Sistemul de pozi\u021bionare global\u0103 (GPS) este un sistem de localizare dezvoltat de Departamentul de Ap\u0103rare al Statelor Unite pentru scopuri militare. Acesta ofer\u0103 estim\u0103ri precise ale pozi\u021biei, vitezei \u0219i timpului prin utilizarea unei re\u021bele de calculatoare \u0219i a unei constela\u021bii de 24 de sateli\u021bi pentru a determina altitudinea, longitudinea \u0219i latitudinea oric\u0103rui obiect de pe suprafa\u021ba P\u0103m\u00e2ntului prin triangula\u021bie. Sistemul este opera\u021bional din 1995.<\/p>\n\n\n
\u00cen sfera civil\u0103, din motive de securitate, este permis doar un subset degradat de semnale GPS. Cu toate acestea, comunitatea civil\u0103 a g\u0103sit alternative pentru a ob\u021bine o precizie excelent\u0103 a localiz\u0103rii prin tehnici diferen\u021biale. Aceste tehnici au condus la o cre\u0219tere extraordinar\u0103 a aplica\u021biilor civile, iar \u00een prezent exist\u0103 peste 70 de produc\u0103tori de receptoare GPS.<\/p>\n\n\n
Scopul Sistem GPS<\/a> const\u0103 \u00een calcularea pozi\u021biei oric\u0103rui punct \u00eentr-un spa\u021biu de coordonate (x,y,z), pornind de la calcularea distan\u021belor punctului fa\u021b\u0103 de minimum trei sateli\u021bi a c\u0103ror pozi\u021bie este cunoscut\u0103. Distan\u021ba dintre utilizator (receptor GPS) \u0219i un satelit se m\u0103soar\u0103 prin \u00eenmul\u021birea timpului de zbor al semnalului emis de satelit cu viteza de propagare a acestuia.<\/p>\n\n\n\n Pentru a afla c\u00e2t timp a durat c\u0103l\u0103toria semnalului radio, ceasurile sateli\u021bilor \u0219i ale receptoarelor trebuie s\u0103 fie setate la aceea\u0219i or\u0103. Acest lucru se datoreaz\u0103 faptului c\u0103 ambele trebuie s\u0103 trimit\u0103 acela\u0219i cod \u00een acela\u0219i timp. Dar \u00een timp ce ceasurile sateli\u021bilor sunt foarte precise, ceasurile receptoarelor sunt oscilatoare ieftine cu cuar\u021b care nu sunt precise. Distan\u021bele cu erori datorate sincronismului se numesc pseudorange. Diferen\u021ba dintre ceasurile receptoarelor este o alt\u0103 necunoscut\u0103 care face necesar\u0103 utilizarea a cel pu\u021bin patru sateli\u021bi pentru a afla unde sunt receptoarele.<\/p>\n\n\n La calcularea pseudorangelor se ia \u00een considerare faptul c\u0103 semnalele GPS sunt slabe \u0219i sunt imersate \u00een zgomotul de fond inerent planetei \u00een banda radio. Acest zgomot natural este alc\u0103tuit din impulsuri aleatorii, ceea ce duce la generarea de c\u0103tre receptoarele GPS a unui cod pseudoaleatoriu artificial sub forma unui model de fluctua\u021bii. La fiecare moment, un satelit transmite un semnal cu acela\u0219i model ca seria pseudoaleatorie generat\u0103 de receptor. Pe baza acestei sincroniz\u0103ri, receptorul calculeaz\u0103 distan\u021ba prin deplasarea \u00een timp a codului s\u0103u pseudoaleatoriu p\u00e2n\u0103 c\u00e2nd acesta coincide cu codul primit; aceast\u0103 deplasare corespunde timpului de zbor al semnalului. Acest proces este efectuat automat, continuu \u0219i instantaneu \u00een fiecare receptor.