Seminarski rad
Glonass I gps
Uvod
Sa tehničke tačke gledišta, svijetska navigacija je prije hiljadu godina korišćena isključivo da
definiše način upravljanja brodom do željene lokacije. Iako je to imalo značaja i za ljude na zemlji,
sva istraživanja u navigacionom domenu su bila orijentisana na pomorske aplikacije. Nakon
pronalaska prve letilice, u svijetu se navigacija koristi za aeronautiku i otvara vrata za razvoj novih
sistema.
U poslednjem vijeku, vrsta dostupnih navigacionih senzora je zadržala doseg navigacije na skupim
aplikacijama. Istraživanje i razvoj su bili posvećeni vojnim aplikacijama pre nego što su djelimično
predstavljeni u civilnim aplikacijama. Poslednjih 30 godina se primjetio značajan napredak u
senzornim tehnologijama i performansama procesora sa progresom u domenu poluprovodnika
vodeći ka pojavi mikroprocesora. Ova dostignuća, kombinovana sa smanjenjem troškova, su
otvorila vrata novim aplikacijama, posebno na zemljinom polju. Potencijalni broj novih korisnika
je veliki i istraživanja su danas takođe usmjerena u razvitak sistema za nevojnu aplikaciju.
Navigacija vozila je prva komercijalna meta za nisko troškovne navigacione sisteme. Danas,
postojanje senzora takođe dopušta ponudu ovakvih navigacionih sistema pojedincima: da pruži
informaciju o poziciji i mogućnost upravljanja.
Navigacija se generalno definise kao upravljanje objektom ili osobom od trenutne lokacije do
željene tačke.
U ovom radu cemo se osvrnuti na sam istorijat , princip rada i primjenu GPS-a i Glonass-a.
2
1. ISTORIJA GPS-a
Sistem rada GPS-a zasniva se uglavnom na sličnim zemaljskim radio navigacionim sistemima kao
što su LORAN i Decca Navigator koji su razvijeni u ranim 1940-ima i koji su korišteni za vrijeme
Drugog svjetskog rata. Dodatna inspiracija za GPS došla je kada je Sovjetski Savez lansirao prvi
vještački satelit Sputnik 1957. godine. Tim američkih stručnjaka predvođen dr. Richardom B.
Kershnerom bilježili su Sputnikove radijske transmisije. Pritom su otkrili da je zbog Doplerovog
efekta frekvencija signala transmitiranog sa Spuntika bila viša kada se satelit približavao njima, a
niža kada se satelit od njih udaljavao. Shvatili su da pošto znaju svoju tačnu lokaciju na globusu
mogu predvidjeti tačku gde se satelit nalazi duž svoje orbite mjerenjem Doplerove distorzije.
2
. POTREBA ZA GPS-om
Iako su velike potrebe postojale za preciznu navigaciju u vojnom i civilnom sektoru, niti jedna od
njih nije bila smatrana opravdanjem za trošenje milijardi dolara u istraživanje, razvoj,
implementaciju i funkcionisanje kompleksne konstrukcije navigacionih satelita. Ipak tokom
hladnoratovske trke u naoružanju nuklearna prijetnja samom postojanju Sjedinjenih Država bila je
upravo ona potreba koja je u očima Kongresa SAD-a opravdavala ovaj trošak, te je zbog toga
odlučeno da se finansira ovaj projekat. Precizna navigacija omogućila bi američkim
podmornicama dobijanje preciznog položaja njihovih pozicija prije lansiranja vlastitih raketa.
Američko ratno vazduhoplovstvo takođe je imalo zahtjeve za preciznijim i pouzdanijim
navigacionim sistemom. Ratna mornarica i vazduhoplovstvo paralelno su razvijale vlastite
tehnologije da riješe ono što je zapravo bio isti problem. Godine 1960. ratno vazduhoplovstvo
predložilo je radio navigacioni sistem nazvan MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM
Control) koji je zapravo bio 3-D LORAN. Sljedeća studija nazvana Projekt 57 izvršena je 1963. i
4
Ovaj princip rada podrazumijeva da su časovnici na svim satelitima, kao i na prijemniku potpuno
sinhronizovani, da bi se vremenski razmak između poznate sekvence signala sa satelita i na
prijemniku tačno izmjerio. Na satelitima se nalaze atomski časovnici, veoma precizni i skupi.
