satelita kosmiczna
36

Skąd Oni wiedzą, gdzie jesteśmy – czyli podstawowe informacje o GPS

Moduły nawigacji stały się równie popularne jak jakakolwiek inna elektronika użytkowa. Dzięki nim możemy mieć ciągły dostęp do własnej lokalizacji i w szybki sposób znaleźć drogę powrotną do domu czy do poszukiwanego przez nas sklepu. Nigdy tak naprawdę nie wiadomo, kiedy ta możliwość nam się przyda. Na jakiej zasadzie działa GPS? Jakie są alternatywy dla niego?

Szwajcarska dokładność

System GPS wskazuje nasze położenie na podstawie czasu przebywania drogi przez sygnał z satelity do odbiornika i z powrotem. Jednak ze względu na przeciętna dokładność modułów w urządzeniach naziemnych komercyjnych, dokładne pomiary są możliwe z wykorzystaniem co najmniej czterech. Mniejsza liczba utrudnia sprzętowi wyliczenie naszego położenia. Różnice w dokładności wyników wynikają z zastosowanka zegarów atomowych w satelitach, zsynchronizowanych między sobą, znacznie bardziej precyzyjnych od tych w np. smartfonach. Dwadzieścia tysięcy kilometrów nad ziemią znajduje się łącznie 32 takich.

gps w smartfonie

Jeżeli tylko jest ich dostępnych więcej, wówczas możemy liczyć na bardziej precyzyjne wskazanie naszej lokalizacji. Każdy kolejny dostępny sygnał pozwala zawęzić teren, na którym się znajdujemy. Dzięki danym z kilku nadajników nasz telefon może już wskazać dokładnie, w jakim miejscu się znajdujemy.

Niezbędna mapa

Jednak nic nie zrobimy z samych danych. Do prawidłowego wyświetlenia nam lokalizacji niezbędna jest aplikacja, która przeniesie je na mapę. Wtedy program analizuje, w jaki sposób się poruszamy i po jakiej nawierzchni (drodze czy wodzie). Wówczas na podstawie tych wszystkich zgromadzonych informacji wskazuje nasze położenie na najbliższej, odpowiedniej drodze. Potem oczywiście wyznacza możliwie jak najbardziej efektywną trasę.

Militarna i cywilna wersja

GPS działa w dwóch standardach: militarnym PPS oraz cywilnym SPS. Pierwszy z nich wykorzystywany jest naturalne przez wojsko i cechuje się wyższą dokładność, która dla konsumencko dostępnej wersji wynosi ok. 15 metrów. Zanim Ministerstwo Obrony USA w 2000 roku zdecydowało się wyłączyć zakłócenia, liczba ta wynosiła aż 100 metrów. Co ciekawe, Stany Zjednoczone Ameryki postanowiły udostępnić cywilom swój system lokalizacji po tragicznym wypadku koreańskiego samolotu w 1983 roku, kiedy to zboczył z obranego kursu i został zestrzelony po dostaniu się na terytorium ówczesnego ZSRR.

Sam sygnał GPS zdecydowanie nie należy do najmocniejszych. Problemy z jego odebraniem mogą pojawić się nawet wtedy, kiedy będziemy w budynku czy w tunelu. Jeżeli chcielibyście zwiększyć dokładność lokalizowania, warto sprawdzić DGPS. Wykorzystuje ona dodatkowo stację bazową w ściśle określonym miejscu. Wyznacza ona na bieżąco wszelkie błędy w pomiarze, które nasze urządzenie może skorelować i pokazać nasze położenie z dokładnością do nawet kilku centymetrów. Rozwiązanie to stosowane jest przez m.in. rolnictwo precyzyjne czy w geodezji.

