|
==Τρόπος λειτουργίας του συστήματος πλοήγησης (GPS)==
ΧΝΧ
Συνοπτικά, το GPS είναι ένα δορυφορικό σύστημα προσδιορισμού θέσης (3-Δ), χρόνου και ταχύτητας για ακίνητο και κινούμενο δέκτη σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα (από μερικά δευτερόλεπτα μέχρι λίγες ώρες ανάλογα με το είδος των εφαρμογών) παραβλέποντας κλασικές επίγειες τεχνικές που εφαρμόζονται όπως ο τριγωνισμός, ο τριπλευρισμός ή, συνήθως, ο συνδυασμός αυτών των δυο μεθόδων, που παρέχουν τις επιφανειακές ελλειψοειδείς συντεταγμένες και η υψομετρία, που παρέχει την τρίτη παράμετρο, το [[υψόμετρο]]. Βασίζεται στις αρχές λειτουργίας των παθητικών δορυφορικών συστημάτων και εξασφαλίζει συνεχή, παγκόσμια πλοήγηση ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες σε απεριόριστο αριθμό χρηστών.
Η βασική αρχή στην οποία στηρίζεται είναι ο προσδιορισμός θέσης με την μέτρηση τεσσάρων «συντεταγμένων» μεταξύ του παρατηρητή και του δορυφόρου. Γι' αυτό η σχεδίαση των τροχιών των δορυφόρων έγινε με τέτοιο τρόπο, ώστε να είναι δυνατή η παρατήρηση τεσσάρων τουλάχιστον δορυφόρων από οποιοδήποτε σημείο της γης για κάθε στιγμή. Για τον προσδιορισμό της θέσης ενός σημείου στο χώρο αρκούν οι μετρήσεις των αποστάσεων από τρία σημεία γνωστών συντεταγμένων. Βέβαια, θα αρκούσαν και τρεις δορυφόροι για τον προσδιορισμό της θέσης ενός σημείου στο σύστημα αναφοράς των δορυφόρων. Ο λόγος που απαιτούνται τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι (αποστάσεις) είναι για να προσδιορίζεται η διαφορά ανάμεσα στην ένδειξη του χρονομέτρου του χρήστη και την ένδειξη του χρονομέτρου του δορυφόρου, δηλαδή η καθυστέρηση του χρονομέτρου του δέκτη σε σχέση με το χρόνο αναφοράς του GPS. Ακριβώς για αυτό το λόγο της ύπαρξης αυτού του σφάλματος χρησιμοποιείται ο όρος ''ψευδοαπόσταση''.
Ο χρόνος αναφοράς του GPS έχει ως σημείο έναρξης την 00.00 UTC της 5ης Ιανουαρίου [[1980]].
Η προσδιοριζόμενη θέση (Χ,Υ,Ζ) αναφέρεται στο '''Παγκόσμιο Γεωκεντρικό Σύστημα Αναφοράς 1984''', γνωστό ως '''WGS 84'''. Το σήμα που εκπέμπει κάθε δορυφόρος είναι μοναδικό και εξαιρετικά σύνθετο και βασίζεται σε δυο φέρουσες συχνότητες στην περιοχή του φάσματος των μικροκυμάτων.
L1 = 154 x 10.23 = 1575.42 ΜΗz &
L2 = 120 x 10.23 = 1227.60 MHz,
πολλαπλάσιες της βασικής συχνότητας των 10.23 ΜΗz.
Γενικότερα, για την απαλοιφή συστηματικών σφαλμάτων, χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία πέραν των δύο συχνοτήτων διάφοροι γραμμικοί συνδυασμοί τους όπως η L3 για εξάλειψη του φαινομένου της ιονοσφαιρικής διάθλασης για καλύτερη απόδοση .
Το σήμα παράγεται από την σύνθεση δυο κωδικών μοναδικών για κάθε δορυφόρο, του C/A (coarse/acquisition) που προστίθεται μόνον στον φορέα (συχνότητα) L1 και του P (ακρίβεια, precision), που διαμορφώνεται και στις δυο συχνότητες L1, L2. Οι κώδικες καλούνται και ''ψευδοτυχαίοι'' εξαιτίας του γεγονότος ότι με τη βοήθεια αυτών είναι δυνατή η μέτρηση των ψευδοαποστάσεων που προαναφέρθηκαν.
