POMIARY GPS Global Positioning System

Segmenty i sygnał GPS
Pomiary satelitarne wyko­rzystujące globalny system wyznaczania pozycji GPS znalazły w ostatnich latach powszechne zastosowanie w pracach geodezyjnych i na­wigacji. Zadecydowała o tym możliwość natychmiastowego uzyskania położenia, prawie całkowita automatyzacja pomiarów i ich opracowania, a także wyższa dokładność oraz znacznie niższe koszty w porównaniu z tradycyjnymi technikami naziemnymi. Tech­nologia GPS jest też używana w badaniach geodynamicz­nych, m.in. do wyznaczania parametrów ruchu bieguna czy badania stabilności ruchu obrotowego Ziemi, a także ruchu płyt tektonicznych.
A co to jest GPS? Global Positio­ning System (GPS) zaprojekto­wano
i skonstruowano w USA na zlecenie amerykańskiego Minister­stwa Obrony (Department of Defen­se) jako wojskowy system nawigacyjny. Tworzą go trzy segmenty (rys. 1):
  • konstelacja co najmniej 24 sateli­tów,
  • Ośrodek Dowodzenia połączony ze stacjami permanentnie obserwujący­mi wszystkie satelity GPS,
  • użytkownicy wyposażeni w od­biorniki GPS.

Rys. 1. Segmenty systemu GPS
Od 1 stycznia 1995 roku GPS jest w pełni operacyjny. Obecna konstelacja składa się z 30 satelitów umieszczonych na sześciu prawie kołowych orbitach na­chylonych względem równika pod ką­tem 55° (rys. 2), równomiernie rozłożo­nych w długości geograficznej i odda­lonych od powierzchni Ziemi o ponad 20 000 km. Okres obiegu satelity wokół naszej planety wynosi około 12 godzin. Takie rozmieszczenie w przestrzeni za­pewnia możliwość jednoczesnego obser­wowania (widzenia) przynajmniej czte­rech satelitów GPS z dowolnego punktu na Ziemi.

Rys. 2. Nachylenie orbity
Bazy i stacje monitorujące. Wszystkie satelity GPS są per­manentnie obserwowane przez kilka tzw. stacji monitorujących i dla każdego z nich obliczane są precyzyj­ne elementy orbity i poprawka zegara atomowego. Dane te wprowadzane są do pamięci komputerów pokładowych. W ten sposób każdy satelita ma zapew­nioną aktualizację swojej pozycji w prze­strzeni i synchronizację zegara do czasu całego GPS. Ośrodek Dowodzenia (Ma­ster Control Station) znajduje się w bazie amerykańskich sił lotniczych w Colora­do Springs. Stacje obserwacyjne (Moni­tor Stations) USAF (US Air Force) pra­cują w Kwajalein, Diego Garcia, na Wy­spach Wniebowstąpienia (Ascension Is.) i na Hawajach. Działa także 6 sta­cji NGA (National Geospatial Agen­cy): w Argentynie, Australii, Bahrajnie, Ekwadorze, Stanach Zjednoczonych ­na Alasce, w Korei Południowej, Nowej Zelandii, RPA i na Tahiti (rys. 3).

Rys. 3. Lokalizacja stacji kontrolnych GPS