Sistem de poziționare globală

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "GPS" se referă aici. Dacă căutați alte semnificații, consultați GPS (dezambiguizare) .
Satelit GPS
Receptor GPS pentru uz civil pe mare

În telecomunicații, sistemul de poziționare GPS ( acronim în limba engleză : Global Positioning System, la rândul său scurt pentru NAVSTAR GPS, acronim pentru NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System sau NAVigation Signal Timing And Ranging Global Position System [1] ) este o armată americană sistem de poziționare și navigare prin satelit .

Printr-o rețea dedicată de sateliți artificiali pe orbită , furnizează un terminal mobil sau un receptor GPS cu informații despre coordonatele sale geografice și timpul său în toate condițiile meteorologice , oriunde pe Pământ sau în imediata sa vecinătate unde există un contact fără obstacole cu la cel puțin patru sateliți de sistem. Localizarea are loc prin transmiterea unui semnal radio de către fiecare satelit și prin prelucrarea semnalelor primite de receptor.

Este operat de guvernul Statelor Unite ale Americii și este accesibil în mod liber de către oricine are un receptor GPS. Precizia sa actuală este de ordinul câtorva metri [2] , în funcție de condițiile meteorologice, disponibilitatea și poziția sateliților în raport cu receptorul, calitatea și tipul receptorului, de la efectele radiopropagării semnalului radio în ionosferă și troposferă (de ex. refracție ) și efectele relativității .

Istorie

GPS-ul a fost creat pentru a înlocui sistemul anterior, Transit .

Proiectul GPS a fost dezvoltat în 1973 pentru a depăși limitele sistemelor de navigație anterioare [3] prin integrarea ideilor din mai multe sisteme anterioare, inclusiv o serie de studii clasificate din anii 1960 . GPS-ul a fost creat și construit de Departamentul Apărării al SUA (USDOD) și inițial avea 24 de sateliți. Sistemul a devenit pe deplin operațional în 1994.

În 1991 SUA au deschis către lume serviciul pentru utilizări civile cu numele SPS ( Standard Positioning System ), cu specificații diferite de cele rezervate pentru utilizarea forțelor militare americane numite PPS ( Precision Positioning System ). Semnalul civil a fost degradat în mod intenționat prin Disponibilitatea Selectivă (SA), care a introdus erori intenționate în semnalele de satelit pentru a reduce precizia detecției, permițând precizii de ordinul 900-950 m. Această degradare a semnalului a fost dezactivată în mai 2000 datorită unui decret al președintelui Statelor Unite Bill Clinton , făcând astfel precizia actuală de aproximativ 10-20 m disponibilă pentru uz civil, deși rămân diferențe între cele două sisteme descrise mai jos. Pentru a preveni montarea acestuia pe rachete , trebuie să existe câteva limitări la modelele de uz civil: maxim 18 km pentru altitudine și 515 m / s pentru viteză. Aceste limite pot fi depășite, dar nu în același timp.

Descriere

Sistemul de poziționare este format din trei segmente: segmentul spațial , segmentul de control și segmentul utilizatorului . Forțele Aeriene ale Statelor Unite dezvoltă, administrează și operează segmentul spațial și segmentul de control.

Segmentul spațial include de la 24 la 32 de sateliți. Segmentul de control constă dintr-o stație de control master, o stație de control alternativă, diverse antene dedicate și partajate și stații de monitorizare. În cele din urmă, segmentul utilizatorilor este alcătuit din receptoare GPS.

În prezent, 31 de sateliți activi se află pe orbită în constelația GPS plus câțiva sateliți dezafectați, dintre care unii pot fi reactivați în caz de nevoie [4] . Sateliții suplimentari îmbunătățesc precizia sistemului, permițând măsurători redundante . Pe măsură ce numărul sateliților a crescut, constelația a fost modificată în conformitate cu un model neuniform care s-a dovedit a fi mai fiabil în caz de eșecuri simultane ale mai multor sateliți. [5]

Principiul de funcționare

Prin intersectarea a trei cercuri cu suprafața pământului, locusul punctelor care satisface măsurarea distanței de la satelit (pe care îl știm), un punct poate fi identificat pe acesta.
Animația constelației satelitului GPS pe măsură ce un receptor se mișcă pe sol

Principiul de funcționare se bazează pe metoda de poziționare sferică ( trilaterare ), care începe de la măsurarea timpului luat de un semnal radio pentru a parcurge distanța satelit-receptor [6] .

