GPS: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatusUuem muudatus →
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
Lehekülg asendatud tekstiga ' tegi Karlo Leok'
Syum90 (arutelu | kaastöö)
594 muudatust
P Tühistati kasutaja 194.150.65.166 (arutelu) tehtud muudatused ja pöörduti tagasi viimasele muudatusele, mille tegi WikedKentaur.
1. rida: 1. rida:
{{keeletoimeta}}
tegi Karlo Leok
[[Pilt:Navstar.jpg |300px|pisi|Üks [[satelliit|satelliitidest]], mille abil GPS-vastuvõtja asukohta määrab]]

'''Üleilmne asukoha määramise süsteem''' (lühend '''GPS''' tuleb ingliskeelsest nimetusest ''global positioning system'') on [[satelliitnavigatsioon]]i süsteem, mille omanik on [[Ameerika Ühendriigid|Ameerika Ühendriikide]] valitsus. See võimaldab asukoha ja aja info kättesaadavuse ka halva ilmaga, igal ajal ja igal pool üle Maa (või selle lähedal), kui on nähtavuses vähemalt neli satelliiti (orbiidil liigub korraga vähemalt neli või rohkem GPS-satelliiti) ja asukoha arvutamiseks kasutatakse '''GPS-meetod'''it. Seda süsteemi peab üleval [[Ameerika Ühendriigid|Ühendriikide]] valitsus ja on vabalt kättesaadav kõigile, kellel on GPS-vastuvõtja. Lisaks töötatakse välja ja kasutatakse ka teisi GPS-süsteeme. Venemaa globaalne navigatsiooni-satelliidisüsteem ([[GLONASS]]) oli kuni aastani 2007 ainult Vene sõjaväe kasutuses. Veel on katsetuses Hiina [[Kompassi Navigatsiooni-Süsteem]] ja [[galileo (positsioneerimissüsteem)|Galileo (satelliidi navigatsioon)]] Euroopa Liidus. GPS loodi ja realiseeriti [[Ameerika Ühendriikide Kaitseministeerium]]i poolt ning originaalselt oli kasutuses 24 satelliidiga, mis asusid 20 200 km kõrgusel. See kujunes välja 1973. aastal, et üle saada eelmiste navigatsioonisüsteemide piirangutest.
<ref>{{cite book|title=The global positioning system: a shared national asset : recommendations for technical improvements and enhancements|last1=National Research Council (U.S.). Committee on the Future of the Global Positioning System|last2= National Academy of Public Administration|publisher=National Academies Press|year=1995|isbn=0-309-05283-1|page=16|url=http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C}},[http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C&pg=PA16 Chapter 1, p. 16]</ref>

== Ajalugu ==
[[Pilt:GPS Satellite NASA art-iif.jpg|pisi|GPS-satelliit orbiidil]]
GPS-i välimus sarnaneb osaliselt maa-baasilise [[raadionavigatsiooni süsteem]]iga, näiteks [[LORAN]] ja [[Decca Navigaator-süsteem|Decca Navigaator-süsteemiga]], mis töötati välja 1940. aastate alguses ja mida kasutati [[Teine maailmasõda|Teise maailmasõja]] ajal. 1956. aastal tegi [[F. Winterberg]] ettepaneku testida [[üldrelatiivsusteooria]]t, kasutades täpseid [[aatomkell]]asid, mis on paigutatud orbiidil asetsevatele satelliitidele. Et saavutada täpseid nõudeid, kasutab GPS üldrelatiivsusteooria põhimõtteid, et parandada satelliitide aatomkella. Algne inspiratsioon GPS-i loomiseks tuli siis, kui [[Nõukogude Liit]] saatis esimese inimese poolt valmistatud satelliidi, [[Sputnik 1|Sputniku]], kosmosesse aastal 1957. USA teadlaste meeskond, kelle juhiks oli Dr [[Richard B. Kershner]], seirasid Sputniku raadiosaatja saadetud signaali. Nad avastasid, et [[Doppleri efekti]] tõttu oli Sputniku poolt saadetud signaal kõrgema sagedusega ja tugevam, kui ta oli lähenemas, ja madalama sagedusega ning nõrgem, kui ta liikus eemale. Teadlased said aru, et kuna nad teadsid Sputniku täpset asukohta maakeral, saavad nad märgistada satelliidi asukohta, mõõtes Doppleri efekti muutumist (sageduste muutumist).
Esimene [[satelliit-navigatsioonisüsteem]], [[Transitiivsus]], mida kasutasid [[merevägi|USA mereväelased]], tegi esimese õnnestunud testi aastal 1960. See süsteem kasutas viit satelliiti ja võrdles nende asukohtade kokkusattumist ning suutis tagada navigatsioonilist parandust ja uuendust umbkaudu kord tunnis. 1967. aastal töötas USA merevägi välja [[Timation|Timation’i satelliidi]], mis tagas võimaluse paigaldada kosmosesse täpseid kelli, millele GPS-süsteem toetub. 1970. aastatel valminud [[Omega Navigatsioonisüsteem]] sai esimeseks ülemaailmseks raadionavigatsiooni süsteemiks. Siiski, nende valminud süsteemide piirangud nõudsid universaalsemat ja täpsemat navigatsioonisüsteemi.<ref>{{cite web|author=Jerry Proc |url=http://www.jproc.ca/hyperbolic/omega.html |title=Omega |publisher=Jproc.ca |date= |accessdate=2009-12-08}}</ref>

Täpsete navigatsioonisüsteemide vajaduse tõttu sõjaväes ja tsiviilsektoris polnud peaaegu mitte ükski nendest projektidest piisavalt põhjendatud, et uuringute teostamiseks, arendamiseks ja paigaldamiseks kulutada miljardeid dollareid. Siiski, [[külm sõda|Külma sõja]] ajal oli [[tuumasõda|tuumasõja]] oht USA-le piisavaks põhjenduseks, mis USA kongressi silmis õigustas selle raha kulumist. Elutähtsaks loetud tuumasõjaoht oligi hirmutavaks edasilükkavaks teguriks, miks GPS loodi. Kasutusse läksid need [[allveelaev|allveelaevade rakettidel]], õhujõu pommitajatel ja mandritevahelistel rakettidel.
Täpne navigatsioon võimaldas USA allveelaevadel leida täpset tulistamise sihtmärki ning fikseerida teiste (allveelaevade) asukohta. Paralleelset GPS-i loomisega arendasid merevägi ja õhuvägi ka oma tehnoloogiaid samadeks eesmärkideks (näiteks asukoha määramiseks). <ref>{{cite web|url= http://www.trimble.com/gps/whygps.shtml#0 |title=Why Did the Department of Defense Develop GPS? |publisher=Trimble Navigation Ltd |date= |accessdate=2010-01-13}}</ref>

[[Pilt:Magellan GPS Blazer12.jpg|pisi|Tavakasutaja GPS-vastuvõtja]]

1960. aastatel pakkus õhuvägi välja raadio navigatsioonisüsteemi, [[MOSAIC]], mis sisaldas paljusid atribuute, mida võib leida tänapäevases GPS-is. Samuti lubasid MOSAIC loojad tõsta õhujõu pommitajate ja allveelaevade sihtimise täpsust. Esimene aatomkell kinnitati orbiidile aastal 1974.<ref>{{cite web|url= http://www.aero.org/publications/crosslink/summer2002/01.html |title=Charting a Course Toward Global Navigation |publisher=The Aerospace Corporation |date= |accessdate=2010-01-14}}</ref>
<ref>{{cite web|url= http://support.radioshack.com/support_tutorials/gps/gps_tmline.htm |title=A Guide To The Global Positioning System (GPS) – GPS Timeline |publisher=Radio Shack |date= |accessdate=2010-01-14}}</ref>

