Its Seminar Ski

5/14/2018 Its Seminar Ski - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/its-seminar-ski 1/13

UNIVERZITET U SARAJEVU

FAKULTET ZA SAOBRAĆAJ I KOMUNIKACIJE

Seminarski rad na temu:

Satelitski sustavi pozicioniranja u okviru

Europske komunikacijske ITS arhitekture

Mentor: Student:

Drago Ezgeta Amela Fazlić

6069-3

KT

Sarajevo, januar 2012.



2

SADRŽAJ

UVOD............................................................................................................................................................. 2

1. Global Navigation Satellite Systems – GNSS ......................................................................................... 3

1.1. Klasifikacija GNSS-a ....................................................................................................................... 4

1.2. Civilna i vojna upotreba ................................................................................................................ 5

2. Global Positioning Systems – GPS ......................................................................................................... 6

2.1. Osnove rada .................................................................................................................................. 6

2.2. Tehnički opis sistema .................................................................................................................... 7

2.2.1. Komponenta u vasioni .......................................................................................................... 7

2.2.2. Kontrolna komponenta ......................................................................................................... 8

2.2.3. Korisnička komponenta ........................................................................................................ 8

3. Global Navigation Satellite System - GLONASS ................................................................................... 10

4. Diferencijalni GPS ................................................................................................................................ 11

ZAKLJUČAK .................................................................................................................................................. 12

LITERATURA ................................................................................................................................................ 13

UVOD



3

Satelitska navigacija (također pozicioniranje) je alat za određivanje položaja, brzine ipreciznog vremena u svijetu. Signale odaslane od nekoliko satelita kupi prijemnik i koristi za

izračunavanje položaja, brzine i vremena. Prijemnici kod korisnika navigacije mjere udaljenost

od prijemnika na satelitu pomoću tehnike koja se zove "Kooperativno rangiranje" (CooperativeRanging). Sateliti šalju signal sa podacima o svom položaju i vremenu (timestamp). Udaljenost

do svakog satelita je izvedena iz mjerenja vremena potrebnog za putovanje signala od satelita do

prijemnika, što je timestamp od primatelja u trenutku primitka umanjen za timestamp od signala.

Signali četiri satelita su potrebni za određivanje položaja Zemlje, pa postoje četiri nepoznatačimbenika koji moraju biti izračunati od strane prijemnik a. To su dužina, širina, visina objekta itačna udaljenost između prijemnika i satelita, ili pogreška u daljini (derr) koja se respektivno

može smatrati konstantom za sve signale poslane u isto vrijeme. Vrijeme na satu prijemnika i

satelita nisu potpuno isti, tj. nisu sinkronizovani. Nadalje, na putu od satelita do prijemnika

signal je zavijen u ionosferi, pa je put signala duži od stvarne udaljenosti između satelita iprijemnika, ali ne samo zbog zavoja, nego i zbog drugih učinaka. To se rješava pomoću rezultatamjerenja kroz četiri jednačine sa četiri nepoznate. Postoje različiti satelitski sustavi pozicioniranja u okviru Europske ITS Arhitekture, a najvažniji su opisani u glavnom dijelu ovograda.

1. Global Navigation Satellite Systems – GNSS



4

Globalni navigacijski satelitski sustavi (GNSS), standardni generički termin za satelitskenavigacijske sustave (Sat Nav) koji pružaju autonomno geoprostorno pozicioniranje s globalnom pokrivenošću. GNSS omogućuje malim elektroničkim prijemnicima determinaciju njihove lokacije

(longitude, latitude i altitude) s odmakom od samo nekoliko metara koristeći vremenske signale koje dužlinije vida transmitira radio sa satelita. Prijemnici računaju precizno vrijeme i poziciju koji se mogu

koristiti u znanstvenim eksperimentima.

Jedini potpuno operativni GNSS do 2009. godine bio je američki NAVSTAR Global Positioning

System (GPS – Globalni pozicijski sustav). Ruski GLONASS jest GNSS u procesu pripreme za punu

operativnost. Pozicijski sustav Galileo Europske unije nalazi se u inicijalnoj fazi implementacije s

planiranom operativnošću do 2014. godine.