Deoarece receptorul nu știe când semnalul a fost transmis de la satelit, pentru calcularea diferenței de timp, semnalul trimis de satelit este de tip orar, datorită ceasului atomic prezent pe satelit: receptorul calculează distanța exactă propagarea de la satelit pornind de la diferența dintre timpul primit și cel al propriului ceas sincronizat cu cel de la bordul satelitului, ținând cont de viteza de propagare a semnalului. Această diferență este de ordinul microsecundelor.

Ceasul de pe receptoarele GPS este mult mai puțin sofisticat decât cel de pe sateliți și trebuie corectat frecvent, nefiind la fel de precis pe termen lung. În special, sincronizarea acestui ceas are loc atunci când dispozitivul de recepție este pornit, folosind informațiile care sosesc de la al patrulea satelit, fiind astfel actualizate continuu. [7] Dacă receptorul ar avea și un ceas atomic de cesiu perfect sincronizat cu cel al sateliților, informațiile furnizate de 3 sateliți ar fi suficiente, dar în realitate acest lucru nu este cazul și, prin urmare, receptorul trebuie să rezolve un sistem de 4 necunoscute ( latitudine , longitudine , altitudine și timp ) și, prin urmare, necesită cel puțin 4 ecuații .

Fiecare satelit emite pe două canale: L1, singurul disponibil pentru serviciul SPS (pentru uz civil) și L2 pentru utilizare exclusivă pentru serviciul PPS (utilizare militară). Frecvențele purtătoare sunt 1575,42 MHz și respectiv 1227,6 MHz [8] , derivate dintr-un singur oscilator cu stabilitate mare a ceasului egală cu 10,23 MHz care se înmulțește cu 154 și 120 pentru a obține frecvența celor două purtătoare. În ultimii 5-10 ani [ utilizați numai referințe de timp absolut ] unele modele de receptoare GPS pentru uz civil în domeniul ingineresc au posibilitatea de a utiliza al doilea canal L2, permițând astfel să atingă o precizie centimetrică.

Scopul dublei frecvențe este de a elimina eroarea datorată refracției atmosferice . Pe aceste frecvențe purtătoare, modulate în fază , este modulat mesajul de navigație care are o viteză de transmisie de 50 de biți pe secundă cu o modulație numerică de tip binar (0; 1), conținând [8] :

  • timpul de transmisie prin satelit ;
  • efemeride prin satelit ( efemeride prin satelit );
  • gradul de funcționalitate a satelitului (sănătatea satelitului (SIS) );
  • corecția relativistă a ceasului satelit ( corecția ceasului prin satelit );
  • efecte de întârziere a semnalului datorate ionosferei ( efecte de întârziere ionosferică );
  • corelație cu timpul universal coordonat (UTC), așa cum este specificat de Observatorul Naval al Statelor Unite (USNO);
  • statutul constelației .

Funcția receptorului de bord este în primul rând de a identifica satelitul prin baza de date de cod pe care acesta din urmă o are în posesia sa; de fapt, fiecare satelit are un cod datorită căruia receptorul îl identifică. Cealaltă funcție importantă a receptorului este de a calcula delta t , care este timpul necesar semnalului pentru a ajunge de la satelit la receptor. Se obține din măsurarea alunecării necesare pentru adaptarea secvenței de biți primiți de satelit la cea identică reprodusă de receptorul de la bord.

Fiecare satelit transmite almanahul (parametrii orbitali aproximativi) ai întregii constelații și exclusiv efemerida care se referă la sine. Partea efemeridă durează 18 secunde și se repetă la fiecare 30 de secunde. Este nevoie de 12,5 minute pentru a descărca complet almanahul întregii constelații.

În acest fel, receptorul GPS, în timp ce efectuează numărul Doppler , primește parametrii orbitei din care derivă poziția satelitului: are astfel toate elementele necesare pentru a defini suprafața poziției în spațiu.

