TECHNICKÉ ZÁKLADY

HISTORIE

GPS (Global Positioning System), je družicový celosvětový systém určování polohy a času. Tento navigační systém vyvinutý pod názvem NAVSTAR v USA původně jen pro vojenské účely je spravován Ministerstvem obrany USA. Hlavní řídící stanice na voj. letecké základně v Colorado Springs (USAF`s Space and Missile Systems Center) sleduje všechny družice tohoto systému s pomocí dalších pozemních stanic na celém světě. Stanice upravují polohy družic, zaručují stabilitu systému a mají též zabránit zneužití systému např. imitací vysílajícího satelitu. Po dlouhá léta byl systém využíván kromě vojenství jen při profesionálních aplikacích, zejména v letecké a námořní dopravě. Pro jednotlivce byl dlouho nedostupný ze strategických i finančních důvodů, dnes je však civilní sektor podstatnou částí aplikace technologie GPS. Od 1. 5. 2000 je zrušena ze strany USA uskutečňovaná záměrná degradace navigačních signálů (SA) v civilním kódu L1, za účelem zhoršování přesnosti navigace. Toto opatření se prakticky projevilo ve zvýšené přesnosti určování polohy ze 100 na 20 m a zlepšení provozní spolehlivosti, v celé civilní sféře.

GPS není jediný navigační systém, funkční a využívané navigační systémy jsou dále LORAN C s fázově kódovanými impulsy na 100 kHz, ruský RSBN, VHF/UHF rádiové kompasy, nebo ruský, také družicový navigační systém GLONASS. Nefunkční je už první navigační systém OMEGA s celosvětovým pokrytím (10 až 11 kHz) s tehdy výbornou přesností 3 až 6,5 km.

PRINCIP FUNGOVÁNÍ GPS

Znáte-li (změříte-li), vzdálenost minimálně od tří satelitů, nalézáte se tak na průniku 3 kulových ploch v jejichž středu jsou jednotlivé družice. Další, čtvrtou plochou je povrch Země. Vypočet se ještě dále zpřesňuje změřením vzdáleností k dalším viditelným satelitům. Vzdálenost se spočítá jako podíl rychlosti šíření radiových vln (300000 km/s) a času, uběhlým mezi okamžikem, kdy byla data z družice vyslána a okamžikem, kdy byla přijata. K tomu je však zapotřebí extrémně přesný údaj času jak na straně vysílače, tak přijímače. Proto každá z družic na své palubě nese velmi přesný a drahý cesiový nebo rubidiový oscilátor, sloužící jako časový a kmitočtový normál. Aby hodiny v GPS přijímači dosáhly stejné přesnosti, je z přijímaného signálu vypočítáván tzv. clock offset, který v kombinaci s velmi přesnými časovými značkami vysílanými z družic umožňuje přijímači zobrazovat čas s chybou menší než 1 mikrosekunda (typicky 300 ns).

Výkonný mikropočítač v GPS přijímači potom na základě srovnání vzdáleností od několika (min. 3) družic dokáže vypočítat polohu a zobrazit ji v různých formátech. Přijímač nejdříve vygeneruje kopii přijímaného signálu a synchronizuje jej. Takto se určí u sledovaných družic tzv. pseudovzdálenost a při jejich známé poloze lze již vypočítat souřadnice polohy přijímače.

GPS A MAPA

Nutnou podmínkou pro bezproblémovou spolupráci přijímače GPS a mapy je, aby byly ve stejném souřadném systému.

Základním systémem, ve kterém pracuje GPS, je geocentrický souřadný systém WGS-84 (World Geodetic Systém), světový geodetický systém z roku 1984, který poskytuje údaje ve tvaru zeměpisné délky a šířky. Tento systém používá většina států západní Evropy.

U nás v minulosti koexistovaly dva systémy, a to civilní souřadný systém JTSK (Jednotná Trigonometrická Síť Katastrální) a vojenský systém států Varšavské smlouvy S-42. Rozdíly mezi zeměpisnými souřadnicemi v systému S-42 a souřadnicemi WGS-84 v rámci ČR činí cca 100-150m. Většina přístrojů nabízí uživatelské nastavení systému, takže mapy v S-42 lze použít, JTSK však vzhledem ke složitosti systému použít nelze. Nicméně většina nových map již má souřadnou síť WGS-84 a dokonce rejstříky významných bodů pro použití v GPS.

NAVIGACE S GPS

V posledních letech došlo díky technologickému pokroku ke značné miniaturizaci GPS přijímačů, ke snížení jejich ceny i spotřeby energie z baterií a tím většímu rozšíření mezi řadu uživatelů.

Trasové body

Základní funkcí GPSky je možnost ukládání trasových bodů (waypoints) do paměti. Trasový bod lze získat např. zaznamenáním aktuální pozice přijímače nebo odečtením souřadnic daného místa z mapy (ať už papírové, nebo digitální). Využití trasových bodů je různorodé: uživatel si v terénu může zaznamenat pozici jakéhokoliv místa, trasový bod lze použít pro funkci GOTO (viz níže), z více trasových bodů lze sestavit trasu (viz níže), po které je možné nechat se navigovat.

Navigace k trasovému bodu (funkce GOTO)

Uložený trasový bod v paměti přístroje lze použít k navigaci ze současné pozice. K tomu slouží funkce GOTO - navigace k cíli přímým, tedy nejkratším způsobem. Po aktivaci funkce se zobrazí na displeji kompasová šipka (viz obr. 2), jejíž směr stačí sledovat. Přístroje často též zobrazují zbývající čas potřebný k dosažení bodu při aktuální rychlosti, zbývající přímou vzdálenost, atd.

Trasy

Trasu (route) lze definovat jako sekvenci trasových bodů, ke kterým vás poté GPSka postupně (pomocí funkce GOTO) naviguje. Trasa může být upravována přímo v přístroji, nebo pomocí počítače připojeného kabelem (viz sekce software).