Globalna pokrivenost postignuta je konstelacijom od oko 30 satelita u srednjoj Zemljinoj orbiti

(MEO, engl. Medium Earth Orbit) u različitim orbitalnim ravninama. Aktualni sustavi koriste orbitalneinklinacije od >50° te orbitalne periode od 11 sati 58 minuta (visina 20.200 km / 12.500 milja).1

1.1. Klasifikacija GNSS-a

GNSS ko ji pruža praćenje s naprednom tačnošću i integritetom korisnim za civilnu navigaciju

klasif icirani su na sljedeći način:

GNSS-1 jest sustav prve generacije i

kombinacija postojećih satelitskihnavigacijskih sustava (GPS-a i GLONASS-

a) sa SBAS-om (engl. Satellite Based

Augmentation Systems, Satelitski bazirani

augmentacijski sustavi) ili GBAS-om

(engl. Ground Based Augmentation

Systems, Zemaljski bazirani

augmentacijski sustavi.

GNSS-2 jesu sustavi druge generacije koji

neovisno pružaju podršku potpunimcivilnim satelitskim navigacijskim

sustavima, primjerice europskom pozicijskom sl.1. Galileo2

sustavu Galileo. Ovi sustavi pružit će praćenje s tačnošću i integritetom potrebnim za civilnu

navigaciju. Jezgrini satelitski navigacijski sustavi, trenutno: GPS, Galileo i GLONASS.

Globalni satelitski bazirani augmentacijski sustavi (SBAS) jesu Omnistar i StarFire.

Regionalni SBAS-ovi uključuju WAAS (SAD), EGNOS (EU), MSAS (Japan) i GAGAN(Indija).

1 http://hr.wikipedia.org/wiki/Globalni_navigacijski_satelitski_sustavi

2 http://www.gpsworld.com/gnss-system/galileo/interoperability-time-950

http://hr.wikipedia.org/wiki/Globalni_navigacijski_satelitski_sustavi



http://www.gpsworld.com/gnss-system/galileo/interoperability-time-950







5

Regionalni satelitski navigacijski sustavi jesu QZSS (Japan), IRNSS (Indija) i Beidou (Kina).

Kontinentalni zemaljski bazirani augmentacijski sustavi (GBAS), primjerice australski GRAS i

nacionalni DGPS (engl. Differential GPS, Diferencijalni GPS) američkog Ministarstva prometa.

Regionalni GBAS, primjer je mreža CORS.

Lokalni GBAS tipificiran jednom GPS referentnom stanicom koja upravlja RTK (engl. Real

Time Kinematic, Realnovremenska kinematika) korekcijama.

1.2. Civilna i vojna upotreba

Originalna motivacija za satelitsku navigaciju bila je primjena u vojne svrhe. Satelitska navigacija

omogućila je dosad nemoguću preciznost u isporuci oružja na ciljeve, uvelike povećavši njihovu letalnosti istovremeno reduciravši nenamjerne žrtve zbog pogrešno navođenog oružja. Satelitska navigacija

također omogućuje usmjeravanje snaga i njihovo lociranje mnogo jednostavnije, smanjujući ratnu maglu.3

Na te se načine satelitska navigacija može smatrati multiplikatorom sile. Posebice se to odnosi na

činjenicu da mogućnost reduciranja nenamjernih žrtava ima posebne prednosti u ratovima gdje odnosi s javnošću čine važan aspekt ratovanja. Zbog tih je razloga satelitski navigacijski sustav esencijalnosredstvo svake aspiracijske vojne sile.