Segmentul de spațiu

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: satelit GPS .
Un satelit GPS neselectat expus la San Diego Space Museum
Index satelit [9]
Serie Perioadă
din
lansa
Lansator În prezent
pe orbita e
lucru
Suc-
proces
Insuc-
proces
In pregatire
raţie
Planuri-
ficato
THE 1978–1985 10 1 0 0 0
II 1989-1990 9 0 0 0 0
IIA 1990-1997 19 0 0 0 6
IIR 1997–2004 12 1 0 0 12
IIR-M 2005–2009 8 0 0 0 7
IIF 2010–2016 12 0 0 0 12
IIIA 2018-? 0 0 1 10 0
IIIB Teoretic 0 0 0 8 0
IIIC Teoretic 0 0 0 16 0
Total 64 2 6 36 37
(Ultima actualizare: 9 iulie 2014) [4] [10]

PRN 01 din seria IIR-M nu este în funcțiune
PRN 25 din seria IIA nu este în funcțiune
PRN 32 din seria IIA nu este în funcțiune

Din 2010, sistemul a constat dintr-o constelație de 31 de sateliți NAVSTAR ( navigare și sincronizare a satelitului de navigație ), dispuși pe șase planuri orbitale cu o înclinație de 55 ° pe planul ecuatorial [8] . Urmează o orbită practic circulară cu o excentricitate maximă tolerată de 0,03 [8] și o rază de aproximativ 26 560 km pe care o parcurg în 11 h 58 min 2 s, sau jumătate de zi siderală . Sateliții, observați de la sol, repetă aceeași cale pe cer după o zi siderală .

Fiecare plan orbital are cel puțin 4 sateliți, iar planurile sunt dispuse în așa fel încât fiecare utilizator de pe pământ să poată primi semnalele a cel puțin 5 sateliți. Fiecare satelit, în funcție de versiune, are un anumit număr de ceasuri atomice de cesiu sau rubidiu .

Există cel puțin 24 de sateliți pe orbită pentru transmiterea datelor GPS, plus 3 de rezervă pentru a asigura acoperirea globală a serviciului. Fiecare satelit are rachete hidrazină pentru a face corecții pe orbită și panouri solare fotovoltaice pentru generarea de energie electrică combinate cu o baterie pentru a asigura energie chiar și atunci când soarele este eclipsat .

Generațiile care au urmat sunt numite:

  • Blocul I : Primii 11 sateliți ai sistemului, pe orbită între 1978 și 1985, produși de Rockwell International , au fost programați pentru o misiune medie de 4,5 ani și o durată de viață de 5 ani, dar viața lor medie a crescut la 8,76 ani, a trăit mai mult timp de 10 ani. Sarcina lor principală a fost validarea conceptului de GPS. Astăzi, niciun satelit din această generație nu este încă utilizat;
  • Blocul II : Sateliții din această generație sunt primii sateliți GPS operaționali. Acestea încorporează multe îmbunătățiri față de versiunea anterioară, în special în ceea ce privește autonomia. Sunt capabili să rămână 14 zile fără contact cu segmentul de sol, păstrând în același timp o precizie suficientă. Nouă sateliți au fost lansate în 1989 și 1990. Deși se aștepta o viață operațională de 7,5 ani, cei mai mulți dintre ei au rămas în funcțiune timp de peste 10 ani. Niciun satelit Block II nu este activ din 2010;
  • Blocul IIA : reprezintă o dezvoltare ulterioară a sateliților din blocul II și 19 au fost lansate între 1990 și 1997. Au putut să funcționeze în mod degradat pentru sectorul civil. Sunt echipate cu două ceasuri atomice cu cesiu și două ceasuri cu rubidiu . În 1993 au marcat începutul fazei operaționale a GPS-ului. În 2014, 6 sateliți din generația IIA sunt încă activi;
  • Bloc IIR : Sateliții Block IIR sunt echipați cu o autonomie mai mare, construiți de Lockheed Martin și puse pe orbită între 1997 și 2009, pot schimba mesaje fără niciun contact cu Pământul, permițând operatorilor de sistem să comunice cu sateliții care nu sunt accesibili în mod direct comunicare. Sunt echipate cu trei ceasuri atomice de rubidiu . Douăzeci și unu dintre sateliții din acest bloc au fost lansați pe 17 august 2009 și douăzeci sunt încă activi. Ultimii opt sunt numiți cu acronimul IIR-M deoarece emit un nou cod (L2C) pentru uz civil și un nou cod militar (M). Satelitul IIR-M7 a adus la bord un emițător experimental capabil să transmită pe frecvența de 1176,45 MHz, numit L5, care va fi adoptat de sateliții din blocul F. [8] Semnalele L1 și L2 vor fi inutilizabile din cauza interferențelor între aceste semnale și semnalul L5;
  • Bloc IIF : Sateliții bloc IIF ( Follow-On ) sunt construiți de Boeing și 12 sunt planificați. Primul din serie a fost lansat în mai 2010 [11], iar lansarea altor sateliți a fost efectuată treptat până în 2016.
  • Blocul III : sateliții din această serie sunt încă în curs de dezvoltare și sunt destinați să susțină sistemul GPS cel puțin până în 2030. Primele studii au fost începute în noiembrie 2000 și în mai 2008 [ necesită actualizare ] Lockheed Martin a fost ales să construiască 32 de sateliți.

