Co to jest GPS

Precyzja sytemu GPS i źródła błędów

Globalny system pozycjonowania (GPS, Global Positioning System) dostarcza precyzyjnych informacji na temat położenia, wysokości nad poziomem morza i prędkości poruszania się użytkownika. W systemie występują jednak pewne wewnętrzne źródła błędów, które należy uwzględnić podczas odczytywania przez odbiornik sygnałów GPS z konstelacji satelitów na orbicie.

Głównym źródłem błędów systemu GPS jest nieprecyzyjne działanie zegara umieszczonego w odbiorniku. Komputer wbudowany w odbiornik oblicza pozycję, wysokość nad poziomem morza i prędkość na podstawie radiowych sygnałów mikrofalowych przesyłanych z prędkością światła przez co najmniej trzy satelity.

Niewielkie rozbieżności między wewnętrznym zegarem odbiornika GPS a czasem GPS używanym do synchronizowania całego globalnego systemu pozycjonowania mogą powodować nieprawidłowe wyniki podczas obliczania odległości. Problem ten można rozwiązać na dwa sposoby. Pierwszą metodą jest zastosowanie we wszystkich odbiornikach zegarów atomowych, których cena wynosi 100 000 USD. Drugim sposobem jest zastosowanie manipulacji matematycznych w celu uwzględnienia błędów pomiaru czasu na podstawie sygnałów co najmniej trzech satelitów wykrytych przez odbiornik. Umożliwia to w praktyce zresetowanie zegara odbiornika. Drugie rozwiązanie jest mniej kosztowne i jest stosowane przez producentów urządzeń do nawigacji satelitarnej.

Kolejnym wewnętrznym źródłem błędów systemu GPS jest sposób, w jaki ten system działa. Odbiorniki GPS analizują sygnały z trzech satelitów w systemie i określają czas dotarcia każdego z sygnałów. Umożliwia to przeprowadzenie trilateracji w celu określenia dokładnego położenia odbiornika. Sygnały są przesyłane przez satelity z określoną częstotliwością.

Niestety w przypadku czujników elektronicznych montowanych w standardowych urządzeniach GPS poziom niedokładności wynosi aż 1% szczeliny bitowej. W praktyce wartość ta wynosi ok. 10 miliardowych części sekundy (10 nanosekund). Uwzględniając fakt, że sygnały mikrofalowe GPS przemieszczają się z prędkością światła, błąd pomiaru wynosi około 3 m. Standardowe urządzenie GPS nie jest zatem w stanie określić położenia z dokładnością większą niż 3 m. Bardziej zaawansowane odbiorniki GPS używane przez wojsko są dziesięciokrotnie dokładniejsze (300 mm).

Inne możliwe przyczyny błędów to zakłócenia atmosferyczne, które zniekształcają sygnały przed ich dotarciem do odbiornika. Do problemów z dokładnością pozycjonowania GPS mogą również doprowadzić odbicia sygnałów od budynków i innych dużych, masywnych obiektów. Istnieje też możliwość wystąpienia problemów z precyzją pomiaru czasu i danymi z określonego satelity. Błędy tego typu są eliminowane na poziomie odbiorników GPS, które zazwyczaj łączą się z więcej niż trzema satelitami, aby uzyskać spójne dane.