Vandaag de dag is er waarschijnlijk niemand die nog nooit van GPS heeft gehoord. Niet iedereen heeft echter een volledig begrip van wat het is. In het artikel zullen we proberen uit te zoeken wat het global positioning system is, waar het uit bestaat en hoe het werkt.
Geschiedenis
Het GPS-navigatiesysteem maakt deel uit van het Navstar-complex, ontwikkeld en beheerd door het Amerikaanse ministerie van Defensie. Het project van het complex begon in 1973 te worden uitgevoerd. En al begin 1978, na succesvolle testen, hebben ze het in gebruik genomen. In 1993 waren er 24 satellieten rond de aarde gelanceerd die het oppervlak van onze planeet volledig bedekten. Het civiele deel van het militaire netwerk van Navstar werd bekend als GPS, wat staat voor Global Positioning System ("global positioning system").
De basis bestaat uit satellieten die in zes cirkelvormige banen bewegen. Ze zijn slechts anderhalve meter breed en iets meer dan vijf meter lang. Het gewicht is in dit geval ongeveer achthonderdveertig kilogram. Ze bieden allemaal volledige prestaties overal op onze planeet.
Tracking wordt uitgevoerd vanaf het hoofdcontrolestation in de staat Colorado. Er is de Schriver Air Force Base - de vijftigste ruimtemacht.
Er zijn meer dan tien volgstations op aarde. Ze zijn te vinden op Ascension Island, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral en andere plaatsen, waarvan het aantal elk jaar toeneemt. Alle informatie die van hen wordt ontvangen, wordt op het hoofdstation verwerkt. Bijgewerkte gegevens worden elke vierentwintig uur geüpload.
Deze wereldwijde plaatsbepaling is een satellietsysteem dat wordt beheerd door het Amerikaanse ministerie van Defensie. Het werkt onder alle weersomstandigheden en verzendt constant informatie.
Werkingsprincipe
GPS global positioning systems werken op basis van de volgende componenten:
- satelliet trilateratie;
- satellietbereik;
- exacte tijdreferentie;
- locatie;
- correctie.
Laten we ze eens nader bekijken.
Trilateratie is de berekening van de afstand van de gegevens van drie satellieten, waardoor het mogelijk is om de locatie van een bepaald punt te berekenen.
Rangschikking betekent de afstand tot de satellieten, berekend op basis van de tijd die het radiosignaal nodig heeft om van de satellieten naar de ontvanger te reizen, rekening houdend met de snelheid van het licht. Om de tijd te bepalen, wordt een pseudo-willekeurige code gegenereerd, waardoor de ontvanger de vertraging op elk moment kan corrigeren.
De volgende afbeelding geeft een directeafhankelijk van de nauwkeurigheid van de klok. De satellieten hebben atoomklokken die tot op één nanoseconde nauwkeurig zijn. Vanwege hun hoge kosten worden ze echter niet overal gebruikt.
De satellieten bevinden zich op een hoogte van meer dan twintigduizend kilometer van de aarde, precies zoveel als nodig is voor een stabiele beweging in een baan om de aarde en het verkleinen van de atmosferische weerstand.
Tijdens de werking van het wereldwijde positioneringssysteem in de wereld worden fouten gemaakt die moeilijk te elimineren zijn. Dit komt door de passage van het signaal door de troposfeer en ionosfeer, waar de snelheid afneemt, wat leidt tot meetfouten.
Onderdelen van een kaartsysteem
Er zijn veel producten voor wereldwijde positioneringsystemen en GIS-kaarttoepassingen. Dankzij hen worden geografische gegevens snel gevormd en bijgewerkt. De componenten van deze producten zijn GPS-ontvangers, software en gegevensopslagapparaten.
De ontvangers kunnen berekeningen maken met een frequentie van minder dan een seconde en een nauwkeurigheid van tientallen centimeters tot vijf meter, in differentiële modus. Ze verschillen van elkaar in grootte, geheugencapaciteit en het aantal volgkanalen.
Terwijl een persoon op één plaats staat of beweegt, ontvangt de ontvanger signalen van satellieten en maakt een berekening over zijn locatie. Resultaten in de vorm van coördinaten worden op het display weergegeven.
Controllers zijn draagbare computers waarop de software wordt uitgevoerd die nodig is om gegevens te verzamelen. De software regelt de instellingen van de ontvanger. schijven hebbenverschillende afmetingen en soorten gegevensregistratie.
Elk systeem is uitgerust met software. Nadat u informatie van de schijf naar uw computer heeft geüpload, verhoogt het programma de nauwkeurigheid van de gegevens met behulp van een speciale verwerkingsmethode die "differentiële correctie" wordt genoemd. De software visualiseert de gegevens. Sommige kunnen handmatig worden bewerkt, andere kunnen worden afgedrukt, enzovoort.
GPS global positioning - systemen die helpen bij het verzamelen van informatie voor invoer in databases, en de software exporteert deze naar GIS-programma's.
Differentiële correctie
Deze methode verbetert de nauwkeurigheid van de verzamelde gegevens aanzienlijk. In dit geval bevindt een van de ontvangers zich op een punt met bepaalde coördinaten en de andere verzamelt informatie waarvan ze niet bekend zijn.
Differentiële correctie wordt op twee manieren geïmplementeerd.
- De eerste is de re altime differentiële correctie, waarbij de fouten van elke satelliet worden berekend en gerapporteerd door het hoofdstation. De bijgewerkte gegevens worden ontvangen door de rover, die de gecorrigeerde gegevens weergeeft.
