Historię w tej dziedzinie stworzył amerykański system GPS – NavStar (ang. Global Positioning System – NAVigation Signal Timing And Ranging), który powstał w latach siedemdziesiątych ub. wieku na potrzeby amerykańskiej armii. Miał dać przewagę na polu walki (precyzyjne prowadzenie pocisków), ale już 10 lat po wystrzeleniu pierwszego satelity podjęto decyzję o dopuszczeniu cywilów do korzystania z systemu. Obecnie amerykański NavStar składa się z ponad 30 satelitów, ale to tylko jeden z trzech elementów całego systemu.
Drugim są dwa (naziemne) centra kontrolne – główne, w bazie lotniczej Shriever (Kolorado, USA) i zapasowe, w bazie powietrznej Vandenbergm (Kalifornia, USA). Trzeci element to odbiorniki sygnału, czyli smartfony, nawigacje samochodowe itp. Choć w języku potocznym nazwa GPS stosowana jest bardzo często, warto podkreślić, że nad naszymi głowami fruwają także satelity innych programów:
- rosyjskiego Glonass,
- europejskiego Galileo
- i chińskiego Beidou.
Jak działa geolokalizacja?
Zasada działania lokalizacji satelitarnej jest dość prosta, ale już jej realizacja nieco skomplikowana. Każdy z satelitów wysyła sygnał do Ziemi, który przekazywany jest przez antenę do odbiornika, który w zależności od rozwiązania zintegrowany jest z anteną lub z terminalem w ciągniku. Najważniejszą składową sygnału jest godzina nadania z satelity. Odbiornik na Ziemi (np. w traktorze) porównuje godzinę nadania sygnału z godziną jego otrzymania i w ten sposób oblicza czas podróży sygnału. Wiemy, że prędkość sygnału jest stała i znana (równa prędkości światła), dlatego obliczenie odległości wymaga jedynie pomnożenia czasu przez prędkość.
Zobacz także: Rolnicze pojazdy autonomiczne Krone i Lemken: intensywny rozwój w 2024 roku
To zadanie na poziomie lekcji fizyki w szkole podstawowej, wymaga jednak wsparcia zaawansowanej technologii. Każdy z satelitów ma 4 zegary atomowe (po dwa cezowe i rubidowe), odliczające czas z dokładnością do 1 sekundy na 100 tys. lat. Dzięki temu zegary wszystkich satelitów wskazują tę samą godzinę. Bez tak dużej precyzji dokładność systemu lokalizacji byłaby dużo mniejsza niż obecnie. Równie istotne są poprawki matematyczne, jakie urządzenie musi przyjmować wobec wpływu najwyższych warstw ziemskiej atmosfery na prędkość światła.
Precyzyjne wyznaczanie pozycji
Do precyzyjnego wyznaczania pozycji urządzenie musi znać odległość do minimum trzech satelitów. Czwarty będzie potrzebny, jeśli chcemy znać także wysokość nad poziomem morza. Część urządzeń (w tym smartfony) jest przystosowana do korzystania z wielu systemów, co pozytywnie wpływa na dokładność określania pozycji. Im więcej satelitów „widzi” urządzenie, tym precyzyjniejszy jest odczyt. Utrata połączenia z jednym z czterech satelitów zatrzymuje działanie systemu geolokalizacji.
Dzięki bezpłatnej aplikacji, np. GPS Plan można w smartfonie sprawdzić, jak dużo satelitów jest aktualnie dostępnych. Liczba dostępnych satelitów zmienia się w ciągu dnia.
