Globaalne punktiseire (GPS)

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia

Üleilmne asukoha määramise süsteem ehk globaalne punktiseire (lühend GPS tuleb ingliskeelsest väljendist Global Positioning System) on satelliitnavigatsiooni süsteem.

GPS-süsteem võimaldab määrata vastuvõtja täpse asukoha ja ülitäpse GPS-ajahetke ka halva ilmaga, igal ajal ja igal pool üle Maa (või selle lähedal), kui vastuvõtja nägemisulatuses on vähemalt neli GPS-satelliiti ja asukoha arvutamiseks kasutatakse GPS-meetodit.

117

Lisaks arendatakse ja kasutatakse ka teisi GPS süsteeme. Vene Globaalne Navigatsiooni-Satelliidi-Süsteem (GLONASS) oli ainult vene sõjaväe kasutuses aastani 2007, viimasel ajal on see süsteem tehtud kättesaadavaks ka tsiviiltarbijaile. Veel on katsetuses Hiina Kompassi Navigatsiooni-Süsteem ja Euroopa Liidu Galileo satelliitnavigatsiooni süsteem.

GPS asutati ja ehitati USA Kaitseministeeriumi poolt 1973. aastal ning algselt kasutati 24 satelliidilt, mis kõik asusid u 20 000 km kõrgusel, pärinevat infot.
GPS satelliidid saadavad kosmosest välja signaalimpulsse ning iga Maa peal asuv GPS vastuvõtja saab neid signaale kasutada, et leida (arvutada välja) oma asukohta kolm mõõdet: laiuskraad, pikkuskraad ning kõrgus/sügavus maapinnalt, lisaks on võimalik satelliitidelt saadava info põhjal määrata ülitäpselt ajahetke.

Mida rohkem satelliite vastuvõtjale kätte paistab, seda täpsemini saab määrata vastuvõtja asukoha Maa pinnal. Tavakasutaja käsutuses olevad vastuvõtjad määravad asukoha maapinnal mõne meetrise täpsusega. Profiseadmete täpsusklass on mõnikümmend sentimeetrit, militaar¬kasutuses olevatel väidetavalt veelgi väiksem.

GPS koosneb kolmest osast: (1) kosmoseliides, (2) kontroll-liides ja (3) kasutajalides.

118

Kosmoseliides koosneb 32 satelliidist, mis kõik tiirlevad geostatsionaarsel – see tähendab Maa-pinna suhtes muutumatu asukohaga orbiitidel.

Satelliidid on asetatud nii, et nendest 6 oleks vähemalt alati silmaga (vastuvõtjaga) nähtavad peaaegu igas Maailma punktis.

Seda osa GPS-süsteemist arendab, hooldab ja kontrollib USA Õhuvägi.

Kontroll-liides koosneb erinevatesse kohtadesse Maal paigaldatud antennidest ning saatejaamadest. Erinevatesse maailma otstesse paigaldatud antennid ja jaamad sünkroniseerivad üksteise aatomkellasid nanosekundi (10-9s) täpsuseni kasutades selleks maapealseid aatomikellasid, satelliitidelt saabuvat infot ning paljusid teisi lähteandmeid. Kontroll-liidese ülesandeks on garanteerida saatjalt vastuvõtjale edastatava signaali piisav kvaliteet.

Kasutajaliideste hulka kuuluvad sajad tuhanded USA ja teiste NATO riikide militaarkasutajate ning kümnetest miljonitest tsiviilkäibes olevad GPS vastuvõtjad, mida tavakeeles GPS-ideks kutsuma kiputakse.

Igas kasutajaliideses ehk vastuvõtjas on antenn, mis koos temaga ühendatud võnkeringiga on häälestatud sobivale sagedustele, et oleks võimalik vastu võtta satelliitidelt saadetavaid raadiolaineid, samuti sisaldab seade andmetöötlusprotsessorit, et kosmosest satelliitidelt saadud infot töödelda ning veel peab seadmes olema väga täpne kell, mis on sünkroniseeritud kontroll-liidese ja kosmoseliidesega, et võimalikult täpselt oleks määratud saatjatelt vastuvõtjani jõudnud signaali registreerimise hetk. Vastuvõtjates võib olla ka displei, et kuvada kasutajale tema asukoha ja kiiruse infot.