Ano ang Global Positioning System? Pag-unawa sa GPS

Ang Global Positioning System o GPS ay isang Global Navigation Satellite System (GNSS) na nagbibigay ng pagpoposisyon, pag-navigate, at system ng oras (PNT). Ito ay binuo ng Department of Defense ng Estados Unidos (US DoD) noong unang bahagi ng 1970s. May iba pang Satellite based Navigation system tulad ng GLONASS ng Russia, Galileo ng Europe at BeiDou ng China, ngunit ang Global Positioning System (GPS) ng United States at ang Russian Global Navigation Satellite System (GLONASS) ang tanging fully functional na Satellite based Sistema ng pag-navigate na may 32 satellite konstelasyon at 27 satellite konstelasyon ayon sa pagkakabanggit. Bago ang pagbuo ng GPS Technology, ang pangunahing tulong para sa nabigasyon (sa dagat, lupa o tubig) ay mga mapa at compass. Sa pagpapakilala ng GPS, ang nabigasyon at pagpoposisyon ng lokasyon ay naging napakadali na may katumpakan ng posisyon na dalawang metro o mas kaunti. Outline History ng GPSGPS Structure OverviewGPS SegmentsSpace SegmentControl SegmentUser SegmentWorking Principle of GPSDetermining the Location of the SatellitesDetermining Distansya between the Satellites and GPS Receiver sa 2-D PlanePosisyon ng Receiver sa 3D SpaceMga Uri ng GPS ReceiverMga Application ng Global Positioning System (GPS)Kasaysayan ng GPSBago ang pagbuo ng GPS, ground based navigation system tulad ng LORAN (Long Range Navigation) ng US at Decca Navigator System ng UK ay ang mga pangunahing teknolohiya para sa nabigasyon. Ang parehong mga diskarteng ito ay batay sa Radio Waves at ang mga saklaw ay limitado sa ilang daang kilometro. Noong unang bahagi ng 1960s, tatlo sa United States Government Organizations na National Aeronautics and Space Administration (NASA), Department of Defense (DoD) at Department of Transportation (DoT) kasama ang maraming iba pang mga organisasyon ay nagsimulang bumuo ng isang satellite based Navigation system na may layuning magbigay ng mataas na kawastuhan, independiyenteng operasyon ng panahon at pandaigdigang saklaw. Ang programang ito ay umunlad sa Navigation Satellite Timing at Ranging Global Positioning System (NAVSTAR Global Positioning System). Ang sistemang ito ay unang binuo bilang isang sistema ng militar upang matugunan ang mga pangangailangan ng Militar ng Estados Unidos. Ang Estados Unidos Ginamit ng militar ang NAVSTAR para sa nabigasyon pati na rin ang pag-target sa sistema ng armas at mga sistema ng paggabay sa misayl. Ang posibilidad ng mga kaaway na gamitin ang sistemang nabigasyon laban sa Estados Unidos ang pangunahing dahilan kung bakit hindi binigyan ng access ang mga sibilyan. Ang unang satellite ng NAVSTAR ay inilunsad noong 1978 at noong 1994 isang buong konstelasyon ng 24 na satellite ang inilagay sa orbit at sa gayon ay ginagawa ito ay ganap na gumagana. Noong 1996, ang US Kinilala ng gobyerno ang kahalagahan ng GPS sa mga sibilyan at idineklarang isang dalwang sistema ng paggamit, na pinapayagan ang pag-access sa parehong militar at mga sibilyan. Pangkalahatang-ideya ng Struktur ng GPS Ang pangunahing pamamaraan ng sistemang nabigasyon sa satellite na Global Positioning System (GPS) ay upang masukat ang distansya sa pagitan ng tatanggap at isang ilang mga satellite na sabay-sabay na inoobserbahan. Ang mga posisyon ng mga satellite na ito ay kilala na at samakatuwid sa pamamagitan ng pagsukat ng distansya sa pagitan ng apat sa mga satellite na ito at ng receiver, ang tatlong coordinate ng posisyon ng GPS receiver ie maaaring maitatag ang latitude, longitude at altitude. Dahil ang pagbabago sa posisyon ng receiver ay maaaring matukoy nang napakatumpak, ang bilis ng receiver ay maaari ding matukoy.GPS SegmentsAng istraktura ng kumplikadong Global Positioning System na ito ay nahahati sa tatlong pangunahing segment: Ang Space Segment, Ang Control Segment at Ang User Segment. Sa ito, ang control segment at ang space segment ay binuo, pinapatakbo at pinapanatili ng Air Force ng Estados Unidos. Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng tatlong segment ng GPS system.Space SegmentAng Space Segment (SS) ng GPS ay binubuo ng isang konstelasyon ng 24 na satellite na umiikot sa paligid ng Earth sa humigit-kumulang na mga pabilog na orbit. Ang mga satellite ay inilalagay sa anim na eroplano ng orbital na may bawat eroplano ng orbital na binubuo ng apat na mga satellite. Ang hilig ng mga orbital na eroplano at ang pagpoposisyon ng mga satellite ay nakaayos sa isang partikular na paraan na ang pinakamababa sa anim na satellite ay palaging nasa linya ng paningin mula sa anumang lokasyon sa Earth. Pagdating sa pagsasaayos ng konstelasyon sa kalawakan, ang GPS Ang mga satellite ay inilalagay sa Medium Earth Orbit (MEO) sa taas na humigit-kumulang 20,000 KM. Upang madagdagan ang kalabisan at pagbutihin ang kawastuhan, ang kabuuang bilang ng mga GPS Satellite sa konstelasyon ay nadagdagan sa 32, kung saan 31 na mga satellite ang nagpapatakbo. Segment ng Control Ang Control Segment (CS) ng GPS ay binubuo ng isang network ng pagsubaybay at kontrol sa buong mundo at mga istasyon ng pagsubaybay. Ang pangunahing gawain ng control segment ay upang subaybayan ang posisyon ng GPS Satellites at panatilihin ang mga ito sa tamang mga orbit sa tulong ng mga utos sa pagmamaniobra. at iba pang mga parameter. Ang Segment ng Control ng GPS ay nahahati ulit sa apat na subsystem: isang Bagong Master Control Station (NMCS), isang Alternate Master Control Station (AMCS), apat na Ground Antennas (GAs) at isang buong mundo na network ng Monitor Stations (MSs). Ang gitnang control node para sa GPS Satellite Constellation ay ang Master Control Station (MSC). Matatagpuan ito sa Schriever Air Force Base, Colorado at nagpapatakbo ng 24 × 7. Ang mga pangunahing responsibilidad ng Master Control Station ay ang: Pagpapanatili ng satellite, pagsubaybay sa Payload, pagsabay sa mga atomic na orasan, pagmaniobra ng satellite, pamamahala ng pagganap ng Signal ng GPS, pag-upload ng data ng Mensahe ng Nabigasyon, pagtuklas Mga pagkabigo ng GPS Signaling at pagtugon sa mga pagkabigo na iyon. Mayroong ilang mga Monitor Station (MS) ngunit anim sa mga ito ay mahalaga. Matatagpuan ang mga ito sa Hawaii, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein at Cape Canaveral. Ang mga Monitor Stations na ito ay patuloy na sinusubaybayan ang posisyon ng mga satellite at ang data ay ipinadala sa Master Control Station para sa karagdagang pagsusuri. Upang maipadala ang data sa mga satellite, mayroong apat na Ground Antennas (GA) na matatagpuan bilang Ascension Island, Cape Canaveral, Diego Garcia at Kwajalein. Ang mga antennas na ito ay ginagamit upang mai-uplink ang data sa mga satellite at ang data ay maaaring maging anumang tulad ng pagwawasto ng Orasan, Mga Utos ng Telemetry at Mga Mensahe sa Pag-navigate. Segment ng Gumagamit Ang Segment ng Gumagamit ng sistema ng GPS ay binubuo ng end user ng teknolohiya tulad ng mga sibilyan at militar para sa pag-navigate, tumpak o pamantayan pagpoposisyon at timing. Pangkalahatan, upang ma-access ang mga serbisyo sa GPS, ang gumagamit ay dapat na nilagyan ng mga GPS Receivers tulad ng Stand-alone GPS Module, Mga Mobile Phones na pinapagana ng GPS at nakatuon na Mga GPS Console. Sa mga GPS Receivers na ito, malalaman ng mga gumagamit ng sibil ang pamantayang posisyon, tumpak oras at bilis habang ginagamit ng militar ang mga ito para sa tumpak na pagpoposisyon, patnubay ng misayl, pag-navigate, atbp. Prinsipyo sa Paggawa ng GPS Sa tulong ng Mga GPS Receivers, maaari nating kalkulahin ang posisyon ng isang bagay saanman sa Earth alinman sa dalawang dimensional o tatlong-dimensional na puwang . Para sa mga ito, ang mga tagatanggap ng GPS ay gumagamit ng isang pamamaraan na Matematika na tinatawag na Trilateration, isang pamamaraan na ginagamit kung saan ang posisyon ng isang bagay ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng distansya sa pagitan ng bagay at ilang iba pang mga bagay na may mga kilalang posisyon na. Kaya, sa kaso ng mga GPS Receivers, sa pagkakasunud-sunod upang malaman ang lokasyon ng tatanggap, dapat malaman ng module ng tatanggap ang mga sumusunod na dalawang bagay: • Lokasyon ng mga Satellite sa espasyo at • Distansya sa pagitan ng mga Satellite at GPS Receiver Tinutukoy ang Lokasyon ng Mga Satellite Upang matukoy ang lokasyon ng ang mga satellite, ang GPS Receivers ay gumagamit ng dalawang uri ng data na naihatid ng mga GPS Satellite: ang Almanac Data at ang Ephemeris Data. Patuloy na ipinapadala ng mga GPS Satellite ang tinatayang posisyon nito. Ang data na ito ay tinatawag na data ng Almanac, na pana-panahong ina-update habang gumagalaw ang satellite sa orbit. Ang data na ito ay natanggap ng GPS Receiver at nakaimbak sa memorya nito. Sa tulong ng data ng Almanac, maaaring matukoy ng GPS Receiver ang mga orbit ng mga satellite at kung saan dapat naroroon ang mga satellite. ang kanilang aktwal na landas. Sinusubaybayan ng Master Control Station (MCS) kasama ang mga nakalaang Monitor Stations (MS) ang landas ng mga satellite kasama ng iba pang impormasyon tulad ng altitude, bilis, orbit at lokasyon. Kung mayroong anumang error sa alinman sa mga parameter, ang naitama na data ay ipinadala sa mga satellite upang manatili sila sa eksaktong posisyon. Ang orbital data na ipinadala ng MCS sa satellite ay tinatawag na Ephemeris Data. Ang satellite, sa pagtanggap ng data na ito, ay naitama ang posisyon nito at ipinapadala din ang data na ito sa GPS Receiver. Sa tulong ng parehong data ie Ang Almanac at Ephemeris, ang GPS Receiver ay maaaring malaman ang eksaktong posisyon ng mga satellite, sa lahat ng oras. Pagtukoy ng Distansya sa pagitan ng mga satellite at GPS Receiver Upang masukat ang distansya sa pagitan ng GPS Receiver at mga Satellite, maglagay ang oras ng pangunahing papel. Ang formula para sa pagkalkula ng distansya ng satellite mula sa GPS Receiver ay ibinigay sa ibaba: Distansya = Bilis ng Liwanag x Oras ng Pagbibiyahe ng Satellite SignalDito, ang Oras ng Pagbiyahe ay ang Oras na kinuha ng Satellite Signal (Signal sa anyo ng Radio Waves, ipinadala ng Satellite sa GPS Receiver) upang maabot ang Receiver.Ang bilis ng liwanag ay pare-parehong halaga at katumbas ng C = 3 x 108 m/s. Upang