Τι είναι GPS

[Black_Shadow]

Το όνομά του GPS προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων global positioning system, το οποίο ουσιαστικά σημαίνει σύστημα προσδιορισμού θέσης (στίγματος) στη γη. Το GPS είναι ένα σύστημα που αποτελείται από 24 δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά στο διάστημα, σε απόσταση 11 χιλιάδων ναυτικών μιλίων από τη γη και κινούνται σε 6 διαφορετικές τροχιές.
Οι δορυφόροι αυτοί βρίσκονται διαρκώς σε κίνηση, κάνοντας 2 πλήρεις περιφορές γύρω από τη γη σε λιγότερο από 24 ώρες. Αν το υπολογίσουμε με μαθηματικά θα δούμε ότι η ταχύτητά τους φτάνει τα 1,8 μίλια το δευτερόλεπτο !
To GPS (Global Positioning System) είναι ένα σύστημα πλοήγησης που βασίζεται σε σήματα που εκπέμπονται από ένα δίκτυο δορυφόρων που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη γη. Η μετάδοση από κάθε δορυφόρο πληροφοριών για την ακριβή ώρα και θέση του, επιτρέπει σε έναν κατάλληλο δέκτη (συσκευή GPS) να υπολογίσει με τριγωνισμό τη δική του θέση, η οποία εμφανίζεται στην οθόνη του εκφρασμένη σε συντεταγμένες ενός συγκεκριμένου γεωδαιτικού συστήματος αναφοράς (προεπιλεγμένο το WGS 84).
Το δίκτυο δορυφόρων που αναγνωρίζουν οι συσκευές του εμπορίου έχει τεθεί σε τροχιά από τις Υπηρεσίες Αμυνας των ΗΠΑ και λέγεται NAVSTAR (υπάρχει και αντίστοιχο ρωσικό δίκτυο). Το εν χρήσει GPS δίκτυο εκπέμπει σε δύο συχνότητες, από τις οποίες η μία χρησιμοποιείται μόνο για στρατιωτικούς σκοπούς, ενώ η δεύτερη, που είναι ανοιχτή σε κοινή χρήση, παρέχει μειωμένη ακρίβεια.
Υπάρχουν διαφόρων τύπων δέκτες δορυφορικών σημάτων του GPS, που εξυπηρετούν διαφορετικές εφαρμογές και απαιτήσεις ακρίβειας.

Xαρακτηριστικά

Μερικά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται
Ο πρώτος δορυφόρος GPS εκτοξεύτηκε τον Φεβρουάριο του 1978.
Ο κάθε δορυφόρος ζυγίζει κάτι λιγότερο από 1 τόνο, και το πλάτος του δεν ξεπερνά τα 5 μέτρα με τις ηλιακές κυψέλες σε ανοιχτή θέση.
Η ισχύς του πομπού του είναι μέγιστο 50 watt.
Κάθε δορυφόρος εκπέμπει σε τρεις διαφορετικές συχνότητες. Τα GPS πολιτικής χρήσης χρησιμοποιούν τη συχνότητα L1, στα 1575.42 MHz.
Οι δορυφόροι GPS έχουν μέση διάρκεια ζωής 10 χρόνια. Η αντικατάστασή τους γίνεται κανονικά εδώ και χρόνια με νέους δορυφόρους. Οι προγραμματισμένες διαστημικές αποστολές σήμερα περιλαμβάνουν αντικαταστάσεις δορυφόρων GPS μέχρι το 2006.
Οι τροχιές των δορυφόρων GPS περνούν από περίπου 60 μοίρες βόρεια μέχρι 60 μοίρες νότια. Αυτό σημαίνει ότι κάποιος μπορεί να έχει σήμα από τους δορυφόρους σε οποιοδήποτε σημείο πάνω στη γη, οποιαδήποτε στιγμή. Καθώς πηγαίνουμε προς τους πόλους οι δορυφόροι δε θα περνούν πλέον από πάνω μας, με αποτέλεσμα να χάνουμε λίγο σε ακρίβεια.