<!-- Another important predecessor to GPS came from a different branch of the US military. In 1964, the [[US Army]] orbited its first SECOR ([[Sequential Collation of Range]]) satellite used for geodetic surveying. The SECOR system included three ground-based transmitters from known locations that would send signals to the satellite transponder in orbit. A fourth ground-based station at an undetermined position could then use those signals to fix its location precisely. The last SECOR satellite was launched in 1969.<ref>{{cite web|url= http://www.astronautix.com/craft/secor.htm |title=SECOR Chronology |work=Mark Wade's Encyclopedia Astronautica |date= |accessdate=2010-1-19}}</ref> Decades later during the early years of GPS, civilian surveying became one of the first fields to make use of the new technology because they could reap benefits of signals from the less-than-complete GPS constellation years before it was declared operational. GPS can be thought of as an evolution of the SECOR system where the ground-based transmitters have been migrated into orbit. -->

1973. aastal Pentagonis arutati [[Kaitse Navigatsiooni Satelliidi-Süsteem]]i loomist. Sellel kohtumisel koostati tervik atribuutidest, mida tänapäeva GPS sisaldab. Hiljem sel aastal pandi selle programmi nimeks [[Navstar]]. President [[Ronald Reagan]] tuli välja käskkirjaga muuta GPS kõigile vabalt kättesaadavaks. Esimene satelliit lasti kosmosesse 1989. aastal ja 24. satelliit aastal 1994.<ref> {{cite book |url= http://books.google.com/?id=mB9W3H90KDUC |title=The Precision Revolution: GPS and the Future of Aerial Warfare |author=Michael Russell Rip, James M. Hasik |publisher=Naval Institute Press |page=65 |year=2002 |isbn=1557509735 |accessdate=2010-01-14}} </ref>

Algselt sai parimat signaalitugevust kasutada militaarsetel eesmärkidel ning tavakasutajate signaalitugevus paranes, kui USA presidendiks oli [[Bill Clinton]], kes käskis parandada tavakasutajate GPS-i täpsust 100-lt meetrilt 20-le meetrile. USA asepresident [[Al Gore]] teadvustas plaanidest uuendada GPS-i paremaks täpsuselt ja usaldusväärsuselt, et tagada lennunduse ohutust. Mais 2009 teavitas USA valitsus, et mõned GPS-satelliidid võivad vananeda ja katki minna. Õhuvägi kinnitas, et see oht on minimaalne. Viimane ülevaade tehti mais 2010, kus täheldati, et siiani töötab ka kõige vanem satelliit.<ref>{{cite web|url=ftp://tycho.usno.navy.mil/pub/gps/gpstd.txt |title=United States Naval Observatory (USNO) GPS Constellation Status |date= |accessdate=2009-10-13}}</ref>, <ref> [[United States Naval Observatory]]. [ftp://tycho.usno.navy.mil/pub/gps/gpsb2.txt GPS Constellation Status]. Retrieved December 20, 2008.</ref>, <ref>{{cite web |url= http://ngs.woc.noaa.gov/FGCS/info/sans_SA/docs/GPS_SA_Event_QAs.pdf |title=GPS & Selective Availability Q&A |publisher=[http://www.noaa.gov/] |accessdate=2010-05-28}}</ref>

== Struktuur ==

[[Pilt:GPS monitor station.jpg|pisi|Maapealne monitori jaam, mis oli kasutuses 1984 kuni 2007]]
GPS koosneb kolmest osast: kosmosesegment, kontrollsegment ja kasutaja segment. [[lennuvägi|USA Õhuvägi]] arendab, hooldab ja kontrollib kosmosesegmente. GPS-satelliidid saadavad signaale kosmosest ja iga GPS-vastuvõtja kasutab neid signaale, et arvutada kolmemõõtmelist asukohta ([[laiuskraad]]id, [[pikkuskraad]]id, sügavus) ja kestvat aega.<ref name=gps.gov>{{cite web|url=http://www.gps.gov/systems/gps/index.html |title=Global Positioning System |publisher=Gps.gov |date= |accessdate=2010-06-26}}</ref>
[[Pilt:ConstellationGPS.gif|frame|Visuaalne näide Maa liikumisest. Ajaga muutub number, mis näitab, mitu satelliiti on parasjagu nähtavuses.]]

* Kosmose segment koosneb 24–32 satelliidist [[Keskmine Maa orbiit|keskmisel Maa orbiidil]] ja samuti sisaldab võimendavaid adaptereid, et neid satelliite orbiidile saata. Kosmose segmendi satelliitide orbiidid on sätitud nii, et vähemalt 6 oleks alati silmaga nähtavad peaaegu kõikjal üle Maa.<ref>{{cite web |url=http://ieeexplore.ieee.org/iel1/2219/7072/00285510.pdf?arnumber=285510 | title=Navstar GPS and GLONASS: global satellite navigation systems |publisher=IEEE | first =P. |last =Daly }}</ref> Nurk nende satelliitide vahel on 30, 105, 120 ja 105 kraadi, mis kokku teevad 360 kraadi, ehk ringi ümber Maa.

Alates märtsist 2008 on orbiidil 31 aktiivset sõnumeid saatvat satelliiti ja 2 nn pensionil olevat satelliiti, mida hoitakse varuks. Lisasatelliidid täiustavad GPS-i vastuvõtjate täpsust, varustades teisi liigsete arvutamiste mõõtmetega. Satelliitide arvu kasvamist jälgides tehti kokkulepe, et näha oleks korraga 8t satelliiti, juhul, kui mitu tükki korraga peaksid katki minema.

* Kontrollsegment koosneb püsikontrolljaamast, alternatiivsest püsikontrolljaamast ja erinevatesse kohtadesse paigaldatud antennidest ning ekraanijaamadest. Erinevatesse maailma otstesse paigaldatud antennid sünkroniseerivad üksteise aatomkellasid nanosekundi täpsuseni. Selleks kasutatakse maapealseid keskusi, kosmosest tulevat ilma infot ja paljusid teisi lähteandmeid.

Satelliidimanöövrid ei ole täpsed, kui kasutada [[GPS standard|GPS-i standardeid]]. Et muuta satelliidi orbiiti, tuleb satelliit märkida mitteterveks, et vastuvõtjad ei kasutaks seda arvutamistel. Siis saab parandused läbi viia ning kui kõik vastavad seadistused on tehtud, saab satelliidi jälle terveks märkida ja tagasi orbiidile saata.

* Kasutaja segment koosneb sadadest tuhandetest USA ja ühinenud militaarkasutajatest ning kümnetest miljonitest tavakasutajatest (reklaamindus, teaduslik töö). Vastuvõtjad koosnevad antennidest, õigetel sagedustel olevatest satelliitidest, vastuvõtja-protsessoritest ning väga täpsetest kelladest. Nad võivad omada ka monitori, et näidata kasutajale asukoha ja kiiruse infot. Vastuvõtjaid jagatakse tavaliselt selle järgi, mitu kanalit neil on: kui mitut satelliiti vastuvõtja samaaegselt jälgib. Originaalselt on see piiratud 4–5 satelliidiga, aga kuna nende arv on ajaga kõvasti kasvanud, on aastaks 2007 vastuvõtjatel tüüpiliselt juba 12 või 20 kanalit. GPS-vastuvõtjad võivad omada ka teisi atribuute ja kasutajaliideseid, näiteks USB-d või [[Bluetooth|Bluetoothi]].<ref>{{cite web|url=http://www.gpsreview.net/gps-bluetooth-compatibility/ |title=GPS Bluetooth Compatibility |format=URL |date= |accessdate=2010-12-12}}</ref>

== Rakendused ==

Kuigi algselt militaarprojektiks planeeritud, GPS-i peetakse mitmemõttelise-kasutusega tehnoloogiaks, tähendades, et see omab suurepärast militaarrakendust ja lisaks ka igapäevarakendust. GPS on muutunud laialdaselt väljatöötatuks ja kasulikuks reklaaminduse ja teadusliku töö, järelevalve ja luure tööriistaks. GPS-i täpne aeg võimaldab meil teha igapäevategevusi, nagu näiteks tegeleda pangandusega, mobiilsete operatsioonidega ja isegi elektrivõrgustike kontrollimisega. Samuti saab GPS-kasutada vabakäeseadmena ([[hands-free]]). Põllumehed, kaardistajad, geoloogid ja lugematud teised ametimehed teevad oma tööd efektiivsemalt, turvalisemalt, ökonoomsemalt ja täpsemalt.

