Global Position System-Satelitní navigace

Není to dlouho, co se mne moje dcery lstivě zeptaly, jak se určuje v přírodě sever. Protože v jejich očích jsem stá...


Není to dlouho, co se mne moje dcery lstivě zeptaly, jak se určuje v přírodě
sever.
Protože v jejich očích jsem stále ještě člověkem, který všechno ví, všechno zná
a od všeho má klíče, vysypal jsem z rukávu určování severu podle lišejníků na
stromech, podle mraveniště v lese, letokruhů na pařezech a dodal jsem ještě
cosi neurčitého o hodinkách a slunci, případně hvězdné obloze.
Tím jsem měl na chvilku pokoj. Leč, dětská duše je zvídavá a stále hledá nějaké
nové překážky. Dostal jsem tedy stejnou otázku, ovšem za ztížených podmínek.
Podle popisu bych mohl odhadnout, 6e jsem měl být na louce, pod nebem plným
mraků a pro jistotu bez hodinek.
Nezbylo mi tedy, než zapátrat v paměti mezi technickými novinkami a obelstít
milé děti vyprávěním o výhodách satelitní navigace.
Globální navigační systém v praxi
Václav Maletínský
Jak již bylo uvedeno, takzvaný globální navigační systém (Global Positioning
System, dále jen GPS) je založený na sledování pohybu navigačních družic. První
ze satelitů byl vynesen na oběžnou dráhu v únoru 1978. Vzhledem k tomu, že
průměrná životnost satelitu je přibližně 10 let, jsou postupně vynášeny nové
typy satelitů, nahrazující ty starší. Na následujících řádcích popíšu i
praktické zkušenosti s GPS.
V současné době obíhá zemi celkem 27 satelitů, z nichž 24 je v neustálém
provozu. To znamená, že nepřetržitě vysílají údaje o své poloze na oběžné
dráze. GPS signál, přijímaný na zemi, obsahuje jednak údaje o poloze vlastního
satelitu, ale také údaje o polohách ostatních satelitů. GPS přijímač ze
zachycených zpráv pozná a zobrazí číslo a polohu satelitu. S minimálně třemi
zachycenými satelity udá GPS přijímač polohu vyznačenou v souřadnicích
zeměpisné délky a šířky.
Jestliže se podaří zachytit čtyři nebo více satelitů, je tato poloha doplněna
ještě údajem o nadmořské výšce. Díky skutečnosti, že zprávy ze satelitů jsou
vysílány nepřetržitě, GPS přijímač neustále přijímá nové informace a to buď
současně ze všech družic naráz, nebo postupně v intervalu cca 1 sekunda.
Vyhodnocením signálů přijímač nejen udává polohu, ale také rychlost a směr
vlastního pohybu.
Přesnost zjištění polohy již byla popsána. Můžeme si ale klást otázku, proč je
úmyslně vnášena chyba, která přesnost snižuje. Je třeba si uvědomit, že původní
využití GPS signálu bylo určeno jen k vojenským účelům. Teprve od roku 1980
bylo rozhodnuto, že šířený GPS signál je přístupný i pro civilní osoby. Od této
doby lze také sledovat snahy o využití družicové navigace v různých aplikacích.
Přesnost zjištění vlastní polohy záleží také na dalších okolnostech. Mezi ně
patří kromě počtu zachycených satelitů i jejich poloha tj. v jakém směru a pod
jakým úhlem je vysílán signál do přijímače GPS.
Na příjem signálu má velký vliv prostředí, ve kterém se uživatel s GPS
přijímačem právě pohybuje. Na volném a rovném prostranství lze zachytit více
satelitů, v hornatém terénu, v hustém lese, ale také v městské zástavbě dochází
k tomu, že satelity jsou zastíněny přírodními nebo umělými překážkami. Kromě
faktu, že jsou pro přijímač právě "neviditelné", může dojít i k příjmu
odraženého signálu.
V případě, že místo originálního signálů je zachycen jen odraz, snižuje se
přesnost polohy, neboť odražený signál je přijat do GPS přijímače po delší
době, tedy s časovou odchylkou. Existují i jiné zdroje nepřesného určení
polohy, ke kterým patří také atmosferické poruchy, způsobené průchodem signálů
ionosférou a troposférou. Kvalitnější GPS přijímače zobrazují nejen počet
zachycených satelitů, ale graficky dokáží zobrazit kvalitu přijímaného signálu
právě podle azimutu a elevace satelitů.
Náš test
Jedna z následujících částí tohoto Tématu týdne je věnována několika
přístrojům, se kterými se můžete setkat na našem trhu. Jejich výčet sice není
vyčerpávající (zcela nezmíněny zůstaly např. přijímače Eagle), příslušní
prodejci však naši nabídku testu GPS nevyužili.
Provoz GPS v praxi
V následujícím textu budu popisovat chování přístroje Garmin II, který jsem měl
možnost testovat po dobu přibližně jednoho měsíce a to díky zapůjčení od
společnosti Geodézie ČS. Lze říci, že ostatní přístroje nabízejí obdobné
možnosti navigace, z předchozí části je zřejmé, že sledují také více satelitů
na obloze.
Při prvním spuštění přístroje se na displeji objeví úvodní obrazovka, z níž je
patrný typ přijímače a verze používaného programu. Po ní následuje další
obrazovka, ve které jsou k dispozi-ci volby lokalizace, tedy zjištění vlastní
pozice.
U GPS Garmin II jsou v nabídce tři možnosti. V první z nich se zadává zpravidla
