|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
System nawigacji GPS. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas GPS (ang. Global Positioning System – globalny system pozycjonowania, odczytywany przez G.P. Es) to satelitarny system nawigacji, który zapewnia określanie odległości, czasu i pozycji w światowym układzie współrzędnych WGS 84. Umożliwia on dotarcie do dowolnego miejsca na Ziemi (z wyłączeniem bieguna regionach), prawie przy każdej pogodzie, a także w przestrzeni bliskiej Ziemi, w celu określenia położenia i prędkości obiektów. System został opracowany, wdrożony i obsługiwany przez Departament Obrony USA i obecnie jest dostępny do użytku cywilnego – wystarczy nawigator lub inne urządzenie (np. smartfon) z odbiornikiem GPS. Podstawową zasadą korzystania z systemu jest określenie lokalizacji poprzez pomiar punktów czasowych odbioru zsynchronizowanego sygnału z satelitów nawigacyjnych przez antenę konsumenta. Aby określić współrzędne trójwymiarowe, odbiornik GPS musi mieć cztery równania: „odległość jest równa iloczynowi prędkości światła i różnicy między momentami odbioru sygnału przez konsumenta a momentem jego synchronicznej emisji z satelity": |x - a_{j}| = c(t_{j} - \tau). Tutaj: a_{j} to położenie {j}-tego satelity, t_{j} to moment odbioru sygnału z {j}-tego satelity według zegara użytkownika, \tau to nieznany czas synchronii emisja sygnału przez wszystkie satelity zgodnie z zegarem konsumenta, c to prędkość światła, x to nieznana trójwymiarowa pozycja konsumenta.
Za pomocą odbiornika GPS określa się nie tylko położenie poruszającego się obiektu, ale także prędkość jego ruchu, przebytą odległość, odległość i kierunek do zamierzonego punktu, czas przybycia i odchylenia od wyznaczonego kursu są obliczane. Dziś jest to już oczywiste: w pierwszej dekadzie nowego tysiąclecia systemy nawigacji satelitarnej staną się głównym sposobem pozycjonowania obiektów lądowych, powietrznych i morskich. Ponieważ przy dzisiejszej technologii odbiorniki GPS są małe, niezawodne i tanie, dzięki czemu stają się bardziej dostępne dla przeciętnego konsumenta. Najpierw pojawił się System Nawigacji Kosmicznej NAVSTAR (NAVSTAR). System nawigacyjny oparty na pomiarach czasu i zasięgu w Stanach Zjednoczonych został stworzony przede wszystkim do wspomagania koordynatowo-czasowego wsparcia wojsk i sprzętu wojskowego. Pierwszy amerykański satelita nawigacyjny został wystrzelony w lutym 1978 r., a aktywne wprowadzanie metod nawigacji satelitarnej do życia cywilnego rozpoczęło się później. Do 1983 roku system nawigacyjny był używany wyłącznie przez wojsko. Jednak po zestrzeleniu Boeinga 747 nad Cieśniną Tatarską system został udostępniony do użytku cywilnego. Wtedy faktycznie pojawił się skrót GPS (Global Positioning System) – Global Positioning System. Termin „pozycjonowanie” jest szerszy niż termin „lokalizacja”. Pozycjonowanie poza wyznaczeniem współrzędnych obejmuje również wyznaczenie wektora prędkości poruszającego się obiektu. Rząd USA wydał ponad dziesięć miliardów dolarów na stworzenie tego systemu i nadal wydaje pieniądze na jego dalszy rozwój i wsparcie. System nawigacji satelitarnej wykorzystuje satelity emitujące specjalne sygnały zamiast znaków geodezyjnych i radiolatarni. Obecna lokalizacja satelitów na orbicie jest dobrze znana. Satelity nieustannie przekazują informacje o swojej lokalizacji. Ich odległość określa się, mierząc czas, jaki zajmuje sygnałowi radiowemu podróż z satelity do odbiornika radiowego i mnożąc go przez prędkość fali elektromagnetycznej. Synchronizując zegary satelitów za pomocą generatorów częstotliwości atomowych i odbiorników, uzyskuje się dokładny pomiar odległości do satelitów. "Aby obliczyć współrzędne miejsca na Ziemi", pisze