GPS – jak to działa?

GPS czyli Global Positioning System to system nawigacyjny, mający na celu dostarczyć użytkownikowi dokładną informację o jego położeniu.

System GPS składa się z trzech segmentów:

• Segment kosmiczny – 24 satelity czynne (oraz kilka w trybie serwisowym). Satelity krążą około 20 200 km nad powierzchnią ziemi po orbitach kołowych, obiegając glob w niespełna 12 godzin.
• Segment naziemny – 15 stacji kontrolnych i monitorujących, które umieszczone są blisko równika wokół całej ziemi (Colorado Springs, Hawaje, Przylądek Canaveral, Wyspa Wniebowstąpienia, wyspa Diego Garcia, Atol Kwajalein, Alaska, Waszyngton, Ekwador, Wielka Brytania, Bahrajnie, Korea Południowa, Republika Południowej Afryki, Australia oraz Nowa Zelandia).
• Segment użytkownika – odbiornik sygnału GPS

Zasada działania systemu GPS

W uproszczeniu – odbiornik GPS odbiera sygnał radiowy z dostępnych nad nim satelitów GPS. Różnice w czasie dotarcia tego sygnału do odbiornika pozwalają określić jego odległość od poszczególnych satelitów. Odbiornik otrzymuje też aktualne informacje o położeniu poszczególnych satelitów. Dzięki nim może obliczyć własne położenie czyli długość i szerokość geograficzną oraz wysokość elipsoidalną.

Ta komunikacja radiowa opiera się na falach ultrakrótkich (1575,42 MHz i 1227,6 MHz). Właściwości fal tej częstotliwości są zbliżone do światła widzialnego. Odbiornik GPS musi „widzieć” satelitę, aby odebrać jego sygnał. Oznacza to że pomiędzy satelitą a odbiornikiem możliwe jest poprowadzenie prostej linii, której nie przecina krzywizna ziemi ani nieprzenikliwe przeszkody naziemne (góry, wysokie budynki). Propagacji fal nie przeszkadza jednak mgła, deszcz ani dym.

Aby możliwe było określenie położenia, odbiornik musi odebrać sygnał z co najmniej czterech satelitów systemu GPS. Przy trzech satelitach możliwa jest lokalizacja bez podania wysokości. W każdym punkcie globu widzialnych jest od 5 do 12 satelitów, nad terenem Polski widać ich od 10 do 12. Niemniej w trakcie korzystania z systemu GPS możesz natrafić na miejsca, w których odbiór sygnału z satelitów jest ograniczony lub niemożliwy. Ograniczenia mogą wystąpić w dolinach otoczonych wysokimi górami, w gęstej i wysokiej zabudowie miejskiej. Sygnał nie dotrze do odbiornika gdy znajdzie się on pod ziemią np. w tunelu lub na podziemnym parkingu.

Rozwój odbiorników GPS

Urządzenie, które dziś zwyczajowo nazywamy „GPS”, w rzeczywistości jest specjalizowanym komputerem nawigacyjnym. Odbiornik GPS jest tylko jednym z jego elementów. Jednakże w większości wypadków, użytkownik oczekuje znacznie więcej informacji niż tylko ciąg cyferek określających jego położenie.

Pierwotnie odbiornik GPS podawał tylko koordynaty. Dzięki klasycznej papierowej mapie uwzględniającej długość i szerokość geograficzną, można było poruszać się w terenie. Niektóre odbiorniki GPS można było za pomocą USB, PCMCIA, ExpressCard lub BlueTooth-a spiąć z komputerem lub palmtopem. Zainstalowane na nim oprogramowanie pozwalało przedstawić pozycję na elektronicznej mapie. Tą samą funkcję realizowały przenośne urządzenia wojskowe i turystyczne z wgranymi do pamięci mapami określonego rejonu.