Liczne alternatywy

Na rynku znajdziemy już wiele konkurencyjnych dla GPS systemów. Możemy zacząć od Glonass, który jest zarządzany przez Wojska Kosmiczne Federacji Rosyjskiej. System o ogólnoświatowym zasięgu bazuje on na różnych częstotliwościach nadawanego sygnału. Opiera się na 31 satelitach, działa od 1976, a użytkownicy cywilni mogą lokalizować siebie z dokładnością do 30 metrów

Skoro USA i Rosja mają systemy, Chiny nie mogły być gorszy. Beidou to jednak na chwilę obecną jeszcze rozwijająca się platforma. Docelowo ma składać się z 20 nadajników i pokazywać lokalizację z dokładnością do 10 metrów, z których obecnie jedynie kilka już działa. Docelowo rozwiązanie z Państwa Środka ma działać na całym globie już w 2020 roku.

mapa gps - grafika

Na koniec została europejska odpowiedź na to, czyli Galileo. Uruchomiony w zeszłym roku ma do 2020 roku oferować już 30 nadajników, zarówno operacyjnych, jak i zapasowych, oraz o czym warto pamiętać, będzie to rozwiązanie jedynie cywilne. W dodatku będzie dostępne w wersji darmowej i płatnej. W przypadku tej pierwszej błąd pomiarowy będzie wynosił ok. 1 metr, podczas gdy dla drugiej zaledwie 10 cm. Oczywiście jego zasięg ma obejmować każde miejsce na Ziemi, a użytkownicy będą informowani o dokładności pomiaru.

Wyobrażasz sobie życie bez GPS?

Naukowcy z University College London przeprowadzili ciekawy eksperyment. W badaniu wzięły udział 24 osoby, a ich zadaniem była przejażdżka po Londynie w symulatorze samochodowym, raz z nawigacją, drugi już bez niej. Oczywiście cały czas monitorowano aktywność ich mózgów. Największą różnicę ujrzano w momencie, w którym kierowca skręcał w nową ulicę – dla osób bez GPS czynność ta przekładała się na wzmożone działanie hipokampu oraz kory czołowej. W przypadku ludzi z systemem lokalizacji sytuacja taka nie miała miejsce. Na kolejne, dokładniejsze badania na ten temat przyjdzie nam pewnie trochę poczekać.

samochód i mapa Ameryki Południowej

Systemy lokalizacyjne znacząco ułatwiają nam funkcjonowanie w dzisiejszym, ciągle się zmieniającym i zatłoczonym świecie. Umożliwiają szybkie odnajdowanie drogi do interesujących miejsc czy pozwalają się zorientować, gdzie właśnie trafiliśmy. Z pewnością możemy się cieszyć, że liczba dostępnych systemów lokalizowania wzrośnie. Jestem jednak ciekaw, jak dużo firm jest zainteresowanych danymi o naszym położeniu, aby dzięki nim polecić nam jak najbardziej spersonalizowane reklamy…

źródło: Finder, IKOL, Ksturow; Defence News; zdrowie-pap

  • JA PIOTR

    „Naprawde” piszemy razem i „ten” satelita,a nie „ta” satelita. :-)

    • Kamienna Gęba

      A może nie narzucaj płci satelitom?

  • ofca

    > Dwadzieścia tysięcy metrów nad ziemią znajduje się łącznie 32 takich.

    20 tysiecy KILOMETROW, nie metrow.
    https://pl.wikipedia.org/wiki/Średnia_orbita_okołoziemska

    Innych literowek nawet mi sie nie chce wskazywac, ale jest ich pelno.

    • Warmik

      Na 20 km można by takiego satelitę procą zestrzelić 😁 Słabo zostało wyjaśnione działanie systemu. Nie wiem czy można to chociaż ogólnikami nazwać. Btw. w geodezji stosuje się rozwiązania zapewniające 3 cm dokładności, a nie 2m. Dwa metry dla rolnika to się zgadza.

    • Kamienna Gęba

      Dla rolnika? Dla rolnika to 3cm to za mała dokładność. Pochodzę ze wsi i kilka wojen o miedzę widziałem.

    • Lard Vader

      Zaplajował ktoś miedzę Pawlak?

    • Kamienna Gęba

      Zaplajował? Nie znam słowa.