<\/p>\n\n\n De\u0219i viteza sateli\u021bilor este mare (4 km\/s), pozi\u021bia lor instantanee poate fi estimat\u0103 cu o eroare mai mic\u0103 de c\u00e2\u021biva metri pe baza unei predic\u021bii a pozi\u021biilor anterioare \u00eentr-o perioad\u0103 de 24 p\u00e2n\u0103 la 48 de ore. Sta\u021biile terestre verific\u0103 periodic ceasurile atomice ale sateli\u021bilor, dou\u0103 de cesiu \u0219i dou\u0103 de rubidiu, trimi\u021b\u00e2nd efemeridele \u0219i corec\u021biile ceasurilor, deoarece precizia ceasurilor \u0219i stabilitatea traiectoriei sateli\u021bilor sunt esen\u021biale pentru func\u021bionarea sistemului GPS.<\/p>\n\n\n Exist\u0103 mai multe surse de eroare care pot afecta m\u0103sur\u0103torile GPS. Unele dintre principalele surse sunt:<\/p>\n\n\n\n - Perturbare ionosferic\u0103:<\/strong> Ionosfera este alc\u0103tuit\u0103 dintr-un strat de particule \u00eenc\u0103rcate electric care pot afecta viteza semnalelor radio care trec prin ea.<\/p>\n\n\n\n - Fenomene meteorologice:<\/strong> Vaporii de ap\u0103 din troposfer\u0103, stratul cel mai apropiat de suprafa\u021ba P\u0103m\u00e2ntului, pot \u00eencetini semnalele electromagnetice \u0219i pot cauza erori greu de corectat \u00een m\u0103sur\u0103torile GPS.<\/p>\n\n\n\n - Imprecizia \u00een ceasuri:<\/strong> Chiar \u0219i cu o ajustare \u0219i un control atent, at\u00e2t ceasurile atomice ale sateli\u021bilor GPS, c\u00e2t \u0219i ceasurile receptoarelor pot prezenta mici devia\u021bii.<\/p>\n\n\n\n - Interferen\u021be electrice neprev\u0103zute:<\/strong> Interferen\u021bele electrice pot cauza erori \u00een corelarea codurilor pseudoaleatorii sau \u00een calcularea orbitei, duc\u00e2nd la neconcordan\u021be de p\u00e2n\u0103 la un metru.<\/p>\n\n\n\n - Eroare multipath:<\/strong> Semnalele GPS pot fi reflectate de suprafe\u021be \u00eenainte de a ajunge la receptor, ceea ce duce la erori \u00een distan\u021ba m\u0103surat\u0103. Minimizarea acestei erori este o provocare, deoarece depinde de mediul \u00een care se afl\u0103 antena GPS.<\/p>\n\n\n\n - Disponibilitate selectiv\u0103 (S\/A):<\/strong> Armata introduce \u00een mod inten\u021bionat aceast\u0103 surs\u0103 de eroare, f\u0103c\u00e2nd-o cea mai mare.<\/p>\n\n\n\n - Topologia receptor-satelit:<\/strong> Dispunerea spa\u021bial\u0103 a sateli\u021bilor vizibili utiliza\u021bi \u00een calcularea distan\u021belor poate afecta precizia m\u0103sur\u0103torilor GPS. Receptoarele avansate pot modifica eroarea de m\u0103surare a distan\u021bei.<\/p>\n\n\n\n Aceste surse de eroare pot fi clasificate \u00een cele care depind de geometria sateli\u021bilor \u0219i cele care nu depind de geometria sateli\u021bilor. Disponibilitatea selectiv\u0103 \u0219i erorile de ceas nu sunt afectate de forma satelitului, dar \u00eent\u00e2rzierile ionosferice \u0219i troposferice \u0219i erorile multipath sunt foarte afectate de forma satelitului. Fiecare m\u0103sur\u0103toare a pozi\u021biei GPS are o valoare numit\u0103 \"incertitudine<\/a>\" care se bazeaz\u0103 pe toate sursele diferite de eroare.