Global Positioning System

1 INTRODUCERE

1.1 Generalităţi

Încercarea de a-şi imagima unde se află şi încotro merge a fost una din cele mai vechi pasiuni ale omului. Peste ani, navigaţia şi poziţionarea au devenit cruciale pentru multe din activităţile umane, dar la început, modalităţile erau destul de greoaie.

Primii navigatori utilizau obiectele celeste (Soarele, Luna şi stelele) pentru a-şi localiza poziţia şi pentru a se orienta cu suficientă precizie încât să nu se piardă.

În sec. al XVIII-lea, sextantul, busola şi almanahul astrelor asociate cu un ceas au ameliorat semnificativ precizia localizării.

Cu apariţia sistemelor radio, navigaţia după astre a fost abandonată. Radionavigaţia, care constă în ghidarea după măsurători făcute asupra semnalelor radioelectrice, creşte considerabil performanţele navigaţiei.

Actul de naştere al radionavigaţiei ar putea fi situat în octombrie 1940, când National Defense Research Council in Washington DC (Consiliul Naţional de Cercetere pentru Apărare) sugerează un nou sistem de navigaţie care combină semnalele radio cu tehnologia de măsurare precisă a intervalelor de timp. De aici, Institutul de Tehnologie din Massachusetts dezvoltă sistemul LORAN, primul sistem de navigaţie pe orice vreme.

Înainte de a face un scurt istoric al sistemului global de poziţionare GPS, să urmărim caracteristicile principalelor sisteme de radionavigaţie disponibile.

1.2 Sisteme de radionavigaţie

Din punct de vedere al vizibilităţii necesare, sistemele de radionavigaţie se pot grupa în trei categorii:

- sisteme terestre transorizont: OMEGA, OMEGA Diferenţial, LORAN C, radiocompasul;

- sisteme terestre de portanţă limitată: VOR, DME (TACAN), ILS, MLS;

- sisteme prin satelit: TRANSIT

Radiocompasul de bord, asociat cu o radiobaliză la sol, este cel mai vechi sistem de radionavigaţie. Operează deasupra orizontului şi, chiar dacă este imprecis, permite găsirea şi identificarea sigură a emiţătorului. Este foarte sensibil la inteferenţe.

OMEGA: este un sistem dezvoltat în Statele Unite şi operaţional în cooperare cu alte şase naţiuni care găzduiesc staţiile terestre. Emite semnale între 10 kHz şi 13 kHz şi acoperă suprafaţa globului terestru cu ajutorul a opt staţii. Precizia de poziţionare este de ordinul zecilor de km (2-4 mile marine). Prelucrarea măsurătorilor la bord este complexă şi cuprinde modele de propagare sofisticate. Este foarte sensibil la condiţiile meteorologice.

OMEGA Diferenţial permite comunicarea erorilor de propagare constatate într-un punct cunoscut, printr-o legătură radio codată şi independentă de OMEGA. Precizia obţinută poate atinge 1km.

LORAN A (LORAN standard) a fost dezvoltat de americani în timpul celui de-al II-lea război mondial pentru necesitatea navigaţiei precise a navelor şi avioanelor militare. Lucra în banda radio 1850 - 1950 kHz.

LORAN C a fost dezvolatat în anii '50. Actualul sistem lucrează în banda 90 - 110 kHz. Este format dintr-o reţea de staţii care acoperă fiecare 1000-2000 km. Toate staţiile sunt pe aceeaşi frecvenţă dar emit impulsuri a căror structură permite recunoaşterea emiţătorului. Pornind de la măsurarea pe trei staţii, un mobil la sol îşi poate calcula poziţia cu precizie de sute de metri şi îşii poate calibra ceasul cu precizie mai bună de 1 s. Acoperirea se extinde numai în emisfera nordică.

GEE este sistemul britanic similar lui LORAN, însă foloseşte frecvenţe din banda VHF, ceea ce limitează sistemul la vizibilitatea directă.

VOR este sistemul de radionavigaţie al aviaţiei civile a Statelor Unite. Funcţionează în banda VHF (108 -118 MHz). Informaţia furnizată aparaturii de bord de pe aeronave este azimutul magnetic relativ la staţia VOR terestră. Este limitat la vizibilitatea directă şi asigură o precizie de 3 cu 95% probabilitate.

DME este sistemul complementar lui VOR, el furnizând distanţa prin măsurarea timpului de propagare dus-întors al unui semnal. Echipamentul este scump şi de precizie mergând până la 200 m la 95% probabilitate. TACAN este echivalentul său militar.

ILS şi MLS sunt sisteme de ajutor la aterizare. Emit semnale în banda VHF (108 -112 MHz) şi în banda 5 -5,125 GHz. Precizia este de câţiva metri la intrarea pe piste.

TRANSIT este primul sistem de navigaţie prin satelit. Dezvoltat de Laboratoarele de Fizică Aplicată John Hopkins, sistemul a fost conceput ca un ajutor pentru navigaţia submarinelor. Sateliţi aflaţi pe o orbită precis cunoscută emit continuu un semnal. Receptorul mobil măsoară evoluţia efectului Doppler al semnalului recepţionat şi îşi calculează poziţia în raport cu cea a satelitului cu o precizie de câteva sute de metri dacă îşi cunoaşte altitudinea.