Jak działa system geolokalizacji GPS?

Jak działa system geolokalizacji GPS?

Jeżeli korzystałeś kiedykolwiek z GPS, to jeżeli nie wykorzystywałeś tej technologii w bardziej zaawansowanych zastosowaniach, zapewne wykorzystywałeś do nawigacji tylko jednego odbiornika. Jednak w bardziej zaawansowanych zastosowaniach GPS wykorzystujemy więcej urządzeń do pozycjonowania – jest to tzw. lokalizacja relatywna.

Generalnie wyróżniamy dwie metody pozycjonowania satelitarnego. Jest to lokalizacja punktowa oraz lokalizacja relatywna. Podstawowa różnica pomiędzy tymi metodami jest taka, że w pierwszej metodzie punktowej wykorzystujemy jeden odbiornik GPS. Natomiast w pozycjonowaniu relatywnym stosujemy jeden, lub więcej odbiorników w postaci tzw. stacji bazowych (base) oraz jeden to tzw. odbiornik odległościowy (remote). Cechą charakterystyczną stacji bazowej jest to, że jej pozycja jest doskonale znana.

GPS z wykorzystaniem pozycjonowania punktowego

Tutaj do wyznaczania pozycji wykorzystujemy jeden odbiornik, który odbiera sygnał z przynajmniej czterech satelitów. Dlaczego akurat cztery satelity są potrzebne do wyznaczenia pozycji? Podstawowa koncepcja wyznaczania pozycji polega na pomiarze dystansu pomiędzy satelitą a odbiornikiem. Jeżeli znamy odległość do jednego satelity, to automatycznie możemy ulokować nasz odbiornik GPS gdzieś na powierzchnie sfery, której promień jest równy odległości między urządzeniem do pozycjonowania, a odbiornikiem do pozycjonowania. Jeżeli odbiornik GPS wyliczył odległość do dwóch satelitów, to analogicznie do pierwszej możliwości, wnioskujemy, że nasz punkt pomiarowy jest „gdzieś” w miejscu przecięcia się tych dwóch sfer. Jak widać zarówno jedna satelita, jak i dwie satelity to za mało, aby wyznaczyć pozycję. Jeżeli nasze urządzenie do GPS odbiera sygnał od trzech satelitów, to istnieją tylko dwa punkty (miejsca przecięcia się trzech sfer). Jeden z tych punktów nie bierzemy pod uwagę, gdyż będzie nienaturalnie wysoko, albo będzie przemieszczał się zbyt szybko. Z tego można wnioskować, że trzy satelity wystarczą do nawigacji przy użyciu GPS.

Jednak tak nie jest, gdyż pojawia się jeszcze jeden problem. Mianowicie chodzi tutaj o precyzyjny pomiar czasu, a dokładniej o pomiar czasu dotarcia sygnału z satelity do odbiornika. W urządzeniach do GPS zamontowany jest zegar kwarcowy, którego precyzja jest niewystarczająca. Dlatego też do wyliczania czasu stosuje się sygnał z czwartego satelity. Dzięki temu odbiornik oblicza cztery równania z czterema niewiadomymi (długość geograficzna, szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza oraz czas).

Możemy więc powiedzieć w skrócie, że GPS z wykorzystaniem pozycjonowania punktowego, to obrazowo jeden odbiornik i przynajmniej cztery satelity.

GPS z użyciem pozycjonowania relatywnego

W tym przypadku, jak już wspomniałem, do nawigowania stosujemy przynajmniej dwa odbiorniki, w tym stację bazową.

Pomiar statyczny

Zasada działania tej metody nawigacji jest stosunkowo prosta. Jeden odbiornik, tzw. stację bazową ustawiamy w miejscu z dokładnie znaną pozycją. Drugi odbiornik do GPS ustawiamy w miejscu, którego pozycji szukamy. Dodatkowo jeżeli wykorzystamy metodę fazową pomiaru pseudoodległości, to będzie to najdokładniejsza metoda wyznaczania pozycji!

Pomiar szybki statyczny

Jest to bardzo podobna metoda lokalizacji do pomiaru statycznego. Różnica polega na tym, że odbiornik GPS typu Remote (odległościowy) pozostaje w jednym miejscu tylko przez pewien czas, czyli do momentu gdy wyznaczona jest pozycja, a następnie zmieniana jest jego lokalizacja. Odbiornik bazowy pozostaje oczywiście na niezmienionej pozycji.

Metoda „Stop and go”

Metoda ta stosowana jest wszędzie tam, gdzie punkty pomiarowe znajdują się blisko siebie. Odbiornik odległościowy zatrzymywany jest w miejscach pomiaru tylko na bardzo krótki czas, aby była możliwość zebrania przynajmniej podstawowych informacji.

Metody pomiaru w czasie rzeczywistym

Jest to relatywna metoda pomiaru pozycji. Różnica pomiędzy powyższymi metodami pomiaru jest taka, że w tym przypadku pomiary dokonywane są w czasie rzeczywistym. Aby to było możliwe informacje pomiędzy odbiornikami GPS muszą być przesyłane szybkim łączem radiowy. Ta metoda pozycjonowania jest dosyć często stosowana. Zapewnia ona dokładność nawet kilkucentymetrową!

You might also likeclose