GPS, alebo Global Positioning System, je po slovensky Globálny systém určenia polohy. Aj bez doslovného prekladu ale zrejme drvivá väčšina z vás vie, čo sa za týmto pojmom ukrýva. Ide o systém, ktorý prostredníctvom satelitov dokáže určiť polohu konkrétneho zariadenia na Zemi. Túto základnú definíciu určite ovládate, no viete, čo presne sa za týmto systémom ukrýva a ako presne funguje?
História a vývoj GPS
Pozrime sa najskôr trošku do histórie. Hoci určité formy navigačných systémov fungovali už od začiatkov 60. rokov 20. storočia, družice boli prvýkrát pre takýto účel použité až v roku 1959. Vtedajší námorný systém niesol označenie TRANSIT a pomáhal lokalizovať ponorky. Tie museli na určenie lokalizácie čakať aj niekoľko hodín, no práve tu boli položené prvé základy toho, čo dnes poznáme a denne používame.
V nasledujúcich rokoch sa systém vyvíjal, na čom sa podieľali najmä americké armádne zložky. Systém bol vtedy označovaný ako NAVSTAR a prvý satelit bol na obežnú dráhu vyslaný v roku 1974. V rokoch 1978 – 1985 bolo na obežnú dráhu vyslaných ďalších 11 satelitov, pričom všetky mali nainštalované atómové hodiny a niektoré aj senzory na rozoznávanie detonácií jadrových bômb. V tomto období sa už systém označuje jednoducho ako GPS.
Moderná doba a GPS ako ho poznáme dnes
Väčšina bežných ľudí sa aspoň okrajovo stretla so systémom najskôr v roku 1983. Bolo to krátko potom, ako bolo kórejské lietadlo zostrelené nad územím Sovietskeho zväzu. Vtedajší americký prezident Reagan prvýkrát umožnil použiť tento systém v civilných lietadlách pre zvýšenie presnosti navigácie a v konečnom dôsledku aj bezpečnosti cestujúcich.
Prvé zariadenie s GPS dostupné pre bežných ľudí nieslo označenie Magellan NAV 1000. V USA sa začalo predávať v roku 1989. Prvý mobilný telefón s GPS prišiel na trh o desať rokov neskôr. Na starosti ho má spoločnosť Benefon a šlo o model Benefon Esc!, ktorý sa predával najmä v Európe a slúžil ako zariadenie použiteľné v núdzi.
Dnes už sa pre určenie vašej polohy prostredníctvom telefónu využívajú aj iné siete ako GPS, vďaka čomu je poloha často oveľa presnejšia. O tom sa v prvopočiatkoch systému mohlo ľuďom iba snívať. Aktuálne je potrebné dostatočne odladiť určovanie polohy v uzavretých priestoroch a budovách, kde nie je vždy GPS signál na dostatočne dobrej úrovni.
Ako to celé funguje?
Celý systém funguje na základe troch zložiek – kozmickej, riadiacej a užívateľskej. Vo vesmíre sa nachádzajú družice, ktoré obiehajú okolo Zeme na rôznych miestach a snažia sa tak svojim signálom pokryť celú plochu planéty. 21 družíc aktívne pracuje, ďalšie tri sú aktívne záložné a pripravené kedykoľvek nahradiť niektorú z tých aktívnych. Do systému je ale zapojených niekoľko ďalších, a tak je zabezpečená bezproblémová funkcionalita a najmä vysoká spoľahlivosť celého systému. Niektoré z družíc sú opatrené aj ochranou proti elektromagnetickému impulzu, ktorý vznikne pri výbuchu atómovej bomby. Iné majú iba senzory, ktoré zachytia prípadný jadrový výbuch.
Riadiaca časť systému pozostáva z riadiacich centier, ktoré kontrolujú činnosť družíc. Hlavná stanica Master Control Station sa nachádza v americkom štáte Colorado. No a potom je tu ešte užívateľská časť, ktorá je tvorená samotnými prijímačmi. Telefóny, GPS navigácie, ale aj inteligentné hodinky sú zapojené do celého systému a umožňujú používateľom sledovať svoju polohu na mape.
Samotné družice pritom vždy operujú aspoň v trojici. Na základe tzv. trilaterácie dokážu určiť polohu konkrétneho zariadenia. Funguje to tak, že poloha zariadenia je vypočítaná na základe priesečníku guľových plôch, ktoré sú pokryté tromi rôznymi satelitmi. Meria sa tu dlžka šírenia signálu od družice k zariadeniu. Okrem toho družice vysielajú aj informácie o svojej polohe, na základe ktorých vieme zistiť polohu GPS prijímača.
Všetko by to bolo bezproblémové, keby sa do úvahy neberie rozdiel v čase medzi odoslaním a prijatím signálu. Za ten čas sa družica na obežnej dráhe posunie, a tak je potrebné brať tento rozdiel do úvahy. Okrem toho tu zohráva úlohu aj relativita. Hoci družice sú vybavené atómovými hodinami, čas na obežnej dráhe plynie relatívne pomalšie k času na zemskom povrchu, kde je väčšia gravitácia. Do úvahy tak treba brať aj tento faktor, a tak je výpočet presnej polohy zariadenia komplikovanejší, ako by sa mohlo zdať.
Teraz už viete aspoň čosi o tom, ako GPS funguje. Nie je to vôbec jednoduché, no ani také komplikované, ako by sa mohlo zdať. Ak sa nabudúce zapojíte do debaty o GPS, budete mať dostatok informácií na to, aby ste ohromili vašich priateľov.
Zdroje: Physics.org, PCWorld.com, NASASciFiles’s channel (YouTube), loc.gov, astronomy.ohio-state.edu, radioshack