Međutim, prijemnik ima daleko manje precizan časovnik, kristalni oscilator. Nedostatak
preciznosti se riješava uvođenjem mjerenja udaljenosti od još jednog satelita. Sat na prijemniku
uvodi istu vremensku i prostornu grešku kada proračunava udaljenost od sva četiri satelita. Može
se izračunati za koliko treba korigovati sat da bi se četiri sfere sjekle u jednoj istoj tački. Na taj
način se sat na prijemniku neprekidno koriguje. Jedna od primjena GPS-a je veoma precizno
računanje vremena i sinhronizacija
Slika 1. Nelansirani satelit GPS-a prikazan u Aerosvemirskom muzeju u San Diegu
5. KOMPONENTE SISTEMA
GPS se sastoji od tri segmenata: svemirskog, kontrolnog i korisničkog.
5.1.SVEMIRSKA
KOMPONENTA
Komponentu u vasioni čine GPS sateliti u orbiti Zemlje. Broj i raspored satelita se mijenjao
tokom vremena, kako se GPS sistem razvijao. Blok I sateliti su puštani u rad od 1978. do 1985.
godine i do danas su svi van funkcije.
Originalni koncept Blok II satelita predstavljaju 24 GPS satelita koji se kreću u 6 orbitalnih
ravni, ravnomjerno raspoređenih u odnosu na Zemlju, koje su nagnute pod uglom od 55° u
odnosu na ekvatorijalnu ravan. Orbitalne ravni ne rotiraju u odnosu na udaljenje zvijezde. U
svakoj orbitalnoj ravni se kreću po 4 satelita, po orbitama koje su skoro kružne, međusobno
pravilno raspoređeni po krugu orbite, pod uglom od 90° stepeni. Prečnik orbita je oko četiri puta
5
veći od prečnika Zemlje i svaki od satelita jednom obiđe svoju orbitu za 12 časova, tako da u
odnosu na površinu Zemlje svaki satelit svakog dana obiđe istu putanju. Ovaj broj i pravilan
raspored satelita garantuje da se sa svake tačke na Zemlji u svakom trenutku na horizontu nalazi
bar četiri satelita. To su četiri satelita potrebna za određivanje pozicije GPS prijemnika.
Pošto sateliti izlaze iz funckije zbog održavanja, kvarova ili isteka radnog vijeka, oko Zemlje
kruži više satelita i često ih je aktivno više od 24.
Slika 2. GPS sateliti u orbiti zemlje
5.2.KONTROLNA
KOMPONENTA
Kontrolnu komponentu čine stanice za praćenje satelita, kontrolne stanice i zemljišne antene.
Stanice za praćenje satelita se nalaze na Havajima, Kvajlin ostrvu, Aknezijskom ostrvu, ostrvu
Dijego Garsija i Kolorado Springsu, u Koloradu. Uloga ovih stanica je da prate kretanje satelita i
podatke šalju glavnoj kontrolnoj stanici u Kolorado Springsu. Tu se vrše proračuni i preko
zemljišnih antena koje se nalaze na Kvajlin ostrvu, Aknezijskom ostrvu, i ostrvu Dijego Garsija.
Satelitima se šalju ažurirani podaci o njihovoj tačnoj poziciji i vremenu. Ažuriranje se vrši dva
puta dnevno, čime se vrše precizna podešavanja sistema. Novija generacija satelita je u stanju da
međusobno komunicira i sinhronizuje podatke, pa preciznost određivanja pozicije ne bi bila
bitno narušena, ni kad bi sateliti danima radili nezavisno od kontrolne komponente sa Zemlje.
5.3.
KORISNIČKA
KOMPONENTA
Korisničku komponenu čine GPS prijemnici na Zemlji. Prijemnici mogu biti komponente
uključene u druge uređaje, kao npr. mobilni telefon (Slika 3), sat i slično, ili samostalni GPS
uređaji. Osnovne komponente GPS rijemnika su antena podešena na frekvenciju GPS satelita,
kristalni oscilator koji služi kao časovnik i mikroprocesor koji obrađuje signale. Prijemnici se
često opisuju prema tome koliko kanala imaju. Svaki kanal prati po jedan satelit. Stariji modeli
su imali četiri do pet kanala, a današnji uglavnom 12 do 20 kanala. GPS prijemnici mogu imati u
sistemu komponentu koja prima diferencijalne signale. Diferencijalni signal se dobija preko