Το μεγαλύτερο καλό που προσφέρει το σύστημα GPS σε σχέση με τα προηγούμενα συστήματα προσδιορισμού θέσης μέσω σταθμών εδάφους, είναι ότι το GPS δουλεύει ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Και βέβαια, στις δύσκολες συνθήκες είναι που το χρειάζεται κανείς περισσότερο.
Ας δούμε λοιπόν τι περιεχόμενο έχει η πληροφορία που εκπέμπει ένας δορυφόρος. Το σήμα του GPS περιέχει ένα -ψευδο-τυχαίο κωδικό-, το ephemeris και κάποια δεδομένα αλμανάκ όπως λέγονται. Ο ψευδο-τυχαίος κωδικός προσδιορίζει την ταυτότητα του δορυφόρου που εκπέμπει. Κάθε δορυφόρος έχει ένα χαρακτηριστικό αριθμό PRN (pseudo-random number), από το 1 μέχρι το 32. Αυτός ο αριθμός φαίνεται και στην οθόνη του GPS για να καταλαβαίνουμε ποιος ή ποιοι δορυφόροι είναι στην εμβέλειά μας. Αφού λοιπόν είπαμε ότι υπάρχουν μόνο 24 δορυφόροι, θα αναρωτηθεί κανείς γιατί οι αναγνωριστικοί κωδικοί είναι 32. Ο λόγος είναι καθαρά τεχνικός. Έχοντας παραπάνω κωδικούς διαθέσιμους διευκολύνεται η διαχείριση του δικτύου. Όταν ένας νέος δορυφόρος εισάγεται στο δίκτυο, ξεκινάει τη λειτουργία του πριν ο παλιότερος που θα αντικατασταθεί σταματήσει. Με αυτό τον τρόπο είναι σίγουρο ότι θα υπάρχει ο ελάχιστος αριθμός δορυφόρων εν λειτουργία. Ο νέος δορυφόρος χρησιμοποιεί ένα νέο κωδικό αναγνώρισης ώστε να μην δημιουργείται σύγχυση στο δίκτυο.
Τα δεδομένα Ephemeris εκπέμπονται συνεχώς από κάθε δορυφόρο και περιέχουν σημαντικές πληροφορίες όπως η κατάσταση του δορυφόρου (αν είναι σε λειτουργία ή όχι, αν έχει προβλήματα και που, κτλ.), η ημερομηνία και η ώρα. Χωρίς αυτά τα στοιχεία το GPS δεν θα γνώριζε την τρέχουσα ημερομηνία και ώρα, το χρονικό στίγμα, πληροφορίες σημαντικές για τον προσδιορισμό της θέσης.
Τα δεδομένα αλμανάκ πληροφορούν το GPS για τη θέση που θα βρίσκεται κάθε δορυφόρος σε οποιαδήποτε στιγμή της μέρας. Έτσι κάθε δορυφόρος εκπέμπει πληροφορίες για την τροχιά του και τη θέση του, καθώς και για κάθε άλλο δορυφόρο στο δίκτυο για επιπλέον ασφάλεια.
Για να το δούμε απλοποιημένα: Κάθε δορυφόρος εκπέμπει ένα μήνυμα το οποίο λεει Είμαι ο δορυφόρος νούμερο Χ, η θέση μου αυτή τη στιγμή είναι η Υ, και το μήνυμα αυτό στάλθηκε τη χρονική στιγμή Ζ.
Το GPS μας λαμβάνει αυτή την πληροφορία, και φυλάει τα δεδομένα ephemeris, και αλμανάκ για να τα χρησιμοποιήσει και στη συνέχεια. Με βάση αυτή την πληροφορία επίσης, το GPS μπορεί να κάνει και διορθώσεις στο εσωτερικό του ρολόι ώστε να υπάρχει συγχρονισμός.
