|
|
|
Moja wiedza na temat systemu i odbiorników GPS jest fragmentaryczna i nie pretenduję do roli eksperta w tej dziedzinie.Wiele podanych tu informacji może się wydać naiwnymi i oczywistymi dla studentów geodezji i fachowców z branży, sądząc jednak po trudnościach jakie miałem przy wyszukiwaniu nawet prostych informacji o np. układzie odniesienia Pułkowo, systemie "42" czy zwłaszcza "65" uważam, że użytkownikom GPS mogą się przydać.
Uwaga! Z dniem 2000-05-01decyzją rządu USA został na stałe wyłączony program celowo pogarszający dokładność określania pozycji przez cywilne odbiorniki GPS (SA - Selective Availability). Zamieszczone w poniższym tekście rozważania na temat dokładności odbiorników GPS dotyczące SA stają się w związku z tym bezprzedmiotowe! Pozostają jako ciekawostka (do czasu ponownego włączenia SA?)
Co to jest GPS? Nazwa GPS jest skrótem od angielskiej nazwy Global Positioning System. Jest to amerykański, wojskowy system określania pozycji geograficznej, z pewnymi ograniczeniami udostępniony dla powszechnych zastosowań cywilnych. Ogólnie biorąc system składa się z:
Dwa pierwsze segmenty są utrzymywane przez rząd amerykański. Segment użytkownika to odbiorniki GPS między innymi takie jak np. GPS38.
Jak działa GPS (w największym uproszczeniu )? Wokół Ziemi, na wysokości około 20 000km, po dokładnie znanych orbitach krążą satelity. Parametry orbit są kontrolowane przez stacje naziemne. Satelity wysyłają sygnały radiowe na częstotliwościach ok. 1,5 GHz pod kontrolą zsynchronizowanych ze sobą wzorców czasu. Na podstawie różnic czasu w jakim docierają do odbiornika sygnały z satelitów i co za tym idzie różnic drogi, mikroprocesor w odbiorniku dokonuje obliczenia pozycji odbiornika. Warto pamiętać że:
Odbiornik GPS Podstawowe bloki odbiornika GPS (precyzyjnie: segmentu użytkownika) to:
Dokładność określania pozycji Podstawowym zagadnieniem związanym z odbiornikiem GPS jest jego dokładność określania pozycji. Dla celów reklamowych podawane są różne wielkości np. +/-25m, 15m i mniejsze. Te wielkości oznaczają dokładność w najbardziej sprzyjających warunkach: przy śledzeniu przez odbiornik maksymalnej liczby, optymalnie usytuowanych satelitów przy braku sygnału zakłócającego (SA). W warunkach rzeczywistych błąd pozycji podawanej przez odbiornik GPS jest znacznie większy; sztucznie wprowadzony błąd (SA) wynosi do 100m, zaś sumaryczny błąd odbiornika związany z nim samym i nieoptymalnym ułożeniem satelitów rzadko jest mniejszy niż 30m (GPS38). Trzeba założyć, że pozycja podawana przez ręczny odbiornik GPS w warunkach istnienia SA jest zgodna z rzeczywistą z błędem rzędu +/-150m (+/- 5" .. 7").
Na rysunkach pokazano wykresy pozycji raportowanej przez 8-kanalowy odbiornik firmy Motorola z anteną umieszczoną stacjonarnie na dachu budynku. Pierwszy wykres powstał w ciągu godziny, drugi w ciągu ok. 10 godzin; odbiornik śledził w przeważającym czasie maksymalną możliwą dla niego liczbę satelitów tj. 8. Na osiach zaznaczono odchyłkę (w metrach) od pozycji określonej przez uśrednienie pomiarów z klikudziesięciu godzin. Istnieją metody ominięcia sztucznie wprowadzonego ograniczenia dokładności odbiornika. Taką metoda jest technika DGPS, która polega na uwzględnianiu przez program w odbiorniku obliczajacym pozycję, poprawki przesyłanej droga radiowa ze stacjonarnego odbiornika GPS o dokładnie znanej pozycji. Teoretyczna dokładność pozycji zwieksza się do kilku metrów, wymagane są jednak dodatkowe, drogie urzadzenia i dostęp do sygnału radiowego nadającego poprawkę. Współczesne przenośne odbiorniki, posiadające 12 kanałów równoległych (np. GPS12), określają pozycję w sprzyjających warunkach z dokładnością kilku metrów.
