Co to jest GPS i jak działa GPS? Praktyczny przewodnik po systemie nawigacji

Co to jest system GPS?

System GPS (Global Positioning System) to globalny system nawigacji satelitarnej, który umożliwia precyzyjne określenie położenia w dowolnym miejscu na świecie. System ten został opracowany na zlecenie rządu Stanów Zjednoczonych i jest dostępny zarówno dla celów wojskowych, jak i cywilnych. GPS jest częścią naszego codziennego życia, a jego technologia znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach – od nawigacji samochodowej po zastosowania w telefonach komórkowych.

24 Satelity pozwolą Ci ustalić pozycję

System GPS składa się z co najmniej 24 satelitów, które znajdują się na orbitach okołoziemskich. Satelity te poruszają się po precyzyjnie określonych trasach, aby zapewnić pokrycie sygnałem całego globu. Dzięki GPS możemy określić nasze położenie, prędkość, a także dokładny czas. Działa on całodobowo, niezależnie od warunków pogodowych, bez opłat za subskrypcję, co czyni go bardzo uniwersalnym i praktycznym narzędziem nawigacyjnym. System GPS jest częścią szerszej kategorii globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS), które obejmują również inne systemy, takie jak GLONASS, GALILEO, BeiDou i QZSS. Współpraca tych systemów, znanych jako systemy GPS, zwiększa dokładność i niezawodność nawigacji.

Przetestuj za darmo program do obsługi kilometrówki online

Powstanie systemu GPS w latach 80 XX wieku.

Pierwotnie system GPS został zaprojektowany i wdrożony przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych do celów wojskowych, ale w latach 80. XX wieku jego usługi zostały udostępnione także do użytku cywilnego. Od tego czasu GPS zyskał ogromną popularność i dziś jest szeroko wykorzystywany zarówno przez użytkowników indywidualnych, jak i przez firmy i instytucje na całym świecie.

Historia i rozwój systemu GPS

System GPS wywodzi się z doświadczeń zdobytych podczas tworzenia i użytkowania wcześniejszych systemów nawigacji satelitarnej, takich jak system TRANSIT, opracowany przez Marynarkę Wojenną USA. Prace nad systemem GPS rozpoczęły się w latach 70., a pierwszy satelita bloku I, znany jako SVN 1, został wystrzelony 22 lutego 1978 roku. System miał spełniać kilka istotnych wymagań, takich jak możliwość określenia położenia w czasie rzeczywistym oraz niezależność od warunków, w których jest wykorzystywany. Satelity GPS odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu precyzyjnych danych nawigacyjnych.

Początki systemu GPS

Początkowo GPS miał zastosowanie głównie w wojsku. Z czasem jego funkcje rozszerzono, co doprowadziło do szerokiego wdrożenia w różnych dziedzinach życia cywilnego. W latach 90. XX wieku system GPS został udostępniony do powszechnego użytku, co zrewolucjonizowało sposób, w jaki ludzie poruszają się, komunikują i planują podróże.

Zasady działania systemu GPS

Podstawą działania systemu jest precyzyjny pomiar czasu oraz pozycjonowanie satelitów na orbicie. Każdy satelita GPS jest wyposażony w zegar atomowy, który jest niezwykle dokładny i służy do wysyłania sygnałów do odbiorników na Ziemi. Dokładne współrzędne satelity są kluczowe dla ustalenia pozycji odbiornika w trójwymiarowej przestrzeni. Satelity emitują sygnał na dwóch częstotliwościach nośnych: f1 = 1575,42 MHz i f2 = 1227,6 MHz.

Samochodowy odbiorniki GPS:

Odbiornik GPS, taki jak telefon komórkowy lub nawigator samochodowy, odbiera te sygnały i oblicza swoją pozycję na podstawie czasu jaki upłynął od wysłania sygnału do momentu jego odebrania. Sygnał zawiera różne rodzaje informacji, takie jak almanach i efemerydy, które są kluczowe dla dokładności obliczeń pozycji geograficznej przez odbiorniki. Aby precyzyjnie określić położenie, odbiornik potrzebuje sygnałów od co najmniej czterech satelitów. Dzięki temu możliwe jest obliczenie współrzędnych geograficznych oraz wysokości nad poziomem morza.

Składniki systemu

System satelitarny GPS składa się z trzech głównych segmentów: segmentu kosmicznego, segmentu kontrolnego i segmentu użytkownika. Segment kosmiczny obejmuje satelity, które krążą wokół Ziemi i transmitują sygnały nawigacyjne. Kontrolny segment to sieć stacji naziemnych, które monitorują i zarządzają satelitami. Segment użytkownika to odbiorniki, które odbierają sygnały z satelitów i obliczają pozycję użytkownika. Kluczowym elementem systemu są odbiorniki sygnału, które identyfikują sygnały z satelitów i wpływają na precyzyjne określanie pozycji użytkownika.

