MIS ON GPS?
Globaalne positsioneerimissüsteem (GPS) on USA valitsuse satelliitnavigatsioonisüsteem, mis koosneb praegu vähemalt 24 töötavast satelliidist. GPS töötab mis tahes ilmastikutingimustes ja kõikjal maailmas 24 tundi ööpäevas, ilma liitumis- ja seadistustasudeta. Algselt viis USA kaitseministeerium (USDOD) satelliidid orbiidile sõjaliseks kasutuseks, kuid anti 1980. aastatel tsiviilkasutusse.
KUIDAS GPS TÖÖTAB?
GPS-satelliidid tiirlevad Maa ümber täpsel orbiidil kaks korda päevas. Iga satelliit edastab unikaalset signaali ja orbiidi parameetreid, mis võimaldavad GPS-seadmetel dekodeerida ja arvutada satelliidi täpse asukoha. GPS-vastuvõtjad kasutavad seda teavet ja triangulatsiooni kasutaja täpse asukoha arvutamiseks. Põhimõtteliselt mõõdab GPS-vastuvõtja iga satelliidi kaugust edastatud signaali vastuvõtmiseks kuluva aja järgi. Mitme satelliidi kauguse mõõtmise abil saab vastuvõtja määrata kasutaja asukoha ja seda elektrooniliselt kuvada, et mõõta sinu jooksumarsruuti,, kaardistada golfiväljakut,, leida koduteed või kõikjal seigelda.
Tänapäeval on GPS sisse ehitatud kõiksugustesse eri tüüpi seadmetesse, näiteks nutikelladesse, satelliitsideseadmetesse, autodesse, paatidesse jpm. Sinu kahemõõtmelise asukoha (laius- ja pikkuskraad) arvutamiseks ja liikumise jälgimiseks peab GPS-vastuvõtja olema lukustatud vähemalt kolme satelliidi signaalile. Kui vaateväljas on neli või enam satelliiti, saab vastuvõtja määrata sinu kolmemõõtmelise asukoha (laiuskraad, pikkuskraad ja kõrgus merepinnast). Enamasti jälgib GPS-vastuvõtja kaheksat või enamat satelliiti, kuid see sõltub kellaajast ja sinu asukohast Maa peal. Mõned seadmed suudavad seda kõike teha otse sinu randmelt.
Kui su asukoht on kindlaks määratud, saab GPS-seade arvutada muud teavet, näiteks:
- kiirus
- suund
- trajektoor
- reisi distants
- kaugus sihtkohani
- päikesetõusu/-loojangu kellaajad
- ja veel muudki
KUI TÄPNE ON GPS?
Tänapäeva GPS-vastuvõtjad on tänu paralleelsele mitmekanalilisele ehitusele äärmiselt täpsed. Meie vastuvõtjad lukustuvad esmakordsel sisselülitamisel kiiresti satelliitidele. Nende jälgimine püsib lukustatuna ka tihedate puude varjus või linnatingimustes kõrghoonete vahel. GPS-vastuvõtjate täpsust võivad mõjutada teatud atmosfääritegurid ja muud veaallikad. Garmini GPS-vastuvõtjate täpsus on tavaliselt kuni 10 meetrit. Nende täpsus on veelgi parem veekogul, sest seal puuduvad takistused, mis signaali segaksid.
GPS-SATELLIITSÜSTEEM
Need 31 satelliiti, mis praegu moodustavad GPS-i kosmosesegmendi, tiirlevad meie kohal ümber Maa umbes 19 000 km kõrgusel. Need satelliidid liiguvad pidevalt, tehes kaks täistiiru vähem kui 24 tunniga. Need liiguvad kiirusega umbes 11 000 km tunnis. Väikesed kanderaketid hoiavad iga satelliiti õigel teel.
Siin on veel mõned huvitavad faktid GPS-satelliitide kohta:
- GPS-i Ameerika Ühendriikide kaitseministeeriumi ametlik nimi on NAVSTAR.
- Esimene GPS-satelliit saadeti orbiidile 1978. aastal.
- Täieliku 24 satelliidist koosneva satelliitide rühmani jõuti 1994. aastal.
- Iga satelliit on loodud töötama umbes 10 aastat. Asendusi ehitatakse ja saadetakse orbiidile pidevalt.
- GPS-satelliit kaalub umbes 900 kg ja on avatud päikesepaneelidega umbes 5 m laiune.
- GPS-satelliitide toiteallikaks on päikeseenergia, kuid päikesevarjutuse puhuks on neil pardal varuakud.
- Saatja võimsus on ainult 50 vatti või vähem.
- GPS võtab praegu kasutusele Block III, see on kolmanda põlvkonna satelliit.
