Küresel Konumlandırma Sistemi - Global Positioning System

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)

Menşe ülke / ler	Amerika Birleşik Devletleri
Operatör (ler)	ABD Uzay Kuvvetleri
Tür	Askeri, sivil
Durum	Operasyonel
Kapsam	Küresel
Doğruluk	500–30 cm (16–0.98 ft)
Takımyıldız boyutu
Toplam uydular	33
Yörüngedeki uydular	31
İlk başlatma	Şubat 1978; 42 yıl önce (1978-02)
Toplam lansman	72
Yörünge özellikleri
Rejimler	6 kat MEO yüzeyleri
Yörünge yüksekliği	20.180 km (12.540 mil)

Jeodezi
Temel bilgiler Jeodezi Jeodinamik Geomatik Tarih
Kavramlar Coğrafi uzaklık Geoid Dünya Figürü (Dünya yarıçapı ve Dünyanın çevresi ) Jeodezik veri Jeodezik Coğrafi koordinat sistemi Yatay konum gösterimi Enlem  / Boylam Harita projeksiyonu Referans elipsoid Uydu jeodezi Mekansal referans sistemi Mekansal ilişkiler
Teknolojiler Global Gez. Oturdu. Sistemler (GNSS'ler) Global Konum Sistem (GPS) GLONASS (Rusya) Beidou (BDS) (Çin) Galileo (Avrupa) NAVIC (Hindistan) Quasi-Zenith Sat. Sys. (QZSS) (Japonya) Ayrık Global Grid ve Geocoding
Standartlar (tarih) NGVD 29 Deniz Seviyesi Verisi 1929 OSGB36 Mühimmat Araştırması İngiltere 1936 SK-42 Systema Koordinat 1942 goda ED50 Avrupa Veri 1950 SAD69 Güney Amerika Verisi 1969 GRS 80 Jeodezik Referans Sistemi 1980 ISO 6709 Coğrafi nokta koordinatörü. 1983 NAD 83 Kuzey Amerika Verisi 1983 WGS 84 Dünya Jeodezik Sistemi 1984 NAVD 88 N. Amerikan Dikey Veri 1988 ETRS89 Avrupa Karasal Ref. Sys. 1989 GCJ-02 Çin gizlenmiş datum 2002 Coğrafi URI Bir noktaya internet bağlantısı 2010 Uluslararası Karasal Referans Sistemi Uzamsal Referans Sistem Tanımlayıcısı (SRID) Evrensel Enine Merkatör (UTM)

Sanatçının Dünya yörüngesindeki GPS Blok II-F uydusu anlayışı.

Sivil GPS alıcıları ("GPS navigasyon cihazı ") bir deniz uygulamasında.

Otomotiv navigasyon sistemi bir takside.

Bir Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı Kıdemli Havacı Global Konumlandırma Sistemi uydu operasyonları sırasında bir kontrol listesinden geçer.

Küresel Konumlandırma Sistemi (Küresel Konumlama Sistemi), aslında Navstar GPS^[1] (logosundaki büyük harflerle stilize edilmiştir), uydu tabanlı radyonavigasyon sisteme ait Amerika Birleşik Devletleri hükümeti ve tarafından işletilen Amerika Birleşik Devletleri Uzay Kuvvetleri.^[2] Biridir küresel navigasyon uydu sistemleri (GNSS) sağlayan coğrafi konum ve zaman bilgisi bir GPS alıcısı Dört veya daha fazla GPS uydusunun engellenmemiş bir görüş hattının olduğu Dünya üzerinde veya yakınında herhangi bir yer.^[3] Dağlar ve binalar gibi engeller, nispeten zayıf olanları engeller. GPS sinyalleri.

GPS, kullanıcının herhangi bir veri iletmesini gerektirmez ve herhangi bir telefon veya internet alımından bağımsız olarak çalışır, ancak bu teknolojiler GPS konumlandırma bilgisinin kullanışlılığını artırabilir. GPS, dünyanın her yerindeki askeri, sivil ve ticari kullanıcılara kritik konumlandırma yetenekleri sağlar. Amerika Birleşik Devletleri hükümeti sistemi yarattı, sürdürüyor ve sistemi olan herkesin ücretsiz olarak erişebilmesini sağlıyor. GPS alıcısı.^[4]

GPS projesi, ABD Savunma Bakanlığı 1973'te, ilk prototip uzay aracı 1978'de fırlatıldı ve 24 uydudan oluşan tam takımyıldız 1993'te faaliyete geçti. Başlangıçta Birleşik Devletler ordusu tarafından kullanımla sınırlı, sivil kullanıma 1980'lerden itibaren Başkan'ın bir idari emriyle izin verildi. Ronald Reagan.^[5] Teknolojideki gelişmeler ve mevcut sistemdeki yeni talepler, şimdi GPS'i modernize etme ve yeni nesil GPS Blok IIIA uydular ve Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemi (OCX).^[6] Başkan Yardımcısından Duyurular Al Gore ve Beyaz Saray 1998 yılında bu değişiklikleri başlattı. 2000 yılında ABD Kongresi modernizasyon çabasına izin verdi, GPS III.

1990'larda, GPS kalitesi Amerika Birleşik Devletleri hükümeti tarafından "Seçmeli Kullanılabilirlik" adlı bir programla bozuldu; Bu 1 Mayıs 2000'de Başkan tarafından imzalanan bir yasa ile durduruldu Bill Clinton.^[7]

GPS hizmeti, 1999'da Hindistan ordusunun başına geldiği gibi, sisteme erişimi seçerek reddedebilen Amerika Birleşik Devletleri hükümeti tarafından sağlanmaktadır. Kargil Savaşı veya herhangi bir zamanda hizmetin kalitesini düşürür.^[8] Sonuç olarak, birkaç ülke diğer küresel veya bölgesel uydu navigasyon sistemlerini geliştirmiş veya kurma sürecindedir. Rusya Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GLONASS ) GPS ile eşzamanlı olarak geliştirildi, ancak 2000'lerin ortalarına kadar dünyanın eksik kapsama alanından muzdaripti.^[9] GLONASS, GPS cihazlarına eklenebilir, böylece daha fazla uydu kullanılabilir hale gelir ve konumların iki metre (6,6 ft) içinde daha hızlı ve doğru bir şekilde sabitlenmesini sağlar.^[10] Çin'in BeiDou Navigasyon Uydu Sistemi 2018'de küresel hizmetlere başladı ve 2020'de tam dağıtımını tamamladı.^[11]Avrupa Birliği de var Galileo konumlandırma sistemi ve Hindistan'ın NavIC. Japonya'nın Quasi-Zenith Uydu Sistemi (QZSS) bir GPS uydu tabanlı büyütme sistemi GPS'in doğruluğunu artırmak için Asya-Okyanusya, ile uydu seyir sistemi 2023 için planlanan GPS'den bağımsız.^[12]

Seçici kullanılabilirlik 2000 yılında kaldırıldığında, GPS yaklaşık beş metre (16 ft) doğruluğa sahipti. Doğruluk geliştirmenin en son aşaması L5 bandını kullanır ve şimdi tamamen konuşlandırılmıştır. 2018'de piyasaya sürülen ve L5 bandını kullanan GPS alıcıları, 30 santimetre veya 11,8 inç aralığında yer belirleyerek çok daha yüksek doğruluğa sahip olabilir.^[13][14]

Tarih

Navstar Küresel Konumlandırma Sistemini tanıtan Hava Kuvvetleri filmi, yaklaşık 1977 Medya oynatın

GPS projesi, önceki navigasyon sistemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için 1973 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde başlatıldı,^[15] 1960'lardan itibaren sınıflandırılmış mühendislik tasarım çalışmaları da dahil olmak üzere birçok öncülden gelen fikirleri entegre etmek. ABD Savunma Bakanlığı başlangıçta 24 uydu kullanan sistemi geliştirdi. Başlangıçta Birleşik Devletler ordusu tarafından kullanılmak üzere geliştirildi ve 1995'te tam anlamıyla faaliyete geçti. 1980'lerden itibaren sivil kullanıma izin verildi. Roger L. Easton of Deniz Araştırma Laboratuvarı, Ivan A. Başlarken nın-nin Havacılık ve Uzay Şirketi, ve Bradford Parkinson of Uygulamalı Fizik Laboratuvarı onu icat etmekle tanınırlar.^[16] İşi Gladys West GPS için ihtiyaç duyulan hassasiyetle uydu konumlarını tespit etmek için hesaplama tekniklerinin geliştirilmesinde önemli bir araç olarak kabul edilmektedir.^[17]

GPS tasarımı kısmen benzer yere dayalı radyo navigasyon sistemler, örneğin LORAN ve Decca Navigator, 1940'ların başında geliştirildi.

1955'te, Friedwardt Winterberg bir test önerdi Genel görelilik - Yapay uyduların içindeki yörüngeye yerleştirilmiş doğru atomik saatleri kullanarak güçlü bir yerçekimi alanındaki zaman yavaşlamasını tespit etme Özel ve genel görelilik, GPS uydularındaki saatlerin Dünya gözlemcileri tarafından, saatlerden günde 38 mikrosaniye daha hızlı çalışacağını öngörür. Dünya. GPS tarafından hesaplanan konumlar, günde 10 kilometreye (6 mil / d) kadar birikerek hızla hataya neden olur. Bu, GPS tasarımında düzeltildi.^[18]

Öncekiler

Ne zaman Sovyetler Birliği ilk yapay uyduyu başlattı (Sputnik 1 ) 1957'de Johns Hopkins Üniversitesi'nde iki Amerikalı fizikçi William Guier ve George Weiffenbach Uygulamalı Fizik Laboratuvarı (APL) radyo yayınlarını izlemeye karar verdi.^[19] Saatler içinde fark ettiler, çünkü Doppler etkisi, uydunun yörüngesi boyunca nerede olduğunu belirleyebilirler. APL Direktörü onlara kendi UNIVAC gerekli ağır hesaplamaları yapmak için.

Ertesi yılın başlarında, APL'nin müdür yardımcısı Frank McClure, Guier ve Weiffenbach'tan uyduya göre kullanıcının yerini belirleyerek ters sorunu araştırmalarını istedi. (O sırada, Donanma denizaltı ile fırlatılan Polaris denizaltının yerini bilmelerini gerektiren füze.) Bu, onları ve APL'yi TAŞIMA sistemi.^[20] 1959'da ARPA (yeniden adlandırıldı DARPA 1972'de) TRANSIT'te de rol oynadı.^[21][22][23]

TRANSIT ilk olarak 1960 yılında başarıyla test edildi.^[24] Bir takımyıldız ve yaklaşık olarak saatte bir kez seyrüsefer sabitlemesi sağlayabilir.

1967'de ABD Donanması, Zamanlama GPS için gerekli bir teknoloji olan, uzaya doğru saatler yerleştirmenin fizibilitesini kanıtlayan uydu.

1970'lerde, zemin tabanlı OMEGA istasyon çiftlerinden sinyal iletiminin faz karşılaştırmasına dayanan navigasyon sistemi,^[25] dünya çapında ilk radyo navigasyon sistemi oldu. Bu sistemlerin sınırlamaları, daha yüksek doğrulukta daha evrensel bir navigasyon çözümüne olan ihtiyacı doğurdu.

Askeri ve sivil sektörlerde doğru navigasyon için geniş ihtiyaçlar olmasına rağmen, bunların neredeyse hiçbiri, bir navigasyon uyduları takımının araştırma, geliştirme, yerleştirme ve çalıştırma maliyetinin milyarlarca dolara gerekçesi olarak görülmedi. Esnasında Soğuk Savaş silâhlanma yarışı Amerika Birleşik Devletleri'nin varlığına yönelik nükleer tehdit, Birleşik Devletler Kongresi'nin görüşüne göre bu maliyeti haklı kılan tek ihtiyaçtı. Bu caydırıcı etki, GPS'in finanse edilmesinin nedenidir. O dönemdeki aşırı gizliliğin de nedeni budur. nükleer üçlü Birleşik Devletler Donanması'nın denizaltıdan fırlatılan balistik füzeler (SLBM'ler) ile birlikte Birleşik Devletler Hava Kuvvetleri (USAF) stratejik bombardıman uçakları ve kıtalararası balistik füzeler (ICBM'ler). İçin hayati kabul edilir nükleer caydırıcılık duruş, SLBM fırlatma pozisyonunun doğru belirlenmesi kuvvet çarpanı.

Kesin navigasyon Amerika Birleşik Devletleri'ni etkinleştirir balistik füze denizaltıları SLBM'lerini başlatmadan önce konumlarının doğru bir şekilde düzeltilmesini sağlamak.^[26] Nükleer üçlünün üçte ikisine sahip olan USAF, daha doğru ve güvenilir bir navigasyon sistemine ihtiyaç duyuyordu. Deniz Kuvvetleri ve Hava Kuvvetleri, aslında aynı sorunu çözmek için paralel olarak kendi teknolojilerini geliştiriyorlardı.

ICBM'lerin beka kabiliyetini artırmak için, mobil fırlatma platformlarını kullanma önerisi vardı (Sovyet ile karşılaştırılabilir) SS-24 ve SS-25 ) ve bu nedenle fırlatma pozisyonunu düzeltme ihtiyacı SLBM durumuna benzerlik gösteriyordu.

1960 yılında Hava Kuvvetleri, esasen 3 boyutlu olan MOSAIC (MObile System for Accurate ICBM Control) adlı bir radyo navigasyon sistemi önerdi.LORAN. Bir takip çalışması olan Proje 57, 1963'te çalışıldı ve "GPS kavramı bu çalışmada doğdu". Aynı yıl, konsept, "şu anda GPS'de gördüğünüz birçok özelliğe" sahip olan Proje 621B olarak sürdürüldü.^[27] Hava Kuvvetleri bombardıman uçaklarının yanı sıra ICBM'ler için daha yüksek doğruluk sözü verdi.

Donanma TRANSIT sisteminden yapılan güncellemeler, Hava Kuvvetleri operasyonunun yüksek hızları için çok yavaştı. Deniz Araştırma Laboratuvarı, Zamanlama (Time Navigation) uyduları, ilk olarak 1967'de fırlatılırken, üçüncüsü 1974'te ilk Atomik saat yörüngeye.^[28]

GPS'in bir diğer önemli öncülü, Amerika Birleşik Devletleri ordusunun farklı bir şubesinden geldi. 1964'te Amerikan ordusu yörüngesinde ilk Sıralı Harmanlama Aralığı (SECOR ) jeodezik ölçüm için kullanılan uydu.^[29] SECOR sistemi, yörüngedeki uydu transponderine sinyaller gönderecek bilinen yerlerde üç yer tabanlı verici içeriyordu. Belirsiz bir konumda bulunan dördüncü bir yer tabanlı istasyon, konumunu tam olarak sabitlemek için bu sinyalleri kullanabilir. Son SECOR uydusu 1969'da fırlatıldı.^[30]

Geliştirme

1960'lı yıllarda yaşanan bu paralel gelişmelerle 621B, Transit, Timation ve SECOR'dan en iyi teknolojileri çoklu hizmet programında sentezleyerek üstün bir sistem geliştirilebileceği anlaşıldı. Yerçekimi alanındaki değişiklikler ve diğerlerinin yanı sıra radar kırılmasının neden olduğu uydu yörünge konum hataları çözülmek zorundaydı. Florida'daki Pan Am Havacılık ve Uzay Bölümü'nün Harold L Jürisi tarafından 1970-1973 yılları arasında yönetilen bir ekip, bunu yapmak için gerçek zamanlı veri özümleme ve yinelemeli tahmin kullandı ve doğru navigasyona izin vermek için sistematik ve artık hataları yönetilebilir bir düzeye indirdi.^[31]

1973'teki İşçi Bayramı hafta sonu boyunca, Pentagon'da yaklaşık on iki subayla yapılan bir toplantıda bir Savunma Seyrüsefer Uydu Sistemi (DNSS). GPS'e dönüşen gerçek sentez bu toplantıda yaratıldı. O yıl daha sonra DNSS programı seçildi Navstar.^[32] Navstar genellikle hatalı bir şekilde "Zamanlama ve Aralık Ayarı Kullanan NAVigasyon Sistemi" nin kısaltması olarak kabul edilir, ancak GPS Ortak Program Ofisi tarafından asla böyle düşünülmemiştir (TRW bir zamanlar bu kısaltmayı kullanan farklı bir navigasyon sistemini savunmuş olabilir).^[33] Ayrı uyduların Navstar adıyla ilişkilendirilmesiyle (önceki Transit ve Timation'da olduğu gibi), Navstar uydularının takımyıldızını tanımlamak için daha kapsamlı bir ad kullanıldı, Navstar-GPS.^[34] On "Blok I "prototip uydular 1978 ile 1985 arasında fırlatıldı (fırlatma arızasında ek bir birim yok edildi).^[35]

İyonosferin radyo iletimi üzerindeki etkisi, bir jeofizik laboratuarında araştırılmıştır. Hava Kuvvetleri Cambridge Araştırma Laboratuvarı, 1974'te Hava Kuvvetleri Jeofizik Araştırma Laboratuvarı (AFGRL) olarak yeniden adlandırıldı. AFGRL, hesaplama için Klobuchar modelini geliştirdi iyonosferik GPS konumuna düzeltmeler.^[36] Avustralyalı uzay bilimcisi Elizabeth Essex-Cohen tarafından 1974'te AFGRL'de yapılan çalışma dikkat çekicidir. Radyo dalgalarının yollarının kıvrılmasıyla ilgileniyordu (atmosferik kırılma ) iyonosferi NavSTAR uydularından geçerek.^[37]

Sonra Kore Hava Yolları Uçuş 007, bir Boeing 747 269 ​​kişiyi taşıyan, SSCB'ye girdikten sonra 1983'te vuruldu. yasak hava sahası,^[38] civarında Sakhalin ve Moneron Adaları, Devlet Başkanı Ronald Reagan Yeterince geliştirildikten sonra, GPS'i ortak bir mal olarak sivillerin kullanımına serbestçe ulaştıran bir direktif yayınladı.^[39] İlk Blok II uydusu 14 Şubat 1989'da fırlatıldı,^[40] ve 24. uydu 1994 yılında fırlatıldı. Bu noktada GPS programının maliyeti, kullanıcı ekipmanı maliyeti değil, uydu fırlatma maliyetleri dahil, 5 milyar ABD doları (o zamanki yıl doları) olarak tahmin ediliyor.^[41]

Başlangıçta, en yüksek kalitedeki sinyal askeri kullanım için ayrılmıştı ve sivil kullanım için mevcut sinyal kasıtlı olarak bozulmuştu. Seçici Kullanılabilirlik. Bu Başkan ile değişti Bill Clinton 1 Mayıs 2000'de, sivillere orduya verilenle aynı doğruluğu sağlamak için Seçici Kullanılabilirliği kapatmaya yönelik bir politika yönergesini imzaladı. Yönerge, ABD Savunma Bakanı tarafından önerildi, William Perry yaygın büyüme göz önüne alındığında, diferansiyel GPS sivil doğruluğu artırmak için özel sektör hizmetleri. Dahası, ABD ordusu, bölgesel bazda potansiyel düşmanlara GPS hizmetini reddetmek için aktif olarak teknolojiler geliştiriyordu.^[42]

ABD, konuşlandırılmasından bu yana, mevcut GPS ekipmanıyla uyumluluğu korurken, sivil kullanım için yeni sinyaller ve tüm kullanıcılar için artan doğruluk ve bütünlük dahil olmak üzere GPS hizmetinde çeşitli iyileştirmeler gerçekleştirdi. Uydu sisteminin modernizasyonu, ABD Savunma Bakanlığı tarafından bir dizi aracılığıyla devam eden bir girişim olmuştur. uydu edinimleri ordunun, sivillerin ve ticari pazarın artan ihtiyaçlarını karşılamak için.

2015'in başlarından itibaren yüksek kaliteli, FAA derece, Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) GPS alıcıları 3,5 metreden (11 ft) daha iyi yatay doğruluk sağladı,^[43] alıcı kalitesi ve atmosferik sorunlar gibi birçok faktör bu doğruluğu etkileyebilir.

GPS, ulusal bir kaynak olarak Birleşik Devletler hükümetine aittir ve onun tarafından işletilmektedir. Savunma Bakanlığı, GPS'in görevlisidir. Kurumlararası GPS Yürütme Kurulu (IGEB) 1996'dan 2004'e kadar GPS politikası konularını denetledi. Bundan sonra, 2004 yılında, GPS ve ilgili sistemlerle ilgili konularda federal departmanlara ve kurumlara tavsiyelerde bulunmak ve koordinasyon sağlamak için Ulusal Uzay Bazlı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Yürütme Komitesi başkanlık yönergesi ile kuruldu.^[44] Yürütme komitesine Savunma ve Ulaştırma Bakan Yardımcıları ortaklaşa başkanlık eder. Üyeliği, Devlet, Ticaret ve Ulusal Güvenlik Departmanlarından eşdeğer düzeydeki yetkilileri, Genelkurmay Başkanları ve NASA. Başkanın icra dairesinin bileşenleri, icra komitesine gözlemci olarak katılır ve FCC başkanı da irtibat olarak katılır.

ABD Savunma Bakanlığı, yasalar gereği "sürekli ve dünya çapında mevcut olacak Standart Konumlandırma Hizmetini (federal radyo navigasyon planında ve standart konumlandırma hizmeti sinyal spesifikasyonunda tanımlandığı şekilde) sürdürmek" ve " Sivil kullanımları gereksiz yere aksatmadan veya aşağılamadan GPS'in düşmanca kullanımını ve güçlendirmelerini önlemek. "

Zaman çizelgesi ve modernizasyon

• 1972'de, USAF Merkezi Atalet Yönlendirme Test Tesisi (Holloman AFB), Y konfigürasyonunda dört prototip GPS alıcısının gelişimsel uçuş testlerini gerçekleştirdi. White Sands Füze Menzili, yer tabanlı sahte uydular kullanarak.^[49]
• 1978'de ilk deneysel Blok-I GPS uydusu fırlatıldı.^[35]
• 1983'te, Sovyetten sonra önleme uçağı sivil uçağı düşürdü KAL 007 içine saptı yasak hava sahası seyir hataları nedeniyle gemideki 269 kişinin tamamı öldürüldü, ABD Başkanı Ronald Reagan GPS'in tamamlandığında sivillerin kullanımına sunulacağını duyurdu,^[50][51] daha önce [Navigasyon dergisinde] yayınlanmış olmasına ve CA kodunun (Coarse / Acquisition code) sivil kullanıcılara açık olmasına rağmen.
• 1985'te, kavramı doğrulamak için on deneysel Blok-I uydusu daha başlatıldı.
• 1988'den başlayarak, bu uyduların komuta ve kontrolü California, Onizuka AFS'den Colorado Springs, Colorado'daki Falcon Hava Kuvvetleri İstasyonunda bulunan 2. Uydu Kontrol Filosu'na (2SCS) taşındı.^[52][53]
• 14 Şubat 1989'da ilk modern Block-II uydusu fırlatıldı.
• Körfez Savaşı 1990'dan 1991'e kadar, ordunun GPS'i yaygın olarak kullandığı ilk çatışmaydı.^[54]
• 1991 yılında, minyatür bir GPS alıcısı oluşturma projesi başarıyla sona erdi ve önceki 16 kg (35 lb) askeri alıcıları 1,25 kg (2,8 lb) bir el alıcısı ile değiştirdi.^[22]
• 1992'de, sistemi aslen yöneten 2. Uzay Kanadı devre dışı bırakıldı ve yerini 50 Uzay Kanadı.
  

  Amblemi 50 Uzay Kanadı
• Aralık 1993'te GPS, tam bir takımyıldız (24 uydu) mevcut ve Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) sağlayan ilk operasyonel kapasiteyi (IOC) elde etti.^[55]
• Tam Operasyonel Yetenek (FOC), Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı (AFSPC), ordunun güvenli Hassas Konumlandırma Hizmetinin (PPS) tam kullanılabilirliğini gösterir.^[55]
• 1996 yılında, GPS'in hem sivil kullanıcılar hem de askeri kullanıcılar için önemini kabul ederek, ABD Başkanı Bill Clinton bir politika direktifi yayınladı^[56] GPS'i beyan etmek çift ​​kullanım sistemi ve kurulması Kurumlararası GPS İcra Kurulu onu ulusal bir varlık olarak yönetmek.
• 1998'de Amerika Birleşik Devletleri Başkan Yardımcısı Al Gore Özellikle havacılık emniyeti açısından gelişmiş kullanıcı doğruluğu ve güvenilirliği için GPS'i iki yeni sivil sinyalle yükseltme planlarını duyurdu ve 2000 yılında Amerika Birleşik Devletleri Kongresi çabaya yetki vererek, GPS III.
• 2 Mayıs 2000 tarihinde "Seçici Kullanılabilirlik", 1996 tarihli idari kararın bir sonucu olarak sona erdirildi ve sivil kullanıcıların küresel olarak bozulmamış bir sinyal almasına izin verdi.
• 2004 yılında, Amerika Birleşik Devletleri hükümeti Avrupa Topluluğu ile GPS ve Avrupa Galileo sistemi.
• 2004'te Amerika Birleşik Devletleri Başkanı George W. Bush ulusal politikayı güncelledi ve icra kurulunu Uzay Bazlı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Ulusal Yürütme Komitesi ile değiştirdi.^[57]
• Kasım 2004, Qualcomm başarılı testleri açıkladı yardımlı GPS için cep telefonları.^[58]
• 2005 yılında, modernize edilmiş ilk GPS uydusu fırlatıldı ve gelişmiş kullanıcı performansı için ikinci bir sivil sinyal (L2C) iletmeye başladı.^[59]
• 14 Eylül 2007'de, eskiyen ana bilgisayar tabanlı Zemin Segmenti Kontrol Sistemi yeni Mimari Evrim Planına aktarıldı.^[60]
• 19 Mayıs 2009'da Amerika Birleşik Devletleri Devlet Hesap Verebilirlik Ofisi 2010'da bazı GPS uydularının başarısız olabileceğine dair bir rapor yayınladı.^[61]
• 21 Mayıs 2009'da Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı GPS arızası korkularını yatıştırdı ve "Sadece küçük bir risk var, performans standardımızı aşmaya devam etmeyeceğiz."^[62]
• 11 Ocak 2010'da, yer kontrol sistemlerinde yapılan bir güncelleme, Trimble Navigation Limited, Sunnyvale, Calif'in bir bölümü tarafından üretilen 8.000 ila 10.000 askeri alıcıyla bir yazılım uyumsuzluğuna neden oldu.^[63]
• 25 Şubat 2010'da,^[64] ABD Hava Kuvvetleri, GPS navigasyon sinyallerinin doğruluğunu ve kullanılabilirliğini iyileştirmek ve GPS modernizasyonunun kritik bir parçası olarak hizmet etmek için GPS Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemini (OCX) geliştirme sözleşmesini imzaladı.

Ödüller

Air Force Space Commander sunar Gladys West Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne 6 Aralık 2018'de GPS çalışmasıyla girdiği için bir ödül kazandı.

10 Şubat 1993'te Ulusal Havacılık Derneği GPS Ekibini 1992'nin kazananları olarak seçti Robert J. Collier Kupası, ABD'nin en prestijli havacılık ödülü. Bu ekip, araştırmacıları bir araya getiriyor. Deniz Araştırma Laboratuvarı USAF, Havacılık ve Uzay Şirketi, Rockwell International Şirket ve IBM Federal Sistemler Şirketi. Alıntı, "hava ve uzay araçlarının güvenli ve verimli seyrüseferi ve gözetimi için en önemli gelişme için onları onurlandırıyor. radyo 50 yıl önce navigasyon. "

İki GPS geliştiricisi, Ulusal Mühendislik Akademisi Charles Stark Draper Ödülü 2003 için:

• Ivan Başlarken, emeritus başkanı Havacılık ve Uzay Şirketi ve bir mühendis Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, GPS için temel oluşturdu ve Dünya Savaşı II kara tabanlı radyo sistemi denilen LORAN (Long aralığı Radio Birkimliği Navigation).
• Bradford Parkinson, ün profesörü havacılık ve astronotik -de Stanford Üniversitesi, 1960'ların başında mevcut uydu tabanlı sistemi tasarladı ve ABD Hava Kuvvetleri ile birlikte geliştirdi. Parkinson, 1957'den 1978'e kadar Hava Kuvvetlerinde yirmi bir yıl görev yaptı ve albay rütbesiyle emekli oldu.