- De tweede - differentiële correctie in nabewerking - vindt plaats wanneer het hoofdstation correcties rechtstreeks naar een bestand op de computer schrijft. Het originele bestand wordt samen met het bijgewerkte bestand verwerkt, waarna een differentieel gecorrigeerde wordt verkregen.
Trimble-kaartsystemen kunnen beide methoden gebruiken. Dus als de re altime-modus wordt onderbroken, blijft het mogelijk om deze in de nabewerking te gebruiken.
Toepassing
GPStoegepast in verschillende gebieden. Wereldwijde positioneringssystemen worden bijvoorbeeld veel gebruikt in de sector van de natuurlijke hulpbronnen, waar geologen, biologen, boswachters en geografen ze gebruiken om posities en aanvullende informatie vast te leggen. Het is ook een gebied van infrastructuur en stedelijke ontwikkeling waar verkeersstromen en het nutssysteem worden gecontroleerd.
GPS-systemen voor wereldwijde positionering worden ook veel gebruikt in de landbouw, waarbij bijvoorbeeld de kenmerken van velden worden beschreven. In de sociale wetenschappen gebruiken historici en archeologen ze om te navigeren en historische locaties vast te leggen.
De reikwijdte van GPS-kaartsystemen is hier niet toe beperkt. Ze kunnen worden gebruikt in elke andere toepassing waar nauwkeurige coördinaten, tijd en andere informatie nodig zijn.
GPS-ontvanger
Dit is een radio-ontvanger die de positie van de antenne bepa alt op basis van informatie over de tijdvertragingen van radiosignalen van de Navstar-satellieten.
Metingen worden uitgevoerd met een nauwkeurigheid van drie tot vijf meter, en als er een signaal is van een grondstation - tot één millimeter. Commerciële GPS-navigators op oude monsters hebben een nauwkeurigheid van honderdvijftig meter, en op nieuwe - tot drie meter.
Op basis van ontvangers worden GPS-loggers, GPS-trackers en GPS-navigators gemaakt.
Apparatuur kan op maat of professioneel zijn. Secondeverschilt in kwaliteit, bedieningsmodi, frequenties, navigatiesystemen en prijs.
Aangepaste ontvangers kunnen nauwkeurige coördinaten, tijd, hoogte, door de gebruiker gespecificeerde koers, huidige snelheid, weginformatie rapporteren. Informatie wordt weergegeven op de telefoon of computer waarop het apparaat is aangesloten.
GPS-navigatie: kaarten
Kaarten verbeteren de kwaliteit van de navigator. Ze zijn er in vector- en rastertypes.
Vectorvarianten slaan gegevens op over objecten, coördinaten en andere informatie. Ze kunnen natuurlijk terrein en veel objecten bevatten, zoals hotels, benzinestations, restaurants, enz., omdat ze geen afbeeldingen bevatten, minder ruimte in beslag nemen en sneller werken.
Rastertypes zijn het eenvoudigst. Ze vertegenwoordigen een afbeelding van het gebied in geografische coördinaten. Er kan een satellietfoto worden gemaakt of een kaart van het papiertype - gescand.
Momenteel zijn er navigatiesystemen die de gebruiker kan aanvullen met zijn objecten.
GPS-trackers
Zo'n radio-ontvanger ontvangt en verzendt gegevens om de bewegingen van verschillende objecten waaraan hij is bevestigd te controleren en te volgen. Het bevat een ontvanger die de coördinaten bepa alt en een zender die ze naar een gebruiker op afstand stuurt.
GPS-trackers komen binnen:
- persoonlijk, individueel gebruikt;
- auto, aangesloten op de boordcomputerautomatische netwerken.
Ze worden gebruikt om de locatie van verschillende objecten (mensen, voertuigen, dieren, goederen, enzovoort) te bepalen.
Deze apparaten kunnen worden gebruikt om signalen te onderdrukken die interferentie vormen op de frequenties waar de tracker werkt.
GPS-logger
Deze radio's kunnen in twee modi werken:
- gewone GPS-ontvanger;
- logger, registreert informatie over het afgelegde pad.
Ze kunnen zijn:
- draagbaar, uitgerust met een kleine oplaadbare batterij;
- auto, aangedreven door het boordnetwerk.
In moderne modellen van loggers is het mogelijk om tot tweehonderdduizend punten vast te leggen. Het wordt ook aanbevolen om punten op uw weg te markeren.
Apparaten worden actief gebruikt in toerisme, sport, tracking, cartografie, geodesie enzovoort.
Globale positionering vandaag
Op basis van de verstrekte informatie kan worden geconcludeerd dat dergelijke systemen al overal worden gebruikt en dat de reikwijdte zelfs nog breder is.
Globale positionering omvat de consumentensector. Het gebruik van de laatste technische innovaties maakt het systeem een van de meest gewilde in dit marktsegment.
Samen met GPS wordt GLONASS ontwikkeld in Rusland en Galileo in Europa.
Tegelijkertijd is wereldwijde positionering niet zonder nadelen. Bepaal bijvoorbeeld in een appartement van een gebouw van gewapend beton, in een tunnel of kelder de exacte locatieonmogelijk. Magnetische stormen en radiobronnen op de grond kunnen de normale ontvangst verstoren. Navigatiekaarten raken snel verouderd.
Het grootste nadeel is dat het systeem volledig afhankelijk is van het Amerikaanse ministerie van Defensie, dat op elk moment bijvoorbeeld interferentie kan inschakelen of het civiele deel helemaal kan uitschakelen. Daarom is het zo belangrijk dat naast het wereldwijde positioneringssysteem GPS en GLONASS, en Galileo zich ook ontwikkelen.
