Einführung in globale Positionierungssysteme

Haben Sie jemals Ihr Portemonnaie verloren und konnten es nicht finden oder irgendetwas von Ihren Habseligkeiten, das Sie verpasst haben und das Sie nicht nachverfolgen konnten? Hier kann ein Global Positioning System herauskommen und Sie zum Jubeln bringen. GPS ist heutzutage ein Begriff, der nicht viel Einführung braucht. GPS war ein wichtiger Bestandteil unseres täglichen Lebens, von der Suche über das Reisen und Lokalisieren bis zum Erreichen und vom Finden bis zum Verfolgen und Verbinden. Seit seiner Gründung im Jahr 1973 durch das US-Verteidigungsministerium in den USA hat GPS bereits einen bedeutenden Platz in der Menschheit erlangt und zweifellos seine Bedeutung für jeden von uns unter Beweis gestellt.

GPS, wie der Name schon sagt, Global Positioning System, zeigt die Position eines Objekts global an, dh relativ zu diesem ganzen Planeten, dem Planeten Erde, mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems, an das eine Vielzahl von Satelliten gewöhnt sind, die sich um die Erde drehen Finde ein Objekt. Hier erfahren Sie, wo sich ein bestimmtes Objekt gerade befindet oder in der Vergangenheit befunden hat, mit welcher Geschwindigkeit es sich gerade befindet, den ganzen Tag, unabhängig von den Wetterbedingungen, überall auf der Welt.

Ursprünglich für den Militärdienst der Vereinigten Staaten entwickelt, wurde es zu sehr geringen Kosten öffentlich zugänglich gemacht. Heutzutage werden GPS-Empfänger an allen Arten von kommerziellen Produkten wie Mobiltelefonen, Smartphones, Uhren, Automobilen, Fahrrädern usw. angebracht. Tatsächlich wurde GPS so billig gemacht, dass Sie es nur für jedes winzige Objekt verwenden können, um es zu verfolgen.

Arbeiten von Global Positioning Systems (GPS)

GPS verwendet das mathematische Prinzip der „Trilateration“, um die Position eines Objekts zu bestimmen. Dabei handelt es sich um ein System von mehr als 30 Satelliten, die die Erde umkreisen.

Die an der Arbeit von GPS beteiligten Stellen sind:

  1. Satelliten (das Raumsegment)
  2. Kontrollsystem (vom US-Militär betrieben)
  3. Signale
  4. Signalempfänger (Benutzersegment - zivile und militärische Benutzer mit ihren GPS-Geräten mit Antenne)
  • Die Position von Satelliten ist aus den Signalen bekannt, die sie an den Empfänger senden.
  • Diese Signale werden von den in den zu ortenden Objekten angeschlossenen Empfängern empfangen.
  • Der wichtige Punkt hierbei ist, dass mindestens 4 Satelliten erforderlich sind, um den genauen Standort des Empfängers auf der Erde zu ermitteln.
  • 3 Satelliten werden verwendet, um den Ort zu verfolgen.
  • Der 4. Satellit wird verwendet, um den Zielort von Satelliten zu bestätigen.
  • Der GPS-Empfänger entnimmt die Informationen aus dem Satelliten und ermittelt anhand der Triangulationsmethode die genaue Position des Benutzers.

Vor- und Nachteile von GPS

Im Folgenden sind die Vor- und Nachteile von Global Positioning Systems aufgeführt:

Vorteile

  • Ein großartiges Tool für militärische, zivile und kommerzielle Benutzer
  • Fahrerlose Autos, Fahrzeugortungssysteme und GPS-basierte Navigationssysteme bieten uns Abbiege- und Punkt-zu-Punkt-Anweisungen
  • GPS hat eine sehr schnelle Geschwindigkeit, um ein Objekt zu verfolgen

Nachteile

  • Genauigkeitsprobleme in städtischen Gebieten
  • Schwache Signale (daher nicht sehr nützlich in Wasser-, Innen- oder dichten Bereichen)

Fehler globaler Positionierungssysteme

GPS umfasst Satelliten, Empfänger und die Signalübertragung zwischen Satelliten und Empfängern. Daher können in allen drei oben genannten Entitäten Fehler auftreten.

  • Fehler in der Signalausbreitung

Wie wir wissen, müssen die Signale der GPS-Satelliten, die die Erde umkreisen, den Empfänger erreichen und dafür müssen sie durch die Erdatmosphäre wandern. Die Signale gehen zunächst über die Ionosphäre (oberster Teil der Atmosphäre), dann über die Troposphäre (unterster Teil der Atmosphäre). Somit wird ein GPS-Signal zweimal von der Atmosphäre beeinflusst, wodurch sich in den Signalen ein Fehlerbereich von null bis 30 Metern ergibt.

