Segment naziemny

W jego skład wchodzi:
5 bezzałogowych stacji śledzących, które stale mierzą pseudodległości, fazy nośne i gromadzą depesze nawigacyjne satelitów,
Obecnie dodano 6 stacji NIMA, planuje się dodanie dalszych 6. W rezultacie wszystkie satelity będą widzialne przez nie mniej niż dwie stacje śledzące co pozwoli zwiększyć dokładność kontrolowania parametrów pracy systemu
stacja główna analizująca stan techniczny satelitów i decydująca o koniecznych korektach,
3 stacje korygujące przesyłające dane aktualizujące pamięć satelitów i inne komendy dotyczące ich funkcjonowania.

Segment użytkownika [edytuj]

Zakłócanie pracy GPS cz.3

Skład odbiornika:
antena,
spodarka dzięki której można antenę scentrować nad punktem i przymocowuje się statyw do anteny
przymiar do pomiaru wysokości anteny nad ziemią
połączenie kablowe

Antena podłączona jest do odbiornika. Odbiornik może odebrać informacje od 12 satelitów znajdujących się nad horyzontem.

Metody pomiaru
Metoda statyczna

Jeśli dwa odbiorniki ustawione są w odległości 3-5 km i chcemy wyznaczyć tę odległość z dokładnością do 3 mm, to czas pomiaru wynosi 45-60 minut. Trzeba wtedy widzieć 4 satelity. W tej metodzie obliczane są odległości między satelitami, a także między odbiornikami naziemnymi.
Metoda FAST- STATIV

Metoda ta jest podobna do statyczne, ale czas pomiaru jest krótszy (12-15 min), uzyskiwana dokładność wynosi około 1 cm.
Metoda kinematyczna

W tej metodzie jedna antena z odbiornikiem jest stale umieszczona nad punktem odniesienia, a druga antena z odbiornikiem jest przenoszona z punktu do punktu, których współrzędne chcemy wyznaczyć. Czas pomiaru wynosi około 2-3 min na każdy punkt. Warunkiem osiągnięcia dobrej dokładności jest widoczność satelitów przez oba urządzenia.
Metoda RTK- real time kinematic

Jest to również metoda kinematyczna, w czasie rzeczywistym z wykorzystanim min. 5 satelitów. W tej metodzie odbiornik stacjonarny i ruchomy są połączone drogą radiową Czas pomiaru - około 15 sekund na punkt, dokładność - około 1 cm. Odbiorniki mają kontakt nie tylko z satelitami, ale także między sobą, dzięki temu zachowana jest większa odporność na przeszkody (takie jak drzewo).

Zakłócanie pracy GPS cz.2

Segment kosmiczny składa się z 30 (stan na 14.08.2007r.)satelitów umieszczonych na orbitach kołowych o nachyleniu 55° (Block IIA, IIR, IIR-M) lub 63° (Block I) względem płaszczyzny równika na wysokości 20162 km. Obieg Ziemi przez satelitę trwa 11h 58min (pół doby gwiazdowej). Około 28 satelitów jest stale czynnych a pozostałe są testowane bądź wyłaczone z przyczyn technicznych (stan na sierpień 2007r.). Segment kontroli składa się 5 stacji kontrolnych zlokalizowanych w pobliżu równika. Główna Stacja Nadzoru jest zlokalizowana w Bazie Sił Powietrznych USA Falcon w Springs (Colorado), a pozostałe stacje pomocnicze na Hawajach, w Ascestor, Diego Garcia i Kwajalein. Stacje kontroli gromadzą dane na temat współrzędnych satelitarnych i ich orbit. Na satelitach są urządzenia umożliwiające przekazywanie danych o orbitach. Te sekcje także należą do segmentu kontroli.

Układ odniesienia WGS-84 przyjęty w 1983 r. Wyznaczano elipsoidę, na której każdy punkt ma określone położenie (x,y,z). Wyznaczone współrzędne (x,y,z) w układzie tym są następnie przeliczane do układu geodezyjnego obowiązującego w danych kraju, zatem po przeliczeniu otrzymujemy następujące współrzędne: szerokość geograficzna, wysokość punktu nad powierzchnia elipsoidy – h, długość geodezyjna – L.

Sygnały emitowane przez satelity systemu GPS. Satelity emitują sygnały na 2 częstotliwościach. Sygnał L1 ma falę nośną o dł. 19cm a sygnał L2 24 cm. Są one odbierane przez anteny odbiorników naziemnych, przy czym są one modulowane odpowiednimi kodami binarnymi (0,1). I tak sygnał L1 modulowany jest kodem C/A, tzn. ze jest to sygnał dla użytku cywilnego. Drugi, P , jest przeznaczony dla wojska. Obydwie częstotliwości są modulowane ponadto kodem zawierającym pakiet informacji dotyczących parametrów orbity satelity i poprawki zegara satelity efemerydy pozostałych aktywnych satelitów oraz innych informacji umożliwiających pracę odbiornika i urządzeń satelity. Zadaniem kodów P i C/A jest identyfikacja satelitów. Zasada działania odbiornika GPS: głównym zadaniem odbiornika jest pomiar odległości co najmniej 4 satelitów przy wykorzystaniu L1 i L2, Są to odbiorniki wielokanałowe umożliwiające jednoczesną rejestrację sygnałów pochodzenia nawet od 12 satelitów. Każdy odbiornik ma antenę, która ustawiona jest nad ustalonym punktem, którego współrzędne chcemy określić. Odbiera ona sygnały od wszystkich dostępnych satelitów i po wstępnym wzmocnieniu transmituje je do sekcji częstotliwości radiowych odbiornika. Mikroprocesor kontroluje operacje odbiornika i proces przetwarzania sygnału i dekodując informację nałożoną na fale, identyfikuje satelity, oblicza współrzędne obserwatora, jego prędkość i kurs oraz zapisuje dane w swojej pamięci. Zgromadzone informacje są następnie transmitowane do komputera i dzięki odpowiedniemu urządzeniu dokonuje odpowiednich obliczeń. Celem eliminacji zakłóceń zaleca się aby wysokość horyzontalna satalitów wynosiła ponad 15° dla pomiarów kinematycznych bądź ponad 10° dla pomiarów statycznych. Dwie techniki pomiaru odległości od satelitów:
mierzymy pseudo odległości: odbiera się sygnał kodowy, replika kodu jest generowana w odbiorniku, następnie te dwa sygnały są porównywane
polega na pomiarze fazy częstotliwości fali nośnej. Wymaga zrekonstruowania odbiorników fali oraz porównania fazy zrekonstruowanej fali z fazą fali nośnej, która została odebrana. Rezultatem tego jest dokładne określenie fragmentu długości nośnej L1 lub L2. Inicjalizacja odbiornika uruchamianie żeby było zdolne do działania. Trzeba zliczyć fale, ile ich było. a końcową b Precyzyjnie się odmierza. Techniki satelitarne GPS stosowane w geodezji: Do tworzenia map potrzebne są dwa odbiorniki jeden na punkcie odniesienia, drugi na punkcie w terenie. który nas interesuje

Zakłócanie pracy GPS cz.1

Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla armii USA. Standardowy dostęp ze względów technicznych daje dokładność rzędu kilku metrów. Jednak ze względu na możliwość zastosowania nawet takiej informacji w działaniach militarnych, sygnał cywilny był zakłócany pseudolosowym błędem – w wybranych miejscach Ziemi, a później globalnie. Dokładność ustalenia pozycji spadała do około 100 metrów. Błąd ten można było kompensować pod warunkiem znajomości metody zakłócania, oczywiście tajnej. Zakłócanie sygnału nazywane było Selective Availability. Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń – wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy czas. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS.

Często stosowaną metodą zwiększenia dokładności pomiaru jest stosowanie pomiaru różnicowego, zwanego DGPS. W takich przypadkach zlokalizowana w pobliżu odbiornika stacja bazowa (o znanej i stałej pozycji) DGPS przekazuje do niego dane różnicowe (najczęściej są to różnice między zmierzonymi przez stację bazową pseudodległościami, a rzeczywistymi odległościami do satelitów). W ten sposób odbiornik GPS może nanieść poprawki wynikające z błędów propagacji sygnału między satelitą a odbiornikiem.

Innym systemem korekcji błędów jest WAAS/EGNOS, podobny do DGPS z tą różnicą, że poprawki do odbiorników przesyłane są przez geostacjonarne satelity.

1 maja 2000 prezydent USA Bill Clinton nakazał usunięcie celowego zakłócania sygnału, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4-12 metrów.

Odbiorniki cywilne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach. W szczególności, przestają działać po przekroczeniu pewnej prędkości – starsze odbiorniki 160 km/h, nowsze rzędu 1665 km/h.

Mając 3 satelity sztuczne Ziemi można bardzo dokładnie wyznaczyć położenie na Ziemi. Najdokładniejsze pomiary osiągają do 3mm. Takimi precyzyjnymi przyrządami obserwuje się ruch płyt kontynentalnych. System GPS składa się z trzech komponentów:
segment kosmiczny
segment naziemny
segment użytkowników

Metody pomiaru pseudoodległości

Metoda kodowa polega na pomiarze kodu C/A i P na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. W tym samym czasie satelita wysyła, a odbiornik generuje taki sam kod. Korelacja (pomiar przesunięcia) obu kodów daje czas Δt przebiegu sygnału od satelity do odbiornika GPS (d = c · Δt). Dokładność tej metody jest rzędu pojedynczych metrów. Występuje duży błąd niesynchronizacji zegarów satelity (nadajnika) i odbiornika. Pomiar kodowy do 4 satelitów wykonywany w jednym momencie daje już możność wyznaczenia pozycji punktów, współrzędne punktów mogą być obliczone na każdą epokę niezależnie. Metoda ma zastosowanie kinematyczne (w nawigacji), gdzie współrzędne punktu zmieniają się z epoki na epokę (metoda fazowa nie daje takich możliwości, gdyż występuje wtedy więcej niewiadomych).

Metoda fazowa polega na pomiarze różnicowym faz na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. Jest to pomiar fazy sygnału przychodzącego φ.

d = Nλ + λφ

gdzie:

d - pseudoodległość,

N - całkowita liczba pełnych długości fal mieszczących się w odległości satelita - Ziemia,

λ - długość fali, na której pracuje,

φ - pomierzona faza sygnału przychodzącego.

Metoda fazowa jest dokładniejsza, dokładność rzędu kilku milimetrów, lecz posiada ona pewne wady, takie jak np. konieczność wyznaczenia nieoznaczoności fazy N (nazywane inicjalizacją odbiornika). Dopiero przy pomiarze do 4 satelitów dopiero dla 3 epok możliwe jest rozwiązanie (wyznaczenie pozycji) 12 obserwacji (12 długości do satelitów) i 10 niewiadomych. Niemożliwe są zastosowania kinematyczne, chyba że niewiadome nieoznaczoności fazy zostaną wyznaczone na początku pomiaru na podstawie metod statycznych i nie wystąpią utraty cykli. Jeśli zostanie utracona łączność z satelitą to na nowo musimy inicjalizować instrument (tzn. wyznaczać N). Niezbędne są szybkie metody inicjalizacji (np. On-The-Fly).