GNSS ima širok raspon uporabe te sekoristi za sljedeće djelatnosti:

navigacija, s rasponom od osobnih

priručnih uređaja za planinarenje do

uređaja prikladnih za automobile,kamione, brodove i zrakoplove,

vremenski transfer i sinkronizacija, usluge bazirane na lokaciji kao što je

napredni 911

geodezija

unos podataka u geografski

informacijski sustav

traganje i spašavanje

geofizičke znanosti Sl.2. Način rada GNSS -a4

uređaji za lociranje korišteni u upravljanju divljim svijetom

lociranje pokretnina, primjerice u upravljanju voznim parkom

naplata cestarine mediji bazirani na lokaciji

3 http://hr.wikipedia.org/wiki/Globalni_navigacijski_satelitski_sustavi

4 http://www.esa.int/esaCP/ESAHLOG18ZC_Austria_1.html




http://www.esa.int/esaCP/ESAHLOG18ZC_Austria_1.html







6

Valja primjetiti kako je sposobnost dostave satelitskih navigacijskih signala također sposobnostuskraćivanja njihove dostupnosti. Operator satelitskog navigacijskog sustava ima potencijalnu sposobnostdegradiranja ili eliminiranja satelitskih navigacijskih usluga nad nekim teritorijem koji poželi.

2. Global Positioning Systems – GPS

Globalni sistem pozicioniranja (engl. Global Positioning System - GPS) je trenutno jedini poptuno

funkcionalan globalni satelitski navigacioni sistem (еngl. Global Navigation Satellite System - GNSS).

GPS se sastoji od 24 satelita raspoređenih u orbiti Zemlje, koji šalju radio signal na površinu Zemlje. GPS prijemnici na osnovu ovih radio signala mogu da odrede svoju tačnu poziciju - nadmorsku visinu,

geografsku širinu i geografsku dužinu - na bilo kom mjestu na planeti danju i noću, pri svim vremenskimuslovima. GPS ima veliku primjenu kao globalni servis u raznim oblastima, u komercijalne i naučne

svrhe: navigacija na moru, zemlji i u vazduhu, mapiranju zemljišta, pravljenju karata, određivanju tačnogvremena, otkrivanju zemljotresa i slično.5

GPS je razvijen od strane Ministarstva

odbrane SAD pod imenom NAVSTAR GPS u

agenciji DARPA (neki izvori navode da je

NAVSTAR skraćenica od Navigation SignalTiming and Ranging GPS, dok drugi navode da je

to slučajno izabrano zvučno ime dato od straneJohn Walsh-a, osobe koja je imala ulogu o

odlučivanju o sudbini projekta). U početku je

korišćen isključivo u vojne svrhe da bi kasnije biobesplatno stavljen na raspolaganje svima kao

javno dobro. Godišnji troškovi održavanja sistemasu oko 750 miliona američkih dolara.

Sl. 3. GPS6

2.1. Osnove rada

5 http://sr.wikipedia.org/wiki/Globalni_pozicioni_sistem

6 http://www.nlr.nl/?id=9108&l=en

http://sr.wikipedia.org/wiki/Globalni_pozicioni_sistem



http://www.nlr.nl/?id=9108&l=en







7

GPS prijemnik je uređaj koji proračunava svoju poziciju na osnovu mjerenja udaljenosti od tri ili

više GPS satelita. Svaki satelit emituje mikrotalasnu sekvencu radio signala koja je poznata prijemniku.Dok prijemnik prima taj signal, u stanju je da odredi vreme

koje protekne od emitovanja radio signala sa satelita do

prijema na svojoj poziciji. Udaljenost prijemnika od

satelita se proračunava na osnovu tog vremena, budući daradio signal putuje poznatom brzinom. Signal također nosiinformaciju o trenutnom položaju satelita sa kog seemituje. Ako se zna udaljenost prijemnika od satelita i

pozicija satelita, poznato je da se prijemnik nalazi negdje

na sferi određene dimenzije u čijem je centru satelit. Poštosu poznate pozicije tri satelita i udaljenost prijemnika od

svakog od njih, postupkom trilateracije se može odrediti pozicija prijemnika. Trilateracija se bazira na činjenici dase tri sfere sijeku u najviše dvije tačke (od kojih jednaobično nema smisla). Izmjerene udaljenosti sa greškom su sl. 4. Trilateracija

7

predstavljene kao krivine, treba ih korigovati za istu vrijednost da bi se sjekle u istoj tački. Ova slika jedvodimenzionalna ilustracija, u stvarnosti se radi o trodimenzionalnom problemu.

