מערכת איכּוּן עולמית =GPS= היא רשת לוויינים ושירותי קרקע שנשלחו והופעלו על-ידי משרד ההגנה של ארצות הברית. הלוויינים חגים סביב כדור הארץ ומשדרים אותות זמן מדויקים. לשעונים האטומיים (שעונים מאוד מדויקים) שעל הלוויינים יש תפקיד מרכזי בקביעת המיקום. מקלטים רבים וקלים לקנייה מאז שנות התשעים מקבלים את האותות ומשתמשים בהם כדי לקבוע מיקום, מפות והכוונה לנקודת יעד.
הפרויקט הושק ב-1973 כדי לשפר מערכות ניווט קודמות. בתחילה התכננו 24 לוויינים, והמימון והמבצע היו של הצבא האמריקאי. המערכת הופעלה באופן מלא ב-1995, והשימוש האזרחי נפתח כבר בשנות השמונים. כמה מהמדענים הבולטים ששולבו בפיתוח הם רוג'ר איסטון, איוואן גטינג וברדפורד פרקינס.
התכנון המקורי השתנה ממודל של 24 לוויינים לשלושה מסלולים, למודל של שישה מסלולים עם ארבעה לוויינים בכל. כיום יש יותר לוויינים. הלוויינים חגים בגובה כ-20,200 קילומטר ומשלימים הקפה כל 11 שעות ו-58 דקות. המידע על מסלולי הלוויינים נשמר ברשימה שנקראת "אלמנך GPS" ותחנות קרקע עוקבות ומעדכנות את מיקומם מדי יום.
כל לוויין משדר בשני תדרים עיקריים: L1 ו-L2. האותות נשלחים בשיטת CDMA (שיטת שידור שמאפשרת לאותות שונים לחלוק תדר). השידור כולל זמן שידור מדויק לפי השעון האטומי של הלוויין.
המחשב במקלט מחשב את המרחק לכל לוויין לפי הזמן שלקח לאות לעבור, וכפול במהירות האור. אם השעון במקלט מדויק, מספיקים שלושה לוויינים כדי לחשב מיקום. מרוב המקלטים אין שעון אטומי, לכן מקבלים אות מלוויין רביעי כדי לחשב גם את ההטיה בזמן. כשמקלט מקבל יותר אותות, הוא מבצע פתרון סטטיסטי ומשפר את הדיוק. טכניקות כמו RAIM ו-FDE מנטרות תקינות מדידות ומוציאות מדידות שגויות.
הלוויינים נבדקו גם כניסוח לניסויים של תורת היחסות. בגלל המהירות והשדה הכבידתי היחסות משפיעה על קצב שעוניהם. התיקון נחוץ כדי לא למנוע שגיאות גדולות במיקום.
בעבר הוגבל הדיוק האזרחי בכוונה (דיוק בררני). באחד במאי 2000 הוגבלות זו בוטלה. לוויינים מודרניים ומקלטים איכותיים מספקים דיוק של כמה מטרים בקליטה אזרחית בעזרת תיקונים ואמצעים נוספים.
תחנות קרקעיות ידועות בדיוק רב מקבלות את אותות ה-GPS ומחשבות את הסטייה. תחנות אלו משדרות תיקונים למקלטים קרובים. שיטה זו נקראת DGPS והיא מאפשרת דיוק של סנטימטרים במקרים מקצועיים. קיימות גם רשתות גלובליות של תחנות שמספקות תיקונים דרך לוויינים גאוסינכרוניים. מערכות עזר אזוריות ידועות הן WAAS, EGNOS, MSAS ו-GAGAN.
AGPS (Assisted GPS) היא שיטה שמאיצה קבלת מיקום על ידי תקשורת עם שרת עזר ברשת, יחד עם אותות הלוויין.
השגיאה נובעת מהשפעות אטמוספיריות, בעיקר היונוספרה (שכבת האטמוספירה שמשפיעה על גלי רדיו). שגיאות נוספות הן אי-דיוקים במיקום הלוויינים, רעש בקליטה ו"גאומטריית" הלוויינים שנקראת GDOP, שמשפיעה על איכות החישוב.
חישובי המיקום נעשים במערכת קואורדינטות שמרכזה במרכז כדור הארץ (ECEF). לתצוגה על מפות מתרגמים לקו רוחב, קו אורך וגובה מעל פני הים. מערכת הייחוס הבסיסית היא WGS84, ולמדינות יש לעיתים דאטומים מקומיים. בישראל המסמך הממפה מספק את פרמטרי ההתמרה.
אפשר לחשב גם מהירות של המקלט על סמך תוצא דופלר של האות. בחישוב זה נחוץ מספר דומה של לוויינים כמו בקביעת המיקום.
ה-GPS הומצא לצרכים צבאיים, אך כיום בשימוש אזרחי נרחב. השימושים כוללים ניווט לכלי רכב, מכשירי טיולים, ושירותי מיקום במערכות חכמות. מקלטים צבאיים כוללים מודולים מיוחדים לשיפור הדיוק והבטיחות.
המערכת כוללת דורות של לוויינים (בלוקים שונים) שהושקו לאורך השנים. דורות חדשניים ממשיכים להחליף ולשדרג את היכולות.
מערכת GPS היא רשת לוויינים שמסייעת למצוא מיקום על פני כדור הארץ. הלוויינים שולחים אות עם זמן. הזמן נמדד על ידי שעון אטומי, שעון מאוד מדויק.
המערכת נבנתה על-ידי ארצות הברית בשנות השבעים. היא עבדה במלואה בשנות התשעים. בהתחלה היא שימשה בעיקר את הצבא.
הלוויינים מקיפים את כדור הארץ בגובה של כ-20,200 קילומטר. הם משדרים אותות בשתי תדירויות עיקריות שנקראות L1 ו-L2.
המכשיר מקבל אותות מזמן ושלושה או ארבעה לוויינים. המכשיר מחשב כמה לקח לאות להגיע. כך הוא יודע את המרחק לכל לוויין. בעזרת המרחקים הוא מוצא איפה אנחנו על המפה.
לפעמים האות משתבש בגלל האטמוספירה, שנקראת יונוספרה. יש תחנות על הקרקע שמודעות בדיוק למיקומן. הן שולחות תיקונים למכשירים. שיטה זו נקראת DGPS והיא עוזרת להגיע לדיוק של סנטימטרים במקרים מקצועיים.
יש מערכות עזר כמו WAAS ו-EGNOS שמסייעות לתיקון אותות באזורים שונים. יש גם AGPS, שמקבל עזרה דרך האינטרנט כדי למצוא מיקום מהר יותר.
כיום GPS נמצא במכוניות, בטלפונים ובמכשירי טיולים. המערכת עוזרת לנו לדעת היכן אנחנו ולהגיע ליעד.
תגובות גולשים