Curs 2 Ppf Global Position System(GPS)

5/24/2018 Curs 2 Ppf Global Position System(GPS)

1/33

Global Pos i t ion ing System(GPS)


2/33

1. Scurt istoric

2. Ce este gps?

3. Cum Functioneaza?

4. Semnalele satelitilor GPS

5. Surse de erori pentru semnalul GPS

6. Aplicatii ale GPS

7. Concluzii

Cuprins Aplicatie


3/33

1. Scurt istoric

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.


4/33

Sistemul a fost elaborat de Departamentul Apararii al SUA,fiind denumit oficial NAVSTAR GPS(Navigation Signal Timing

and Ranging Global Positioning System).

Constelatia de sateliti este coordonata zilnic de al doilea

Escadron de Operatiuni Spatiale de la Baza Fortelor Aeriene

Schrieber. Desi costurile pentru intretinerea sistemului ating

aproape 400 milioane USD anual, inclusiv inlocuirea satelitilor mai

vechi, GPS-ul este disponibil pentru utilizare gratuita in aplicatii

civile, fiind considerat un bun public.


5/33

Student Sferle Dan AII An IV

Lista cu satelitii activi


6/33

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.


7/33

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 exactlocatia (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 importantapentru trasarea de harti sau explorarea de teritorii.

2. Ce este gps?


8/33

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 gasestesatelitul. In continuare, folosind masuratori de distanta pentru mai multi sateliti,

receptorul poate determina localizarea exacta a utilizatorului si o afiseaza pe

display.

3. Cum Functioneaza?


9/33

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.


10/33

Daca receptorul culege informatiide la patru sau mai multi sateliti, poatecalcula o pozitie 3D (latitudine,longitudine si altitudine). Odatadeterminata pozitia exacta a

utilizatorului, unitatea GPS poatecalcula alte informatii utile, cum ar fiviteza, cursul, directia de miscare,distanta parcursa, distanta pana ladestinatie, ora rasaritului si apusului sialtele.


11/33


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 sateli ti 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) .


12/33

Global Positioning System Satellites and Orbits for 27 Operational Satellites on September 29, 1998Satellites positions at 00:00:00 9/29/98 with 24 hours (2 orbits) of Ground Tracks to 00:00:00 9/30/98


13/33



14/33

Sunt sase planur i orbi tale ( cu cate patru sateliti pe fiecare ) , egalimpartite ( 60 de grade ) , si inclinate la aproximativ cincizeci si cinci degradefata de planul ecuatorului . Aceasta configuratie de satelitipermite ca aproximativ cinci sau opt sateliti sa fie vizibili din orice

punct de pe pamant.


15/33



16/33

Controlul sistemului este asigurat de un sistem destatii detectoare

localizate in toata lumea (Master Controland Monitor Network).

Cartierul general al acestui sistem este situat in Schriever Air Force

Base in Colorado.


17/33


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 satel iti i GPS. La randul lor satelitii vortrimite aceste date receptorilor GPS sub forma de semnale radio.


18/33

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 intarzier ii

provocata de ionosfera .

4. Semnalele satelitilor G.P.S.


19/33

Un semnal GPS contine 3 biti de informatie:

Codul pseudoaleator-este un simplu cod I.D., ce identifica satelitulcare a transmis informatia.

Datele efemeride -care sunt transmise in mod constant de catrefiecare satelit, contin informatii importante despre starea satelitului,data si ora curente. Aceasta parte a semnalului este esentiala pentrudeterminarea pozitiei curente.

Datele almanah-comunica receptorului GPS unde anume ar trebui sa

se gaseasca fiecare satelit la un anumit moment al zilei. Fiecare satelittransmite date almanah continand informatii orbitale pentru acelsatelit si pentru toti ceilalti sateliti din sistem.


20/33

5. Surse de erori pentru semnalul GPS

a) Intarzierile in ionosfera si

troposfera - Semnalul GPS este

incetinit la trecerea prin

atmosfera. Sistemul GPSfoloseste un model incorporat

care calculeaza intarzierea

medie pentru a corecta partial

acest tip de erori.


21/33

b) Reflexia semnalului- Acest tip de eroare intervine atunci candsemnalul GPS este reflectat de cladiri inalte sau suprafete dure inainte de

a ajunge la receptor. Aceasta duce la intarzieri si deci, erori.


22/33

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 detimp.

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.


23/33

f) Geometria satelitilor- Aceasta se refera la pozitia relativa a satelitilorla un moment dat. Geometria ideala a satelitilor este atinsa atunci candsatelitii se gasesc sub unghi cat mai mare unul fata de celelalte.Geometria nesatisfacatoare este atinsa atunci cand satelitii se gasesc inlinie sau sunt grupati.

g) Degradarea intentionata-a semnalului satelitilor - Disponibilitateaselectiva - Selective Availability (SA) reprezinta o degradareintentionata a semnalului impusa de Departamentul Apararii alStatelor Unite, pentru a impiedica accesul adversarilor militari la oprea mare precizie a semnalelor GPS. In mai 2000 s-a renuntat la SA,aceasta ducand la o crestere semnificativa a preciziei receptoarelorGPS civile.


24/33


6. Aplicatii ale GPS

1. Localizarea-determinarea unei pozitii.


25/33


26/33

Un bun exemplu ar fi CrossBikerii care fac trasee forestiere si de

creste iar acest dispozitiv de navigare ii

ajuta foarte mult deoarece pot sapregateasca traseul de urmat, de acasa si

sa il incarce pe receptorul lor portabil

astfel doar adrenalina e fara economie

2. Navigatia-deplasarea de la o locatie la alta.


27/33


Traseul

Traseul


28/33

3. Urmarirea-monitorizarea deplasarii oamenilor si obiectelor.


29/33

4. Maparea -crearea hartilor pamintului.


30/33

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 GPSeste in esenta un ceas atomic.

Astronomi,companii de electricitate,retele

de calculatoare,sisteme de

comunicatii,banci,statii de radio si

televiziune pot beneficia de aceastasincronizare precisa.O firma de investitii

bancara foloseste GPS pentru a garanta ca

tranzactiile se inregistreaza in acelasi timp

la toate filialele din lume.


31/33

Sistemul WAAS (Wide-Area Augmentation System), disponibil din

august 2000, a crescut acuratetea semnalelor GPS, ajungand la o

exactitate de 2 metri. Acuratetea GPS-ului poate fi imbunatatita si mai

mult, pana la 1 cm, pe distante scurte, folosind tehnici precum GPS

diferential (DGPS).

GPS Diferential presupune

cooperarea a doua

receptoare,unul stationar si

celalalt in miscare facind

masuratori ale pozitiei.Receptorul stationar este

cheia.Leaga toate masuratorile

satelitilor de un punct local

solid de referinta.

7. Concluzii


32/33



33/33


Documents

Curs 2 Ppf Global Position System(GPS)