V. Kuryshev w magazynie Radio, "trzeba znać odległości do satelitów i położenie każdego z nich w przestrzeni kosmicznej. Satelity GPS znajdują się na wysokich orbitach (20000 XNUMX km), a ich współrzędne można przewidzieć z dużą dokładnością. Stacje śledzące Departamentu Obrony USA regularnie określają nawet najmniejsze zmiany orbit, a dane te są przesyłane do satelitów. Zmierzone odległości do satelitów nazywane są pseudoodległościami, ponieważ są pewne niepewność w ich wyznaczeniu.Faktem jest, że jonosfera i troposfera Ziemi powodują opóźnienia sygnałów satelitarnych, wprowadzając błąd w obliczaniu odległości.Istnieją inne źródła błędów - w szczególności błędy obliczeniowe komputerów pokładowych, szum elektryczny odbiorników, wielościeżkowa propagacja fal radiowych. Niefortunne względne ustawienie satelitów na niebie może również prowadzić do odpowiedniego wzrostu całkowitego błędu pozycji podział. Aby określić odległości, satelity i odbiorniki generują złożone sekwencje kodów binarnych zwane kodami pseudolosowymi. Określenie czasu propagacji sygnału odbywa się poprzez porównanie opóźnienia pseudolosowego kodu satelity z tym samym kodem odbiornika. Każdy satelita ma swoje dwa pseudolosowe kody. Aby odróżnić kody odległości od komunikatów informacyjnych różnych satelitów, w odbiorniku wywoływane są odpowiednie kody. Pseudolosowe kody odległości i wiadomości z informacjami satelitarnymi umożliwiają transmisję wiadomości z satelitów jednocześnie, na tej samej częstotliwości, bez wzajemnych zakłóceń. Moc promieniowania satelitów i wzajemny wpływ sygnałów z satelitów jest nieznaczny. Dokładność pomiaru można poprawić, stosując pomiary różnicowe. Referencyjna stacja naziemna o dokładnie znanych współrzędnych geodezyjnych oblicza różnicę między współrzędnymi z odbiornika a rzeczywistymi współrzędnymi. Różnica w postaci korekty jest przekazywana konsumentom kanałami radiowymi w celu skorygowania odczytów odbiorników. Poprawki te eliminują znaczną część błędów w pomiarach odległości i lokalizacji. Obliczanie współrzędnych w recepcji na wskaźniku odbywa się automatycznie i istnieje możliwość wykorzystania informacji w wygodnej formie kartograficznej. GPS składa się z 3 segmentów: segmentu kosmicznego, segmentu kontrolnego i segmentu użytkownika.
Segment kosmiczny składa się z 24 satelitów, które znajdują się na 6 orbitach (po cztery) na wysokości około 20350 28 kilometrów. Obecnie działa XNUMX satelitów. Satelity „Extra” służą do ubezpieczenia i wymiany uszkodzonych satelitów. Segment kontrolny składa się ze stacji obserwacyjnych zlokalizowanych w kilku punktach na kuli ziemskiej oraz głównego stanowiska kontrolnego. Stacja wiodąca znajduje się w Centrum Kontroli Połączonych Wojskowych Systemów Kosmicznych w Colorado Springs. Centrum zbiera i przetwarza dane ze stacji śledzących, oblicza i prognozuje efemerydy satelitarne, a także parametry zegara. Stacje obserwacyjne monitorują satelity, rejestrując wszystkie informacje o ich ruchu, które są przesyłane do głównej stacji dowodzenia w celu korekty orbity i informacji nawigacyjnych. Segment użytkownika obejmuje sprzęt użytkownika, który umożliwia określenie współrzędnych, prędkości i czasu. Głównym konsumentem informacji GPS jest Departament Obrony USA. Odbiorniki GPS zostały wprowadzone we wszystkich samolotach i statkach bojowych i transportowych, a także w systemach naprowadzania precyzyjnych pocisków manewrujących oraz w systemach naprowadzania nowych amerykańskich bomb kierowanych. Oznacza to, że armia amerykańska może planować precyzyjne naprowadzanie pocisków na odległość tysiąca kilometrów, nie tylko w budynki i budowle, ale także w określonym oknie. Co więcej, ataki te mogą być wyprowadzane z okrętów podwodnych iz powietrza.