GPS geliştiricisi Roger L. Easton alınan Ulusal Teknoloji Madalyası 13 Şubat 2006.^[65]

Francis X. Kane (Albay USAF, ret.) Uzay teknolojisi geliştirme ve yürütülen GPS mühendislik tasarım konseptindeki rolü nedeniyle 2 Mart 2010'da Lackland AFB, San Antonio, Texas'ta ABD Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne alındı. Proje 621B'nin bir parçası olarak.

1998 yılında GPS teknolojisi, Uzay Vakfı Uzay Teknolojisi Onur Listesi.^[66]

4 Ekim 2011'de Uluslararası Astronotik Federasyonu (IAF), IAF üyesi Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA) tarafından aday gösterilen Küresel Konumlandırma Sistemini (GPS) 60. Yıldönümü Ödülüne layık gördü. IAF Onur ve Ödüller Komitesi, GPS programının benzersizliğini ve insanlığın yararına uluslararası işbirliği oluşturmada oynadığı örnek rolü takdir etti.^[67]

Gladys West GPS teknolojisi için atılımlara yol açan hesaplama çalışmalarının tanınması nedeniyle 2018 yılında Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne alındı.^[68]

12 Şubat 2019'da, projenin dört kurucu üyesine, ödüllendirme kurulu başkanı "Mühendislik medeniyetin temeli, başka bir temel yok, işleri gerçekleştiren Kraliçe Elizabeth Mühendislik Ödülü'nü aldı. Bugünün Ödül Kazananları ne yaptı - bir şeyler gerçekleştirdiler. Dünyamızın altyapısını büyük bir şekilde yeniden yazdılar. " ^[69]

Temel kavram

Bu bölüm için ek alıntılara ihtiyaç var doğrulama. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir tarafından güvenilir kaynaklara alıntılar eklemek. Kaynaksız materyale itiraz edilebilir ve kaldırılabilir. (Mart 2015) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Temel bilgiler

GPS kavramı, zamana ve GPS özelliğinin bilinen konumuna dayanmaktadır. uydular. Uydular çok kararlı taşıyor atom saatleri birbirleriyle ve yer saatleri ile senkronize olan. Yerde tutulan zamandan herhangi bir sapma günlük olarak düzeltilir. Aynı şekilde, uydu konumları da büyük bir hassasiyetle bilinir. GPS alıcılarının da saatleri vardır, ancak bunlar daha az kararlı ve daha az hassastır.

Her GPS uydusu, sürekli olarak güncel saati ve konumu hakkında verileri içeren bir radyo sinyali iletir. Hızından beri Radyo dalgaları sabittir ve uydu hızından bağımsızdır, uydunun bir sinyali iletmesi ile alıcının onu alması arasındaki zaman gecikmesi, uydudan alıcıya olan mesafe ile orantılıdır. Bir GPS alıcısı, birden çok uyduyu izler ve alıcının kesin konumunu ve gerçek zamandan sapmasını belirlemek için denklemleri çözer. En azından, dört bilinmeyen miktarı (üç konum koordinatı ve uydu zamanından saat sapması) hesaplaması için dört uydu, alıcının görüş alanında olmalıdır.

Daha ayrıntılı açıklama

Her GPS uydusu sürekli olarak bir sinyal yayınlar (taşıyıcı dalga ile modülasyon ) şunları içerir:

• Bir sözde rasgele alıcı tarafından bilinen kod (birler ve sıfırlar dizisi). Alıcı tarafından üretilen bir sürümün ve kodun alıcı tarafından ölçülen sürümünün zamana göre hizalanmasıyla, kod dizisindeki tanımlanmış bir noktanın varış zamanı (TOA), epoch olarak adlandırılır, alıcı saat zaman ölçeğinde bulunabilir
• Kod döneminin (GPS zaman ölçeğinde) iletim zamanını (TOT) ve o zamandaki uydu konumunu içeren bir mesaj

Kavramsal olarak alıcı, dört uydu sinyalinin TOA'larını (kendi saatine göre) ölçer. TOA'lardan ve TOT'lardan alıcı, dört Uçuş süresi (Işık hızı verildiğinde) yaklaşık olarak alıcı-uydu aralıklarına eşdeğer olan (TOF) değerleri artı alıcı ile GPS uyduları arasındaki zaman farkı, sözde aralıklar olarak adlandırılan ışık hızıyla çarpılır. Alıcı daha sonra üç boyutlu konumunu ve dört TOF'dan saat sapmasını hesaplar.

Uygulamada alıcı konumu (üç boyutlu olarak Kartezyen koordinatları başlangıç ​​noktası Dünya'nın merkezinde) ve alıcı saatin GPS zamanına göre ofseti aynı anda hesaplanır. gezinme denklemleri TOF'leri işlemek için.

Alıcının Dünya merkezli çözüm konumu genellikle enlem, boylam ve elipsoidal Dünya modeline göre yükseklik. Yükseklik daha sonra yüksekliğe göre daha fazla dönüştürülebilir. jeoit, bu aslında anlamlıdır Deniz seviyesi. Bu koordinatlar görüntülenebilir, örneğin bir hareketli harita görüntüsü veya araç yönlendirme sistemi gibi başka bir sistem tarafından kaydedilen veya kullanılan.

Kullanıcı-uydu geometrisi

Genellikle alıcı işlemede açıkça oluşturulmamasına rağmen, varıştaki kavramsal zaman farklılıkları (TDOA'lar) ölçüm geometrisini tanımlar. Her bir TDOA, bir hiperboloit devrim (bkz. Multilateration ). İlgili iki uyduyu (ve uzantılarını) birleştiren çizgi, hiperboloidin eksenini oluşturur. Alıcı, üç hiperboloidin kesiştiği noktada bulunur.^[70][71]

Bazen yanlış bir şekilde, kullanıcı konumunun üç kürenin kesişme noktasında olduğu söylenir. Görselleştirmek daha basit olsa da, bu yalnızca alıcının uydu saatleriyle senkronize bir saate sahip olması durumunda geçerlidir (yani alıcı, menzil farklarından ziyade uydulara gerçek menzilleri ölçer). Uydularla senkronize edilmiş bir saat taşıyan kullanıcı için önemli performans avantajları vardır. En önemlisi, bir konum çözümünü hesaplamak için yalnızca üç uyduya ihtiyaç duyulmasıdır. Tüm kullanıcıların senkronize bir saat taşıması gereken GPS konseptinin önemli bir parçası olsaydı, daha az sayıda uydu yerleştirilebilirdi, ancak kullanıcı ekipmanının maliyeti ve karmaşıklığı artardı.

Alıcı sürekli işletimde

Yukarıdaki açıklama, bir alıcı başlatma durumunu temsil etmektedir. Çoğu alıcıda bir izleme algoritması bazen a denir izci, farklı zamanlarda toplanan uydu ölçüm setlerini birleştiren, aslında birbirini izleyen alıcı konumlarının genellikle birbirine yakın olmasından yararlanarak. Bir dizi ölçüm işlendikten sonra, izleyici bir sonraki uydu ölçüm setine karşılık gelen alıcı konumunu tahmin eder. Yeni ölçümler toplandığında, alıcı yeni ölçümleri izleyici tahminiyle birleştirmek için bir ağırlık şeması kullanır. Genel olarak, bir izleyici (a) alıcı konumunu ve zaman doğruluğunu iyileştirebilir, (b) kötü ölçümleri reddedebilir ve (c) alıcının hızını ve yönünü tahmin edebilir.

Bir izleyicinin dezavantajı, hız veya yöndeki değişikliklerin yalnızca bir gecikmeyle hesaplanabilmesi ve iki konum ölçümü arasında gidilen mesafe aşağıya veya yakınına düştüğünde elde edilen yönün yanlış hale gelmesidir. rastgele hata pozisyon ölçümü. GPS birimleri şu ölçümleri kullanabilir: Doppler kayması hızı doğru hesaplamak için alınan sinyallerin^[72] Daha gelişmiş navigasyon sistemleri, aşağıdaki gibi ek sensörler kullanır. pusula veya bir atalet seyrüsefer sistemi GPS'i tamamlamak için.

Navigasyon dışı uygulamalar

GPS, doğru navigasyon için dört veya daha fazla uydunun görünür olmasını gerektirir. Çözümü gezinme denklemleri Alıcının yerleşik saatinin tuttuğu saat ile günün gerçek saati arasındaki farkla birlikte alıcının konumunu verir, böylece daha hassas ve muhtemelen kullanışsız bir saat ihtiyacını ortadan kaldırır. Gibi GPS uygulamaları zaman transferi, trafik sinyali zamanlaması ve cep telefonu baz istasyonlarının senkronizasyonu, faydalanmak bu ucuz ve son derece doğru zamanlama. Bazı GPS uygulamaları bu süreyi görüntüleme için kullanır veya temel konum hesaplamaları dışında hiç kullanmaz.

Normal çalışma için dört uydu gerekmesine rağmen, özel durumlarda daha azı geçerlidir. Bir değişken zaten biliniyorsa, bir alıcı konumunu yalnızca üç uydu kullanarak belirleyebilir. Örneğin, bir gemi veya uçak bilinen yüksekliğe sahip olabilir. Bazı GPS alıcıları, bilinen sonuncuyu yeniden kullanmak gibi ek ipuçları veya varsayımlar kullanabilir. rakım, ölü hesaplaşma, eylemsiz navigasyon veya dörtten daha az uydu göründüğünde bir (muhtemelen bozulmuş) konum vermek için araç bilgisayarından bilgi dahil.^[73][74][75]

Yapısı

Bu bölüm için ek alıntılara ihtiyaç var doğrulama. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir tarafından güvenilir kaynaklara alıntılar eklemek. Kaynaksız materyale itiraz edilebilir ve kaldırılabilir. (Mart 2015) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Mevcut GPS, üç ana bölümden oluşur. Bunlar uzay bölümü, bir kontrol bölümü ve bir kullanıcı bölümüdür.^[76] ABD Uzay Kuvvetleri alan ve kontrol segmentlerini geliştirir, korur ve çalıştırır. GPS uyduları yayın sinyalleri uzaydan ve her GPS alıcısı bu sinyalleri üç boyutlu konumunu (enlem, boylam ve yükseklik) ve geçerli saati hesaplamak için kullanır.^[77]

Uzay bölümü

Fırlatılmamış GPS bloğu II-A uydusu, San Diego Hava ve Uzay Müzesi

Dünya dönerken hareket halindeki 24 uydu GPS takımyıldızının görsel bir örneği. Sayısının nasıl olduğuna dikkat edin görünümdeki uydular Dünya yüzeyindeki belirli bir noktadan itibaren zamanla değişir. Bu örnekteki nokta, Golden, Colorado, ABD (39 ° 44′49 ″ N 105 ° 12′39 ″ B / 39.7469 ° K 105.2108 ° B / 39.7469; -105.2108).

Uzay segmenti (SS) 24 ila 32 uydudan veya Uzay Araçlarından (SV) oluşur. orta Dünya yörüngesi ve ayrıca yörüngeye fırlatmak için gereken güçlendiricilere yönelik yük adaptörlerini içerir. Başlangıçta GPS tasarımı, her biri yaklaşık üçte üçte sekiz olmak üzere 24 SV için çağrıda bulundu yörüngeler,^[78] ancak bu, her biri dört uyduya sahip altı yörünge düzlemine değiştirildi.^[79] Altı yörünge düzlemi yaklaşık 55 ° eğim (Dünya'nınkine göre eğim ekvator ) ve 60 ° ile ayrılır sağ yükseliş of yükselen düğüm (bir referans noktasından yörüngenin kesişim noktasına ekvator boyunca açı).^[80] Yörünge dönemi bir buçuk yıldız günü yani 11 saat 58 dakika, uyduların aynı konumlardan geçmesi^[81] veya neredeyse aynı yerler^[82] Her gün. Yörüngeler, en az altı uydu her zaman içeride olacak şekilde düzenlenmiştir. Görüş Hattı Dünyanın yüzeyindeki her yerden (sağdaki animasyona bakın).^[83] Bu hedefin sonucu, dört uydunun her yörüngede eşit aralıklarla (90 °) ayrılmamasıdır. Genel anlamda, her yörüngede uydular arasındaki açısal fark, toplamı 360 ° olan 30 °, 105 °, 120 ° ve 105 ° 'dir.^[84]

Yaklaşık 20.200 km (12.600 mil) yükseklikte yörüngede; yaklaşık 26.600 km (16.500 mi) yörünge yarıçapı,^[85] her SV her biri iki tam yörünge yapar yıldız günü aynısını tekrarlamak yer yolu her gün.^[86] Bu, geliştirme sırasında çok yardımcı oldu çünkü yalnızca dört uyduyla bile doğru hizalama, dördünün de her gün birkaç saat boyunca tek bir noktadan görülebileceği anlamına geliyor. Askeri operasyonlar için yer izleme tekrarı, savaş bölgelerinde iyi bir kapsama alanı sağlamak için kullanılabilir.

Şubat 2019 itibarıyla^{[Güncelleme]},^[87] GPS'de 31 uydu var takımyıldız, 27 tanesi belirli bir zamanda kullanımda ve geri kalanı yedek olarak tahsis edilmiştir. 2018'de 32'si piyasaya sürüldü. Temmuz 2019 itibarıyla^{[Güncelleme]}, bu sonuncusu hala değerlendirmede. Daha fazla hizmet dışı bırakılmış uydu yörüngede ve yedek olarak mevcut. 24'ün üzerindeki ek uydular, fazladan ölçümler sağlayarak GPS alıcısı hesaplamalarının hassasiyetini artırır. Artan uydu sayısı ile takımyıldız, tek tip olmayan bir düzenlemeye değiştirildi. Böyle bir düzenlemenin doğruluğu artırdığı, aynı zamanda birden fazla uydu arızalandığında tek tip bir sisteme göre sistemin güvenilirliğini ve kullanılabilirliğini de geliştirdiği gösterilmiştir.^[88] Genişletilmiş takımyıldız ile, dokuz uydu genellikle herhangi bir zamanda yerin herhangi bir noktasından görülebilir ve bir konum için gereken minimum dört uydu üzerinde önemli bir yedeklilik sağlar.

Kontrol bölümü

1984 ile 2007 yılları arasında kullanılan yer izleme istasyonu Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Müzesi.

Kontrol segmenti (CS) şunlardan oluşur:

1. bir ana kontrol istasyonu (MCS),
2. alternatif bir ana kontrol istasyonu,
3. dört özel yer anteni ve
4. altı özel monitör istasyonu.

MCS ayrıca ABD Hava Kuvvetleri Uydu Kontrol Ağı (AFSCN) yer antenlerine (ek komuta ve kontrol yeteneği için) ve NGA'ya (National Geospatial-Intelligence Agency ) istasyonları izlemek. Uyduların uçuş yolları, ABD Uzay Kuvvetleri'ne özel izleme istasyonları tarafından takip edilmektedir. Hawaii, Kwajalein Atolü, Yükselme adası, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado ve Cape Canaveral İngiltere, Arjantin, Ekvador, Bahreyn, Avustralya ve Washington DC'de işletilen paylaşılan NGA izleme istasyonları ile birlikte.^[89] İzleme bilgileri, MCS'ye şu adresten gönderilir: Schriever Hava Kuvvetleri Üssü 25 km (16 mil) ESE of Colorado Springs, 2 Uzay Operasyonları Filosu ABD Uzay Kuvvetleri'nden (2 SOPS). Daha sonra 2 SOPS, özel veya paylaşılan (AFSCN) yer antenlerini kullanarak her GPS uydusuyla düzenli olarak bir navigasyon güncellemesi ile iletişim kurar (GPS'e özel yer antenleri, Kwajalein, Yükselme adası, Diego Garcia, ve Cape Canaveral ). Bu güncellemeler, uydulardaki atomik saatleri birkaç saat içinde senkronize eder nanosaniye birbirlerinden ayırın ve ayarlayın efemeris her uydunun dahili yörünge modelinin. Güncellemeler, bir Kalman filtresi yer izleme istasyonlarından gelen girdileri kullanan, uzay havası bilgi ve çeşitli diğer girişler.^[90]

Uydu manevraları GPS standartlarına göre kesin değildir - bu nedenle bir uydunun yörüngesini değiştirmek için uydu işaretlenmelidir sağlıksız, bu yüzden alıcılar onu kullanmaz. Uydu manevrasından sonra mühendisler yeni yörüngeyi yerden izler, yeni efemeriyi yükler ve uyduyu tekrar sağlıklı olarak işaretler.

İşlem kontrol segmenti (OCS) şu anda kaydın kontrol segmenti olarak hizmet vermektedir. GPS kullanıcılarını destekleyen ve GPS'i çalışır durumda tutan ve spesifikasyon dahilinde performans gösteren operasyonel yetenek sağlar.

OCS, Eylül 2007'de Schriever Hava Kuvvetleri Üssü'ndeki 1970'ler döneminden kalma eski ana bilgisayar bilgisayarını başarıyla değiştirdi. Kurulumdan sonra, sistem, yükseltmeleri etkinleştirmeye yardımcı oldu ve ABD silahlı kuvvetlerini destekleyen yeni bir güvenlik mimarisi için bir temel oluşturdu.

OCS, yeni segment olan Yeni Nesil GPS Operasyon Kontrol Sistemi'ne kadar kayıtların yer kontrol sistemi olmaya devam edecek.^[6] (OCX), tamamen geliştirilmiş ve işlevseldir. OCX tarafından sağlanan yeni yetenekler, GPS'in görev yeteneklerinde devrim yaratmanın temel taşı olacak ve^[91] ABD Uzay Kuvvetleri, ABD savaş kuvvetlerine, sivil ortaklara ve sayısız yerli ve yabancı kullanıcıya GPS operasyon hizmetlerini büyük ölçüde geliştirmek için. GPS OCX programı ayrıca maliyeti, programı ve teknik riski azaltacaktır. % 50 sağlamak için tasarlanmıştır.^[92] verimli yazılım mimarisi ve Performansa Dayalı Lojistik aracılığıyla sürdürülebilir maliyet tasarrufu. Buna ek olarak, GPS OCX'in OCS'yi yükseltme maliyetinden milyonlarca daha düşük maliyetli ve dört kat daha fazla kapasite sunması bekleniyor.

GPS OCX programı, GPS modernizasyonunun kritik bir bölümünü temsil eder ve mevcut GPS OCS programına göre önemli bilgi güvencesi iyileştirmeleri sağlar.

• OCX, eski GPS uydularının yanı sıra yeni nesil GPS III uydularını kontrol etme ve yönetme becerisine sahip olacak ve aynı zamanda tüm askeri sinyalleri etkinleştirecek.
• Günümüzün ve gelecekteki GPS kullanıcılarının değişen ihtiyaçlarına hızlı bir şekilde adapte olabilen esnek bir mimari üzerine inşa edilmiştir ve güvenli, doğru ve güvenilir bilgiler aracılığıyla GPS verilerine ve takımyıldız durumuna anında erişim sağlar.
• Durumsal farkındalığı artırmak için savaş uçağına daha güvenli, eyleme geçirilebilir ve tahmine dayalı bilgiler sağlar.
• Yeni modernize edilmiş sinyalleri (L1C, L2C ve L5) etkinleştirir ve eski sistemin yapamadığı M-kodu özelliğine sahiptir.
• Siber saldırıları tespit etme ve önleme dahil olmak üzere mevcut program üzerinde önemli bilgi güvencesi iyileştirmeleri sağlarken, bu tür saldırıları izole ederken, kontrol altına alırken ve sırasında çalıştırır.
• Gerçek zamanlıya yakın komuta ve kontrol yeteneklerini ve yeteneklerini daha yüksek hacmi destekler.

14 Eylül 2011'de,^[93] ABD Hava Kuvvetleri, GPS OCX Ön Tasarım İncelemesinin tamamlandığını duyurdu ve OCX programının bir sonraki geliştirme aşamasına hazır olduğunu doğruladı.

GPS OCX programı, önemli kilometre taşlarını kaçırdı ve lansmanını, son teslim tarihinden 5 yıl sonra, 2021'e itiyor. Devlet Muhasebe Bürosu'na göre, bu yeni son tarih bile titrek görünüyor.^[94]

Kullanıcı segmenti

GPS alıcıları, arabalara, telefonlara ve saatlere entegre cihazlardan bunlar gibi özel cihazlara kadar çeşitli formatlarda gelir.

İlk taşınabilir GPS ünitesi Leica WM 101, İrlanda Ulusal Bilim Müzesi -de Maynooth.

Kullanıcı segmenti (ABD), güvenli GPS Hassas Konumlandırma Hizmeti'nin yüz binlerce ABD'li ve müttefik askeri kullanıcısından ve Standart Konumlandırma Hizmetinin on milyonlarca sivil, ticari ve bilimsel kullanıcısından oluşur (bkz. GPS navigasyon cihazları ). Genel olarak GPS alıcıları, uydular, alıcı-işlemciler tarafından iletilen frekanslara ayarlanmış bir antenden ve oldukça kararlı bir saatten (genellikle kristal osilatör ). Ayrıca, kullanıcıya konum ve hız bilgileri sağlamak için bir ekran içerebilirler. Bir alıcı genellikle kanal sayısı ile tanımlanır: bu, eşzamanlı olarak kaç uyduyu izleyebileceğini gösterir. Başlangıçta dört veya beş ile sınırlı olan bu, yıllar içinde aşamalı olarak artmıştır, böylece 2007'den itibaren^{[Güncelleme]}alıcılar tipik olarak 12 ile 20 arasında kanala sahiptir. Birçok alıcı üreticisi olmasına rağmen, neredeyse hepsi bu amaç için üretilen yonga setlerinden birini kullanıyor.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Tipik OEM 15 mm × 17 mm (0,6 inç × 0,7 inç) ölçülerinde GPS alıcı modülü

GPS alıcıları, farklı düzeltmeler için bir girdi içerebilir. RTCM SC-104 biçimi. Bu tipik olarak bir RS-232 4.800 bit / s hızında bağlantı noktası. Veriler aslında çok daha düşük bir hızda gönderilir ve bu da RTCM kullanılarak gönderilen sinyalin doğruluğunu sınırlar.^{[kaynak belirtilmeli ]} Dahili DGPS alıcıları olan alıcılar, harici RTCM verilerini kullananlardan daha iyi performans gösterebilir.^{[kaynak belirtilmeli ]} 2006 itibariyle^{[Güncelleme]}Düşük maliyetli birimler bile genellikle şunları içerir: Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS) alıcıları.

Entegre antenli tipik bir GPS alıcısı.

Birçok GPS alıcısı, konum verilerini bir PC'ye veya başka bir cihaza aktarabilir. NMEA 0183 protokol. Bu protokol resmi olarak Ulusal Deniz Elektroniği Birliği (NMEA) tarafından tanımlanmış olsa da,^[95] Bu protokole ilişkin referanslar, genel kayıtlardan derlenmiştir ve gpsd protokolü ihlal etmeden okumak fikri mülkiyet kanunlar.^{[açıklama gerekli ]} Diğer tescilli protokoller de mevcuttur, örneğin SiRF ve MTK protokoller. Alıcılar, seri bağlantı dahil olmak üzere yöntemler kullanarak diğer cihazlarla arayüz oluşturabilir, USB veya Bluetooth.

Başvurular

Bu bölüm için ek alıntılara ihtiyaç var doğrulama. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir tarafından güvenilir kaynaklara alıntılar eklemek. Kaynaksız materyale itiraz edilebilir ve kaldırılabilir. (Mart 2015) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Başlangıçta askeri bir proje olsa da GPS, çift ​​kullanımlı teknoloji yani önemli sivil uygulamaları da var.

GPS, ticaret, bilimsel kullanımlar, izleme ve gözetim için yaygın olarak kullanılan ve kullanışlı bir araç haline geldi. GPS'in doğru zamanı, iyi senkronize edilmiş devre dışı bırakmaya izin vererek bankacılık, cep telefonu işlemleri ve hatta güç şebekelerinin kontrolü gibi günlük etkinlikleri kolaylaştırır.^[77]

Sivil

Bu anten hassas zamanlama gerektiren bilimsel bir deney içeren bir kulübenin çatısına monte edilmiştir.

Birçok sivil uygulama GPS'in üç temel bileşeninden birini veya birkaçını kullanır: mutlak konum, göreceli hareket ve zaman aktarımı.

• Astronomi: hem konumsal hem de saat senkronizasyonu veriler kullanılır astrometri ve gök mekaniği. GPS ayrıca her ikisinde de kullanılır amatör astronomi ile küçük teleskoplar yanı sıra profesyonel gözlemevleri tarafından güneş dışı gezegenler.
• Otomatik araç: otomobillerin ve kamyonların insan sürücü olmadan çalışması için konum ve rotalar uygulama.
• Haritacılık: hem sivil hem de askeri haritacılar GPS'i yoğun bir şekilde kullanır.
• Cep telefonu: saat senkronizasyonu, hücreler arası geçişi kolaylaştırmak ve hibrit GPS / hücresel konum tespitini desteklemek için yayma kodlarını diğer baz istasyonlarıyla senkronize etmek için kritik olan zaman aktarımını mümkün kılar. mobil acil aramalar ve diğer uygulamalar. İlk entegre GPS'li telefonlar 1990'ların sonunda piyasaya sürüldü. Birleşik Devletler. Federal İletişim Komisyonu (FCC), acil durum servislerinin 911 arayanların yerini tespit edebilmesi için 2002 yılında ahizede veya kulelerde (üçgenlemede kullanılmak üzere) özelliği zorunlu kıldı. Üçüncü taraf yazılım geliştiricileri daha sonra GPS API'lerine Nextel başlatıldığında, ardından Sprint 2006'da ve Verizon kısa süre sonra.
• Saat senkronizasyonu: GPS zaman sinyallerinin doğruluğu (± 10 ns)^[96] temel aldıkları atom saatlerinden sonra ikinci sıradadır ve aşağıdaki gibi uygulamalarda kullanılır. GPS disiplinli osilatörler.
• Afet yardımı /Acil servisler: birçok acil durum hizmeti konum ve zamanlama özellikleri için GPS'e bağlıdır.
• GPS donanımlı radyosondlar ve Dropsondes: Atmosferik basıncı, rüzgar hızını ve yönünü Dünya yüzeyinden 27 km'ye (89.000 ft) kadar ölçün ve hesaplayın.
• Radyo okültasyonu hava ve atmosfer bilimi uygulamaları için.^[97]
• Filo takibi: bir veya daha fazla kişi ile iletişim raporlarını belirlemek, bulmak ve sürdürmek için kullanılır filo gerçek zamanlı araçlar.
• Coğrafi çit: araç takip sistemleri, kişi takip sistemleri, ve evcil hayvan takibi sistemler bir kişiye, araca veya evcil hayvana takılan veya onlar tarafından taşınan cihazları bulmak için GPS kullanır. Uygulama, hedef belirlenmiş (veya "çitle çevrili") bir alandan ayrılırsa sürekli izleme sağlayabilir ve bildirim gönderebilir.^[98]
• Coğrafi etiketleme: konum koordinatlarını fotoğraflar gibi dijital nesnelere uygular ( Exif veriler) ve diğer belgeler gibi cihazlarla harita bindirmeleri oluşturmak gibi amaçlarla Nikon GP-1
• GPS uçak takibi
• Madencilik için GPS: RTK GPS kullanımı, sondaj, kürekle çekme, araç izleme ve ölçme gibi çeşitli madencilik operasyonlarını önemli ölçüde iyileştirmiştir. RTK GPS, santimetre düzeyinde konumlandırma doğruluğu sağlar.
• GPS veri madenciliği: Hareket modellerini, ortak yörüngeleri ve ilginç konumları anlamak için birden fazla kullanıcıdan GPS verilerini toplamak mümkündür.^[99]
• GPS turları: konum, hangi içeriğin görüntüleneceğini belirler; örneğin, yaklaşan bir ilgi noktası hakkında bilgi.
• Navigasyon: Navigatörler dijital olarak hassas hız ve yönelim ölçümlerine değer verirler.
• Fazör ölçümleri: GPS, güç sistemi ölçümlerinin son derece hassas bir şekilde zaman damgalanmasını sağlayarak hesaplamayı mümkün kılar fazörler.
• Yeniden yaratma: Örneğin, Geocaching, Jeodashing, GPS çizimi, yol işareti ve diğer tür konum tabanlı mobil oyunlar gibi Pokémon Git.
• Robotik: Enlem, boylam, zaman, hız ve yönü hesaplayan GPS sensörleri kullanan kendi kendine gezinen, otonom robotlar.
• Spor: futbol ve ragbide antrenman yükünün kontrolü ve analizi için kullanılır.^[100]
• Etüt: Araştırmacılar harita yapmak ve mülk sınırlarını belirlemek için mutlak konumları kullanır.
• Tektonik: GPS, doğrudan hata hareket ölçümünü sağlar. depremler. Depremler arasında GPS ölçüm için kullanılabilir kabuklu hareket ve deformasyon^[101] oluşturmak için sismik gerinim birikimini tahmin etmek sismik tehlike haritalar.
• Telematik: Bilgisayarlar ve mobil iletişim teknolojisi ile entegre GPS teknolojisi otomotiv navigasyon sistemleri.

