Det globala positioneringssystemet (GPS) \u00e4r ett lokalisationssystem utvecklat av USA:s f\u00f6rsvarsdepartement f\u00f6r milit\u00e4ra \u00e4ndam\u00e5l. Det tillhandah\u00e5ller exakta uppskattningar av position, hastighet och tid genom att anv\u00e4nda ett datorn\u00e4tverk och en konstellation av 24 satelliter f\u00f6r att best\u00e4mma h\u00f6jd, longitud och latitud f\u00f6r vilket objekt som helst p\u00e5 jordens yta genom triangulering. Systemet har varit i drift sedan 1995.<\/p>\n\n\n
Inom den civila sf\u00e4ren, p\u00e5 grund av s\u00e4kerhetssk\u00e4l, till\u00e5ts endast en degraderad delm\u00e4ngd av GPS-signaler. Dock har det civila samh\u00e4llet funnit alternativ f\u00f6r att uppn\u00e5 utm\u00e4rkt positionsprecision genom differentiella tekniker. Dessa tekniker har lett till en enorm tillv\u00e4xt i civila applikationer, och det finns f\u00f6r n\u00e4rvarande \u00f6ver 70 tillverkare av GPS-mottagare.<\/p>\n\n\n
Syftet med GPS-systemet<\/a> \u00e4r att ber\u00e4kna positionen f\u00f6r vilken punkt som helst i ett koordinatsystem (x,y,z), med utg\u00e5ngspunkt fr\u00e5n ber\u00e4kningen av avst\u00e5nden fr\u00e5n punkten till minst tre satelliter vars position \u00e4r k\u00e4nd. Avst\u00e5ndet mellan anv\u00e4ndaren (GPS-mottagaren) och en satellit m\u00e4ts genom att multiplicera signalens flygtid fr\u00e5n satelliten med dess utbredningshastighet.<\/p>\n\n\n\n F\u00f6r att ta reda p\u00e5 hur l\u00e5ng tid det tog f\u00f6r radiosignalen att resa, m\u00e5ste satelliternas och mottagarnas klockor st\u00e4llas in p\u00e5 samma tid. Detta beror p\u00e5 att de b\u00e5da m\u00e5ste s\u00e4nda ut samma kod samtidigt. Men medan klockorna p\u00e5 satelliterna \u00e4r mycket exakta, \u00e4r klockorna p\u00e5 mottagarna billiga kvartsoscillatorer som inte \u00e4r exakta. Avst\u00e5nd med fel p\u00e5 grund av synkronism kallas pseudorange. Skillnaden i mottagarnas klockor \u00e4r en annan ok\u00e4nd som g\u00f6r det n\u00f6dv\u00e4ndigt att anv\u00e4nda minst fyra satelliter f\u00f6r att r\u00e4kna ut var mottagarna \u00e4r.<\/p>\n\n\n Vid ber\u00e4kningen av pseudorange tas det i beaktande att GPS-signaler \u00e4r svaga och \u00e4r neds\u00e4nkta i bakgrundsbruset som \u00e4r inneboende p\u00e5 planeten i radiobandet. Detta naturliga brus best\u00e5r av slumpm\u00e4ssiga pulser, vilket leder till genereringen av en artificiell pseudorandomkod av GPS-mottagare som ett m\u00f6nster av fluktuationer. Vid varje \u00f6gonblick s\u00e4nder en satellit ut en signal med samma m\u00f6nster som den pseudorandomserie som genereras av mottagaren. Baserat p\u00e5 denna synkronisering ber\u00e4knar mottagaren avst\u00e5ndet genom att flytta sin pseudorandomkod i tid tills den sammanfaller med den mottagna koden; denna f\u00f6rskjutning motsvarar signalens flygtid. Denna process utf\u00f6rs automatiskt, kontinuerligt och omedelbart i varje mottagare.<\/p>\n\n\n \u00c4ven om satelliternas hastighet \u00e4r h\u00f6g (4 km\/s), kan deras omedelbara position uppskattas med ett fel p\u00e5 mindre \u00e4n flera meter baserat p\u00e5 en f\u00f6ruts\u00e4gelse av tidigare positioner under en period av 24 till 48 timmar. Markstationerna granskar periodiskt satelliternas atomklockor, tv\u00e5 av cesium och tv\u00e5 av rubidium, och skickar efemeriderna och klockornas korrigeringar, eftersom klockornas precision och satelliternas banstabilitet \u00e4r nyckeln i driften av GPS-systemet.<\/p>\n\n\n Det finns flera k\u00e4llor till fel som kan p\u00e5verka GPS-m\u00e4tningar. N\u00e5gra av de st\u00f6rsta k\u00e4llorna \u00e4r:<\/p>\n\n\n\n \u2022 Jonosf\u00e4risk st\u00f6rning:<\/strong> Jonosf\u00e4ren best\u00e5r av ett lager av elektriskt laddade partiklar som kan p\u00e5verka hastigheten p\u00e5 radiosignaler som passerar genom den.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Meteorologiska fenomen:<\/strong> Vatten\u00e5nga i troposf\u00e4ren, det lager som \u00e4r n\u00e4rmast jordens yta, kan sakta ner elektromagnetiska signaler och orsaka fel i GPS-m\u00e4tningar som \u00e4r sv\u00e5ra att korrigera.