Co to je GPS? Historie a úvod do problematiky

Řídící segment

Řídící segment tvoří soustava pěti monitorovacích stanic, čtyř pozemních vysílačů a Hlavního řídícího střediska. Monitorovací stanice jsou umístěny rovnoměrně po obvodu Země, většinou blízko rovníku. Nacházejí se na Havajských ostrovech, na atolu Kwajalein na Marshallových ostrovech v západním Tichomoří, na ostrově Ascension ve středním Atlantiku, na ostrově Diego Garcia uprostřed Indického oceánu a v Colorado Springs v USA. Pozemní vysílače jsou umístěny na ostrovech Ascension, Diego Garcia, na atolu Kwajalein a na Havaji. Hlavní řídící středisko sídlí na Schrieverově letecké základně v Colorado Springs v Coloradu.
Hlavním úkolem řídícího segmentu je sledování drah družic a stavu jejich atomových hodin. Stará se o provádění korekcí v dráze letu i vysílaném signálu družic a zajišťuje synchronizaci atomových hodin. V době zapnuté selektivní dostupnosti bylo úkolem kontrolního segmentu zajistit pomocí modifikace družicového signálu požadovanou míru degradace přesnosti určení polohy. Dále je kontrolní segment zodpovědný i za nejrůznější provozní opatření, z nichž nejdůležitější jsou správa a údržba stávajících družic (například změny oběžných drah a pozic družic, stahování vysloužilých družic z oběžné dráhy, aj.) a podílí se i na přípravě vypouštění nových družic.

Uživatelský segment

Uživatelský segment se skládá z GPS přijímačů jednotlivých uživatelů, umožňujících přijímat signály z družic a získávat z nich informace o své poloze a čase. Uživatelský segment tvoří pasivní přijímače (pasivní proto, že pouze přijímají signály a data z družic. Důvodem vzniku pasivního systému bylo především to, aby nemohly být přijímače zaměřeny nepřítelem ) schopné přijímat a dekódovat signály z družic. Jejich provoz není spojen s žádnými poplatky za využívání služby. Díky tomu, že přijímače nemusí komunikovat s družicemi, je systém GPS schopen obsloužit neomezený počet uživatelů.

GPS v praxi

Vojenské účely - Zařízení pro příjem GPS jsou integrovány do letadel, tankerů, lodí i ponorek, tanků i pozemní vojenské techniky. Kromě navigačních aktivit je systém využíván k označování cílů a navádění raket, je součástí vzdušné podpory a montuje se i do „chytrých" zbraní.

Zemědělství - Satelitní navigace pomáhá zemědělcům k vyšší produktivitě a účinnosti stávajících metod obdělávání půdy. Mnoha uživatelům slouží k řízení speciálních postupů, zejména při aplikací chemických a průmyslových hnojiv. Navigace také poskytuje lokální data o pozemcích a je možné z ní vyčíst například zamoření polí plevelem nebo onemocnění pěstovaných kultur.

Letectví - Satelitní navigace je v leteckém průmyslu využívána v mnoha oblastech. Navigační systémy letadel pomáhají při řízení téměř všech manévrů, která jsou letadla nucena provádět. Jedná se o pomoc při vzletu i přistávání, stroje jsou pod neustálou GPS kontrolou i během svého pobytu ve vzduchu, trasy letadel jsou předem pevně naplánovány a jejich dodržování je pod neustálou kontrolou.
Důvodem je jednak bezpečnost provozu, jednak i jeho ekonomika. Absolutní výhodou systému GPS je i kontrola polohy letadel nad oceánem, která by jinak nebyla z pozemních vysílačů možná. Letadla jsou pod kontrolou nejen ve vzduchu. Hustota provozu na letištích se natolik zvýšila, že bylo nutné vyvinout pozemní systémy řízení pohybu letadel, které využívají ke své činnosti soustavu GPS. Velkou výhodou je možnost využití systému v jakýchkoliv povětrnostních podmínkách, ve dne i v noci.

Životní prostředí - Satelitní navigace umožňuje vyhodnocovat přesné informace o přírodních jevech, které probíhají na velkých plochách.
Tímto způsobem je možné předpovídat rychlost postupu lesních požárů, vzdušných vírů a jiných nebezpečných jevů a chránit tak životy i majetek na dotčených územích.

Námořní doprava - Satelitní navigace poskytuje vyjímečnou přesnost a velký potenciál pro námořníky a manažery v námořní dopravě. Za zmínku stojí nejen využití pro navigaci při cestách oceány, ale také zmapování a označení nebezpečných míst, mělčin, a podobně. Rybářské flotily využívají satelitní systém k přesnému navedení do oblastí s optimálním výskytem ryb a za jeho pomoci jsou schopny i mapovat cesty migrace ryb. Rychlý přístup k informacím o přesné pozici, rychlosti a kurzu šetří čas i palivo a zefektivňuje práci i cestování.

Záchranný systém - Satelitní navigace se rychle stává standartem i v jednotkách záchranného systému. Možnost rychlého určení místa nehody, požáru nebo ztroskotání lodi nebo letadla a následná schopnost být na toto místo rychle naveden se stává novou cestou pro zlepšení a zefektivnění práce výše uvedených složek.