W Rosji jest podobny system: w odpowiedzi na stworzenie NAVSTAR przez Amerykanów ZSRR stworzył własny globalny system nawigacji satelitarnej - GLONASS. Pierwszy krajowy satelita nawigacyjny Kosmos-192 został wyniesiony na orbitę 27 listopada 1967 r., A w 1979 r. Stworzono system nawigacji pierwszej generacji Cicada, który obejmował 4 satelity niskoorbitalne. Następnie, w 1982 roku, wystrzelono pierwsze satelity nowego systemu nawigacji GLONASS. Liczba satelitów GLONASS została doprowadzona do stanu standardowego w 1996 roku. Satelity GLONASS znajdują się na wysokości około 19100 8 kilometrów. W przeciwieństwie do satelitów NAVSTAR, satelity GLONASS są umieszczone na trzech orbitach, po 11 satelitów na każdej. Okres orbitalny satelitów wynosi 15 godzin XNUMX minut. Podobnie jak GPS, GLONASS jest używany zarówno przez użytkowników wojskowych, jak i cywilnych. Jednak nie ma tak wielu użytkowników systemu: w rzeczywistości nie był rozwijany od 1998 roku. Każdego roku konstelacja satelitów maleje. Powód jest banalny i, można powiedzieć, standardowy dla większości wydarzeń krajowych: państwo nie ma pieniędzy, a ramy prawne regulujące korzystanie z systemów nawigacji satelitarnej w Rosji nie pozwalają na rozwój systemu kosztem cywilnych konsumentów. Perspektywy rozwoju GLONASS zależą od pozycji państwa. Będzie musiał zdecydować, czy otworzyć ten system nawigacji dla szerokiego grona konsumentów, czy nie. W lutym 2000 r. rosyjscy naukowcy wysłali list otwarty do Władimira Putina (wówczas pełniącego obowiązki prezydenta Rosji), w którym przedstawili swoją wersję rozwoju GLONASS: po pierwsze, aby pilnie usunąć nieuzasadnione ograniczenia reżimu dotyczące korzystania z domowych odbiorników satelitarnych do określania współrzędne, po drugie, dekretem rządowym, aby zadekretować krajowy system współrzędnych geodezyjnych „Parametry Ziemi z 1990 roku” (PZ-90) oraz system nawigacji satelitarnej GLONASS do masowego użytku w całej Rosji i krajach społeczności światowej. Do tej pory prezydent nie podjął żadnej decyzji. W przeciwieństwie do rosyjskiego systemu GPS stale ewoluował w kierunku otwarcia dla użytkowników cywilnych. Przed 1 maja 2000 r. dostęp GPS był dla nich selektywny, co degradowało dokładność lokalizacji do setek metrów. W tym samym czasie celność dla wojska wynosiła 5-20 metrów. Jednak 1 maja prezydent Clinton ogłosił koniec spadku dokładności sygnału GPS dla użytkowników cywilnych. „Oznacza to, że cywilni użytkownicy GPS będą mogli namierzyć lokalizacje 10 razy dokładniej niż jest to obecnie dostępne” – powiedział. Dlaczego rząd USA tego potrzebuje i co da systemowi nawigacji? Oceń sam: według służby prasowej prezydenta Stanów Zjednoczonych w 2000 r. na całym świecie było ponad 4 miliony użytkowników GPS, a do 2003 r. rynek tego systemu nawigacyjnego podwoi się - z 8 do 16 miliardów dolarów. Czy trzeba tłumaczyć, że za te pieniądze system można nie tylko utrzymać, ale i rozwijać? Stany Zjednoczone już planują umieścić na orbicie 18 dodatkowych satelitów, aby poprawić wydajność GPS. Standardowym sprzeciwem wobec otwartości systemów nawigacyjnych w Rosji zawsze były interesy bezpieczeństwa. Wojsko obawiało się, że gdyby system nawigacyjny był dostępny dla wszystkich, mógłby być używany przez zewnętrznych i wewnętrznych wrogów przeciwko państwu. Jednak to wyjaśnienie jest dość słabe: Stany Zjednoczone, udostępniając GPS wszystkim, w ogóle nie zaszkodziły własnemu bezpieczeństwu, zastrzegając sobie prawo do „regionalnego zmniejszenia dokładności” sygnału. W praktyce oznacza to, że w przypadku konfliktu z konkretnym krajem wojsko USA będzie mogło obniżyć dokładność