Segmentul de control

Un muncitor al forțelor aeriene americane în centrul de control de la baza aeriană Schriever din Colorado
Stație de control la sol utilizată din 1984 până în 2007, expusă la Muzeul Forțelor Aeriene și a Rachetelor

Segmentul de control este format din:

  1. o stație de control principal ;
  2. o stație de control master alternativă ( stație de control master alternativă );
  3. patru antene terestre dedicate;
  4. șase stații de control dedicate;

Stația principală de control poate accesa, de asemenea, antenele rețelei de control al satelitului forțelor aeriene ale Statelor Unite (AFSCN) pentru capabilități suplimentare de comandă și control și stațiile de control ale Agenției Naționale de Informații Geospațiale (NGA). Traiectoriile sateliților sunt detectate de stațiile dedicate forțelor aeriene din Hawaii , Kwajalein , Insula Ascension , Insula Diego Garcia , Colorado Springs și Cape Canaveral , împreună cu stații NGA comune, în Anglia , Argentina , Ecuador , Bahrain , Australia și Washington DC . [12] [13]

Informațiile de urmărire sunt trimise la stația principală de control, Comandamentul spațial al forțelor aeriene la baza aeriană Schriever , la 25 km de Colorado Springs, care este operată de escadrila a 2-a de operațiuni spațiale a forțelor aeriene . Prin urmare, Comanda contactează periodic fiecare satelit GPS pentru actualizările necesare cu antene dedicate sau partajate. Antenele dedicate se află în Kwajalein, Insula Ascensiunii, Diego Garcia și Cape Canaveral.

Aceste actualizări servesc la sincronizarea ceasurilor atomice de la bordul sateliților cu compensări de nanosecunde și la actualizarea efemeridelor modelului orbital intern. Actualizările sunt calculate de un filtru Kalman care folosește datele stației de control la sol, informații despre vremea spațială și alți parametri. [14]

Manevrele prin satelit nu sunt exacte conform standardelor GPS. Astfel, în timpul schimbării orbitei unui satelit, satelitul este scos din serviciu ( nesănătos ), astfel încât să nu fie utilizat de către receptoare. Apoi, odată ce manevra este completă, orbita poate fi verificată și dobândită de la sol și satelitul readus în funcțiune cu noua efemeridă.

Stații de urmărire și centru de date

Urmărirea sateliților include toate acele operațiuni care vizează determinarea parametrilor orbitei. Aceasta este asigurată de 5 stații principale, situate în apropierea ecuatorului, numite stații principale de urmărire , și în special în Colorado Springs , Diego Garcia , Hawaii , insula Ascension și Kwajalein . Colorado Springs găzduiește, de asemenea, centrul de calcul. Ori de câte ori un satelit în mișcarea sa orbitală zboară peste teritoriul american, stațiile de urmărire înregistrează datele Doppler care sunt trimise la centrul de calculatoare și aici evaluate pentru determinarea parametrilor orbitali. Pentru a rezolva această problemă este necesar să avem un model matematic fidel al câmpului gravitațional al Pământului . Construcția acestui model a fost una dintre cele mai dificile probleme în dezvoltarea proiectului Transit din care derivă actualul Navstar . Rezultatele acestui sondaj asupra câmpului gravitațional al Pământului, care sunt de mare anvergură din punct de vedere geodezic , pot fi rezumate într-o imagine a globului pe care se află liniile de deviere egală a geoidului (LMM) de la elipsa de referință APL sunt raportate.