=== Eraisik ===

Paljud tsiviilisikute jaoks välja töötatud rakendused kasutavad ühte või rohkemat GPS-i kolmest komponendist: täpne asukoht, suhteline liikumine ja aja ülekanne.
* [[mobiilside|Mobiilsus]]: kella sünkroonimine võimaldab aja üleviimist, mis on oluline jaamade omavaheliseks sünkroonimiseks, et lihtsustada ja kiirendada asukohtade leidmist, kui tehakse nt hädaabikõne vms. Esimesed [[sisseehitatud GPS seadmed|sisseehitatud GPS-seadmed]] tulid välja 1990. aastate lõpus.
* [[Asukoha määramine]]: [[masina jälgimise süsteem]], [[inimese jälgimise süsteem]], ja [[loomade jälgimise süsteem]] kasutas GPS-i, et leida otsitavate asukohta. Need seadeldised kinnitati masinale, inimesele või lemmiklooma kaelarihmale. See tagab 24/7 jälgimise võimaluse ja mobiil või internet annab uuenedes teada, kui jälitatav on lahkunud määratud piirkonnast.
* [[Geograafiline identifitseerimine]]: võimaldab asukohakoordinaate määrata digitaalsetel objektidel, nt fotodele ja teistele dokumentidele, selleks, et valmistada kaarte ja tekitada digitaalseid kujutisi.
* [[GPS ringkäik]]: asukoht otsustab, mida näidata; näiteks võib leida informatsiooni huvitavate vaatamisväärsuste kohta.
* [[Kaardistamine]]: nii tsiviilisikute kui militaartegelaste kaardistajad kasutavad paljusid GPS-i funktsioone.
* [[Navigatsioon]]: asjatundjad hindavad digitaalselt ja täpselt liikumiskiirusi ning arvutavad võimalikke liikumissuundi.
* [[Mõõtmise komponendid]]: GPS võimaldab suurt täpsust ajas ja [[süsteemide mõõtmine|süsteemide mõõtmises]], muutes asukoha arvutamise võimalikuks.
* [[Vaatlus]]: vaatlejad kasutavad absoluutset asukohta, et teha kaarte ja panna paika vara või kinnisvara piire.
* [[Ülesehitajad]]: GPS võimaldab täpset [[maavärinad|maavärinate]] liikumise ja võngete mõõtmiste registreerimist.
<!--*GPS lubab uurijatel uurida Maa [[keskkond|keskkonda]], sealjuures atmosfääri, gravitatsiooni jne. Kuidas???-->

<!-- Compared to a few years ago, GPS technology for handsets has matured considerably, offering much better performance in terms of sensitivity, power consumption, size and price. What is more, the OMA SUPL A-GPS standard has enabled lower cost deployment of A-GPS services that ensure a better and more consistent user experience necessary for the mass consumer market. The SUPL A-GPS standard allows network operators or handset manufacturers to deploy assistance services that reduce the time to first fix, lowers the power consumption, and enhances the sensitivity of the GPS receiver. The SUPL standard uses User Plane communication channels such as SMS and GPRS to transport the aiding data, as opposed to the control plane channels in networks, thereby reducing the load on the networks, as well as complexity and cost of service deployment. New business models have also become possible, ranging from hosted services for operators that want to minimize capital investments, to services deployed by handset vendors for end-users that cannot get similar services from their network operator yet.

The major handset software platforms and operating systems are evolving, ensuring easier integration of GPS functionality for handset manufacturers and more powerful features for application developers. Along with the improving performance of handsets, in terms of screen size, processing power and memory size, current handsets thus provide much better platforms for location-enabled applications and services than before.

The GPS value-chain was reshaped considerably in 2007 as several specialist GPS technology developers were acquired by wireless chipset vendors. These transactions are likely to enhance the possibilities to meet handset manufacturers’ demand for integrated connectivity solutions that include GPS at ever lower price points to enable true mass market deployment.

Sales of GPS-enabled GSM/WCDMA handsets grew to about 24.5 million units in 2007 according to independent analyst firm Berg Insight. Although the number is very small in comparison with the 150 million GPS-enabled CDMA handsets sold, the number is growing rapidly. Berg Insight estimates that shipments of GPS-enabled GSM/WCDMA handsets will grow to 370&nbsp;million units in 2012, the equivalent of more than 26 percent of all GSM/WCDMA handsets sold that year. Including CDMA handsets, GPS-enabled handsets sales are estimated to reach about 560&nbsp;million, or 35&nbsp;percent of total handset shipments in 2012. -->

==== Tavakasutaja piirangud ====

USA valitsus kontrollib tsiviilisikutele kättesaadavat eksporti. Kõik GPS-vastuvõtjad, mis on võimelised funktsioneerima ka 18 km kõrgusel merepinnast ja neid, mis on võimelised liikuma 515 meetrit sekundis, on klassifitseeritud relvadeks, mille jaoks on vaja saada kasutamisluba. Need piirangud proovivad ennetada vastuvõtja muutumist teistele ohtlikuks. Nende kiirused on sarnased lennukites kasutatavatele vastuvõtjatele. Reegel kehtib isegi vastuvõtjatele, mis võtavad vastu ainult L1 sagedusi ja [[C/A kood]]i, sest neid ei saa kontrollida.
Edasimüüjate tõlgendus asjast on erinev. Reegel muudab vastuvõtjaid nõrgemaks, kui vaadata kombinatsiooni kiiruse ja kõrgusega merepinnast ning mõni vastuvõtja lõpetab üldse töötamise. See on tekitanud probleeme näiteks ohutu [[raadio-õhupalliga]], mis tavaliselt lendab 30 km kõrgusele ja vajaks funktsioneerimiseks piiranguteta GPS-i võimalusi.

=== Sõjavägi ===
GPS-i kasutamisvõimalused aastaks 2009:
* [[Navigatsioon]]: GPS võimaldab sõduritel leida objekte isegi pimedas ja või võõral territooriumil ning koordineerida üksusi ja jälgida liikumist. USA relvastatud jõududes kasutab komandör „komandöride digitaalset abilist“ ja alamad kasutavad „sõdurite digitaalset abilist“.<ref>{{cite web|url=http://peosoldier.army.mil/factsheets/SWAR_LW_CDA.pdf |title=Latest version Commanders Digital Assistant |format=PDF |date= |accessdate=2009-10-13}}</ref><ref>{{cite web|last=Sinha |first=Vandana |url=http://www.gcn.com/print/22_20/22893-1.html |title=Commanders and Soldiers' GPS-receivers |publisher=Gcn.com |date=2003-07-24 |accessdate=2009-10-13}}</ref>
* Sihtmärgi jälgimine: Mitmesugused militaarsed relvasüsteemid kasutavad GPS-i, et jälgida potentsiaalset maa-ala ja õhu sihtmärke, enne neid vaenlaseks (ohtlikuks) tembeldamist. Need relvasüsteemid mööduvad sihtmärkidest, lubades kaasa haarata täpseid vaenlaste koordinaate. Sõjaväelennukid kasutavad GPS-i, et leida sihtmärke (näiteks relvakaamera video [[Iraagi sõda|Iraagis]] näitab kuidas see töötab).
* Raketi ja mürsu juhtimine: GPS lubab täpset sihtmärgistamist erinevatel sõjarelvadel. Sisseehitatud GPS-vastuvõtjad peavad vastu kiirendustele kuni 118 km ruutsekundis ja neid kasutatakse näiteks 155 millimeetristes suurtükkides ([[haubits]]).<ref>{{cite web
|url=http://tenring.blogspot.com/2006/01/gps-tracking-for-guns-another-bad-idea.html|title=GPS Tracking for Guns, Another Bad Idea|publisher=http://tenring.blogspot.com|date=2006-01-12|title=GPS Tracking for Guns|accessdate=2010-12-12}}</ref>
* Otsimine ja päästmine: allalastud pilootide asukohta on kerge ja kiire määrata kui nende positsioon on teada.
* Luure: Patrullide liikumist saab jälgida lähemalt.

