectate (efemeridele si ceasul) in satelitii GPS . La randul lor satelitii vor . La randul lor satelitii vor trimite aceste date receptorilor GPS sub forma de semnale radio. trimite aceste date receptorilor GPS sub forma de semnale radio.

Satelitii transmit Satelitii transmit 2 semnale purtatoare in domeniul microundelor 2 semnale purtatoare in domeniul microundelor : :

- frecventa - frecventa L1 (1575,42 MHz)L1 (1575,42 MHz) poarta mesajul de navigatie poarta mesajul de navigatie

- frecventa - frecventa L2 L2 ((1227,60 MHz1227,60 MHz)) este folosita pentru este folosita pentru masurarea intarzierii masurarea intarzierii provocata de ionosfera provocata de ionosfera . .

4. 4. Semnalele satelitilor G.P.S. Semnalele satelitilor G.P.S.

Un semnal GPS contine 3 biti de informatie:Un semnal GPS contine 3 biti de informatie:

Codul pseudoaleatorCodul pseudoaleator -este un simplu cod I.D., ce identifica satelitul -este un simplu cod I.D., ce identifica satelitul care a transmis informatia. care a transmis informatia.

Datele efemeride -Datele efemeride -care sunt transmise in mod constant de catre care sunt transmise in mod constant de catre fiecare satelit, contin informatii importante despre starea satelitului, fiecare satelit, contin informatii importante despre starea satelitului, data si ora curente. Aceasta parte a semnalului este esentiala pentru data si ora curente. Aceasta parte a semnalului este esentiala pentru determinarea pozitiei curente. determinarea pozitiei curente.

Datele almanahDatele almanah -comunica receptorului GPS unde anume ar trebui -comunica receptorului GPS unde anume ar trebui sa se gaseasca fiecare satelit la un anumit moment al zilei. Fiecare sa se gaseasca fiecare satelit la un anumit moment al zilei. Fiecare satelit transmite date almanah continand informatii orbitale pentru satelit transmite date almanah continand informatii orbitale pentru acel satelit si pentru toti ceilalti sateliti din sistem. acel satelit si pentru toti ceilalti sateliti din sistem.

5. Surse de erori pentru semnalul GPS5. Surse de erori pentru semnalul GPS

a) Intarzierile in ionosfera si a) Intarzierile in ionosfera si troposferatroposfera - Semnalul GPS este - Semnalul GPS este incetinit la trecerea prin incetinit la trecerea prin atmosfera. Sistemul GPS atmosfera. Sistemul GPS foloseste un model incorporat foloseste un model incorporat care calculeaza intarzierea care calculeaza intarzierea medie pentru a corecta partial medie pentru a corecta partial acest tip de erori. acest tip de erori.

b) b) Reflexia semnaluluiReflexia semnalului - Acest tip de eroare intervine atunci cand - Acest tip de eroare intervine atunci cand semnalul GPS este reflectat de cladiri inalte sau suprafete dure inainte de semnalul GPS este reflectat de cladiri inalte sau suprafete dure inainte de a ajunge la receptor. Aceasta duce la intarzieri si deci, erori. a ajunge la receptor. Aceasta duce la intarzieri si deci, erori.

c) Erori datorate ceasului receptoruluic) Erori datorate ceasului receptorului - Ceasul incorporat al receptorului - Ceasul incorporat al receptorului nu este atat de precis ca ceasurile atomice de la bordul satelitilor GPS. De nu este atat de precis ca ceasurile atomice de la bordul satelitilor GPS. De aceea este posibila aparitia unor erori minime datorate decalajului de aceea este posibila aparitia unor erori minime datorate decalajului de timp. timp.

d) Erori orbitaled) Erori orbitale - Cunoscute si ca erori efemeride, sunt datorate - Cunoscute si ca erori efemeride, sunt datorate inadvertentelor dintre pozitiile raportate ale satelitilor. inadvertentelor dintre pozitiile raportate ale satelitilor.

e) Numarul satelitilor vizibilie) Numarul satelitilor vizibili - Cu cat mai multi sateliti poate un receptor - Cu cat mai multi sateliti poate un receptor "vedea", cu atat este mai mare precizia. Cladirile, relieful, interferentele "vedea", cu atat este mai mare precizia. Cladirile, relieful, interferentele electronice sau cateodata chiar vegetatia pot bloca receptionarea electronice sau cateodata chiar vegetatia pot bloca receptionarea semnalelor, cauzand erori de pozitionare sau chiar lipsa totala de pozitie. semnalelor, cauzand erori de pozitionare sau chiar lipsa totala de pozitie. In mod normal, receptorii GPS nu opereaza in spatii inchise, sub apa sau In mod normal, receptorii GPS nu opereaza in spatii inchise, sub apa sau sub pamant. sub pamant.