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Oprecision i klockor:<\/strong> \u00c4ven med noggrann justering och kontroll kan b\u00e5de GPS-satelliternas atomklockor och mottagarnas klockor visa sm\u00e5 avvikelser.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Of\u00f6rutsedd elektrisk st\u00f6rning:<\/strong> Elektrisk st\u00f6rning kan orsaka fel i korrelationen av pseudorandomkoder eller i banber\u00e4kningen, vilket leder till missanpassningar p\u00e5 upp till en meter.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Flerv\u00e4gsfel:<\/strong> GPS-signaler kan reflekteras fr\u00e5n ytor innan de n\u00e5r mottagaren, vilket leder till fel i det uppm\u00e4tta avst\u00e5ndet. Det \u00e4r utmanande att minimera detta fel eftersom det beror p\u00e5 GPS-antennens milj\u00f6.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Selektiv tillg\u00e4nglighet (S\/A):<\/strong> Milit\u00e4ren introducerar avsiktligt denna felk\u00e4lla, vilket g\u00f6r den till den st\u00f6rsta.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Mottagare-satellit-topologi:<\/strong> Den rumsliga arrangemanget av synliga satelliter som anv\u00e4nds vid ber\u00e4kningen av avst\u00e5nd kan p\u00e5verka precisionen av GPS-m\u00e4tningar. Avancerade mottagare kan modifiera avst\u00e5ndsm\u00e4tningsfelet.<\/p>\n\n\n\n Dessa felk\u00e4llor kan kategoriseras i de som beror p\u00e5 satelliternas geometri och de som inte g\u00f6r det. Selektiv tillg\u00e4nglighet och klockfel p\u00e5verkas inte av satellitens form, men jonosf\u00e4riska och troposf\u00e4riska f\u00f6rdr\u00f6jningar och flerv\u00e4gsfel p\u00e5verkas mycket av satellitens form. Varje GPS-positionsm\u00e4tning har ett v\u00e4rde kallat \u2019os\u00e4kerhet<\/a>\u201d som baseras p\u00e5 alla de olika felk\u00e4llorna.<\/p>\n\n\n GPS-applikationer har flera anv\u00e4ndningsomr\u00e5den, inklusive navigationshj\u00e4lpsystem, atmosf\u00e4risk och jordisk rymdmodellering, och h\u00f6gprecisions tidsm\u00e4tning. H\u00e4r \u00e4r n\u00e5gra exempel p\u00e5 GPS-system som anv\u00e4nds inom civila omr\u00e5den:<\/p>\n\n\n\n \u2022 Studie av atmosf\u00e4riska fenomen:<\/strong> GPS-signaler \u00e4r anv\u00e4ndbara vid utveckling av v\u00e4derprognosmodeller genom att analysera f\u00f6r\u00e4ndringarna i hastighet orsakade av vatten\u00e5nga i troposf\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Lokalisering och navigation i og\u00e4stv\u00e4nliga regioner:<\/strong> GPS anv\u00e4nds i forskningsutflykter i sv\u00e5r\u00e5tkomliga omr\u00e5den eller omr\u00e5den utan landm\u00e4rken. Detta hj\u00e4lper till att f\u00f6rdjupa kunskapen om polar- eller \u00f6kenregioner.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Geologiska och topografiska modeller:<\/strong> GPS anv\u00e4nds av geologer f\u00f6r att studera r\u00f6relsen av tektoniska plattor och f\u00f6r jordb\u00e4vningsf\u00f6ruts\u00e4gelser. Det \u00e4r ocks\u00e5 ett grundl\u00e4ggande verktyg inom topografi f\u00f6r markunders\u00f6kningar och skogs- och jordbruksinventeringar.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Byggnadsteknik:<\/strong> GPS anv\u00e4nds f\u00f6r att \u00f6vervaka i realtid deformationerna av stora strukturer som uts\u00e4tts f\u00f6r belastningar, s\u00e5som metall- eller betongstrukturer.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Automatiska larmsystem:<\/strong> GPS anv\u00e4nds i larmsystem kopplade till sensorer som \u00f6vervakar transporten av h\u00f6grisk f\u00f6rorenande och f\u00f6rg\u00e4ngliga varor. Larmet m\u00f6jligg\u00f6r snabb assistans till fordonet.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Synkronisering av signaler:<\/strong> Elindustrin anv\u00e4nder GPS f\u00f6r att synkronisera klockorna p\u00e5 sina \u00f6vervakningsstationer f\u00f6r att lokalisera m\u00f6jliga fel i elservicen.<\/p>\n\n\n\n \u2022 V\u00e4gledning f\u00f6r fysiskt handikappade:<\/strong> GPS-system utvecklas f\u00f6r att hj\u00e4lpa blinda m\u00e4nniskor att navigera genom staden. Det studeras ocks\u00e5 f\u00f6r anv\u00e4ndning inom turism f\u00f6r att optimera rutter mellan olika platser p\u00e5 en rutt.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Navigation och kontroll av fordonsflottor:<\/strong> GPS anv\u00e4nds f\u00f6r planering av banor och kontroll av fordonsflottor av organisationer som polisen, r\u00e4ddningstj\u00e4nster, taxistationer, kurirtj\u00e4nster och leveransf\u00f6retag.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Civila luftfartssystem:<\/strong> GPS anv\u00e4nds inom civil luftfart f\u00f6r att hj\u00e4lpa till med navigations- och landningsoperationer. Dess betydelse har lett till utvecklingen av system som syftar till att f\u00f6rb\u00e4ttra GPS-precisionen.<\/p>\n\n\n\n \u2022 Oassisterad fordonsnavigation:<\/strong> GPS \u00e4r inkorporerat i DGPS-system f\u00f6r exakt man\u00f6vrering i omr\u00e5den med intensiv trafik, i autonoma landfordon, \u00f6vervakning i fientliga milj\u00f6er och godstransport.<\/p>\n\n\n\n Med den h\u00f6ga precisionen av GPS-m\u00e4tningar har viktiga framsteg gjorts i rymden i l\u00e5ga banor. Robotar kan nu utf\u00f6ra farliga jobb p\u00e5 egen hand, som att inspektera, reparera och montera konstgjorda satelliter.<\/p>\n\n\n \u00c5r 1996 best\u00e4mdes regler f\u00f6r GPS-system som fastst\u00e4llde att selektiv tillg\u00e4nglighet skulle avskaffas 2006 och en frekvens till skulle inf\u00f6ras f\u00f6r civil anv\u00e4ndning. Detta inneb\u00e4r att inom n\u00e5gra \u00e5r, GPS-satelliter kommer att s\u00e4nda civil kod p\u00e5 b\u00e5de L2- och L1-frekvenserna<\/a>. Detta kommer att skapa en redundans som g\u00f6r det m\u00f6jligt att uppskatta jonosf\u00e4riska fel och ge en absolut l\u00e4gesprecision liknande den som kan uppn\u00e5s med differentiella tekniker. Signalen p\u00e5 L1-frekvensen kommer att f\u00f6rbli densamma, s\u00e5 nuvarande mottagare kommer fortfarande att kunna fungera.<\/p>\n\n\n\n Kontrollsegmentet kommer att f\u00f6rb\u00e4ttras med uppstarten av ett nytt kontrollsystem, f\u00f6r n\u00e4rvarande i designfasen, f\u00f6r expertstationen. Detta kommer att inkludera upp till totalt tjugo \u00f6vervakningsstationer, vilket resulterar i mer exakt kontroll av efemeriderna och satellitklockorna.<\/p>\n\n\n\n Dock kan nuvarande GPS-, GLONASS- och GPS\/GLONASS-navigationssystem inte uppfylla de strikta s\u00e4kerhetsstandarder som kr\u00e4vs av vissa civila applikationer, s\u00e5som luftfart. Meddelandet om fel till anv\u00e4ndaren ang\u00e5ende systemets drift kan ta fr\u00e5n en sekund, n\u00e4r felet uppst\u00e5r i satelliten, till flera timmar, i fall d\u00e4r kontrollsegmentet uppt\u00e4cker felet.<\/p>\n\n\n\n F\u00f6r att l\u00f6sa dessa nackdelar utvecklar Europa EGNOS <\/a>(European Geostationary Navigation Overlay Service), som kommer att vara i drift 2003. Detta system kommer att uppfylla s\u00e4kerhetsstandarder f\u00f6r luftfart genom att installera ett n\u00e4tverk av 34 fasta mottagarantenner (RIMS) p\u00e5 land f\u00f6r att ta emot GPS-signaler och minska positionsfel. Dessa signaler kommer att skickas till ett kontrollcenter d\u00e4r satellitinformationen kommer att kalibreras, m\u00e4ta det m\u00f6jliga felet f\u00f6r att korrigera det, och skickas igen till 10 markstationer. Dessutom kommer dessa signaler att skickas till tv\u00e5 nya geostation\u00e4ra INMARSAT-satelliter bel\u00e4gna p\u00e5 en h\u00f6jd av 35 000 km, som kommer att fungera som repeatrar och skicka signalerna till anv\u00e4ndarna. B\u00e5de USA (WAAS: Wide Area Augmentation System<\/a>) och Japan (MTSAS<\/a>: MTSAT Satellite-Based Augmentation System) arbetar med liknande tj\u00e4nster.<\/p>\n\n\n\nBer\u00e4kning av pseudorange<\/h3>\n\n\n
Markstationer och atomklockor<\/h3>\n\n\n
K\u00e4llor till fel i GPS<\/h2>\n\n\n
GPS-applikationer<\/strong><\/h2>\n\n\n
GPS:ens framtid<\/strong><\/h2>\n\n\n