GPS og leiðsögukerfi

Onderwerp:

General
Stöðuákvörðun
Leiðsögukerfi

Almennt:
GPS er skammstöfun á Global Positioning System. GPS samanstendur af neti gervitungla sem ganga á braut um jörðina. Þetta gefur stöðugt til kynna hvar þau eru staðsett. GPS móttakarar í leiðsögubúnaði þurfa 3 til 8 gervihnött til að ákvarða staðsetningu og (ferða)stefnu á jörðinni með nákvæmri metra nákvæmni.

Staða ákvörðun:
24 gervitungl eru notuð til að staðsetja, fara á braut um jörðina í um það bil 20.000 km hæð. Staðsetning gervitunglanna er ákvörðuð á þann hátt að að minnsta kosti fimm gervitungl geta náð sama stað á jörðinni samtímis.

Hægt er að reikna út þrívítt rými með að minnsta kosti þremur gervitunglum ef við þekkjum fjarlægðina milli þriggja fasta punkta. Staðsetningin er ákvörðuð með því að reikna út tímann á milli sendingar og móttöku merkjanna. Við getum reiknað út fjarlægðina milli móttakarans og hvers gervihnattar með því að margfalda tímann með ljóshraðanum (300.000 km á sekúndu). Þegar við gerum þetta með að minnsta kosti þremur gervihnöttum getum við dregið ímyndaðar línur að einum sameiginlegum punkti. Fjórði gervihnötturinn eykur nákvæmni staðsetningar.

Staðsetningin er sýnd af viðtakanda í lengdar- og breiddargráðum. Miðbaugurinn er í 0° og pólarnir eru í 90°. Lengdarlínur (lengdarbaunir) tengja saman skauta. Lengdarbaunir eru ímyndaðar línur yfir jörðina:

hornrétt á miðbaug;
frá stöng til stöng.

Jörðin skiptist í 360 gráður, sem eru mældar frá meginlengdarbaugi. Frá þessum höfuðlengdarbaugi er fjarlægðin mæld í gráðum (frá 0° í 180°) austurlengdar og vestlægrar lengdar í sömu röð. Gráða (°) má skipta í:

hámark 60 mínútur (')
og eina mínútu á hámarki 60 sekúndum (“).

Ásamt staðsetningu í gráðum miðað við miðbaug (breiddargráðu) og hugsanlega hæð er hægt að tilgreina hvaða stað sem er á jörðinni.

Í Amsterdam er næsta staðsetning veitt af GPS móttakara viss:

Fjöldi gervitungla: 4
N: 52°22'02.8″
O: 4°53'48.7"

Tilgreind staðsetning í Amsterdam er um það bil 52° norðlægrar breiddar (N) og 4° austlægrar lengdar (E) frá aðallengdarbaugi og miðbaug.

Holland er staðsett austan meginlengdarbaugs og norðan við miðbaug. Sé horft til vinstri við miðju lengdarbaug (hluti Frakklands og mestan hluta Spánar) er þetta á norðvesturhveli jarðar. Fyrir neðan miðbaug er talað um suðurhvel jarðar. Ef við flettum upp hnitum Suður-Afríku (suðausturhluta jarðar) og Brasilíu (suðvesturhveli jarðar) á Google kortum líta hnitin svona út:

Suður Afríka hnit:

S: 28°21'15.5"
O: 23°53'13.0"

Brasilía hnit:

S: 4°51'56.4"
B: 51°57'27.7"

Leiðsögukerfi:
Breiddar- og lengdarhringirnir eru sýndir á landa- og vegakortum. Landfræðileg staðsetning hvers staðar er þekkt. Þegar GPS móttakarinn í bílnum veit núverandi staðsetningu er hægt að bera hana saman við hnit vegakortsins.

Ferðastefnan og fjarlægðin að áfangastað eru reiknuð út með gervitunglunum og sýnd á skjánum í bílnum.

Dæmi: við viljum keyra frá Dordrecht (Suður-Holland) til Parísar.
Hnitin eru sem hér segir:

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

Staðsetning áfangastaðarins og fjarlægðin eru reiknuð út frá hnitunum. Með því að nota upplýsingarnar í fyrri málsgrein getum við sagt eftirfarandi um hnitin:

Frá 51 gráðu norður í 48 gráður. Þetta er nær miðbaug og því liggur leiðin suður;
Frá 4 gráðum í austri til 2 gráður: þetta er nær kúlulengdarbaug, þannig að leiðin liggur í vesturátt.

Hugbúnaðurinn í leiðsögutölvunni reiknar út rökréttustu leiðina út frá vegakortinu. Þar er tekið tillit til þátta eins og: ómalbikaða vegi, tolla, ferjuflutninga o.fl. Þegar kerfið er nettengt tekur hugbúnaðurinn einnig tillit til umferðaraðstæðna. Ef í ljós kemur að seinkun sé á rökréttustu (stöðluðu) leiðinni verður boðið upp á aðra leið. Þetta getur verið lengri leið en samt hröð leið vegna hagstæðra umferðaraðstæðna.