Ako to funguje
GPS - celosvetový družicový navigačný systém slúži pre určenie okamžitej polohy a času. Vyznačuje sa vysokou presnosťou, možnosťou pracovať kdekoľvek na Zemi a nezávislosti na počasí, dennej či nočnej dobe. Významným rysom systému je tiež podpora práce v spoločnom systéme súradníc pre celú Zem. GPS tvoria tri segmenty.Kozmický segment dnes predstavuje 27 satelitov ( z toho 3 záložné ), rovnomerne rozmiestnených na šiestich dráhach vzájomne stočených o 60° vo výške okolo 20 000 km. Družice vysielajú signál na dvoch kmitočtoch. L1
( 1575.42 MHz )a L2 ( 1227.62 MHz ). Tieto frekvencie sú takto zvolené zámerne, aby boli odolné voči meteorologickým podmienkam. Signál sa skladá z niekoľkých zložiek dvoch pseudonáhodných kódov ( C/A kód a P kód ) a navigačnej správy ktorá nesie dôležité informácie o polohe družice, jej stave a podobe. Pre civilných užívateľov je určený hrubší kód C/A ( Coarse Acquisition ) s bytovou rýchlosťou( 1.023 Mb/s), ktorý je dostupný len na frekvencii L1.
Presnejší P kód ( Precision ) umožňuje merať vzdialenosť užívateľ – družica s vyššou presnosťou vďaka vyššej bytovej schopnosti (10.23Mb/s) a možnosti merania na oboch kmitočtoch.
Riadiaca zložka zabezpečuje bezproblémovú prevádzku celého systému – jeho sledovanie, odovzdávanie príkazov, aktuálnych informácii o chode hodín a efemeridách družíc.
Poslednou zložkou je užívateľský segment , ktorý prestavujú prijímače GPS a odborne zainteresované organizácie.
Princíp určenia polohy je veľmi jednoduchý, ale technická realizácia by bola veľmi náročná.
Prístroj GPS je pasívnym diaľkomerným systémom, teda samotný GPS prístroj je iba prijímačom, nič nevysiela. Prístroj prijíma signály z jednotlivých družíc, ktoré vidí na oblohe spolu s navigačnou správou obsahujúcou parametre trás družice a ďalšie užitočné informácie pre určenie polohy a sledovanie stavu systému.
Z týchto informácii je schopný vypočítať približnú vzdialenosť užívateľ – družica. Pre výpočet polohy stačí príjem signálu min. z 3 družíc, ale ak chceme poznať aj nadmorskú výšku tak zo 4 družíc. Veľmi jednoducho si môžeme celú situáciu predstaviť priestorovým premietaním.
Určujú sa vzdialenosti medzi prijímačom GPS a viditeľnými družicami na základe znalosti časov vysielania a príjmu signálu. Družice GPS preto musia byť vybavené vysoko presnými atómovými hodinami, lebo chyba v rade milióntiny sekundy môže spôsobiť stometrové odchýlky.
GPS je pôvodne vojenským systémom, vyvíjaným a budovaným od 70. rokov. Prevádzkovateľom systému je ministerstvo obrany Spojených štátov. Systém bol budovaný postupne ( vynášaním jednotlivých generácii satelitov ) a v plnej konštalácii je v prevádzke od 90. rokov. Dnes je hromadne využívaný v armáde Spojených štátov a členských krajín NATO. Štandartne je osadzovaný do vojenských lietadiel, lodí , vozidiel, rakiet s dlhým doletom a v súčastnej dobe je už dostatočný počet prijímačov GPS aj pre pozemné vojsko. Kvalitné parametre systémov GPS overené konfliktom v Perzskom zálive umocnili rozhodnutia vlády Spojených štátov o bezplatnom využití systému pre civilné účely.
Poloha užívateľa určená pomocou technológie GPS je veľmi presná už pri použití jeho najjednoduchšej varianty – jediného kmitočtu ( L1 ) a C/A kódu. Preto vzhľadom k požiadavke na strategickú bezpečnosť štátu rozhodla vláda Spojených štátov o zavedení zvláštneho režimu prevádzky družíc GPS – takzvanej selektívnej dostupnosti ( Selective Availability – SA ). Chybou SA sa dosiahne zhoršenie presnosti určenia vzdialenosti prijímač – družica vďaka zmene hodinového kmitočtu a parametrov dráhy družice, ktoré sú vysielané v navigačnej správe. Následkom toho merná zdanlivá vzdialenosť neodpovedá skutočnosti.
Hlavnou brzdou ďalšieho rozvoja GPS bolo zhoršenie presnosti pre civilných užívateľov formou chyby SA. Zámerne je zdôraznené slovo „bolo“ lebo tento stav už od mája r. 2000 neplatí. Americký prezident Bill Clinton pomerne rýchlo a rázne ukončil úmyselné znižovanie presnosti signálu chybou SA. Znamená to, že užívatelia budú môcť určovať svoju polohu až 10 krát presnejšie než bolo možné doteraz. Spojené štáty, týmto až do roku 2006 prerušia využívanie selektívnej dostupnosti, každoročným posudzovaním jeho nasadenia. Prezident tak nadviazal na osobne vydanú smernicu z apríla roku 1996, ktorá si za cieľ stanovuje podporovať prijatie a začlenenie GPS do mierových civilných, obchodných a vedeckých aplikácii po celom svete.
V súčastnej dobe, teda môžeme aj s najjednoduchším GPS prijímačom GARMIN dosiahnuť okamžitú presnosť v rade jednotiek metrov (strednú polohovú chybu). Služba GPS je preto civilným užívateľom bezplatná a dostupná na celom svete.