Štruktúra systému GPS

Systém GPS je tvorený tromi základnými segmentami:

kozmicky

===== Kozmický segment: ===== Tento segment je tvorený sústavou družíc, rozmiestnených na obežných dráhach a vysielajúcich navigačné signály. Plná konštelácia GPS pozostáva z 24 družíc: 21 navigačných a troch aktívnych záložných družíc obiehajúcich Zem každých približne 12 hodín. Obežné dráhy majú stálu pozíciu voči Zemi. Výška obežnej dráhy je zvolená tak, že družice opakujú rovnakú dráhu nad povrchom a rovnakú vzájomnú polohu nad daným bodom každých približne 12 hodín. Konštelácia je tvorená šiestimi obežnými dráhami so štyrmi družicami na každej z nich a sklon obežnej dráhy je okolo 55 stupňov vzhľadom k polárnej rovine. Toto usporiadanie poskytuje užívateľom signál zo štyroch až dvanástich družíc na ktoromkoľvek mieste na Zemi. Družice sú vybavené štyrmi atómovými hodinami a akumulátormi, batérie majú k dispozícii solárne panely s plochou 7,2 m2. Každá z družíc váži približne 900 kg.

riadiaci

===== Riadiaci segment: ===== Riadiaci segment je zodpovedný za riadenie celého globálneho polohového systému. Z užívateľského hľadiska je jeho hlavnou úlohou aktualizovať údaje obsiahnuté v družicových navigačných správach. Tento segment je tvorený systémom štyroch monitorovacích pozemných staníc umiestnených okolo celého sveta. V Colorade (USA) na leteckej základni Falcon je umiestnená Hlavná riadiaca stanica. Na mape je rozmiestnenie týchto staníc. Okrem toho systém zahrňuje ešte tri stanice umožňujúce vysielať na družice údaje o ich obežných dráhach a nastavení hodín. Každá družica môže obdržať aktualizované údaje i niekoľkokrát denne.

Monitorovacie stanice merajú signály vysielané družicami a získané údaje prenášajú do Hlavnej riadiacej stanice. Tu sú na základe prijatých výsledkov vypočítané presné údaje obežných dráh (tzv. efemeridy) a korekcie hodín pre jednotlivé družice a prenesené na vysielacie stanice. Vysielacie stanice potom minimálne jedenkrát denne vysielajú efemeridy a údaje o nastavení hodín na jednotlivé družice. Tieto družice potom vysielajú prostredníctvom rádiových signálov (družice GPS používajú základnú frekvenciu 10,23 MHz) efemeridy svojich obežných dráh a presný čas do GPS príjmačov.

uzivatelsky

Užívateľský segment:

Užívateľský segment sa skladá z GPS príjmačov, užívateľov, vyhodnocovacých nástrojov a postupov. GPS príjmače uskutočnia na základe prijatých signálov z družíc predbežné výpočty polohy, rýchlosti a času. Pre výpočet všetkých štyroch súradníc (x, y, z, a t) je potrebné príjmať signály aspoň zo štyroch družíc. Tieto príjmače sú používané pre navigáciu, stanovovanie polohy, meračstvo, stanovovanie presného času ale i pre iné účely. Užívatelia používajú rôzne príjmače GPS, medzi najznámejších výrobcov príjmačov pre geodéziu patrí firma Trinble a Zeiss. Príjmače sa delia na jednofrekvenčné a dvojfrekvenčné. Dvojfrekvenčné majú vyššiu presnosť. Na Slovensku sa využíva GPS na budovanie geodetickej siete SlovGerenet.

Navigácia v trojrozmernom priestore je základnou úlohou GPS. Navigačné príjmače sú vyrábané pre lietadlá, lode, pozemné vozidlá, pre kozmické telesá a taktiež v ručnom prevedení. Presné stanovovanie polohy je možné pri použití referenčných príjmačov umiestnených na miestach so známou polohou, ktoré potom umožňujú získať korekciu pre opravu výpočtov z mobilných staníc. Príkladom použitia potom môžu byť meračské práce, vytyčovanie geodetických sietí, meranie súvisiace s tektonikou litosferických dosiek a pod. Ďalším možným použitím GPS je poskytovanie presného časového signálu a prípadne i kmitočtového štandardu. Špeciálne, k tomuto účelu vyvinuté GPS príjmače tak umožňujú pre potreby astronomických observatórií, telekomunikačných zariadení laboratórií všetkého druhu nastaviť presný čas a prípadne i presnú frekvenciu. GPS signály je možné použiť i k výskumným účelom, napríklad pre štúdium parametrov atmosféry.

Využitie GPS pre navigačné účely:

Aplikácie GPS v oblasti dopravy je možné rozdeliť do dvoch kategórií:

  • Pasívne - zamerané len na sledovanie pohybu mobilných prostriedkov
  • Aktivné - zamerané na cieľavedomé ovplyvňovanie pohybu mobilných prostriedkov

Hranica medzi týmito dvoma kategóriami nie je celkom jednoznačná, aplikácie druhej kategórie väčšinou predstavujú kombináciu pasívneho i aktívneho sledovania a ovplyňovania pohybu vozidiel. Väčšinou je možné vysledovať postupný vývoj od pasívneho k aktívnemu sledovaniu.