Stații de salvare

Parametrii orbitali ai fiecărui satelit, de îndată ce sunt determinați de centrul computerului, sunt combinați într-un mesaj care este transmis către satelitul în cauză de una dintre stațiile de salvare. Satelitul înregistrează parametrii primiți în memoria sa și îi transmite utilizatorilor.

Segmentul utilizatorului: receptorul GPS

Receptoare GPS fabricate de Trimble , Garmin și Leica (de la stânga la dreapta).

Segmentul de utilizatori este alcătuit din sutele de mii de receptoare militare care utilizează PPS și zecile de milioane de receptoare de utilizatori civili, comerciali și științifici care utilizează SPS. În general, receptoarele constau dintr-o antenă, un microprocesor și o sursă de timp, cum ar fi un oscilator cu cuarț sau un TCXO . Acestea pot include, de asemenea, un afișaj pentru a furniza informații utilizatorului.

Un receptor este adesea descris de numărul de canale pe care le are, care este numărul de sateliți pe care îi poate monitoriza simultan. Numărul de canale a crescut progresiv în timp. De obicei, un receptor comercial modern are între 20 și 32 de canale, deși sunt disponibile mai multe receptoare.

Există receptoare GPS („externe”) pe piață, care pot fi interfațate prin port USB sau conexiuni wireless precum Bluetooth , care vă permit să creați navigatori GPS pe diferite dispozitive: PDA-uri , PC-uri , laptopuri și, dacă sunt echipate cu memorie suficientă , chiar și telefoane mobile . Pentru navigație există programe specifice, proprietare sau open source care utilizează o cartografie , care este, de asemenea, publică sau proprietară. Datele de navigație sunt furnizate în general computerelor sau altor dispozitive prin protocolul NMEA 0183 . Deși protocolul este definit oficial de National Marine Electronics Association (NMEA), există o mulțime de informații publice disponibile care au permis dezvoltarea diferitelor instrumente software, inclusiv open source, fără a încălca proprietatea intelectuală. Există, de asemenea, protocoale proprietare, cum ar fi SiRF sau MTK sau UBX specific producătorului.

Un receptor GPS tipic cu antenă integrată.

Receptoarele GPS sunt din ce în ce mai integrate în smartphone-uri, PDA-uri, tablete PC-uri, ceasuri [15] și diverse obiecte pentru utilizatori potrivite pentru utilizarea mobilă.

GPS-ul și teoria relativității

Ceasurile de la bordul sateliților sunt corectate pentru efectele teoriei relativității , ceea ce duce la o avansare a timpului asupra sateliților. Observarea acestui avans este considerată o verificare a teoriei lui Einstein într-o aplicație din lumea reală. Efectul relativist detectat corespunde cu cel așteptat în teorie, în limitele acurateței măsurătorii. Avansul este efectul combinat al doi factori [16] : datorită vitezei relative de mișcare, ceasul de pe satelit măsoară cu 7 microsecunde pe zi mai puțin decât ceasul de pe pământ, în timp ce datorită potențialului gravitațional, mai mic pe orbita satelitul, ceasul de pe satelit măsoară cu 45 de microsecunde mai mult. Prin urmare, soldul este că ceasul de pe satelit măsoară cu 38 microsecunde pe zi mai mult decât ceasurile de pe sol. Pentru a remedia diferența dintre ceasurile de la bord și cele de la sol, ceasurile de pe satelit sunt corectate electronic. Fără aceste corecții, sistemul GPS ar genera în fiecare zi erori de poziție în ordinea kilometrilor și nu ar garanta acuratețea centimetrică pe care sistemul reușește să o atingă.