makalkula ang oras, kailangan muna nating maunawaan ang signal na ipinadala ng Satellite. Ang Transcoded Signal na ipinadala ng Satellite ay tinatawag na Pseudo Random Noise (PRN). Habang binubuo ng satellite ang code na ito at nagsimulang mag-transmit, magsisimula rin ang GPS Receiver na bumuo ng parehong code at sinusubukang i-synchronize ang mga ito. Pagkatapos, kinakalkula ng GPS Receiver ang dami ng oras na pagkaantala na kailangang dumaan ng Receiver na nabuong code bago ma-synchronize sa satellite na ipinadala. code. Kapag ang lokasyon ng mga satellite at ang kanilang distansya mula sa GPS Receiver ay kilala, pagkatapos ay alamin ang posisyon ng GPS Receiver sa alinman sa 2D Space o 3D Space ay maaaring gawin gamit ang sumusunod na pamamaraan. upang mahanap ang posisyon ng bagay o GPS Receiver sa 2 – Dimensional space ie isang XY Plane, ang kailangan lang nating hanapin ay ang distansya sa pagitan ng GPS receiver at dalawa sa mga satellite. Hayaan ang D1 at D2 ang distansya ng Receiver mula sa Satellite 1 at Satellite 2 ayon sa pagkakabanggit. Ngayon, kasama ang mga satellite sa gitna at isang radius ng D1 at D2, iguhit ang dalawang bilog sa paligid nila sa isang XY Plane. Ang nakalarawang representasyon ng kasong ito ay ipinapakita sa sumusunod na larawan. Mula sa larawan sa itaas, malinaw na ang GPS Receiver ay matatagpuan sa alinman sa dalawang punto kung saan nagsalubong ang dalawang bilog. Kung ang lugar sa itaas ng mga satellite ay hindi kasama, maaari naming i-pin point ang posisyon ng GPS Receiver sa punto ng intersection ng mga bilog sa ilalim ng mga satellite. Ang impormasyon ng distansya mula sa dalawang satellite ay sapat upang matukoy ang posisyon ng GPS Receiver sa isang 2-D o XY Plane. Ngunit ang totoong mundo ay isang 3 - Dimensional Space at kailangan nating matukoy ang 3 - Dimensional na posisyon ng GPS Receiver ie ang Latitude, Longitude at Altitude nito. Makakakita kami ng isang sunud-sunod na pamamaraan upang matukoy ang 3 Dimensional na lokasyon ng GPS Receiver. Posisyon ng Tagatanggap sa 3D Space Ipagpalagay natin na ang mga lokasyon ng mga satellite na patungkol sa GPS Receiver ay kilala na. Kung ang Satellite 1 ay nasa distansya ng D1 mula sa Receiver, malinaw na ang posisyon ng tatanggap ay maaaring saanman sa ibabaw ng globo na nabuo sa satellite 1 bilang sentro at D1 bilang radius nito. Kung ang distansya ng isang pangalawang satellite (Satellite 2) mula sa tatanggap ay D2, kung gayon ang posisyon ng tatanggap ay maaaring limitado sa bilog na nabuo ng intersection ng dalawang spheres na may radii D1 at D2 na may Satellites 1 at 2 sa mga sentro ayon sa pagkakabanggit. , ang posisyon ng GPS Receiver ay maaaring paliitin sa isang punto sa bilog ng intersection. Kung magdaragdag kami ng ikatlong satellite (Satellite 3) na may distansyang D3 mula sa GPS Receiver hanggang sa umiiral na dalawang satellite, kung gayon ang lokasyon ng receiver ay nakakulong sa intersection ng tatlong sphere ie. alinman sa dalawang mga puntos. Sa mga sitwasyon sa real time, ang pagkakaroon ng kalabuan ng GPS Receiver na matatagpuan sa isa sa dalawang posisyon ay hindi mabubuhay. Maresolba ito sa pamamagitan ng pagpapakilala ng ikaapat na satellite (Satellite 4) na may distansyang D4 mula sa receiver. Ang ikaapat na satellite ay magagawang i-pin point ang lokasyon ng GPS Receiver mula sa posibleng dalawang lokasyon na natukoy nang mas maaga gamit lamang ang tatlong satellite. Kaya, sa real time, kinakailangan ang minimum na 4 na satellite upang matukoy ang eksaktong lokasyon ng bagay. ng GPS ReceiverAng GPS ay ginagamit ng parehong mga sibilyan at militar. Samakatuwid, ang mga uri ng tatanggap ng GPS ay maaaring maiuri sa mga Sibilyan na Mga Tagatanggap ng GPS at Mga Tagatanggap ng Militar na GPS. Ngunit ang karaniwang paraan ng pag-uuri ay batay sa uri ng code na maaaring matukoy ng tatanggap. Talaga, mayroong dalawang uri ng mga code na ipinapadala ng isang GPS Satellite: Coarse Acqu acquisition Code (C / A Code) at P - Code. Ang mga consumer GPS Receiver unit ay makaka-detect lamang ng C/A Code. Ang code na ito ay hindi tumpak at samakatuwid ang sistemang pagpoposisyon ng sibilyan ay tinatawag na Standard Positioning Service (SPS). Ang P - Code, sa kabilang banda ay ginagamit ng Militar at isang tumpak na code. Ang positioning system na ginagamit ng militar ay tinatawag na Precise Positioning Service (PPS). Ang mga GPS Receiver ay maaaring uriin batay sa kakayahang mag-decode ng mga signal na ito. Ang isa pang paraan upang pag-uri-uriin ang komersyal na magagamit na mga GPS receiver ay batay sa kakayahan ng pagtanggap ng mga signal. Gamit ang pamamaraang ito, ang GPS Receivers ay maaaring nahahati sa: Single - Frequency Code ReceiversSingle - Frequency Carrier - Smoothed Code ReceiversSingle - Frequency Code & Carrier ReceiversDual - Frequency ReceiversAplikasyon ng Global Positioning System (GPS) GPS ay naging isang mahalagang bahagi ng Global Infrastructure, katulad ng Internet. Ang GPS ay naging pangunahing elemento sa pagbuo ng isang malawak na hanay ng application na kumakalat sa iba't ibang mga aspeto ng modernong buhay. Ang pagtaas ng malakihang pagmamanupaktura at pag-miniaturisasyon ng mga sangkap ay nabawasan ang presyo ng mga GPS Receivers. Ang isang maliit na listahan ng mga application kung saan gumaganap ang GPS ng isang mahalagang papel ay binanggit sa ibaba. Ang modernong agrikultura ay nakakita ng pagtaas sa produksyon sa tulong ng GPS. Gumagamit ang mga magsasaka ng GPS Technology kasama ang mga modernong elektronikong device para makakuha ng tumpak na impormasyon tungkol sa field area, average yield, fuel consumption, distance covered, atbp. Pinapayagan ng GPS ang mga sasakyang ito sa pag-navigate at pagpoposisyon. Gumagamit ang mga sibilyan ng GPS Receivers para sa layunin ng pag-navigate. Ang tagatanggap ng GPS ay maaaring isang nakatuon na module o isang naka-embed na module sa mga mobile phone at relo ng pulso. Malaki ang tulong nila sa trekking, road trip, driving, etc. Kasama sa mga karagdagang feature ang tumpak na oras at bilis ng sasakyan. Ang mga serbisyong pang-emergency tulad ng sunog at ambulansya ay nakikinabang mula sa tumpak na pagpoposisyon ng lokasyon ng sakuna sa pamamagitan ng GPS at maaaring makatugon sa oras. Gumagamit ang militar ng mga high precision na GPS receiver para sa nabigasyon, target tracking, missile mga sistema ng paggabay, atbp. Maraming iba pang mga application kung saan ginagamit ang GPS o isang malaking saklaw ng paggamit sa hinaharap. Mga Kaugnay na Post:Wireless Communication: Panimula, Mga Uri at AplikasyonMultiplexer at DemultiplexerBakit Patuloy na Nagdidiskonekta ang Iyong Internet?Mga Pangunahing Kaalaman ng Naka-embed na C ProgramAno ang MEMS Sensors?

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe