GPS-paikannin

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Toivoisin, että joku selittäisi tälläiselle maallikolle perusteellisesti, mutta mahdollisimman selkeästi kuinka gps-paikannin oikein toimii?

Erittäin paljon kiitoksia jo etukäteen!

Sivut

Kommentit (25)

Vierailija

Se perustuu radiosignaalin kulkuaikaan (matkaan) ja kolmiomittaukseen laitteen ja useamman satelliitin välillä, niin että kellot ovat tahdistettu samaksi. Satelliittien nopeus aiheuttaa suhteellisuusteorian mukaisen korjauksen, jotta kellot täsmäävät. Lisäksi tulos vaatii karttakoordinaatiston joita on olemassa useitakin. Maa ei ole täyspyöreä, joten sekin vaatii korjauksen, kuten vuoksi ja luodekin. Jos laskennassa käytetään teoreettista pyöreää palloa ja sovelletaan sitä epäpyöreään kappaleeseen, syntyy mittavirhe.

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009

Lähettävätkö satelliitit signaalissa oman sijaintinsa, vai onko vastaanottimella itsellään tieto, missä kunkin satelliitin pitäisi milloinkin olla?

Vierailija

Satelliitit lähettävät koko ajan kellonajan, oman sijaintinsa sekä tiedon siitä missä muiden satelliittien pitäisi olla sillä hetkellä. Vastaanotin sitten laskee noista tiedoista etäisyydet niihin satelliitteihin, minkä signaalit se vastaanottaa, ja laskee tunnettujen etäisyyksien pohjalta sijaintinsa.

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009
Edup
Satelliitit lähettävät koko ajan kellonajan, oman sijaintinsa sekä tiedon siitä missä muiden satelliittien pitäisi olla sillä hetkellä. Vastaanotin sitten laskee noista tiedoista etäisyydet niihin satelliitteihin, minkä signaalit se vastaanottaa, ja laskee tunnettujen etäisyyksien pohjalta sijaintinsa.

Ja satelliitit tietävät oman sijaintinsa joidenkin kiinteiden Maan pinnalla sijaitsevien vertailuasemien perusteella?

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Edup
Satelliitit lähettävät koko ajan kellonajan, oman sijaintinsa sekä tiedon siitä missä muiden satelliittien pitäisi olla sillä hetkellä. Vastaanotin sitten laskee noista tiedoista etäisyydet niihin satelliitteihin, minkä signaalit se vastaanottaa, ja laskee tunnettujen etäisyyksien pohjalta sijaintinsa.



Onko todellakin näin? Olen ollut siinä käsityksessä, että

Wikipedia
GPS-satelliitit lähettävät kantoaallon päälle moduloituna ns. näennäissatunnaista signaalia



Oman käsitykseni mukaan satelliitti ei varsinaisesti lähetä mitään erityistä tietoa, ainoastaan näennäissatunnaista kohinan tapaista signaalia. Homman juju perustuu siihen, että gps-vastaanotin tietää etukäteen mitä kohtaa näennäissatunnaisesta signaalista kunkin gps-satelliitin pitäisi lähettää juurikin tietyllä ajanhetkellä. Vertaamalla vastaanotetun ja ennalta tiedetyn signaalin välistä vaihe-eroa voidaan laskea etäisyys satelliittiin. Laskemalla etäisyys useampaan satelliittiin samanaikaisesti voidaan päätellä gps-vastaanottimen paikka.

Osaako joku vahvistaa, onko käsityksessäni päätä eli häntää?

Vierailija
Heksu

Onko todellakin näin? Olen ollut siinä käsityksessä, että

Wikipedia
GPS-satelliitit lähettävät kantoaallon päälle moduloituna ns. näennäissatunnaista signaalia



Oman käsitykseni mukaan satelliitti ei varsinaisesti lähetä mitään erityistä tietoa, ainoastaan näennäissatunnaista kohinan tapaista signaalia. Homman juju perustuu siihen, että gps-vastaanotin tietää etukäteen mitä kohtaa näennäissatunnaisesta signaalista kunkin gps-satelliitin pitäisi lähettää juurikin tietyllä ajanhetkellä. Vertaamalla vastaanotetun ja ennalta tiedetyn signaalin välistä vaihe-eroa voidaan laskea etäisyys satelliittiin. Laskemalla etäisyys useampaan satelliittiin samanaikaisesti voidaan päätellä gps-vastaanottimen paikka.

Osaako joku vahvistaa, onko käsityksessäni päätä eli häntää?




Voi olla että käsitykseni tuosta on väärä, tai jollain tavalla yksinkertaistettu. Mutta tuolloin kaiketi vastaanottimen pitäisi myös tietää satelliittien paikat etukäteen, jotta se voisi laskea paikan maan päällä, eikä pelkästään omaa sijaintiaan suhteessa noihin satelliitteihin?

Etsin tuon artikkelin Wikipediasta, englanninkielinen sivu tietää kertoa seuraavaa:

A GPS receiver calculates its position by precisely timing the signals sent by the GPS satellites high above the Earth. Each satellite continually transmits messages which include

* the time the message was transmitted
* precise orbital information (the ephemeris)
* the general system health and rough orbits of all GPS satellites (the almanac).

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Edup
Etsin tuon artikkelin Wikipediasta, englanninkielinen sivu tietää kertoa seuraavaa:

A GPS receiver calculates its position by precisely timing the signals sent by the GPS satellites high above the Earth. Each satellite continually transmits messages which include

* the time the message was transmitted
* precise orbital information (the ephemeris)
* the general system health and rough orbits of all GPS satellites (the almanac).




