Víme, kde jste na metr přesně!

Významné zpřesnění systému GPS Družicový navigační systém GPS je znám především cestovatelům, letcům či ná...


Významné zpřesnění systému GPS
Družicový navigační systém GPS je znám především cestovatelům, letcům či
námořníkům. Poslední dobou se stále populárnějším stává i u řidičů, kde ho lze
nalézt v podobě inteligentního navigátora, který vyhledá optimální trasu do
zadaného cíle. V Computerworldu jsme o něm podrobněji psali v letošním 7.
čísle, od té doby se ale jedna zásadní věc změnila.
Rozhodnutí prezidenta Spojených států o zrušení záměrné chyby (selektivní
dostupnost SA) pro civilní uživatele systému k 1. 5. 2000 představuje
bezpochyby zlomový krok pro další vývoj a použití systému. Následující text se
vás pokusí přesvědčit, že teď už nastal ten správný čas i pro vás začít GPS
používat.
GPS v rukách civilistů
GPS je původně vojenským systémem, vyvíjeným a budovaným od 70. let. Vycházel z
programu hvězdných válek, kde bylo nutno vybudovat spolehlivý systém pro
přesnou globální navigaci. Provozovatelem systému jsou ministerstva obrany a
dopravy Spojených států. Systém je standardně osazován do vojenských letadel,
lodí, vozidel, raket s dlouhým doletem a v současné době je už dostatečný počet
vojenských GPS přijímačů i pro pozemní vojsko.
V případě válečného konfliktu je systém málo zranitelný hlavní řídicí stanice
je umístěna v opevněném bunkru ve Skalistých horách a má speciální ochranu.
Většina družic je vybavena ochranou proti elektromagnetickému impulzu při
kosmickém jaderném výbuchu, družice mohou mezi sebou komunikovat a zjišťovat
svoji polohu, což umožňuje rychlé zjištění chybné funkce některé družice.
Kvalitativní parametry systému GPS ověřené konfliktem v Perském zálivu,
umocnily rozhodnutí vlády Spojených států o bezplatném využití systému pro
civilní účely. Poloha uživatele určená pomocí technologie GPS je velmi přesná i
při použití jeho nejjednodušší varianty. Proto vzhledem k požadavku na
strategickou bezpečnost státu, rozhodla původně vláda Spojených států o
zavedení zvláštního režimu provozu družic GPS tzv. selektivní dostupnosti
(Selective Availability SA). Toto záměrné znepřesňování polohy pro civilní
uživatele vešlo v platnost dne 25. 3. 1990.
Chyby SA se dosáhne zhoršováním přesnosti určení vzdálenosti přijímač-družice
díky změně hodinového kmitočtu a parametrů dráhy družice, které jsou vysílány v
navigační zprávě. Následkem toho měřená zdánlivá vzdálenost neodpovídá
skutečnosti.
Omezení přesnosti
Při uvolnění technologie GPS pro civilní použití byl hledán kompromis, který by
zajišťoval přijatelně nízké riziko zneužití systému a zároveň vyšel vstříc
civilním uživatelům s co nejnižší mírou omezení systému. Z toho důvodu byl
vytvořen koncept autorizovaných a neautorizovaných uživatelů. Autorizovaný
uživatel má přístup k přesným navigačním informacím na obou frekvencích bez
jakýchkoli omezení (služba PPS Precision Positioning Service). Je nutné mít
speciální GPS přijímač s kryptografickým klíčem, který umožní příjem
šifrovaného vojenského signálu (šifrovaný P-kód označovaný jako Y-kód).
Neautorizovaný (civilní) uživatel využívá bezplatné služby SPS (Standard
Positioning Service). Ta spočívá v přístupu k C/A kódu na kmitočtu L1 s tím, že
přesnost měření byla uměle zhoršována selektivní dostupností (SA).
O vlivu selektivní dostupnosti si lze udělat představu na základě srovnání
přesností měření. Zatímco okamžitá přesnost měření se pohybovala v řádu desítek
metrů (např. provozovatel zaručoval, že 95 % měření nemělo překročit odchylku
100 metrů v horizontální složce), dnes, po zrušení SA, jsou to jednotky metrů
(95 % měření by nemělo překročit hodnotu 21 m). S využitím diferenčního měření
(relativní měření dvou přístrojů) se lze dostat při několikaminutových
statických observacích na každém bodě do oblasti decimetrů (95 % měření je dle
prof. Vejražky z FEL ČVUT v horizontální složce do 5 metrů).
Tlak odborné veřejnosti
V původním plánu provozovatele figuroval jako termín pro další posouzení