Sivil kullanımla ilgili kısıtlamalar

ABD hükümeti bazı sivil alıcıların ihracatını kontrol ediyor. Deniz seviyesinden 60.000 ft (18 km) üzerinde ve 1.000 kn (500 m / s; 2.000 km / sa; 1.000 mil / sa) üzerinde çalışabilen veya insansız füzeler ve uçaklarla kullanılmak üzere tasarlanmış veya değiştirilmiş tüm GPS alıcıları şu şekilde sınıflandırılır: cephane (silahlar) - bunun anlamı Dışişleri Bakanlığı ihracat lisansları.^[102]

Bu kural, yalnızca L1 frekansını ve C / A (Coarse / Acquisition) kodunu alan tamamen sivil birimler için bile geçerlidir.

Bu sınırların üzerinde işlemin devre dışı bırakılması, alıcıyı cephane olarak sınıflandırmaktan muaf tutar. Satıcı yorumları farklıdır. Kural, hem hedef irtifada hem de hızda çalışmayı ifade eder, ancak bazı alıcılar hareketsizken bile çalışmayı durdurur. Bu, düzenli olarak 30 km'ye (100.000 fit) ulaşan bazı amatör radyo balonlarının fırlatılmasında sorunlara neden oldu.

Bu sınırlar yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nden ihraç edilen birimler veya bileşenler için geçerlidir. Diğer ülkelerden GPS üniteleri de dahil olmak üzere çeşitli bileşenlerde artan bir ticaret mevcuttur. Bunlar açıkça satılır ITAR -Bedava.

Askeri

GPS kılavuzluk kitinin bir aptal bomba, Mart 2003.

M982 Excalibur GPS destekli Topçu mermisi.

2009 itibariyle, askeri GPS uygulamaları şunları içerir:

• Navigasyon: Askerler, karanlıkta veya yabancı bölgelerde bile hedefleri bulmak ve birlik ve tedarik hareketini koordine etmek için GPS kullanır. Birleşik Devletler silahlı kuvvetlerinde komutanlar, Komutanın Dijital Asistanı ve daha düşük rütbeler Asker Dijital Asistan.^[103]
• Hedef takibi: Çeşitli askeri silah sistemleri, potansiyel kara ve hava hedeflerini düşman olarak işaretlemeden önce izlemek için GPS kullanır.^{[kaynak belirtilmeli ]} Bu silah sistemleri hedef koordinatlarını hassas güdümlü mühimmat hedefleri doğru bir şekilde tutturmalarına izin vermek. Askeri uçak, özellikle de havadan yere roller, hedefleri bulmak için GPS kullanın.
• Füze ve mermi rehberliği: GPS, çeşitli askeri silahların doğru hedeflenmesini sağlar. ICBM'ler, Seyir füzesi, hassas güdümlü mühimmat ve top mermileri. 12.000 hızlanmaya dayanabilen yerleşik GPS alıcıları g veya yaklaşık 118 km / s² (260,000 mph / s) 155 milimetrede (6,1 inç) kullanılmak üzere geliştirilmiştir obüs kabukları.^[104]
• Arama kurtarma.
• Keşif: Devriye hareketi daha yakından yönetilebilir.
• GPS uyduları, bir optik sensörden oluşan bir dizi nükleer patlama detektörü taşır. bhangmetre bir X-ışını sensörü, bir dozimetre ve bir elektromanyetik darbe (EMP) sensörü (W-sensörü), Amerika Birleşik Devletleri Nükleer Patlama Tespit Sistemi.^[105][106] General William Shelton, gelecekteki uyduların paradan tasarruf etmek için bu özelliği bırakabileceğini belirtti.^[107]

GPS tipi navigasyon ilk kez savaşta kullanıldı. 1991 Basra Körfezi Savaşı GPS, 1995'te tam olarak geliştirilmeden önce, Koalisyon Kuvvetleri savaşta gezinmek ve manevralar yapmak. Savaş ayrıca GPS'in güvenlik açığı olduğunu da gösterdi. sıkışmış Irak güçleri, radyo gürültüsü yayan muhtemel hedeflere sinyal bozucu cihazlar yerleştirdiğinde, zayıf GPS sinyalinin alınmasını kesintiye uğrattı.^[108]

GPS'in sıkışmaya karşı savunmasızlığı, sıkışma ekipmanı ve deneyimi arttıkça büyümeye devam eden bir tehdittir.^[109][110] GPS sinyallerinin yıllar boyunca askeri amaçlarla birçok kez sıkıştığı bildirildi. Rusya'nın bu davranış için, komşuları korkuturken Amerikan sistemlerine olan güvenlerini zedelemek, GLONASS alternatiflerini teşvik etmek, Batı askeri tatbikatlarını aksatmak ve varlıkları insansız hava araçlarından korumak gibi çeşitli hedefleri var gibi görünüyor.^[111] Çin, çekişmeli bölgeye yakın ABD gözetleme uçaklarının cesaretini kırmak için sıkışma kullanıyor Spratly Adaları.^[112] Kuzey Kore Güney Kore ve açık deniz sınırı yakınlarında birkaç büyük sıkışma operasyonu düzenleyerek uçuşları, nakliye ve balıkçılık operasyonlarını aksattı.^[113]

Zaman İşleyişi

Artık saniyeler

Çoğu saat zamanını Eşgüdümlü Evrensel Zaman (UTC), uydulardaki atomik saatler GPS saatine (GPST; bkz. Amerika Birleşik Devletleri Deniz Gözlemevi ). Aradaki fark, GPS zamanının Dünya'nın dönüşüyle ​​eşleşecek şekilde düzeltilmemesidir, bu nedenle artık saniyeler veya UTC'ye periyodik olarak eklenen diğer düzeltmeler. GPS saati 1980'de UTC ile eşleşecek şekilde ayarlandı, ancak o zamandan beri farklılaştı. Düzeltmelerin olmaması, GPS zamanının sabit bir ofsette kaldığı anlamına gelir. Uluslararası Atom Saati (TAI) (TAI - GPS = 19 saniye). Yer saatleri ile senkronize kalmalarını sağlamak için yerleşik saatler üzerinde periyodik düzeltmeler yapılır.^[114]

GPS navigasyon mesajı, GPS saati ve UTC arasındaki farkı içerir. Ocak 2017 itibarıyla,^{[Güncelleme]} 31 Aralık 2016'da UTC'ye eklenen artık saniye nedeniyle GPS saati UTC'nin 18 saniye ilerisindedir.^[115] Alıcılar, UTC ve belirli saat dilimi değerlerini hesaplamak için bu farkı GPS saatinden çıkarır. Yeni GPS üniteleri, UTC sapma mesajını alana kadar doğru UTC saatini göstermeyebilir. GPS-UTC sapma alanı 255 artık saniyeyi (sekiz bit) barındırabilir.

Doğruluk

GPS zamanı teorik olarak yaklaşık 14 nanosaniye kadar doğrudur, çünkü saat kayması GPS vericilerinde atomik saatlerin deneyimine göre Uluslararası Atom Saati.^[116] Çoğu alıcı, sinyallerin yorumlanmasında doğruluğunu kaybeder ve yalnızca 100 nanosaniye kadar doğrudur.^[117][118]

Biçim

Yıl, ay ve gün formatının tersine Miladi takvim GPS tarihi, hafta numarası ve haftaya-saniye sayısı olarak ifade edilir. Hafta numarası on-bit alanı C / A ve P (Y) navigasyon mesajlarında ve böylece her 1.024 haftada (19.6 yıl) yeniden sıfır olur. Sıfır GPS haftası 6 Ocak 1980'de 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) 'de başladı ve hafta numarası ilk kez 21 Ağustos 1999'da 23:59:47 UTC'de (00 : 00: 19 22 Ağustos 1999 TAI). Bu, ikinci kez 6 Nisan 2019'da 23:59:42 UTC'de gerçekleşti. Mevcut Gregoryen tarihini belirlemek için, bir GPS alıcısına GPS tarih sinyalini doğru şekilde çevirmek için yaklaşık tarih (3,584 gün içinde) sağlanmalıdır. Gelecekte bu endişeyi gidermek için, modernize edilmiş GPS sivil navigasyon (CNAV) mesajı, yalnızca her 8.192 haftada (157 yılda) tekrarlayan ve böylece 2137'ye kadar (GPS'in sıfırdan 157 yıl sonra) süren 13 bitlik bir alan kullanacaktır.

İletişim

GPS uyduları tarafından iletilen navigasyon sinyalleri, uydu konumları, dahili saatlerin durumu ve ağın sağlığı dahil olmak üzere çeşitli bilgileri kodlar. Bu sinyaller, ağdaki tüm uydular için ortak olan iki ayrı taşıyıcı frekansta iletilir. İki farklı kodlama kullanılır: daha düşük çözünürlüklü gezinmeyi sağlayan genel kodlama ve ABD ordusu tarafından kullanılan şifreli kodlama.

Mesaj biçimi

GPS mesaj biçimi

Alt çerçeveler	Açıklama
1	Uydu saati GPS zaman ilişkisi
2–3	Efemeris (kesin uydu yörüngesi)
4–5	Almanak bileşeni (uydu ağı özeti, hata düzeltme)

Her GPS uydusu sürekli olarak bir navigasyon mesajı L1 (C / A ve P / Y) ve L2 (P / Y) frekanslarında saniyede 50 bit hızında (bkz. bit hızı ). Her bir tam mesajın tamamlanması 750 saniye (12 1/2 dakika) sürer. Mesaj yapısı, her bir alt çerçeve 300 bit (6 saniye) uzunluğunda olmak üzere beş alt çerçeveden oluşan 1500 bit uzunluğunda bir çerçevenin temel formatına sahiptir. 4 ve 5 numaralı alt çerçeveler subcommutated Her biri 25 kez, böylece eksiksiz bir veri mesajı 25 tam çerçevenin iletimini gerektirir. Her bir alt çerçeve, her biri 30 bit uzunluğunda olan on kelimeden oluşur. Dolayısıyla, bir alt çerçevede 300 bit çarpı bir çerçevede 5 alt çerçeve çarpı bir mesajda 25 çerçeve ile, her mesaj 37,500 bit uzunluğundadır. 50 bit / s'lik bir aktarım hızında, bu, bir bütünün iletilmesi için 750 saniye verir. almanak mesajı (GPS). Her 30 saniyelik kare, her bir uydudaki atomik saatin gösterdiği gibi, tam olarak dakika veya yarım dakikada başlar.^[119]

Her çerçevenin ilk alt çerçevesi, hafta numarasını ve hafta içindeki zamanı kodlar,^[120] uydunun sağlığı ile ilgili verilerin yanı sıra. İkinci ve üçüncü alt çerçeveler, efemeris - uydu için kesin yörünge. Dördüncü ve beşinci alt çerçeveler, almanak, takımyıldızdaki 32 uyduya kadar kaba yörünge ve durum bilgisinin yanı sıra hata düzeltmeyle ilgili verileri içerir. Bu nedenle, iletilen bu mesajdan doğru bir uydu konumu elde etmek için, alıcının çözümünde içerdiği her uydudan gelen mesajı 18 ila 30 saniye süreyle demodüle etmesi gerekir. İletilen tüm almanakları toplamak için, alıcının mesajı 732 ila 750 saniye veya 12 1/2 dakika demodüle etmesi gerekir.^[121]

Tüm uydular aynı frekanslarda yayınlar, benzersiz kullanarak sinyalleri kodlar. Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA), böylece alıcılar tek tek uyduları birbirinden ayırt edebilir. Sistem iki farklı CDMA kodlama türü kullanır: genel halk tarafından erişilebilen kaba / edinim (C / A) kodu ve şifrelenen kesin (P (Y)) kodu, böylece yalnızca ABD ordusu ve diğerleri Şifreleme koduna erişim izni verilen NATO ülkeleri buna erişebilir.^[122]

Efemeris her 2 saatte bir güncellenir ve genellikle 4 saat geçerlidir, nominal olmayan koşullarda her 6 saatte bir veya daha uzun süreli güncelleme hükümleriyle. Almanak tipik olarak 24 saatte bir güncellenir. Ek olarak, veri yüklemeyi geciktiren iletim güncellemeleri olması durumunda birkaç haftalık veriler yüklenir.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Uydu frekansları

GPS frekansına genel bakış^[123]:607

Grup	Sıklık	Açıklama
L1	1575,42 MHz	Kaba edinim (C / A) ve şifreli kesinlik (P (Y)) kodları artı L1 sivil (L1C ) ve gelecekteki Blok III uyduları için askeri (M) kodları.
L2	1227,60 MHz	P (Y) kodu, artı L2C ve Blok IIR-M ve daha yeni uydulardaki askeri kodlar.
L3	1381,05 MHz	Nükleer patlama (NUDET) tespiti için kullanılır.
L4	1379.913 MHz	Ek iyonosferik düzeltme için çalışılıyor.
L5	1176,45 MHz	Sivil bir can güvenliği (SoL) sinyali olarak kullanılması önerildi.

Tüm uydular aynı iki frekansta yayın yapar: 1.57542 GHz (L1 sinyali) ve 1.2276 GHz (L2 sinyali). Uydu ağı bir CDMA yayılma spektrumu tekniği kullanır^[123]:607 düşük bit oranlı mesaj verilerinin yüksek hız ile kodlandığı sözde rastgele Her uydu için farklı olan (PRN) dizisi. Alıcı, gerçek mesaj verilerini yeniden oluşturmak için her uydu için PRN kodlarının farkında olmalıdır. Sivil kullanım için C / A kodu, 1.023 milyon veri iletiyor cips ABD askeri kullanımı için saniyede P kodu saniyede 10,23 milyon yonga aktarır. Uyduların gerçek dahili referansı 10.22999999543 MHz'dir. göreceli etkiler^[124][125] Yörüngedeki vericilere göre Dünya'daki gözlemcilerin farklı bir zaman referansı algılamasını sağlayan. L1 taşıyıcısı hem C / A hem de P kodları tarafından modüle edilirken, L2 taşıyıcısı yalnızca P kodu ile modüle edilir.^[84] P kodu, yalnızca uygun bir şifre çözme anahtarı ile askeri teçhizat için kullanılabilen P (Y) kodu olarak şifrelenebilir. Hem C / A hem de P (Y) kodları kullanıcıya kesin günün saatini verir.

1.38105 GHz frekansındaki L3 sinyali, uydulardan yer istasyonlarına veri iletmek için kullanılır. Bu veriler, Amerika Birleşik Devletleri Nükleer Patlama (NUDET) Tespit Sistemi (USNDS) tarafından Dünya atmosferindeki ve yakın uzaydaki nükleer patlamaları (NUDET'ler) tespit etmek, bulmak ve raporlamak için kullanılır.^[126] Bir kullanım, nükleer test yasağı anlaşmalarının uygulanmasıdır.

1.379913 GHz'deki L4 bandı, ek iyonosferik düzeltme için inceleniyor.^[123]:607

1.17645 GHz'deki L5 frekans bandı işlemine eklendi. GPS modernizasyonu. Bu frekans, havacılık seyrüseferine yönelik uluslararası olarak korunan bir aralığa girer ve her koşulda çok az müdahale vaat eder veya hiç olmaz. Bu sinyali sağlayan ilk Block IIF uydusu Mayıs 2010'da fırlatıldı.^[127] 5 Şubat 2016'da 12. ve son Blok IIF uydusu fırlatıldı.^[128] L5, birbiriyle eş fazlı karesel olan iki taşıyıcı bileşenden oluşur. Her bir taşıyıcı bileşen, ayrı bir bit dizisi tarafından modüle edilen iki fazlı kaydırma anahtarıdır (BPSK). "Üçüncü sivil GPS sinyali olan L5, sonunda havacılık için yaşam güvenliği uygulamalarını destekleyecek ve gelişmiş kullanılabilirlik ve doğruluk sağlayacak."^[129]

2011 yılında, şu kişiye şartlı feragat verildi: LightSquared L1 bandına yakın bir karasal geniş bant hizmetini çalıştırmak için. LightSquared, 1525 ila 1559 bandında çalışmak için 2003 kadar erken bir lisans başvurusunda bulunmuş ve kamuoyunun görüşüne açıklanmış olsa da, FCC, LightSquared'den GPS alıcılarını test etmek ve olabilecek sorunu belirlemek için GPS topluluğu ile bir çalışma grubu oluşturmasını istedi. LightSquared karasal ağdan gelen daha büyük sinyal gücü nedeniyle ortaya çıkar. GPS topluluğu, LightSquared'in Yardımcı Karasal Bileşen (ATC) yetkilendirmesinde bir değişiklik için başvurduğu Kasım 2010'a kadar LightSquared (eski adıyla MSV ve SkyTerra) uygulamalarına itiraz etmedi. Bu dosyalama (SAT-MOD-20101118-00239), karasal baz istasyonları için aynı frekans bandında birkaç kat daha fazla güç çalıştırma talebine karşılık geldi ve esasen uzaydan gelen sinyaller için "sessiz mahalle" olması gereken şeyi yeniden tasarladı. bir hücresel ağın eşdeğeri. 2011'in ilk yarısında yapılan testler, daha düşük 10 MHz spektrumunun etkisinin GPS cihazlarına minimum düzeyde olduğunu göstermiştir (toplam GPS cihazlarının% 1'inden azı etkilenmektedir). LightSquared tarafından kullanılması amaçlanan üst 10 MHz, GPS cihazları üzerinde bir miktar etkiye sahip olabilir. Bunun birçok tüketici kullanımı için GPS sinyalini ciddi şekilde bozabileceğine dair bazı endişeler var.^[130][131] Havacılık Haftası dergisi, son testin (Haziran 2011) LightSquared'in sistemi tarafından GPS'in "önemli ölçüde sıkıştığını" doğruladığını bildirdi.^[132]

Demodülasyon ve kod çözme

Coarse / Acquisition kullanarak GPS Uydu Sinyallerini Demodüle Etme ve Kod Çözme Altın kodu.

Tüm uydu sinyalleri aynı L1 taşıyıcı frekansı üzerinde modüle edildiğinden, sinyaller demodülasyondan sonra ayrılmalıdır. Bu, her uyduya benzersiz bir ikili dosya atayarak yapılır. sıra olarak bilinir Altın kodu. Sinyaller, alıcı tarafından izlenen uydulara karşılık gelen Altın kodların eklenmesiyle demodülasyondan sonra çözülür.^[133][134]

Almanak bilgisi önceden alınmışsa, alıcı uyduları PRN'leri ile dinlemek üzere seçer, 1'den 32'ye kadar olan aralıktaki benzersiz sayılar. Almanak bilgisi hafızada değilse, alıcı bir kilit elde edilene kadar bir arama moduna girer. uydulardan birinde. Bir kilit elde etmek için, alıcıdan uyduya engelsiz bir görüş hattı olması gerekir. Alıcı daha sonra almanağı alabilir ve dinlemesi gereken uyduları belirleyebilir. Her bir uydunun sinyalini algıladığında, onu farklı C / A kod modeliyle tanımlar. Efemeris verisini okuma ihtiyacı nedeniyle ilk konum tahmininden önce 30 saniyeye kadar bir gecikme olabilir.

Navigasyon mesajının işlenmesi, bu zamanda iletim zamanının ve uydu konumunun belirlenmesini sağlar. Daha fazla bilgi için bakınız Demodülasyon ve Kod Çözme, Gelişmiş.

Gezinme denklemleri

Sorun Açıklaması

Alıcı, uydu konumlarını ve gönderilen zamanı belirlemek için uydulardan alınan mesajları kullanır. x, y, ve z uydu konumunun bileşenleri ve gönderilen zaman [x_ben, y_ben, z_ben, s_ben] alt simge nerede ben uyduyu belirtir ve 1, 2, ... değerine sahiptir, n, nerede n ≥ 4. Yerleşik alıcı saat tarafından gösterilen mesaj alma zamanı t̃_ben, gerçek alım zamanı t_ben = t̃_ben − b, nerede b alıcının, uydular tarafından kullanılan çok daha doğru GPS saatlerinden kaynaklanan saat sapmasıdır. Alıcı saat sapması, alınan tüm uydu sinyalleri için aynıdır (uydu saatlerinin tümünün mükemmel şekilde senkronize olduğu varsayılarak). Mesajın geçiş süresi t̃_ben − b − s_ben, nerede s_ben uydu zamanı. Mesajın gittiğini varsayarsak Işık hızı, c, katedilen mesafe (t̃_ben − b − s_ben) c.

N uydu için karşılanması gereken denklemler şunlardır:

${ displaystyle d_ {i} = sol ({ tilde {t}} _ {i} -b-s_ {i} sağ) c, ; i = 1,2, noktalar, n}$

nerede d_ben alıcı ile uydu arasındaki geometrik mesafe veya aralıktır ben (alt simgesiz değerler x, y, ve z alıcı konumunun bileşenleri):

${ displaystyle d_ {i} = { sqrt {(x-x_ {i}) ^ {2} + (y-y_ {i}) ^ {2} + (z-z_ {i}) ^ {2} }}}$

Tanımlama sahte portakallar gibi ${ displaystyle p_ {i} = sol ({ tilde {t}} _ {i} -s_ {i} sağ) c}$, bunların gerçek aralığın önyargılı versiyonları olduklarını görüyoruz:

${ displaystyle p_ {i} = d_ {i} + bc, ; i = 1,2, ..., n}$ .^[135][136]

Denklemlerin dört bilinmeyenleri olduğundan [x, y, z, b] - GPS alıcısı konumunun ve saat sapmasının üç bileşeni - bu denklemleri çözmeye çalışmak için en az dört uydudan gelen sinyaller gereklidir. Cebirsel veya sayısal yöntemlerle çözülebilirler. GPS çözümlerinin varlığı ve benzersizliği Abell ve Chaffee tarafından tartışılmaktadır.^[70] Ne zaman n bu sistem 4'ten büyük fazla belirlenmiş ve bir uydurma yöntemi kullanılmalıdır.

Bazı konfigürasyonlar (alınan uydular gökyüzünde birbirine yakın olduğunda) daha büyük hatalara neden olduğundan, sonuçlardaki hata miktarı alınan uyduların gökyüzündeki konumlarına göre değişir. Alıcılar genellikle hesaplanan pozisyondaki hatanın çalışan bir tahminini hesaplar. Bu, alıcının temel çözünürlüğünün pozisyonun geometrik seyrelmesi Kullanılan uyduların göreceli gökyüzü yönlerinden hesaplanan (GDOP) faktörleri.^[137] Alıcının konumu, enlem ve boylam gibi belirli bir koordinat sisteminde ifade edilir. WGS 84 jeodezik referans veya ülkeye özgü bir sistem.^[138]

Geometrik yorumlama

GPS denklemleri sayısal ve analitik yöntemlerle çözülebilir. Geometrik yorumlar, bu çözüm yöntemlerinin anlaşılmasını geliştirebilir.

Küreler

Sözde aralıklar olarak adlandırılan ölçülen aralıklar saat hataları içerir. Aralıkların senkronize edildiği basitleştirilmiş bir idealleştirmede, bu gerçek aralıklar, her biri verici uydulardan birinde merkezlenmiş olan kürelerin yarıçaplarını temsil eder. Alıcının konumu için çözüm o zaman bu kürelerin yüzeylerinin kesişme noktasındadır. En az üç uydudan gelen sinyaller gereklidir ve bunların üç küresi tipik olarak iki noktada kesişir.^[139] Noktalardan biri alıcının konumudur ve diğeri, birbirini takip eden ölçümlerde hızla hareket eder ve genellikle Dünya yüzeyinde olmaz.

Uygulamada, saat sapmasının yanı sıra rastgele hatalar ve kürelerin merkezleri nispeten birbirine yakınsa birbirine yakın sayıların çıkarılmasından kaynaklanan hassasiyet kaybı potansiyeli de dahil olmak üzere birçok yanlışlık kaynağı vardır. Bu, tek başına üç uydudan hesaplanan konumun yeterince doğru olma ihtimalinin düşük olduğu anlamına gelir. Daha fazla uydudan gelen veriler, rastgele hataların iptal olma eğilimi nedeniyle ve ayrıca küre merkezleri arasında daha geniş bir yayılma sağlayarak yardımcı olabilir. Ancak aynı zamanda, bir noktada daha fazla alan genellikle kesişmeyecektir. Bu nedenle, bir yakın kesişme, tipik olarak en küçük kareler aracılığıyla hesaplanır. Ne kadar çok sinyal mevcutsa, tahmin o kadar iyi olacaktır.

Hiperboloidler

Alıcı ve uydu arasındaki sözde turuncuysa ben ve alıcı ile uydu arasındaki sözde turuncu j çıkarılır, p_ben − p_j, ortak alıcı saat sapması (b) iptal ederek mesafe farkına neden olur d_ben − d_j. İki nokta (burada, iki uydu) arasında sabit bir mesafe farkına sahip olan noktaların konumu, hiperbol bir uçakta ve bir devrimin hiperboloidi 3B alanda (bkz. Multilateration ). Böylece, dört sözde turuncu ölçümden alıcı, her biri üç hiperboloidin yüzeylerinin kesişim noktasına yerleştirilebilir. odaklar bir çift uyduda. Ek uydularla, çoklu kavşakların benzersiz olması gerekmez ve bunun yerine en uygun çözüm aranır.^{[70][71][140][141][142]}

Yazılı küre

Alıcının konumu, bir merkezin merkezi olarak yorumlanabilir. yazılı küre (boşluk) yarıçapı M.Öalıcı saat sapması tarafından verilen b (ışık hızıyla ölçeklenir c). Üst küre konumu, diğer alanlara dokunacak şekildedir (bkz. Apollonius # Uygulamaları Sorunu ). Çevreleyen küreler, yarıçapları ölçülen sahte menzillere eşit olan GPS uydularında ortalanır. p_ben. Bu konfigürasyon, bölümde anlatılandan farklıdır. # Küreler kürelerin yarıçaplarının tarafsız veya geometrik aralıklar olduğu d_ben.^[142][143]

Küresel koniler

Alıcıdaki saat genellikle uydulardakilerle aynı kalitede değildir ve bunlarla tam olarak senkronize edilmeyecektir. Bu, uydulara hesaplanan mesafelerde büyük hatalar üretir. Bu nedenle, pratikte, alıcı saat ile uydu saati arasındaki zaman farkı, bilinmeyen bir saat sapması olarak tanımlanır. b. Denklemler daha sonra alıcı konumu ve saat sapması için eşzamanlı olarak çözülür. Çözüm alanı [x, y, z, b] dört boyutlu bir geometrik uzay olarak görülebilir ve en az dört uydudan gelen sinyaller gereklidir. Bu durumda denklemlerin her biri bir küresel koni,^[144] tepe noktası uyduda ve tabanı uydu etrafında bir küre ile. Alıcı, bu tür konilerin dört veya daha fazlasının kesişme noktasındadır.

Çözüm yöntemleri

En küçük kareler

Dörtten fazla uydu mevcut olduğunda, hesaplama, alıcı kanallarının sayısına, işleme kapasitesine ve bağlı olarak en iyi dördü veya aynı anda dörtten fazlasını (görünen tüm uydulara kadar) kullanabilir. hassasiyetin geometrik seyrelmesi (GDOP).

Dörtten fazlasını kullanmak, benzersiz bir çözümü olmayan aşırı belirlenmiş bir denklem sistemini içerir; böyle bir sistem şu şekilde çözülebilir: en küçük kareler veya ağırlıklı en küçük kareler yöntemi.^[135]

${ displaystyle sol ({ hat {x}}, { hat {y}}, { hat {z}}, { hat {b}} sağ) = { underet { left (x, y, z, b sağ)} { arg min}} toplam _ {i} left ({ sqrt {(x-x_ {i}) ^ {2} + (y-y_ {i}) ^ {2} + (z-z_ {i}) ^ {2}}} + bc-p_ {i} sağ) ^ {2}}$

Yinelemeli

Dört uydu için her iki denklem veya dörtten fazlası için en küçük kareler denklemleri doğrusal değildir ve özel çözüm yöntemleri gerektirir. Yaygın bir yaklaşım, denklemlerin doğrusallaştırılmış bir formu üzerinde yinelemedir; Gauss – Newton algoritması.