Pentru a obține precizia indicată, trebuie luate în considerare alte erori de sincronizare, nu numai cele de origine relativistă, de exemplu cele legate de propagarea semnalului în atmosferă sau de întârzierile electronice de la bord. În timp ce erorile relativiste sunt compensate, compensarea efectivă a celor atmosferice sau electronice este mai complexă.

Analiza și originea erorilor

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Disponibilitatea selectivă .

Analiza erorilor sistemului de poziționare globală este un proces complex, care trebuie să ia în considerare multe variabile. În primul rând, este necesar să se facă distincția între analiza segmentului de sol și segmentul spațial. O altă distincție importantă este între erorile legate de orbitografia prin satelit, erorile de sincronizare, erorile legate de propagarea semnalelor către sol și cele cauzate de electronică. Erorile cauzate de electronică, cum ar fi întârzierile la care sunt supuse semnalele în circuite, sunt de obicei tratate prin calibrare și testare hardware directă. O limitare a acestui management derivă din posibila degradare a hardware-ului în timp, pe care o poate provoca lansarea pe orbită sau expunerea la razele cosmice și vântul solar.

Erorile legate de propagarea semnalului se datorează în principal întârzierii de propagare variabile și necunoscute, care are ca cauză fundamentală rata de electroni liberi din atmosferă. La rândul său, acest parametru depinde de vântul solar și de razele cosmice. Astfel, activitatea solară poate afecta direct calitatea semnalului și performanța GPS. Erorile orbitografice, de exemplu cele cauzate de erorile efemeridei , sunt gestionate cu un monitor continuu al întregii constelații de satelit din segmentul pământ.

Erorile de sincronizare, pe lângă cele menționate mai sus, sunt atribuite în mare măsură ceasurilor de la bord, comportamentului lor stocastic și oricăror anomalii. Pentru a le reduce, au fost adoptate diferite contramăsuri pe parcursul evoluției sistemului. În primul rând, ceasurile sunt redundante la bord, adică există trei sau patru ceasuri, astfel încât, pe lângă răspunsul la problemele totale de eșec ale unui ceas, ansamblul să poată garanta o măsurare mai precisă a timpului. În al doilea rând, îmbunătățirea tehnicilor de control al solului și performanța îmbunătățită a ceasurilor în sine au fost elemente importante pentru monitorizarea erorilor. Până în 2000, precizia GPS-ului civil a fost în mod intenționat degradată prin decizia guvernului SUA ( Disponibilitate selectivă ).

Precizie crescută

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: augmentarea GNSS .

Caracteristicile cheie ale sistemului GPS (acuratețe, integritate, disponibilitate) pot fi mărite datorită utilizării sistemelor de augmentare GNSS. Aceste sisteme pot fi bazate pe sateliți geostaționari ( sisteme de augmentare prin satelit ), cum ar fi WAAS ( SUA ) sau EGNOS ( european ), sau pe legături radio terestre pentru a distribui utilizatorilor informațiile corective care trebuie aplicate la calcularea poziției. În cazul legăturilor radio terestre, ne referim la sistemul de augmentare bazat la sol (GBAS). Modul DGPS-IP, pe de altă parte, folosește internetul pentru a trimite informații de corecție.

Aplicații

Card GPS pentru handheld .
Receptor GPS Bluetooth pentru smartphone-uri și computere.

Cele mai multe aplicații comune de poziționare GPS prin satelit și sistem de navigație sunt atât pasive asistate de navigație , adică cu detectarea simplă a coordonatelor geografice, și activă, adică primirea indicațiilor rutiere , cu ajutorul unui adecvat algoritm bazat pe hartă. Traseu stocate pe dispozitivul, calculează cea mai scurtă rută rutieră pentru a ajunge la destinația stabilită pornind de la poziția locală sau pur și simplu urmând anumite zone și rute maritime în navigația aeriană și maritimă . Alte aplicații importante sunt în caz de urgență / salvare sau accident, rănire, raportare a incendiilor și ca navigație radio în activități sportive tipice în aer liber (de exemplu drumeții , alpinism , ciclism , jogging etc.).

GPS în utilizarea de zi cu zi

Receptoarele GPS moderne sunt foarte accesibile și navigatorul personal prin satelit a devenit un obiect de uz comun. Piața oferă soluții ieftine care sunt eficiente nu numai pentru navigația prin satelit în sine, ci și pentru utilizările civile, pentru controlul serviciilor mobile și pentru controlul teritoriului.