Ας δούμε όμως γιατί ο χρονικός προσδιορισμός του σήματος είναι απαραίτητος. Για να προσδιορίσει την ακριβή θέση του, το GPS συγκρίνει την ώρα που ο δορυφόρος εξέπεμψε το μήνυμα, με την ώρα που το μήνυμα ελήφθη από το GPS. Η διαφορά αυτή δείχνει στο GPS πόσο μακριά είναι ο δορυφόρος-αποστολέας. Αν τώρα προσθέσουμε και τις μετρήσεις που παίρνουμε και από τους άλλους δορυφόρους που βρίσκονται στην εμβέλειά μας, προσδιορίζουμε την ακριβή θέση μας με τριγωνομετρικούς υπολογισμούς. Αυτή ακριβώς είναι η δουλειά που κάνει το GPS. Γι' αυτό χρειάζονται τουλάχιστον τρεις δορυφόροι ώστε να μπορεί να προσδιοριστεί το γεωγραφικό μήκος και πλάτος (latitude/longitude), το στίγμα μας σε δύο διαστάσεις. Με περισσότερους από τρεις δορυφόρους διαθέσιμους, ένα GPS μπορεί να προσδιορίσει και την τρίτη διάσταση (το ύψος-altitude). Επειδή η πληροφορία αυτή εκπέμπεται συνεχώς από όλους τους δορυφόρους, το GPS μπορεί με τη διαφορά χρόνου και θέσης να προσδιορίσει και την ταχύτητα και την διεύθυνση που κινείται (-ground speed- ή SOG - Speed Over Ground, και -ground track- ή COG - Course Over Ground).

FAQ

1. Τι είναι το GPS ;
Το GPS (Global Positioning System, Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης) είναι ένα σύστημα με το οποίο μπορεί ο οποιοσδήποτε, έχοντας την κατάλληλη συσκευή, να προσδιορίσει την θέση του, σε οποιοδήποτε μέρος της γης και εάν βρίσκεται. Αποτελείται από 24 δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη γη, οι οποίοι ανήκουν στο Υπουργείο Αμύνης των ΗΠΑ.
2. Πως δουλεύει;
Αυτοί οι δορυφόροι στέλνουν ένα σήμα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ο δέκτης υπολογίζει την διαφορά χρόνου που προκύπτει από την αποστολή του σήματος από τον δορυφόρο, μέχρι την λήψη. Με αυτόν τον τρόπο, -γνωρίζει- πόσο μακρυά είναι ο εκάστοτε δορυφόρος. Για να υπολογίσει την θέση του ένας δέκτης, πρέπει να λαμβάνει σήμα από τουλάχιστο 3 δορυφόρους.
3. Και τι πληροφορίες μπορώ να πάρω από τον δέκτη μου;
Υπάρχουν πολλοί δέκτες και ανάλογα με την χρήση για την οποία είναι κατασκευασμένοι, μπορούν να δώσουν μια πληθώρα πληροφοριών. Οι βασικές είναι το στίγμα, η ταχύτητα, η απόσταση που διανύει ο δέκτης κλπ.
4. Ωραία, μου άρεσε, θέλω να γραφτώ στο GPS. Που θα απευθυνθώ και τι θα πληρώσω;
Το σύστημα είναι απολύτως ΔΩΡΕΑΝ, δεν χρειάζεται να γραφτείς σε καμία υπηρεσία, μπορείς να το χρησιμοποιείς 24 ώρες το 24ωρο, 365 ημέρες τον χρόνο. Το κόστος του περιορίζεται στην αγορά του δέκτη και μόνο. Αφού πάρεις τον δέκτη, το μόνο που έχεις να κάνεις είναι να τον ανοίξεις.
5. Έχω έναν δέκτη GPS στο χέρι μου, τον έχω ανοικτό ήδη μισή ώρα και δεν μου βγάζει τίποτα.
Μήπως κόλλησε;
Όχι βέβαια, αλλά μιλάμε για δέκτη GPS και όχι για κινητό τηλέφωνο. Το σήμα των δορυφόρων είναι πιο αδύναμο, οπότε πρέπει ο δέκτης να έχει οπτική επαφή με τον ουρανό. Σε κλειστό χώρο μπορεί να το έχεις και μια ημέρα ολόκληρη και πάλι να μην δουλέψει. Υπάρχουν περιπτώσεις πάντως που δουλεύει χωρίς οπτική επαφή, δηλαδή κάτω από ξύλινες οροφές, από πολυεστερικές (σκάφη αναψυχής) κλπ.
6. Ναι, αλλά βγήκα στο μπαλκόνι μου και πάλι δεν δούλεψε.
Όσο περισσότερο ουρανό -βλέπει- ο δέκτης, τόσο πιο γρήγορα θα πάρει σήμα. Εάν υπάρχουν πολλές πολυκατοικίες τριγύρω, θα αργήσει.
7. Ένας φίλος μου έχει έναν δέκτη, ο οποίος έχει και πυξίδα στην οθόνη. Το κρατούσα στο χέρι μου ενώ είχε σήμα, τον γυρνούσα, αλλά η πυξίδα δεν λειτουργούσε. Έχει πρόβλημα;
Όχι, απλά για να δουλέψει η πυξίδα πρέπει να κινείσαι. Ο δέκτης -γνωρίζει- που βρίσκεται, αλλά όχι και προς τα που -κοιτάει-. Όταν κινηθείς, τότε θα γνωρίζει και προς τα που πηγαίνεις και θα δεις την πυξίδα να λειτουργεί.
8. Τι είναι τα -κανάλια- που βλέπω στα χαρακτηριστικά όλων των δεκτών;
Ο αριθμός των καναλιών είναι ο μέγιστος αριθμός των δορυφόρων με τους οποίους μπορεί να συνδεθεί ο δέκτης. Σήμερα όλοι οι δέκτες είναι 12κάναλοι, υπάρχουν όμως και μερικοί 16κάναλοι.
9. Ωραία, άρα θα πάρω έναν 16κάναλο για να έχω καλύτερο σήμα.
Δεν χρειάζεται, καθώς δεν πρόκειται ποτέ να πιάσεις ταυτόχρονα 16 δορυφόρους. Ακόμη και μέσα στη θάλασσα που δεν υπάρχουν εμπόδια για το σήμα, οι περισσότεροι δορυφόροι που έχει πιάσει ένας δέκτης είναι 9 - 10. Είναι λίγο δύσκολο να είναι οι 16 από τους 24 από πάνω σου!
10. Αυτός ο φίλος μου που έχει αυτόν τον δέκτη, παραπονιέται ότι δεν του δίνει ακριβές σήμα. Στο ίδιο σημείο, άλλες φορές του λέει ότι είναι εδώ και άλλες λίγο πιο εκεί. Μήπως χάλασε;
Όχι δεν έχει χαλάσει, απλά οι δορυφόροι έχουν την SA (Selective Availability, Επιλεκτική Διαθεσιμότητα) η οποία είναι μια σκόπιμη ανακρίβεια στον εντοπισμό θέσης. Μέχρι τον Μάιο του 2000 η SA είχε απόκλιση μέχρι 100μ., μετά όμως την μείωσαν στα 10. Παρατηρείται όμως διαφορά στην απόκλιση ακόμη και στα 30μ. Για να έχεις ακρίβεια ενός μέτρου, πρέπει να δουλεύεις για τον στρατό των ΗΠΑ...
11. Βρήκα έναν δέκτη GPS που έχει και Bluetooth. Θα είναι συμβατός με το κινητό μου τηλέφωνο;
Φυσικά, εάν βεβαίως και το κινητό σου τηλέφωνο υποστηρίζει το πρωτόκολλο Bluetooth. Δέκτες GPS με Bluetooth μπορούν να συνδεθούν με οποιαδήποτε συσκευή υποστηρίζει Bluetooth.
12. Εντάξει, το κινητό μου βρήκε τον δέκτη ΒΤ GPS, συνδέθηκε, αλλά δεν μου δείχνει τίποτα στην οθόνη.
Πρέπει να έχεις κάποιο software το οποίο να υποστηρίζει την λειτουργία GPS. Το software είναι αυτό που θα δείχνει στην οθόνη του κινητού σου, του PDA, του PC σου τα δεδομένα που λαμβάνει από το BT GPS.