G lobal P ositioning S ystem ( GPS)

1. Global Positioning System (GPS)

2. Cuprins Aplicatie 1. Scurtistoric 2. Ceestegps? 3. Cum Functioneaza? 4. Semnalele satelitilor GPS  5. Surse de eroripentrusemnalul GPS 6. Aplicatii ale GPS 7. Concluzii

3. 1. Scurtistoric Ideea 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.

4. Sistemul a fostelaborat de DepartamentulApararii al SUA, fiinddenumitoficialNAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System). Constelatia de satelitiestecoordonatazilnic de al doileaEscadron de OperatiuniSpatiale de la BazaFortelorAerieneSchrieber. Desicosturilepentruintretinereasistemuluiatingaproape 400 milioane USD anual, inclusivinlocuireasatelitilormaivechi, GPS-ulestedisponibilpentruutilizaregratuita in aplicatiicivile, fiindconsiderat un bun public.

5. Lista cu satelitii activi Student Sferle Dan AII An IV

6. In prezent, sunt in curs de dezvoltare si alte cateva sisteme similare. • Rusia lucreaza la elaborarea unui sistem independent denumit GLONASS (global navigation system), sistem care desi are 12 sateliti activi, are o utilitate limitata. Exista planuri de reabilitare a lui GLONASS astfel incat acesta sa fie complet operational in 2008. • Uniunea Europeana lucreaza la elaborarea lui Galileo ca alternativa la GPS, care se pare ca va fi operational in 2010. • China dezvolta, de asemenea, sisteme independente de navigare prin satelit.

7. 2. Ceestegps? Sistemul de localizare globala, cunoscut sub denumirea de GPS, este singurul sistem de navigare prin satelit complet functional al Pamantului. Cateva zeci de sateliti GPS transmit semnale precise prin radio catre receptoare GPS electronice, permitandu-le sa-si determine exact locatia (longitudine, latitudine si altitudine), in timp real si in orice conditii meteo. De cand GPS-ul a fost declarat complet operational, in 1993, a devenit o utilitate globala vitala, indispensabila pentru navigarea moderna pe uscat, pe apa sau in aer, precum si o unealta importanta pentru trasarea de harti sau explorarea de teritorii.

8. 3. Cum Functioneaza? 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.

9. 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.

10. Dacareceptorulculegeinformatii de la patrusaumai multi sateliti, poatecalcula o pozitie 3D (latitudine, longitudinesialtitudine). Odatadeterminatapozitia exacta a utilizatorului, unitatea GPS poatecalculaalteinformatii utile, cum arfiviteza, cursul, directia de miscare, distantaparcursa, distantapana la destinatie, orarasarituluisiapusuluisialtele.

11. Componenta spatiala a sistemului consta in satelitii GPS . Aceste vehicule spatiale trimit semnale radio din spatiu.Intreg sistemul operational GPS consta in 24 de sateliti care orbiteaza pamintul. • De multe ori se intampla ca sa fie mai multi de 24 de sateliti operationali deoarece noi sateliti sunt lansati pentru a-i inlocui pe cei vechi . • Orbitele de satelit repeta aproape acelasi drum terestrude doua ori in fiecare zi . Altitudinea orbitei este in asa fel stabilita incat satelitii repeta acelasi drum si configuratie desupra oricarui punct la aproximativ 24 de ore (cu 4 minute mai devreme in fiecare zi) . Student Sferle Dan AII An IV

12. 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

13. Student Sferle Dan AII An IV

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

15. Student Sferle Dan AII An IV

16. Controlul sistemului este asigurat de un sistem de statii detectoare localizate in toata lumea (Master Controland Monitor Network). Cartierul general al acestui sistem este situat in Schriever Air Force Base in Colorado.

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

18. 4. Semnalele satelitilor G.P.S.  Satelitii transmit 2 semnale purtatoare in domeniul microundelor :  - frecventa L1 (1575,42 MHz) poarta mesajul de navigatie  - frecventa L2 (1227,60 MHz) este folosita pentru masurarea intarzierii provocata de ionosfera . 

19. Un semnal GPS contine 3 biti de informatie: • Codul pseudoaleator -este un simplu cod I.D., ce identifica satelitul care a transmis informatia. • Datele efemeride -care sunt transmise in mod constant de catre fiecare satelit, contin informatii importante despre starea satelitului, data si ora curente. Aceasta parte a semnalului este esentiala pentru determinarea pozitiei curente. • Datele almanah -comunica receptorului GPS unde anume ar trebui sa se gaseasca fiecare satelit la un anumit moment al zilei. Fiecare satelit transmite date almanah continand informatii orbitale pentru acel satelit si pentru toti ceilalti sateliti din sistem.

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

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

22. c) Erori datorate ceasului receptorului - Ceasul incorporat al receptorului nu este atat de precis ca ceasurile atomice de la bordul satelitilor GPS. De aceea este posibila aparitia unor erori minime datorate decalajului de timp. d) Erori orbitale - Cunoscute si ca erori efemeride, sunt datorate inadvertentelor dintre pozitiile raportate ale satelitilor. e) Numarul satelitilor vizibili - Cu cat mai multi sateliti poate un receptor "vedea", cu atat este mai mare precizia. Cladirile, relieful, interferentele electronice sau cateodata chiar vegetatia pot bloca receptionarea semnalelor, cauzand erori de pozitionare sau chiar lipsa totala de pozitie. In mod normal, receptorii GPS nu opereaza in spatii inchise, sub apa sau sub pamant.

23. f) Geometria satelitilor - Aceasta se refera la pozitia relativa a satelitilor la un moment dat. Geometria ideala a satelitilor este atinsa atunci cand satelitii se gasesc sub unghi cat mai mare unul fata de celelalte. Geometria nesatisfacatoare este atinsa atunci cand satelitii se gasesc in linie sau sunt grupati. g) Degradarea intentionata -a semnalului satelitilor - Disponibilitatea selectiva - Selective Availability (SA) reprezinta o degradare intentionata a semnalului impusa de Departamentul Apararii al Statelor Unite, pentru a impiedica accesul adversarilor militari la o prea mare precizie a semnalelor GPS. In mai 2000 s-a renuntat la SA, aceasta ducand la o crestere semnificativa a preciziei receptoarelor GPS civile.

24. 6. Aplicatii ale GPS 1. Localizarea-determinarea unei pozitii. Student Sferle Dan AII An IV

26. 2. Navigatia-deplasarea de la o locatie la alta. Un bun exemplu ar fi Cross Bikerii care fac trasee forestiere si de creste iar acest dispozitiv de navigare ii ajuta foarte mult deoarece pot sa pregateasca traseul de urmat, de acasa si sa il incarce pe receptorul lor portabil astfel doar adrenalina e fara economie

27. Traseul Traseul Student Sferle Dan AII An IV

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

29. 4. Maparea -crearea hartilor pamintului.

30. 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.

31. 7. Concluzii Sistemul WAAS (Wide-Area Augmentation System), disponibil din august 2000, a crescutacurateteasemnalelor GPS, ajungand la o exactitate de 2 metri. Acuratetea GPS-uluipoatefiimbunatatitasimaimult, pana la 1 cm, pedistantescurte, folosindtehniciprecum GPS diferential (DGPS). GPS Diferentialpresupunecooperarea a douareceptoare,unulstationarsicelalalt in miscarefacindmasuratori ale pozitiei.Receptorulstationarestecheia.Leagatoatemasuratorilesatelitilor de un punct local solid de referinta.

32. Student Sferle Dan AII An IV

33. Student Sferle Dan AII An IV