GPS III Kde jsme? A kam jdeme?

Před patnácti lety se na trh objevil první mobilní telefon s podporou GPS. Poklesl, ale formální faktor, který byl průkopníkem, kombinování komunikačních zařízení blízké vojenské úrovně se spotřebitelským zařízením zůstalo u nás.

Bez telefonu, hodinek nebo bot vám nepovede, kam jít, protože nevíte přesně, kde jste. Ale vždy tomu tak nebylo.

Stručná historie GPS

GPS považujeme za samozřejmost jako „komoditu“, což je skvělý dárek od MADness z Reagan-Era Star Wars Cold War, který občas učí středoškoláky o relativitě. Depresivní skutečností je, že GPS (nebo GNSS, jak byl v té době klasifikován) byl veřejnosti zpřístupněn až po strašidelně známé katastrofě letecké společnosti.

V roce 1983 - pouhých pět let po vypuštění prvního satelitu NAVSTAR - byl let Air Korea Lines 007 sestřelen po přeletu do sovětského vzdušného prostoru kvůli chybě navigační navigace. Globální reakce na ztrátu 269 duší na palubě byla zarmoucena, ale zabarvená politikou studené války, a prezident Ronald Reagan oznámil, že GPS bude zpřístupněn světu zdarma, aby se zabránilo takové tragédii..

Globální polohovací systém byl původně navržen z vojenské potřeby koordinovat pohyb vojsk a řemesel v neznámých oblastech (jako je Perský záliv, kde byl GPS poprvé použit v divadle v operaci Pouštní bouře), stejně jako systém detekce jaderných detonací ( NUDET).

„Selektivní“ polohování let

Díky použití více satelitů s extrémně přesnými hodinami měla GPS přesnost polohování přibližně 10 metrů hned od začátku. Ministerstvo obrany však do civilních kapel zavedlo úmyslné chyby při polohování a uvedlo obavy, že by proti nim byla technologie použita. To, jak se často stává, se téměř okamžitě odrazilo.

Dokonce i při prvním provozním použití GPS v pouštní bouři řídil omezený počet drahých, energeticky náročných těžkých přijímačů GPS mnoho členů ozbrojených sil nucených vychystávat „levné“, lehké a téměř všudypřítomné civilní přijímače, které byly prakticky zbytečné v terénu kvůli těmto záměrným chybám. To byl takový uznávaný problém, že systém vkládání chyb (nazývaný Selektivní dostupnost nebo jen SA) byl po zbytek války v Zálivu vypnut po celém světě (90–91)..

V průběhu 90. let vojenské, podnikové a civilní orgány usilovaly o odstranění SA, přičemž lidé od přepravních firem po FAA tvrdili, že rušivý šum v signálu omezoval užitečnost a přizpůsobení GPS v jejich příslušných oblastech. V roce 2000 prezident Bill Clinton tyto chyby „trvale“ vypnul.

Zavádí se však nová generace satelitů, která slibují velké zvýšení nejen přesnosti, ale také dostupnosti GPS. Tato sada 30 nových satelitů, označená jako GPS Block III, nebo pouze GPS III, nahradí stárnoucí blok II a již zaniklý blok I. Z 64 vypuštěných ptáků bloku I / II zůstává 33 v provozu, nejstarší z nich je Navstar IIA-01 ve věku 23 let.

Důvody, proč tyto satelity jsou masivní vylepšení, jsou složitější než “je rychlejší na uzamčení a přesnější”. Tady je důvod.

Jak GPS funguje

GPS funguje jako čistě přenosový systém; to nevyžaduje žádné datové připojení k určení vaší pozice (ačkoli většina aplikací bude potřebovat datové připojení Nemoc vašeho datového připojení aplikace GPS Odlupování? Vyzkoušejte 3 aktualizované mapy offline [Android] Nemocnost datového připojení aplikace GPS Odlupování ven? Zkuste 3 Aktualizované mapy offline [Android] Nedávno Chris zahrnoval tři z nejlepších offline aplikací GPS dostupných na Androidu. Od té doby mnoho jiných GPS aplikací vydalo nebo přijalo hlavní aktualizace. Porovnáte tyto nováčky příznivě s těmi, které pro kontrolu mapovalo ... -boční). Váš telefon nebo SatNav nemluví se satelitem vzdáleným 12 500 mil, pouze poslouchá konkrétní frekvenci pro konkrétní kódy.

