GPS (Global Positioning System), odnosno globalni pozicioni sistem, je satelitski radio-navigacioni sistem. Omogućava određivanje tačne pozicije, brzine i vremena neograničenom broju korisnika na Zemlji, moru i Zemljinoj orbiti, koji poseduju odgovarajuću opremu. Ovi sistemi su razvijeni za potrebe armija SAD i Rusije, a kasnije je odobrena i njihova civilna primena.
Najpoznatiji GPS
Najpoznatiji globalni pozicioni sistemi su:
Od čega se sastoji GPS?
GPS ima tri segmenta:
Kosmički segment NAVSTAR-a, koji kontroliše Ministarstvo odbrane SAD-a, čine 24 satelita (21 aktivni i 3 rezervna) koji se nalaze na visini od 20200 km iznad Zemlje, raspoređenih u 6 orbitalnih ravni. GLONASS, koji kontroliše Ministarstvo odbrane Ruske Federacije, ima 24 satelita, raspoređenih u 3 orbitalne ravni, sa po 8 satelita u svakoj, na visini 19100 km. Raspored satelita i nagib njihovih orbita prema ekvatorijalnoj ravni obezbeđuje vidljivost od 5 do 8 satelita sa svake tačke na Zemlji. Period orbite GLONASS satelita je 11 časova i 16 minuta, a istu zemaljsku putanju opisuje svakih 8 dana.
Kontrolni segment čine zemaljske stanice koje upravljaju satelitima i prate njihovo kretanje. Merenjem signala sa satelita ove stanice vrše izračunavanje preciznih podataka o orbitama i korekciju atomskih časovnika za svaki satelit. Ovi korekcioni podaci se periodično emituju GPS prijemnicima.
Korisnički segment čini GPS prijemnik.
Sateliti emituju radio-signale i služe kao referentne tačke za izračunavanje tačne pozicije prijemnika koji ove signale prima. Merenjem rastojanja od satelita moguće je odrediti položaj na Zemlji sa tačnošću od nekoliko desetina milimetara. Naime, GPS signali se generišu na osnovu vremenske reference koju čine izuzetno precizni atomski časovnici izrađeni od cezijuma i rubidijuma.
GPS prijemnik na osnovu radio-signala sa satelita vrši procenu svoje pozicije, brzine i vremena. Za izračunavanje tri prostorne i jedne vremenske dimenzije potrebni su signali sa najmanje 3 (kao na slici ispod), odnosno bar 4 satelita.
Uslovi korišćenja GPS-a
Korišćenje GPS sistema je besplatno. Primenom savremene mikroelektronike prijemnici su postali malih dimenzija i pristupačne cene.
Raznovrsna primena GPS-a
Primena GPS je raznovrsna: lociranje, navigacija, praćenje, mapiranje, precizna sinhronizacija i istraživanje.
Najčešća primena GPS-a
Najzastupljenija primena je u navigaciji (brodovi, vazduhoplov, automobili). Koriste se u dispečerskim službama za praćenje kretanja vozila (drumski i pomorski transport, policija, vatrogasna služba, služba hitne pomoći itd), u prostornom planiranju, za merenja u geodeziji, geologiji, rudarstvu i građevinarstvu, spasilačkim službama i drugo.
Precizno merenje vremena i frekvencije je njihova sekundarna primena. U istraživanjima GPS prijemnici se koriste za merenje atmosferskih i tektonskih promena (promene u atmosferi, rast nivoa mora, pomeranje glečera, tektonska pomeranja itd.).
GPS servis za pozicioniranje ima:
PPS mogu koristiti samo korisnici koji poseduju kriptografsku opremu sa odgovarajućim ključem i posebne prijemnike. To su pripadnici vojske SAD i njenih saveznika, određene agencije Vlade SAD i izuzetno neki civilni korisnici uz posebno odobrenje Vlade SAD. Predviđena tačnost ovih uređaja je:
SPS mogu da koriste civilni korisnici širom sveta bez posebne naplate ili restrikcija. Tačnost ovog servisa je namerno pogoršana uvođenjem tzv. selektivne pristupnosti SA (Selective Availability) od strane Ministarstva odbrane SAD. Predviđena tačnost ovih uređaja je:
Tipični izvori grešaka
Greške u pozicioniranju su posledica šuma, odstupanja i grubih grešaka. Greške šuma nastaju kombinacijom šuma iz okoline i termičkog šuma, efekta pseudoslučajnog koda (oko 1m) i šuma unutar prijemnika (oko 1m).
Greške odstupanja nastaju usled:
Grube greške su uzrokovane ljudskim faktorom, kao što je primena neodgovarajućeg geografskog datuma ili usled hardverske ili softverske greške prijemnika.
Diferencijalni GPS (DGPS - Diferential GPS) je postupak merenja sa dva GPS prijemnika (videti sliku), a radi otklanjanja grešaka.
Kako diferencijalni GPS radi?
Ideja je jednostavna. Jedan prijemnik se nalazi u tački čije su koordinate poznate (baza), a drugi se nalazi na tački čiji je položaj potrebno odrediti (pokretni prijemnik). Postupak se zasniva na činjenici da se sateliti nalaze na približno istom rastojanju od GPS prijemnika (zbog velikog rastojanja do satelita, 20000 km), pa su pravci prostiranja signala bliski i signali greške su im zajedničke. Ovo se ne odnosi na šum prijemnika i višestruke refleksije, što je karakteristično za svaki prijemnik pojedinačno.
Kako je na bazi poznat položaj, upoređivanjem merenih vrednosti sa unapred poznatim, može se izračunati uticaj grešaka merenja, i odrediti popravke merenja, koje se zatim koriste u drugom prijemniku.