Računalnik in jaz: GPS

Ko smo še nekaj let nazaj šli na pot v neznano, smo za to potrebovali zemljevid, kompas in nekaj občutka za orientacijo.

Kljub vsej opremi smo kdaj zašli s poti in se tudi izgubili. Bolj nerodno pa je bilo, če se je izgubilo kako letalo ali ladja, zato je pri njih že nekaj časa v uporabi satelitski sistem navigacije. Danes je tak sistem dostopen že vsem in ga najdemo skoraj na vsakem koraku, kjer je potrebno imeti pravo navigacijo.

GPS je kratica za »Global Positioning System«, kar lahko v slovenščino prevedemo kot sistem globalnega določanja položaja. GPS je satelitski navigacijski sistem, ki se uporablja za določanje natančnega položaja in časa kjerkoli na Zemlji ali v zemeljski tirnici. Njegovi sateliti na potovanju okrog Zemlje uporabljajo srednjo krožno tirnico.

Sistem GPS je zasnovalo obrambno ministrstvo ZDA, ki ga tudi upravlja. Prosto ga lahko uporablja vsakdo, ki ima ustrezen sprejemnik. Razdeljen je na tri odseke: vesoljskega, nadzornega in uporabniškega. Vesoljski odsek vključuje satelite GPS, nadzorni zemeljske postaje, ki skrbijo za nadzorovanje poti satelitov, usklajevanje njihovih atomskih ur in nalaganje podatkov, ki jih oddajajo sateliti. Uporabniški odsek sestavljajo civilni in vojaški GPS sprejemniki, ki razberejo časovne podatke iz večjega števila satelitov in nato izračunajo položaj sprejemnikov s postopkom trilateracije.

Sistem sestavlja najmanj 24 satelitov v šestih ravninah tirnic. Vsak od njih Zemljo obkroži dvakrat na dan na višini 20.200 kilometrov in ima nameščeno atomsko uro. Satelit neprestano oddaja čas in podatke o tirnici gibanja, ki jih določajo zemeljske opazovalnice.

Za pridobitev podatkov o zemljepisni dolžini in širini, nadmorski višini ter točnem času potrebujemo signale štirih satelitov. Iz razlike med časom sprejema signala in časom njegove oddaje lahko določimo razdaljo med sprejemnikom in satelitom. Nato iz njihovih signalov in notranje baze podatkov ugotovimo mesta satelitov. Sprejemnik se torej nahaja na sferi, katere središče je satelit in katere polmer je določen z razdaljo, ki jo premagajo radijski signali v času od trenutka oddaje do trenutka sprejema signala. Ker sprejemnik hkrati sprejema signale iz več satelitov, je mogoče določiti položaj sprejemnika na osnovi presečišča sfer s posameznih satelitov. Praviloma je za določitev položaja v tridimenzionalnem prostoru dovolj poznavanje treh sfer, zato bi bilo tudi za določitev položaja sprejemnika dovolj sprejemati signale s treh satelitov.

Osnovna funkcija GPS sprejemnika je prikaz točne lokacije, geografskih koordinat, na kateri je sprejemnik. Do leta 2000 so sateliti oddajali premaknjen čas in koordinate. Poleg teh osnovnih podatkov so oddajali še šifriran signal, ki je sporočal namenoma povzročeno napako. Ta signal so lahko dešifrirali samo sprejemniki oboroženih sil ZDA. Civilni sprejemniki so kazali koordinate, ki so bile do 120 metrov napačne. Po letu 2000 pa teh motenj ne uporabljajo več in so koordinate natančne na 10 metrov.

V sprejemnik lahko vnesemo koordinate cilja in sprejemnik prikaže, v kateri smeri je cilj in koliko je oddaljen. Da najdemo pot do cilja, potrebujemo tako le še kompas. Smer se po izbiri prikaže kot azimut ali kot odstopanje od trenutne smeri gibanja. V sprejemnik lahko vnesemo tudi koordinate več točk in jih med seboj povežemo. Ko dosežemo prvo točko, začne sprejemnik prikazovati smer k naslednji točki in tako naprej.

Naprednejši sprejemniki imajo naložene zemljevide, predvsem avtocestne ali pomorske, in na zaslonu je prikazan trenutno aktualni izrez z zemljevida, položaj in druge informacije. Posebna strojna in programska oprema omogoča tudi povezavo z avtopilotom na ladji ali letalu in sprejemnik po vneseni poti krmili avtopilota. Pogosto se uporablja signal iz sistema GPS tudi le za zelo natančno določitev lokalnega časa.

GPS vas vedno vodi po pravi poti. Iz izkušenj lahko povem, da v avtu pride še kako prav, saj vas vodi brez napak. Cenovno so te naprave že dokaj dostopne.