f) Geometria satelitilorf) Geometria satelitilor - Aceasta se refera la pozitia relativa a - Aceasta se refera la pozitia relativa a satelitilor la un moment dat. Geometria ideala a satelitilor este atinsa satelitilor la un moment dat. Geometria ideala a satelitilor este atinsa atunci cand satelitii se gasesc sub unghi cat mai mare unul fata de atunci cand satelitii se gasesc sub unghi cat mai mare unul fata de celelalte. Geometria nesatisfacatoare este atinsa atunci cand satelitii se celelalte. Geometria nesatisfacatoare este atinsa atunci cand satelitii se gasesc in linie sau sunt grupati. gasesc in linie sau sunt grupati.

g) Degradarea intentionatag) Degradarea intentionata -a semnalului satelitilor - Disponibilitatea -a semnalului satelitilor - Disponibilitatea selectiva - Selective Availability (SA) reprezinta o degradare selectiva - Selective Availability (SA) reprezinta o degradare intentionata a semnalului impusa de Departamentul Apararii al intentionata a semnalului impusa de Departamentul Apararii al Statelor Unite, pentru a impiedica accesul adversarilor militari la o Statelor Unite, pentru a impiedica accesul adversarilor militari la o prea mare precizie a semnalelor GPS. In mai 2000 s-a renuntat la SA, prea mare precizie a semnalelor GPS. In mai 2000 s-a renuntat la SA, aceasta ducand la o crestere semnificativa a preciziei receptoarelor aceasta ducand la o crestere semnificativa a preciziei receptoarelor GPS civile. GPS civile.


6. Aplicatii ale GPS6. Aplicatii ale GPS

1. Localizarea-determinarea unei pozitii.1. Localizarea-determinarea unei pozitii.

Un bun exemplu ar fi Cross Un bun exemplu ar fi Cross Bikerii care fac trasee forestiere si de Bikerii care fac trasee forestiere si de creste iar acest dispozitiv de navigare ii creste iar acest dispozitiv de navigare ii ajuta foarte mult deoarece pot sa ajuta foarte mult deoarece pot sa pregateasca traseul de urmat, de acasa si pregateasca traseul de urmat, de acasa si sa il incarce pe receptorul lor portabil sa il incarce pe receptorul lor portabil astfel doar adrenalina e fara economieastfel doar adrenalina e fara economie

2. Navigatia-deplasarea de la o locatie la alta. 2. Navigatia-deplasarea de la o locatie la alta.


Traseul

Traseul

3. Urmarirea-monitorizarea deplasarii oamenilor si obiectelor. 3. Urmarirea-monitorizarea deplasarii oamenilor si obiectelor.

4. Maparea -crearea hartilor pamintului.

5.Sincronizarea-prezentarea unei sincronizari precise. 5.Sincronizarea-prezentarea unei sincronizari precise.

Satelitii GPS sunt dotati cu ceasuri extrem de precise atomice.Ca sistemul sa functioneze,receptoarele GPS se sincronizeaza cu aceste ceasuri.Asta inseamna practic ca fiecare receptor GPS este in esenta un ceas atomic.Astronomi,companii de electricitate,retele de calculatoare,sisteme de comunicatii,banci,statii de radio si televiziune pot beneficia de aceasta sincronizare precisa.O firma de investitii bancara foloseste GPS pentru a garanta ca tranzactiile se inregistreaza in acelasi timp la toate filialele din lume.

Sistemul WAAS (Wide-Area Augmentation System), disponibil din Sistemul WAAS (Wide-Area Augmentation System), disponibil din august 2000, a crescut acuratetea semnalelor GPS, ajungand la o august 2000, a crescut acuratetea semnalelor GPS, ajungand la o exactitate de 2 metri. Acuratetea GPS-ului poate fi imbunatatita si mai exactitate de 2 metri. Acuratetea GPS-ului poate fi imbunatatita si mai mult, pana la 1 cm, pe distante scurte, folosind tehnici precum GPS mult, pana la 1 cm, pe distante scurte, folosind tehnici precum GPS diferential (DGPS).diferential (DGPS).

GPS Diferential presupune GPS Diferential presupune cooperarea a doua cooperarea a doua receptoare,unul stationar si receptoare,unul stationar si celalalt in miscare facind celalalt in miscare facind masuratori ale pozitiei.masuratori ale pozitiei. Receptorul stationar este Receptorul stationar este cheia.Leaga toate masuratorile cheia.Leaga toate masuratorile satelitilor de un punct local satelitilor de un punct local solid de referinta.solid de referinta.

7. Concluzii7. Concluzii



Documents

Curs 2 Ppf Global Position System(GPS)