GPS
GPS (ang. Global Positioning System) – amerykański system nawigacji satelitarnej, umożliwiający określanie położenia, prędkości i czasu z dokładnością do kilku metrów. System jest w pełni cywilny, ale został opracowany i utrzymywany pierwotnie przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych.
Historia
Idea globalnej nawigacji satelitarnej sięga lat 1960. Prace nad GPS rozpoczęto w 1973 roku pod nazwą NAVSTAR. Pierwszy satelita systemu został wystrzelony w 1978 roku, a pełne rozmieszczenie konstelacji 24 satelitów zakończono w 1995 roku. System został udostępniony do użytku cywilnego w 2000 roku.
Zasada działania
GPS opiera się na pomiarze czasu, jaki potrzebuje sygnał radiowy do przebycia od satelity do odbiornika. Satelity transmitują sygnały o znanej częstotliwości oraz precyzyjnie zsynchronizowanym zegarze atomowym. Odbiornik GPS odbiera co najmniej cztery takie sygnały, co pozwala na:
- wyznaczenie odległości do każdego z satelitów (tzw. pseudowyznaczenie)
- obliczenie trójwymiarowej pozycji (szerokość, długość geograficzną oraz wysokość)
- ustalenie dokładnego czasu
Elementy systemu
System GPS składa się z trzech głównych segmentów:
- Segment kosmiczny – konstelacja satelitów krążących na wysokości ≈20 200 km nad powierzchnią Ziemi.
- Segment kontrolny – stacje naziemne monitorujące i zarządzające satelitami, m.in. stacja kontrolna na Hawajach oraz stacja w Alasce.
- Segment użytkownika – odbiorniki GPS znajdujące się w telefonach komórkowych, samochodach, samolotach i wielu innych urządzeniach.
Zastosowania
GPS znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach:
- nawigacja morska i lotnicza
- systemy geodezyjne i kartografia
- monitorowanie floty pojazdów (fleet management)
- precyzyjne określanie czasu w telekomunikacji i sieciach energetycznych
- sport i rekreacja – np. biegi, jazda na rowerze, żeglarstwo
- zastosowania wojskowe, w tym kierowanie precyzyjną bronią
Precyzja i dokładność
Standardowa dokładność GPS wynosi ok. 5 m w poziomie i ok. 10 m w pionie. Dzięki technikom DGPS (różnicowy GPS) oraz RTK (czasowo‑realna korekcja) możliwe jest uzyskanie precyzji poniżej 1 m, a w niektórych zastosowaniach (geodezja precyzyjna) nawet do kilku centymetrów.
Inne systemy nawigacji satelitarnej
Obok GPS istnieją również niezależne systemy nawigacji satelitarnej, które współpracują z nim w ramach GNSS (Global Navigation Satellite System):
Krytyka i problemy
System GPS, mimo szerokiego zastosowania, spotyka się z pewnymi krytycznymi uwagami:
- zależność od infrastruktury amerykańskiej, co w sytuacjach konfliktów międzynarodowych może budzić obawy
- zjawisko jamowania i podszywania się pod sygnał, szczególnie w zastosowaniach militarnych
- potencjalne zakłócenia spowodowane przez kosmiczne śmieci i kolizje satelitów
Patenty i dostępność
W 2000 roku wszystkie kluczowe patenty związane z technologią GPS zostały wycofane, co umożliwiło swobodny dostęp do technologii i rozwój komercyjnych odbiorników bez konieczności płacenia licencji.
Patrzenie w przyszłość
Nowe generacje satelitów GPS, określane jako GPS III, wprowadzają zwiększoną moc sygnału, lepszą odporność na zakłócenia oraz dodatkowe kanały (L1C, L2C, L5) przeznaczone do zastosowań cywilnych i przemysłowych.
GPS pozostaje jednym z filarów nowoczesnej cywilnej i wojskowej infrastruktury, a jego integracja z innymi systemami GNSS zapewnia globalną, wysoką precyzję pozycjonowania dostępnego praktycznie wszędzie na świecie.