Global Positioning System

Globales Positionierungssystem (GPS)

Globales Positionierungssystemlogo
Land/Ursprung	Vereinigte Staaten
Bediener (en)	US -Weltraumkraft
Typ	Militär, Zivilist
Status	Operativ
Berichterstattung	Global
Genauigkeit	500–30 cm (16–0,98 ft)
Konstellationsgröße
Gesamtsatelliten	77
Satelliten in der Umlaufbahn	32 (operativ 31)
Erster Start	22. Februar 1978; Vor 44 Jahren
Gesamteinführung	75
Orbitaleigenschaften
Regime (en)	6 Meo Flugzeuge
Orbitalhöhe	20.180 km (12.540 mi)
Andere Details
Kosten	12 Milliarden Dollar[1] (anfängliche Konstellation) 750 Millionen US -Dollar pro Jahr[1] (Betriebskosten)
Webseite	gps.gov

Eindruck des Künstlers von GPS -Block IIR -Satellit in der Erdumlaufbahn

Zivile GPS -Empfänger ("GPS -Navigationsgerät") in einer Marineanwendung

Automobilnavigationssystem in einem Taxi

Ein Luftwaffe Space Command Senior Airman Läuft eine Checkliste während des globalen Positionierungssystems Satellitenoperationen.

Das Global Positioning System (Geographisches Positionierungs System), ursprünglich Navstar GPS,^[2] ist ein Satellitenbasierte Radionavigation System im Besitz der von der Regierung der Vereinigten Staaten und betrieben von der Raumwaffe der Vereinigten Staaten.^[3] Es ist einer der Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS), das liefert Geolokalisierung und Zeitinformationen zu einem GPS -Empfänger Überall auf oder in der Nähe der Erde, wo es eine ungehinderte Sichtlinie für vier oder mehr GPS -Satelliten gibt.^[4] Der Benutzer muss keine Daten übertragen, und arbeitet unabhängig von einer Telefon- oder Internetempfangs, obwohl diese Technologien die Nützlichkeit der GPS -Positionierungsinformationen verbessern können. Es bietet kritische Positionierungsmöglichkeiten für militärische, zivile und kommerzielle Nutzer auf der ganzen Welt. Obwohl die Regierung der Vereinigten Staaten das GPS -System kontrolliert und unterhält, ist es für jeden mit einem GPS -Empfänger frei zugänglich.^[5]

Das GPS -Projekt wurde von der gestartet US -Verteidigungsministerium 1973. Das erste Prototyp -Raumschiff wurde 1978 ins Leben gerufen, und die vollständige Konstellation von 24 Satelliten wurde 1993 in Betrieb. Ronald Reagan nach dem Korean Air Lines Flug 007 Vorfall.^[6] Fortschritte in der Technologie und der neuen Anforderungen an das bestehende System haben nun zu Bemühungen geführt, das GPS zu modernisieren und die nächste Generation von zu implementieren GPS -Block IIIA Satelliten und Betriebssystem der nächsten Generation (OCX).^[7] Ankündigungen von Vice President Al Gore und die Clinton Administration 1998 initiierte diese Änderungen, die von der autorisiert wurden US Kongress in 2000.

Ab den frühen neunziger Jahren wurde die GPS -Positionsgenauigkeit von der Regierung der Vereinigten Staaten durch ein Programm genannt Selektive Verfügbarkeit; Dies könnte selektiv den Zugriff auf das System verweigern oder den Dienst jederzeit verschlechtern^[8] wie dem indischen Militär 1999 während der KargilkriegDies wurde jedoch am 1. Mai 2000 gemäß einem vom Präsidenten unterzeichneten Gesetz eingestellt Bill Clinton.^[9] Infolgedessen haben sich mehrere Länder entwickelt oder sind dabei, andere globale oder regionale Satellitennavigationssysteme aufzubauen.

Das russische globale Navigationssatellitensystem (Glonass) wurde zeitgleich mit GPS entwickelt, litt jedoch bis Mitte der 2000er Jahre unter unvollständiger Berichterstattung über den Globus.^[10] Der Glonassempfang zusätzlich zu GPS kann in einem Empfänger kombiniert werden, wodurch zusätzliche verfügbare Satelliten verfügbar sind, um schnellere Positionsreparaturen und verbesserte Genauigkeit auf zwei Meter (6,6 Fuß) zu ermöglichen.^[11][12]

Chinas Beidou Navigationssatellitensystem Begann 2018 Global Services und beendete den vollständigen Einsatz im Jahr 2020.^[13] Es gibt auch die Europäische Union Galileo -Navigationssatellitensystemund Indiens Navic. Japans Quasi-Zenith-Satellitensystem (QZSS) ist ein GPS Satellitenbasierter Augmentationssystem zur Verbesserung der Genauigkeit der GPS in Asien-Ozeania, wobei die Satellitennavigation unabhängig von GPS für 2023 geplant ist.^[14]

Als die selektive Verfügbarkeit im Jahr 2000 aufgehoben wurde, hatte GPS eine Genauigkeit von fünf Meter (16 ft). GPS-Empfänger, die das L5-Band verwenden und sogar die Genauigkeit der Untermillimeter für langfristige Messungen.^[9][15][16] Verbrauchergeräte wie Smartphones können ebenso genau sein wie innerhalb von 4,9 m (oder besser mit assistiven Diensten wie der Wi-Fi-Positionierung aktiviert).^[17] Ab Mai 2021^{[aktualisieren]}, 16 GPS-Satelliten sind L5-Signale, und die Signale gelten als vor Operation und werden um etwa 2027 24 Satelliten erreichen.

Geschichte

Air Force Film in der Einführung des Navstar Global Positioning System, circa 1977

GPS -Konstellationssystemanimation

Das GPS -Projekt wurde 1973 in den USA eingeführt, um die Grenzen früherer Navigationssysteme zu überwinden.^[18] Kombination von Ideen mehrerer Vorgänger, einschließlich klassifizierter Ingenieurdesignstudien aus den 1960er Jahren. Das US -Verteidigungsministerium entwickelte das System, das ursprünglich 24 Satelliten für das Militär der Vereinigten Staaten verwendete, und wurde 1995 voll funktionsfähig. Zivilbevölkerungsfrei war aus den 1980er Jahren zulässig. Roger L. Easton des Marineforschungslabor, Ivan A. bekommen von Die Luft- und Raumfahrtgesellschaft, und Bradford Parkinson des Labor für angewandte Physik Es wird die Erfindung der Erfindung gutgeschrieben.^[19] Die Arbeit von Gladys West wird als maßgeblich an der Entwicklung von Computertechniken zur Erkennung von Satellitenpositionen mit der für GPS benötigten Präzision angesehen.^[20]

Das Design von GPS basiert teilweise auf ähnlichen bodengestützten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basierten basiert Funkvermögen Systeme wie z. Loran und die Decca Navigator, entwickelt in den frühen 1940er Jahren.

Im Jahr 1955, Friedwardt Winterberg schlug einen Test von vor generelle Relativität- Entdeckungszeit verlangsamt sich in einem starken Gravitationsfeld mit genauen Atomuhren, die im Orbit in künstlichen Satelliten platziert sind. Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie prognostizierten, dass die Uhren auf GPS -Satelliten, wie sie von denjenigen auf der Erde beobachtet wurden, 38 Mikrosekunden pro Tag schneller als die auf der Erde laufen. Das Design von GPS korrigiert diesen Unterschied; Denn ohne dies würden GPS -berechnete Positionen Fehler von bis zu 10 Kilometern pro Tag (6 mi/d) ansammeln.^[21]

Vorgänger

1955 reichte der niederländische Marineoffizier Wijnand Langeraar am 16. Februar 1955 einen Patentantrag für ein Funk-Langstrecken-Navigationssystem mit dem US-Patentbüro ein und wurde Patent US2980907A gewährt ^[22] am 18. April 1961.^{[Originalforschung?]}

Wenn der Sovietunion startete den ersten künstlichen Satelliten (Sputnik 1) 1957 zwei amerikanische Physiker, William Guier und George Weffenbach, bei Johns Hopkins Universität's Labor für angewandte Physik (APL) beschlossen, seine Funkübertragungen zu überwachen.^[23] Innerhalb weniger Stunden erkannten sie das wegen der Doppler-EffektSie konnten bestimmen, wo sich der Satellit entlang seiner Umlaufbahn befand. Der Direktor der APL gab ihnen Zugang zu ihrer Univac die erforderlichen starken Berechnungen durchführen.

Zu Beginn des nächsten Jahres bat Frank McClure, der stellvertretende Direktor der APL, Guier und Weffenbach, das umgekehrte Problem zu untersuchen: Angesichts der des Satelliten des Benutzers. (Zu dieser Zeit entwickelte die Marine das U-Boot-Start Polaris Rakete, bei der sie den Standort des U -Bootes kennen.) Dies führte sie und APL, um die zu entwickeln TRANSIT System.^[24] Im Jahr 1959 Arpa (umbenannt DARPA 1972) spielten auch eine Rolle im Transit.^[25][26][27]

Transit wurde erstmals 1960 erfolgreich getestet.^[28] Es wurde a Konstellation von fünf Satelliten und könnte eine Navigationsfixe ungefähr einmal pro Stunde bieten.

1967 entwickelte die US -Marine die Timation Satellit, der die Machbarkeit des Platzierens genauer Uhren im Weltraum, eine für GPS erforderliche Technologie nachgewiesen hat.

In den 1970er Jahren basiert die bodengestützte OMEGA Navigationssystem, basierend auf dem Phasenvergleich der Signalübertragung aus Stationenpaaren,^[29] wurde das erste weltweite Radio -Navigationssystem. Die Einschränkungen dieser Systeme machten die Notwendigkeit einer universelleren Navigationslösung mit größerer Genauigkeit.

Obwohl es einen großen Bedarf an genauer Navigation in militärischen und zivilen Sektoren gab, wurde fast keines davon als Rechtfertigung für die Milliarden Dollar angesehen, die sie für Forschung, Entwicklung, Einsatz und den Betrieb einer Konstellation von Navigationssatelliten kosten würden. Während der Kalter Krieg WettrüstenDie nukleare Bedrohung für die Existenz der Vereinigten Staaten war die einzige Notwendigkeit, die diese Kosten im Hinblick auf den Kongress der Vereinigten Staaten rechtfertigte. Dieser abschreckende Effekt ist der Grund, warum GPS finanziert wurde. Es ist auch der Grund für die Ultra-Sektion zu dieser Zeit. Das Nuklear -Triade bestand aus den United States Navy's ballistische Raketen mit U-Boot (SLBMS) zusammen mit Luftwaffe der Vereinigten Staaten (USAF) Strategische Bomber und Interkontinentale ballistische Raketen (ICBMS). Als wichtig für die nukleare Abschreckung Haltung, genaue Bestimmung der SLBM -Startposition war a erzwingen Multiplikator.

Eine präzise Navigation würde die Vereinigten Staaten ermöglichen U -Boote für ballistische Raketen Um ihre Positionen genau zu beheben, bevor sie ihre SLBMs starteten.^[30] Die USAF mit zwei Dritteln der nuklearen Triade hatte auch Anforderungen an ein genaueres und zuverlässigeres Navigationssystem. Die US -Marine und die US -Luftwaffe entwickelten parallel ihre eigenen Technologien, um das im Wesentlichen das gleiche Problem zu lösen.

Um die Überlebensfähigkeit von ICBMs zu erhöhen, gab es einen Vorschlag zur Verwendung mobiler Startplattformen (vergleichbar mit dem Sowjet SS-24 und SS-25) und so hatte die Notwendigkeit, die Startposition zu beheben, Ähnlichkeit mit der SLBM -Situation.

1960 schlug die Luftwaffe ein Funk-Navigationssystem namens Mosaic (mobiles System für eine genaue ICBM-Steuerung) vor, die im Wesentlichen ein 3-D-Loran war. Eine Folgestudie, Projekt 57, wurde 1963 durchgeführt und "in dieser Studie wurde das GPS-Konzept geboren". Im selben Jahr wurde das Konzept als Projekt 621b verfolgt, das "viele der Attribute, die Sie jetzt in GPS sehen", enthielt, die Sie jetzt sehen, die Sie jetzt sehen "^[31] und versprach eine erhöhte Genauigkeit für Luftwaffenbomber sowie ICBMs.

Die Aktualisierungen des Navy Transit -Systems waren zu langsam für die hohen Geschwindigkeiten des Luftwaffenbetriebs. Das Marineforschungslabor (NRL) machte weiterhin Fortschritte mit ihren Timation (Time Navigation) Satelliten, die 1967 erstmals gestartet wurde und 1969 auf den Markt gebracht wurde, wobei der dritte 1974 den ersten trug Atomuhr in den Orbit und der vierte 1977 gestartet.^[32]

Ein weiterer wichtiger Vorgänger von GPS stammte aus einem anderen Zweig des US -Militärs. 1964 die Armee der Vereinigten Staaten Umkreist seine erste sequentielle Kollektion des Bereichs (Secor) Satellit für geodätische Vermessung.^[33] Das Secor-System umfasste drei bodengestützte Sender an bekannten Stellen, an denen Signale an den Satellitentransponder in der Umlaufbahn gesendet werden würden. Eine vierte Bodenstation in einer unbestimmten Position könnte dann diese Signale verwenden, um ihren Standort genau zu beheben. Der letzte Secor -Satelliten wurde 1969 ins Leben gerufen.^[34]

Entwicklung

Mit diesen parallelen Entwicklungen in den 1960er Jahren wurde erkannt, dass ein überlegenes System entwickelt werden konnte, indem die besten Technologien aus 621B, Transit, Timation und Secor in einem Multi-Service-Programm synthetisiert werden. Satelliten -Orbitalpositionsfehler, die unter anderem durch Variationen des Schwerkraftfelds und durch Radarrefraktion induziert wurden, mussten aufgelöst werden. Ein Team, das von 1970 bis 1973 von der Jury der Pan Am Aerospace Division in Florida angeführt wurde, verwendete dazu Echtzeit-Daten-Assimilation und rekursive Schätzung, wodurch systematische und Restfehler auf ein überschaubares Niveau reduziert wurden, um eine genaue Navigation zu ermöglichen.^[35]

Am Wochenende des Labor Day im Jahr 1973 erörterte ein Treffen von etwa zwölf Militäroffizieren im Pentagon die Schaffung von a Verteidigungsnavigationssatellitensystem (DNSS). Bei diesem Treffen wurde die wirkliche Synthese, die GPS wurde, geschaffen. Später in diesem Jahr wurde das DNSS -Programm benannt Navstar.^[36] Navstar wird oft fälschlicherweise als Akronym für "Navigationssystem mit Timing und Rangliste" angesehen, wurde jedoch vom GPS -gemeinsamen Programmbüro nie als solches als solches angesehen (TRW hat sich möglicherweise einmal für ein anderes Navigationssystem eingesetzt, das dieses Akronym verwendet hat).^[37] Da die einzelnen Satelliten mit dem Namen Navstar zugeordnet wurden (wie bei den Vorgängern Transit und Timation), wurde ein umfassenderer Name verwendet, um die Konstellation von Navstar -Satelliten zu identifizieren. Navstar-GPS.^[38] Zehn "Block i"Zwischen 1978 und 1985 wurden Prototyp -Satelliten gestartet (eine zusätzliche Einheit wurde bei einem Startversagen zerstört).^[39]

Die Wirkung der Ionosphäre auf die Funkübertragung wurde in einem Geophysik -Labor von untersucht Luftwaffe Cambridge Research Laboratory, umbenannt in Air Force Geophysical Research Lab (AFGRL) 1974. AFGRL entwickelte das Klobouchar -Modell für das Computer ionosphärisch Korrekturen zum GPS -Standort.^[40] Bemerkenswerterweise wird der australische Weltraumwissenschaftler durchgeführt Elizabeth Essex-Cohen 1974 bei AFGRL. Sie war besorgt über die Ausrüstung der Wege von Funkwellen (Atmosphärische Brechung) Durchqueren der Ionosphäre von Navstar -Satelliten.^[41]

Nach Korean Air Lines Flug 007, a Boeing 747 269 ​​Menschen transportierten, wurde 1983 nach dem Streuner in die UdSSR abgeschossen verbotener Luftraum,^[42] in der Nähe von Sakhalin und Moneron -Inseln, Präsident Ronald Reagan stellte eine Richtlinie heraus, die GPS für die zivile Verwendung frei zur Verfügung stellte, sobald sie als gemeinsames Gut ausreichend entwickelt wurde.^[43] Der erste Block II -Satelliten wurde am 14. Februar 1989 eingeführt.^[44] Und der 24. Satelliten wurde 1994 eingeführt. Das GPS -Programmkosten zu diesem Zeitpunkt, ohne die Kosten der Benutzerausrüstung, sondern die Kosten der Satellitenstarts, wurde auf 5 Milliarden US -Dollar geschätzt (entspricht 2021 US -Dollar).^[45]

Zunächst wurde das Signal von höchster Qualität der militärischen Nutzung vorbehalten, und das für den zivilen Gebrauch verfügbare Signal wurde absichtlich in einer Richtlinie als bekannt als abgebaut Selektive Verfügbarkeit. Dies änderte sich mit dem Präsidenten Bill Clinton Unterzeichnung am 1. Mai 2000, eine politische Richtlinie, um die selektive Verfügbarkeit zu deaktivieren, um Zivilisten die gleiche Genauigkeit zu bieten, die dem Militär gewährt wurde. Die Richtlinie wurde vom US -Verteidigungsminister vorgeschlagen. William PerryAngesichts des weit verbreiteten Wachstums von Differential GPS Dienstleistungen der Privatindustrie zur Verbesserung der zivilen Genauigkeit. Darüber hinaus entwickelte das US -Militär Technologien, um potenziellen Gegnern auf regionaler Basis den GPS -Dienst zu verweigern.^[46]

Seit ihrer Bereitstellung haben die USA mehrere Verbesserungen des GPS -Dienstes implementiert, einschließlich neuer Signale für die zivile Nutzung und die erhöhte Genauigkeit und Integrität für alle Benutzer, während sie gleichzeitig die Kompatibilität mit vorhandenen GPS -Geräten erhalten. Die Modernisierung des Satellitensystems war eine laufende Initiative des US -Verteidigungsministeriums durch eine Reihe von einer Reihe von Satellitenakquisitionen um den wachsenden Bedürfnissen des Militärs, der Zivilisten und des kommerziellen Marktes gerecht zu werden.