<\/p>\n\n\n Aplica\u021biile GPS au multiple domenii de utilizare, inclusiv sistemele de ajutor pentru naviga\u021bie, modelarea spa\u021biului atmosferic \u0219i terestru \u0219i m\u0103surarea timpului cu mare precizie. Iat\u0103 c\u00e2teva exemple de sisteme GPS utilizate \u00een domenii civile:<\/p>\n\n\n\n - Studiul fenomenelor atmosferice:<\/strong> Semnalele GPS sunt utile \u00een dezvoltarea modelelor de predic\u021bie meteorologic\u0103 prin analizarea schimb\u0103rilor de vitez\u0103 cauzate de vaporii de ap\u0103 din troposfer\u0103.<\/p>\n\n\n\n - Localizarea \u0219i navigarea \u00een regiuni neospitaliere:<\/strong> GPS-ul este utilizat \u00een expedi\u021biile de cercetare \u00een zone greu accesibile sau \u00een zone f\u0103r\u0103 repere. Acest lucru ajut\u0103 la aprofundarea cuno\u0219tin\u021belor despre regiunile polare sau de\u0219ertice.<\/p>\n\n\n\n - Modele geologice \u0219i topografice:<\/strong> GPS-ul este utilizat de geologi pentru a studia mi\u0219carea pl\u0103cilor tectonice \u0219i pentru a prevedea cutremurele. Este, de asemenea, un instrument de baz\u0103 \u00een topografie pentru studii de teren \u0219i inventare forestiere \u0219i agricole.<\/p>\n\n\n\n - Inginerie civil\u0103:<\/strong> GPS este utilizat pentru a monitoriza \u00een timp real deform\u0103rile structurilor mari supuse unor sarcini, cum ar fi structurile metalice sau de beton.<\/p>\n\n\n\n - Sisteme automate de alarm\u0103:<\/strong> GPS-ul este utilizat \u00een sistemele de alarm\u0103 conectate la senzori care monitorizeaz\u0103 transportul de m\u0103rfuri poluante \u0219i perisabile cu risc ridicat. Alarma permite asisten\u021ba rapid\u0103 a vehiculului.<\/p>\n\n\n\n - Sincronizarea semnalelor:<\/strong> Industria electric\u0103 utilizeaz\u0103 GPS pentru sincronizarea ceasurilor sta\u021biilor sale de monitorizare \u00een vederea localiz\u0103rii eventualelor defec\u021biuni ale serviciului electric.<\/p>\n\n\n\n - \u00cendrumare pentru persoanele cu handicap fizic:<\/strong> Sistemele GPS sunt \u00een curs de dezvoltare pentru a ajuta persoanele nev\u0103z\u0103toare s\u0103 se orienteze prin ora\u0219. Se studiaz\u0103, de asemenea, utilizarea lor \u00een turism pentru a optimiza rutele \u00eentre diferite locuri de pe un traseu.<\/p>\n\n\n\n - Naviga\u021bia \u0219i controlul flotelor de vehicule:<\/strong> GPS este utilizat pentru planificarea traiectoriei \u0219i controlul flotei de vehicule de c\u0103tre organiza\u021bii precum poli\u021bia, serviciile de urgen\u021b\u0103, sta\u021biile de taxi, serviciile de curierat \u0219i companiile de livrare.<\/p>\n\n\n\n - Sisteme de avia\u021bie civil\u0103:<\/strong> GPS-ul este utilizat \u00een avia\u021bia civil\u0103 pentru a ajuta la opera\u021biunile de naviga\u021bie \u0219i aterizare. Importan\u021ba sa a condus la dezvoltarea de sisteme menite s\u0103 \u00eembun\u0103t\u0103\u021beasc\u0103 precizia GPS.<\/p>\n\n\n\n - Naviga\u021bia neasistat\u0103 a vehiculelor:<\/strong> GPS este \u00eencorporat \u00een sistemele DGPS pentru manevre precise \u00een zone cu trafic intens, \u00een vehicule terestre autonome, supraveghere \u00een medii ostile \u0219i transport de marf\u0103.<\/p>\n\n\n\n Datorit\u0103 preciziei ridicate a m\u0103sur\u0103torilor GPS, au fost realizate progrese importante \u00een spa\u021biu, pe orbite joase. Acum, robo\u021bii pot efectua singuri lucr\u0103ri periculoase, cum ar fi inspectarea, repararea \u0219i asamblarea sateli\u021bilor artificiali.