  • Satellitenfehler

Der erste Fehler ist der Satellitenpositionsfehler. Da die Position von Satelliten eine Vorhersage ist, die aus den vorherigen Beobachtungen der Satelliten durch die GPS-Kontrollstationen berechnet wurde, können die Vorhersagen nicht mit absoluter Genauigkeit gemacht werden, die Vorhersagen sind ungenau.

Somit ist die Position der in der "Satellitennachricht" enthaltenen Satelliten nicht genau, weshalb der berechnete Objektort manchmal falsch ist.

Zweitens gibt es Satellitenuhrfehler. Da die in den Satelliten verwendeten Atomuhren nicht perfekt sind, ist die Laufzeitmessung der Signale zum Erreichen der Empfänger und die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger verfälscht.

  • Fehler beim Empfänger

Auf der Empfängerseite oder der Antenne treten vier Hauptfehler auf:

1. Empfängeruhrfehler: Ein Empfänger verfügt auch über eine Uhr zum Vergleichen mit der Uhr im Satelliten, um die Signallaufzeit zu messen. Diese Uhr weist Fehler auf, die als "Empfängertaktfehler" bezeichnet werden.

2. Messrauschen : Dies hängt von der Art des „Lineals“ ab, das für Entfernungsmessungen verwendet wird. GPS-Signale haben 3 Lineale

  • Code für grobe Erfassung (C / A)
  • P-Code
  • Trägerphase

Diese Lineale ermöglichen eine Genauigkeit von einigen Metern, einigen Dezimetern und einigen Millimetern.

3. Mehrwegefehler: Diese treten aufgrund der Reflexion von Signalen durch Gebäude oder andere Objekte auf, die die von Satelliten gesendeten direkten Signale stören.

4. Antennenbewegungsfehler: Diese treten aufgrund einer Bewegung des elektrischen Bezugspunkts oder des Phasenzentrums der Antenne auf, während die Signale aus verschiedenen Richtungen empfangen werden.

Einschränkungen globaler Positionierungssysteme

Im Folgenden sind einige Einschränkungen von GPS aufgeführt:

1. Empfang von Signalen

Da der GPS-Empfänger einen kontinuierlichen Signalempfang von mindestens 4 GPS-Satelliten erfordert, können die Signale diese Hindernisse nicht durchdringen, wenn sich Wasser, Wände, Boden oder andere Hindernisse im Fahrweg der Signale befinden. In solchen Fällen ist die GPS-Sichtbarkeit von GPS-Satelliten sehr eingeschränkt. Wie in städtischen Gebieten mit riesigen Wolkenkratzern fehlen die Signale für einen langen Zeitraum.

2. Genauigkeit

Jedes System, bei dem Messungen durchgeführt werden, kann Fehler enthalten. GPS ist nicht anders als das. Da bei GPS viele Messungen durchgeführt werden, kann es zu Ungenauigkeiten bei der exakten Positionsbestimmung eines Objekts kommen.

3. Integrität

Ein Empfänger fordert Informationen von Satelliten an und sendet Signale, die als "Satellitennachrichten" bezeichnet werden, an den Empfänger, die codierte Informationen über die Entfernung des Satelliten vom Empfänger, die Position von Satelliten usw. enthalten. Wenn ein Empfänger eine kombinierte Messung von 4 Satelliten erhält, ist dies möglich um seinen Standort zu zeigen. Wenn jedoch die Satellitenposition falsch berechnet wird oder die Reichweite falsch ist, führt dies zu einer falschen Empfängerposition. Die an solchen Problemen beteiligten Signale werden als "fehlerhafte Signale" bezeichnet. Diese Signale wirken sich auf die Integrität des Standorts aus, der dem Benutzer bereitgestellt wird. Ein Benutzer weiß nicht, ob die Position korrekt ist oder nicht. Es wird daher dringend empfohlen, die Integrität von GPS-Daten zu überwachen.

Fazit

Es kann gefolgert werden, dass je nach GPS gut ist, aber man sollte immer die Genauigkeit der Ergebnisse von GPS überprüfen. Es kann auch beobachtet werden, dass die Genauigkeit erhöht werden kann, jedoch zu Kosten. Trotz aller Einschränkungen und Fehler ist GPS bis heute das beste Ortungssystem.

Empfohlene Artikel

Dies war ein Leitfaden für Global Positioning Systems. Hier diskutieren wir die Einführung, Funktionsweise, Einschränkungen, Vor- und Nachteile von GPS. Weitere Informationen finden Sie auch in den folgenden Artikeln.

  1. Was sind eingebettete Systeme?
  2. Was ist Systemdesign?
  3. Künstliche Intelligenz-Anwendungen
  4. Was ist Frühlingswolke?

Kategorie:

Software-Entwicklung