Näin se on nähtävä, käsitykseni tuosta oli jossain määrin vaillinainen.

pmk
Seuraa 
Viestejä1855
Liittynyt1.1.2010
petsku
Lähettävätkö satelliitit signaalissa oman sijaintinsa, vai onko vastaanottimella itsellään tieto, missä kunkin satelliitin pitäisi milloinkin olla?



Tähtitieteessä on muutaman vuosisadan ajan käytetty niin sanottuja klassisia rataelementejä, jotka määrittävät esim. rataellipsin muodon, sen koon, sen asennon maailmankaikkeudessa ja missä kohtaa rataa taivaankappale (planeetta tai kuu) on tiettynä ajan hetkenä.

Näitä klassisia rataelementtejä käytetään myös GPS navigoinnissa. Kukin satelliitti lähettää hiljakseen omia näitä rataelementtejään ja GPS vastaanotin osaa näiden perusteella laskea, missä kohtaa kyseinen satelliitti on radallaan ja missä kohdassa sen lähetyssekvenssi on. Vastaanotin laskee kyseisen satelliitin paikan XYZ koordinaatistossa maapallon keskipisteen suhteen.

Kun kolmen satelliitin paikat on saatu sijoitettua XYZ koordinaatistoon ja kun koodisekvenssin vaiheesta voidaan päätellä etäisyys kuhunkin satelliittiin, voidaan vastaanottimen sijainti XYZ koordinaatistossa näiden kolmen kiintopisteen avulla laskea. Vastaanottimen XYZ koordinaatit pitää sitten muuntaa esim. pituus- ja leveyspiireiksi.

Käytännössä ei ole mielekästä käyttää tarkkaa atomikelloa jokaisessa GPS vastaanottimessa, vaan käytetään neljää satelliitia, jolloin vastaanottimen kellovirhe voidaan eliminoida. Asiaa on toki helpompi ymmärtää, kun oletetaan vastaanottimen kello tarkaksi ja ajaetellaan paikan laskentaa kolmen kiintopisteen avulla.

Satelliittien kulkua seurataan muutamalta maa-asemalta, joiden paikat tunnetaan ja tarvittaessa lasketaan pieniä korjauksia noihin klassisiin rataelemetteihin ja lähetetään ne kyseiselle satelliitille.

Tämän lisäksi kaikki satelliitit lähettävät hiljakseen almanakkasanomia, jossa on kaikkien satelliittien rataparemetrit melko karkealla tasolla. Tarkkuus on lähinnä sitä luokkaa, että tiedetään, onko satelliitti näkyväillä tiettynä ajankohtana ja suunnilleen missä päin taivasta se on.

Ideana on se, että jos on saatu synkronoitua yhteen satelliittiin, lataamalla koko almanakka, tiedetään mitkä satelliitit ovat näkyvissä ja mikä on niiden lähetyssekvenssi, joten niihin kannattaa yrittää synkronoitua.

Vierailija
Heksu
Oman käsitykseni mukaan satelliitti ei varsinaisesti lähetä mitään erityistä tietoa, ainoastaan näennäissatunnaista kohinan tapaista signaalia. Homman juju perustuu siihen, että gps-vastaanotin tietää etukäteen mitä kohtaa näennäissatunnaisesta signaalista kunkin gps-satelliitin pitäisi lähettää juurikin tietyllä ajanhetkellä. Vertaamalla vastaanotetun ja ennalta tiedetyn signaalin välistä vaihe-eroa voidaan laskea etäisyys satelliittiin. Laskemalla etäisyys useampaan satelliittiin samanaikaisesti voidaan päätellä gps-vastaanottimen paikka.

Osaako joku vahvistaa, onko käsityksessäni päätä eli häntää?





Kyllähän tuossa perää on.

GPS:n toiminta on selvitetty ehkä seikkaperäisimmin tällä sivustolla http://www.trimble.com/gps/howgps.shtml Kannatta klikkailla se läpi sivu sivulta. (Trimble on tarkkuus-GPS-instrumenttien valmistaja)

Kyseisiltä sivuilta selviää myöskin se seikka miksi 3 satelliittia ei oikein riitä paikannukseen (vaikka se teoriassa pitäisiki riittää hyvään kolmiomittaukseen)

Vierailija
petsku
Ja satelliitit tietävät oman sijaintinsa joidenkin kiinteiden Maan pinnalla sijaitsevien vertailuasemien perusteella?



Ainoastaan sillä kellonajalla on paikanmittauksen kannalta merkitystä. Ei niiden satelliittien tarvitse tietää omaa olinpaikkaansa taivaalla, vaikka siitä onkin hyötyä joissakin tilanteissa.

Joskus ammoisina aikoina käytettiin maanpinnalla olevia lähettimiä korjaamaan jenkkien tahallisesti huonontamaa signaalia, mutta koska käytännössä huononnusta ei tapahtunut, päättivät jenkit poistaa signaalin huononnuksen. Signaali taisi koostua hiukkasen vikaan asetetusta kellonajasta, jonka militaaripuolen apparaatit pystyivät suodattamaan pois.

Vierailija
Hubsu

Joskus ammoisina aikoina käytettiin maanpinnalla olevia lähettimiä korjaamaan jenkkien tahallisesti huonontamaa signaalia, mutta koska käytännössä huononnusta ei tapahtunut, päättivät jenkit poistaa signaalin huononnuksen.



Ja käytetään edelleenkin. WAAS/EGNOS-järjestelmät hyödyntävät maa-asemia tarkentaakseen GPS-signaalia, tosin nekin toimivat satelliittien kautta. Nuo vanhat radiotaajuukislla toimivat DGPS-järjestelmätkin taitaa edelleen olla toiminnassa, joskin niitä käyttäviä laitteita ei taida pahemmin enää saada.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat