Uvod u informacione sisteme

1. Global Position System Uvod u informacione sisteme Goran Veljković 13138 Milan Lazić 12945 Milorad Tosić

2. Globalni pozicioni sistem (GPS) je trenutno jedini poptuno funkcionalan globalni satelitski navigacioni sistem. 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 mestu na planeti danju i noću, pri svim vremenskim uslovima. • GPS ima veliku primenu kao globalni servis u raznim oblastima, u komercijalne i naučne svrhe: navigacija na moru, zemlji i u vazduhu, mapiranju zemljišta, pravljenju karata, određivanju tačnog vremena, otkrivanju zemljotresa i slično. • GPS je razvijen od strane Ministarstva odbrane SAD pod imenom NAVSTAR GPS u agenciji DARPA. U početku je korišćen isključivo u vojne svrhe da bi kasnije bio besplatno stavljen na raspolaganje svima kao javno dobro. Godišnji troškovi održavanja sistema su oko 750 miliona američkih dolara

3. GPS sistem se sastoji od tri komponente, komponente u vasioni, kontrolne komponente i korisničke komponente. Svemirsku komponentu čini koncept Blok II satelita kojeg predstavljaju 24 GPS satelita koji se kreću u 6 orbitalnih ravni, ravnomerno raspoređenih u odnosu na Zemlju, koje su nagnute pod uglom od 55° u odnosu na ekvatorijalnu ravan. Kontrolnu komponentu čine stanice za praćenje satelita, kontrolna stanice i zemljišne antene. Uloga ovih stanica je da prate kretanje satelita i podatke šalju glavnoj kontrolnoj stanici u Kolorado Springsu. Tu se vrše proračuni i preko zemljišnih antena koje se nalaze na Kvajlin ostrvu, Aknezijskom ostrvu, i ostrvu Dijego Garsija , satelitima se šalju ažurirani podaci o njihovoj tačnoj poziciji i vremenu. Ažuriranje se vrši dva puta dnevno, čime se vrše fina podešavanja sistema. Korisničku komponenu čine GPS prijemnici na Zemlji. Prijemnici mogu biti komponente uključene u druge uređaje, kao npr mobilni telefon, časovnik i slično, ili samostalni uređaji. Drugi, samostalni uređaji, imaju displej za prikazivanje pozicije, brzine. Osnovne komponente GSP prijemnika su antena podešena na frekvenciju GPS satelita, kristalni oscilator koji služi kao časovnik i mikroprocesor koji obrađuje signale.

4. GPS Prijemnik je uređaj koji proračunava svoju poziciju na osnovu merenja 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 da radio signal putuje poznatom brzinom. Signal takođe nosi informaciju o trenutnom položaju satelita sa kog se emituje. Ako se zna udaljenost prijemnika od satelita i pozicija satelita, poznato je da se prijemnik nalazi negde na sferi određene dimenzije u čijem je centru satelit. Pošto su poznate pozicije tri satelita i udaljenost prijemnika od svakog od njih, postupkom trilateracije se može odrediti pozicija prijemnika. Trilateracija se bazira na činjenici da se tri sfere seku u najviše dve tačke (od kojih jedna obično nema smisla)

5. Ovaj princip rada podrazumeva sa su časovnici na svim satelitima, kao i na prijemniku potpuno sinhronizovani, da bi se vremenski razmak između poznate sekvence signala sa satelita i na prijemniku tačno izmerio. Na satelitima se nalaze atomski časovnici, veoma precizni i skupi. Međutim, prijemnik ima daleko manje precizan časovnik, kristalni oscilator. Nedostatak preciznosti se rešava uvođenjem merenja udaljenosti od još jednog satelita. Sat na prijemniku uvodi istu vremensku i prostornu grešku kada proračunava udaljenost od sva četiri satelita. Može se izračunati za koliko treba korigovati sat da bi se četiri sfere sekle u jednoj istoj tački. Na taj način se sat na prijemniku neprekidno koriguje. Jedna od primena GPS-a je veoma precizno računanje vremena i sinhronizacija časovnika .

6. Pored GPS-a, postoje još dva navigaciona sistema, ГЛОНАССi GALILEO. • ГЛОНАСС(ruski: ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) je satelitski navigacijski sistem koji je započeo SSSR 1976. Po raspadu Sovjetskog Saveza, Rusija je preuzela projekat i on se trenutno nalazi u nadležnosti ruskih svemirskih snaga. • Sistem je zamišljen kao mreža od 24 geostacionarna satelita koji metodom trilateracije definišu poziciju objekta na površini Zemlje i prijemniku šalju podatke o njegovoj poziciji. • GLONASS je završen tokom prve polovine devedesetih, no usled loše ekonomske situacije ubrzo posle završetka postao je gotovo nefunkcionalan. Ruska vlada je 2001. započela projekat modernizacije sistema u koji je uključena i Indijska vlada. GLONASS bi trebao da bude potpuno operativan tokom 2009. • Sistem je (stanje u septemberu 2007) delimično operativan i sastoji se od deset satelita. • Tokom zadnjih godina sistem je podešavan tako da mu pokrivenost nad Čečenijom bude najbolja na uštrb ostatka sveta. Trenutno se na teritoriji cele Rusije signal može dobiti tokom 37.4% dana (signal nije dostupan u kontinuitetu 37.4% dana već se uz prekide u 37,4% dana može naći signal.