Ο δέκτης (ή αλλιώς συσκευή πλοήγησης) δέχεται το σήμα, συγκρίνει τον λαμβανόμενο κώδικα με ένα αντίγραφο που παράγει ο ίδιος και, τελικά, ταυτίζει το σήμα και ο χρόνος διαδρομής του σήματος πολλαπλασιαζόμενος με την ταχύτητα του φωτός c παρέχει την απόσταση μεταξύ δέκτη και δορυφόρου. Αυτή η απόσταση είναι η ψευδοαπόσταση και δεν περιλαμβάνει την χρονική ολίσθηση μεταξύ χρονομέτρων δέκτη και δορυφόρου, η οποία προστίθεται σαν επιπλέον άγνωστος στην τελική εξίσωση υπολογισμού.
Παρακάτω,φαίνονται αίτια που μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα σε ότι αφορά στην θέση του δέκτη,κ το μέγεθος του σφάλματος σε μέτρα.
Αίτιο (Σφάλμα σε μέτρα)'''
* Ιονοσφαιρικη επίδραση: (+ - 5μ.)'''
* Σφάλμα δορυφορικού ρολογιού: (+ - 2μ.)'''
* [[Τροπόσφαιρα|Τροποσφαιρικη]] επιδραση: (+ - 0,5μ.)'''
* Αριθμητικά λάθη σε υπολογισμούς: (+ - 1μ.)'''
* Σφάλματα λόγω αστρονομικού ημερολογίου: (+ - 2,5μ.)'''
* Εμπόδια (κτίρια, φαράγγια, τοίχοι κτλ): (+ - 1μ.)'''
Οι μετρήσεις με δορυφορικό σύστημα εντοπισμού διακρίνονται σε δυο βασικές κατηγορίες, ανάλογα με το αν βασίζονται σε μετρήσεις:
''- ψευδοαποστάσεων''
''- φάσεων.''
Ακριβέστερες από αυτές είναι οι μετρήσεις ''φάσεων''.
Στις μετρήσεις φάσεων μετράται η διαφορά φάσης του σήματος του δορυφόρου την στιγμή εκπομπής με την φάση του σήματος του δέκτη τη στιγμή της λήψης. Η διαφορά φάσης, σε κύκλους πολλαπλασιαζόμενη με το [[μήκος κύματος]] λ μετατρέπεται σε απόσταση.
Τη στιγμή της λήψης ο δέκτης μετράει μόνο το κλασματικό μέρος της φάσης μιας και δε μπορεί να μετρήσει και τον ακέραιο αριθμό κύκλων που αντιστοιχεί στην απόσταση δορυφόρου-δέκτη. Επομένως, οι μετρήσεις φάσης παρουσιάζουν το πρόβλημα της αβεβαιότητας στον προσδιορισμό αυτού του ακέραιου αριθμού Ν, κάτι το οποίο λύνει με συγκεκριμένο αλγόριθμο ο κάθε δέκτης στην έναρξη των μετρήσεων.
Σε τυχόν αδυναμία λήψης του σήματος χάνεται ένας αριθμός ακέραιων κύκλων με συνέπεια όλες οι επόμενες μετρήσεις να είναι μετατοπισμένες κατά τον ίδιο αριθμό κύκλων. Το πρόβλημα αυτό (ολίσθηση κύκλων) αντιμετωπίζεται όπως και η ασάφεια των ακέραιων κύκλων από το δέκτη κατά την προεπεξεργασία. Ο συνδυασμός μετρήσεων φάσης και κώδικα θεωρείται ο ιδανικότερος για τον εντοπισμό της ολίσθησης των κύκλων.
===Μέθοδος προσδιορισμού θέσης===
Η μέθοδος '''RTK (Real Time Kinematic / Σχετικός κινηματικός προσδιορισμός)''' είναι κινηματικός προσδιορισμός, στην οποία χρησιμοποιούνται δύο δέκτες (base – rover) L1/L2, και είναι η μοναδική που μπορεί να δώσει αποτελέσματα καθώς και πληροφορίες για την ποιότητα της λύσης σε πραγματικό χρόνο. Για τη λειτουργία της μεθόδου, απαιτείται επικοινωνία μεταξύ των δεκτών, η οποία πραγματοποιείται είτε με κάποιο μόντεμ UHF είτε με κάποιο μόντεμ [[GSM]]/GPRS. Ο κινητός δέκτης λαμβάνει συνεχώς διορθώσεις από τη βάση και τις χρησιμοποιεί για να επιλύσει εν κινήσει (On The Fly) τις ασάφειες φάσης. Πλέον, ο χρήστης μπορεί να αποτυπώνει σε περιοχές περιορισμένης ορατότητας σε δορυφόρους (φυσικά ή τεχνητά εμπόδια) χωρίς να χάνεται χρόνος για επανέναρξη. Η ακρίβεια της συγκεκριμένης μεθόδου είναι της τάξης του εκατοστού και ο χρόνος που χρειάζεται είναι της τάξης του 1 δευτερολέπτου.
==Δορυφόρος==
| 