Modem Kisszótár

Modem kisszótár XXV.

A GPS rendszer

Mindig is fontos szerepet játszott az emberek életében a pontos helymeghatározás, akár utazásról, akár geodéziai mérésekrôl vagy térképészeti tevékenységrôl volt szó. Nem meglepô tehát, hogy mûholdakkal és miniatûr intelligens eszközökkel ellátott világunk egyik elsô eredménye a mûholdas helymeghatározó rendszerek kifejlesztése volt. A kisszótár jelen száma az egyik legelterjedtebb rendszert, a Navstar GPS mûholdas helymeghatározó rendszert mutatja be.

A GPS (Global Positioning System &endash; globális helymeghatározó rendszer) története

A GPS rendszer létrehozásáról az amerikai védelmi minisztérium 1973 áprilisában hozott döntést abból a célból, hogy az amerikai hadsereg mind a négy haderôneme számára legyen egy nagy pontosságú és bárhol a világon megbízhatóan használható helymeghatározó rendszere. Mivel a kutatások korábban fôként a haditengerészetnél folytak, ezért kapta a rendszer a Navstar melléknevet (Navy Star &endash; a haditengerészet csillaga). A rendszert fokozatosan építették ki, eredetileg három fázist terveztek és a rendszer 1984-re lett volna teljes.

Ezt az ütemet nem sikerült ugyan tartani, de a nyolcvanas években már geodéziai célokra is hozzáférhetô volt a GPS. Végleges formájában azonban csak 1994-re készült el.

A GPS célkitûzései

A GPS megvalósításakor a pontos, háromdimenziós helymeghatározást, a sebességmeghatározást tûzték ki célul olyan formában, hogy a felhasználó egy passzív rádiótechnikai eszközzel, idôjárástól függetlenül és gyakorlatilag azonnal legyen képes ezt megtenni. Célul tûzték még ki a hozzáférés korlátozhatóságát, a zavarás elleni védelmet és a korlátlan számú felhasználó kiszolgálását.

A GPS felépítése

A GPS három alrendszerre bontható, a helymeghatározáshoz információkat adó ûrszegmensre, a rendszer vezérlését ellátó földi szegmensre és a helymeghatározást elvégzô felhasználói szegmensre.

A GPS ûrszegmense: A GPS összesen 24 mûholdból áll, melyekbôl 21 aktív és további 3 mûhold tartalékként kering. A mûholdak 20 200 km magasságban keringenek, tehát nem geostacionárius mûholdakról van szó, mintegy 12 óra alatt megkerülik a Földet. A 24 mûhold 6 egyenletesen elosztott pályán kering, a pályasíkok inklinációja 55 fok. A mûholdak pozíciói úgy vannak megállapítva, hogy a Föld bármely pontján mindig legalább négy mûhold tartózkodik a horizont felett. Minden mûhold fedélzetén két-két nagy stabilitású rubídium illetve cézium atomóra található. Minden mûholdról két, PRN kódokkal modulált jelet sugároznak az L1 (1575,42 megahertz) és az L2 (1227,6 megahertz) frekvencián. A kisugárzott navigációs kódok képezik a helymeghatározás alapját.

A GPS földi szegmense

A földi szegmens látja el a teljes rendszer üzemeltetését. Itt történik a mûholdak mûködésének ellenôrzése, a mûholdak ellátása a szükséges navigációs üzenetekkel és rendszerinformációkkal. A központi irányítóállomás Colorado Springs mellett helyezkedik el, ezenkívül még öt követô-ellenôrzô állomás található az amerikai hadsereg különbözô támaszpontjain.

A GPS felhasználói szegmense

A felhasználói szegmens nem más, mint egy passzív rádiótechnikai eszköz, mely maga állítja elô a PRN kód dekódolásához szükséges jeleket. A berendezés processzora a helyben elôállított és a vett jel idôeltérésébôl képes meghatározni az egyes mûholdak távolságát és ebbôl a térbeli pozíciót.

A GPS szolgáltatásai

A GPS rendszer elsôsorban katonai alkalmazásokra lett kifejlesztve, de világos volt, hogy egy ekkora volumenû projekt gazdasági megtérülésében sokat segítene a civil alkalmazások biztosítása is. Mivel azonban a rendszer létrehozói tartottak attól, hogy a nagy pontosságot az ellenség ugyanúgy ki tudná használni, ezért kétféle kóddal sugározzák a mûholdakról a navigációs jeleket. Az egyik a nagy pontosságú Y kód (régebben P kódnak is hívták), melynek vételére csak a hadsereg jogosult, míg a másik a C/A kód (Coarse Acquisition &endash; durva vétel), mely lényegesebben pontatlanabb jeleket sugároz, ezt viszont szabadon használhatja a civil szféra is. Az elôbbi szolgáltatást PPS-nek, az utóbbit SPS-nek hívják.

PPS (Precise Positioning Service &endash; pontos helymeghatározó szolgáltatás)

Az Y kód felhasználásával nyerhetô 5&endash;10 méteres pontosságú helymeghatározó szolgáltatás, mely csak az amerikai hadsereg és a NATO egyes szervei számára hozzáférhetô.

SPS (Standard Positioning Service &endash; átlagos helymeghatározó szolgáltatás)

A C/A kód felhasználásával nyerhetô, az idô 95%-ban 100 méternél pontosabban mûködô helymeghatározó szolgáltatás, mely a civil felhasználók számára is hozzáférhetô.

DGPS (Differential Global Positioning System &endash; relatív globális helymeghatározó rendszer)

A GPS rendszer pontosságát több véletlenszerû tényezô is befolyásolja, ezért nem lehet vele tetszôleges pontosságot elérni. Nagyban javítható azonban a rendszer pontossága, ha fix, ismert pozícióban lévô vevôt is alkalmazunk. Ekkor ugyanis ez a vevô pontosan látja, hogy éppen mekkora a mûholdas rendszer eltérése a valódi pozícióhoz képest. Ha ezt a relatív hibát eljuttatjuk a mozgó vevôhöz, s ezzel a jellel korrigáljuk a helymeghatározás adatait, a mérés pontossága akár egy nagyságrenddel is növelhetô.

PRN (Pseudo Random Noise&endash; álvéletlen zaj) kód

A PRN kód látszólag egy 20 MHz sávszélességû rádiózajra hasonlít, de valójában egy szigorúan meghatározott 10,23 Mbit/s-os jelsorozatról van szó, mely összeadódik az 50 bit/s sebességû hasznos jellel és így kerül kisugárzásra. A hasznos jel tartalmazza mûhold pályaadatait és más rendszerüzeneteket. A jelet csak az tudja venni, aki a PRN kódot "le tudja szedni" a hasznos információról, azaz aki dekódolni tudja azt. Ez biztosítja az illetéktelenek általi hozzáférhetetlenséget a rendszerhez.

Inklináció

Az egyenlítô síkja és a mûhold pályasíkja által bezárt szög, mely 0 és 180 fok között változhat. 0 fokos inklináció esetén ekvatoriális pályáról, 90 fokos inklináció esetén poláris pályáról beszélünk. 90 fok feletti inklináció esetén a mûhold a Föld keringésével szemben mozog, ezeket retrográd pályának nevezzük. Az 55 fokos inklinációjú mûholdak az 55 és -55 fokos földrajzi szélesség közötti terület felett keringenek, tehát jól láthatók a Föld bármely pontjáról.

dr. Bartolits István

 

Tartalom

Hátra

Elôre