<\/p>\n\n\n \u00cen 1996, reglement\u0103rile care reglementeaz\u0103 sistemele GPS au stabilit c\u0103 disponibilitatea selectiv\u0103 va fi suprimat\u0103 \u00een 2006 \u0219i c\u0103 va fi \u00eencorporat\u0103 \u00eenc\u0103 o frecven\u021b\u0103 pentru uz civil. Aceasta \u00eenseamn\u0103 c\u0103 \u00een c\u00e2\u021biva ani, Sateli\u021bii GPS vor trimite codul civil pe frecven\u021bele L2 \u0219i L1<\/a>. Acest lucru va crea o redundan\u021b\u0103 care va face posibil\u0103 estimarea erorilor ionosferice \u0219i va oferi o precizie absolut\u0103 a modului similar\u0103 cu cea care poate fi ob\u021binut\u0103 cu tehnici diferen\u021biale. Semnalul pe frecven\u021ba L1 va r\u0103m\u00e2ne acela\u0219i, astfel \u00eenc\u00e2t receptoarele actuale vor putea func\u021biona \u00een continuare.<\/p>\n\n\n\n Segmentul de control va fi \u00eembun\u0103t\u0103\u021bit prin punerea \u00een func\u021biune a unui nou sistem de control, aflat \u00een prezent \u00een faza de proiectare, pentru sta\u021bia expert. Acesta va include p\u00e2n\u0103 la un total de dou\u0103zeci de sta\u021bii de monitorizare, ceea ce va duce la un control mai precis al efemeridei \u0219i al ceasurilor de satelit.<\/p>\n\n\n\n Cu toate acestea, sistemele actuale de naviga\u021bie GPS, GLONASS \u0219i GPS\/GLONASS nu sunt \u00een m\u0103sur\u0103 s\u0103 \u00eendeplineasc\u0103 standardele riguroase de siguran\u021b\u0103 cerute de unele aplica\u021bii civile, cum ar fi naviga\u021bia aerian\u0103. Notificarea c\u0103tre utilizator a erorilor privind func\u021bionarea sistemului poate dura de la o secund\u0103, atunci c\u00e2nd eroarea apare \u00een satelit, la c\u00e2teva ore, \u00een cazurile \u00een care segmentul de control detecteaz\u0103 defec\u021biunea.<\/p>\n\n\n\n Pentru a rezolva aceste dezavantaje, Europa dezvolt\u0103 EGNOS <\/a>(European Geostationary Navigation Overlay Service), care va fi opera\u021bional \u00een 2003. Acest sistem va respecta standardele de siguran\u021b\u0103 pentru naviga\u021bia aerian\u0103 prin instalarea pe uscat a unei re\u021bele de 34 de antene fixe de recep\u021bie (RIMS) pentru recep\u021bionarea semnalelor GPS \u0219i reducerea erorilor de pozi\u021bionare. Aceste semnale vor fi trimise c\u0103tre un centru de control unde informa\u021biile din satelit vor fi calibrate, m\u0103sur\u00e2ndu-se eventualele erori pentru a le corecta, \u0219i trimise din nou c\u0103tre 10 sta\u021bii terestre. \u00cen plus, aceste semnale vor fi trimise c\u0103tre doi noi sateli\u021bi geosta\u021bionari INMARSAT situa\u021bi la o altitudine de 35.000 km, care vor ac\u021biona ca repetoare \u0219i vor trimite semnalele c\u0103tre utilizatori. At\u00e2t SUA (WAAS: Sistem de augmentare a ariei extinse<\/a>) \u0219i Japonia (MTSAS<\/a>: MTSAT Satellite-Based Augmentation System) lucreaz\u0103 la servicii similare.<\/p>\n\n\n\nCalcularea pseudorangelor<\/h3>\n\n\n
Sta\u021bii terestre \u0219i ceasuri atomice<\/h3>\n\n\n
Surse de eroare \u00een GPS<\/h2>\n\n\n
Aplica\u021bii GPS<\/strong><\/h2>\n\n\n
Viitorul GPS<\/strong><\/h2>\n\n\n