Opis działania najprostszego odbiornika dla kogoś, kto jeszcze nigdy nie miał odbiornika w ręku (z dygresjami). Najtańsze odbiorniki GPS to na przykład GPS 38 (starszy model już nie produkowany) i
GPS 12 firmy Garmin. Są dostępne w cenie 150 - 250$ lub nawet
taniej. Wielkością i wyglądem przypominają niezbyt mały telefon komórkowy. Są
hermetyczne i nierozbieralne. Mają graficzny wyświetlacz ciekłokrystaliczny 64x100
pikseli. Pierwsze włączenie po zakupie (Garmin GPS38) Po założeniu 4 ogniw alkalicznych R6 do odbiornika można go włączyć. Pokaże się
strona powitalna, a po kilku sekundach strona satelitów. Odbiornik rozpocznie proces
synchronizacji z sygnałami z satelitów. Widocznych nad widnokręgiem satelitów może być teoretycznie do 12,
stąd najnowsze odbiorniki tyle ich mogą śledzić (GPS12). Starsze odbiorniki budowano
jako pseudo 8-kanałowe (GPS38: jeden kanał multipleksowany), istnieją takie, które
śledzą 12 satelitów w dwóch multipleksowanych kanałach, a słyszałem o
4-kanałowych. Kiedy odbiornik zacznie już śledzić co najmniej 3 satelity z
"dobrą geometrią", może podawać pozycję geograficzną w dwóch wymiarach;
przy czterech i więcej śledzonych satelitach może podawać także wysokość. GPS38
(GPS12) automatycznie przełączy się na pokazywanie drugiej strony: informacji o pozycji
i czasie. Odbiornik GPS może podawać pozycję we współrzędnych geograficznych
(stopnie, minuty, sekundy), a także w siatce kilometrowej. Ręczny odbiornik GPS w samochodzie Wbrew pozorom najprostszy, zintegrowany odbiornik GPS taki jak Garmin GPS38 całkiem
dobrze sprawuje się w samochodzie. Umieszczony na desce rozdzielczej co prawda nie
"widzi" części satelitów Na nowym komplecie baterii odbiornik pracuje kilkanaście godzin (GPS38 pobiera ok.
140mA). Rozrzutnością było by zasilanie w ten sposób w samochodzie; oczywiste jest,
że należy zasilać go z gniazda zapalniczki zwłaszcza, że w odbiorniku przewidziano do
tego odpowiednie gniazdo. Idealny do samochodu jest odbiornik z anteną zewnętrzną. GPS12XL z anteną GA27 na dachu, na uchwycie magnesowym to jest to!
Współpraca GPS z PC GPS różnych firm w tym Garmin mają możliwość komunikacji z PC przez port RS232. Daje to możliwość przygotowania danych na PC i wpisania ich do GPS, odczytania danych z GPS, ich obróbki i archiwizowania na PC, oraz śledzenia na bieżąco położenia na ekranie komputera (notebooka) na tle mapy cyfrowej (program Autoroute, Quovadis,...). To ostatnie możliwe jest na łodzi lub w samochodzie, lecz chyba zbyt kłopotliwe na rowerze.
Program Quovadis (obecnie zmienił nazwę na Touratech)
Rysunek obok powstał przy pomocy programu Quovadis na bazie zeskanowanej mapy 1:100 000 i zapisu przejechanej trasy przez odbiornik GPS38 w czasach aktywności SA. Na zachód od Kolbuszowej jechałem tam i z powrotem tą samą trasą.
Internet żyje, niektóre odsyłacze mogą być nieaktualne Programik Gardown
Program Madtran
polskie firmy zajmujące się dziedziną GPS strona firmy Garmin inne strony z dziedziny GPS i map
|
W najtańszych odbiornikach wszystkie te bloki zabudowane są w
jednej, hermetycznej obudowie. W zwiazku z tym, że antena znajduje się wewnątrz
odbiornika, utrudnione jest ich stosowanie w samochodzie, pod pokładem łodzi itp.
(antena musi widzieć satelity). Są one przeznaczone przede wszystkim dla turystyki
pieszej i rowerowej.
nieobudowanych modułów. Na przykład
zestaw modułu anteny z modułem odbiornika Oncore firmy Motorola, uzupełnione o zasilacz
(5V 200mA) i prosty konwerter poziomów logicznych TTL/RS232 po podłączeniu do komputera
PC z odpowiednim programem tworzy kompletny odbiornik GPS o funkcjach ograniczonych tylko
możliwościami programu na PC.
zasłanianych przez dach i słupki boczne, ale mimo
to radzi sobie z obliczaniem pozycji. W otwartym terenie śledzi przeważnie 5 - 6
satelitów. Problemy są podczas jazdy przez las i w mieście. Zwłaszcza w mieście
widoczność satelitów maleje na tyle, że często widać ich zbyt mało dla 
obliczenia
pozycji. Ale i na zewnątrz pojazdu w mieście sytuacja jest niewiele lepsza.
