GPS
מערכת איכון עולמית (בעברית: נווטן. שמות מקובלים נוספים: מערכת מיקום גלובלית (ממ"ג) או מערכת מיקום חובקת-עולם (ממח"ע); באנגלית: Global Positioning System ובקיצור - GPS) היא מערכת ניווט לוויינית.
מערכת הממח"ע (GPS) מבוססת על מספר רב של לוויינים ייעודיים ששיגרה מחלקת ההגנה של ארצות הברית, המתפעלת את המערכת. הלוויינים סובבים סביב כדור הארץ ומשדרים אות זמן, שאותו קולט המקלט הקרקעי מארבעה לוויינים או יותר. על הקרקע מחושב המרחק בין המקלט והלוויינים, דרך שילוש (טריאנגולציה) למציאת מיקום המקלט.
קיימות שלוש מערכות ניווט מתחרות:
בפועל אין הלוויינים משדרים אות זמן בלבד. הלוויינים משדרים שלושה אותות שונים, הכוללים את אות הזיהוי של הלוויין, המיקום המסלולי (האורביטלי, orbital) שלו ואת הזמן לפי שעון אטומי. רק האות האחרון הכרחי לקביעת מיקום הקולט, מכיוון שהאמצעי היחיד לקביעת מיקום הוא שימוש בנוסחאות מתמטיות המחשבות את המרחקים ואת הזוויות לפי ציר כדור הארץ. הנוסחאות הללו מחשבות את זמן הקליטה פחות זמן השידור כפול קצב השידור הנמדד בבאוד.
תוכן עניינים |
[עריכה] לווייני הממח"ע (GPS)
המערכת מבוססת על 24 לוויינים (לפחות) המקיפים את כדור הארץ במסלול שגובהו כ-20,200 קילומטר, אשר שוגרו על ידי משרד ההגנה האמריקאי. נכון לשנת 2008 ישנם 31 לוויינים במסלול, כי חלק מהלוויינים הישנים צפויים לסיים את חייהם בקרוב ומחליפיהם כבר שוגרו למסלול. הלוויינים משלימים הקפה כל 11 שעות ו-58 דקות, וכל אחד מהם נושא עמו שעון אטומי, כך שבכל הלוויינים השעה זהה.
מסלולו של כל לוויין ידוע בדיוק רב מאוד. המסלול נמצא בכל מקלט הממח"ע (GPS), ברשימה שנקראת "אלמנך GPS". מסלולי הלוויינים הכרחיים למציאת מיקום המקלט, וכל שגיאה במיקום הלוויין תגרור שגיאה גדולה במיקום שיחושב על ידי המקלט. מכיוון שכך, עוקב משרד ההגנה האמריקאי אחר הלוויינים בעזרת מכ"ם, ומודד את המסלול בדיוק גבוה. משרד ההגנה האמריקני גם משחרר עדכוני אלמנך על פי המדידות.
כל לוויין משדר אות זמן, מוצפן בסדרה פסאודו אקראית. סדרה פסאודו אקראית היא סדרה שנוצרת במכונת מצבים ידועה עם תנאי התחלה ידוע. הסדרה עצמה נראית אקראית. הייחוד בסדרות כאלו הוא שהערכים שלהן כמעט אף פעם אינם מתנגשים, וכך המקלט יכול לזהות את הלוויין ששידר על פי הסדרה הספציפית לו. התאמת הסדרות ללויינים צרובה אף היא בכל מקלט הממח"ע (GPS).
כל הלוויינים משדרים באותו תדר, אך לכל לוויין יש סדרה משלו.
[עריכה] מקלט הממח"ע (GPS)
המקלט מכוון לתדר שמשדרים כל לווייני הממח"ע (GPS), והוא קולט את הסדרות הפסאודו אקראיות שמשדרים הלוויינים, מתוכן הוא מחלץ את אות הזמן ויודע איזה לוויין הוא קולט. לאחר חילוץ אות הזמן, המקלט מחשב את הפרש הזמנים בין הלוויינים, וכך מחלץ שעון מדויק - זהה לשעון האטומי של הלוויינים. לאחר חישוב שעון מדויק, המקלט יודע לחשב את הפרש הזמן מרגע שידור אות הזמן לרגע הקליטה, וכך הוא יודע לחשב את מרחקו מכל אחד מהלוויינים שנקלטו.
מכאן מבצעים שילוש (טריאנגולציה) פשוט על מנת למצוא את המיקום של מקלט הממח"ע (GPS).
