GPS III Unde suntem noi? Și unde mergem?

Cu cincisprezece ani în urmă, primul telefon mobil cu funcții GPS a intrat pe piață. S-a flopat, dar factorul de formă pe care l-a pionierat, combinând echipamente de comunicații aproape de cele militare cu un dispozitiv de consum a rămas cu noi.

Nu puteți să vă întoarceți un colț fără telefon sau ceas sau pantofi care vă spun unde să mergeți, deoarece știu exact unde vă aflați. Dar nu a fost întotdeauna cazul.

O scurtă istorie a GPS

Considerăm că GPS-ul se acordă ca un "produs", un mare cadou de la Reagan-Era Războiul Rece război rece MADness, care în mod obișnuit învață schoolers înalt despre relativitate. Faptul deprimant este că GPS-ul (sau GNSS așa cum era clasificat la acea dată) a fost pus la dispoziția publicului numai după un dezastru familial al unei companii aeriene.

În 1983, la doar cinci ani de la lansarea primului satelit NAVSTAR, zborul Korea Air Lines Flight 007 a fost doborât după trecerea în spațiul aerian sovietic din cauza erorilor de navigație pilot. Răspunsul global la pierderea a 269 de suflete la bord a fost înfricoșat, dar afectat de Politica Războiului Rece, iar președintele Ronald Reagan a anunțat că GPS-ul va fi pus la dispoziția lumii gratuit pentru a preveni o astfel de tragedie.

Sistemul global de poziționare a fost conceput inițial dintr-o necesitate militară de a coordona mișcarea trupelor și a ambarcațiunilor în zone necunoscute (cum ar fi Golful Persic, unde GPS-ul a fost folosit pentru prima dată în teatru în Operațiunea Desert Storm), precum și Sistemul de detectare a detonării nucleare NUDET).

Anii de poziționare "selectivi"

Datorită utilizării mai multor sateliți cu ceasuri extrem de precise, GPS-ul a avut o precizie de poziționare de aproximativ 10 m de la început. Cu toate acestea, Departamentul Apărării a introdus erori intenționate de poziționare în benzile civile, citând temeri că tehnologia va fi folosită împotriva lor. Acest lucru, așa cum se întâmplă deseori, a fost respins aproape instantaneu.

Chiar și în timpul primei utilizări operaționale a GPS în "Desert Storm", numărul limitat de unități de receptori GPS scumpe, pline de energie, au condus mulți membri ai armatei forțați să creeze receptoare civile "ieftine", ușor și aproape omniprezente, care erau efectiv inutile în câmp datorită acestor erori intenționate. Aceasta a fost o problemă atât de recunoscută încât sistemul de introducere a erorilor (denumit Disponibilitate selectivă sau doar SA) a fost oprit la nivel mondial pentru restul războiului din Golf ('90 -'91).

De-a lungul anilor 90, organismele militare, corporatiste și civile au impus ca SA să fie înlăturată, cu oameni de la firmele de transport la FAA argumentând că zgomotul fals în semnal a limitat utilitatea și adaptarea GPS în zonele respective. Aceste erori au fost oprite "permanent" în 2000 de către președintele Bill Clinton.

Cu toate acestea, o nouă generație de sateliți sunt lansate, care promite o creștere semnificativă nu numai a preciziei, dar și a disponibilității GPS. Fiind desemnat ca GPS Bloc III sau doar GPS III, această suită de 30 de sateliți noi va înlocui blocul II care este în curs de îmbătrânire și blocul I deja dezactivat. Din 64 de păsări blocate I / II lansate, 33 rămân operaționale, cel mai vechi fiind Navstar IIA-01, la vârsta de 23 de ani.

Motivele pentru care acești sateliți reprezintă o îmbunătățire masivă sunt mai complicate decât “este mai rapid să se blocheze și să fie mai precis”. Iata de ce.

