System GPS – czym jest i jak działa?

Kiedy w 1958 roku na wniosek marynarki wojennej US Navy, pracownicy naukowi Uniwersytet Johnsa Hopkinsa w Baltimore w Stanach Zjednoczonych tworzyli system nawigacji uzbrojonych okrętów podwodnych “Transit” nikt nie zdawał sobie sprawy ze znaczenia tego wynalazku. Dzisiaj, zoptymalizowana wersja systemu Transit, pomaga miliardom ludzi na świecie. Dzięki systemowi GPS można zlokalizować swoją pozycję, otrzymać wskazówki dojazdu do celu oraz śledzić położenie cennych obiektów. Czym tak dokładnie jest system nawigacji satelitarnej i jakie były jego początki? Przeczytaj nasz artykuł i dowiedz się, co to jest GPS i do czego służy.

Co to jest GPS i skąd wziął się pomysł na jego stworzenie?

Okres Zimnej Wojny pomiędzy Stanami Zjednoczonymi, a Związkiem Radzieckim był okresem intensywnych badań nad rozwojem technologii. Oba mocarstwa konkurowały ze sobą na wszystkich istotnych z punktu widzenia gospodarki płaszczyznach. To właśnie Zimna Wojna i programy kosmiczne były impulsem do wymyślenia technologii, z których codziennie korzystamy. Defibrylator, rezonans magnetyczny, niepalne materiały, systemy oczyszczania wody, system kontroli jedzenia HACCP i antypoślizgowa nawierzchnia asfaltowa. Fenomenalnym odkryciem okazało się również stworzenie systemu nawigacji satelitarnej.

Jak powstał system GPS i do czego był wykorzystywany?

Na podstawie wystrzelonych na orbitę ziemską specjalnych radarów (zwanych fachowo satelitami) system mógł określić dokładne położenie geograficzne oraz wysokość nad poziomem morza dowolnego obiektu. W latach 1960 – 1967 system był wykorzystywany tylko w celach wojskowych na potrzeby marynarki wojennej USA. Ostatni satelita systemu Transit został wysłany w 1988 r.  Rok później na ziemską orbitę został wysłany pierwszy satelita Block II, będący częścią projektu “Global Positioning System”. Prace nad GPS rozpoczęły się w 1973 roku, czyli system został uruchomiony po 23 latach testowania systemu Transit. Obecnie składa się z 31 satelitów krążących wokół Ziemi.

System GPS wykorzystywany do celów marynarki wojennej USA

System GPS nie jest jedynym system lokalizacji satelitarnej

Przyjęte określenie “GPS” na system nawigacji jest nie tyle błędne, co niepełne. Należy pamiętać, że cała gałąź technologii satelitarnej to GNSS (ang. Global Navigation Satellite System). Wśród rozwiązań oferujących nawigację satelitarną, dzięki najwcześniejszej dacie powstania, największą popularność ma GPS. Trzeba jednak pamiętać, że Związek Radziecki, 1967 roku zaczął opracowywać własny system nawigacji satelitarnej, a w 1976 na podstawie dekretu “O rozwoju globalnego systemu nawigacji satelitarnej GLONASS” rozpoczął budowę systemu, który działa do dziś. W 2000 roku Chiny wystrzeliły pierwszą satelitę do swojego systemu Beidou, a w 2002 roku Unia Europejska uruchomiła system nawigacyjny Galileo.

Z czego składa się system GPS, GLONASS, Galileo i Beidou?

Systemy nawigacji satelitarnej określające pozycję na mapie składają się z trzech segmentów – satelitarnego, naziemnego i użytkownika. Segment satelitarny to sfera orbitalna, w której krążą satelity. Ich ilość waha się od 2 (Beidou) do 31 (GLONASS i GPS). Jak wynika z obliczeń matematycznych, do prawidłowego określenia pozycji obiektu na mapie w dowolnym miejscu na świecie wymagane są 4 satelity. System naziemny (np. system GPS) składa się z 12 stacji zlokalizowanych równomiernie na równiku. Wszystkie stacje są zarządzane przez siły wywiadowcze lub wojskowe. To właśnie w stacjach naziemnych wykonywana jest znaczna część obliczeń służąca do określania lokalizacji na mapie. Ostatni segment, to odbiorniki wykorzystywane przez użytkowników. Można je znaleźć w telefonach komórkowych, nawigacjach samochodowych, lokalizatorach GPS itp.

Przykłady zastosowania systemu GPS

Nawigacja satelitarna jest obecnie wykorzystywana w szerokim spektrum gospodarki światowej. Jeśli chodzi o przykłady zastosowania systemu GPS, w celach cywilnych lokalizacja GPS jest wykorzystywana w budownictwie, na przykład do wytyczania obiektów budowlanych i nawigowania maszyn budowlanych. Podobne zastosowania występują w geodezji do wytyczania przebiegu działek, dróg i obiektów. Do ciekawych wniosków doszli specjaliści z branży meteorologicznej. W wyniku badań stwierdzono różną prędkość rozchodzenia się sygnału GPS w zależności od stężenia pary wodnej w atmosferze. Nowoczesne rolnictwo wykorzystuje lokalizatory GPS do automatyzacji pracy maszyn w obrębie wytyczonych sektorów, a nowoczesny transport drogowy i kolejowy jest masowo objęty monitoringiem GPS, śledzeniem tras przejazdu i bieżącym zarządzaniem.

Zastosowanie GPS w celach wojskowych wymaga znacznie większej niezawodności i dokładności. System satelitarny jest wykorzystywany przez żołnierzy sił specjalnych do śledzenia pozycji na mapie operatorów, określania obiektów strategicznych należących do nieprzyjaciela i wykonywania akcji ratunkowych. Dobrym przykładem wojskowych systemów ratunkowych bazujących na GPS jest Combat Survivor Evader Locator (CSEL) produkowany przez firmę Boening. Rozwiązanie pozwala dowództwu w sztabie lokalizować położenie żołnierza oraz wykonywać połączenia głosowe dzięki wbudowanemu radiu.

Podsumowanie

Co to jest GPS i do czego służy? System satelitarny pełni ogromną rolę w codziennym funkcjonowaniu wielu gałęzi gospodarki na całym świecie. Ułatwił podróżowanie i zmniejszył bariery migracyjne. Wiele z jego zastosowań leży w podstawach całych sektorów biznesu. Warto jednak mieć na uwadze, że systemy satelitarne należą do konkretnych krajów (wyjątkiem jest tworzone przez kraje UE Galileo) i w dowolnej chwili dostęp do nich może zostać odcięty. Dlatego tak ważne jest rozwijanie równoległych systemów satelitarnych przez odrębne podmioty na całym świecie.