země, ve které se uživatel nachází. Po výběru ze seznamu receiver použije
odpovídající zeměpisnou délku a šířku, a vyhledání satelitů na obloze pak trvá
kratší dobu. Druhou volbou je autolokace, při níž je vyhledán libovolný
dostupný satelit a teprve na základě získaných informací jsou lokalizovány
další družice. Při druhém a dalším startu GPS Garmin není nutno tyto údaje
zadávat, stačí zvolit třetí volbu provoz bez úvodní inicializace. Jestliže
totiž uživatel nezmění místo, na němž GPS naposledy použil, o více než cca 500
km, pamatuje si přijímač postavení družic, resp. dráhy, na kterých se pohybují,
a najde je velmi rychle.
Po zaměření satelitů se na displeji objeví další obrazovka, ze které je patrné
umístění družic na obloze (jsou označeny svými čísly), v levé části je
informace o stavu napájecích baterií a v pravé části pak lze sledovat kvalitu
signálu každého z jednotlivých satelitů. Vyšší sloupec znamená kvalitnější
příjem, nižší pak méně kvalitní. Prázdný bílý sloupec s černým ohraničením
značí, že satelit byl nalezen, avšak dosud z něj nebyly získány informace. V
praxi se prázdné sloupce objevují ihned po zapnutí přístroje a dále po
opětovném navázání spojení se satelitem, který byl nedosažitelný např. z důvodu
zastínění přírodní překážkou. Pro určování pozice je důležitý zejména úhel, ve
kterém se družice nachází. Ideální je takový stav, kdy jsou satelity "nad
hlavou", s nižším úhlem se může snížit přesnost zaměřené pozice, tedy zvýšit
odchylka od místa, na němž ve skutečnosti uživatel je.
Zjištění pozice
V okamžiku, kdy přijímač zjistí svou aktuální polohu, objeví se na displeji
obrazovka s údaji o navigaci. Uživatel z ní zjistí zejména zeměpisnou délku a
šířku, dále nadmořskou výšku, rychlost pohybu, rychlost klesání nebo stoupání a
k dispozici je také údaj o kurzu pohybu. V horní části obrazovky je pak dobře
viditelný azimut s vyznačením kurzu.
Na začátku cesty, v jejím průběhu i na konci lze v další obrazovce volitelně
zadávat několik bodů i s popisem usnadňujícím pozdější orientaci. Tyto body
jsou u přijímačů GPS pojmenovány buď jako WAYPOINT, nebo LANDMARK. Mezi body je
možné "listovat" a určit je například jako cíl cesty při návratu. V takovém
případě stačí vybrat waypoint, na který se chce uživatel dostat a přepnout do
navigační obrazovky. Zde se objeví šipka, ukazující směr cesty, kompas se
zobrazením světových stran a v rozích obrazovky také údaje o kurzu, odchylce,
vzdálenosti cíle a rychlosti pohybu.
Po dosažení zvoleného navigačního bodu se na obrazovce objeví hlášení,
signalizující úspěšné ukončení cesty. U některých GPS přijímačů je navíc tato
informace doplněna i zvukovou návěstí. GPS přijímače zpravidla dovolují zadávat
nebo importovat z počítače trasy, složené z několika úseků (kroků), které jsou
waypointy vymezeny. V tom případě se po dosažení první pozice a hlášení objeví
znovu navigační obrazovka, tentokrát však se zadáním údajů, které se vztahují k
dalšímu bodu cesty. Může se stát, že někomu bude tato navigace připadat
nepřehledná. V takovém případě je k dispozici ještě další obrazovka,
znázorňující schematicky silnici. Jestliže se pohybuji správným směrem, je na
displeji přímá cesta, zužující se v horní části. Pokud se z nějakého důvodu
odchýlím od kurzu, směřuje silnice na obrazovce vlevo nebo vpravo, takže je
zřejmé, na jakou stranu je třeba se stočit pro dosažení cíle.
Další obrazovka, kterou lze na přístroji vyvolat, obsahuje grafické znázornění
tras. Je zde vidět trasa, kterou uživatel již projel (nebo také prošel,
proletěl či proplaval), navíc jsou zde zobrazeny i body, které je třeba
dosáhnout. Na této obrazovce lze použít také zvětšení/zmenšení, při kterém
jeden centimetr na displeji odpovídá hodnotě 500 metrů minimálně a 600 km
maximálně.
Kromě již popsaných obrazovek je k dispozici celkem přehledné menu, které
slouží pro zadávání i získávání potřebných údajů. Jedná se mimo jiné o čas
východu a západu slunce, zjišťování průměrné a maximální rychlosti pohybu,
zjišťování, zadávání, editace a mazání waypointů a celých tras. Nechybí
nastavení protokolů pro spolupráci s diferenční stanicí, případně připojení k
počítači. Závěrem mohu uvést, že GPS přijímač je velmi užitečné zařízení, se
kterým se při správném zacházení rozhodně neztratíte.
Poděkování
Při přípravě tohoto Tématu týdne jsme se obrátili na pracovníky katedry
radioelektroniky, FEL ČVUT Praha, jmenovitě na prof. Ing. Vejražku, CSc., Ing.
Fišera a Ing. Seidla. Za cennou pomoc děkujeme dále řediteli Geodézie ČS Ing.
Křížovi, stejně jako společnosti DD Amtek&Rybka, Praha 9, Veltruská 576/33,
díky kterým jsme měli možnost se s větší částí popisovaných GPS přístrojů
seznámit.
8 2744 / pen









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.