Cum funcționează GPS-ul

GPS funcționează ca un sistem de difuzare pur; nu are nevoie de nicio conexiune de date pentru a-ți spune poziția (deși cele mai multe aplicații vor avea nevoie de o conexiune de date Sick de conexiunea de date a GPS-ului tău cu GPS? 3 Actualizate Hărți Offline [Android] Nu cu mult timp în urmă, Chris a acoperit trei dintre cele mai bune aplicații GPS offline disponibile pe Android. De atunci, multe alte aplicații GPS au lansat sau au primit actualizări majore. partea de cartografiere). Telefonul sau SatNav nu vorbește cu satelitul de 12.500 de mile distanță, ci doar ascultă pe o anumită frecvență pentru anumite coduri.

Telefonul tău ascultă un anumit canal sau o "trupă", fiecare satelit difuzând propriul cod de timp personal bazat pe propriul ceas atomic care plutește în orbită. Cu toate acestea, deoarece fiecare satelit este la o distanță diferită de dvs., atunci când primiți aceste "căpușe", acestea vor fi ușor sincronizate. Apoi, dispozitivul GPS încearcă să sincronizeze fiecare flux cu un ceas intern, astfel încât acesta să poată determina cât de departe este fiecare satelit din locația dvs..

Deci, ești X, Y și Z de mile de la trei sateliți. Acestea sunt la cel puțin 12.500 de mile deasupra capului dvs. și călătoresc la 14.000 de mile pe oră și nu aveți idee unde se află sau unde se îndreaptă. Acest lucru nu este de mare ajutor până când adăugăm codul de timp pe care îl difuzează fiecare satelit, care conține mult mai multe informații decât timpul.

Știu unde sunt, dar unde ești?

Pentru a afla unde ne bazăm pe "căpușele" sateliților, avem nevoie de un pic de informații suplimentare care sunt deja transmise în codul de timp, ceea ce se numește "Almanah". Aceasta conține informații despre caracteristicile orbitelor curente ale sateliților. Deci, telefonul dvs. construiește un mic model planetariu bazat pe timp care este exact până la câteva nanosecunde. Ea funcționează în cazul în care sateliții sunt în spațiu, și în cazul în care sunteți în relație cu sateliții Cum funcționează GPS [MakeUseOf Explică] Cum funcționează GPS [MakeUseOf Explică] Ca un joc pasionat, sunt surprins de corelația dintre caracteristicile GPS jocuri video moderne și proliferarea tehnologiei GPS în viața de zi cu zi. Când eram copil, hărțile de hârtie și cartografia erau ... Citește mai mult. Boom. Cel mai apropiat Starbucks se află la 12,6 metri distanță.

Acum devine interesant; asta e doar o "trupa" sau un canal. Au existat inițial trei canale; două (L1 / L2) au fost utilizate pentru Achiziție și Poziționare respectiv. Acestea au fost folosite în aplicațiile pentru consumatori, dar dacă aveați un cod special de criptare (denumit în mod obișnuit codul de aur), ați obținut o precizie mai mare,.

În cele din urmă, banda L3 este rezervată pentru Detectarea Detonărilor Nucleare, care monitorizează globul pentru evenimente cu infraroșu cu energie înaltă și este folosită în cea mai mare parte pentru a pune în aplicare tratatele de interdicție a încercărilor nucleare. Dar noile versiuni ale standardului GPS vin cu noi caracteristici interesante.

Ce este nou în GPS III?

În sistemele Block II și noul sistem Block III, numărul benzilor disponibile este mărit la 5. L4 este lăsat ca o bandă de cercetare, în timp ce L5 include semnalele "Safety-of-Life" (semnale SoL și semnale pilot), ceea ce este extrem de important versiune sigură a GPS pentru utilizatorii de aviație, maritim și "căutare și salvare".

În noile sisteme, metoda de suprapunere a datelor în același semnal folosind un cod de aur (CDMA) este, de asemenea, folosită pentru a produce semnale suplimentare pentru canalele civile și militare numai (L2C și respectiv M-Code).

Codul L2C este de 250 de ori "detectabil" (care nu este același cu cel "puternic") și funcționează pe o bandă diferită de cea utilizată în mod obișnuit de GPS-ul civil. Deoarece acum avem acces la două benzi, le putem compara în timp real pentru a compensa interferențele atmosferice, ceea ce înseamnă că consumatorii vor reuși în cele din urmă să obțină o poziție de încredere în interior (în rațiune) .