Váš telefon poslouchá určitý kanál nebo „pásmo“ s každým satelitním vysíláním, je to jeho osobní osobní časový kód založený na jeho vlastních atomových hodinách vznášejících se na oběžné dráze. Protože však každý satelit je od vás vzdálen od jiné vzdálenosti, když obdržíte tyto „klíště“, budou mírně mimo synchronizaci. Vaše zařízení GPS se poté pokusí synchronizovat každý proud s interními hodinami, takže může zjistit, jak daleko je každý satelit od vaší polohy.

Takže jste ve vzdálenosti X, Y a Z mil od tří satelitů. Jsou to nejméně 12 500 kilometrů nad vaší hlavou a cestují rychlostí 14 000 km za hodinu a nemáte tušení, kde jsou nebo kam jedou. To není moc užitečné, dokud nepřidáme časový kód, který každý satelit vysílá, který obsahuje mnohem více informací než jen čas.

Vím, kde jsem, ale kde jsi?

Abychom zjistili, kde jsme na základě „ticků“ satelitů, potřebujeme další informace, které jsou již vysílány v časovém kódu, což se nazývá „almanach“. Obsahuje informace o aktuálních charakteristikách obou družic. Váš telefon tak buduje malý model-planetárium založené na čase, který je přesný až na několik nanosekund. Funguje to, kde jsou satelity ve vesmíru a kde jste ve vztahu k satelitům. Jak funguje GPS [MakeUseOf vysvětluje] Jak funguje GPS [MakeUseOf vysvětluje] Jako vášnivý hráč mě překvapuje korelace mezi funkcemi podobnými GPS v moderní videohry a šíření technologie GPS v každodenním životě. Když jsem byl malý, byly papírové mapy a kartografie…. Výložník. Nejbližší Starbucks je 12,6 metrů daleko.

Nyní se to stane zajímavým; to je jen jedna „skupina“ nebo kanál. Původně existovaly tři kanály; dva (L1 / L2) byly použity pro akvizici a polohování. Byly použity ve spotřebitelských aplikacích, ale pokud jste měli konkrétní šifrovací kód (běžně nazývaný zlatý kód), máte vyšší přesnost, pouze vojenské signály.

Konečně je pásmo L3 vyhrazeno pro detekce jaderné detonace, která monitoruje planetu pro události s vysokou energií infračerveného záření a většinou se používá k prosazování smluv o zákazu jaderných zkoušek. Nové verze standardu GPS však přicházejí s úžasnými novými funkcemi.

Co je nového v GPS III?

V pozdějších blocích II a nových systémech III. Bloku je počet dostupných pásem zvýšen na 5. L4 je ponecháno jako výzkumné pásmo, zatímco L5 zahrnuje Safety-Of-Life (SoL Data a Pilotní signály), což je extrémně spolehlivá verze GPS pro uživatele letectví, námořní dopravy a vyhledávání a záchrany.

V nových systémech se metoda překrývání dat stejným signálem pomocí zlatého kódu (CDMA) používá také k vytváření dalších signálů pro civilní a vojenské kanály (L2C a M-kód), které samostatně dělají dvě velmi cool věci.

Kód L2C je 250krát „detekovatelný“ (což není stejné jako „silnější“) a pracuje v jiném pásmu, než jaké běžně používá civilní GPS. Protože nyní budeme mít přístup ke dvěma pásmům, můžeme je porovnat v reálném čase, abychom kompenzovali atmosférické rušení, což znamená, že spotřebitelé budou konečně schopni získat spolehlivé umístění v interiéru (v rozumných mezích) .

