Aujourd'hui, probablement, personne n'a entendu parler du GPS. Cependant, tout le monde n'a pas une compréhension complète de ce que c'est. Dans cet article, nous essaierons de comprendre ce qu'est le système de positionnement global, en quoi il consiste et comment il fonctionne.
Histoire
Le système de navigation GPS fait partie du complexe Navstar, développé et exploité par le département américain de la Défense. Le projet du complexe a commencé à être mis en œuvre en 1973. Et déjà au début de 1978, après des tests réussis, ils l'ont mis en service. En 1993, 24 satellites avaient été lancés autour de la Terre, couvrant complètement la surface de notre planète. La partie civile du réseau militaire Navstar est devenue connue sous le nom de GPS, qui signifie Global Positioning System ("système de positionnement global").
Sa base est constituée de satellites qui se déplacent sur six orbites circulaires. Ils ne mesurent qu'un mètre et demi de large et un peu plus de cinq mètres de long. Le poids dans ce cas est d'environ huit cent quarante kilogrammes. Tous offrent des performances optimales partout sur notre planète.
Le suivi est effectué depuis la station de contrôle principale, située dans l'État du Colorado. Il y a la Schriver Air Force Base - la cinquantième force spatiale.
Il y a plus de dix stations de suivi sur Terre. On les trouve sur l'île de l'Ascension, Hawaï, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cap Canaveral et d'autres endroits, dont le nombre augmente chaque année. Toutes les informations reçues d'eux sont traitées à la station principale. Les données mises à jour sont téléchargées toutes les vingt-quatre heures.
Ce positionnement global est un système satellitaire exploité par le département américain de la Défense. Il fonctionne par tous les temps et transmet constamment des informations.
Principe de fonctionnement
Les systèmes de positionnement global GPS fonctionnent sur la base des composants suivants:
- trilatération satellite;
- télémétrie satellite;
- référence de l'heure exacte;
- lieu;
- correction.
Regardons-les de plus près.
La trilatération est le calcul de la distance des données de trois satellites, grâce auquel il est possible de calculer l'emplacement d'un certain point.
Ranging désigne la distance aux satellites, calculée par le temps nécessaire au signal radio pour se rendre d'eux au récepteur, en tenant compte de la vitesse de la lumière. Pour déterminer l'heure, un code pseudo-aléatoire est généré, grâce auquel le récepteur peut fixer le retard à tout moment.
La figure suivante indique unen fonction de la précision de l'horloge. Les satellites ont des horloges atomiques précises à la nanoseconde près. Cependant, en raison de leur coût élevé, ils ne sont pas utilisés partout.
Les satellites sont situés à une altitude de plus de vingt mille kilomètres de la Terre, exactement ce qui est nécessaire pour un mouvement stable en orbite et un rétrécissement de la résistance atmosphérique.
Lors du fonctionnement du système de positionnement global dans le monde, des erreurs difficiles à éliminer sont commises. Cela est dû au passage du signal à travers la troposphère et l'ionosphère, où la vitesse diminue, ce qui entraîne des échecs de mesure.
Composants d'un système de cartographie
Il existe de nombreux produits de système de positionnement global et applications de cartographie SIG. Grâce à eux, les données géographiques sont rapidement constituées et mises à jour. Les composants de ces produits sont des récepteurs GPS, des logiciels et des dispositifs de stockage de données.
Les récepteurs sont capables d'effectuer des calculs avec une fréquence inférieure à une seconde et une précision de quelques dizaines de centimètres à cinq mètres, fonctionnant en mode différentiel. Ils diffèrent les uns des autres par leur taille, leur capacité de mémoire et le nombre de canaux de suivi.
Pendant qu'une personne se tient à un endroit ou se déplace, le récepteur reçoit des signaux de satellites et calcule sa position. Les résultats sous forme de coordonnées sont affichés à l'écran.
Les contrôleurs sont des ordinateurs portables qui exécutent le logiciel nécessaire pour collecter des données. Le logiciel contrôle les paramètres du récepteur. Les lecteurs ontdifférentes dimensions et types d'enregistrement de données.
Chaque système est équipé d'un logiciel. Après avoir téléchargé les informations du lecteur vers votre ordinateur, le programme augmente la précision des données à l'aide d'une méthode de traitement spéciale appelée "correction différentielle". Le logiciel visualise les données. Certains d'entre eux peuvent être modifiés manuellement, d'autres peuvent être imprimés, etc.
Positionnement global GPS - systèmes qui aident à collecter des informations pour les entrer dans des bases de données, et le logiciel les exporte vers des programmes SIG.
Correction différentielle
Cette méthode améliore considérablement la précision des données collectées. Dans ce cas, l'un des récepteurs est situé à un point de certaines coordonnées et l'autre collecte des informations là où elles sont inconnues.
La correction différentielle est mise en œuvre de deux manières.
- La première est la correction différentielle en temps réel, où les erreurs de chaque satellite sont calculées et signalées par la station principale. Les données mises à jour sont reçues par le mobile, qui affiche les données corrigées.
- La seconde - la correction différentielle en post-traitement - a lieu lorsque la station principale écrit les corrections directement dans un fichier de l'ordinateur. Le fichier original est traité avec le fichier mis à jour, puis un fichier corrigé différentiellement est obtenu.
Les systèmes de cartographie Trimble sont capables d'utiliser les deux méthodes. Ainsi, si le mode temps réel est interrompu, alors il reste possible de l'utiliser en post-traitement.
Demande
GPSappliquées dans différents domaines. Par exemple, les systèmes de positionnement global sont largement utilisés dans l'industrie des ressources naturelles, où les géologues, les biologistes, les forestiers et les géographes les utilisent pour enregistrer des positions et des informations supplémentaires. C'est aussi une zone d'infrastructures et de développement urbain où les flux de trafic et le système de services publics sont contrôlés.
Les systèmes GPS de positionnement global sont également largement utilisés dans l'agriculture, décrivant, par exemple, les caractéristiques des champs. Dans les sciences sociales, les historiens et les archéologues les utilisent pour naviguer et enregistrer des sites historiques.
La portée des systèmes de cartographie GPS ne se limite pas à cela. Ils peuvent être utilisés dans toute autre application nécessitant des coordonnées précises, l'heure et d'autres informations.
Récepteur GPS
Il s'agit d'un récepteur radio qui détermine la position de l'antenne en fonction des informations sur les retards des signaux radio des satellites Navstar.
Les mesures sont formées avec une précision de trois à cinq mètres, et s'il y a un signal d'une station au sol - jusqu'à un millimètre. Les navigateurs GPS de type commercial sur les anciens échantillons ont une précision de cent cinquante mètres, et sur les nouveaux - jusqu'à trois mètres.
Sur la base de récepteurs, des enregistreurs GPS, des trackers GPS et des navigateurs GPS sont fabriqués.
L'équipement peut être personnalisé ou professionnel. Deuxièmediffère par la qualité, les modes de fonctionnement, les fréquences, les systèmes de navigation et le prix.
Les récepteurs personnalisés sont capables de rapporter des coordonnées précises, l'heure, l' altitude, le cap spécifié par l'utilisateur, la vitesse actuelle, les informations routières. Les informations s'affichent sur le téléphone ou l'ordinateur auquel l'appareil est connecté.
Navigateurs GPS: cartes
Les cartes améliorent la qualité du navigateur. Ils viennent dans les types vectoriels et raster.
Les variantes vectorielles stockent des données sur les objets, les coordonnées et d'autres informations. Ils peuvent présenter un terrain naturel et de nombreux objets tels que des hôtels, des stations-service, des restaurants, etc., car ils ne contiennent pas d'images, occupent moins d'espace et fonctionnent plus rapidement.
Les types raster sont les plus simples. Ils représentent une image de la zone en coordonnées géographiques. Une photo satellite peut être prise ou une carte de type papier peut être scannée.
Actuellement, il existe des systèmes de navigation que l'utilisateur peut compléter avec ses objets.
Traqueurs GPS
Un tel récepteur radio reçoit et transmet des données pour contrôler et suivre les mouvements de divers objets auxquels il est attaché. Il comprend un récepteur qui détermine les coordonnées et un émetteur qui les envoie à un utilisateur situé à distance.
Les traceurs GPS arrivent:
- personnel, utilisé individuellement;
- automobile, connecté au réseau de bordréseaux automatiques.
Ils sont utilisés pour déterminer l'emplacement de divers objets (personnes, véhicules, animaux, marchandises, etc.).
Ces dispositifs peuvent être utilisés pour supprimer les signaux qui forment des interférences sur les fréquences où le tracker fonctionne.
Enregistreur GPS
Ces radios sont capables de fonctionner en deux modes:
- récepteur GPS standard;
- logger, enregistrant des informations sur le chemin parcouru.
Ils peuvent être:
- portable, équipé d'une batterie rechargeable de petite taille;
- automobile, alimenté par le réseau de bord.
Dans les modèles modernes d'enregistreurs, il est possible d'enregistrer jusqu'à deux cent mille points. Il est également suggéré de marquer tous les points sur votre chemin.
Les appareils sont activement utilisés dans le tourisme, le sport, le suivi, la cartographie, la géodésie, etc.
Positionnement mondial aujourd'hui
Sur la base des informations fournies, on peut conclure que de tels systèmes sont déjà utilisés partout, et la portée tend à être encore plus répandue.
Le positionnement global couvre le secteur de la consommation. L'utilisation des dernières innovations techniques fait du système l'un des plus recherchés dans ce segment de marché.
Avec le GPS, GLONASS est développé en Russie et Galileo en Europe.
En même temps, le positionnement global n'est pas sans inconvénients. Par exemple, dans un appartement d'un immeuble en béton armé, dans un tunnel ou un sous-sol, déterminez l'emplacement exactimpossible. Les orages magnétiques et les sources radio au sol peuvent interférer avec la réception normale. Les cartes de navigation deviennent rapidement obsolètes.
Le plus gros inconvénient est que le système dépend entièrement du département américain de la Défense, qui peut à tout moment, par exemple, activer les interférences ou désactiver complètement la partie civile. Par conséquent, il est si important qu'en plus du système de positionnement global GPS et GLONASS, et Galileo se développent également.