Codul M reprezintă elementul de bilet mare care justifică noile modificări ale funcționării GPS. Cele două mari progrese în acest sens sunt direcționalitatea și anti-bruiajul. Mai degrabă decât sistemul normal de "difuzare a întregului pământ", noii sateliți Block III vor avea atât antene globale, cât și direcții M-Code, oferind trupelor o recepție de 100x mai puternică în conul razei, care va fi (doar) câteva sute de kilometri peste.

În legătură cu această pompă de putere, semnalele M-Code vor include, de asemenea, o serie de tehnici de corectare a erorilor, anti-bruiaj, anti-spoofing și de difuzare a datelor pentru a combate sistemele locale de negare a GPS și a asigura că trupele au întotdeauna cele mai bune date de poziție disponibile, de vreme, de locație sau de inamic.

În plus, există upgrade-urile obișnuite care vin când achiziționați o nouă bucată de kit; ceasurile Rubidium mai rapide dau un timp mai precis și o poziționare mai bună a receptorului. Între timp, panourile solare mai bune vor oferi mai multă putere antenelor mai puternice, ceea ce înseamnă mai multă putere la capătul receptorului.

Apoi, aveți adaosurile obișnuite atunci când guvernele se implică în lucruri; NASA a cerut să rămână pe câteva catadioptri cu laser (oglinzi) pentru a oferi o mai bună urmărire a orbitelor la sol, iar Forțele Aeriene fac lobby pentru a adăuga capacitatea suplimentară de căutare și salvare (SAR) pe canalele de date solare existente. Aceasta face parte dintr-un standard global pentru sistemele SAR care implică 37 de țări și nu va oferi doar detectarea și localizarea instantanee a semnalului de urgență, ci și abilitatea de a trimite mesaje scurte către receptor.

Este în aer?

Multe dintre aceste avansuri se bazează nu numai pe sateliții actualizați, ci și pe stațiile Ground Ground actualizate, numite anterior “Segmente de control operațional”(OCS). Aceste stații de sol sunt locuri din întreaga lume și coordonează căile orbitale, densitatea de acoperire și capabilitățile de căutare și salvare / detectare nucleară pentru rețeaua GPS, precum și corectarea periodică pentru dilatarea specială a timpului de relativitate. Noile versiuni ale acestor stații terestre (OCX) permit majoritatea acestor progrese, precum și interoperabilitatea dintre sistemele GNSS din SUA și cele europene (PS, de aceea GPS-ul e deștept dacă sunteți în Europa în comparație cu SUA; păsări peste capul nostru).

Din nefericire, tocmai aceste noi sisteme minunate împiedică lansarea GPS III. Contractorul de la Lockheed Martin a fost contractat pentru a construi primul dintre sateliți, însă a fost întârziat de noile calculatoare de management și de navigație L2C de la Exelis; în timp ce Raytheon a fost contractat pentru a construi OCX-urile, care au înregistrat depășiri semnificative ale bugetului.

Rezumat și speculații

Beneficiile noului sistem Block III, inclusiv unele dintre biții pe blocul II lansat în prezent, pot fi rezumate astfel:

• Scăderea timpului de achiziție
• Recepție crescută în interior
• Creșterea preciziei și a sensibilității la mișcare
• Zonă de acoperire mai largă
• Precizie sporită pentru scenariile de desfășurare militară utilizând un fascicul concentrat
• Capacități sporite de prevenire a blocării (nu este clar dacă acest lucru se aplică atât semnalelor civile, cât și celor militare, dar sunt optimist)
• Creșterea interoperabilității cu sistemul de poziționare GALILEO din Europa
• Scaderea timpului de reactie Search-And-Rescue si o acoperire globala mai buna cu o anumita capacitate de mesagerie, care ar fi putut preveni pierderea lui MH370

Cu întârzieri atât în ​​sistemele de sateliți, cât și în segmentele de control al solului, este puțin probabil să vedem avantajele complete ale acestor sisteme până la sfârșitul anului 2015 / mijlocul anului 2016. Cu toate acestea, odată ce au urcat, au o viață propusă de 15 ani, deci unde mergem după aceea??