odbiorników GPS używanych przez wroga lub całkowicie je wyłączyć. Tak więc, podczas gdy wszystko jest spokojne - możesz otrzymywać pieniądze od użytkowników GPS. Gdy tylko pojawią się problemy, można je wyłączyć. Dziś nie jest łatwo nawet wymienić wszystkie obszary zastosowania tego systemu nawigacyjnego. Jak zauważa Oleg Tatarnikov w czasopiśmie Computer-Press: "Odbiorniki GPS są wbudowane w samochody, telefony komórkowe, a nawet zegarki na rękę! Turyści używają odbiorników kieszonkowych do wyznaczania tras i wyraźnego poruszania się po nich. Myśliwi i rybacy zaznaczają współrzędne cennych miejsc do polowań i połowów , a autoturyści wymieniają trasy wskazujące stacje benzynowe. Nic nie powstrzyma zwycięskiej procesji GPS. Odbiorniki szybko się kurczą i stają się tańsze, urządzenie wielkości pudełka zapałek można już dziś kupić za mniej niż 50 USD; chipy nawigacyjne są wbudowane w zegarki i telefony komórkowe oraz stają się integralną częścią alarmów samochodowych, które same informują policję o lokalizacji skradzionego samochodu. W przeciwieństwie do systemów sygnalizacji radiowej, które nie znalazły szerokiego zastosowania, taki system nie wymaga specjalnej sieci stacji namierzających - stosuje się tutaj konwencjonalną komunikację mobilną. Ponadto kierowca, naciskając jeden przycisk, może zasygnalizować napad lub wypadek. Kolejny przycisk nazywa „pogotowie ratunkowe”. W niedalekiej przyszłości na rynku elektroniki samochodowej ma pojawić się cały „pakiet tras” - pełnoprawny pokładowy system nawigacyjny z elektronicznymi mapami rosyjskich miast i regionów ... ...Odbiorniki GPS służą do rozwiązywania najróżniejszych problemów: geolodzy monitorują w czasie rzeczywistym subtelne ruchy obszarów skorupy ziemskiej, ratownicy określają miejsca katastrof, zoolodzy wykonują obroże z przenośnymi wskaźnikami i nadajnikami radiowymi do badania migracji zwierząt , wojsko buduje pociski samonaprowadzające i bomby, a ekspedycja amerykańskiego National Geographic Society w zeszłym roku zmierzyła wysokość Everestu z centymetrową dokładnością”.
W czasopiśmie „Computerra” pojawiła się wiadomość o wypuszczeniu jednej z firm chipów GPS przeznaczonych do implantacji w ludzkim ciele! Jak to często bywa, system nawigacyjny okazał się mieć wiele innych dodatkowych przydatnych funkcji. Za pomocą systemu można na przykład określić ultraprecyzyjny czas potrzebny, powiedzmy, w eksperymentach naukowych do pomiaru prędkości powstającej podczas chodzenia lub biegu oraz pokonanego dystansu. GPS pokazuje maksymalną i średnią prędkość samochodu, a za jego pomocą w szczególności można sprawdzić poprawność wskazań prędkościomierza i licznika kilometrów. Nie trzeba dodawać, że nawigacja z tym systemem jest znacznie uproszczona. W efekcie wśród profesjonalnych „nawigatorów” jest całe pokolenie specjalistów, którzy nie umieją pracować z klasycznymi urządzeniami nawigacyjnymi. Autor: Musskiy S.A.
▪ Zdjęcie
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Silnik zaburtowy do wózka inwalidzkiego ▪ Zasilacze z brązu NZXT serii C ▪ 5G może zaszkodzić prognozom pogody ▪ Obiektyw Fujifilm Fujinon XF16-80mmF4 R OIS WR ▪ Magnetyczny system chłodzenia oparty na stopach z pamięcią kształtu
▪ sekcja witryny A potem pojawił się wynalazca (TRIZ). Wybór artykułu ▪ artykuł Ciepło i prawo Archimedesa. Wskazówki dla modelarza ▪ artykuł Jak może objawiać się fałszywa ciąża u kobiet? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł ze śliwki syberyjskiej. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Niewidzialne farby. Doświadczenie chemiczne
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony