Legfrissebb híreink

Globális műholdas helymeghatározás alapjai

Kütyü magazin - 2007. október 12.
A GPS rendszer alapvető jellemzői

A NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System- globális helymeghatározó rendszer navigációs műholdakkal idő- és távolságmeghatározás útján) elvét az Egyesült Államokban dolgozták ki katonai navigációs célokra, 1973-ban.

Az első műhold fellövésére 1978-ban került sor, a rendszer szolgáltatásai hivatalosan 1995-ben indultak meg. A GPS rendszer a felhasználó helyzetét távolságmérés alapján határozza meg. A működés alapfeltétele az idő igen pontos mérése és a Föld körüli pályán keringő műholdak helyzetének pontos ismerete. A technikai és technológia fejlődése éppen a múlt század 80-as, 90-es éveiben tette lehetővé, hogy e két feltételt egyszerre teljesíteni lehessen.

A rendszer legfontosabb jellemzőit az alábbiakban foglalhatjuk össze:

  • A GPS rendszerben ismert helyzetű Föld körüli pályákon keringő műholdak jeleket sugároznak a Föld felszíne felé. A földi vevőkészülék ezeknek a jeleknek a mérési adataiból, illetve az általuk szállított információk feldolgozásából meghatározza a saját helyzetét. A rendszer tehát aktív műholdakkal és passzív földi vevőkészülékkel működik.
  • A GPS rendszer működéséhez feltétlenül szükséges az, hogy a vevőkészülék antennája és a műholdak között ne legyen akadály, ez azt jelenti, hogy beltéri helymeghatározásra a GPS rendszer nem alkalmas.
  • A GPS rendszer működésének alapfeltétele az időmérés pontossága. Minden műholdon igen pontos cézium és rubídium atomórák találhatók, melyek abszolút pontossága eléri a 10-13-10-14 értéket. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen pontosságú óra kb. 300.000 – 3.000.000 év alatt késik vagy siet egyetlen másodpercet.
A GPS műholdak jele adatokat tartalmaz, melyek a vevőkészüléket tájékoztatják a műhold aktuális helyzetéről és a műholdon mérhető pontos időről. A rendszer minden műholdja szinkronizáltan működik, azaz óráik pontosan össze vannak hangolva, és jeleiket is pontosan azonos időben küldik a vevő felé. A távolságot a vevő igen egyszerűen határozza meg. Méri a jel érkezési idejét, és – ismerve a jel startjának időpontját – a jelterjedési idő kiszámítása után a fénysebesség ismeretében meghatározza a műhold és a vevőkészülék távolságát.

A GPS rendszer három alapvető alrendszerből épül fel:
  • az űrszegmensből (műholdak)
  • a felhasználói rendszerből (vevőkészülékek és szolgáltatások) és
  • a vezérlőrendszerből (földi vezérlő- és monitorállomások).

Az űrszegmens teljes kiépítésben 24 műholdat tartalmaz. A 18 működő műhold hat azonos alakú pályán kering: a szomszédos pályasíkok metszésvonalai az egyenlítő síkjával azonos (60°-os) szögeket zárnak be, az azonos pályán haladó 3 műhold egymástól 120°-os szögtávolságban kering, a 2 szomszédos pályán a megfelelő műholdak 40°-ot ,,sietnek” illetve ,,késnek”. A szimmetrikus elrendezés révén biztosított, hogy a földfelszín bármely pontján bármely időpontban legalább négy műhold van észlelésre alkalmas helyzetben, azaz legalább 15°-kal a horizont felett. A műholdak keringési ideje 12 óra, a közepes pályasugár ebből adódóan kb. 20000 km.

A műholdak felszerelése: adó-vevő rádiócsatorna, fedélzeti számítógép jelentős háttértároló kapacitással, két független frekvenciaetalon (atomóra), oszcillátor és frekvenciasokszorozó a vivőjelek előállításához. Egy-egy műhold tömege megközelítőleg 850 kg, energiaforrása napelem. Az üzenet finomabb részletei (amelyek a pontos navigációhoz szükségesek) gyakorlatilag megfejthetetlen módon kódoltak. Ez a kód (P= precise= szabatos) titkos.

GPS műholdak elhelyezkedése

A műholdak számát és elrendezését úgy választották meg, hogy minél nagyobb legyen annak az esélye, hogy a Föld felszínén egy adott helyen legalább négy műholdat lehessen "látni" a vevőkészülék antennájával.

Annak az esélye, hogy egy felhasználó négynél kevesebb műholdat lát egy adott helyen egy adott időben kb. 0,01%, azaz ilyen eset minden 10.000-dik felhasználóval fordul csak elő, de néhány perces várakozás után ezek a felhasználók is képesek legalább négy műholdjelet venni.

A GPS rendszer működését a földi vezérlőrendszer irányítja. A vezérlőrendszer három alapelemből áll: egy központi vezérlő állomásból, monitorállomásokból, földi antennákból.

A földi vezérlőegység a következő feladatokat látja el:
  • a műholdak működésének folyamatos figyelése, az egyes egységek állapotának ellenőrzése;
  • a műholdak pályaadatainak folyamatos mérése, a műholdon tárolt adatok frissítése;
  • a műhold fedélzeti óráinak szinkronizálása, a pontos idő beállítása;
  • a műholdon tárolt navigációs üzenettár frissítése, a helymeghatározáshoz szükséges korrekciós adatok (időjárási adatok, a légkör és az ionoszféra állapotjellemzői) gyűjtése és továbbítása a műholdak felé.
Forrás

Kapcsolódó cikkek:

Vissza