Navigační systémy pro určení polohy na Zemi Definice globálních navigačních polohových systémů — je systémem umožňující uživatelům určit polohu na Zemi s celosvětovým pokrytím za pomoci družic . — Uživatelé této služby používají malé elektronické radiové přijímače, které na základě odeslaných signálů z družic umožňují vypočítat jejich polohu s přesností na desítky až jednotky metrů. Přesnost ve speciálních nebo vědeckých aplikacích může být až několik centimetrů až milimetrů. Globální navigační systémy — světové — GPS - armáda USA, jediný plně funkční systém — GLONASS -Rusko — Galileo - EU, — Compass - Čína — regionální — čínský Beidou — indický IRNSS — japonský QZSS. Princip fungování — Systém pracuje na principu jednosměrného dálkoměru. — Měřenou veličinou je doba šíření signálu z družicové antény k přijímací anténě. — Naměřený čas je pomocí rychlosti šíření signálu převáděn na vzdálenost. Pozn. — dokonalá synchronizace času družic a přijímačů není možná , vzniká chyba v určení vzdálenosti, měřená vzdálenost se označuje jako pseudovzdálenost. (chyba 1 ns v šíření signálu odpovídá chybě 0,3m v měřené vzdálenosti — Proměření času se používají atomové hodiny určující tzv. atomový čas z kmitočtů atomů, tedy zcela nezávisle na rotaci Země — Obecně existují dva základní způsoby odvozování času:z pohybu Země (astronomický čas) a z kmitočtu atomů (atomový čas) Určování polohy — Pro 3D souřadnice nutné alespoň 4 družice (X,Y,Z + čas) Časový systém – základ měření vzdáleností — Čas je řízen hlavními kontrolními hodinami (umístěné v hlavní řídící stanici), kterými jsou synchronizovány hodiny jednotlivých družic tak, aby odchylka nepřekročila 1ms. — Družicový čas si udržuje každá družice samostatně – je vybavena několika atomovými hodinami. Ty jsou v případě potřeby pozemní monitorovací stanicí resetovány tak, aby se udržel rozdíl menší než 1ms Složení navigačního systému Faktory přesnosti GPS — počet viditelných družic a jejich poloha — synchronizace hodin — vliv atmosféry - ionosférická rekfrakce , troposférická refrakce — poměr signálu /šum Výhody navigace: — 24h denně — nezávisle na počasí, — kdekoliv na zemském povrchu, — přesnost až cm, — 3D souřadnice, — rychlost --->efektivnost Nevýhody: — nutná přímá viditelnost na družice ---> problémy s měřením v hustých porostech, zástavbách, — nemožnost měření v podzemí, — baterky Druhy přijímačů — podle využití: — letecké, lodní, mapovací, časové, měřické, kosmické, navigační, turistické, — podle přijímaných signálů: — kódové, fázové — podle počtu přijímaných družic: — jedno a více kanálové — podle přesnosti GPS — Global Position System Kosmický segment GPS: — pův. 24 družic na 6 drahách, — 20200km, — doba oběhu 12h, — dráhy skloněny 55° k polární rovině, — viditelnost 4-12 z každého místa na Zemi Řídící segment GPS: — hlavní řídící stanice (Colorado Springs), 5 monitorovacích a 3 řídící, řízení, monitorování družic - nastavení přesných efemerid (oběžných drah), uchovávání přesného GPS času Řídící segment GPS • velitelství - Navstar Headquarters na letecké základně Los Angeles v Californii v USA. • řídicí středisko na letecké základně v Colorado Springs, Záložní řídící středisko přebírá cvičně 4× do roka řízení systému, v nouzi je připravena do 24hodin. • 3 povelové stanice , které jsou umístěny na základnách : Kwajalein, Diego Garcia, Ascension Island případně i Cape Canaveral. • 18 monitorovacích stanic, které jsou umístěny na základnách USAF: Havaj, Colorado Springs, Cape Canaveral, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein a dále stanice spravující NGA: Fairbanks (Aljaška), Papeete (Tahiti), Washington DC (USA), Quitto (Ekvádor), Buenos Aires (Argentina), Hermitage (Anglie), Pretoria (Jižní Afrika), Manama (Bahrain), Osan (Jižní Korea), Adelaide (Austrálie) a Wellington (Nový Zéland). Uživatelský segment — : uživatelé (autorizovaní a ostatní) + přístroje + software autorizovaní uživatelé, aplikace — vojenský sektor USA a vybrané spojenecké armády využívající službu Precise Positioning Service (PPS) mající k dispozici dekódovací klíče k P(Y) kódu na frekvencích L1 a L2. Tito uživatelé mají zaručenou vyšší přesnost systému. — aplikace: — podpora velení a vojáků v poli — doprava — navádění zbraňových systémů — vojenská geodézie a mapování — přesný čas (<10^-7s) ostatní uživatelé a aplikace — (především civilní sektor) mohou využívat Standard Positioning Service (SPS) a mají k dispozici C/A kód na frekvencích L1. Tyto limity vychází z prevence možného zneužití jako systému orientace v prostoru ve zbraních obdobných balistickým raketám nebo střelám s plochou dráhou letu. — Typickými profesemi a odvětvími civilních uživatelů jsou: — doprava (pozemní doprava, letectví, námořnictvo, kosmické lety) — geologie a geofyzika — geodézie — geografické informační systémy — archeologie — lesnictví a zemědělství — turistika a zábava — přesný čas (<10^-6s) Další systémy Galileo — Systém má být tvořen 30 operačními družicemi (27+3), obíhajícími ve výšce přibližně 23 tisíc kilometrů nad povrchem Země po drahách se sklonem 56° k zemskému rovníku ve třech rovinách, vzájemně vůči sobě posunutých o 60°. Každá dráha bude mít 9 pozic pro družice a 1 pozici jako zálohu, aby systém mohl být při selhání družice rychle doplněn na plný počet. — Dne 28. prosince 2005 byla do vesmíru vyslána první technologická navigační družice pro testování komponent tohoto systémuVynesla ji z kazašského kosmodromu Bajkonur , druhá družice, 27. dubna 2008. Glonass — Kosmický segment je projektován na 24 družic, které obíhají ve výšce 19 100 km nad povrchem Země na 3 kruhových drahách se sklonem 65°. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120° a na každé dráze je 8 symetrických pozic pro družice po 45°, které jsou číslovány — plná operační schopnost (FOC, Full Operational Capability) - označení stavu, kdy je nejméně 24 družic plně funkčních, podporující novou technologii. Nebyl nikdy vyhlášen, ale koncem roku 1996 bylo krátce na orbitu 24 družic a od té doby klesal až na 9 v roce 2001. Opětovný stav 24 družic je plánován na rok 2012 Buducnost — Budoucnost: — zvyšování přesnosti, bezpečnosti - kombinace GPS, Glonass, Galileo, — zvyšování počtu družic a jejich modernizace, — přidání dalších nosných frekvencí. Geocaching hledání „pokladu“ s GPS využití i v zeměpise Geocaching — Geocaching je hra na pomezí sportu a turistiky, která spočívá v použití navigačního systému GPS při hledání skryté schránky nazývané cache (v češtině psáno i keš), o níž jsou známy jen její zeměpisné souřadnice (v systému WGS 84). — Při hledání se používají turistické přijímače GPS. — Jednou ze základních myšlenek geocachingu je umisťování keší na místech, která jsou něčím zajímavá a přesto nejsou turisticky navštěvovaná. — V popisu cache (listing) jsou pak uvedeny informace o místě s jeho zvláštnostmi a zajímavostmi. Cache se ale umisťují i do zajímavých míst velmi frekventovaných.