Există diverse soluții:

  • integrate : sunt dispozitive portabile all-in-one care încorporează un receptor GPS, un ecran LCD , un difuzor , un procesor care execută instrucțiunile, de obicei date de un sistem de operare proprietar , un slot pentru card de memorie pentru stocarea cartografiei ;
  • hibrid : sunt dispozitive portabile ( computere personale , PDA-uri, smartphone-uri ) care, create în scopuri diferite, sunt adaptate pentru navigația prin satelit printr-un receptor GPS integrat sau cu conexiunea unui receptor GPS extern ( Bluetooth sau cablu) și adoptarea un program dedicat capabil să gestioneze cartografia.

GPS pe dispozitive mobile

Odată cu răspândirea sistemelor GPS și prin reducerea consecventă a costurilor receptoarelor, mulți producători de telefoane mobile / smartphone - uri au încercat să introducă un modul GPS în produsele lor, deschizându-se astfel către noua piață a serviciilor, inclusiv pe web , bazat pe poziționare (sau LBS, servicii bazate pe locație ). Cu toate acestea, întârzierea cu care un terminal GPS capătă poziția în momentul pornirii (în medie între 45 și 90 de secunde), datorită căutării sateliților la vedere, și angajamentul considerabil considerabil al resurselor de energie și hardware au încetinit în un prim moment acest tip de împerechere. Negli ultimi anni [ inserire riferimento temporale assoluto ] è stato introdotto in questo tipo di telefoni il sistema GPS assistito , detto anche A-GPS dall'inglese Assisted GPS, con cui è possibile ovviare al problema del ritardo: si fanno pervenire al terminale GPS, attraverso la rete di telefonia mobile , le informazioni sui satelliti visibili dalla cella radio a cui l'utente è agganciato. In questo modo un telefono A-GPS può ricavare la propria posizione iniziale in pochi secondi, in quanto si assume che i satelliti in vista dalla cella siano gli stessi visibili dai terminali sotto la sua copertura radio. Questo sistema è molto utile anche come servizio d'emergenza, ad esempio per localizzare mezzi o persone ferite in seguito ad un incidente.

Il GPS nelle applicazioni topografiche

Il GPS viene utilizzato anche frequentemente per scopi topografici / cartografici . In Italia esiste una rete di punti determinati dall' IGM chiamata IGM95 , determinati con la precisione planimetrica di 2 cm e altimetrica di 4 cm.

Solitamente per le applicazioni topografiche si usa un altro metodo per determinare la posizione con sufficiente precisione poiché l'accuratezza di 10 metri conseguibile nei normali ricevitori è inaccettabile in topografia, ovvero la misura di fase dell'onda portante L1 e la risoluzione del numero delle ambiguità. Con metodi piuttosto complessi si arriva a una precisione anche di 2 ppm, ovvero 1 millimetro su un chilometro.

Il GPS nella sincronizzazione degli orologi terrestri

Il sistema GPS è utilizzato per la sincronizzazione di precisione degli orologi terrestri accoppiati a un ricevitore GPS grazie alla presenza degli orologi atomici sui satelliti e al segnale orario trasmesso verso Terra.

Sistemi alternativi

Oltre al GPS, sono in uso o in fase di sviluppo altri sistemi. Il russo Global Navigation Satellite System ( GLONASS ) è stato impiegato solo dai militari russi e sovietici, fino a quando è stato reso pienamente disponibile anche ai civili nel 2007. Alcuni moderni smartphone, come l'iPhone 4S , il Samsung Galaxy S2 , il Samsung Galaxy S3 , il Samsung Galaxy S5, il Samsung Galaxy S8, il Samsung Galaxy Ace 2 ed il Samsung Galaxy Xcover 2, e tablet come il Nexus 7 , presentano un'antenna in grado di ricevere sia i segnali GPS sia i segnali GLONASS. La Cina ha realizzato il sistema di posizionamento Beidou , per uso civile esteso a tutta l'Asia, e il sistema di navigazione COMPASS , il cui completamento è previsto per il 2020.

