Tradycyjnie dwa słowa wstępu i wyjaśnienia. Ziemia jest kulą, nie taką idealną, bo trochę spłaszczoną przy biegunach. Podkreślam, spłaszczoną, a nie płaską, jak uważa cześć społeczeństwa. Ziemia jako planeta jest częścią Układu Słonecznego, obraca się wokół własnej osi oraz wokół Słońca. Obrót dookoła własnej osi trwa ok. 24 godziny, czyli dobę. Pełen obrót wokół Słońca trwa ok. około 365 dni 5 godzin i 49 minut. Z tego powodu co 4 lata, luty ma 29 dni. Wspomniane 5 godzin i 49 minut, pomnożone razy 4 daje prawie 24 godziny, czyli jedną dobę. Ciekawostka: ruch Ziemi wokół Słońca odbywa się z prędkością około 30 km/s, czyli aż 107000 km/h! Nie jesteśmy w stanie bezpośrednio odczuć tej prędkości ani zauważyć samego ruchu. Możemy natomiast obserwować zmiany pór roku i długości dni oraz nocy. Wokół planet często krążą satelity. Naturalnymi satelitami są księżyce. Ziemia posiada dokładnie jednego satelitę, czyli Księżyc, a np. Jowisz aż 67. Wenus i Merkury nie posiadają naturalnych satelitów. Wokół Ziemi krążą także sztuczne satelity, wysłane na orbitę przez ludzi. To im zawdzięczamy wiele wygód życia codziennego. Jednym z ich zastosowań są systemy określające położenie wybranych obiektów na powierzchni Ziemi, czyli systemy nawigacji satelitarnej.

A wszystko zaczęło się od wojska

Pierwsze systemy nawigacji satelitarnej powstały w czasach zimnej wojny. Niezależnie od siebie systemy stworzyły USA (GPS) i Związek Radziecki (GLONASS). Początki ich działania to lata 70. poprzedniego wieku. Początkowo były one zarezerwowane wyłącznie dla celów militarnych. Od lat 90. systemy są udostępniane również użytkownikom cywilnym. Większą popularnością cieszy się system GPS. Do odbioru jego sygnału wystarczy najprostsze urządzenie typu zegarek. W przypadku ciągników jest on zwykle trochę dokładniejszy. W podstawowej wersji dokładność wynosi zwykle 15  – 30 cm, ale o tym w dalszej części. System  składa się z 31 satelitów krążących wokół Ziemi. Dla odmiany system rosyjski korzysta również z 31 satelitów, ale każdy satelita emituje sygnał o innej częstotliwości. Oba wspomniane systemy, podobnie jak wciąż rozwijany europejski system Galileo, mają zasięg ogólnoświatowy. Na świecie pracują również systemy o zasięgu regionalnym, np. chiński Beidou.

Jak działa nawigacja?

Przejdźmy w końcu do konkretów. Zasadę działania omówimy na przykładzie systemu GPS. Pozostałe systemy działają oczywiście w podobny sposób. Z 31 satelitów systemu, dla użytkownika są aktywne 24. Pozostałe stanowią rezerwę na wypadek awarii. Satelity poruszają się po własnych orbitach nachylonych do ziemskiego równika pod kątem 55O. Określenie pozycji odbiornika GPS na ziemi odbywa się przez obliczenie jego odległości od satelity w kosmosie. Do poprawnego działania potrzebne jest połączenie odbiornika z co najmniej 3 satelitami. Każdy z satelitów wysyła w przestrzeń sygnał. Ponieważ sygnał rozchodzi się w każdym możliwym kierunku, możemy sobie wyobrazić że tworzy on wokół satelity kulę (właściwie to sferę, czyli powierzchnię zewnętrzną kuli) o promieniu równym długości fali nadawanego sygnału.  Dokładne położenie odbiornika to punkt znajdujący się na przecięciu się promieni trzech sfer. Na obrazku poniżej wygląda to trochę mniej strasznie. Wykorzystując podstawowe zależności fizyczne, systemy nawigacyjne można wykorzystywać także do pomiarów prędkości z jaką poruszają się obiekty z odbiornikami. Ogólna zasada brzmi: prędkość = droga/czas. Przebytą drogę i czas system określa na podstawie różnic w położeniu odbiornika, a czas na podstawie wskazań bardzo dokładnego zegara atomowego, w jaki wyposażone są satelity.

Jak dokładnie można określić pozycję?

Moim zdaniem bardzo dokładnie. W podstawowej wersji system GPS pozwala uzyskać dokładność od kilkunastu do kilku metrów. Przypominam, że elementy systemu są od siebie oddalone o tysiące kilometrów. W wielu przypadkach taka dokładność jest wystarczająca. Turysta na szlaku lub statek na środku morza nie wymaga centymetrowej dokładności. Co innego ciągnik pracujący z rozsiewaczem nawozu. Różnice w dokładności pomiaru są powodowane przez szereg zakłóceń, jakie oddziałują na sygnał GPS. Źródłem zakłóceń może być np. zawartość pary wodnej w atmosferze albo wewnętrzne błędy systemu. Do uzyskania dokładnych wartości konieczne jest zastosowanie sygnału korekcyjnego wysyłanego przez nadajnik wzorcowy.  Różnica pomiędzy położeniem wskazywanym przez satelitę a rzeczywistym położeniem odbiornika jest właśnie różnicą wynikającą z błędów odbioru sygnału satelitarnego. Odbiornik wzorcowy wysyła sygnał informujący o różnicy jego położenia w stosunku do sygnału obliczonego z bieżącego satelity, sygnał ten odebrany przez inne urządzenia naziemne służy do korekty sygnału, a więc zwiększenia dokładności lokalizacji. Zwiększanie dokładności lokalizacji według opisanej zasady nazywa się RTK od angielskiego Real Time Kinematic. Chcąc wykorzystać sygnał korekcyjny RTK, mamy dwie możliwości: „wynająć” sygnał od zewnętrznego dostawcy lub zakupić własną stację referencyjną. W przypadku zewnętrznego sygnału najczęściej można wybierać pomiędzy sygnałem darmowym (dokładność do +/- 30 cm), sygnałem płatnym (dokładność do +/- 2 cm).

Skomentuj. Jesteśmy ciekawi Twojej opinii!Cancel reply