GPS són sigles de l'anglès Global Positioning System i vol dir Sistema de Posicionament Global , és un sistema de navegació global format per una constel·lació de 24 satèl·lits que transmeten senyals de microones per localitzar la posició , velocitat i direcció dels receptors.

(Font imatge Viquipèdia )

Hi ha dos sistemes de de navegació global que permeten localitzar receptors GPS amb la constel·lació de satèl·lits en orbita:

• NAVSTAR GPS que ha estat posada en orbita i gestiona el Departament de Defensa dels Estats Units.

• GLONASS que va posar en orbita la antiga URSS i ha gestionat Rusia amb daltabaixos en el seu manteniment.

Hi haurà altres sistemes que s'estan construint a Europa (Galileo) i Xina (Beidou2 o Compass) que encara no funcionen.

Sistema GPS.

El sistema GPS està format per:

• Una constel·lació de satèl·lits repartits en sis plans orbitals amb quatre satèl·lits cadascuna , d'aquest forma la Terra està recorreguda constantment per satèl·lits de forma sincronitzada.
• Una xarxa d'estacions de Terra que controla la posició dels satèl·lits i els manté.
• Els receptors GPS que podem dur els usuaris al cotxe , integrats al mòbil, o amb un mapa incorporat.

Senyals GPS.

Els satèl·lits es comuniquen amb ones en la freqüència de les microones amb l'estacions de Terra i amb els receptors dels usuaris. Els satèl·lits envien senyals en unes freqüencies anomenades:

• L1 ( 1575,42 MHz ): És la suma de dos senyals la senyal de navegació C/A i la senyal militar xifrada P(y). Més avall veuràs com es sumen aquestes dues senyals.
• L2 ( 1227,60 MHz ): Du la senyal P(y) ,i la senyal L2C. L'ús és per comunicacions militars i xifrat.
• L3 ( 1381,05 MHz): És utilitzada per detectar detonacions nuclears i detectar radiació de alta energia.
• L4 ( 1379,913 MHz ): És utilitzada per detectar la la distorsió de la ionosfera i corregir els parametres de l'almanac /efemerides. Els parametres almanac/efemerides són les dades que s'envien a la senyal C/A com una mica més avall veuràs.
• L5 ( 1176,45 MHz ): No és operativa encara i serà utilitzada a partir del 2008 en que es llaçarà el primer satèl·lit que emeta aquest freqüència per usos civils relacionats amb la protecció civil.

 

La senyal C/A. Els parametres almanac i efemerides.

Els receptors GPS es comuniquen amb els satèl·lts per saber-ne la posició i al final del procés marcar en un mapa on es troba el receptor i que pugan veure , per exemple , el nostre cotxe al mapa de la ciutat al carrer on sóm en cada moment.

La senyal C/A consta una sèrie de dades que serveixen per tal que el nostre receptor sapiga on estan tots els satèl·lits al cel , aquestes dades s'anomenen Almanac i les emeten tots els satèĺ·lits cada 12 minuts. L'altra senyal C/A que emet el satèl·lit són els parametres per determinar la seva posició de forma precisa que s'anomenen efemerides i ho fa cada satèl.lit cada 30 segons.

A títol de curiositat et posem el parametres de l'almanac i les efemerides , però sols et cal saber el que hem explicat al paragraf d'abans, l'estudi d'aquests parametres s'escapa completament de qualsevol curs d'ESO i Batxillerat.

 

 

Paràmetres almanac:

Número PRN del Satèl·lit.

Setmana actual GPS.

Temps de referència en segons de la setmana actual.

Arrel quadrada del semieix major en

Excentricitat.

Mitjana anòmala del temps de referència.

Argument del perigeu.

Offset de la inclinació des de 0,3 semicercles ( )

Longitud del node en el temps de referència setmanal.

Ω Deriva del nodes d'ascensió vertical en segons.

Offset en segons del rellotge del satèl·lit.

Deriva del rellotge del satèl·lit.

Paràmetres efemerides:

Número PRN del Satèl·lit.

Setmana actual GPS.

Temps de referència en segons.

Arrel quadrada del semieix major en

Excentricitat.

Mitjana anòmala del temps de referència.

Argument del perigeu.

Inclinació.

Longitud del node al temps setmanal.

Increment de la posició mitjana.

Velocitat de la inclinació del angle.

Ω Velocitat d'ascenció del node.

Coeficients de correcció ( argument del perigeu )

Coeficients de correcció (distancia geocèntrica )

Coeficients de correcció (inclinació )

Temps de referència del satèl·lit.

Offset en segons del rellotge del satèl·lit.

Deriva del rellotge del satèl·lit.

Freqüència de la deriva del rellotge.

 

 

La freqüència L1.

La senyal L1 està formada per una portadora C/A que du una altra senyal binaria amb el parametres per calcular les posicions. Mira que passa quan és combinen un senyal portadora i un binaria formada per ceros i uns.

Aquest és un exemple de portadora:

Aquest és un exemple de senyal binaria:

I aquesta és la senyal portadora modulada amb la binaria, com ho fa la senyal C/A al dur els parametres almanac/efemerides :

El diagrama que hi ha més amunt representa la senyal C/A , però recordem que la senyal real L1 du dos senyals la C/A i la P(y) , llavors serà una suma d'aquestes dues senyals de forma semblant a com ho has vist ací dalt.

En quant el receptor GPS rep la senyal L1 calcula la seva posició utilitzant la distancia respecte als tres a quatre satèl·lits més propers que troba en el pla equatorial en el que es troba. Aquests càlculs es fan enviant senyals als satèl·lts i comptant el temps que tarda en tornar la senyal, la velocitat de les ones electromagnètiques és coneguda ( c=300000 km/s ), així es sap la distancia del receptor als satèl·lts anomenada Pseudorang, ara amb el mètode d'intersectar esferes , definit a la norma WGS84, ja es pot calcular la posició del receptor . Aquest mètode no és gens complicat com anem a veure al següent apartat.

Cal tindre en compte que al calcular la posició del receptor es produeixen interferències al mesurar el temps que tarda en tornar la senyal del receptor al satèl·lt degudes a la atmosfera i que aquestes imprecisions en el temps augmenten l'error del càlcul final de la posició en els següents metres:

Efectes Ionosfera ± 5 metres

Efectes Troposfera ± 0,5 metres

També hi ha altres errors associats a altres imprecisions:

Errors rellotge satèl·lit ± 2 metres

Errors càlcul efemerides ± 2,5 metres