L' India ha pianificato il sistema di navigazione regionale IRNSS , previsto nel 2012, che coprirà India ed oceano Indiano .

L' Unione europea ha in progetto il completamento della sua rete di satelliti , il " sistema di posizionamento Galileo ", per scopi civili e militari. Il sistema Galileo è un sistema duale, cioè nato per compiti civili e militari. Questo progetto ha un'evidente valenza strategica in quanto la rete statunitense è proprietà dei soli Stati Uniti d'America ed è gestita da autorità militari che, in particolari condizioni, potrebbero decidere discrezionalmente e unilateralmente di ridurne la precisione o bloccare selettivamente l'accesso al sistema: la condivisione dell'investimento e della proprietà da parte degli stati utilizzatori garantisce continuità, accessibilità e interoperabilità del servizio europeo.

Note

  1. ^ ( EN ) History of Nasa Cap.17 - pag.331 nota n°1 Archiviato il 3 marzo 2013 in Internet Archive .
  2. ^ ( EN )www.gps.gov - GPS Accuracy Archiviato il 16 aprile 2015 in Internet Archive . e per i dati statistici GPS Standard Positioning Service (SPS) Performance Standard Archiviato il 21 luglio 2011 in Internet Archive . - quarta edizione, settembre 2008.
  3. ^ ( EN ) National Research Council (US). Committee on the Future of the Global Positioning System, The global positioning system: a shared national asset : recommendations for technical improvements and enhancements , National Academy of Public Administration, National Academies Press, 1995, p. 16, ISBN 0-309-05283-1 . URL consultato il 6 agosto 2011 ( archiviato il 22 luglio 2011) . , Chapter 1, p. 16 Archiviato il 22 luglio 2011 in Internet Archive .
  4. ^ a b ( EN ) Space Segment , su gps.gov , www.gps.gov. URL consultato il 16 agosto 2011 ( archiviato il 10 gennaio 2016) .
  5. ^ ( EN ) New GPS Configuration: 24+3 , su gpsworld.com (archiviato dall' url originale il 24 gennaio 2010) .
  6. ^ Come funziona il GPS , su comefunziona.net . URL consultato il 22 maggio 2012 ( archiviato il 13 aprile 2012) .
  7. ^ Il Funzionamento del GPS Archiviato il 5 aprile 2012 in Internet Archive ..
  8. ^ a b c d e GPS Standard Positioning Service (SPS) Performance Standard Archiviato il 21 luglio 2011 in Internet Archive . - quarta edizione, settembre 2008.
  9. ^ GPS Wing Reaches GPS III IBR Milestone Archiviato il 23 maggio 2013 in Internet Archive . su InsideGNSS, 10 novembre 2008
  10. ^ ( EN ) GPS almanacs , su navcen.uscg.gov . URL consultato il 16 agosto 2011 (archiviato dall' url originale il 1º giugno 2015) .
  11. ^ ( EN ) Next-generation GPS satellite launches successfully , su v3.co.uk , www.v3.co.uk.
  12. ^ ( EN ) United States Coast Guard General GPS News 9–9–05 [ collegamento interrotto ]
  13. ^ ( EN ) James A. Slater, National Geospatial-Intelligence Agency GPS - Monitor Station Data Now Included in US Air Force GPS Operational Orbits , su igs.bkg.bund.de , 9 settembre 2005. URL consultato il 2 marzo 2020 (archiviato dall' url originale il 12 luglio 2012) .
  14. ^ USNO NAVSTAR Global Positioning System Archiviato l'8 febbraio 2006 in Internet Archive ..
  15. ^ Orologio GPS , su gnss-info.blogspot.it . URL consultato il 9 ottobre 2012 ( archiviato il 9 febbraio 2013) .
  16. ^ J.-F. Pascual-Sanchez, Introducing Relativity in Global Navigation Satellite Systems, arXiv:gr-qc/0507121 , su arxiv.org . URL consultato il 4 maggio 2019 ( archiviato il 12 dicembre 2018) .

Bibliografia

Riviste

Libri

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 21680 · LCCN ( EN ) sh86003934 · GND ( DE ) 4216824-7 · BNF ( FR ) cb12294604n (data)