M-kód je velká položka, která odůvodňuje nové změny způsobu fungování GPS. Dva velké pokroky v tomto ohledu jsou směrovost a potlačování. Spíše než běžný systém „vysílání celé země“ budou mít nové satelity bloku III jak antény Celé Země, tak i směrové M-kódy, které poskytují jednotkám 100x silnější příjem v kuželu paprsku, který bude (jen) několik set kilometrů přes.

V souvislosti s tímto energetickým čerpadlem budou signály M-kódu také zahrnovat řadu technik korekce chyb, zabraňování rušení, zabraňování podvodům a vysílání dat, aby bylo možné bojovat s místními systémy odmítnutí GPS a zajistit, aby jednotky měly vždy nejlepší dostupné údaje o poloze bez ohledu na to, počasí, umístění nebo nepřítele.

Kromě toho existují obvyklé upgrady, které přicházejí, když kupujete nový kus soupravy; rychlejší hodiny Rubidium poskytují přesnější načasování a lepší umístění přijímače. Mezitím lepší solární panely poskytnou více energie silnějším anténám, což znamená více energie na přijímacím konci.

Pak máte obvyklé dodatky, když se do věcí zapojí vlády; NASA požádala o přilepení několika laserových zpětných reflektorů (zrcadel), aby poskytovala lepší sledování oběžných drah po zemi, a letectvo lobuje za přidání dalších možností vyhledávání a záchrany (SAR) nad stávající datové kanály SoL. Toto je součást globálního standardu pro systémy SAR zahrnující 37 zemí a bude poskytovat nejen okamžitou detekci a lokalizaci nouzového signálu, ale také schopnost posílat krátké zprávy zpět do přijímače..

Je to ve vzduchu?

Mnoho těchto záloh se spoléhá nejen na aktualizované satelity, ale také na aktualizované pozemní stanice, dříve nazývané “Segmenty provozní kontroly”(OCS). Tyto pozemní stanice jsou místy po celém světě a koordinují oběžné dráhy, hustotu pokrytí a možnosti vyhledávání a záchrany / jaderné detekce pro GPS síť a také periodicky korigují tuto otravnou speciální dilataci relativity času. Nové verze těchto pozemních stanic (OCX) umožňují většinu těchto pokroků a také umožňují interoperabilitu mezi americkými a evropskými systémy GNSS (PS proto GPS GPS saje, pokud jste v Evropě ve srovnání s USA; máme méně ptáci nad našimi hlavami).

Bohužel právě tyto úžasné nové systémy brzdí uvolnění systému GPS III. Dodavatel obrany Lockheed Martin dostal zakázku na stavbu prvního satelitu, ale byl zpožděn novými počítači pro správu a navigaci L2C od společnosti Exelis; zatímco Raytheon byl najat na stavbu OCXs, který zažil významné překročení rozpočtu.

Shrnutí a spekulace

Výhody nového systému Block III, včetně některých bitů v aktuálně spuštěném bloku II, lze shrnout takto:

• Zkrácený čas akvizice
• Zvýšená vnitřní příjem
• Zvýšená přesnost a citlivost na pohyb
• Širší oblast pokrytí
• Zvýšená přesnost pro scénáře vojenské nasazení pomocí zaostřeného paprsku
• Zvýšené možnosti ochrany před rušením (není jasné, zda se to týká jak civilních, tak vojenských signálů, ale jsem optimistický)
• Zvýšená interoperabilita s evropským systémem určování polohy GALILEO
• Zkrácená doba odezvy na vyhledávání a záchranu a lepší globální pokrytí pomocí některých funkcí zasílání zpráv, které by mohly zabránit ztrátě MH370

Se zpožděním jak v satelitních systémech, tak v segmentech pozemního ovládání je nepravděpodobné, že do konce roku 2015 / poloviny 2016 uvidíme plné výhody těchto systémů pro konečné uživatele. Jakmile však půjdou nahoru, mají navrhovanou životnost 15 let, tak kam jdeme poté?