== Auhinnad ==
Kaks GPS-i väljatöötajat on saanud Rahvusliku Inseneri Akadeemia [[Charles Stark Draperi auhind|Charles Stark Draperi auhinna]] 2003. aastal
*[[Ivan Getting]], emeriitpresident, [[Kosmose & Atmosfääri Korporatsioon]]i president ja [[Massachutsettsi Tehnoloogia Instituut|Massachutsettsi Tehnoloogia Instituudi]] insener pani aluse GPS-i loomisele, samuti parandas ta Teises Maailmasõjas [[LORAN]] raadiosüsteeme.
*[[Bradford Parkinson]], [[Stanfordi ülikool]]i lennundus- ja astronoomiaprofessor kavandas praeguse satelliidi baasil töötava süsteemi 1960. aastate alguses ja arendas seda samaaegselt USA õhuväega. Parkinson teenis 21 aastat õhuväes, 1957–1978, ning läks seejärel pensionile koloneli aumärgiga.
GPS-i väljatöötaja [[Roger L. Easton]] sai [[Rahvusliku Tehnoloogia Medal]]i 13. veebruaril 2006.<ref>[[United States Naval Research Laboratory]]. [http://www.eurekalert.org/pub_releases/2005-11/nrl-par112205.php National Medal of Technology for GPS]. November 21, 2005</ref>

10. veebruaril 1993 andis [[Riiklik Lennunduse Ühendus]] GPS-i väljatöötajate rühmale [[Robert J.Collier]]<nowiki/>i nimelise trofee, mis oli rahvuse kõige mõjukamaks lennundusauhinnaks. See tiim koosnes teadlastest, kes töötasid [[Naval Uuring]]ute ühingus ja [[IBM Föderaal Süsteem]]i ettevõttes. Avalik kiitus andis neile auavalduse: „Kõige silmapaistvam arendus turvaliseks ja tõhusaks navigatsiooniks ja valveks õhus ning kosmoselaevades, sest tutvustati raadio navigatsiooni 50 aastat tagasi.“

== GPS-i algne mõiste ==

GPS-i vastuvõtja arvutab positsiooni täpselt ajastades signaale, mis on saadetud satelliidi poolt kõrgelt Maa kohalt. Iga satelliit saadab kogu aeg jätkuvalt teateid, mis sisaldavad:
* aega, mil teade saadeti;
* täpset orbiidi asukoha informatsiooni;
* üldist süsteemiinfot (tervist jms).
Vastuvõtja kasutab teateid, mida ta vastu võtab, et määrata info läbimise aega iga teate puhul ja teeb tehteid iga satelliidi kaugusega. Need kaugused võimaldavad algoritmiliselt määrata vastuvõtja positsiooni. See positsioon kuvatakse, võib-olla kuvatakse ka [[liikuv kaart]], mis näitab pikkuskraade ja laiuskraade; samuti võib olla lisatud kõrgus merepinnast. Paljud GPS-üksused näitavad tuletatud infot nagu nt liikumise suund ja kiirus, jälgides arvutatud postisooni muutusi.

Kolm satelliiti võib tunduda piisav, et arvutada asukohta, sest kosmoses on 3 mõõdet ja asukohta maal võib seetõttu oletada. Siiski, isegi väga väike kella viga korrutatud [[valguskiirus]]ega <ref>{{cite web|url=http://metaresearch.org/cosmology/gps-relativity.asp |title=What the Global Positioning System Tells Us about Relativity |format=URL |date= |accessdate=2010-12-12}}</ref>, avaldub väga suurte vigadena. Sellepärast kasutavad vastuvõtjad vähemalt nelja või rohkemat satelliiti, et arvutada asukohta ja aega. Väga täpselt arvutatud aeg on paljudes rakendustes peidetud, aga nad siiski kasutavad seda. See sisaldab [[aja ülekanne]]t, liikluse signaali ja telefoni keskuse sünkroniseerimist.
Kuigi 4 satelliiti on vajalikud normaalseks töötamiseks, kasutatakse neid siiski vähem, kui pole tegemist erilise olukorraga. Kui ühe satelliidi asukoht on juba teada, võib vastuvõtja oletada ja otsustada enda asukohta kasutades ainult kolme satelliiti. Näiteks laev või lennuk võivad teada kõrgust merepinnast. Mõned GPS-vastuvõtjad võivad kasutada täiendavaid vihjeid või oletusi, et anda vähem täpsemaid asukohti kui on vähem kui neli nähtavat satelliiti. <ref name="NAVGPS">{{cite web |title=NAVSTAR GPS User Equipment Introduction |format=PDF |url=http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/gpsuser/gpsuser.pdf |publisher=US Government}} Chapter 7</ref>

=== Asendi/asukoha arvutamine ===

Kasutades minimaalselt nelja nähtava satelliidi poolt vastu võetud sõnumeid, on GPS-vastuvõtja võimeline otsustama saadetud aja pikkust ja satelliidi asukohta vastates nendele aegadele. Teades näidatud aega, mil sõnum sai vastu võetud, vastuvõtja saab arvutada sõnumi läbimise aega. Oletades, et sõnum rändas valgusekiirusel, saadakse reisi kaugust arvutada.

=== GPS-vastuvõtja kella parandamine ===

Üks tähtsamaid veatekitajaid on GPS-vastuvõtja kell. Suure valguskiiruse mõõtühiku tõttu on oletatav kaugus satelliidi ja vastuvõtja vahel väga õrn vigadele kellas, näiteks üks mikrosekund viga vastab juba 300 meetrilisele veale. See näitab, et vaja on äärmiselt täpset ja kallist kella, et GPS-vastuvõtja õigesti töötaks. Kuigi ettevõtted eelistaksid ehitada odavaid vastuvõtjaid masstoodanguks, on see paraku võimatu, et vältida kellades tekkivaid probleeme.

== Suhtlemine ==

Iga satelliit saadab jätkuvalt navigatsioonisõnumeid 50 bitti sekundis (sisaldades asukoha infot, võrgu tervist, kella seisu). Iga sõnum koosneb 30-sekundilisest kaadrist. Iga kaader jagatakse viieks alakaadriks, millest igaüks on 6 sekundit pikk ja 300 bitti üks. Iga alakaader omab 10t sõna 30 bitises andmetsüklis, 0,6 sekundit igaühe pikkus. Iga 30 sekundiline kaader hakkab täpselt minuti või poole minuti pealt olenedes näidatud ajast igal satelliidil.<ref>{{cite web|url=http://gpsinformation.net/gpssignal.htm |title=Satellite message format |publisher=Gpsinformation.net |date= |accessdate=2010-10-15}}</ref>
Esimene sõnumi osa kodeerib nädala numbri ja aja selle nädala sees, samuti info satelliidi tervise kohta. Teine osa, „taevakalender“, tagab täpse satelliidi orbiidi. Viimane osa, [[almanahh]], koosneb jämedakoelisest orbiidist ja satelliitide võrgu infost ning infost seoses vigade parandamisega.<ref>{{cite web |url=http://www.losangeles.af.mil/shared/media/document/AFD-070803-059.pdf |format=PDF |title=Interface Specification IS-GPS-200, Revision D: Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces |publisher=Navstar GPS Joint Program Office }} Page 103.</ref>
Kõik satelliidid saadavad infot samal sagedusel. Signaalid kodeeritakse, lubades infot individuaalsatelliitidel üksteisest erineda tuginedes unikaalsetele kodeeringutele igal satelliidil (millest vastuvõtja peab teadlik olema). Osadele kodeeringutele pääsevad ligi vaid USA sõjaväelased.
Taevakalendrit uuendatakse iga 2h järelt.
Almanahhi uuendatakse tüüpiliselt iga 24h järelt. Kui almanahhi info eelnevalt omandati, võtab vastuvõtja satelliidi, et kuulata nende unikaalseid numbreid 1st 32ni. Kui infot pole mälus, siseneb vastuvõtja otsingurežiimi seniks, kuni üks satelliit kätte saadakse. Kättesaamiseks on vaja otsenähtavust satelliidiga. Siis saab vastuvõtja hankida almanahhi ja otsustada, milliseid satelliite kuulata tasuks.

