Pred menoj so eni lepo natančno utemeljili razloge zakaj je potrebno narediti EU satelitsko tehnologijo. Lahko samo potrdim, že omenjeno, da Američani držijl roko nad satelitsko navigacijo, ki je prvotno bila in ostala izdelana predvsem za njihove vojne potrebe. Prav tako držijo roko nad njeno natančnostjo in to v civilne namene 20m v vojne pa imajo natančnost do enega milimetra. S posebnim dekretom so si sami določili, da v vsakem trenutku, ko se jim zdi potrebno brez kakršnih koli pojasnil-odgovornosti lahko izklopil satelitsko navigiranje za druge države, kako za civilne tako in za vojne potrebe.
Pred kratkim sem na faksu imel predmet telekomunikacijski sistemi, en del se nanaša na delovanje navigacijskih sistemov, pa nekaj iz te debele bukve sem naredil kopy-paste.
Teorija v ozadju delovanja satelitske navigacije je podobna tisti v
prizemnih sistemih radijske navigacije. V prizemeljskih sistemih so
oddajni stolpi naše referenčne točke. Locirani so na Zemlji in razdalja
do njih nam da dvodimenzionaln podatek o naši lokaciji,(zemeljska
širina in dolžina) tako, da izračunamo presečišča krožnic.
Pri satelitskih sistemih so sateliti naše referenčne točke. Z merjenjem
razdalje do naših satelitov lahko dobimo tridimenzionalen podatek o
naši lokaciji (zemljepisna širina in dolžina in pa višina - X, Y, Z).
Dobimo jih tako, da poiščemo presečišča več sfer.
Če predpostavimo, da ena ura prehiteva ali zaostaja za drugo za eno
sekundo, se bo to poznalo kot 344 m napake pri izmerjeni razdalji saj
v eni sekundi zvok prepotuje 344 metrov. Če merimo razdaljo s
pomočjo satelitov, prepotuje elektronski signal v eni sekundi
300.000.000 metrov (hitrost svetlobe). Napake v satelitski uri in uri
sprejemnika torej znatno prispevajo k napaki izmerjene razdalje.
Ena miljardinka sekunde (ena nanosekunda) nenatančnosti satelitske
ure prispeva 30 cm napake v merjenju razdalje do tega satelita, zato
so sateliti opremljen z izredno natančnimi cezijevimi atomskimi
urami. Tudi te, sicer izredno natančne ure pridelajo približno eno
milijardinko sekunde vsake tri ure. Za kompenzacijo teh napak so
sateliti nenehno nadzorovani iz zemeljskih postaj, satelitske ure pa so
primerjane z glavnim časovnim nadzornim sistemom, ki ga sestavlja
deset izredno natančnih atomskih ur. Napake satelitskih ur se nenehno
izračunavajo, poročilo o njih pa je del sporočil, ki jih oddajajo sateliti.
GPS sprejemniki odštevajo napake satelitske ure od posredovanih
oddajnih časov, da dobijo pravilen čas potovanja signala.
Kljub velikemu trudu kontrolnih centrov, da opazujejo obnašanje vsake
satelitske ure, je nemogoče povsem natančno ugotoviti napake ur v
satelitih. V praksi je vsota vseh napak ure nekaj nanosekund, kar se
pri merjenju razdalje odraža kot napaka približno en meter.
Enako kot pri satelitskih urah, se tudi napaka v uri GPS sprejemnika
odraža v merjenju razdalje. Problem pa je, ker v GPS sprejemnike ne
moremo vgraditi zelo natančnih atomskih ur, saj vsaka atomska ura
tehta več kot 20 kilogramov, stane več kot 50.000,00 USD in zahteva
pazljivo rokovanje ter temperaturno kontrolo.
Predpostavimo, da ima ura v sprejemniku napako eno milisekundo, kar
povzroči napako v izmerjeni razdalji približni 300.000 metrov. Če
merimo razdaljo do satelitov ob natančno istem času, potem je
sprejemnik izmeril enako napako v razdalji (300.000 metrov) do vseh
satelitov. Napako v uri sprejemnika lahko torej obravnavamo kot
neznanko, ki jo moramo ugotoviti. V prejšnjih podpoglavjih smo
ugotovili, da nam lokacijo določajo tri neznanke (X, Y in Z). Če dodamo
tem trem neznankam še novo neznanko, imamo namesto treh štiri
neznanke, torej poleg treh, ki nam povedo lokacijo še četrto, ki je
napaka sprejemnikove ure. Za določitev štirih neznank, potrebujemo
torej štiri enačbe. Meritev razdalje do štirih satelitov, nam da vse štiri
potrebne enačbe. Namesto treh satelitov potrebujemo sedaj štiri,
vendar pa zato ne potrebujemo drage in nepraktične atomske ure v
našem GPS sprejemniku.
Vedeti pa moramo, da je koncept napake ure kot ene neznanke
veljaven le, kadar merimo razdaljo do satelitov ob natančno istem času.
Če temu ni tako, potem imamo za vsako meritev različno uro.
S hkratnimi meritvami razdalje do štirih satelitov ne izračunamo le treh
kordinat naše pozicije, pač pa tudi ugotovimo napako ure v
sprejemniku z zelo dobro natančnostjo. Tipična ura ima vsako sekundo
približno 1000 ns pogreška, toda uro sprejemnik lahko sedaj
prilagajamo natančni GPS uri, kar nam naredi iz navadne ure natančno
atomsko uro. Sprejemniki popravljajo uro vsako sekundo in
zagotavljajo natančno uro tudi za zunanje uporabnike. Če postavimo
sprejemnik v natančno poznano lokacijo, potrebujemo samo en satelit,
da sproti korigiramo uro.
Štiri je torej minimalno število satelitov za izračun pozicije in časa. Več
kot imamo satelitov, bolj natančne rezultate lahko dobimo. To bo
kasneje opisano še bolj natančno v podpoglavju o GDOP.
Torej naši mlinčki, ki jih držimo u rokah z vzpostavitvijo zveze s sateliti se spremenijo v izredno natančne atomske ure, prav tako nam očitajo izredno natančnost hitrosti ko se vozimo z avtom. Verjetno ste vsi zaznali, da imamo odstopanje in do 5 km/h na uro razlike med števcem v avtu in našim navigacijskim mlinčkom.
