Heute gibt es wahrscheinlich niemanden, der noch nichts von GPS gehört hat. Allerdings hat nicht jeder ein vollständiges Verständnis davon, was es ist. In dem Artikel werden wir versuchen herauszufinden, was das Global Positioning System ist, woraus es besteht und wie es funktioniert.
Verlauf
Das GPS-Navigationssystem ist Teil des Navstar-Komplexes, der vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und betrieben wird. Das Projekt des Komplexes begann 1973 mit der Umsetzung. Und bereits Anfang 1978 nahmen sie es nach erfolgreicher Erprobung in Betrieb. Bis 1993 wurden 24 Satelliten rund um die Erde gestartet und bedeckten die Oberfläche unseres Planeten vollständig. Der zivile Teil des Navstar-Militärnetzwerks wurde als GPS bekannt, was für Global Positioning System ("Global Positioning System") steht.
Seine Basis besteht aus Satelliten, die sich auf sechs Kreisbahnen bewegen. Sie sind nur anderthalb Meter breit und etwas mehr als fünf Meter lang. Das Gewicht beträgt in diesem Fall etwa achthundertvierzig Kilogramm. Alle bieten überall auf unserem Planeten volle Leistung.
Tracking wird von der Hauptkontrollstation aus durchgeführt, die sich im Bundesstaat Colorado befindet. Da ist die Schriver Air Force Base – die fünfzigste Space Force.
Es gibt über zehn Ortungsstationen auf der Erde. Man findet sie auf Ascension Island, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral und an anderen Orten, deren Zahl jedes Jahr wächst. Alle von ihnen erh altenen Informationen werden im Hauptbahnhof verarbeitet. Aktualisierte Daten werden alle 24 Stunden hochgeladen.
Diese globale Positionsbestimmung ist ein Satellitensystem, das vom US-Verteidigungsministerium betrieben wird. Es funktioniert bei jedem Wetter und übermittelt ständig Informationen.
Funktionsprinzip
GPS Global Positioning Systems arbeiten auf Basis folgender Komponenten:
- Satellitentrilateration;
- Satellitenreichweite;
- genauer Zeitbezug;
- location;
- Korrektur.
Sehen wir sie uns genauer an.
Trilateration ist die Berechnung der Entfernung der Daten von drei Satelliten, dank derer es möglich ist, die Position eines bestimmten Punktes zu berechnen.
Ranging bedeutet die Entfernung zu den Satelliten, berechnet aus der Zeit, die das Funksignal benötigt, um von ihnen zum Empfänger zu gelangen, unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit. Zur Zeitbestimmung wird ein Pseudo-Zufallscode generiert, dank dem der Empfänger jederzeit die Verzögerung feststellen kann.
Die folgende Abbildung zeigt eine direkteabhängig von der Ganggenauigkeit der Uhr. Die Satelliten haben Atomuhren, die auf eine Nanosekunde genau sind. Aufgrund ihrer hohen Kosten werden sie jedoch nicht überall verwendet.
Die Satelliten befinden sich in einer Höhe von mehr als zwanzigtausend Kilometern von der Erde entfernt, genau so viel, wie für eine stabile Bewegung im Orbit und eine Verringerung des atmosphärischen Widerstands erforderlich ist.
Während des Betriebs des globalen Positionsbestimmungssystems in der Welt werden Fehler gemacht, die schwer zu beseitigen sind. Dies liegt an der Passage des Signals durch die Troposphäre und Ionosphäre, wo die Geschwindigkeit abnimmt, was zu Messfehlern führt.
Komponenten eines Kartierungssystems
Es gibt viele Produkte für globale Positionsbestimmungssysteme und GIS-Kartierungsanwendungen. Dank ihnen werden geografische Daten schnell erstellt und aktualisiert. Die Bestandteile dieser Produkte sind GPS-Empfänger, Software und Datenträger.
