V čem nám pomůže GPS?

Přijímače rozdělujeme podle přijímaných pásem na jednofrekvenční, dvoufrekvenční a vícefrekvenční (připravují se pro pásmo L5). Podle kanálů pak přijímače dělíme na jednokanálové (používané v raných fázích projektu GPS) a vícekanálové. A podle principu výpočtů na kódové či fázové a kódové.

Běžně dostupné přijímače k amatérskému (tj. negeodetickému a nevojenskému) vyžití se vyrábí jako jednofrekvenční, vícekanálové a kódové. Jednoduchý přijímač signálu GPS pro se skládá z antény, předzesilovače, procesoru, časové základny (často křemíkový krystal o přesnosti

Princip zaměření polohy přijímače v systému GPS

Poté, kdy kdokoli zakoupí navigační přístroj GPS, začne ho dříve nebo později trápit otázka, jakým způsobem zjišťuje přijímač svou polohu. Propátrat mnoho stránek na informační internetové dálnici je možné, ale ucelený výklad základního principu se plně najít nepodaří.

Nerozumím elektronice ani kódování signálu a pojmy jako autokorelace, subrámce, P-code a další, které zvučně zní na internetu, mi nic neříkají. Myslím, že nic neříkají většině čtenářů. Řada článků uvádí, že přijímač měří čas mezi okamžikem vyslání signálu a okamžikem přijetí signálu. Vynásobením rychlostí světla (rychlost šíření radiového signálu) získáme vzdálenost od vysílající družice. Signál obsahuje informaci o poloze družice a pak už je to hračka.

Mám-li družice 3, získám 3 kulové plochy možného výskytu přijímače a relativně jednoduchým výpočtem (zvládne ho téměř každý profesor vysokoškolské matematiky) zjistím jejich průnik (jsou 2, z toho jeden je nesmysl) a mám vyhráno. Háček je v tom, že přijímač neví, kdy byl signál vyslán. Představa o naprosto synchronních hodinách v družici a v přijímači je nereálná (když přijímač koupíte nemá ani baterie a žádný čas se nenastavuje.

Navíc hodiny s přesností o 0,001 s za rok vykážou denně odchylku, která odpovídá vzdálenosti cca 800m a takové hodinky za cenu GPS přijímače opravdu nepořídíte). Takže je základním předpokladem, že všechny satelity systému na oběžné dráze mají přesně synchronizovaný čas a jsou schopné přesně stanovit svou polohu. K tomu slouží pozemní stanice, které při průletu družice upřesňují její hodiny a dráhu, případně jí sdělí informace o chybách těchto hodnot.

Družice pak vysílají signál všechny ve stejných okamžicích. Signál obsahuje mimo jiné informaci o poloze družice a času, kdy ho vyslala (např. čas č. 1, čas č. 2 čas č. 3 atd.) Přijímač tyto signály přijímá a vyhodnocuje. Pro zjednodušení začneme v ploše (2D) a u dvou družic, kdy družice A je k přijímači blíž. Obě družice v čase č.1 vyšlou signál. Přijímač získá od družice A signál s časovou značkou č.1 v čase T. Od družice B získá signál s časovou značkou č. 1 v čase T + t (protože je dál). Toto t (čas, který uplyne mezi přijetím signálů) jí poví, že se nachází o t x rychlost světla blíž k družici.

A (nezajímá ho kdy byl signál vyslán a jak daleko družice je, jde o ten rozdíl vzdáleností). Protože získal informace o poloze obou družic, může určit křivku, na které leží. Touto křivkou je hyperbola – tzn.: Množina všech bodů X v rovině, které mají od dvou různých ohnisek F a F´ konstantní (neměnnou) absolutní hodnotu rozdílu vzdáleností. V tomto případě jsou družice v ohniscích (A-F, B-F´) a přijímač je kdekoli na křivce. Dáme-li to do prostoru (3D), máme pěknou zakřivenou plochu zvanou rotační hyperboloid. Náš přijímač se nachází někde na této ploše.

Jestliže přijímač získá údaje z další družice C, spočítá další dvě plochy se soustav A-C a B-C. Protnutím těchto tří ploch získá dva body v prostoru, z nichž jeden je kdesi v prostoru a druhý je náš přijímač na zemi. Tuto polohu promítne do mapy, kterou má uloženou v paměti. Není tedy nutné mít v přijímači přesné hodiny. Je ale nutné umět přesně měřit čas. A to v řádech 3x10-8 s pro přesnost 10 m. Následně je přijímač schopen převzít přesný čas, který běží na družicích.