Dokładność systemu GPS

Nawigacja satelitarna zależy od wielu czynników. W idealnych warunkach, gdy sygnał satelitarny nie jest zakłócony, system może zapewnić dokładność lokalizacji na poziomie 5 metrów. Jednak w praktyce dokładność ta może się zmieniać w zależności od takich czynników jak :

• liczba dostępnych satelitów,
• zakłócenia atmosferyczne,
• odbicia sygnału od budynków oraz
• jakość odbiornika GPS

Aby korzystać z usług systemu, użytkownik musi posiadać odpowiedni odbiornik, który jest produkowany przez niezależne firmy komercyjne.

W celu poprawienia dokładności opracowano różne technologie wspomagające, takie jak DGPS (differential GPS) oraz systemy SBAS (Satellite-Based Augmentation System). Pozwalają one na uzyskanie dokładności nawet do kilkudziesięciu centymetrów. Tego typu technologie są często wykorzystywane w geodezji, rolnictwie precyzyjnym oraz innych dziedzinach, gdzie wymagana jest bardzo wysoka precyzja.

Co to jest Global Positioning System?

Global Positioning System to zaawansowany system nawigacji satelitarnej, który został opracowany przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych. Składa się z sieci satelitów, które krążą wokół Ziemi, wysyłając sygnały do odbiorników GPS na powierzchni. Dzięki temu systemowi możliwe jest precyzyjne określenie lokalizacji użytkownika w dowolnym miejscu na świecie. Dziś jest on nieocenionym narzędziem w nawigacji satelitarnej, umożliwiającym nie tylko określenie położenia, ale także prędkości i czasu. System ten jest powszechnie stosowany zarówno w celach cywilnych, jak i wojskowych, co czyni go niezwykle wszechstronnym.

Historia i rozwój GPS

Historia systemu sięga lat 70. XX wieku, kiedy to rozpoczęto prace nad jego opracowaniem. Pierwszy satelita GPS, znany jako SVN 1, został wystrzelony 22 lutego 1978 roku. Początkowo system był przeznaczony wyłącznie do celów wojskowych, jednak w latach 80. XX wieku jego usługi zostały udostępnione także do użytku cywilnego. Od tego momentu system przeszedł wiele ulepszeń, które znacznie zwiększyły jego dokładność i niezawodność. Dziś jest integralną częścią naszego codziennego życia, wykorzystywanym w nawigacji samochodowej, telefonach komórkowych, a nawet w zegarkach sportowych.

Zasady działania systemu GPS

System działa na zasadzie precyzyjnego pomiaru czasu i odległości między satelitami a odbiornikiem GPS. Każdy satelita GPS jest wyposażony w zegar atomowy, który wysyła sygnał zawierający informacje o jego położeniu i czasie. Odbiornik, taki jak smartfon czy nawigacja samochodowa, odbiera te sygnały i oblicza odległość do poszczególnych satelitów. Na podstawie tych danych odbiornik GPS może określić dokładną lokalizację użytkownika. Aby uzyskać precyzyjne współrzędne, odbiornik musi odbierać sygnały od co najmniej czterech satelitów. Pozwala to na dokładne określenie pozycji w trójwymiarowej przestrzeni.

Składniki systemu

System GPS składa się z trzech głównych segmentów: segmentu kosmicznego, segmentu naziemnego i segmentu użytkownika. Segment kosmiczny obejmuje sieć satelitów, które krążą wokół Ziemi na precyzyjnie określonych orbitach. Naziemny segment składa się z szeregu stacji naziemnych, które monitorują i kontrolują satelity. Tym samym zapewniając im nowe parametry orbit satelitów oraz synchronizację czasu. Segment użytkownika to odbiorniki GPS, które odbierają sygnały z satelitów i obliczają lokalizację użytkownika. Każdy z tych segmentów odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu dokładności i niezawodności systemu.

Dokładność systemu

Dokładność systemu zależy od wielu czynników, w tym od liczby satelitów GPS widocznych z danego miejsca oraz jakości odbiornika. W idealnych warunkach, gdy sygnał GPS nie jest zakłócony, system może określić lokalizację użytkownika z dokładnością do kilku metrów. Jednak w praktyce dokładność ta może być niższa ze względu na zakłócenia sygnału, odbicia sygnału od budynków oraz inne czynniki atmosferyczne. Aby poprawić dokładność, stosuje się różne technologie wspomagające, takie jak DGPS (differential GPS) oraz systemy SBAS (Satellite-Based Augmentation System), które mogą zwiększyć precyzję lokalizacji nawet do kilkudziesięciu centymetrów.