Železniční doprava – Většina železničích soustav je provozována na jednokolejných tratích. Precizní znalost polohy vlaků pomáhá předcházet nehodám, zachovává plynulost dopravy a minimalizuje nákladná zpoždění, způsobená kontrolami zajíšťujícími bezpečný vjezd na volnou trať. Satelitní navigace také poskytuje zvukové signály a informace o důležitých uzlech nebo železničních přejezdech. Monitoruje tak pohyb vozidel a zajišťuje bezpečnost provozu. Současné technologie umožňují také plně automatizovaný provoz vlaků.

Volný čas - Technologie satelitní navigace pomohla překonat mnoho utrpení a rizik, které byly do té doby s aktivním využíváním volného času spojeny. Přenosné přijímače umožňují absolvovat cesty v neznámých oblastech s pocitem jistoty, bez obav ze ztráty orientace. Jsou využívány k určování polohy, směru, rychlosti, vzdáleností a času.
Outdooroví nadšenci jsou za pomoci GPS ve dne i v noci schopni přesně dosáhnout vytčeného cíle a vrátit se na místo určení aniž by bloudili nebo se vystavovali zbytečnému nebezpečí. V současné době je v prodeji celá řada aplikací, které umožňují nejen poznat svou aktuální polohu, s jejich pomocí je možné podrobně naplánovat trasu cesty věetně začlenění různých zájmových bodů. Stále se také zvyšuje počet uživatelů, kteří využívají GPS při hraní her, speciálně založených na satelitní navigaci. S pojmy jako je Geocaching, Degree Confluence Points nebo GPS-Drawing se ale seznámíme někdy příště.

Vesmírné projekty - Satelitní navigace oživuje a posiluje vesmírný výzkum a operace prováděné ve vesmírném prostoru. Pomáhá také řídit a kontrolovat polohu satelitů na oběžné dráze. Využitím speciálních algoritmů budou již brzy satelity schopny navádět se automaticky čímž se usnadní provoz pozemních řídících středisek. Rakety a kosmické lodě budoucnosti budou schopny startovat, pracovat na oběžné dráze a poté se vrátit na Zemi pod neustálým řízením a kontrolou satelitním navigačním systémem.

Pozemní doprava - Schopnosti satelitní navigace, umocněné informačními technologiemi a moderními systémy řízení pomáhají při řešení všech činností, týkajících se plánování pozemní dopravy.
Jsou využívány ke sledování pohybu a polohy vozidel, k plánování nejefektivnějších tras a mohou se stát zdrojem výnosů, plynoucích z asistence při provozování integrovaného systému dopravy.

Zeměměřičství, mapování - Satelitní navigace je využívána jak k zodpovězení jednoduchých otázek týkajících se plánování, tak k přesnému stanovování linií nebo komplexních věcí při výstavbě infrastruktury v urbanistických centrech.
Pomocí této revoluční technologie jsou dva lidé během krátkého času schopni získat velké množství kontrolních bodů, důležitých pro přesné zakládání staveb. Zakládání a mapování systému pozemních cest i železničních tratí může být také prováděno na základě této mobilní platformy a významně ušetřit čas i peníze.

Čas - Díky přesnosti atomových hodin, používaných v družicích je satelitní navigační systém využíván k synchronizaci hodin a mnoha událostí po celém světě. Čas atomových hodin je extrémně přesný, jeho odchylky dosahují hodnot nanosekund. Je tak přesný, že jsou na něm závislé i společnosti, pro které hraje přesné načasování událostí životně důležitou úlohu. Například světové investiční a bankovní společnosti se denně spoléhají na přesnost systému z důvodu celosvětově simultánního provádění finančních transakcí.

Je těžko říci, co je při využívání GPS nejdůležitější. Ve světě, který se mění každým novým dnem ale přetrvává jedna univerzální pravda - totiž čas.

Co dodat na závěr ?

Z pohledu laika se dá jen těžko předpokládat, jakým směrem se bude vývoj GPS ubírat. Plány zatím sahají zhruba do roku 2030. V této době by měly už dosluhovat družice zatím posledního konceptu - bloku III, které se na obloze začnou objevovat někdy v roce 2020.
Důležitou otázkou bude také vzájemné soužití systému NAVSTAR - GPS s vyvíjeným evropským projektem GALILEO a již pracujícím ruským systémem GLONASS. Ale jak jsme naznačili v úvodu - dokud budou naše navigační krabičky spolehlivě přijímat a vyhodnocovat data zasílaná satelity, budeme mít jistotu, že vývoj a provoz satelitního systému je ve správných rukou.

• http://pnt.gov/
• http://aldebaran.cz/
• http://www.boeing.com
• http://www.au.af.mil/au/awc/awcgate/smc-fs/gps_fs.htm
• http://www.nasa.gov/externalflash/nasa_gen/index.html
• http://www.kowoma.de
• http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/about_gps.htm
• http://www.astro.oma.be/
• http://www.gps.oma.be/common/main_links_ok_css.htm

Poznámka a poděkování: Některé pasáže, převzaté od jiných autorů, byly textově přepracovány či doplněny, překlady zahraničních stran nejsou doslovné. Pokud máte nějaký dotaz či připomínku k článku, pište ji prosím do diskuze.

Omlouvám se všem autorům, které jsem z důvodu časové tísně nestačil oslovit a počkat na laskavé svolení s publikováním částí jejich článků.