== Vigade allikad ja analüüs ==

Satelliidi poolt tagatud positsioneerimisinfo on äärmiselt täpne, aga on mitu faktorit, mis muudavad vigadega tegelemise keeruliseks. Olukorras, kus äärmine täpsus on vajalik, on vigade mõistmine ja parandamine äärmiselt vajalik. Allikad sisaldavad atmosfäärilist moonutust, satelliidi kella ebatäpsust ja signaali kättesaamise ja saatmise venimist.
Vigade analüüs on vajalik hindamaks vigade sisu ja täpsust. GPS on muutunud laialdaselt kasutatavaks navigeerimisel nii USA sõjaväes kui ka üldises tavakasutuses.

=== Satelliidi sagedused ===

Kõik satelliidid saadavad sõnumeid kahel kindlal sagedusel: 1,57541 GHz ja 1,2276 GHz. Satelliidivõrk kasutab tehnikat, kus väiksemate bittidega sõnumi info kodeeritakse sagedusel, mis on igal satelliidil erinev.

=== Juurdekasv ===

Terviku moodustamisel saab välise info arvutamise protsessi täpsust oluliselt parandada. Sellised juurdekasvu-süsteeme nimetatakse või kirjeldatakse üldiselt põhinedes sellelt, kuidas info kohale jõuab. Mõned süsteemid saadavad algset vea infot, teised karakteriseerivad eelnevaid vigu, samal ajal kui kolmandad tagavad algset navigatsiooni või masina informatsiooni.
Juurdekasvu näiteks saame tuua [[Euroopa Paikse Navigatsiooni Pealiskihi Teenus]]e.

=== Täpne jälgimine ===

Täpsust saab parandada läbi täpse jälgimise ja signaalide mõõtmise lisaks alternatiivsetele moodustele.
Suurim säiliv viga on tavaliselt ootamatu viivitamine signaali [[ionosfäär]]i (atmosfääri väliskiht) läbimisel. See on põhjuseks, miks signaale saadetakse vähemalt kahel sagedusel, et oleks võimalik arvutada viivituse aega igal sagedusel.
Militaar-vastuvõtjad võivad signaale krüpteerida, et võrrelda signaale. Selle tehnika kasutamine on aeglane, samuti on see saadavalt ainult kindlates keskustes.

== Vaata ka ==
* [[Rahvusvaheline geodeetiliste koordinaatide süsteem]]
* [[EGNOS]]
* [[GMDSS]] – Global Maritime Distress Safety System
* [[Ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem]]

== Märkmed ==

{{Reflist|colwidth=30em}}

== Viited ==
* {{cite web |title=NAVSTAR GPS User Equipment Introduction |format=PDF |url=http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/gpsuser/gpsuser.pdf | date=september 1996 | publisher=US Coast Guard}}

== Välislingid ==
{{commonskat|Global Positioning System}}
*[http://www.carcops.ee GPS-logistika]
*[http://www.tarbija24.ee/?id=122242 Ameeriklased kardavad GPS-i krahhi]
*[http://www.postimees.ee/?id=352413 Venemaa saatis orbiidile uued satelliidid]
*[http://www.postimees.ee/?id=352605 Vene navigatsioonisatelliidid ei jõudnud orbiidile]
* [http://www.gps.gov/ GPS.gov] – USA valitsuse üldhariduslik veebisait
* [http://pnt.gov/ National Space-Based PNT Executive Committee]—Established in 2004 to oversee management of GPS and GPS augmentations at a national level.
* [http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=GPS USCG Navigation Center]—Status of the GPS constellation, government policy, and links to other references. Also includes satellite [[almanac]] data.
* [http://gps.losangeles.af.mil/ The GPS Program Office (GPS Wing)]—Responsible for designing and acquiring the system on behalf of the US Government.
* U.S. Army Corps of Engineers manual: [http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em1110-1-1003/toc.htm NAVSTAR HTML] and [http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em1110-1-1003/entire.pdf PDF (22.6 MB, 328 pages)]
* [http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/faq/gps/ FAA GPS FAQ]
* [http://www.ngs.noaa.gov/orbits/ National Geodetic Survey] Orbits for the Global Positioning System satellites in the Global Navigation Satellite System
* [http://pnt.gov/public/docs/2008/spsps2008.pdf GPS SPS Performance Standard]—The official Standard Positioning Service specification (2008 version).
* [http://gps.afspc.af.mil/gpsoc/documents/GPS_Signal_Spec.pdf GPS SPS Performance Standard]—The official Standard Positioning Service specification (2001 version).
* [http://gps.afspc.af.mil/gpsoc/documents/PPS_PS_Signed_Final_23_Feb_07.pdf GPS PPS Performance Standard]—The official Precise Positioning Service specification.
* [http://paul.luminos.nl/documents/show_document.php?d=6 Satellite Navigation: GPS & Galileo (PDF)]—16-page paper about the history and working of GPS, touching on the upcoming Galileo
* [http://www.mobilgistix.com/Resources/GIS/Locations/average-latitude-longitude-countries.aspx Average Latitude & Longitude of Countries]
* [http://www.kowoma.de/en/gps/errors.htm "Sources of Errors in GPS"]
* [http://rhp.detmich.com/gps.html GPS and GLONASS Simulation]([[Java applet]]) Simulation and graphical depiction of space vehicle motion including computation of dilution of precision (DOP)
* [http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/gps_survey/chap3/323.htm University of New South Wales: Carrier Phase Measurement]
* [http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/gps_survey/chap6/611.htm University of New South Wales: Carrier Beat Phase]

[[Kategooria:Geodeesia]]
[[Kategooria:Satelliitnavigatsioon]]

Redaktsioon: 25. september 2015, kell 12:18

Üks satelliitidest, mille abil GPS-vastuvõtja asukohta määrab

Üleilmne asukoha määramise süsteem (lühend GPS tuleb ingliskeelsest nimetusest global positioning system) on satelliitnavigatsiooni süsteem, mille omanik on Ameerika Ühendriikide valitsus. See võimaldab asukoha ja aja info kättesaadavuse ka halva ilmaga, igal ajal ja igal pool üle Maa (või selle lähedal), kui on nähtavuses vähemalt neli satelliiti (orbiidil liigub korraga vähemalt neli või rohkem GPS-satelliiti) ja asukoha arvutamiseks kasutatakse GPS-meetodit. Seda süsteemi peab üleval Ühendriikide valitsus ja on vabalt kättesaadav kõigile, kellel on GPS-vastuvõtja. Lisaks töötatakse välja ja kasutatakse ka teisi GPS-süsteeme. Venemaa globaalne navigatsiooni-satelliidisüsteem (GLONASS) oli kuni aastani 2007 ainult Vene sõjaväe kasutuses. Veel on katsetuses Hiina Kompassi Navigatsiooni-Süsteem ja Galileo (satelliidi navigatsioon) Euroopa Liidus. GPS loodi ja realiseeriti Ameerika Ühendriikide Kaitseministeeriumi poolt ning originaalselt oli kasutuses 24 satelliidiga, mis asusid 20 200 km kõrgusel. See kujunes välja 1973. aastal, et üle saada eelmiste navigatsioonisüsteemide piirangutest. [1]