účinnosti a potřebnosti chyby SA rok 2006. Tlak odborné veřejnosti na její
zrušení velmi rostl, neboť změny politické a obranné orientace Spojených států
a další technologie postupně posunoval chybu SA na pozici anachronismu. Např.
dnes hojně používaná metoda diferenčního GPS měření (DGPS) vliv chyby SA téměř
redukuje.
Stačí mít dva speciálně upravené přijímače, které provádějí současně měření na
stejné satelity. Jeden z přijímačů báze, je umístěn po celou dobu na známém
bodě. Rozdílem známých a okamžitých GPS souřadnic lze vypočítávat diference,
které lze pak formou korekcí zavádět do měření druhé mobilní GPS jednotky v
terénu. Nevýhodou je pouze regionální dosah, který je účinný zhruba do
vzdálenosti 400 kilometrů a nutnost mít 2 speciální GPS přijímače, ale to už
dnes lze také obejít, neboť existují komerční poskytovatelé korekcí, kteří je
šíří pomocí dlouhovlnných vysílačů nebo spojovacích satelitů pro území
velikosti států či celých kontinentů. Pak stačí mít jednoduchý ruční přijímač
GPS podporující komunikační standard pro přenos korekcí RTCM SC-104 a pouze
platit poplatky poskytovateli korekcí. Okamžitá přesnost určení polohy s
využitím diferenčního měření (DGPS) se pohybuje v řádu jednotek metrů.
Z výše uvedených důvodů tak americký prezident Bill Clinton poměrně rychle a
rázně ukončil úmyslné snižování přesnosti signálů chybou SA. Znamená to, že
uživatelé nyní mohou určovat svoji polohu až 10x přesněji, něž mohli doposud.
Spojené státy tímto až do roku 2006 přeruší užívání selektivní dostupnosti s
každoročním posouzením jejího nasazení. Prezident tak navázal na osobně vydanou
směrnici z března 1996, která si za cíl stanovuje podporovat přijetí a
začlenění GPS do mírových civilních, obchodních a vědeckých aplikací po celém
světě.
Vojenské využití systému má samozřejmě plnou podporu i nadále. Zrušení chyby SA
nebude mít vliv na bezpečnost Spojených států, neboť díky novým generacím
družic, které jsou vysílány na oběžnou dráhu od počátku 90. let, je možno
selektivně odepřít signály GPS na regionálním základě.
Důsledky rozhodnutí
Zvýšení přesnosti umožní, aby se objevily nové aplikace GPS a pokračovalo se ve
zvyšování životní úrovně v celém světě. Velmi pozitivním faktem je zlevnění
provozních nákladů u aplikací, které vyžadovaly přesnost v řádu jednotek metrů.
V období aktivované SA chyby bylo nutné využít technologie diferenčního GPS
měření, které znamenalo pořízení dvou speciálních GPS přijímačů a provoz bázové
stanice, nebo poplatky za pronájem diferenčního přijímače a příjem korekcí.
V tomto rozsahu přesnosti nyní pohodlně postačí i malý ruční navigační
přijímač. Modely této kategorie od firem Garmin či Magellan si svou velikostí,
podobností a cenou nezadají s mobilním telefonem.
Lze očekávat další ohromný růst v oblasti obchodu a vývoje aplikací GPS.
Ohromný boom díky zrušení selektivní dostupnosti lze očekávat v dopravě,
telekomunikacích a sběru polohových map (mapování, geografické informační
systémy). Vláda Spojených států rovněž očekává masivní nárůst investic
civilního sektoru do technologií a služeb GPS.
Budoucím krokem pro další vládní podporu se má stát rozsáhlá modernizace
systému uskutečněná prostřednictvím přidání dvou nových civilních signálů a
rozšířením družicového segmentu o dalších 18 družic, které již čekají na
vynesení na oběžnou dráhu nebo jsou ve výrobě. Oba kroky budou znamenat výrazné
zvýšení přesnosti a integrity systému po celém světě.
0 1552 / pen
Co je systém gps
GPS globální družicový navigační systém slouží pro určení okamžité polohy a
času. Vyznačuje se vysokou přesností, možností pracovat kdekoliv na Zemi a
nezávislostí na počasí a denní či noční době. Významným rysem systému je rovněž
podpora práce ve společném systému souřadnic pro celou Zemi.
GPS tvoří 3 segmenty. Kosmický segment dnes představuje 27 satelitů, řídicí
složka zabezpečuje provoz systému a uživatelský segment představují přijímače
GPS a odborně zainteresované organizace.









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