Ovaj princip rada podrazumijeva sa su časovnici na svim satelitima, kao i na prijemniku potpunosinhronizovani, da bi se vremenski razmak između poznate sekvence signala sa satelita i na prijemnikutačno izm jerio. Na satelitima se nalaze atomski časovnici, veoma precizni i skupi. Međutim, pri jemnik

ima daleko manje precizan časovnik, kristalni oscilator. Nedostatak preciznosti se r ješava uvođenjemmjerenja udaljenosti od još jednog satelita. Sat na prijemniku uvodi istu vremensku i prostornu greškukada proračunava udaljenost od sva četiri satelita. Može se izračunati za koliko treba korigovati sat da bise četiri sfere s jekle u jednoj istoj tački. Na taj način se sat na prijemniku neprekidno koriguje. Jedna od

primjena GPS-a je veoma precizno računanje vremena i sinhronizacija časovnika .

8

2.2. Tehnički opis sistema

GPS sistem se sastoji od tri komponente: komponente u vasioni, kontrolne komponente i

korisničke komponente.

2.2.1. Komponenta u vasioni

7 http://sr.wikipedia.org/wiki/Датотека:GPS-pseudorange.svg

8 http://sr.wikipedia.org/wiki/Датотека:GPS-pseudorange.svg

http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0:GPS-pseudorange.svg












8

Komponentu u vasioni čine GPS sateliti u orbiti Zemlje. Broj i raspored satelita se mijenjao tokom

vremena, a tehnička izvedba napredovala, kako se GPS sistem razvijao. Blok I sateliti su puštani u rad od1978. do 1985. godine i do danas su svi van funkcije. Originalni koncept Blok II satelita predstavljaju 24

GPS satelita koji se kreću u 6 orbitalnih ravni, ravnomjerno raspoređenih u odnosu na Zemlju, koje sunagnute pod uglom od 55° u odnosu na ekvatorijalnu ravan. Orbitalne ravni ne rotiraju u odnosu na

udaljenje zvijezde. U svakoj orbitalnoj ravni se kreću po 4 satelita, po orbitama koje su skoro kružne(ekscentričnost elipse 1°), međusobno pravilno raspoređeni po kružnici orbite, pod uglom od 90 stepeni.Prečnik orbita je oko četiri puta veći od prečnika Zemlje i svaki od satelita jednom obiđe svoju orbitu za12 časova, tako da u odnosu na površinu Zemlje svaki satelit svakog dana obiđe istu putanju. Ovaj broj i pravilan raspored satelita garantuje da se sa svake tačke na Zemlji u svakom trenutku na horizontu nalazi bar četiri satelita. To su četiri satelita potrebna za određivanje pozicije GPS prijemnika. ). Pošto satelitiizlaze iz funckije zbog održavanja, kvarova ili isteka radnog vijeka, oko Zemlje kruži više satelita i čestoih je aktivno više od 24.

2.2.2. Kontrolna komponenta

Kontrolnu komponentu čine stanice za praćenje satelita, kontrolne stanice i zemljišne antene.Stanice za praćenje satelita se nalaze na Havajima, Kvajlin ostrvu, Aknezijskom ostrvu, ostrvu DijegoGarsija i Kolorado Springsu, u Koloradu. Uloga ovih stanica je da prate kretanje satelita i podatke šaljuglavnoj kontrolnoj stanici u Kolorado Springsu. Tu se vrše proračuni i preko zemljišnih antena koje senalaze na Kvajlin ostrvu, Aknezijskom ostrvu, i ostrvu Dijego Garsija. Satelitima se šalju ažurirani podacio njihovoj tačnoj poziciji i vremenu. Ažuriranje se vrši dva puta dnevno, čime se vrše precizna podešavanja sistema. Novija generacija satelita je u stanju da međusobno komunicira i sinhronizuje podatke, pa preciznost određivanja pozicije ne bi bila bitno narušena, ni kad bi sateliti danima radilinezavisno od kontrolne komponente sa Zemlje.