    • Lard Vader

      Podejć no do płota (telewizora) i obejrzyj „Kochaj albo rzuć.” ;-)

    • Albert Lewandowski

      W swoim czasie pojawi się również tekst poświęcony temu zagadnieniu od bardziej technicznej strony. W tym tekście poruszyłem najbardziej podstawowe informacje z nim związane.

    • Lard Vader

      Mam zasadę 3 baboli: po napotkaniu 3 głupich błędów uznaję, że autor się nie zna a info to być może bzdury. Kiedyś tak uwalano maturę i mgr, ale teraz millenialsi mają „dyslekcję” (= nieuctwo, nie mylić z dysleksją!). Teraz chodzi o to, żeby przy sojowej „latę” chwalić się, że się bloguje w technopudelku…

    • Albert Lewandowski

      Poprawione, dzięki za zwrócenie uwagi.

  • ᗪ ᒍ ᗩ K ᗪ E K I E ᒪ

    ALE PRZEcieZ ZiemIA jest Plaska I Nie ma ZadnyCH satelitow!!!1! Ile razy to mam pisac. To jest spiseg i darpa, hepa i innych agencji! Piorą wam mozgi!

  • doogopis

    Kamila Kielar (nie znana mi podróżniczka ekstremalna) opowiada o swoich podróżach na rowerze przez Alaskę i Kamczatkę…

    redaktor – Kamila a jak sobie radziłaś z trzymaniem się właściwego kierunku, drogi, kursu?
    Kamila Kielar – wiesz, to jest Alaska czy Kamczatka, tam jest inaczej niż w cywilizacji. Zapomnij o GPSie (!) bo nie działa on na takich terenach (!). Korzystałam tylko ze zwykłych map i kompasu.
    Tylko, że co niby…nad Alaską czy Kamczatką nie ma ani jednej satelity? A podobno krąży ich nad ziemią kilka tysięcy. Przy czym do ogarnięcia całej ziemi, według nich wystarcza 5 satelit…
    Specjaliści testują supernowy wynalazek – internet w samolocie. Dziwnym jest samo to, że internet w samolocie jest taki nowy, skoro sam internet hula na dobre już od kilkunastu lat, a jego przesył satelitarny (bo o nim mowa podobno) tez nowinką był w latach 90 ubiegłego wieku. Teraz, kiedy sondy latają na krańce układu słonecznego (hahaha) a łaziki penetrują Marsa (hahaha) wysłanie neta na pokład samolotu lecącego nad samą ziemią, powinno być dziecinnie proste. Ale jak się okazuje, nie jest. Co więcej, jest bardzo trudne.

    Cytat z artykułu „… W trakcie lotu zdarzyła się też 20 minutowa przerwa w dostępie do Internetu – podczas przelatywania na południe od Grenlandii kapitan poinformował, o problemie z dostępem do sygnału. Po wspominanych 20 minutach dostęp powrócił.”

    Lot między Europą a Ameryką… Internet (SATELITARNY!) mają, ale im znika na 20 minut, o czym ostrzega wcześniej kapitan, kiedy znajdują się na wysokości Grenlandii…
    Czyżby satelity nie ogarniały Grenlandii?!
    A może z innego powodu. Grenlandia znajduje się mw w połowie tej trasy, a tam traci się zasięg z nadajników naziemnych zarówno amerykańskich jak i europejskich.
    Wylatują z martwej strefy i internet pojawia się znowu. Czy to nie analogiczna sytuacja jak z GPSem o którym pisałem tutaj cytując polską rowerzystkę wyczynową, która opisując wyprawę na Alaskę mówiła ” tam człowiek jest zdany na mapę papierową. O GPSie zapomnij, nie lapie!
    Satelity jakoś cudem niedziałają w kilku miejscach na ziemi!
    Tak jak kompas na biegunie południowym,bo nikt nigdy nie pokazał co on tam pokazuje!
    https://m.youtube.com/watch?v=v4WwDABUWYo
    Gps istniał zanim powstali satelici! Potem dodali tylko interfejs graficzny! A owce sie nabrały!
    Jeszcze dodatkowo częstonw samolocie traci sie zasięg gps na wysokości, a na ziemi działa dobrze! Bliżej nieba to bliżej satelit! Chyba że to naziemna technologia?