USA již nejsou jediným hráčem v Global Navigation. Rusko má GLONASS od poloviny 90. let a za posledních 5 let se oba systémy BeiDou a Evropa GALILEO připojily k internetu. V neposlední řadě má být indický regionální navigační satelitní systém (IRNASS) uveden do provozu během několika příštích let.

Všichni mají různá regionální zaměření, takže velká otázka se stává, kdo bude nejprve spolupracovat? Budou to přijímači nebo globální vlády? Nebo se vrátíme do dnů, kdy globální cestující budou muset mít mobilní telefon pro každý kontinent?

S novými rozšířeními GPS prokázaly USA ochotu spolupracovat s evropským systémem, stejně jako Rusko tím, že zajistily interoperabilitu bezpečnosti života s GPS i GALILEO. Nebe jsou zaneprázdněni a při této rychlosti bude na obloze nejméně 120 satelitů poskytujících polohu „někomu“. Pokud všechno půjde dobře, my chudí spotřebitelé bychom je mohli použít většinu z nich a dostat nás na přesnost několika palců, dokonce i uvnitř. To znamená splnění požadavků FAA na autopiloty s přesným přiblížením pro letadla (nápověda a drony), jakož i umožnění mnohem přesnější detekce jízdních pruhů pro automobily s vlastním pohonem. Dostanete se na svět plný automobilů bez řidiče Řízení je únavný, nebezpečný a náročný úkol. Mohl by to být jednoho dne automatizován technologií automobilů Google bez řidičů? .

Přidejte toto k pokrokům v nositelných zařízeních 6 Porovnání připravených nositelných zařízení: Co je horké a co není 6 Připravovaných nositelných zařízení porovnáno: Co je horké a co není Představuji vám šest zajímavějších a užitečnějších nositelných tech zařízení buď na trhu, nebo brzy zadejte to. a IoT Co je internet věcí a jak to ovlivní naši budoucnost [MakeUseOf vysvětluje] Co je internet věcí a jak to ovlivní naši budoucnost [MakeUseOf vysvětluje] Vypadá to, že se objevují nová buzzwords objevující se a umírající s každým den, který prochází kolem nás, a „internet věcí“ je prostě jedním z nejnovějších nápadů, které… zařízení (jakkoli děsivá, že by mohla být Proč internet věcí je největší bezpečnostní noční můra Proč internet věcí je největší Bezpečnostní noční můra Jednoho dne přijedete domů z práce a zjistíte, že váš domácí bezpečnostní systém podporovaný cloudem byl porušen. Jak by se to mohlo stát? S internetem věcí (IoT) jste to mohli najít tvrdě.) A my ' znovu se dívám na budoucnost malých zařízení, která vědí, kde jsou, a mohou spolu mluvit. Inteligentní peněženky, inteligentní zvonky, které pouze „zvoní“, pokud je někdo v domě, klíčenky, tašky, všechny tyto věci, které mohou mluvit s vaším mobilním telefonem a říkat, kde jsou, s přesností několika centimetrů (Pak bych konečně mohl zjistit, kde jsem nechal své klíče ...).

To jsou jen některé z mých myšlenek, kam nás tato technologie zavede, ale jaký je váš příběh? Co byste mohli dělat se zařízeními, která si uvědomují polohu? Měli bychom se bát?

A jako vždy, v otázkách nebo něčem, co jsem trochu přelétl, zeptejte se v komentáři.

Obrazové kredity: Historie Krysa: Operace Desert Storm - The Ground War; Mashup of Two piece by DonkeyHotey, vydané (a znovu vydané) pod CC-SA-2.0, Canada Search and Rescue by Bmpower na anglické Wikipedii (vlastní práce); Trilateration 2D by Javiersanp prostřednictvím Wikimedia Commons (vlastní práce GFDL nebo CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0), GPS Control Segment Map s licencí ve veřejné doméně přes GPS.gov; Debris-GEO1280 od NASA Orbital Debris Program Office, licencované ve veřejném vlastnictví, přes Wikimedia Commons