str014 (3)

Rozdział II

Charakterystyka nawigacyjna

1 1. GPS jako system radionawigacyjny

NAVSTAR GPS (ang. NAVigation Satellite with Time And Ranging Global Positioning Hyiilnrn) Jest satelitarnym, globalnym, pozycyjnym, systemem nawigacyjnym z pomiarom czasu I odległości. Tak wynikałoby z tłumaczenia pełnej nazwy systemu. Przytoczenie jn| |rmt konieczne, bowiem nie do końca koresponduje ona z najczęściej (potocznie) używanym minimom „Globalny System Pozycyjny” - GPS. Przyjęło się mawiać o GPS jako o systemie pozycyjnym, podobnie jak o systemach: Loran C, Decca czy Omedze. Jednak ta analogia jest pmwrl/lwa jedynie w odniesieniu do możliwości określania współrzędnych pozycji, zupełnie ztuilndhujgc serwis GPS w zakresie przekazywania sygnałów czasu, odnoszących się do międzynarodowej skali - UTC. Można więc stwierdzić, że odbiorniki GPS mogą być również precyzyjnymi zegarami odmierzającymi czas z dokładnościami na poziomie nanosekund (10^w) w stosunku do UTC. Mimo swej wewnętrznej synchronizacji czasowej wymaganej do poprawnej pracy odbiornika żaden z typowych systemów pozycyjnych nie umożliwiał ciągłej dyslrybunji sygnałów czasu w jednolitym i uniwersalnym systemie z tak wysoką stabilnością. I unkcjo to, zasadniczo, pełniły dotychczas specjalizowane ośrodki metrologiczne. Uogólniając, (’.l >i > jost systemem zarówno pozycyjnym, jak i systemem dystrybucji sygnałów czasu, o czym potoczna nazwa (GPS) nie stanowi. Zamykając problematykę związaną z nazewnictwem, chciałbym zwrócić uwagę na pojawienie się w polskim słownictwie technicznym, w odniesieniu do (''■PS, coraz szerzej stosowanego terminu „Globalny System Lokalizacyjny”. Jest on nieuzasadniony, bowiem pojęcie lokalizacji często wiąże się z problematyką przekazywania informacji pozycyjnej (telemetrią) w relacji obiekt-centrum nadzoru, których to GPS nie zapewnia. Można uznać, że GPS może być elementem systemu lokalizacyjnego, lecz niewątpliwie sam nim nie jest, a utożsamianie lokalizacji i określania pozycji nasuwa uzasadnione wątpliwości.

Nawigacyjne przeznaczenie tego systemu implikuje konieczność zdeterminowania pod-■.lawowych, często dyskusyjnych, pojęć. Zasadniczym jest nawigacja. Dla potrzeb niniejszej publikacji przez nawigację - należy rozumieć proces sterowania ruchem obiektu. Gdzie obiek-lom w ujęciu nawigacyjnym jest wytwór ludzkiej myśli technicznej lub organizm żywy, taki jak człowiek czy nawet zwierzęta, które „nawigują” - przemieszczając się w sposób przez siebie kontrolowany. Istotą nawigacji jest bieżąca (w czasie rzeczywistym) sterowalność procesem

przoinkm/c/unln t-ily, nln/iilrtżnti od poziomu świadomi»fi< i iiloiu|i|i ago, Ztindnln .* tą aminicią nawigacją r.i| równin/ prm im klarowaniu samochodom po o/ pijanego kierowcę, wiórowanie obiektu bezpllotowogo i;zy nawal okresowo wędrówki plnkńw, któro niewątpliwie nie przo mieszczają się po precyzyjni* wyliczonej ortodromlo. Nnwot częściowy wpływ na przebieg tego procesu predestynuje go do nawigacyjnego zaklasyfikowaniu

Przemieszczający się obiekt powinien na bieżąco określać swe położenie w stosunku do innych znanych punktów otoczenia, a więc określać swą pozycję (lub niezbyt formalnie I dyskusyjnie - pozycjonować się) i na tej podstawie wypracowywać decyzję w zakresie sterowania ruchem. Pozycjonowanie jest procesem określania współrzędnych obiektu w zdeterminowanym układzie. Może ono być realizowane w czasie rzeczywistym - (ang.: Real Time), jak ma to miejsce w nawigacji lub w tzw. „postprocessingu" - czyli późniejszym opracowaniu zebranych danych (często stosowanym np. w geodezji). Zasadniczą cechą nawigacji obiektu jest konieczność określania współrzędnych pozycji, która realizowana jest w czasie rzeczywistym, w przeciwieństwie do geodezji, gdzie najczęściej czas nie odgrywa tak istotnej roli (np. w technikach pomiarowych geodezji klasycznej). Pomiar czasu poza pozycjonowaniem w czasio rzeczywistym jest nieodłączną cechą procesu nawigacji. Mając na względzie oba wspomniane podprocesy można stwierdzić, że system GPS rozwiązał praktycznie dwa podstawowi) zagadnienia procesu nawigacji - umożliwił określenie pozycji na obszarze całego Globu z wysoką dokładnością oraz powiązał ją z czasem, tworząc tym samym nowy element pomia rowy wspomnianego wcześniej procesu sterowania.

Odkryte u progu XIX wieku właściwości fal radiowych znalazły również ogromne zastosowanie przy pomiarze parametrów nawigacyjnych, umożliwiających wyznaczenie pozycji. Z tego względu GPS należy zaliczyć do systemów radionawigacyjnych. Są nimi te systemy nawi gacyjne, które wykorzystują fale radiowe do określenia elementów ruchu obiektu oraz umożliwiają przekazanie informacji o utrudnieniach. Literatura angielskojęzyczna wywodzi pojęcie systemu radionawigacyjnego z radionawigacji, którą rozumie jako radiookreślanie wykorzystywane do celów nawigacji wraz z ostrzeżeniami o utrudnieniach; gdzie radiookreślanie jest określaniem pozycji, prędkości lub/i innych charakterystycznych cech obiektu albo uzyski wanie informacji wiążących się z tymi parametrami, za pomocą propagacyjnych właściwości fal radiowych.

Kończąc pobieżny wywód z zakresu systematyki systemów nawigacyjnych, na krótkie uzupełnienie zasługuje wyraz „ranging” - odległościowy, stanowiący element składowy akronimu „NAVSTAR GPS”. Odnosi się on do techniki pomiaru parametru nawigacyjnego. Stąd GPS należy do podgrupy systemów stadiometrycznych, a są nimi te systemy pozycyjne, które wykorzystują pomiar odległości dla wyznaczenia współrzędnych pozycji.

Myliłby się ten, kto w GPS upatrywałby jedynie funkcji nawigacyjnych, bowiem rozwój cywilizacyjny powoduje ciągłe powstawanie nowych aplikacji tej technologii, dotykających różnych dziedzin działalności ludzkiej. Możliwości stworzone przez system implikują innowacyjne pomysły w zakresie wykorzystania tej zaawansowanej technicznie technologii, w wyniku czego GPS utracił już typowo nawigacyjne znaczenie. Jego wykorzystanie jest jedynie pochodną pomysłowości posiadacza odbiornika. W praktyce aplikacje te dają się mnożyć po wielekroć. Część z nich zostanie szczegółowo omówiona w następnych rozdziałach.

2.2. Poziomy dostępu do systemu

Podobnie jak w systemie Transit w ramach GPS wyodrębniono dwie grupy użytkowników o zróżnicowanym poziomie dostępu. Wyraża się ono poprzez odmienne charakterystyki eksploatacyjne dostępne konkretnemu typowi użytkownika. „Unię podziału” przeprowadzono, jak zwykło, między wojskiem a cywilnymi użytkownikami. Ci pierwsi wykorzystują system bez ograniczeń, motywując to „ogólnie pojętym interesem właściciela systemu", „bezpieczeństwem

33