Die Empfänger sind in der Lage, Berechnungen mit einer Frequenz von weniger als einer Sekunde und einer Genauigkeit von einigen zehn Zentimetern bis zu fünf Metern durchzuführen, wenn sie im Differentialmodus arbeiten. Sie unterscheiden sich in Größe, Speicherkapazität und Anzahl der Tracking-Kanäle.
Während eine Person an einem Ort steht oder sich bewegt, empfängt der Empfänger Signale von Satelliten und berechnet seinen Standort. Auf dem Display werden Ergebnisse in Form von Koordinaten angezeigt.
Controller sind tragbare Computer, auf denen die zum Sammeln von Daten erforderliche Software ausgeführt wird. Die Software steuert die Empfängereinstellungen. Laufwerke habenunterschiedliche Dimensionen und Arten der Datenaufzeichnung.
Jedes System ist mit Software ausgestattet. Nachdem Sie Informationen vom Laufwerk auf Ihren Computer hochgeladen haben, erhöht das Programm die Genauigkeit der Daten mithilfe einer speziellen Verarbeitungsmethode namens "Differentialkorrektur". Die Software visualisiert die Daten. Einige von ihnen können manuell bearbeitet werden, andere können gedruckt werden und so weiter.
GPS Global Positioning - Systeme, die helfen, Informationen für die Eingabe in Datenbanken zu sammeln, und die Software exportiert sie in GIS-Programme.
Differentialkorrektur
Diese Methode verbessert die Genauigkeit der gesammelten Daten erheblich. In diesem Fall befindet sich einer der Empfänger an einem Punkt mit bestimmten Koordinaten, und der andere sammelt Informationen, wo sie unbekannt sind.
Differentialkorrektur wird auf zwei Arten implementiert.
- Die erste ist die Differentialkorrektur in Echtzeit, bei der die Fehler jedes Satelliten berechnet und von der Hauptstation gemeldet werden. Die aktualisierten Daten werden vom Rover empfangen, der die korrigierten Daten anzeigt.
- Die zweite - differenzielle Korrektur in der Nachbearbeitung - findet statt, wenn die Hauptstation Korrekturen direkt in eine Datei im Computer schreibt. Die Originaldatei wird zusammen mit der aktualisierten verarbeitet, dann wird eine differentiell korrigierte Datei erh alten.
Trimble-Mapping-Systeme können beide Methoden verwenden. Wenn also der Echtzeitmodus unterbrochen wird, kann er weiterhin in der Nachbearbeitung verwendet werden.
Bewerbung
GPSin verschiedenen Bereichen angewendet. Beispielsweise werden globale Positionsbestimmungssysteme in großem Umfang in der Rohstoffindustrie verwendet, wo Geologen, Biologen, Förster und Geographen sie verwenden, um Positionen und zusätzliche Informationen aufzuzeichnen. Es ist auch ein Bereich der Infrastruktur und Stadtentwicklung, in dem Verkehrsströme und das Versorgungssystem gesteuert werden.
GPS-Systeme zur globalen Positionsbestimmung sind auch in der Landwirtschaft weit verbreitet und beschreiben beispielsweise die Merkmale von Feldern. In den Sozialwissenschaften verwenden Historiker und Archäologen sie zur Navigation und Aufzeichnung historischer Stätten.
Der Anwendungsbereich von GPS-Mapping-Systemen ist nicht darauf beschränkt. Sie können in jeder anderen Anwendung verwendet werden, in der genaue Koordinaten, Zeit und andere Informationen benötigt werden.
GPS-Empfänger
Dies ist ein Funkempfänger, der die Position der Antenne basierend auf Informationen über die Zeitverzögerungen von Funksignalen von den Navstar-Satelliten bestimmt.
Messungen werden mit einer Genauigkeit von drei bis fünf Metern gebildet, und wenn es ein Signal von einer Bodenstation gibt - bis zu einem Millimeter. Kommerzielle GPS-Navigationsgeräte haben bei alten Mustern eine Genauigkeit von einhundertfünfzig Metern und bei neuen bis zu drei Metern.
Auf Basis von Empfängern werden GPS-Logger, GPS-Tracker und GPS-Navigatoren hergestellt.
Ausrüstung kann individuell oder professionell sein. Zweiteunterscheidet sich in Qualität, Betriebsarten, Frequenzen, Navigationssystemen und Preis.
Benutzerdefinierte Empfänger sind in der Lage, genaue Koordinaten, Zeit, Höhe, benutzerdefinierte Richtung, aktuelle Geschwindigkeit und Straßeninformationen zu melden. Informationen werden auf dem Telefon oder Computer angezeigt, mit dem das Gerät verbunden ist.
GPS-Navigatoren: Karten
Karten verbessern die Qualität des Navigators. Es gibt sie als Vektor- und Rastertypen.
Vektorvarianten speichern Daten über Objekte, Koordinaten und andere Informationen. Sie können natürliches Gelände und viele Objekte wie Hotels, Tankstellen, Restaurants usw. darstellen, da sie keine Bilder enth alten, weniger Platz beanspruchen und schneller arbeiten.
Rastertypen sind die einfachsten. Sie repräsentieren ein Abbild des Gebiets in geografischen Koordinaten. Es kann ein Satellitenfoto gemacht oder eine Papierkarte eingescannt werden.
Aktuell gibt es Navigationssysteme, die der Nutzer mit seinen Objekten ergänzen kann.
GPS-Tracker
Ein solcher Funkempfänger empfängt und sendet Daten, um die Bewegungen verschiedener Objekte, an denen er befestigt ist, zu steuern und zu verfolgen. Es enthält einen Empfänger, der die Koordinaten bestimmt, und einen Sender, der sie an einen entfernten Benutzer sendet.
GPS-Tracker kommen herein:
- persönlich, individuell genutzt;
- Automobil, verbunden mit dem BordnetzAutonetzwerke.
Sie werden verwendet, um den Standort verschiedener Objekte (Personen, Fahrzeuge, Tiere, Waren usw.) zu bestimmen.
Diese Geräte können verwendet werden, um Signale zu unterdrücken, die Störungen auf den Frequenzen bilden, auf denen der Tracker arbeitet.
GPS-Logger
Diese Funkgeräte können in zwei Modi betrieben werden:
- normaler GPS-Empfänger;
- Logger, der Informationen über den zurückgelegten Weg aufzeichnet.
Das können sein:
- tragbar, ausgestattet mit einem kleinen wiederaufladbaren Akku;
- Automobil, versorgt über das Bordnetz.
In modernen Loggermodellen ist es möglich, bis zu zweihunderttausend Punkte aufzuzeichnen. Es wird auch empfohlen, unterwegs Punkte zu markieren.
Geräte werden aktiv in den Bereichen Tourismus, Sport, Ortung, Kartographie, Geodäsie usw. eingesetzt.
Globale Positionierung heute
Anhand der gemachten Angaben lässt sich schließen, dass solche Systeme bereits überall zum Einsatz kommen und der Anwendungsbereich tendenziell noch weiter verbreitet ist.
Die globale Positionierung umfasst den Verbrauchersektor. Der Einsatz neuester technischer Innovationen macht das System zu einem der begehrtesten in diesem Marktsegment.
Zusammen mit GPS wird GLONASS in Russland und Galileo in Europa entwickelt.
Gleichzeitig ist die globale Positionierung nicht ohne Nachteile. Bestimmen Sie beispielsweise in einer Wohnung eines Stahlbetongebäudes, in einem Tunnel oder Keller den genauen Standortunmöglich. Magnetstürme und Funkquellen am Boden können den normalen Empfang stören. Navigationskarten sind schnell ver altet.
Der größte Nachteil ist, dass das System vollständig vom US-Verteidigungsministerium abhängig ist, das beispielsweise jederzeit Störungen einsch alten oder den zivilen Teil ganz aussch alten kann. Daher ist es so wichtig, dass neben dem globalen Positionsbestimmungssystem GPS und GLONASS auch Galileo entwickelt wird.
