GPS ja navigatsioonisüsteem

teema:

üld-
Positsiooni määramine
Navigatsioonisüsteem

Üldine:
GPS on globaalse positsioneerimissüsteemi lühend. GPS koosneb satelliitide võrgust, mis tiirlevad ümber Maa. Need näitavad pidevalt, kus nad asuvad. Navigatsiooniseadmete GPS-vastuvõtjad vajavad täpse meetri täpsusega asukoha ja (reisi)suuna määramiseks Maal 3–8 satelliiti.

Positsiooni määramine:
Positsioneerimiseks kasutatakse 24 satelliiti, mis tiirlevad ümber Maa ligikaudu 20.000 XNUMX km kõrgusel. Satelliitide asukohad määratakse selliselt, et samasse Maa punkti jõuavad korraga vähemalt viis satelliiti.

Kolmemõõtmelist ruumi saab arvutada vähemalt kolme satelliidiga, kui teame kolme fikseeritud punkti kaugust. Asukoht määratakse signaalide saatmise ja vastuvõtmise vahelise aja arvutamise teel. Vastuvõtja ja iga satelliidi vahelise kauguse saame arvutada, korrutades aja valguse kiirusega (300.000 XNUMX km sekundis). Kui teeme seda vähemalt kolme satelliidiga, saame tõmmata mõttelisi jooni ühte ühisesse punkti. Neljas satelliit suurendab asukoha määramise täpsust.

Vastuvõtja kuvab asukoha pikkus- ja laiuskraadides. Ekvaator on 0° ja poolused 90°. Pikkusjooned (meridiaanid) ühendavad poolusi. Meridiaanid on kujuteldavad jooned üle Maa:

ekvaatoriga risti;
poolusest poolusse.

Maa jaguneb 360 kraadiks, mida mõõdetakse algmeridiaanist. Sellest algmeridiaanist mõõdetakse kaugust kraadides (alates 0° kuni 180°) vastavalt idapikkus ja läänepikkus. Kraad (°) võib jagada järgmisteks osadeks:

max 60 minutit (')
ja üks minut maksimaalselt 60 sekundi jooksul (“).

Koos asendiga kraadides ekvaatori suhtes (laiuskraad) ja võib-olla ka kõrgusega saab näidata mis tahes koha Maal.

Amsterdamis annab järgmise asukoha GPS-vastuvõtja teatud:

Satelliitide arv: 4
N: 52°22'02.8"
O: 4°53'48.7"

Näidatud asukoht Amsterdamis on ligikaudu 52° põhjalaiust (N) ja 4° idapikkust (E) algmeridiaanist ja ekvaatorist.

Holland asub algmeridiaanist idas ja ekvaatorist põhja pool. Põhimeridiaanist (osa Prantsusmaast ja suuremast osast Hispaaniast) vasakule vaadates asub see loodepoolkeral. Ekvaatorist allpool räägime lõunapoolkerast. Kui otsime Google Mapsist Lõuna-Aafrika (Edelapoolkera) ja Brasiilia (Edelapoolkeral) koordinaate, näevad koordinaadid välja järgmised:

Lõuna-Aafrika koordinaadid:

S: 28°21'15.5"
O: 23°53'13.0"

Brasiilia koordinaadid:

S: 4°51'56.4"
L: 51°57'27.7"

Navigatsioonisüsteem:
Laius- ja pikkuskraadi ringid on näidatud riigi- ja teekaartidel. Iga koha geograafiline asukoht on teada. Kui autos olev GPS-vastuvõtja teab hetkeasukohta, saab seda võrrelda teekaardi koordinaatidega.

Sõidusuund ja kaugus sihtkohani arvutatakse satelliitide abil ja kuvatakse autos ekraanil.

Näide: tahame sõita Dordrechtist (Lõuna-Holland) Pariisi.
Koordinaadid on järgmised:

Dordrecht: 51°48’33.2″N 4°38’53.0″E
Parijs: 48°51’16.8″N 2°20’52.0″E

Sihtkoha asukoht ja kaugus arvutatakse koordinaatide järgi. Kasutades eelmises lõigus toodud teavet, saame koordinaatide kohta öelda järgmist:

51 kraadist põhja kuni 48 kraadini. See on ekvaatorile lähemal, seega on marsruut lõunapoolne;
Alates 4 kraadist idas kuni 2 kraadini: see on algmeridiaanile lähemal, seega on marsruut lääne poole.

Navigatsiooniarvutis olev tarkvara arvutab teekaardi põhjal välja kõige loogilisema marsruudi. See võtab arvesse selliseid tegureid nagu: katmata teed, tasulised teed, praamiteenused jne. Kui süsteem on Internetiga ühendatud, võtab tarkvara arvesse ka liiklusolusid. Kui selgub, et kõige loogilisemal (standardsel) marsruudil on hilinemine, pakutakse alternatiivset marsruuti. See võib olla pikem marsruut, kuid soodsate liiklusolude tõttu siiski kiire marsruut.