Stále častěji se objevují mapové navigační aplikace pro mobily a PDA, které využívají satelitní navigační systém GPS. Můžeme se setkat s jednoúčelovými navigátory i systémy vestavěnými v automobilech. Víte, jak GPS funguje a jak dokáže určit přesnou polohu kdekoli na zemi?
Jedna koule, druhá koule
Samotný princip určení polohy je docela jednoduchý. Přijímač si nejprve vypočte vzdálenost, která jej dělí od několika okolních družic, a to z doby cesty signálu a z rychlosti světla včetně započítání vlivů atmosféry. Princip přesného určení polohy je naznačen na obrázku níže. Pokud tedy zná přijímač zatím jen vzdálenost k jedné z družic, předpokládá dle pravidel geometrie, že sám leží někde na plášti koule s poloměrem rovným dané vzdálenosti, jejíž střed tvoří daná družice, na obrázku např. koule A. Pokud ale zná vzdálenost i k jinému satelitu, např. B, může vypočíst průnik povrchů koule, což je už jen kružnice. Se třetí koulí se možnost polohy zúží pouze na dva body, přičemž jeden z nich leží buď vysoko v prostoru nebo hluboko v Zemi a může se škrtnou. Je hotovo.
Ilustrace principu trilaterace
Tomuto postupu se říká trilaterace. V praxi je situace oproti modelovému příkladu složitější, protože s měřením a počítáním vzdáleností vznikají nepřesnosti. Proto se k určení polohy používá vždy nejméně čtyř družic. Chyby mohou vzniknout jednak odchýlením se od skutečné hodnoty rychlosti šíření signálu atmosférou, ale také samotnou družicí, pokud pošle nesprávné či nepřesné údaje. Aby se tomu zamezilo, má každá z družic své vlastní přesné atomové hodiny. Na správnou polohu družic dohlíží také pozemní řídicí systém, který polohu a pohyb družic sleduje a koriguje.
Rozmístění pozemních řídicích stanic
Pozemní systém je tvořen celkem pěti monitorovacími základnami, z nichž tři mají také anténní systémy pro vysílání směrem k satelitům. Hlavní stanici a ostatní stanice najdete na mapce výše. Na dalších obrázcích je pak ukázka, jak taková pozemní anténa pro vysílání směrem k družicím může vypadat. Běžná přesnost GPS se při standardních podmínkách a dobrém signálu obvykle vejde do řádu deseti metrů. Nebylo tomu tak ale vždy. Do roku 2000 bylo u GPS zapnuto umělé znepřesnění pomocí mechanizmu zvaného SA, to kvůli nepřátelům, kteří by mohli GPS zneužít proti NATO.
Antény základen pro spojení s družicemi
Signál GPS je velice slabý. Jeho úroveň se v blízkosti Země pohybuje v řádech deset na mínus šestnáctou wattů. Jen pro přibližnou představu, v literatuře se taková energie přirovnává k úrovni světelného záření žárovky 25 W pozorovaného ze vzdálenosti 11 000 mil. Takový slabý signál je utopen hluboko v lokálním elektromagnetickém rušení, což ale není na závadu díky systému rozprostřeného spektra, jež dovoluje restaurovat i podobně zarušený signál. Tato koncepce má svůj původ v období studené války, kdy se USA snažily systém skrýt před tehdejším ruským protivníkem. Další důvod je také omezený přísun elektrické energie, kterou družice čerpají ze solárních panelů. Nevýhodou pro uživatele je však to, že přijímač GPS si žádá nejlépe přímou viditelnost na oblohu. Slabý signál je špatně dostupný v budovách a podléhá atmosférickým vlivům.
Konkurence je potřeba
Systém GPS pochopitelně není jediný a sám, proto se v krátkosti podívejme i na konkurenční systémy. V době napjatých vztahů mezi východem a západem si východní blok vybudoval v osmdesátých letech svůj vlastní satelitní navigační systém, který i dnes stále běží. Systém se jmenuje GLONASS a je provozován ruským ministerstvem obrany. GLONASS má 24 satelitů na třech drahách odkloněných o 120 stupňů, umístěných ve výšce 19100 km. Více si o systému GLONASS můžete přečíst třeba zde.
Protože GPS spadá pod správu Ministerstva obrany USA, které má také rozhodující slovo v tom, co se systémem bude, je logické, že Evropa chce mít také svůj samostatný systém, který by vlivu USA nepodléhal. Takovým systémem se má stát Galileo. Bude využívat třiceti satelitů, které budou vždy po deseti rozmístěny na třech oběžných drahách. Projekt Galileo, jako historicky největší evropský průmyslový projekt, je společnou iniciativou Evropské komise (EC) a Evropské kosmické agentury (ESA). Program nyní přechází z fáze vývoje a ověřování, jež byla plánována pro období 2001–2005, do fáze zavádění. Bude tedy následovat postupné vypouštění zbývajících družic na oběžnou dráhu a zároveň se bude dokončovat pozemní infrastruktura. Provoz by měl být podle harmonogramu zahájen v roce 2008.
Družice systému Galileo • oběžné dráhy
Více se o projektu Galileo dočtete na stránkách Evropské komise a Evropské kosmické agentury. Po jednáních s USA bylo dosaženo dohody o kompatibilitě systému Galileo s GPS, což je velmi pozitivní a chvályhodný počin. Předpokládané využití systému Galileo se týká především sektoru dopravy, ale své uplatnění najde i jinde, např. u měřicích systémů.