[עריכה] התמרה
נתוני האלמנך וחישובי המיקום מבוצעים במערכת צירים קרטזית שראשיתה במרכז הכובד של כדור הארץ והצירים שלה הם ציר הסיבוב של כדור הארץ והקווים המחברים את מרכז כדור הארץ לקו המשווה בקווי האורך אפס (גריניץ') ותשעים. לצורך תצוגה מתורגמים הנתונים לקואורדינטות כדוריות המוכרות של קו אורך, קו רוחב וגובה מעל פני הים. מכיוון שכדור הארץ אינו בדיוק כדור המערכת משתמשת במערכת ייחוס הקרויה WGS84, שבחישוביה קרובה למשטח הגיאואיד (פני הים) ברוב פני כדור הארץ. כדי להתאים מקלט GPS למערכת הייחוס של רשת ישראל צריך לבצע התמרה בין דאטומים, שבה מזינים למכשיר פרמטרים להתאמה בין שתי מערכות הייחוס הללו. במדינת ישראל אחראי המרכז למיפוי ישראל על חלוקת הפרמטרים הללו.
[עריכה] תחנות קרקעיות - מממח"ע (DGPS)
ברחבי העולם ישנן תחנות קרקעיות שמיקומן הגאוגרפי ידוע בדיוק גבוה מאוד. תחנה קרקעית מקבלת מהלוויינים את המיקום המשוער של אותה תחנה והיות שמיקום התחנה ידוע, ניתן לדעת מה הסטייה שתתקבל על ידי מערכת הממח"ע (GPS) רגילה. אותה תחנה קרקעית משדרת "תיקון" למכשיר הממח"ע (GPS) וכך מתקבל דיוק גבוה יותר. כך ניתן לשפר את דיוק המדידה על פני מדידה רגילה ממקלט הממח"ע (GPS). לשיטה זו קוראים מממח"ע (DGPS) (ראשי תיבות של מערכת מיקום חובקת-עולם דִּיפֶרֶנְצְיָאלִית או באנגלית Differential Global Positioning System). בהסתמך על תחנות אלו אפשר להגיע לדיוק גבוה של כ-2-1 ס"מ, הדרוש למודדים מקצועיים. בישראל מפוזרות 18 תחנות כאלו שניתן להתעדכן במדידות שלהן דרך האינטרנט [1]. בעתיד מתוכנן כי התחנות הללו יספקו מידע בזמן אמת, ובכך יאפשרו להגיע לחישובים מדויקים ולוותר על נקודות שילוש (הטריאנגולציה) הקיימות בשטח.
[עריכה] שימושים
בעבר היה מחירם של מקלטי הממח"ע (GPS) גבוה, והם שימשו לצרכים צבאיים בלבד כניווט טילים והנחייתם. משרד ההגנה האמריקאי גם מנע שימוש אזרחי בניווט מונחה לוויינים בעל דיוק רב על ידי הצפנת האותות הדרושים לכך.
בשנות התשעים הוזלו מחירי המקלטים, וכיום זמינים מעגלים מודפסים המאפשרים ניווט בדיוק של מטרים בודדים ופחות מכך. בעקבות זאת נוספו לניווט מונחה הלוויינים שימושים אזרחיים כמערכות ניווט והתמצאות למכוניות פרטיות, מכשירי ניווט ניידים למטיילים בשטח וכיוצא בכך.
[עריכה] דיוק בררני (סלקטיבי)
בעבר היה האות שהיה זמין לניווט לווייני בשימושים אזרחיים מוגבל בדיוקו, במכוון. אות בדיוק משופר היה זמין לצבא ארצות הברית ולשימושים מיוחדים של ממשל ארצות הברית. ב-1 במאי 2000 הודיע נשיא ארצות הברית, ביל קלינטון, שהדיוק הסלקטיבי יבוטל עד 2006 כך שכל משתמשי המערכת יזכו לדיוק הגבוה יותר. הביטול בוצע בפועל ב-2 במאי 2000.
[עריכה] הרחבות
[עריכה] ראו גם
- שירות מבוסס מיקום
- GLONASS - מערכת הניווט הרוסית.
- גלילאו - מערכת הניווט האירופית.
- ביידו - מערכת הניווט הסינית.
[עריכה] קישורים חיצוניים
- טכנולוגיית ה-GPS בעידן הפוסט מודרני, מצגת מאת יוסי מלצר באתר המרכז למיפוי ישראל
- סרטון המחשה אתר הטכניון
- הסבר על הממח"ע (GPS)
- מערכת מיקום גלובלית, באנציקלופדיה ynet
- כיצד פועל מכשיר GPS - מצגת פלאש אתר הכיתה האינטראקטיבית
[עריכה] הערות שוליים
| מערכות ניווט לווייניות | ||
|---|---|---|
|
|