Ab Anfang 2015 hochwertige, FAA GPS -Empfänger von NADE, Standard -Positionierungsdienst (SPS), die eine horizontale Genauigkeit von besser als 11 ft (11 ft) bereitstellten.^[47] Obwohl viele Faktoren wie Empfänger- und Antennenqualität und atmosphärische Probleme diese Genauigkeit beeinflussen können.

GPS ist im Besitz der Regierung der Vereinigten Staaten als nationale Ressource. Das Verteidigungsministerium ist der Verwalter von GPS. Das Interagency GPS Executive Board (IGEB) Überlagert die GPS-politischen Angelegenheiten von 1996 bis 2004. Danach wurde 2004 von der Präsidentschaftsrichtlinie die nationale Ausschuss für raumbasierte Positionierung, Navigation und Timing eingerichtet, um die Bundesabteilungen und -agenturen für Angelegenheiten in Bezug auf die GPS und verwandten Systeme zu beraten und zu koordinieren.^[48] Das Exekutivkomitee wird gemeinsam von den stellvertretenden Sekretären der Verteidigung und des Transports geleitet. Seine Mitgliedschaft umfasst Beamte der Abteilungen der Abteilungen des Staates, des Handels und der Heimatschutzbehörde, die Gemeinsame Stabschefs und NASA. Komponenten des Exekutivbüros des Präsidenten nehmen als Beobachter des Exekutivkomitees teil, und der FCC -Vorsitzende nimmt als Verbindung teil.

Das US -Verteidigungsministerium ist gesetzlich vorgeschrieben, um "einen Standard -Positionierungsdienst (wie im Federal Funk Navigationsplan und die Standard -Signalspezifikation für Positionierungsdienstleistungen definiert) zu erhalten, die kontinuierlich, weltweit verfügbar sein wird" und "Maßnahmen für Verhindern Sie die feindliche Nutzung von GPS und seine Augmentationen, ohne die zivile Verwendung übermäßig zu stören oder zu erniedrigen. "

Zeitleiste und Modernisierung

• 1972 führte die USAF Central Inertial Guidance Test Facility (Holloman AFB) Entwicklungsflugtests von vier Prototypen -GPS -Empfängern in einer Y -Konfiguration durch Weiße Sand Rakete Rangemit bodenbasierten Pseudo-Satelliten.^[53]
• 1978 wurde der erste experimentelle Block-I-GPS-Satellit gestartet.^[39]
• 1983 nach Sowjet Interceptor Aircraft schoss das zivile Fluggeselliner ab Kal 007 Das stieß in verbotener Luftraum Aufgrund von Navigationsfehlern, um alle 269 Personen an Bord zu töten, US -Präsident, Ronald Reagan kündigte an, dass GPS für zivile Verwendungszwecke zur Verfügung gestellt werden würde, sobald es abgeschlossen war,^[54][55] Obwohl es zuvor im Navigation Magazine veröffentlicht worden war und dass der CA -Code (Grob-/Akquisitionscode) zivilen Nutzern zur Verfügung steht.
• Bis 1985 wurden zehn experimentelle Block-I-Satelliten gestartet, um das Konzept zu validieren.
• Ab 1988 wurde das Kommando und die Kontrolle dieser Satelliten von bewegt ONIZUKA AFS, Kalifornien zu den 2. Satellitenkontrollgeschwader (2SCs) gelegen bei Station Falcon Air Force in Colorado Springs, Colorado.^[56][57]
• Am 14. Februar 1989 wurde der erste moderne Block-II-Satelliten gestartet.
• Das Golfkrieg Von 1990 bis 1991 war der erste Konflikt, in dem das Militär weit verbreitete GPS verwendete.^[58]
• Im Jahr 1991 endete ein Projekt zur Erstellung eines Miniatur -GPS -Empfängers erfolgreich und ersetzte die vorherigen 16 kg (35 lb) Militärempfänger durch einen Handheld -Empfänger von 1,25 kg.^[26]
• Im Jahr 1992 die 2. Raumflügel, was ursprünglich das System verwaltete, wurde inaktiviert und durch die ersetzt 50. Raumflügel.
  

  Emblem der 50. Raumflügel
• Bis Dezember 1993 erreichte GPS Erste Betriebsfähigkeit (IOC) mit einer vollständigen Konstellation (24 Satelliten) und dem Standard -Positionierungsdienst (SPS).^[59]
• Die vollständige Betriebsfähigkeit (FOC) wurde von deklariert von Luftwaffe Space Command (AFSPC) im April 1995, was die vollständige Verfügbarkeit des sicheren Präzisionsdienstes (PPS) des Militärs bedeutet.^[59]
• 1996 erkannte er die Bedeutung von GPS für zivile Nutzer sowie Militärnutzer, US -Präsident, anerkannt Bill Clinton erteilte eine Richtlinienrichtlinie^[60] Deklarieren von GPS a Doppelgebrauch System und Feststellung eines Interagency GPS Executive Board es als nationales Vermögenswert zu verwalten.
• Im Jahr 1998 der US -Vizepräsident der Vereinigten Staaten Al Gore Ankündigte Pläne zur Aktualisierung von GPS mit zwei neuen zivilen Signalen für die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Benutzer, insbesondere in Bezug auf die Flugsicherheit, und im Jahr 2000 das im Jahr 2000 Kongress der Vereinigten Staaten autorisierte die Bemühungen und bezeichnete sie als GPS III.
• Am 2. Mai 2000 wurde die "selektive Verfügbarkeit" aufgrund der Executive Order von 1996 eingestellt, sodass zivile Nutzer ein nicht abbauliches Signal weltweit erhalten konnten.
• Im Jahr 2004 unterzeichnete die Regierung der Vereinigten Staaten eine Vereinbarung mit der europäischen Gemeinschaft, in der Zusammenarbeit im Zusammenhang mit GPS und Europa festgelegt wurde Galileo -System.
• Im Jahr 2004 der Präsident der Vereinigten Staaten George W. Bush Aktualisierte die nationale Richtlinie und ersetzte den Vorstand durch das Nationale Exekutivkomitee für raumbasierte Positionierung, Navigation und Timing.^[61]
• November 2004, Qualcomm Ankündigte erfolgreiche Tests von Assisted GPS zum Mobiltelefone.^[62]
• Im Jahr 2005 wurde der erste modernisierte GPS -Satelliten gestartet und begann mit der Übertragung eines zweiten zivilen Signals (L2C) für eine verbesserte Benutzerleistung.^[63]
• Am 14. September 2007 basiert der alternde Mainframe Bodensegment Das Steuerungssystem wurde in den neuen Architekturentwicklungsplan übertragen.^[64]
• Am 19. Mai 2009 die Vereinigten Staaten Regierungsverantwortungsbüro gab eine Berichtswarnung heraus, dass einige GPS -Satelliten bereits 2010 scheitern könnten.^[65]
• Am 21. Mai 2009 die Luftwaffe Space Command Die Befürchtungen vor GPS -Misserfolg und sagen: "Es besteht nur ein kleines Risiko, dass wir unseren Leistungsstandard weiterhin nicht übertreffen werden."^[66]
• Am 11. Januar 2010 verursachte eine Aktualisierung von Bodenkontrollsystemen eine Software -Inkompatibilität mit 8.000 bis 10.000 Militärempfängern, die von einer Abteilung von Trimble Navigation Limited in Sunnyvale, Kalifornien, hergestellt wurden.^[67]
• Am 25. Februar 2010,^[68] Die US -Luftwaffe verlieh den Vertrag zur Entwicklung des Operational Control System (OCX) der nächsten Generation der nächsten Generation, um die Genauigkeit und Verfügbarkeit von GPS -Navigationssignalen zu verbessern und als kritischer Bestandteil der GPS -Modernisierung zu dienen.

Auszeichnungen

Der AFSPC -Vize -Kommandant Generalleutnant DT Thompson präsentiert Dr. Gladys West eine Auszeichnung, als sie in den Air Force Space und die Raketenpioneers Hall of Fame aufgenommen wird.

Am 10. Februar 1993 die National Aeronautic Association wählte das GPS -Team als Gewinner des 1992 aus Robert J. Collier Trophy, der prestigeträchtigste Luftfahrtpreis der USA. Dieses Team kombiniert Forscher aus dem Naval Research Laboratory, der USAF, der Aerospace Corporation, Rockwell International Unternehmen und IBM Bundessystemunternehmen. Das Zitat ehrt sie "für die bedeutendste Entwicklung für eine sichere und effiziente Navigation und Überwachung von Luft- und Raumfahrzeugen seit der Einführung der Funknavigation vor 50 Jahren."

Zwei GPS -Entwickler erhielten die Nationale Akademie des Ingenieurwesens Charles Stark Draper -Preis für 2003:

• Ivan bekommtemeritierter Präsident von Die Luft- und Raumfahrtgesellschaft und ein Ingenieur bei MIT, etablierte die Grundlage für GPS und verbessert sich der Zweiter Weltkrieg Landbasierter Funksystem namens Loran (LONG-Reichweite RAdio AId an NBereitschaft).
• Bradford Parkinson, Professor der Luftfahrt und Raumfahrt bei Universität in Stanfordkonzipierte das gegenwärtige satellitenbasierte System in den frühen 1960er Jahren und entwickelte es in Verbindung mit der US-Luftwaffe. Parkinson diente von 1957 bis 1978 einundzwanzig Jahre in der Luftwaffe und ging mit dem Rang eines Oberst in den Ruhestand.

GPS -Entwickler Roger L. Easton erhielt die Nationale Technologiemedaille Am 13. Februar 2006.^[69]

Francis X. Kane (Col. Usaf, Ret.) Wurde in die Hall of Fame der US Air Force Space und die Raketenpioneers in Lackland A.F.B., San Antonio, Texas, 2. März 2010, für seine Rolle in der Entwicklung von Weltraumtechnologie und das Engineering Design Concept of GPS aufgenommen durchgeführt im Rahmen von Projekt 621b.

1998 wurde die GPS -Technologie in die aufgenommen Space Foundation Space Technology Hall of Fame.^[70]

Am 4. Oktober 2011 die Internationale Astronautische Föderation (IAF) verlieh das Global Positioning System (GPS) seinen 60 -jährigen Jubiläumspreis, das vom IAF -Mitglied des American Institute for Aeronautics and Astronautics (AIAA) nominiert wurde. Das IAF -Ausschuss- und Preisausschuss erkannte die Einzigartigkeit des GPS -Programms und die beispielhafte Rolle bei der Aufbau internationaler Zusammenarbeit zum Nutzen der Menschheit an.^[71]

Am 6. Dezember 2018 wurde Gladys West in die Hall of Fame der Luftwaffe und die Raketenpioneers Hall of Fame aufgenommen, um ihre Arbeiten an einem äußerst genauen geodätischen Erdmodell zu erkennen, das letztendlich zur Bestimmung der Umlaufbahn der GPS -Konstellation verwendet wurde.^[72]

Am 12. Februar 2019 erhielten vier Gründungsmitglieder des Projekts den Queen Elizabeth -Preis für Ingenieurwesen mit dem Vorsitzenden des Preisverleihungsausschusses mit der Angabe: "Ingenieurwesen ist die Grundlage der Zivilisation; es gibt keine andere Grundlage; das macht Dinge geschehen. Und das ist genau Was die heutigen Laureates getan haben - sie haben Dinge geschehen gemacht. Sie haben in großer Weise die Infrastruktur unserer Welt neu geschrieben. "^[73]

Prinzipien

Der GPS -Empfänger berechnet seine eigenen vierdimensionale Position in Freizeit Basierend auf Daten, die von mehreren GPS empfangen werden Satelliten. Jeder Satellit trägt eine genaue Aufzeichnung seiner Position und Zeit und überträgt diese Daten an den Empfänger.

Die Satelliten tragen sehr stabil Atomuhren das werden miteinander und mit Bodenuhren synchronisiert. Jede Drift von der Zeit, die am Boden aufrechterhalten wird, wird täglich korrigiert. In gleicher Weise sind die Satellitenorte mit großer Präzision bekannt. GPS -Empfänger haben auch Uhren, aber sie sind weniger stabil und weniger präzise.

Seit der Geschwindigkeit von Radiowellen ist konstant und unabhängig von der Satellitengeschwindigkeit, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Satelliten, der ein Signal überträgt und der Empfänger proportional zum Abstand vom Satellit zum Empfänger ist. Zumindest müssen vier Satelliten im Hinblick auf den Empfänger stehen, damit er vier unbekannte Mengen berechnet (drei Positionskoordinaten und die Abweichung seiner eigenen Uhr von der Satellitenzeit).

Detaillierte Beschreibung

Jeder GPS -Satelliten sendet ständig ein Signal (Trägerwelle mit Modulation) Dazu gehören:

• A Pseudorandom Code (Sequenz von Einen und Nullen), der dem Empfänger bekannt ist. Durch zeitliche Ausrichtung einer von Empfänger erstellten Version und die von Empfänger gemessene Version des Codes finden Sie die Ankunftszeit (TOA) eines definierten Punktes in der Codesequenz, die als Epoche bezeichnet wird
• Eine Nachricht, die die Zeit der Übertragung (TOT) der Code -Epoche (in GPS -Zeitskala) und der Satellitenposition zu diesem Zeitpunkt enthält

Konzeptionell misst der Empfänger die TOAS (nach seiner eigenen Uhr) von vier Satellitensignalen. Aus den TOAs und den Tots bildet der Empfänger vier Flugzeit (TOF) Werte, die (angesichts der Lichtgeschwindigkeit) ungefähr gleichwertig zu Empfänger-Satelliten-Bereichen sowie Zeitunterschied zwischen den Empfänger und den GPS-Satelliten multipliziert mit Lichtgeschwindigkeit, die als Pseudo-Ranges bezeichnet werden. Der Empfänger berechnet dann seine dreidimensionale Position und Taktabweichung von den vier TOFs.

In der Praxis die Empfängerposition (in dreidimensional Kartesischen Koordinaten mit Ursprung im Erdzentrum) und der Versatz der Empfängeruhr relativ zur GPS -Zeit gleichzeitig berechnet, wobei die Navigationsgleichungen Um die TOFs zu verarbeiten.

Der erdzentrierte Lösungsort des Empfängers wird normalerweise in umgewandelt Breite, Längengrad und Höhe im Vergleich zu einem ellipsoidalen Erdmodell. Die Höhe kann dann in Bezug auf die Höhe in die Höhe umgewandelt werden Geoid, was im Wesentlichen den Meeresspiegel ist. Diese Koordinaten können angezeigt werden, z. B. auf a Moving Map Display, oder von einem anderen System aufgezeichnet oder verwendet, wie z. B. ein Fahrzeug -Leitsystem.

Benutzer-Satellitengeometrie

Obwohl in der Empfängerverarbeitung normalerweise nicht explizit gebildet, definieren die konzeptionellen Zeitunterschiede der Ankunft (TDOAs) die Messgeometrie. Jeder TDOA entspricht a Hyperboloid der Revolution (siehe Multilateration). Die Linie, die die beiden beteiligten Satelliten (und ihre Erweiterungen) verbindet, bildet die Achse des Hyperboloids. Der Empfänger befindet sich an dem Punkt, an dem sich drei Hyperboloide überschneiden.^[74][75]

Manchmal wird fälschlicherweise gesagt, dass sich der Benutzerstandort an der Kreuzung von drei Bereichen befindet. Dies ist zwar einfacher zu visualisieren, ist jedoch nur dann der Fall, wenn der Empfänger eine mit den Satellitenuhren synchronisierte Uhr synchronisiert hat (d. H. Der Empfänger misst die wahren Bereiche an den Satelliten und nicht für Bereichsunterschiede). Der Benutzer, der eine mit den Satelliten synchronisierte Uhr trägt, haben deutliche Leistungsvorteile. In erster Linie sind nur drei Satelliten erforderlich, um eine Positionslösung zu berechnen. Wenn es ein wesentlicher Bestandteil des GPS -Konzepts wäre, dass alle Benutzer eine synchronisierte Uhr tragen mussten, könnte eine geringere Anzahl von Satelliten eingesetzt werden, aber die Kosten und Komplexität der Benutzerausrüstung würden zunehmen.

Empfänger im kontinuierlichen Betrieb

Die obige Beschreibung ist repräsentativ für eine Startsituation des Empfängers. Die meisten Empfänger haben eine Track -Algorithmus, manchmal genannt TrackerDies kombiniert Sätze von Satellitenmessungen, die zu unterschiedlichen Zeiten gesammelt wurden - und nutzen Sie die Tatsache, dass aufeinanderfolgende Empfängerpositionen normalerweise nahe beieinander liegen. Nachdem ein Satz von Messungen verarbeitet wurde, prognostiziert der Tracker den Empfängerort, der dem nächsten Satz von Satellitenmessungen entspricht. Wenn die neuen Messungen erfasst werden, verwendet der Empfänger ein Gewichtungsschema, um die neuen Messungen mit der Trackervorhersage zu kombinieren. Im Allgemeinen kann ein Tracker (a) die Position und die Zeitgenauigkeit der Empfänger verbessern, (b) schlechte Messungen ablehnen und (c) die Geschwindigkeit und Richtung der Empfängers zu schätzen.

Der Nachteil eines Trackers besteht darin, dass Änderungen in Geschwindigkeit oder Richtung nur mit einer Verzögerung berechnet werden können und diese abgeleitete Richtung ungenau wird, wenn die zwischen zwei Positionsmessungen zurückgelegte Abstand unter oder in der Nähe des zufälliger Fehler der Positionsmessung. GPS -Einheiten können Messungen des Doppler -Verschiebung der Signale, die zur Berechnung der Geschwindigkeit genau berechnet wurden.^[76] Fortgeschrittene Navigationssysteme verwenden zusätzliche Sensoren wie a Kompass oder an Trägheitsnavigationssystem GPS ergänzen.

Nichtvernichtungsanträge

GPS erfordert, dass vier oder mehr Satelliten für eine genaue Navigation sichtbar sind. Die Lösung der Navigationsgleichungen Gibt die Position des Empfängers zusammen mit der Differenz zwischen der Zeit, die durch die Zeit des Empfängers und der tatsächlichen Tageszeit des Empfängers aufbewahrt wird, und beseitigt dadurch die Notwendigkeit einer genaueren und möglicherweise unpraktischen Empfänger-Uhr. Anwendungen für GPS wie z. Zeitübertragung, Verkehrssignal -Timing und Synchronisation von Handy -Basisstationen, Gebrauch machen von Dieses billige und sehr genaue Timing. Einige GPS -Anwendungen verwenden diese Zeit für die Anzeige oder verwenden es, abgesehen von den grundlegenden Positionsberechnungen, es überhaupt nicht.

Obwohl für den normalen Betrieb vier Satelliten benötigt werden, gelten weniger in Sonderfällen. Wenn bereits eine Variable bekannt ist, kann ein Empfänger seine Position mit nur drei Satelliten bestimmen. Zum Beispiel hat ein Schiff im offenen Ozean normalerweise eine bekannte Erhebung nahe 0 mund die Erhöhung eines Flugzeugs kann bekannt sein.^[a] Einige GPS -Empfänger können zusätzliche Hinweise oder Annahmen verwenden, z. B. die Wiederverwendung der letzten bekannten Höhe, tote Abrechnung, Trägheitsnavigationoder Einbeziehung von Informationen vom Fahrzeugcomputer, um eine (möglicherweise verschlechternde) Position zu geben, wenn weniger als vier Satelliten sichtbar sind.^[77][78][79]

Struktur

Das aktuelle GPS besteht aus drei Hauptsegmenten. Dies sind das Space -Segment, ein Steuersegment und ein Benutzersegment.^[80] Das US -Weltraumkraft Entwickelt, verwaltet und betreibt die Raum- und Kontrollsegmente. GPS -Satelliten Sendungssignale Aus dem Raum, und jeder GPS-Empfänger verwendet diese Signale, um seine dreidimensionale Position (Breitengrad, Länge und Höhe) und die aktuelle Zeit zu berechnen.^[81]

Raumsegment

Unrewerte GPS-Block II-A-Satelliten, das auf dem ausgestellt ist San Diego Air & Space Museum

Ein visuelles Beispiel für eine 24-Satelliten-GPS-Konstellation in Bewegung, wobei sich die Erde dreht. Beachten Sie, wie die Anzahl der Anzahl von Satelliten im Blick Von einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche ändert sich mit der Zeit. Der Punkt in diesem Beispiel ist in Golden, Colorado, USA ( 39 ° 44'49 ″ n 105 ° 12'39 ″ w/39,7469 ° N 105.2108 ° W).

Das Weltraumsegment (SS) besteht aus 24 bis 32 Satelliten oder Weltraumfahrzeugen (SV) in mittlere Erdumlaufbahnund enthält auch die Nutzlastadapter an die Booster, die erforderlich sind, um sie in die Umlaufbahn zu starten. Das GPS -Design forderte ursprünglich 24 SVs, jeweils acht von drei ungefähr kreisförmigen Umlaufbahnen,^[82] Dies wurde jedoch an sechs Orbitalebenen mit jeweils vier Satelliten geändert.^[83] Die sechs Umlaufflugzeuge haben ungefähr 55 ° Neigung (Kippen im Verhältnis zur Erde Äquator) und sind durch 60 ° getrennt Rechte Aufstieg des aufsteigender Knoten (Winkel entlang des Äquators von einem Bezugspunkt zur Kreuzung des Umlaufbahn).^[84] Das Umlaufzeit ist eine Hälfte a sideraler Tag, d.h. 11 Stunden und 58 Minuten, damit die Satelliten über die gleichen Orte gehen^[85] oder fast die gleichen Orte^[86] jeden Tag. Die Umlaufbahnen sind so angeordnet, dass mindestens sechs Satelliten immer darin sind Sichtlinie Von überall auf der Erdoberfläche (siehe Animation rechts).^[87] Das Ergebnis dieses Ziels ist, dass die vier Satelliten in jeder Umlaufbahn nicht gleichmäßig verteilt sind (90 °). Im Allgemeinen beträgt der Winkelunterschied zwischen Satelliten in jeder Umlaufbahn 30 °, 105 °, 120 ° und 105 °, was zu 360 ° summiert.^[88]

Umlaufbahn in einer Höhe von ca. 20.200 km (12.600 mi); Orbitalradius von ca. 26.600 km (16.500 mi),^[89] Jeder SV macht jeweils zwei vollständige Umlaufbahnen sideraler Tagdas gleiche wiederholen Bodenstrecke jeden Tag.^[90] Dies war während der Entwicklung sehr hilfreich, da die korrekte Ausrichtung auch bei nur vier Satelliten bedeutet, dass alle vier jeden Tag für einige Stunden von einem Ort aus sichtbar sind. Für militärische Operationen kann die Bodenspur -Wiederholung verwendet werden, um eine gute Abdeckung in Kampfzonen zu gewährleisten.

Ab Februar 2019^{[aktualisieren]},^[91] Es gibt 31 Satelliten im GPS Konstellation27 davon werden zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet, wobei der Rest als Stand-Bys zugewiesen wird. Im Jahr 2018 wurde ein 32. ins Leben gerufen, ist jedoch ab Juli 2019 noch in Bewertung. Die stillgelegten Satelliten sind im Orbit und als Ersatzteile erhältlich. Die zusätzlichen Satelliten verbessern die Präzision der GPS -Empfängerberechnungen durch Bereitstellung von redundanten Messungen. Mit der erhöhten Anzahl von Satelliten wurde die Konstellation in eine ungleichmäßige Anordnung geändert. Es wurde gezeigt, dass eine solche Anordnung die Genauigkeit verbessert, aber auch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems im Verhältnis zu einem einheitlichen System verbessert, wenn mehrere Satelliten versagen.^[92] Mit der erweiterten Konstellation sind neun Satelliten normalerweise zu jeder Zeit von jedem Punkt auf der Erde mit einem klaren Horizont sichtbar, um eine beträchtliche Redundanz über die mindestens vier Satelliten zu gewährleisten, die für eine Position benötigt werden.

Steuersegment

Bodenmonitorstation von 1984 bis 2007 verwendet, ausgestellt am Air Force Space und Raketenmuseum.

Das Steuersegment (CS) besteht aus:

1. eine Master Control Station (MCS),
2. eine alternative Master -Kontrollstation,
3. vier engagierte Bodenantennen und
4. Sechs spezielle Monitorstationen.

Der MCS kann auch zugreifen Satellitenkontrollnetzwerk (SCN) Bodenantennen (für zusätzliche Befehls- und Kontrollfähigkeit) und NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) Überwachungsstationen. Die Flugwege der Satelliten werden von engagierten Überwachungsstationen der US -Weltraumtruppe in Hawaii verfolgt. Kwajalein Atoll, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado und Cape Canaveralzusammen mit gemeinsamen NGA -Monitorstationen, die in England, Argentinien, Ecuador, Bahrain, Australien und Washington DC betrieben wurden.^[93] Die Tracking -Informationen werden an die MCS bei gesendet Schriever Space Force Base 25 km (16 Mio.) von Colorado Springs, die von der betrieben werden 2. Space Operations Staffel (2 SOPs) der US -Weltraumtruppe. Dann 2 SOPs kontaktieren jeden GPS -Satelliten regelmäßig mit einem navigationalen Update mit dedizierten oder gemeinsam genutzten Bodenantennen (AFSCN) Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, und Cape Canaveral). Diese Aktualisierungen synchronisieren die Atomuhren an Bord der Satelliten innerhalb weniger Nanosekunden voneinander und passen Sie die an Ephemeris des internen Orbitalmodells jedes Satelliten. Die Updates werden von a erstellt Kalman -Filter Das verwendet Eingänge von den Bodenüberwachungsstationen, Raumwetter Informationen und verschiedene andere Eingaben.^[94]

Satellitenmanöver sind nach GPS -Standards nicht präzis ungesundSo verwenden Empfänger es nicht. Nach dem Satellitenmanöver verfolgen die Ingenieure die neue Umlaufbahn vom Boden aus, laden die neuen Ephemeris hoch und markieren den Satelliten erneut gesund.

Das Operation Control Segment (OCS) dient derzeit als Steuerungssegment des Datensatzes. Es bietet die Betriebsfähigkeit, die GPS -Benutzer unterstützt und das GPS -Betrieb und die Leistung innerhalb der Spezifikation hält.

OCS ersetzte im September 2007 den Mainframe-Computer der 1970er Jahre aus den 1970er Jahren auf der Schriever Air Force Base. Nach der Installation half das System dazu, Upgrades zu ermöglichen und eine Grundlage für eine neue Sicherheitsarchitektur, die die US-Streitkräfte unterstützte.

OCS ist weiter^[7] (OCX) ist voll entwickelt und funktional. Die neuen Funktionen von OCX werden der Eckpfeiler für die Revolutionierung der Missionsfunktionen von GPS und Aktivierung sein^[95] US -Space Force, um die GPS -Betriebsdienste für US -Kampfkräfte, Bürgerpartner und unzählige inländische und internationale Nutzer erheblich zu verbessern. Das GPS -OCX -Programm reduziert auch Kosten, Zeitplan und technisches Risiko. Es soll 50% liefern^[96] Nachhaltigkeitskosteneinsparungen durch effiziente Softwarearchitektur und leistungsbasierte Logistik. Darüber hinaus wird erwartet, dass GPS OCX Millionen weniger als die Kosten für die Aktualisierung von OCs kosten und gleichzeitig die vierfache Fähigkeit bietet.

Das GPS -OCX -Programm stellt einen kritischen Bestandteil der GPS -Modernisierung dar und bietet erhebliche Verbesserungen der Informationssicherung gegenüber dem aktuellen GPS -OCS -Programm.

• OCX kann GPS -Legacy -Satelliten sowie die nächste Generation von GPS III -Satelliten kontrollieren und verwalten und gleichzeitig die gesamte Auswahl an militärischen Signalen ermöglichen.
• Basiert auf einer flexiblen Architektur, die sich schnell an die sich ändernden Bedürfnisse der heutigen und zukünftigen GPS -Benutzer anpassen kann, die einen sofortigen Zugriff auf GPS -Daten und den Konstellationsstatus durch sichere, genaue und zuverlässige Informationen ermöglichen.
• Bietet dem Warfighter sicherer, umsetzbarer und prädiktiver Informationen, um das Situationsbewusstsein zu verbessern.
• Ermöglicht neue modernisierte Signale (L1C, L2C und L5) und verfügt über eine M-Code-Funktion, die das Legacy-System nicht tun kann.
• Bietet erhebliche Verbesserungen der Informationssicherung gegenüber dem aktuellen Programm, einschließlich der Erkennung und Verhinderung von Cyber ​​-Angriffen, während bei solchen Angriffen isoliert, enthält und operiert.
• Unterstützt ein höheres Volumen in der Nähe von Echtzeit-Befehls- und Kontrollfunktionen und Fähigkeiten.

Am 14. September 2011,^[97] Die US -Luftwaffe kündigte den Abschluss der vorläufigen GPS -OCX -Konstruktionsüberprüfung an und bestätigte, dass das OCX -Programm für die nächste Entwicklungsphase bereit ist.

Das GPS OCX -Programm hat große Meilensteine ​​verpasst und steigt in 2021, 5 Jahre nach der ursprünglichen Frist. Nach Angaben des staatlichen Buchhaltungsbüros sieht selbst diese neue Frist wackelig aus.^[98]

Benutzersegment

GPS -Empfänger sind in einer Vielzahl von Formaten erhältlich, von Geräten, die in Autos, Telefone und Uhren bis hin zu dedizierten Geräten wie diesen integriert sind.

Die erste tragbare GPS -Einheit, eine Leica WM 101, die im Irish National Science Museum unter gezeigt wird Maynooth.

Das User Segment (USA) besteht aus Hunderttausenden von US -amerikanischen und alliierten Militärnutzern des sicheren GPS -Präzise -Positionsdienstes und zehn Millionen ziviler, kommerzieller und wissenschaftlicher Nutzer des Standard -Positionierungsdienstes. Im Allgemeinen bestehen GPS-Empfänger aus einer Antenne, die auf die von den Satelliten, Empfängerprozessoren und einer hoch stabilen Uhr übertragene Frequenzen (oft a Kristalloszillator). Sie können auch ein Display zur Bereitstellung von Standort- und Geschwindigkeitsinformationen für den Benutzer enthalten. Ein Empfänger wird häufig durch seine Anzahl von Kanälen beschrieben: Dies bedeutet, wie viele Satelliten er gleichzeitig überwachen kann. Ursprünglich auf vier oder fünf begrenzt, hat dies im Laufe der Jahre zunehmend zugenommen, so dass ab 2007 abgenommen wurde^{[aktualisieren]}Empfänger haben normalerweise zwischen 12 und 20 Kanäle. Obwohl es viele Empfängerhersteller gibt, verwenden sie fast alle einen der für diesen Zweck hergestellten Chipsätze.

Eine typische OEM GPS -Empfängermodul mit 15 mm × 17 mm (0,6 in × 0,7 Zoll)

GPS -Empfänger können eine Eingabe für Differentialkorrekturen verwenden, wobei die RTCM SC-104-Format. Dies ist normalerweise in Form eines RS-232 Port bei 4.800 Bit/s -Geschwindigkeit. Daten werden tatsächlich mit einer viel niedrigeren Geschwindigkeit gesendet, was die Genauigkeit des mit RTCM gesendeten Signals einschränkt. Empfänger mit internen DGPS -Empfängern können diejenigen, die externe RTCM -Daten verwenden, übertreffen. Ab 2006^{[aktualisieren]}auch günstige Einheiten umfassen üblicherweise Weitgebietsvergrößerungssystem (WAAS) Empfänger.

Ein typischer GPS -Empfänger mit integrierter Antenne.

Viele GPS -Empfänger können die Position von Daten mit dem PC oder ein anderes Gerät übertragen NMEA 0183 Protokoll. Obwohl dieses Protokoll offiziell von der National Marine Electronics Association (NMEA) definiert wird,^[99] Verweise auf dieses Protokoll wurden aus öffentlichen Aufzeichnungen zusammengestellt, sodass Open -Source -Tools wie ermöglicht wurden GPSD das Protokoll lesen, ohne gegen Gesetze zu geistigem Eigentum zu verstoßen.^{[Klarstellung erforderlich]} Es gibt auch andere proprietäre Protokolle wie die Sirf und MTK Protokolle. Empfänger können mit anderen Geräten mithilfe von Methoden einschließlich einer seriellen Verbindung übereinstimmen. USB, oder Bluetooth.

Anwendungen

GPS wurde ursprünglich ein militärisches Projekt angesehen Doppelte TechnologieDas heißt, es hat auch erhebliche zivile Anwendungen.

GPS ist zu einem weit verbreiteten und nützlichen Instrument für Handel, wissenschaftliche Zwecke, Verfolgung und Überwachung geworden. Die genaue Zeit von GPS erleichtert tägliche Aktivitäten wie Bankgeschäfte, Mobiltelefonbetrieb und sogar die Kontrolle von Stromnetze, indem gut synchronisierte Handlungswechsel ermöglicht werden.^[81]

Zivilist

Dies Antenne ist auf dem Dach einer Hütte montiert, die ein wissenschaftliches Experiment enthält, das präzise Zeitpunkt benötigt.

Viele zivile Anwendungen verwenden einen oder mehrere der drei grundlegenden Komponenten des GPS: absoluter Ort, relative Bewegung und Zeitübertragung.

• Amateur radio: Uhr -Synchronisation, die für mehrere digitale Modi erforderlich ist, z. B. Ft8, Ft4 und js8; auch verwendet mit Aprs für Positionsberichterstattung; ist oft kritisch während der Unterstützung von Notfällen und Katastrophenkommunikation.
• Atmosphäre: studieren die Troposphäre Verzögerungen (Wiederherstellung des Wasserdampfgehalts) und Ionosphäre Verzögerungen (Wiederherstellung der Anzahl der freien Elektronen).^[100] Wiederherstellung der Erdoberflächenverschiebungen aufgrund der atmosphärischen Druckbelastung.^[101]
• Astronomie: sowohl positional als auch Uhr Synchronisation Daten werden in verwendet Astrometrie und Himmelsmechanik und präzise Umlaufbahnbestimmung.^[102] GPS wird auch in beiden verwendet Amateurastronomie mit Kleine Teleskope sowie von professionellen Observatorien zum Finden Extrasolare Planeten.
• Automatisiertes Fahrzeug: Anwenden von Standort und Routen für Autos und LKWs ohne menschlichen Fahrer.
• Kartographie: Sowohl zivile als auch Militärkartografen verwenden GPS ausgiebig.
• Mobiltelefonie: Taktsynchronisation ermöglicht eine Zeitübertragung, die für die Synchronisierung ihrer Ausbreitungscodes mit anderen Basisstationen entscheid Mobile Notrufe und andere Anwendungen. Der Erste Handys mit integriertem GPS Ende der neunziger Jahre gestartet. Die USA Federal Communications Commission (FCC) hat das Merkmal entweder im Mobilteil oder in den Türmen (zur Verwendung in der Triangulation) im Jahr 2002 vorgeschrieben, damit Rettungsdienste 911 -Anrufer lokalisieren könnten. Softwareentwickler von Drittanbietern erhielten später Zugriff auf GPS-APIs von Nextel Beim Start, gefolgt von Sprint im Jahr 2006 und und Verizon bald danach.
• Uhr Synchronisation: Genauigkeit von GPS -Zeitsignalen (± 10 ns)^[103] ist an zweiter Stelle die Atomuhren, auf denen sie basieren, und wird in Anwendungen wie verwendet GPS disziplinierte Oszillatoren.
• Katastrophenhilfe/Notdienste: Viele Rettungsdienste hängen von GPS für Standort- und Zeitfunktionen ab.
• GPS-ausgestattet Radiosonden und Drops: Messen und berechnen Sie den atmosphärischen Druck, die Windgeschwindigkeit und die Richtung von bis zu 27 km von der Erdoberfläche.
• Radioaufteilung Für Wetter- und Atmosphärische Wissenschaftsanwendungen.^[104]
• Flottenverfolgung: Wird verwendet, um Kontaktberichte mit einem oder mehreren zu identifizieren, zu lokalisieren und zu verwalten Flotte Fahrzeuge in Echtzeit.
• Geodäsie: Bestimmung von Erdorientierungsparameter einschließlich der täglichen und sub-taily polaren Bewegung,^[105] und Tageslänge Variabilitäten,^[106] Massenzentrum der Erde-Geocenter Bewegung,^[107] und Niedriggrad-Schwerkraftfeldparameter.^[108]
• Geofencing: Fahrzeugverfolgungssysteme, Personverfolgungssysteme, und Haustierverfolgung Systeme verwenden GPS, um Geräte zu lokalisieren, die an eine Person, ein Fahrzeug oder ein Haustier befestigt sind oder von ihnen getragen werden. Die Anwendung kann eine kontinuierliche Verfolgung bereitstellen und Benachrichtigungen senden, wenn das Ziel einen bestimmten Bereich (oder "eingezäunt") Bereich hinterlässt.^[109]
• Geotagging: Anwendet Standortkoordinaten auf digitale Objekte wie Fotos (in Exif Daten) und andere Dokumente für Zwecke wie das Erstellen von Kartenüberlagerungen mit Geräten wie Nikon GP-1
• GPS -Flugzeugverfolgung
• GPS für den Bergbau: Die Verwendung von RTK -GPS hat mehrere Bergbauvorgänge wie Bohrungen, Schaufeln, Fahrzeugverfolgung und Vermessung erheblich verbessert. RTK GPS bietet eine Positionierungsgenauigkeit auf Zentimeterebene.
• GPS -Data Mining: Es ist möglich, GPS -Daten von mehreren Benutzern zu aggregieren, um Bewegungsmuster, gemeinsame Trajektorien und interessante Standorte zu verstehen.^[110]
• GPS -Touren: Standort bestimmt, welche Inhalte angezeigt werden sollen. Zum Beispiel Informationen über einen sich nähernden Interessenspunkt.
• Psychische Gesundheit: Verfolgung der psychischen Gesundheit und Geselligkeit.^[111]
• Navigation: Navigatoren schätzen digital präzise Geschwindigkeits- und Orientierungsmessungen sowie präzise Positionen in Echtzeit mit Unterstützung von Orbit- und Uhrkorrekturen.^[112]
• Orbit Bestimmung von Satelliten mit niedrigem Orbiting mit einem an Bord installierten GPS-Empfänger wie z. Gehen Sie,^[113] ANMUT, Jason-1, Jason-2, Terrasar-X, Tandem-X, Champion, Sentinel-3,^[114] und einige Cubesats, z. B., Cubeth.
• Phasormessungen: GPS ermöglicht ein hoch genaues Zeitstempel der Stromsystemmessungen, was es ermöglicht, zu berechnen Phasoren.
• Erholung: zum Beispiel, Geocaching, Geodashing, GPS -Zeichnung, Waymarkingund andere Arten von Standortbasierte mobile Spiele wie zum Beispiel Pokémon gehen.
• Referenzrahmen: Realisierung und Verdichtung der terrestrischen Referenzrahmen^[115] im Rahmen des globalen geodätischen Beobachtungssystems. Co-Standort im Raum zwischen Satellitenlaser reicht^[116] und Mikrowellenbeobachtungen^[117] zum Ableiten globaler geodätischer Parameter.^[118][119]
• Robotik: Selbstnavigierende, autonome Roboter mit GPS-Sensoren,^[120] die Breite, Länge, Zeit, Geschwindigkeit und Überschrift berechnen.
• Sport: In Fußball und Rugby zur Kontrolle und Analyse der Trainingsbelastung verwendet.^[121]
• Vermessung: Vermesser verwenden absolute Standorte, um Karten zu erstellen und Eigenschaftengrenzen zu bestimmen.
• Tektonik: GPS ermöglicht eine direkte Messung der Fehlerbewegung von Erdbeben. Zwischen Erdbeben -GPS kann zur Messung verwendet werden Kruste Bewegung und Verformung^[122] Schätzung der Ansammlung seismischer Belastung für die Erstellung seismische Gefahr Karten.
• Telematik: GPS -Technologie integriert in Computer und Mobilfunk -Technologie in Automobilnavigationssysteme.

Einschränkungen der Zivilanlage

Die US -Regierung kontrolliert den Export einiger ziviler Empfänger. Alle GPS -Empfänger, die in der Lage sind, über 60.000 Fuß über dem Meeresspiegel und über 500 m/s; 2.000 km/h; 1.000 Meilen pro Stunde) zu funktionieren oder für die Verwendung mit unbemannten Raketen und Flugzeugen entworfen oder modifiziert zu werden, werden als klassifiziert oder modifiziert, als als sie zur Verwendung mit unbemannten Raketen und Flugzeugen entworfen oder modifiziert wurden, werden als klassifiziert oder modifiziert, wie sie eingestuft oder modifiziert wurde Munition (Waffen) - was bedeutet, dass sie benötigen Außenministerium Exportlizenzen.^[123] Diese Regel gilt sogar für ansonsten rein zivile Einheiten, die nur die L1 -Frequenz und den C/A -Code (Grob/Akquisition) erhalten.

Die Deaktivierung des Betriebs über diesen Grenzen befreit den Empfänger von der Klassifizierung als Munition. Verkäuferinterpretationen unterscheiden sich. Die Regel bezieht sich sowohl auf die Zielhöhe als auch auf die Geschwindigkeit auf den Betrieb, aber einige Empfänger beenden jedoch nicht mehr, wenn sie stationär sind. Dies hat zu Problemen mit einigen Amateur -Radiomosen -Starts geführt, die regelmäßig 30 km (100.000 Fuß) erreichen.

Diese Grenzen gelten nur für Einheiten oder Komponenten, die aus den USA exportiert wurden. Es gibt ein wachsender Handel mit verschiedenen Komponenten, einschließlich GPS -Einheiten aus anderen Ländern. Diese werden ausdrücklich als verkauft als Itar-frei.

Militär

Anbringen eines GPS -Leitfadens an a dumme Bombe, März 2003.

M982 Excalibur GPS-geführt Artillerieschale.