    • Kamienna Gęba

      Pojedź, sprawdź sam, nagraj film a jak nie to jak ty to mawiasz „zamknij gębę”.

    • Sarkada

      A jakie jest wyjaśnienie na różnicę czasu?

    • doogopis
    • Kamienna Gęba

      Ten człowiek jest chyba chory. Opowiada mi o magnesach z jednym biegunem.

    • Camis ✓ᵛᵉʳᶦᶠᶦᵉᵈ

      Nie chyba tylko na pewno.

    • doogopis

      https://m.youtube.com/watch?v=v4WwDABUWYo
      Świat posiadał system nawigacji długo zanim powstały bajki o satelitach! Potem tylko odbiorniki z czasem sie zmniejszyły i dodano interfejs graficzny!
      https://m.youtube.com/watch?v=zXIUbqgmuCo
      I bedziesz wiedział!

  • Daniel Markiewicz

    „Jednak ze względu na przeciętna dokładność modułów w urządzeniach naziemnych komercyjnych, pomiary są dokonywane z wykorzystaniem co najmniej czterech satelitów. ” no większej bzdury dawno nie czytałem. Jeśli się pisze o czymś skomplikowanym, wypadałoby zrobić research. No chyba że to tylko kolejny artykuł z działu „kosmos” by przyciągnąć doogopisa i nabic komenty i wejścia (jak artykluł o płaskiej ziemi)

    • Ja

      „Odbiornik po otrzymaniu informacji od satelity oblicza odległość od niej. Wówczas urządzenie może określić, że znajduje się w dowolnym miejscu, w którym dany nadajnik ma zasięg. ” A to cię bardziej nie razi? Przecież to totalna bzdura.

    • Daniel Markiewicz

      szczerze to każde kolejne zdanie czytałem bardziej po łepkach. „Naukowcy z University College London przeprowadzili ciekawy eksperyment” – tego nawet nie zrozumiałem, co wynika z tego eksperymentu że taki ciekawy. i na wielkiej próbce 24 osób

    • Albert Lewandowski

      Nie, to artykuł opisujący podstawowe wiadomości związane z systemami lokalizacji. Poprawiłem już tytuł oraz niektóre błędy, które się pojawiły w tekście.

    • Daniel Markiewicz

      nooo to zajmij się teraz poprawianiem pozostałych, albo najlepiej usuń artykuł i „w swoim czasie” napisz „od bardziej technicznej strony”

  • Andrzej

    10 lat temu takie teksty pojawiały się w prasie pokroju Komputer Świat, z tym, że wtedy nie miały tylu błędów i lania wody, a zawierały w sobie trochę więcej technicznych szczegółów.
    Źródło to prędzej Wikipedia…

    • Daniel Markiewicz

      dokładnie, tak sobie patrze na awatara autora… jak myślisz ile ma lat? zródło „kilka ciekawostek na temat gps” „zdrowie-pap” i już artykuł o niczym, i jeszcze to wplecienie Hyperloopa :D

    • Andrzej

      Można mieć 15 i pisać dobrze, a można mieć 40 i lać wodę. Wiek nie jest tu najważniejszy. Najgorsze jest pisanie o czymś, o czym nie ma się zielonego pojęcia. Taka natura wszelkiej maści blogerów ;)

  • Sambor Gogacz

    Artykuł taki, że omg.

    Satelity emitują swoją dokładną aktualną pozycję i DOKŁADNY czas (mają zsynchronizowane zegary atomowe!) ale odbiornik – nawet najwyższej jakości – nie ma zegara atomowego zsynchronizowanego z satelitami i nie dysponuje tym samym dokładnym punktem odniesienia dla czasu co satelity, dlatego nie sposób wprost określić czasu, jaki przebył sygnał od satelity, jak i odległości do niego.

    Dlatego w równaniach, które rozwiązuje odbiornik na podstawie dokładnej pozycji x, y i z satelit, dokładnego czasu nadania ramki oraz RÓŻNIC w czasie ich odebrania, wylicza się cztery niewiadome: x, y i z odbiornika oraz tzw. ODCHYŁĶĘ CZASU, stanowiącą niejako miarę niedokładności zegara w urządzeniu lokalnym w stosunku do zegarów atomowych w satelitach. Ta ostatnia wartość nie interesuje użytkownika końcowego i nie jest mu podawana, niemniej z uwagi na nieznany offset zegara lokalnego stanowi element konieczny układu równań prowadzacego do wyliczenia x, y i z.

    Cztery niewiadome, więc aby rozwiązanie było jedno, równania również muszą być cztery. A więc potrzebujemy czterech kompletów danych ergo czterech satelit.

    Przy mniejszej liczbie układ będzie miał nieskończenie wiele rozwiązań a więc określenie pozycji nie będzie możliwe w ogóle, nawet w najdrobniejszym przybliżeniu – a nie niewystarczająco dokładnie, jak możnaby wnioskować z artykułu.

    „System GPS wskazuje nasze położenie na podstawie czasu przebywania drogi przez sygnał z satelity do odbiornika”
    Jest DOKŁADNIE odwrotnie: czas poznajemy dopiero na koniec wyliczeń. Na wejściu znamy jedynie różnice pomiędzy czasami odbioru.

    „Odbiornik po otrzymaniu informacji od satelity oblicza odległość od niej.”.
    Jest DOKŁADNIE odwrotnie, analogicznie jw.

    „Okręgi, wyznaczające region działania GPS, przecinają się w jednym miejscu.”
    Wot?

    Na tym lekturę zakończyłem.

    • Daniel Markiewicz

      taaa, okręgi przecinające się w jednym miejscu :D, czyli że styczne?

    • Albert Lewandowski

      Dziękuję za obszerny komentarz. Poprawilem już tytuł, aby było wiadome, że jest on ogólny i nie porusza dokładnie kwestii technicznych. Zmieniłem również błędnie napisane zdania.

  • Daniel Poweska

    Jak skalibrowany gps w telefonie wskazuje z dokładnością do 0.5m, tak samo wszelkie nawigacje samochodowe, Które wiedzą nawet na którym pasie się znajdujemy, a wy piszecie bzdury o 15 metrach, gdzie nie da się jednoznacznie stwierdzić na której ulicy jesteśmy, już nie mówiąc o tym w którym jej miejscu…

  • DP

    GPS jest czymś cudownym. Najbardziej doceniają go z pewności ci, którzy pamiętają jeszcze czasy papierowych map i wszelkich niedogodności z nimi związanych. To zdecydowanie jeden z najbardziej ułatwiających życie wynalazków.

  • Mateusz Kasperczyk

    „sygnał z satelity do odbiornika i z powrotem”
    hmm. czyli sygnał leci z satelity do urządzenia na Ziemi i potem wraca na orbitę? To mocne mamy nadajniki w tych telefonach. Zawsze myślałem że na ziemi mamy tylko ODBIORNIKI.. huh?

    Czyżby 22.09 – dzień w którym zakończyłem czytać Antyweba?

  • Paweł

    Autorze proszę Cię, usuń ten artykuł. Nie masz pojęcia o czym piszesz i możesz tym tekstem namieszać w głowach ludziom którzy także się nie znają. Naprawdę, poprawianie tego artykułu w nieskończoność nie ma sensu. Już pierwsze zdanie to jakaś totalna bzdura.

  • Adrian Nyszko

    Tylko 32 satelity, a mogą obsługiwać w jednym czasie pareset milionów urządzeń w jednym czasie, ciekawe

  • yottahz

    Nie ma nawet słowa o tym jak działa GPS…