Ajalugu

GPS-satelliit orbiidil

GPS-i välimus sarnaneb osaliselt maa-baasilise raadionavigatsiooni süsteemiga, näiteks LORAN ja Decca Navigaator-süsteemiga, mis töötati välja 1940. aastate alguses ja mida kasutati Teise maailmasõja ajal. 1956. aastal tegi F. Winterberg ettepaneku testida üldrelatiivsusteooriat, kasutades täpseid aatomkellasid, mis on paigutatud orbiidil asetsevatele satelliitidele. Et saavutada täpseid nõudeid, kasutab GPS üldrelatiivsusteooria põhimõtteid, et parandada satelliitide aatomkella. Algne inspiratsioon GPS-i loomiseks tuli siis, kui Nõukogude Liit saatis esimese inimese poolt valmistatud satelliidi, Sputniku, kosmosesse aastal 1957. USA teadlaste meeskond, kelle juhiks oli Dr Richard B. Kershner, seirasid Sputniku raadiosaatja saadetud signaali. Nad avastasid, et Doppleri efekti tõttu oli Sputniku poolt saadetud signaal kõrgema sagedusega ja tugevam, kui ta oli lähenemas, ja madalama sagedusega ning nõrgem, kui ta liikus eemale. Teadlased said aru, et kuna nad teadsid Sputniku täpset asukohta maakeral, saavad nad märgistada satelliidi asukohta, mõõtes Doppleri efekti muutumist (sageduste muutumist). Esimene satelliit-navigatsioonisüsteem, Transitiivsus, mida kasutasid USA mereväelased, tegi esimese õnnestunud testi aastal 1960. See süsteem kasutas viit satelliiti ja võrdles nende asukohtade kokkusattumist ning suutis tagada navigatsioonilist parandust ja uuendust umbkaudu kord tunnis. 1967. aastal töötas USA merevägi välja Timation’i satelliidi, mis tagas võimaluse paigaldada kosmosesse täpseid kelli, millele GPS-süsteem toetub. 1970. aastatel valminud Omega Navigatsioonisüsteem sai esimeseks ülemaailmseks raadionavigatsiooni süsteemiks. Siiski, nende valminud süsteemide piirangud nõudsid universaalsemat ja täpsemat navigatsioonisüsteemi.[2]

Täpsete navigatsioonisüsteemide vajaduse tõttu sõjaväes ja tsiviilsektoris polnud peaaegu mitte ükski nendest projektidest piisavalt põhjendatud, et uuringute teostamiseks, arendamiseks ja paigaldamiseks kulutada miljardeid dollareid. Siiski, Külma sõja ajal oli tuumasõja oht USA-le piisavaks põhjenduseks, mis USA kongressi silmis õigustas selle raha kulumist. Elutähtsaks loetud tuumasõjaoht oligi hirmutavaks edasilükkavaks teguriks, miks GPS loodi. Kasutusse läksid need allveelaevade rakettidel, õhujõu pommitajatel ja mandritevahelistel rakettidel. Täpne navigatsioon võimaldas USA allveelaevadel leida täpset tulistamise sihtmärki ning fikseerida teiste (allveelaevade) asukohta. Paralleelset GPS-i loomisega arendasid merevägi ja õhuvägi ka oma tehnoloogiaid samadeks eesmärkideks (näiteks asukoha määramiseks). [3]

Tavakasutaja GPS-vastuvõtja

1960. aastatel pakkus õhuvägi välja raadio navigatsioonisüsteemi, MOSAIC, mis sisaldas paljusid atribuute, mida võib leida tänapäevases GPS-is. Samuti lubasid MOSAIC loojad tõsta õhujõu pommitajate ja allveelaevade sihtimise täpsust. Esimene aatomkell kinnitati orbiidile aastal 1974.[4] [5]


1973. aastal Pentagonis arutati Kaitse Navigatsiooni Satelliidi-Süsteemi loomist. Sellel kohtumisel koostati tervik atribuutidest, mida tänapäeva GPS sisaldab. Hiljem sel aastal pandi selle programmi nimeks Navstar. President Ronald Reagan tuli välja käskkirjaga muuta GPS kõigile vabalt kättesaadavaks. Esimene satelliit lasti kosmosesse 1989. aastal ja 24. satelliit aastal 1994.[6]

Algselt sai parimat signaalitugevust kasutada militaarsetel eesmärkidel ning tavakasutajate signaalitugevus paranes, kui USA presidendiks oli Bill Clinton, kes käskis parandada tavakasutajate GPS-i täpsust 100-lt meetrilt 20-le meetrile. USA asepresident Al Gore teadvustas plaanidest uuendada GPS-i paremaks täpsuselt ja usaldusväärsuselt, et tagada lennunduse ohutust. Mais 2009 teavitas USA valitsus, et mõned GPS-satelliidid võivad vananeda ja katki minna. Õhuvägi kinnitas, et see oht on minimaalne. Viimane ülevaade tehti mais 2010, kus täheldati, et siiani töötab ka kõige vanem satelliit.[7], [8], [9]

Struktuur

Maapealne monitori jaam, mis oli kasutuses 1984 kuni 2007

GPS koosneb kolmest osast: kosmosesegment, kontrollsegment ja kasutaja segment. USA Õhuvägi arendab, hooldab ja kontrollib kosmosesegmente. GPS-satelliidid saadavad signaale kosmosest ja iga GPS-vastuvõtja kasutab neid signaale, et arvutada kolmemõõtmelist asukohta (laiuskraadid, pikkuskraadid, sügavus) ja kestvat aega.[10]

Visuaalne näide Maa liikumisest. Ajaga muutub number, mis näitab, mitu satelliiti on parasjagu nähtavuses.
  • Kosmose segment koosneb 24–32 satelliidist keskmisel Maa orbiidil ja samuti sisaldab võimendavaid adaptereid, et neid satelliite orbiidile saata. Kosmose segmendi satelliitide orbiidid on sätitud nii, et vähemalt 6 oleks alati silmaga nähtavad peaaegu kõikjal üle Maa.[11] Nurk nende satelliitide vahel on 30, 105, 120 ja 105 kraadi, mis kokku teevad 360 kraadi, ehk ringi ümber Maa.

Alates märtsist 2008 on orbiidil 31 aktiivset sõnumeid saatvat satelliiti ja 2 nn pensionil olevat satelliiti, mida hoitakse varuks. Lisasatelliidid täiustavad GPS-i vastuvõtjate täpsust, varustades teisi liigsete arvutamiste mõõtmetega. Satelliitide arvu kasvamist jälgides tehti kokkulepe, et näha oleks korraga 8t satelliiti, juhul, kui mitu tükki korraga peaksid katki minema.

  • Kontrollsegment koosneb püsikontrolljaamast, alternatiivsest püsikontrolljaamast ja erinevatesse kohtadesse paigaldatud antennidest ning ekraanijaamadest. Erinevatesse maailma otstesse paigaldatud antennid sünkroniseerivad üksteise aatomkellasid nanosekundi täpsuseni. Selleks kasutatakse maapealseid keskusi, kosmosest tulevat ilma infot ja paljusid teisi lähteandmeid.

Satelliidimanöövrid ei ole täpsed, kui kasutada GPS-i standardeid. Et muuta satelliidi orbiiti, tuleb satelliit märkida mitteterveks, et vastuvõtjad ei kasutaks seda arvutamistel. Siis saab parandused läbi viia ning kui kõik vastavad seadistused on tehtud, saab satelliidi jälle terveks märkida ja tagasi orbiidile saata.

  • Kasutaja segment koosneb sadadest tuhandetest USA ja ühinenud militaarkasutajatest ning kümnetest miljonitest tavakasutajatest (reklaamindus, teaduslik töö). Vastuvõtjad koosnevad antennidest, õigetel sagedustel olevatest satelliitidest, vastuvõtja-protsessoritest ning väga täpsetest kelladest. Nad võivad omada ka monitori, et näidata kasutajale asukoha ja kiiruse infot. Vastuvõtjaid jagatakse tavaliselt selle järgi, mitu kanalit neil on: kui mitut satelliiti vastuvõtja samaaegselt jälgib. Originaalselt on see piiratud 4–5 satelliidiga, aga kuna nende arv on ajaga kõvasti kasvanud, on aastaks 2007 vastuvõtjatel tüüpiliselt juba 12 või 20 kanalit. GPS-vastuvõtjad võivad omada ka teisi atribuute ja kasutajaliideseid, näiteks USB-d või Bluetoothi.[12]

Rakendused

Kuigi algselt militaarprojektiks planeeritud, GPS-i peetakse mitmemõttelise-kasutusega tehnoloogiaks, tähendades, et see omab suurepärast militaarrakendust ja lisaks ka igapäevarakendust. GPS on muutunud laialdaselt väljatöötatuks ja kasulikuks reklaaminduse ja teadusliku töö, järelevalve ja luure tööriistaks. GPS-i täpne aeg võimaldab meil teha igapäevategevusi, nagu näiteks tegeleda pangandusega, mobiilsete operatsioonidega ja isegi elektrivõrgustike kontrollimisega. Samuti saab GPS-kasutada vabakäeseadmena (hands-free). Põllumehed, kaardistajad, geoloogid ja lugematud teised ametimehed teevad oma tööd efektiivsemalt, turvalisemalt, ökonoomsemalt ja täpsemalt.