Od 1 maja 2000 roku, decyzją prezydenta USA Billa Clintona, wyłączono celowe zakłócanie sygnału dostępnego dla użytkowników cywilnych. Zmniejszyło to rozrzut podawanych wyników z około 100 m do 4-12 m. Taka dokładność okazała się wystarczająca do asystowania kierowcom poruszających się po drogach. Zaowocowało to dynamicznym rozwojem oprogramowania nawigacyjnego. Dzisiejsze aplikacje nawigacji drogowej, wykorzystując lokalizację GPS, oferują możliwość wytyczenia trasy pomiędzy szeregiem zadanych punktów, podają informacje o nadchodzących manewrach, wskazują optymalne pasy ruchu, podają dopuszczalne prędkości, ostrzegają przed zagrożeniami oraz korkami. Korzystać mogą z map wgranych do pamięci urządzenia lub ładować je na bieżąco z Internetu.

Nawigacje GPS

Zarówno urządzenia jak i oprogramowanie ulega coraz większej specjalizacji. Najlepszym przykładem są nawigacje motocyklowe – ich obudowy są wodoodporne, wyświetlacze dostosowane do obsługi w rękawicach, komunikaty mogą być transmitowane do interkomu w kasku a oprogramowanie uwzględnia specyfikę jazdy motocyklem (trasy kręte, off-road itp.) Podobnie jak w przypadku nawigacji samochodowych widać również dążenie do integracji systemu nawigacyjnego z elektroniką motocykla. Wkrótce nie będzie to już odrębne urządzenie ale stanie się częścią motocyklowego komputera.

Dataloggery i lokalizatory GPS

Innym zastosowaniem odbiornika GPS jest Datalogger czyli lokalizator lub rejestrator trasy. Jego zadaniem jest rejestracja  kolejnych punktów w których urządzenie się znajduje. Historie przebytej trasy można później odczytać za pomocą komputera. Jeżeli Datalogger został wyposażony w moduł GSM, może pełnić rolę lokalizatora. Odczytywane przez odbiornik GPS pozycje przesyłane są za pomocą sieci GSM i mogą być wyświetlane w czasie rzeczywistym na komputerze podłączonym do Internetu. Takie rozwiązanie jest stosowane jako dodatkowe zabezpieczenie na wypadek kradzieży oraz ułatwia zarządzanie pojazdami flotowymi. Zaawansowane lokalizatory GPS mogą odczytywać informacje z komputera pokładowego i wraz pozycją oraz prędkością przesyłać je do właściciela. Stąd gdy oddajesz wypożyczony motocykl nie ukrywaj tego co się z nim działo. Najprawdopodobniej wypożyczalnia i tak dysponuje kompletnym zapisem twoich wyczynów!

Aspekty prawne używania nawigacji

Zakazy i ograniczenia

W chwili obecnej nie mam wiedzy o krajach w których korzystanie z odbiorników GPS byłoby nielegalne. W wielu krajach Europy obowiązują jednak odrębne przepisy w wyniku których zamontowane urządzenie nawigacyjne nie może utrudniać prowadzenia pojazdu a w szczególności ograniczać kierowcy widoczności.

Wyruszając w podróż po świecie warto pamiętać o ograniczeniach dotyczących informowania o fotoradarach, jakie obowiązują w niektórych krajach. Zakaz stosowania tej funkcji  obowiązuje w następujących krajach :

• Turcja
• Szwajcaria
• Liechtenstein
• Cypr
• Czechy (wystarczy wyłączenie funkcji w urządzeniu)
• Macedonia
• Francja (wystarczy wyłączenie funkcji w urządzeniu)
• Bośnia i Hercegowina (wystarczy wyłączenie funkcji w urządzeniu)
• Hiszpania

W rejonach konfliktów zbrojnych lub dużych manewrów wojskowych może nastąpić zagłuszanie lub celowe modyfikowanie sygnałów GPS – wybierając się w takie miejsca warto zabezpieczyć się zabierając klasyczne papierowe mapy i kompas.

Z nawigacji korzystaj świadomie

Mapy stosowane w urządzeniach nawigacji nigdy nie będą w pełni bezbłędne i aktualne. Dotyczy to zwłaszcza informacji o dopuszczalnej prędkości oraz zakazów wjazdu/ruchu. Korzystając z nawigacji GPS zawsze traktuj ją jako podpowiedź a sposób jazdy dostosuj do znaków i sytuacji na drodze.