SUA nu mai este singurul jucător din Global Navigation. Rusia a avut GLONASS de la mijlocul anilor 90 și în ultimii 5 ani atât sistemele BeiDou din China, cât și sistemele GALILEO din Europa au venit online. Nu în ultimul rând, Sistemul regional de navigație prin satelit indian (IRNASS) este programat să funcționeze în următorii câțiva ani.

Toate acestea au focalizare regională diferită, astfel încât întrebarea mare devine, cine va colabora mai întâi? Vor fi factorii de decizie sau guvernele globale? Sau vom reveni la zilele în care călătorii la nivel mondial trebuie să aibă un telefon mobil pentru fiecare continent?

Cu noile prelungiri la GPS, Statele Unite au demonstrat disponibilitatea de a lucra cu sistemul european, la fel ca și Rusia, prin furnizarea interoperabilității Siguranța vieții cu GPS și GALILEO. Cerurile devin ocupate, iar în acest ritm vor exista cel puțin 120 de sateliți pe cer, care oferă poziția "cuiva". Dacă totul merge bine, noi, consumatorii săraci, ar putea chiar să le folosim pe cei mai mulți, ducându-ne la o precizie de câteva centimetri, chiar și în interior. Aceasta înseamnă satisfacerea cerințelor FAA pentru autopilotul de apropiere de precizie pentru aeronave (aluzie și dronuri), precum și pentru detectarea mult mai precisă a benzii de rulare pentru autoturisme. Iată cum vom ajunge într-o lume plină cu mașini fără șofer Iată cum am "O să ajungeți într-o lume plină cu mașini fără șofer Drivingul este o sarcină dificilă, periculoasă și dificilă. Ar putea fi automatizată într-o bună zi prin tehnologia Google pentru mașini fără șofer? Citeste mai mult .

Adăugați acest lucru la progresele înregistrate în purtătorii de lenjerie de corp Comparativ: Ce este fierbinte și ce nu este? 6 Dispozitivele viitoare comparate: Ce este fierbinte și ce nu? Vă prezint șase dintre cele mai interesante și utile dispozitive portabile tech fie pe piață, introduceți-l. Citește mai mult și IoT Care este Internetul lucrurilor și cum va afecta viitorul nostru [MakeUseOf explică] Ce este Internetul lucrurilor și cum va afecta viitorul nostru [MakeUseOf explică] Se pare că există noi buzzwords care apar și mor cu fiecare zi care ne trece prin, și "Internetul lucrurilor" se întâmplă să fie una dintre cele mai recente idei care ... Citiți mai multe dispozitive (oricât de înspăimântător ar putea fi de ce Internetul lucrurilor este cel mai mare coșmar de securitate De ce Internetul Lucrurile sunt cel mai mare coșmar al securității Într-o zi, ajungeți acasă de la serviciu pentru a descoperi că sistemul dvs. de securitate la domiciliu a fost încălcat, cum a putut să se întâmple acest lucru cu Internetul lucrurilor (IoT). Mai mult) și ne uităm la un viitor de mici dispozitive care știu unde sunt și pot vorbi unul cu celălalt. Smart-Wallets, inteligente Doorbells care doar "sună" dacă cineva este în casă, chei, pungi, toate aceste lucruri care pot vorbi cu telefonul mobil și pot spune unde sunt cu o precizie de câteva centimetri (Apoi, unde mi-am lăsat cheile ...).

Sunt doar câteva din gândurile mele despre locul unde ne va duce această tehnologie, dar care este povestea ta? Ce puteai să faci cu dispozitive care să respecte poziția? Ar trebui să ne fie frică?

Și, ca întotdeauna, orice întrebări sau ceva pe care l-am eliminat prea mult, întrebați în comentarii.

Image Credits: Istoria șobolan: Operațiunea Desert Storm - Războiul de la sol; Mashup de două piese de DonkeyHotey, lansat (și re-lansat) sub CC-SA-2.0, Canada căutare și de salvare de către Bmpower la Wikipedia engleză (propria muncă); Trilateration 2D de către Javiersanp prin Wikimedia Commons (GFDL sau CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0 proprii), Harta de control a segmentului GPS licențiată sub domeniu public prin intermediul GPS.gov; Debris-GEO1280 de către NASA Orbital Debris Program Office, licențiat sub domeniu public, prin Wikimedia Commons

Explorați mai multe despre: Astronomie, GPS.