Eraisik

Paljud tsiviilisikute jaoks välja töötatud rakendused kasutavad ühte või rohkemat GPS-i kolmest komponendist: täpne asukoht, suhteline liikumine ja aja ülekanne.

  • Mobiilsus: kella sünkroonimine võimaldab aja üleviimist, mis on oluline jaamade omavaheliseks sünkroonimiseks, et lihtsustada ja kiirendada asukohtade leidmist, kui tehakse nt hädaabikõne vms. Esimesed sisseehitatud GPS-seadmed tulid välja 1990. aastate lõpus.
  • Asukoha määramine: masina jälgimise süsteem, inimese jälgimise süsteem, ja loomade jälgimise süsteem kasutas GPS-i, et leida otsitavate asukohta. Need seadeldised kinnitati masinale, inimesele või lemmiklooma kaelarihmale. See tagab 24/7 jälgimise võimaluse ja mobiil või internet annab uuenedes teada, kui jälitatav on lahkunud määratud piirkonnast.
  • Geograafiline identifitseerimine: võimaldab asukohakoordinaate määrata digitaalsetel objektidel, nt fotodele ja teistele dokumentidele, selleks, et valmistada kaarte ja tekitada digitaalseid kujutisi.
  • GPS ringkäik: asukoht otsustab, mida näidata; näiteks võib leida informatsiooni huvitavate vaatamisväärsuste kohta.
  • Kaardistamine: nii tsiviilisikute kui militaartegelaste kaardistajad kasutavad paljusid GPS-i funktsioone.
  • Navigatsioon: asjatundjad hindavad digitaalselt ja täpselt liikumiskiirusi ning arvutavad võimalikke liikumissuundi.
  • Mõõtmise komponendid: GPS võimaldab suurt täpsust ajas ja süsteemide mõõtmises, muutes asukoha arvutamise võimalikuks.
  • Vaatlus: vaatlejad kasutavad absoluutset asukohta, et teha kaarte ja panna paika vara või kinnisvara piire.
  • Ülesehitajad: GPS võimaldab täpset maavärinate liikumise ja võngete mõõtmiste registreerimist.


Tavakasutaja piirangud

USA valitsus kontrollib tsiviilisikutele kättesaadavat eksporti. Kõik GPS-vastuvõtjad, mis on võimelised funktsioneerima ka 18 km kõrgusel merepinnast ja neid, mis on võimelised liikuma 515 meetrit sekundis, on klassifitseeritud relvadeks, mille jaoks on vaja saada kasutamisluba. Need piirangud proovivad ennetada vastuvõtja muutumist teistele ohtlikuks. Nende kiirused on sarnased lennukites kasutatavatele vastuvõtjatele. Reegel kehtib isegi vastuvõtjatele, mis võtavad vastu ainult L1 sagedusi ja C/A koodi, sest neid ei saa kontrollida. Edasimüüjate tõlgendus asjast on erinev. Reegel muudab vastuvõtjaid nõrgemaks, kui vaadata kombinatsiooni kiiruse ja kõrgusega merepinnast ning mõni vastuvõtja lõpetab üldse töötamise. See on tekitanud probleeme näiteks ohutu raadio-õhupalliga, mis tavaliselt lendab 30 km kõrgusele ja vajaks funktsioneerimiseks piiranguteta GPS-i võimalusi.

Sõjavägi

GPS-i kasutamisvõimalused aastaks 2009:

  • Navigatsioon: GPS võimaldab sõduritel leida objekte isegi pimedas ja või võõral territooriumil ning koordineerida üksusi ja jälgida liikumist. USA relvastatud jõududes kasutab komandör „komandöride digitaalset abilist“ ja alamad kasutavad „sõdurite digitaalset abilist“.[13][14]
  • Sihtmärgi jälgimine: Mitmesugused militaarsed relvasüsteemid kasutavad GPS-i, et jälgida potentsiaalset maa-ala ja õhu sihtmärke, enne neid vaenlaseks (ohtlikuks) tembeldamist. Need relvasüsteemid mööduvad sihtmärkidest, lubades kaasa haarata täpseid vaenlaste koordinaate. Sõjaväelennukid kasutavad GPS-i, et leida sihtmärke (näiteks relvakaamera video Iraagis näitab kuidas see töötab).
  • Raketi ja mürsu juhtimine: GPS lubab täpset sihtmärgistamist erinevatel sõjarelvadel. Sisseehitatud GPS-vastuvõtjad peavad vastu kiirendustele kuni 118 km ruutsekundis ja neid kasutatakse näiteks 155 millimeetristes suurtükkides (haubits).[15]
  • Otsimine ja päästmine: allalastud pilootide asukohta on kerge ja kiire määrata kui nende positsioon on teada.
  • Luure: Patrullide liikumist saab jälgida lähemalt.

Auhinnad

Kaks GPS-i väljatöötajat on saanud Rahvusliku Inseneri Akadeemia Charles Stark Draperi auhinna 2003. aastal

GPS-i väljatöötaja Roger L. Easton sai Rahvusliku Tehnoloogia Medali 13. veebruaril 2006.[16]

10. veebruaril 1993 andis Riiklik Lennunduse Ühendus GPS-i väljatöötajate rühmale Robert J.Collieri nimelise trofee, mis oli rahvuse kõige mõjukamaks lennundusauhinnaks. See tiim koosnes teadlastest, kes töötasid Naval Uuringute ühingus ja IBM Föderaal Süsteemi ettevõttes. Avalik kiitus andis neile auavalduse: „Kõige silmapaistvam arendus turvaliseks ja tõhusaks navigatsiooniks ja valveks õhus ning kosmoselaevades, sest tutvustati raadio navigatsiooni 50 aastat tagasi.“

GPS-i algne mõiste

GPS-i vastuvõtja arvutab positsiooni täpselt ajastades signaale, mis on saadetud satelliidi poolt kõrgelt Maa kohalt. Iga satelliit saadab kogu aeg jätkuvalt teateid, mis sisaldavad:

  • aega, mil teade saadeti;
  • täpset orbiidi asukoha informatsiooni;
  • üldist süsteemiinfot (tervist jms).

Vastuvõtja kasutab teateid, mida ta vastu võtab, et määrata info läbimise aega iga teate puhul ja teeb tehteid iga satelliidi kaugusega. Need kaugused võimaldavad algoritmiliselt määrata vastuvõtja positsiooni. See positsioon kuvatakse, võib-olla kuvatakse ka liikuv kaart, mis näitab pikkuskraade ja laiuskraade; samuti võib olla lisatud kõrgus merepinnast. Paljud GPS-üksused näitavad tuletatud infot nagu nt liikumise suund ja kiirus, jälgides arvutatud postisooni muutusi.

Kolm satelliiti võib tunduda piisav, et arvutada asukohta, sest kosmoses on 3 mõõdet ja asukohta maal võib seetõttu oletada. Siiski, isegi väga väike kella viga korrutatud valguskiirusega [17], avaldub väga suurte vigadena. Sellepärast kasutavad vastuvõtjad vähemalt nelja või rohkemat satelliiti, et arvutada asukohta ja aega. Väga täpselt arvutatud aeg on paljudes rakendustes peidetud, aga nad siiski kasutavad seda. See sisaldab aja ülekannet, liikluse signaali ja telefoni keskuse sünkroniseerimist. Kuigi 4 satelliiti on vajalikud normaalseks töötamiseks, kasutatakse neid siiski vähem, kui pole tegemist erilise olukorraga. Kui ühe satelliidi asukoht on juba teada, võib vastuvõtja oletada ja otsustada enda asukohta kasutades ainult kolme satelliiti. Näiteks laev või lennuk võivad teada kõrgust merepinnast. Mõned GPS-vastuvõtjad võivad kasutada täiendavaid vihjeid või oletusi, et anda vähem täpsemaid asukohti kui on vähem kui neli nähtavat satelliiti. [18]

Asendi/asukoha arvutamine

Kasutades minimaalselt nelja nähtava satelliidi poolt vastu võetud sõnumeid, on GPS-vastuvõtja võimeline otsustama saadetud aja pikkust ja satelliidi asukohta vastates nendele aegadele. Teades näidatud aega, mil sõnum sai vastu võetud, vastuvõtja saab arvutada sõnumi läbimise aega. Oletades, et sõnum rändas valgusekiirusel, saadakse reisi kaugust arvutada.

