GPS

A GPS (Global Positioning System) Globális Helymeghatározó Rendszer, az Amerikai Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (Department of Defense) által (elsődlegesen katonai célokra) kifejlesztett és üzemeltetett - a Föld bármely pontján, a nap 24 órájában működő - műholdas helymeghatározó rendszer.

A GPS egy fejlett helymeghatározó rendszer, amellyel 3 dimenziós helyzetmeghatározást, időmérést és sebességmérést végezhetünk földön, vízen vagy levegőben. Pontossága jellemzően méteres nagyságrendű, de differenciális mérési módszerekkel akár mm pontosságot is el lehet érni, valós időben is.

A rendszer felépítése

A helymeghatározás 24 db nagy műhold segítségével történik, melyek a Föld felszíne fölött 20200 km-es magasságban keringenek, az Egyenlítővel 55°-os szöget bezáró pályán. Egy-egy műhold nagyjából naponta kétszer kerüli meg a Földet. Az égbolton sík terepen egyszerre 7 műhold látható, melyből a helymeghatározáshoz 3, a tengerszint feletti magasság meghatározásához pedig további egy hold szükséges.

A rendszer kialakítása igen nagy összegeket emésztett fel (indításkor kb. 12 milliárd USD). Az 1970-es években, a hidegháború során kezdtek a fejlesztésbe, ez része volt a szigorúan titkos csillagháborús tervnek.

A helymeghatározási módszer

A helymeghatározás elmélete analitikus geometriai módszereken nyugszik. A műholdas helymeghatározó rendszer gyakorlatilag egy időmérésből kiszámított távolságmérésen alapul. Mivel ismerjük a rádióhullámok terjedési sebességét, és ismerjük a rádióhullám kibocsátásának és beérkezésének idejét, ezek alapján meghatározhatjuk a forrás távolságát. A háromdimenziós térben három ismert helyzetű ponttól mért távolság pontos ismeretében már meg tudjuk határozni a pozíciót. A további műholdakra mért távolságokkal pontosítani tudjuk ezt az értéket. A mérés alapja két nagy pontosságú (10e-12 - cézium atomóra), adott frekvenciájú szinuszos jel.

A GPS-szel történő helymeghatározás előnyei

napszaktól független földfelszín feletti magasságtól független mozgási sebességtől független (a műszerrel akár vadászgépen is mérhetünk)

A GPS-szel történő helymeghatározás hátrányai

a vevőberendezések nem elég érzékenyek csak nyílt, fedetlen területeken alkalmazható (pl: alagútban nem) az épületekről visszaverődő jelek zavart okoznak a mérésben

GPS vevők

Napjainkban kinek-kinek a lehetőségéhez mérten esélye van korrekt áron GPS vevőt vásárolni kb 30.000 ft-tól a csillagos égig. Az egyszerűbb típusok is tudnak elég sokmindent. Gépjárművekbe beszerezhető PDA-ba beépített GPS vevő is, amiken futtatható sokféle navigációs rendszer.

A piacon fellelhető a legkomolyabb professzionális berendezés, és az áramkörökbe beépíthető modul GPS vevő is.

GPS vevők adatinterfésze

Az általam (HG2ECZ) vizsgált GPS vevőmodul RS232 interfészen keresztül 4800 8N1 beállítások mellett küldte másodpercenként az alább ismertetett sorokat. Alább ismertetem azokat a fontos adatformátumokat, amik számunkra rádióamatőr területen is érdekesek lehetnek:

$GPRMC

"Recommended Minimum content" - azaz ajánlott minimum tartalom, amelyet minden GPS vevő tutira kiad. Tulajdonképp ennek feldolgozása rádióamatőr viszonylatban elégséges lehet.

$GPRMC,181525.000,A,4735.9178,N,01903.4748,E,2.29,103.39,160610,,,A*63

• 18:15:25.000 óra/perc/másodperc.töredék (UTC) a pontos műhold-idő.
• A: aktív, V: nem megbízható
• 47 fok 35.9178 perc északi (N) féltekén és 19 fok 3,4748 perc a keleti hosszúságon.
• 2,29 sebesség csomóban. Kilométer = 1,852 * csomó (itt 4,241 km/óra)
• irány 103,39 fok (0 fok: észak, 90 fok: kelet)
• 160610 mint (20)10 év 06 hó 16 nap.
• csillag szeparátor és hexadecimális 63: XOR-olt ellenőrzőösszege a mondatnak, amivel a hibás RS232 átvitel szűrhető ki.

$GPGGA

Fix információk

$GPGGA,181525.000,4735.9178,N,01903.4748,E,1,05,2.7,124.0,M,41.2,M,,0000*50

• 18:15:25.000 óra/perc/másodperckor jött az adat. Azaz ennyi az idő UTC-ben.
• 47 fok 35,9178 perc északi félteke és 19 fok 3,4748 fok keleti hosszúság.
• 0: invalid, 1: GPS fix, 2: DGPS fix, ...
• 5 műhold adata alapján
• pozíció vízszintes imbolygása - 2,7 Méter
• tengerszint feletti magasság, 124 Méter
• geoid forma (egyszerűsített matematikai Föld modell) feletti magasság, 41,2 Méter
• hány másodperce volt az utolsó DGPS korrekció? (itt: nem volt)
• 0000: GPS korrekciós (DGPS) állomás azonosítója. Itt nem található (0000)
• csillag és hexadecimális XOR ellenőrző összeg.

$GPGSV

Részletes műhold adat.

$GPGSV,3,1,11,30,84,046,31,29,63,242,24,12,50,100,39,02,38,063,33*79
$GPGSV,3,2,11,31,38,305,25,14,13,247,22,10,06,077,,04,05,034,*77
$GPGSV,3,3,11,21,03,192,,05,02,107,17,09,02,160,*48

• Többmondatos kód. Látszik a fentin, hogy 3 mondatból áll, amelyből 1, 2, 3 lejön.
• 11 műholdat lát
• részletek: műhold_azonosítószáma/eleváció/azimut/SNR -- ebből max 4 darab mondatonként.
• XOR-olt ellenőrző összeg

Alkalmazási területek

• Hadászatban
• Vagyonvédelmi rendszerekben
• Navigációs rendszerekben
• Útvonalkövető rendszerekben
• Rádióamatőr alkalmazásokban, például APRS

Linkek

• Gps.lap.hu
• Geocaching "játék"

Forrás

• Magyar Wikipedia
• Saját mérések