7. Galileoje globalni navigacioni satelitski sistem razvijen od strane Evropske svemirske agencije ( ESA – European Space Agency ). Nalazi se još u fazi testiranja, i za sada je samo jedan satelit lansiran u orbitu decembra 2005. • Galileo će se sastojati od 30 satelita rasporedjenih u orbiti Zemlje na visini od 23222 km, koji šalju radio signale na površinu Zemlje. Galileo prijemnici na osnovu ovih radio signala mogu da odrede svoju tačnu pozciju – nadmorsku visinu, geografsku širinu, geografsku dužinu – na bilo kom mestu na planeti po svim vremenskim uslovima. • Preciznost sistema meri se metrima, što je mnogo preciznije od konkurentskih sistema koji se trenutno nalaze u upotrebi : GPS-a i GLONASS-a. Galile se nalazi pod civilnom kontrolom za razliku od ostalih sistema koji su u nadležnošću vojske. • Jedna od novih funkcija koju Glalieo implementirra je i mogucnost primanja signala od prijemnika sa Zemlje, što je predvidjeno za pozivanje službi pomoći i spasavanja.

8. GPS sistem je pod kontrolom vojske SAD-a. Glavna upravljačka stanica (Schriever AFB) i četiri pomoćne nadzorne stanice čine mrežu GPS sistema na Zemlji. Tokom 2005. šest nadzornih stanica su pridodate mreži. U svakom trenutku svaki satelit je praćen od najmanje dve stanice. Ovo omogućava preciznije izračunavanje pozicije. U bliskoj budućnosti još pet stanica će biti dodate, tako da svaki satelit bude prećen sa najmajne tri stanice. Ovo će značajno unaprediti ceo sistem. • Ove pasivne nadzorne stanice su prijemnici koji sakupljaju podatke sa satelita. Podaci se dalje šalju u procesnu stanicu gde se obrađuju. Glavna upravljačka stanica pripada američkim vazduhoplovnim snagama koje su odgovorne za rad celog sistema. Ovde se podaci obrađuju tokom celog dana. Kao rezultat dobijaju se informacije o orbitama i časovnicima satelita. Ovakav sistem omogućava brzu detekciju grešaka. Sateliti su u mogućnosti da primaju podatke sa drugih satelita kako bi napravili korekciju putanje ako je to potrebno

9. Svi sateliti su na istoj frekvenci od 1575,42 MHz. Postoji i pomoćna frekvenca od 1227,6 MHz. Svaki od satelita neprekidno šalje podatke brzinom od 50bps. Svaka poruka se sastoji od grupa od po 1,500 bitova. Grupa se zatim deli na 5 dela od po 300 bita. Poruka traje 30 sekundi i šalje se na početku i sredini svakog minuta što obezbeđuje precizni sat na satelitu. Poruke sadrži podatke o orbiti satelita, takođe i podatke o orbitama preostalih 23 satelita. • Analiza grešaka je veoma važna za preciznost sistema. Sirovi podaci koji stižu direktno sa satelita su izuzetno precizni, ali postoje mnogi faktori koji mogu da izmene prirodu podatka. Izvori grešaka mogu biti atmosferska distorzija i greške na satelitskim časovnicima.

10. Korisnički segment se sastoji od vojske SAD-a i miliona civila koji koriste sistem kako bi dobili željene informacije o poziciji. GPS prijemnik sastoji se od antene, koja je nameštena na frekvencu satelita, procesora signala i kristalnog oscilatora. Takođe sadrži displej koji pokazuje trenutnu pozicijz i brzinu. Antena može sadržati od 12 do 20 kanala što označava koliko satelita može da istovremeno posmatra. Mnogi GPS prijemnici mogu da prenesu svoje podatke na PC ili druge uređaje preko serijske konekcije, USB-a ili Bluetooth-a. • GPS je postao široko rasprostranjeni sistem koji se koristi u komercijalne, naucne, i vojne svrhe. GPS-ov precizni sat postao je nezamenljiv u mobilnoj telefoniji, bankarstvu omogućavajući im preciznu sinhronizaciju. • Svi GPS uređaji koji mogu da funkcionišu na visinama većim od 18km su klasifikovani od strane SAD-a kao oružije. Za te uređaje je potrebna posebna dozvola američke vlade. • GPS se najčešće koristi kod mobilnih operatera, hitnijh službi, firmi kako bi pratile svoja vozila, avio kompanija i kod mnogih drugih. • Vodeće kompanije za proizvodnju GPS uređaja su : Garmin, Magellan, Trimble, Lowrance, Wherifz Wirelless, MotionBased ... • Garmin je trenutno vodeći proizvođač GPS uređaja i trenutno drži 76% tržišta. Dosadašnja zarada se procenjuje nesto preko milijardu dolara.