GPS başlangıçta sayısal en küçük kareler çözüm yönteminin kullanıldığı varsayılarak geliştirildi - yani, kapalı biçimli çözümler bulunmadan önce.

Kapalı form

Yukarıdaki denklem setine kapalı formda bir çözüm, S. Bancroft tarafından geliştirilmiştir.^[136][145] Özellikleri iyi bilinmektedir;^{[70][71][146]} özellikle savunucular, düşük oranlarda üstün olduğunu iddia ediyorGDOP yinelemeli en küçük kareler yöntemlerine kıyasla durumlar.^[145]

Bancroft'un yöntemi, sayısalın aksine cebirseldir ve dört veya daha fazla uydu için kullanılabilir. Dört uydu kullanıldığında, temel adımlar 4x4 matrisin tersine çevrilmesi ve tek değişkenli ikinci dereceden bir denklemin çözümüdür. Bancroft'un yöntemi, bilinmeyen miktarlar için bir veya iki çözüm sağlar. İki tane olduğunda (genellikle durum), yalnızca biri Dünya'ya yakın mantıklı bir çözümdür.^[136]

Bir alıcı bir çözüm için dörtten fazla uydu kullandığında, Bancroft genelleştirilmiş ters (yani sözde ters) bir çözüm bulmak için. Yinelemeli yöntemlerin, örneğin Gauss – Newton algoritması aşırı kararlı çözme yaklaşımı doğrusal olmayan en küçük kareler (NLLS) sorunları genellikle daha doğru çözümler sağlar.^[147]

Leick vd. (2015), "Bancroft'un (1985) çözümünün ilk olmasa da çok erken bir kapalı form çözümü olduğunu" belirtir.^[148]Diğer kapalı form çözümleri daha sonra yayınlandı,^[149][150] pratikte benimsenmeleri belirsiz olsa da.

Hata kaynakları ve analizi

GPS hata analizi, GPS sonuçlarındaki hata kaynaklarını ve bu hataların beklenen boyutunu inceler. GPS, alıcı saat hataları ve diğer etkiler için düzeltmeler yapar, ancak bazı artık hatalar düzeltilmeden kalır. Hata kaynakları arasında sinyal varış süresi ölçümleri, sayısal hesaplamalar, atmosferik etkiler (iyonosferik / troposferik gecikmeler), efemeris ve saat verileri, çok yollu sinyaller ve doğal ve yapay girişim. Bu kaynaklardan kaynaklanan artık hataların büyüklüğü, kesinliğin geometrik seyrelmesine bağlıdır. Yapay hatalar cihazların sıkışmasından kaynaklanabilir ve gemileri ve uçakları tehdit edebilir^[151] veya doğruluğu ≈ 6–12 m (20–40 ft) ile sınırlandıran, ancak 1 Mayıs 2000'den beri kapalı olan seçici kullanılabilirlik yoluyla kasıtlı sinyal bozulmasından.^[152][153]

Doğruluk geliştirme ve ölçme

Bu makale kopyalar diğer makalelerin kapsamı, özellikle, GNSS geliştirme. Lütfen tartışmak bu konuyu konuşma sayfasında bulun ve uyacak şekilde düzenleyin Wikipedia'nın Stil El Kitabı. (Kasım 2013)

Büyütme

Dış bilgileri hesaplama sürecine entegre etmek, doğruluğu önemli ölçüde artırabilir. Bu tür büyütme sistemleri genellikle bilginin nasıl geldiğine bağlı olarak adlandırılır veya açıklanır. Bazı sistemler ek hata bilgileri (saat sapması, kısa ömürlü veya iyonosferik gecikme ), diğerleri önceki hataları karakterize ederken, üçüncü bir grup ek seyir veya araç bilgisi sağlar.

Güçlendirme sistemlerinin örnekleri şunları içerir: Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS), Avrupa Sabit Sabit Seyrüsefer Kaplama Hizmeti (EGNOS), Diferansiyel GPS (DGPS), atalet navigasyon sistemleri (INS) ve Yardımlı GPS. Yaklaşık 15 metrelik (49 fit) standart doğruluk, DGPS ile 3–5 metreye (9,8–16,4 ft) ve WAAS ile yaklaşık 3 metreye (9,8 fit) kadar artırılabilir.^[154]

Hassas izleme

Doğruluk, mevcut GPS sinyallerinin ek veya alternatif yollarla hassas izlenmesi ve ölçülmesiyle iyileştirilebilir.

Kalan en büyük hata, genellikle iyonosfer. Uzay aracı iyonosferik model parametrelerini yayınladı, ancak bazı hatalar kaldı. GPS uzay aracının L1 ve L2 olmak üzere en az iki frekansta iletim yapmasının bir nedeni budur. İyonosferik gecikme, frekansın iyi tanımlanmış bir fonksiyonudur ve toplam elektron içeriği (TEC), bu nedenle frekanslar arasındaki varış zamanı farkının ölçülmesi, TEC'yi ve dolayısıyla her frekansta kesin iyonosferik gecikmeyi belirler.

Askeri alıcılar hem L1 hem de L2'de iletilen P (Y) kodunu çözebilir. Şifre çözme anahtarları olmadan, bir kodsuz Aynı hata bilgisinin çoğunu elde etmek için L1 ve L2'deki P (Y) kodlarını karşılaştırma tekniği. Bu teknik yavaştır, bu nedenle şu anda yalnızca özel ölçme ekipmanlarında mevcuttur. Gelecekte, L2 ve L5 frekanslarında ek sivil kodların iletilmesi beklenmektedir (bkz. GPS modernizasyonu ). Tüm kullanıcılar daha sonra çift frekanslı ölçümler gerçekleştirebilecek ve iyonosferik gecikme hatalarını doğrudan hesaplayabilecek.

İkinci bir hassas izleme şekli denir Taşıyıcı Faz İyileştirme (CPGPS). Bu, nabız geçişi nedeniyle ortaya çıkan hatayı düzeltir. PRN anlık değildir ve bu nedenle ilişki (uydu-alıcı sıra uyumu) ​​işlemi kusurlu. CPGPS, L1 taşıyıcı dalgasını kullanır. dönem nın-nin ${ displaystyle { frac {1 , mathrm {s}} {1575.42 times 10 ^ {6}}} = 0.63475 , mathrm {ns} yaklaşık 1 , mathrm {ns} }$C / A Gold kod bit periyodunun yaklaşık binde biri olan ${ displaystyle { frac {1 , mathrm {s}} {1023 times 10 ^ {3}}} = 977,5 , mathrm {ns} yaklaşık 1000 , mathrm {ns} }$, ek olarak hareket etmek saat sinyali ve belirsizliği giderin. Normal GPS'deki faz farkı hatası 2–3 metrelik (7-10 ft) belirsizliktir. Mükemmel geçişin% 1'i içinde çalışan CPGPS, bu hatayı 3 santimetre (1,2 inç) belirsizliğe düşürür. Bu hata kaynağını ortadan kaldırarak, DGPS ile birleştirilmiş CPGPS normalde 20-30 santimetre (8-12 inç) arasında mutlak doğruluk gerçekleştirir.

Bağıl Kinematik Konumlandırma (RKP), hassas GPS tabanlı konumlandırma sistemi için üçüncü bir alternatiftir. Bu yaklaşımda, menzil sinyalinin belirlenmesi, 10 santimetreden (4 inç) daha düşük bir hassasiyete çözülebilir. Bu, sinyalin alıcı tarafından iletildiği ve alındığı döngülerin sayısının, farklı GPS (DGPS) düzeltme verilerinin bir kombinasyonu kullanılarak, GPS sinyal faz bilgisinin ve belirsizlik çözümleme tekniklerinin istatistiksel testler yoluyla iletilmesi yoluyla çözümlenmesiyle yapılır - muhtemelen gerçek işleme ile -zaman (gerçek zamanlı kinematik konumlandırma, RTK).

Taşıyıcı faz takibi (anket)

Etüt uygulamalarında kullanılan bir diğer yöntem ise taşıyıcı faz takibidir. Taşıyıcı frekansı periyodu ışık hızıyla çarpılarak, L1 taşıyıcısı için yaklaşık 0.19 m (7.5 inç) olan dalga boyunu verir. Ön kenarı tespit etmede dalgaboyunun% 1'i içindeki doğruluk, bu sözde turuncu hata bileşenini 2 mm'ye (0.079 inç) kadar düşürür. Bu, C / A kodu için 3 m (9,8 ft) ve P kodu için 0,3 m (11,8 inç) ile karşılaştırılır.

İki milimetre (0,079 inç) doğruluk, toplam fazın ölçülmesini gerektirir - dalga boyu ile çarpılan dalga sayısı artı fraksiyonel dalga boyu, bu da özel olarak donatılmış alıcılar gerektirir. Bu yöntemin birçok ölçme uygulaması vardır. Çok yavaş hareketlerin gerçek zamanlı takibi için yeterince doğrudur. tektonik plakalar, tipik olarak yılda 0-100 mm (0-4 inç).

Üçlü farklılaşmanın ardından sayısal kök bulma ve adı verilen matematiksel bir teknik en küçük kareler başka bir alıcının konumu göz önüne alındığında bir alıcının konumunu tahmin edebilir. Önce uydular, sonra alıcılar ve son olarak çağlar arasındaki farkı hesaplayın. Diğer fark alma emirleri eşit derecede geçerlidir. Hataların ayrıntılı tartışması atlanmıştır.

Uydu taşıyıcı toplam fazı, döngülerin sayısına ilişkin belirsizlikle ölçülebilir. İzin Vermek ${ displaystyle phi (r_ {i}, s_ {j}, t_ {k})}$ uydu taşıyıcısının aşamasını gösterir j alıcı tarafından ölçüldü ben zamanda ${ displaystyle t_ {k}}$. Bu gösterim, abonelerin anlamını gösterir i, j, ve k. Alıcı (r), uydu (s), ve zaman (t) argümanlar olarak alfabetik sırada gelir ${ displaystyle phi}$ ve okunabilirlik ile özlülüğü dengelemek için ${ displaystyle phi _ {i, j, k} = phi (r_ {i}, s_ {j}, t_ {k})}$ kısa bir kısaltma olun. Ayrıca üç işlevi tanımlıyoruz:${ displaystyle Delta ^ {r}, Delta ^ {s}, Delta ^ {t}}$sırasıyla alıcılar, uydular ve zaman noktaları arasındaki farklılıkları döndüren. Her işlev, bağımsız değişkenleri olarak üç alt simgeye sahip değişkenlere sahiptir. Bu üç işlev aşağıda tanımlanmıştır. Eğer ${ displaystyle alpha _ {i, j, k}}$ üç tamsayı bağımsız değişkeninin bir fonksiyonudur, ben, j, ve k o zaman fonksiyonlar için geçerli bir argümandır:${ displaystyle Delta ^ {r}, Delta ^ {s}, Delta ^ {t}}$olarak tanımlanan değerlerle

${ displaystyle Delta ^ {r} ( alpha _ {i, j, k}) = alpha _ {i + 1, j, k} - alpha _ {i, j, k}}$,

${ displaystyle Delta ^ {s} ( alpha _ {i, j, k}) = alpha _ {i, j + 1, k} - alpha _ {i, j, k}}$, ve

${ displaystyle Delta ^ {t} ( alpha _ {i, j, k}) = alpha _ {i, j, k + 1} - alpha _ {i, j, k}}$ .

Ayrıca eğer ${ displaystyle alpha _ {i, j, k} ve beta _ {l, m, n}}$ üç işlev için geçerli bağımsız değişkenlerdir ve a ve b sabitler o zaman${ displaystyle (a alpha _ {i, j, k} + b beta _ {l, m, n})}$ olarak tanımlanan değerlere sahip geçerli bir argümandır

${ displaystyle Delta ^ {r} (a alpha _ {i, j, k} + b beta _ {l, m, n}) = a Delta ^ {r} ( alpha _ {i, j, k}) + b Delta ^ {r} ( beta _ {l, m, n})}$,

${ displaystyle Delta ^ {s} (a alpha _ {i, j, k} + b beta _ {l, m, n}) = a Delta ^ {s} ( alpha _ {i, j, k}) + b Delta ^ {s} ( beta _ {l, m, n})}$, ve

${ displaystyle Delta ^ {t} (a alpha _ {i, j, k} + b beta _ {l, m, n}) = a Delta ^ {t} ( alpha _ {i, j, k}) + b Delta ^ {t} ( beta _ {l, m, n})}$ .

Alıcı saat hataları, uydu 1'den ölçülen fazlar ile aynı dönemde uydu 2'den ölçülen fazların farklılaştırılmasıyla yaklaşık olarak ortadan kaldırılabilir.^[155] Bu fark şu şekilde belirlenmiştir: ${ displaystyle Delta ^ {s} ( phi _ {1,1,1}) = phi _ {1,2,1} - phi _ {1,1,1}}$

Çift farklılık^[156] Alıcı 1'in uydu farkının alıcı 2'den farkını hesaplar. Bu yaklaşık olarak uydu saati hatalarını ortadan kaldırır. Bu çifte fark:

${ displaystyle { başlar {hizalı} Delta ^ {r} ( Delta ^ {s} ( phi _ {1,1,1})) , & = , Delta ^ {r} ( phi _ {1,2,1} - phi _ {1,1,1}) & = , Delta ^ {r} ( phi _ {1,2,1}) - Delta ^ {r} ( phi _ {1,1,1}) & = , ( phi _ {2,2,1} - phi _ {1,2,1}) - ( phi _ {2,1,1} - phi _ {1,1,1}) end {hizalı}}}$

Üçlü farklılık^[157] alıcı farkını zaman 1'den zaman 2'den çıkarır. Bu, bu belirsizliğin zamanla değişmemesi koşuluyla, taşıyıcı fazdaki dalga boylarının integral sayısı ile ilişkili belirsizliği ortadan kaldırır. Böylece üçlü fark sonucu, pratik olarak tüm saat sapması hatalarını ve tamsayı belirsizliğini ortadan kaldırır. Atmosferik gecikme ve uydu efemeris hataları önemli ölçüde azaltıldı. Bu üçlü fark:

${ displaystyle Delta ^ {t} ( Delta ^ {r} ( Delta ^ {s} ( phi _ {1,1,1})))}$

Bilinmeyen değişkenleri tahmin etmek için üçlü fark sonuçları kullanılabilir. Örneğin, alıcı 1'in konumu biliniyorsa, ancak alıcı 2'nin konumu bilinmiyorsa, sayısal kök bulma ve en küçük kareler kullanılarak alıcının 2 konumunu tahmin etmek mümkün olabilir. Üç bağımsız zaman çifti için üçlü fark sonuçları, alıcı 2'nin üç konum bileşenini çözmek için yeterli olabilir. Bu sayısal bir prosedür gerektirebilir.^[158][159] Böyle bir sayısal yöntemi kullanmak için alıcı 2'nin konumunun bir yaklaştırılması gerekir. Bu başlangıç ​​değeri muhtemelen navigasyon mesajından ve küre yüzeylerinin kesişiminden sağlanabilir. Böyle makul bir tahmin, çok boyutlu başarılı kök bulmanın anahtarı olabilir. Üç zaman çiftinden ve oldukça iyi bir başlangıç ​​değerinden yineleme, alıcı 2'nin konumu için gözlemlenen bir üçlü fark sonucu üretir. Ek zaman çiftlerinin işlenmesi, yanıtı birden çok çözümle üst belirleyerek doğruluğu artırabilir. En küçük kareler, üst belirlenmiş bir sistemi tahmin edebilir. En küçük kareler, karelerin toplamını en aza indirme kriteri altında, alıcı 2 konumları için gözlemlenen üçlü fark sonuçlarına en iyi uyan alıcı 2 konumunu belirler.

GPS alıcılarıyla ilgili düzenleyici spektrum sorunları

Amerika Birleşik Devletleri'nde, GPS alıcıları şu altında düzenlenir: Federal İletişim Komisyonu 's (FCC) Bölüm 15 kurallar. Amerika Birleşik Devletleri'nde satılan GPS özellikli cihazların kılavuzlarında belirtildiği gibi, Bölüm 15 cihazı olarak, "istenmeyen çalışmaya neden olabilecek parazit dahil olmak üzere alınan her türlü paraziti kabul etmelidir."^[160] Özellikle GPS cihazları ile ilgili olarak, FCC, GPS alıcı üreticilerinin "tahsis edilen spektrumların dışındaki sinyallerin alınmasına karşı makul ölçüde ayrım yapan alıcılar kullanması gerektiğini" belirtir.^[161] Son 30 yıldır GPS alıcıları, Mobil Uydu Servis bandının yanında çalışmakta ve Inmarsat gibi mobil uydu servislerinin alımına karşı herhangi bir sorun olmaksızın ayrımcılık yapmaktadır.

FCC tarafından GPS L1 kullanımı için tahsis edilen spektrum 1559-1610 MHz iken, Lightsquared'in sahip olduğu uydudan yere kullanım için tahsis edilen spektrum Mobil Uydu Servis bandıdır.^[162] 1996'dan beri, FCC, 1525 ila 1559 MHz GPS bandına komşu olan spektrumun Virjinya şirket LightSquared. 1 Mart 2001'de FCC, LightSquared'in selefinden bir uygulama aldı. Motient Hizmetler, entegre bir uydu-karasal hizmet için tahsis edilmiş frekanslarını kullanmak için.^[163] 2002'de, ABD GPS Endüstri Konseyi, LightSquared'in yer tabanlı istasyonlarından gelen iletimlerin 1559 ila 1610 MHz'lik komşu GPS bandına yayılmasını önlemek için LightSquared ile bir bant dışı emisyon (OOBE) anlaşması yaptı.^[164] 2004 yılında, FCC, LightSquared'in uydu sistemlerine yardımcı olan yer tabanlı bir ağ yardımcısı dağıtma yetkisinde OOBE anlaşmasını kabul etti - Yardımcı Kule Bileşenleri (ATC'ler) olarak bilinir - "MSS ATC'yi, eklenen karasal bileşen, ana MSS teklifine yardımcı olmaya devam ediyor. Karasal bileşenin bağımsız bir hizmet olmasını istemiyoruz ve buna izin vermeyeceğiz. "^[165] Bu yetki, ABD Interdepartment Radyo Danışma Komitesi tarafından incelenmiş ve onaylanmıştır. ABD Tarım Bakanlığı, ABD Uzay Kuvvetleri, Amerikan ordusu, ABD Sahil Güvenlik, Federal Havacılık İdaresi, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, İç, ve ABD Ulaştırma Bakanlığı.^[166]

Ocak 2011'de FCC, LightSquared'in toptan satış müşterilerine koşullu olarak yetki verdi. En iyi satın alım, Keskin, ve C Spire —Yalnızca LightSquared'den entegre bir uydu-yer tabanlı hizmet satın almak ve bu entegre hizmeti, LightSquared'in tahsis edilmiş 1525 ila 1559 MHz frekanslarını kullanarak yalnızca yer tabanlı sinyali kullanacak şekilde donatılmış cihazlarda yeniden satmak.^[167] Aralık 2010'da, GPS alıcı üreticileri FCC'ye LightSquared'in sinyalinin GPS alıcı cihazlarıyla parazite neden olacağına dair endişelerini dile getirdi.^[168] FCC'nin Ocak 2011 düzenine kadar olan politika değerlendirmeleri, maksimum yer tabanlı LightSquared istasyon sayısı veya bu istasyonların çalışabileceği maksimum güç için önerilen herhangi bir değişiklikle ilgili olmamasına rağmen. Ocak 2011 emri, nihai yetkilendirmeyi, GPS endüstrisi ve Federal ajans katılımı ile birlikte LightSquared liderliğindeki bir çalışma grubu tarafından yürütülen GPS paraziti sorunları çalışmalarına bağlı hale getirir. 14 Şubat 2012'de FCC, NTIA'nın şu anda potansiyel GPS parazitini azaltmanın pratik bir yolu olmadığı sonucuna dayanarak LightSquared'in Koşullu Feragat Emrini iptal etmek için işlemler başlattı.

GPS alıcı üreticileri, GPS tarafından ayrılan bandın ötesinde spektrum kullanmak için GPS alıcıları tasarlar. Bazı durumlarda, GPS alıcıları, 1575,42 MHz'lik L1 frekansının her iki yönünde de 400 MHz'e kadar spektrum kullanacak şekilde tasarlanmıştır, çünkü bu bölgelerdeki mobil uydu hizmetleri uzaydan yere ve mobil uydu hizmetleriyle orantılı güç seviyelerinde yayın yapmaktadır. .^[169] FCC'nin Bölüm 15 kuralları kapsamında düzenlendiği üzere, GPS alıcıları, GPS tarafından ayrılmış spektrumun dışındaki sinyallere karşı garantili koruma sağlamaz.^[161] GPS'in Mobil Uydu Servis bandının yanında çalışmasının ve ayrıca Mobil Uydu Servis bandının GPS'in yanında çalışmasının nedeni budur. Spektrum tahsisinin simbiyotik ilişkisi, her iki bandın kullanıcılarının birlikte ve özgürce çalışabilmesini sağlar.

FCC, Şubat 2003'te LightSquared gibi Mobil Uydu Hizmeti (MSS) lisans sahiplerinin "karasal kablosuz spektrumun daha verimli kullanımını teşvik etmek" için lisanslı spektrumlarında az sayıda yardımcı yer tabanlı kule inşa etmelerine izin veren kuralları kabul etti.^[170] Bu 2003 kurallarında, FCC, "Bir ön konu olarak, karasal [Ticari Mobil Radyo Hizmeti (" CMRS ")] ve MSS ATC'nin farklı fiyatlara, kapsama, ürün kabulüne ve dağıtımına sahip olması beklendiğini belirtti; bu nedenle, iki hizmet görünür, en iyi durumda, ağırlıklı olarak farklı pazar segmentlerinde faaliyet gösteren birbirinin yerine geçecek kusurlu ikameler olmak ... MSS ATC'nin aynı müşteri tabanı için doğrudan karasal CMRS ile rekabet etmesi olası değildir ... ". 2004 yılında FCC, yere dayalı kulelerin yardımcı olacağını açıkladı ve "Eklenen karasal bileşenin ana MSS teklifine yardımcı kalmasını sağlayacak koşullara tabi olarak MSS ATC'ye yetki vereceğiz. Biz niyet etmiyoruz, ne de yapmayacağız. karasal bileşenin bağımsız bir hizmet olmasına izin verin. "^[165] Temmuz 2010'da FCC, LightSquared'in "karasal mobil sağlayıcılar tarafından sağlananlara benzer mobil geniş bant hizmetleri sağlamak ve mobil geniş bant sektöründe rekabeti artırmak için entegre bir uydu-karasal hizmet sunma" yetkisini kullanmasını beklediğini belirtti.^[171] GPS alıcı üreticileri, LightSquared'in lisanslı 1525 ila 1559 MHz spektrumunun, 2003 ve 2004 FCC ATC kararlarına göre yüksek hızlı kablosuz geniş bant için kullanılmasının hiçbir zaman öngörülmediğini savundular. birincil uydu bileşenine yardımcıdır.^[172] LightSquared'in yardımcı karasal bileşeninin 2004 FCC yetkilendirmesine karşı Mobil Uydu Hizmeti bandındaki basit bir yer tabanlı LTE hizmetine karşı 2004 FCC yetkilendirmesine devam etme çabalarına kamu desteği oluşturmak için, GPS alıcısı üreticisi Trimble Navigasyon Ltd. "GPS'imizi Koruma Koalisyonu" nu kurdu.^[173]

FCC ve LightSquared, ağın çalışmasına izin verilmeden önce GPS paraziti sorununu çözmek için kamuya açık taahhütlerde bulunmuştur.^[174][175] Chris Dancy'ye göre Uçak Sahipleri ve Pilotlar Derneği, havayolu pilotları etkilenecek türden sistemler ile "rotadan sapabilir ve farkına bile varmayabilir."^[176] Sorunlar aynı zamanda Federal Havacılık İdaresi yükseltmek hava trafik kontrolü sistem Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı rehberlik ve yerel Acil servisler dahil olmak üzere 911.^[176]

14 Şubat 2012'de ABD Federal İletişim Komisyonu (FCC) tarafından bilgilendirildikten sonra LightSquared'in planlanan ulusal geniş bant ağına taşındı. Ulusal Telekomünikasyon ve Bilgi İdaresi (NTIA), askeri ve diğer federal hükümet birimleri için spektrum kullanımlarını koordine eden federal ajans, "şu anda olası müdahaleyi hafifletmenin pratik bir yolu yoktur".^[177][178] LightSquared, FCC'nin eylemine meydan okuyor.

Diğer sistemler

Yörünge boyutu karşılaştırması Küresel Konumlama Sistemi, GLONASS, Galileo, BeiDou-2, ve İridyum takımyıldızlar Uluslararası Uzay istasyonu, Hubble uzay teleskobu, ve sabit yörünge (ve Onun mezarlık yörüngesi ), ile Van Allen radyasyon kemerleri ve Dünya ölçeklemek.^[a]

Ay yörüngesi, sabit yörüngeden yaklaşık 9 kat daha büyüktür.^[b] (İçinde SVG dosyası, vurgulamak için bir yörüngenin veya etiketinin üzerine gelin; makalesini yüklemek için tıklayın.)

Kullanımdaki diğer önemli uydu navigasyon sistemleri veya çeşitli gelişme durumları şunları içerir:

• Beidou - sistem tarafından dağıtılan ve çalıştırılan Çin Halk Cumhuriyeti, 2019 yılında küresel hizmetler başlatıyor.^[179][180]
• Galileo - tarafından geliştirilen küresel bir sistem Avrupa Birliği ve 2016 yılında faaliyete geçen diğer ortak ülkeler,^[181] ve 2020 yılına kadar tamamen devreye alınması bekleniyor.
• GLONASS – Rusya küresel navigasyon sistemi. Dünya çapında tamamen operasyonel.
• NavIC - tarafından geliştirilen bölgesel bir navigasyon sistemi Hindistan Uzay Araştırma Örgütü.
• Michibiki - Bölgesel navigasyon sistemi alacağı Asya-Okyanusya odaklanılan bölgeler Japonya.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

• "NAVSTAR GPS Kullanıcı Ekipmanı Tanıtımı" (PDF). Birleşik Devletler Sahil Güvenlik. Eylül 1996.
• Parkinson; Spilker (1996). Küresel konumlandırma sistemi. Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü. ISBN  978-1-56347-106-3.
• Jaizki Mendizabal; Roc Berenguer; Juan Melendez (2009). GPS ve Galileo. McGraw Hill. ISBN  978-0-07-159869-9.
• Nathaniel Bowditch (2002). The American Practical Navigator - Bölüm 11 Uydu seyir sistemi . Amerika Birleşik Devletleri hükümeti.
• Küresel Konumlandırma Sistemi Ders Yazılımını şuradan açın: MIT, 2012
• Greg Milner (2016). Nokta: GPS Teknolojiyi, Kültürü ve Aklımızı Nasıl Değiştiriyor?. W. W. Norton. ISBN  978-0-393-08912-7.

Dış bağlantılar

• Küresel Konumlandırma Sistemi -de Curlie
• FAA GPS SSS
• GPS.gov - ABD Hükümeti tarafından oluşturulan genel halk eğitimi web sitesi
• ABD Ordusu Mühendisler El Kitabı: "NAVSTAR HTML". 22 Ağustos 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Alındı 2010-06-06.CS1 bakimi: BOT: orijinal url durumu bilinmiyor (bağlantı) ve "PDF (22,6 MB, 328 sayfa)" (PDF). 25 Haziran 2008 tarihinde orjinalinden arşivlendi. Alındı 2010-06-06.CS1 bakimi: BOT: orijinal url durumu bilinmiyor (bağlantı)
• Ulusal Jeodezik Araştırma Global Navigasyon Uydu Sistemindeki Küresel Konumlandırma Sistemi uyduları için yörüngeler
• GPS ve GLONASS Simülasyonu (Java uygulaması ) Hassas seyreltme (DOP) hesaplaması dahil olmak üzere uzay aracı hareketinin simülasyonu ve grafiksel tasviri
• Görelilik Bilimi Hesaplayıcısı - Küresel Konumlandırma Sistemini Açıklamak