Globální družicový polohový systém (GNSS) Global Navigation Satellite System Definice globálních navigačních polohových systémů žje systémem umožňující uživatelům určit polohu na Zemi s celosvětovým pokrytím za pomoci družic . ž žUživatelé 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 žsvětové —GPS - armáda USA, jediný plně funkční systém —GLONASS -Rusko —Galileo - EU, —Compass - Čína ž regionální —čínský Beidou — indický IRNSS — japonský QZSS. název výchozí princip měření stát vypouštění družic počet družic polární dráha+záloha+(geostacionární+geosynchronní) inklinace počet polárních drah výška orbitu [km] doba oběhu [hh:mm] plánovaný ve službě Transit doppler. USA 1959-1988 3+3 0 ref 67° 3 1 100 LEO 01:46 Parus (Cyklon, Zaliv, Cikada-M) doppler. SSSR 1967 6 6 ref 83° 6 730-960 LEO 01:45 Cikada doppler. SSSR 1974-1995 4 0 ref 83° 4 965 LEO 01:45 Navstar GPS kódové USA 1978 24+3 31 ref 55° 6 20 200 MEO 11:58 Glonass kódové Rusko 1982 24 21 ref 65° 3 19 100 MEO 11:15 Doris doppler. Francie 1990 - 6 ref 35-66-99° - 560-825-1 340 LEO 01:41 Galileo kódové EU 2006 27+3 0 ref 56° 3 23 200 MEO 14:05 Compass (Beidou-2) kódové Čína 2007 27+(5+3) 1+(3+1) ref 55° 3 21 500 MEO 12:50 Princip fungování žSystém pracuje na principu jednosměrného dálkoměru. ž Měřenou veličinou je doba šíření signálu z družicové antény k přijímací anténě. žNaměřený čas je pomocí rychlosti šíření signálu převáděn na vzdálenost. ž žPozn. —Pro měření 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 žPro 3D souřadnice nutné alespoň 4 družice (X,Y,Z + čas) ž C:\Documents and Settings\svatonova\Dokumenty\GPS\příjem.jpg Soubor:GPS-pseudorange.svg Složení navigačního systému ž ž 1.Kosmický segment – systém družic 2.Řídící segment: - řídící stanice, řídící segment monitoruje kosmický segment, zasílá povely družicím, provádí jejich manévry a údržbu atomových hodin. 3.Uživatelský segment – uživatel s přístrojem, přijímač tvoří anténa, radiofrekvenční jednotka, mikroprocesor, komunikační jednotka, paměť a zdroj napětí C:\Documents and Settings\svatonova\Dokumenty\GPS\družice.jpg C:\Documents and Settings\svatonova\Dokumenty\GPS\stanice1.jpg E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\summit.jpg ž Faktory přesnosti žpočet viditelných družic a jejich poloha žsynchronizace hodin žvliv atmosféry - ionosférická rekfrakce , troposférická refrakce žpoměr signálu /šum Výhody navigace: ž24h denně žnezávisle na počasí, ž kdekoliv na zemském povrchu, ž přesnost až cm, ž3D souřadnice, ž rychlost --->efektivnost Nevýhody: žnutná přímá viditelnost na družice ---> problémy s měřením v hustých porostech, zástavbách, ž nemožnost měření v podzemí, ž vybité baterky ž ž Druhy přijímačů žpodle využití: — letecké, lodní, mapovací, časové, měřické, kosmické, navigační, turistické, žpodle přijímaných signálů: —kódové, fázové žpodle počtu přijímaných družic: —jedno a více kanálové žpodle přesnosti ž Soubor:Gnss bandwidth.svg Buducnost žBudoucnost: žzvyšování přesnosti, bezpečnosti - kombinace GPS, Glonass, Galileo, žzvyšování počtu družic a jejich modernizace, ž přidání dalších nosných frekvencí. ž Oblasti aplikace žv dopravě : žsilniční doprava - monitorování polohy vozidla ž - monitorování jednotlivých složek záchranného systému v rámci krizového managementu ž - navigace řidiče žinteligentní dopravní systémy -vytíženosti dopravní sítě žželezniční doprava -monitorovat polohu vlakových souprav žvodní doprava – navigace plavidel žletecká doprava - výhledově Aplikace v armádě ž ž navigace vojenského letectva, ž koordinace přesunů vojáků a techniky v terénu, ž navádění vojenského námořnictva, ž geodézie a mapování, ž navádění řízených střel na cíl s přesností 20 cm. ž Aplikace v krizovém managementu žkoordinovat rozložení právě zasahujících jednotek Aplikace ve vědě a výzkumu žrůzné obory vědy a výzkumu využívají GPS k určení polohy nejrůznějších objektů na Zemi. žArcheologové identifikují nové objevy, žbotanici zanášejí do fytogeografických map cenná rostlinná společenstva, žetologové studují migrační trasy zvířat atd. Geocaching hledání „pokladu“ s GPS využití i v zeměpise C:\Documents and Settings\Foltynova\Plocha\finsko\FOTO\Darina\P1000547.JPG C:\Documents and Settings\Foltynova\Plocha\finsko\FOTO\Darina\P1000579.JPG Geocaching žGeocaching 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). žPři hledání se používají turistické přijímače GPS. žJednou ze základních myšlenek geocachingu je umisťování keší na místech, která jsou něčím zajímavá a přesto nejsou turisticky navštěvovaná. žV popisu cache (listing) jsou pak uvedeny informace o místě s jeho zvláštnostmi a zajímavostmi. Cache se ale umisťují i do zajímavých míst velmi frekventovaných. GPS ž GPS žGlobal Position Systém žUSA ž1. družice 1978 žvojenský polohový družicový systém provozovaný Ministerstvem obrany Spojených států amerických. žV roce 1983 - uvolnění GPS i pro civilní účely žVývoj GPS byl zahájen v roce 1973, na přelomu 80. let začalo vypouštění 11 družic a v roce 1979 byl rozšířen počet družic z 18 na 24. žBěhem války v Zálivu (1990) byla do signálu dočasně uměle vnášena chyba tzv. selektivní dostupnost, která měla zabránit zneužití k navádění balistických střel. Po roce 2000 byl vyvinut systém, který umí GPS signál lokálně rušit. žGPS využívá pro určování polohy pasivní dálkoměrnou metodu, což znamená, že vzdálenost uživatele od jednotlivých družic jsou určovány pomocí doby potřebné k absolvování této dráhy radiovým signálem vysílaným družicemi Kosmický segment GPS: žpův. 24 družic (celkem 32) na 6 drahách, ž 20200km, ždoba oběhu 12h, ždráhy skloněny 55° k polární rovině, žviditelnost 4-12 z každého místa na Zemi ž Řídící segment GPS: žhlavní řídící stanice (Colorado Springs), 5 monitorovacích a 3 řídící, řízení, monitorování družic - nastavení přesných efemerid (oběžných drah), uchovávání přesného GPS času ž ž C:\Documents and Settings\svatonova\Dokumenty\GPS\stanice1.jpg Řídící segment GPS 1.velitelství - Navstar Headquarters na letecké základně Los Angeles v Californii v USA. 2.řídicí středisko na letecké základně v Colorado Springs, Záložní řídící středisko přebírá cvičně 4× do roka řízení systému, v nouzi je připravena do 24hodin. 3.3 povelové stanice , které jsou umístěny na základnách : Kwajalein, Diego Garcia, Ascension Island případně i Cape Canaveral. 4.18 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). ž Uživatelský segment žuživatelé (autorizovaní a ostatní) + přístroje + software ž E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\summit.jpg E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\aleg4.gif E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\a1762.gif E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\geodetickeGPS\Geodetické přijímače ASHTECH-geovap_files\gg24.jpg E:\Katka\Skola\GIS\data+mobilGIS\mobil GIS\geodetickeGPS\GEOINVEST - GPS systémy pro geodézii_files\4600ls.jpg žZ doby, která uplyne mezi vysíláním a příjmem signálu, se určí vzdálenost přijímače od družic. žNa základě této vzdálenosti a z polohy družic v daném okamžiku určí přijímač uživatele svou polohu žPro výpočet všech čtyř souřadnic (x, y, z a t) musí přijímač informace alespoň ze čtyř družic, čímž získá všechny neznámé pro řešení soustavy rovnic žneznámými jsou zeměpisná poloha, nadmořská výška, datum a čas žPřijímače GPS poskytují určenou polohu v souřadnicích vztažených k referenčnímu elipsoidu WGS-84 žGPS přijímače neumí transformovat souřadnice do souřadnicových systémů S-JTSK či S-42 autorizovaní uživatelé, aplikace žvojenský 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. žaplikace: —podpora velení a vojáků v poli —doprava —navádění zbraňových systémů —vojenská geodézie a mapování —přesný čas (<10-7s) ž ostatní uživatelé a aplikace ž(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. žTypickými 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) ž Další systémy Galileo žSystém 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. žDne 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. žNouzové signály, varování na nebezpečí, mýtné systémy žPlně funkční 2014 Glonass žKosmický 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 žplná 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 žRusko, 1. družice 1982 Glonass-plan.jpg