2.2.3. Korisnička komponenta

Korisničku komponenu čine GPSprijemnici na Zemlji. Prijemnici mogu biti

komponente uključene u druge uređaje, kao npr mobilni telefon, časovnik i slično, ili samostalniuređaji. Na primer, GPS prijemnik baziran na SiRF

Star III čipu ima dimenzije samo 12 x 15 mm.Drugi, samostalni uređaji, imaju displej zaprikazivanje pozicije, brzine i/ili vremena i mogu

imati interfejse sa drugim uređajima. Sl. 5. GPS prijemnici

9

Osnovne komponente GSP prijemnika su antena podešena na frekvenciju GPS satelita, kristalni

oscilator koji služi kao časovnik i mikroprocesor koji obrađuje signale. Prijemnici se često opisuju prema

9 http://sr.wikipedia.org/wiki/Датотека:GPS_Receivers.jpg

http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0:GPS_Receivers.jpg






9

tome koliko kanala imaju. Svaki kanal prati po jedan satelit. Stariji modeli su imali četiri do pet kanala, adanašnji uglavnom 12 do 20 kanala. GPS prijemnici mogu imati u sastavu komponentu koja prima

diferencijalne signale. Diferencijalni signal se dobija preko standardnog RS-232 porta ili preko interne

antene. Od 2006. godine čak i jeftini prijemnici uključuju i prijemnike za oblasne sisteme augmentacije.

Neki GSP prijemnici komuniciraju sa drugim uređajima preko serijskih interfejsa kao što su USB ili

Bluetooth, koristeći standardne protokole. NMEA 0183 i NMEA 2000 su široko rasprostranjeni protokoli.Iako su zaštićeni protokoli , objavljeno je dovoljno javnih dokumenata koji ih opisuju da se mogu koristiti

bez kršenja autorskih prava. Postoje i drugi protokoli, kao SiRF i MTK.

Sl.6. Civilni GPS prijemnik u pomorskoj primjeni10

Sl.7.Automobilski navigacijski sustav u taksiju11

Sl.8. GPS prijemnici danas su integrirani u mnogim mobilnim telefonima12

10 http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:Magellan_GPS_Blazer12.jpg

11 http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:KyotoTaxiRide.jpg

12 http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:GPS_on_smartphone_cycling.JPG

http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:Magellan_GPS_Blazer12.jpg



http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:KyotoTaxiRide.jpg



http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:GPS_on_smartphone_cycling.JPG








10

3. Global Navigation Satellite System - GLONASS

GLONASS (doslovno: "globalni

navigacijski satelitski sustav") je ruski satelitski

navigacijski sustav. Odgovor je na američk isustav poznat pod oznakom GPS, a program je

bio započet još '80-ih, u sovjetsko doba, ali zbog

izrazito lošeg gospodarskog stanja te na koncuraspada SSSR-a, program je zastao s razvojem.

Radi se o sustavu geostacionarnih satelita koji

vrteći se oko matičnog planeta metodomtrigonometrije definiraju ciljeve na površiniZemlje te prijamniku šal ju podatke o njegovoj

poziciji. Za razliku od EU-ovog Galilea,

GLONASS je djelimice već dovršen. Pokrivenost

mu čini Ruska Federacija i države u susjedstvu.Projekt je državni, ali ruske vlasti u izgradnjiovog sustava traže i sudjelovanje pr ivatnih

gospodarskih subjekata. Od velikih subjekata koji

su stupili u ovaj projekt, valja navesti državuIndiju, tradicionalno velikog kupca nekad

sovjetske, danas ruske vojne opreme. Sl. 9. Model GLONASS-K satelita13

Sl. 10. Logo GLONASS-a14

13 http://en.wikipedia.org/wiki/File:CeBit_2011_-_Glosnass-K_Satellite_Model_11.jpg

14 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Glonass_logo.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:CeBit_2011_-_Glosnass-K_Satellite_Model_11.jpg



http://en.wikipedia.org/wiki/File:Glonass_logo.jpg







11

4. Diferencijalni GPS

Diferencijalni GPS je tehnika gd je se koriste dva ili više prijemnika. Jedan GPS-prijemnik (referentni) postavi se na poznatu tačku. Referentni prijemnik registrira satelite i za njih, na osnovu

poznate (iz koordinata) i mjerene udaljenosti, računa korekcije pseudoudaljenosti. Razlika izmeđumjerene i izračunate udaljenosti za svaki vidljivi satelit postaje "diferencijalna korekcija". Diferencijalna

korekcija za svaki praćeni satelit se oblikuje u odgovarajuću korektivnu poruku i šalje DGPS-

prijemnicima. Te se diferencijalne korekcije primjenjuju u računanjima GPS-prijemnika, uklanjajućimnoge od uobičajenih pogrešaka i povećavajući tačnost. Prijemnik referentne stanice određujekomponente pogreške i daje korekcije GPS-prijemniku u stvarnom vremenu. Korekcije se mogu prenositi

preko radio uređaja, preko satelita ili na neki drugi način.15

Sl. 11. Prikaz načina rada diferencijalnog GPS-a (DGPS-a)16

15 http://www.kartografija.hr/old_hkd/obrazovanje/diplomski/tomljanovic/tomljanovic.pdf

16 http://www.kartografija.hr/old_hkd/obrazovanje/prirucnici/gpspoc/gpspoc.htm

http://www.kartografija.hr/old_hkd/obrazovanje/diplomski/tomljanovic/tomljanovic.pdf



http://www.kartografija.hr/old_hkd/obrazovanje/prirucnici/gpspoc/gpspoc.htm







12

ZAKLJUČAK

Ono što se prožimalo kroz cijeli ovaj rad jeste raznolik a primjena satelitskih sustava i njihovemnogobrojne koristi. Važno je zapamtiti da je satelitska navigacija (također pozicioniranje) alat za

određivanje položaja, brzine i preciznog vremena u svijetu. Ovdje su vrlo značajni signali koji putuju odsatelita do prijemnika i svi njihovi paramtri koji bivaju zabilježeni kao što su: vrijeme, jačina i sl. Postojerazličiti satelitski sustavi pozicioniranja u okviru Europske ITS Arhitekture, a najvažniji su opisani uglavnom dijelu ovog rada. To su: Globalni navigacijski satelitski sustavi (GNSS), Globalni sistem

pozicioniranja (engl. Global Positioning System – GPS), Globalni navigacijski satelitski sustav

(GLONASS), Diferencijalni GPS. Globalni sistem pozicioniranja (engl. Global Positioning System -

GPS) je trenutno jedini poptuno funkcionalan globalni satelitski navigacioni sistem. GPS se sastoji od 24

satelita raspoređena u orbiti Zemlje, koji šalju radio signal na površinu Zemlje. GPS prijemnici na osnovuovih radio signala mogu da odrede svoju tačnu poziciju - nadmorsku visinu, geografsku širinu i

geografsku dužinu - na bilo kom mjestu na planeti danju i noću, pri svim vremenskim uslovima. Upravo

zbog ovoga, GPS ima veliku primjenu kao globalni servis u raznim oblastima, u komercijalne i naučnesvrhe: navigacija na moru, zemlji i u vazduhu, mapiranju zemljišta, pravljenju karata, određivanju tačnogvremena, otkrivanju zemljotresa i slično. Shodno tome, prijemnici signala su poprimili različite oblike ifunkcije kakobi mogli biti lako primjenjivani u različitim situacijama. Danas se prijemnici satelitskihsignala nalaze u mobilnim uređajima, laptopima, navigacijskim uređajima svih prevoznih sredstava i sl.



13

LITERATURA

http://hr.wikipedia.org/wiki/Globalni_navigacijski_satelitski_sustavi http://www.gpsworld.com/gnss-system/galileo/interoperability-time-950





http://sr.wikipedia.org/wiki/Датотека:GPS-pseudorange.svg

http://sr.wikipedia.org/wiki/Датотека:GPS_Receivers.jpg



http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:GPS_on_smartphone_cycling.JPG http://en.wikipedia.org/wiki/File:CeBit_2011_-_Glosnass-K_Satellite_Model_11.jpg


















































Documents

Its Seminar Ski