GPS-vastuvõtja kella parandamine

Üks tähtsamaid veatekitajaid on GPS-vastuvõtja kell. Suure valguskiiruse mõõtühiku tõttu on oletatav kaugus satelliidi ja vastuvõtja vahel väga õrn vigadele kellas, näiteks üks mikrosekund viga vastab juba 300 meetrilisele veale. See näitab, et vaja on äärmiselt täpset ja kallist kella, et GPS-vastuvõtja õigesti töötaks. Kuigi ettevõtted eelistaksid ehitada odavaid vastuvõtjaid masstoodanguks, on see paraku võimatu, et vältida kellades tekkivaid probleeme.

Suhtlemine

Iga satelliit saadab jätkuvalt navigatsioonisõnumeid 50 bitti sekundis (sisaldades asukoha infot, võrgu tervist, kella seisu). Iga sõnum koosneb 30-sekundilisest kaadrist. Iga kaader jagatakse viieks alakaadriks, millest igaüks on 6 sekundit pikk ja 300 bitti üks. Iga alakaader omab 10t sõna 30 bitises andmetsüklis, 0,6 sekundit igaühe pikkus. Iga 30 sekundiline kaader hakkab täpselt minuti või poole minuti pealt olenedes näidatud ajast igal satelliidil.[19] Esimene sõnumi osa kodeerib nädala numbri ja aja selle nädala sees, samuti info satelliidi tervise kohta. Teine osa, „taevakalender“, tagab täpse satelliidi orbiidi. Viimane osa, almanahh, koosneb jämedakoelisest orbiidist ja satelliitide võrgu infost ning infost seoses vigade parandamisega.[20] Kõik satelliidid saadavad infot samal sagedusel. Signaalid kodeeritakse, lubades infot individuaalsatelliitidel üksteisest erineda tuginedes unikaalsetele kodeeringutele igal satelliidil (millest vastuvõtja peab teadlik olema). Osadele kodeeringutele pääsevad ligi vaid USA sõjaväelased. Taevakalendrit uuendatakse iga 2h järelt. Almanahhi uuendatakse tüüpiliselt iga 24h järelt. Kui almanahhi info eelnevalt omandati, võtab vastuvõtja satelliidi, et kuulata nende unikaalseid numbreid 1st 32ni. Kui infot pole mälus, siseneb vastuvõtja otsingurežiimi seniks, kuni üks satelliit kätte saadakse. Kättesaamiseks on vaja otsenähtavust satelliidiga. Siis saab vastuvõtja hankida almanahhi ja otsustada, milliseid satelliite kuulata tasuks.

Vigade allikad ja analüüs

Satelliidi poolt tagatud positsioneerimisinfo on äärmiselt täpne, aga on mitu faktorit, mis muudavad vigadega tegelemise keeruliseks. Olukorras, kus äärmine täpsus on vajalik, on vigade mõistmine ja parandamine äärmiselt vajalik. Allikad sisaldavad atmosfäärilist moonutust, satelliidi kella ebatäpsust ja signaali kättesaamise ja saatmise venimist. Vigade analüüs on vajalik hindamaks vigade sisu ja täpsust. GPS on muutunud laialdaselt kasutatavaks navigeerimisel nii USA sõjaväes kui ka üldises tavakasutuses.

Satelliidi sagedused

Kõik satelliidid saadavad sõnumeid kahel kindlal sagedusel: 1,57541 GHz ja 1,2276 GHz. Satelliidivõrk kasutab tehnikat, kus väiksemate bittidega sõnumi info kodeeritakse sagedusel, mis on igal satelliidil erinev.

Juurdekasv

Terviku moodustamisel saab välise info arvutamise protsessi täpsust oluliselt parandada. Sellised juurdekasvu-süsteeme nimetatakse või kirjeldatakse üldiselt põhinedes sellelt, kuidas info kohale jõuab. Mõned süsteemid saadavad algset vea infot, teised karakteriseerivad eelnevaid vigu, samal ajal kui kolmandad tagavad algset navigatsiooni või masina informatsiooni. Juurdekasvu näiteks saame tuua Euroopa Paikse Navigatsiooni Pealiskihi Teenuse.

Täpne jälgimine

Täpsust saab parandada läbi täpse jälgimise ja signaalide mõõtmise lisaks alternatiivsetele moodustele. Suurim säiliv viga on tavaliselt ootamatu viivitamine signaali ionosfääri (atmosfääri väliskiht) läbimisel. See on põhjuseks, miks signaale saadetakse vähemalt kahel sagedusel, et oleks võimalik arvutada viivituse aega igal sagedusel. Militaar-vastuvõtjad võivad signaale krüpteerida, et võrrelda signaale. Selle tehnika kasutamine on aeglane, samuti on see saadavalt ainult kindlates keskustes.

Vaata ka

Märkmed

  1. ↑ National Research Council (U.S.). Committee on the Future of the Global Positioning System; National Academy of Public Administration (1995). The global positioning system: a shared national asset : recommendations for technical improvements and enhancements. National Academies Press. Lk 16. ISBN 0-309-05283-1.,Chapter 1, p. 16
  2. ↑ Jerry Proc. "Omega". Jproc.ca. Vaadatud 8. detsembril 2009.
  3. ↑ "Why Did the Department of Defense Develop GPS?". Trimble Navigation Ltd. Vaadatud 13. jaanuaril 2010.
  4. ↑ "Charting a Course Toward Global Navigation". The Aerospace Corporation. Vaadatud 14. jaanuaril 2010.
  5. ↑ "A Guide To The Global Positioning System (GPS) – GPS Timeline". Radio Shack. Vaadatud 14. jaanuaril 2010.
  6. ↑ Michael Russell Rip, James M. Hasik (2002). The Precision Revolution: GPS and the Future of Aerial Warfare. Naval Institute Press. Lk 65. ISBN 1557509735. Vaadatud 14. jaanuaril 2010.
  7. ↑ "United States Naval Observatory (USNO) GPS Constellation Status". Vaadatud 13. oktoobril 2009.
  8. ↑ United States Naval Observatory. GPS Constellation Status. Retrieved December 20, 2008.
  9. ↑ "GPS & Selective Availability Q&A" (PDF). [1]. Vaadatud 28. mail 2010. {{cite web}}: välislink kohas |publisher= (juhend)
  10. ↑ "Global Positioning System". Gps.gov. Vaadatud 26. juunil 2010.
  11. ↑ Daly, P. "Navstar GPS and GLONASS: global satellite navigation systems" (PDF). IEEE.
  12. ↑ "GPS Bluetooth Compatibility" (URL). Vaadatud 12. detsembril 2010.
  13. ↑ "Latest version Commanders Digital Assistant" (PDF). Vaadatud 13. oktoobril 2009.
  14. ↑ Sinha, Vandana (24. juuli 2003). "Commanders and Soldiers' GPS-receivers". Gcn.com. Vaadatud 13. oktoobril 2009.
  15. ↑ "GPS Tracking for Guns". http://tenring.blogspot.com. 12. jaanuar 2006. Vaadatud 12. detsembril 2010. {{cite web}}: välislink kohas |publisher= (juhend)
  16. ↑ United States Naval Research Laboratory. National Medal of Technology for GPS. November 21, 2005
  17. ↑ "What the Global Positioning System Tells Us about Relativity" (URL). Vaadatud 12. detsembril 2010.
  18. ↑ "NAVSTAR GPS User Equipment Introduction" (PDF). US Government. Chapter 7
  19. ↑ "Satellite message format". Gpsinformation.net. Vaadatud 15. oktoobril 2010.
  20. ↑ "Interface Specification IS-GPS-200, Revision D: Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces" (PDF). Navstar GPS Joint Program Office. Page 103.

Viited

Välislingid

Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=GPS&oldid=4271874"