MUUD GPS-SÜSTEEMID
Maailmas on ka teisi GPS-iga sarnaseid süsteeme, mis kõik on klassifitseeritud globaalseteks satelliitnavigatsioonisüsteemideks (GNSS). GNSS on üldmõiste, mis viitab kõigile satelliitnavigatsioonisüsteemidele. Enamik Garmini vastuvõtjaid jälgib GPS-i, GLONASS-i ja Galileod ning mõned piirkondlikud variatsioonid jälgivad isegi BeiDoud ja QZSS-i. Neid nimetatakse mõnikord mitme satelliitide rühma vastuvõtjateks, kuna need jälgivad ja kasutavad mitut satelliitide rühma. Üldiselt võib eeldada, et lahendus on seda usaldusväärsem, mida rohkem satelliite see jälgib. Uuemate Garmini toodetega saab jälgida peaaegu 20 või 30 satelliiti.
MIS ON SIGNAAL
GPS-satelliitide signaalid on Maa pinnale jõudmise ajaks uskumatult nõrgad. Signaalid liiguvad vaateväljas, mis tähendab, et need läbivad pilvi, klaasi ja plasti, kuid ei läbi enamikku tahkeid objekte, näiteks hooneid ja mägesid. Kuid tänapäevased vastuvõtjad on tundlikumad ja suudavad jälgida enamasti ka läbi majade.
Viimastel aastatel on GPS lisanud orbiidile saadetavatele satelliitidele täiendava sageduse nimega L5. See täiustatud signaal on suurema võimsusega ja sel on paremad jälgimisomadused kui algsel L1 signaalil. Uuemad Garmini GPS-vastuvõtjad kasutavad nüüd täpsuse ja töökindluse parandamiseks L5. See mitme sagedusalaga lahendus ( st, nii L1 kui ka L5) annab puude varjus või linnakanjonis paremaid tulemusi.
GPS-signaal sisaldab kolme erinevat tüüpi teavet:
- Pseudojuhuslik kood on tuvastuskood, mille alusel tuvastatakse, milline satelliit teavet edastab. Oma seadme satelliidi lehel saad vaadata, millistelt satelliitidelt su seade signaale saab.
- Efemeriidide (e taevakalendri) andmeid on vaja satelliidi asukoha määramiseks ja need annavad olulist teavet satelliidi seisundi, praeguse kuupäeva ja kellaaja kohta.
- Kalendri andmed annavad GPS-vastuvõtjale teada, kus umbes iga GPS-satelliit peaks mitme kuu vältel igal ajahetkel olema, ning näitavad selle satelliidi ja süsteemi kõigi teiste satelliitide orbiiditeavet.
GPS-SIGNAALI VEAALLIKAD
GPS-signaali ja selle täpsust võivad mõjutada järgmised tegurid:
- Ionosfääri ja troposfääri mõju – atmosfääri läbides satelliitsignaalid aeglustuvad. GPS-süsteem kasutab seda tüüpi vigade osaliseks parandamiseks sisseehitatud mudelit.
- Signaali mitmeteelisus – GPS-signaal võib objektidelt, näiteks kõrghoonetelt või suurtelt kivipindadelt, peegelduda enne kui see vastuvõtjani jõuab, mis pikendab signaali liikumisaega ja põhjustab vigu. Signaal L5 parandab vastuvõtja võimet eristada, millised signaalid on peegeldused ja millised on otsenähtavuses.
- Vastuvõtja kella vead – vastuvõtja sisseehitatud kellal võib esineda väikseid ajastusvigu, kuna see on vähem täpne kui GPS-satelliitide aatomkellad.
- Orbiidivead – satelliidi teatatud asukoht ei pruugi olla täpne.
- Nähtavate satelliitide arv – mida rohkem satelliite GPS-vastuvõtja „näeb“, seda suurem on täpsus. Kui signaal on blokeeritud, võib see põhjustada positsioneerimisvigu või ei pruugita asukohta üldse määrata. Üldjuhul GPS-seadmed vee ega maa all ei tööta, kuid väga tundlikud vastuvõtjad suudavad mõningaid signaale hoonete sees või puude all siiski jälgida.
- Satelliitide geomeetria / signaali varjutus – Satelliidisignaalid on tõhusamad, kui satelliidid paiknevad üksteise suhtes lainurkade all, mitte reas või tihedas grupeeringus. See on üldiselt põhjus, miks kõrgus merepinnast ei ole nii täpne kui horisontaalne asukoht.
- Piiratud kasutatavus (Selective Availability, SA) – Ameerika Ühendriikide kaitseministeerium rakendas kunagi satelliitidele SA-d, muutes signaalid vähem täpseks, et „vaenlased“ ei saaks ülitäpseid GPS-signaale kasutada. USA valitsus lülitas SA välja 2000. aasta mais, mis parandas tsiviilotstarbeliste GPS-vastuvõtjate täpsust.