Ab 2009 umfassen militärische GPS -Anwendungen:

• Navigation: Soldaten verwenden GPS, um Ziele zu finden, auch im dunklen oder in unbekanntem Gebiet, und um die Truppen- und Versorgungsbewegung zu koordinieren. In den US -Streitkräften verwenden Kommandeure die Digitalassistent des Kommandanten und untere Ränge verwenden die Soldat Digital Assistent.^[124]
• Zielverfolgung: Verschiedene militärische Waffensysteme verwenden GPS, um potenzielle Boden- und Luftziele zu verfolgen, bevor sie als feindselig gekennzeichnet sind. Diese Waffensysteme übergeben Zielkoordinaten an Präzisionsgeführte Munition Damit sie Ziele genau angreifen können. Militärflugzeuge, insbesondere in Luft-Boden Rollen, verwenden Sie GPS, um Ziele zu finden.
• Leitlinien für Raketen und Projektile: GPS ermöglicht eine genaue Targeting verschiedener militärischer Waffen einschließlich ICBMs, Kreuzfahrtraketen, Präzisionsgeführte Munition und Granaten. Eingebettete GPS -Empfänger, die Beschleunigungen von 12.000 standhalten können g oder ungefähr 118 km/s² (260.000 Meilen pro Stunde/s) wurden für die Verwendung in 155 Millimeter (6,1 Zoll) entwickelt Haubitze Muscheln.^[125]
• Suchen und retten.
• Aufklärung: Die Patrouillenbewegung kann genauer verwaltet werden.
• GPS -Satelliten tragen eine Reihe von nuklearen Detonationsdetektoren, die aus einem optischen Sensor namens a bestehen Bhangmeter, ein Röntgensensor, ein Dosimeter und ein elektromagnetischer Impulssensor (EM-Sensor) (W-Sensor), der einen Hauptanteil des United States Nuclear Detonation Detection System.^[126][127] General William Shelton hat erklärt, dass zukünftige Satelliten diese Funktion fallen lassen könnten, um Geld zu sparen.^[128]

GPS -Navigation wurde erstmals im Krieg in der verwendet 1991 Persischer Golfkrieg, bevor GPS 1995 vollständig entwickelt wurde, um zu helfen Koalitionskräfte Navigieren und Manöver im Krieg durchführen. Der Krieg demonstrierte auch die Anfälligkeit von GPS für das Sein verklemmt, als irakische Kräfte Jamming -Geräte auf wahrscheinlichen Zielen installierten, die Funkgeräusche emittierten und die Empfang des schwachen GPS -Signals störten.^[129]

Die Anfälligkeit der GPS gegenüber Jamming ist eine Bedrohung, die weiter wächst, wenn Jamming -Geräte und Erfahrung wächst.^[130][131] Es wurde berichtet, dass GPS -Signale im Laufe der Jahre für militärische Zwecke mehrfach gestoßen wurden. Russland scheint mehrere Ziele für dieses Verhalten zu haben, wie beispielsweise einschüchterndes Nachbarn gleichzeitig das Vertrauen in ihre Abhängigkeit von amerikanischen Systemen, die Förderung ihrer Glonass -Alternative, die Störung westlicher militärischer Übungen und den Schutz von Vermögenswerten vor Drohnen zu untergraben.^[132] China nutzt das Jamming, um US -Überwachungsflugzeuge in der Nähe des umkämpften Überwachungsflugzeugs zu entmutigen Spratly Islands.^[133] Nord Korea hat mehrere wichtige Jamming -Operationen in der Nähe seiner Grenze zu Südkorea und Offshore montiert und Flüge, Versand und Fischereibetrieb störten.^[134] Die iranischen Streitkräfte störten den Flug der zivilen Flugzeugflugzeuge PS752's GPS, als es das Flugzeug hinuntergeschossen hat.^[135][136]

Zeitmessung

Sekundensprung

Während die meisten Uhren ihre Zeit abgeben abgestimmte Weltzeit (UTC) Die Atomuhren auf den Satelliten sind auf "GPS -Zeit" eingestellt. Der Unterschied besteht darin, dass die GPS -Zeit nicht so korrigiert wird, um der Rotation der Erde zu entsprechen, sodass sie nicht enthält Sekundensprung oder andere Korrekturen, die regelmäßig zu UTC hinzugefügt werden. Die GPS -Zeit wurde 1980 mit UTC entspricht, ist jedoch seitdem ausgeschieden. Das Fehlen von Korrekturen bedeutet, dass die GPS -Zeit mit einem konstanten Versatz mit Bleiben mit Internationale Atomzeit (Tai) (Tai - GPS = 19 Sekunden). Periodische Korrekturen werden an den Borduhren durchgeführt, um sie mit Bodenuhren synchronisiert zu halten.^[137]

Die GPS -Navigationsnachricht enthält den Unterschied zwischen GPS -Zeit und UTC. Ab Januar 2017,^{[aktualisieren]} Die GPS -Zeit ist 18 Sekunden vor der UTC wegen des Leap -Second -Second -Futh -Werts am 31. Dezember 2016.^[138] Empfänger subtrahieren diesen Offset von der GPS -Zeit zur Berechnung der UTC- und spezifischen Zeitzonenwerte. Neue GPS -Einheiten zeigen möglicherweise erst nach Erhalt der UTC -Offset -Nachricht die richtige UTC -Zeit. Das GPS-UTC-Offset-Feld kann 255 Sprungsekunden (acht Bit) aufnehmen.

Genauigkeit

Die GPS -Zeit ist theoretisch genau auf 14 Nanosekunden aufgrund der Uhrdrift relativ zu Internationale Atomzeit dass die Atomuhren in GPS -Sendern erleben^[139] Die meisten Empfänger verlieren eine gewisse Genauigkeit bei der Interpretation der Signale und sind nur auf etwa 100 Nanosekunden genau.^[140][141]

Format

Im Gegensatz zum Jahr, Monat und Tagesformat der Gregorianischer KalenderDas GPS-Datum wird als Woche und eine Sekunden-Woche-Nummer ausgedrückt. Die Woche wird als zehn übertragen.bisschen Feld in den C/A- und P (Y) Navigationsmeldungen, und so wird es alle 1.024 Wochen (19,6 Jahre) wieder Null. GPS Week Zero begann am 6. Januar 1980 um 00:00:00 UTC (00:00:19 Tai), und die Woche wurde am 21. August 1999 zum ersten Mal um 23:59:47 UTC (00) zum ersten Mal um 23:59:47 Uhr (00) wieder Null : 00: 19 Tai am 22. August 1999). Es geschah am zweiten Mal um 23:59:42 UTC am 6. April 2019. Um das derzeitige Gregorianische Datum zu bestimmen, muss ein GPS -Empfänger mit dem ungefähren Datum (auf innerhalb von 3.584 Tagen) zur Verfügung gestellt werden, um das GPS -Datumsignal korrekt zu übersetzen. Um diese Anliegen in Zukunft zu beheben, wird die modernisierte Botschaft der GPS Civil Navigation (CNAV) ein 13-Bit-Feld verwenden, das sich nur alle 8.192 Wochen (157 Jahre) wiederholt und damit bis 2137 (157 Jahre nach der GPS-Woche Null) dauert.

Kommunikation

Die von GPS -Satelliten übertragenen Navigationssignalen codieren eine Vielzahl von Informationen, einschließlich Satellitenpositionen, dem Zustand der internen Uhren und der Gesundheit des Netzwerks. Diese Signale werden auf zwei separate Trägerfrequenzen übertragen, die allen Satelliten im Netzwerk gemeinsam sind. Es werden zwei verschiedene Kodierungen verwendet: eine öffentliche Kodierung, die eine Navigation mit niedrigerer Auflösung ermöglicht, und eine verschlüsselte Codierung des US -Militärs.

Nachrichtenformat

GPS -Nachrichtenformat

Unterrahmen	Beschreibung
1	Satellitenuhr, GPS -Zeitbeziehung
2–3	Ephemeris (präzise Satellitenumlaufbahn)
4–5	Almanach -Komponente (Satellitennetzwerksynopsis, fehler Korrektur)

Jeder GPS -Satelliten sendet kontinuierlich a Navigationsnachricht Auf L1 (C/A und P/Y) und L2 (P/Y) Frequenzen mit einer Geschwindigkeit von 50 Bit pro Sekunde (siehe Bitrate). Jede vollständige Nachricht dauert 750 Sekunden (12+1⁄2 Minuten) zu vervollständigen. Die Nachrichtenstruktur verfügt über ein grundlegendes Format eines 1500-Bit-Rahmens, der aus fünf Unterrahmen besteht, wobei jeder Teilrahmen 300 Bit (6 Sekunden) lang ist. Unterrahmen 4 und 5 sind unterkommutiert Jeweils 25 -mal, so dass eine vollständige Datennachricht die Übertragung von 25 Vollrahmen erfordert. Jeder Unterrahmen besteht aus zehn Wörtern, die jeweils 30 Bit lang sind. Somit ist mit 300 Bit in einem Unterframe -Times 5 -Unterrahmen in einem Rahmenzeiten 25 Frames in einer Nachricht 37.500 Bit lang. Bei einer Übertragungsrate von 50 Bit/s bietet dies 750 Sekunden Zeit, um eine Ganze zu übertragen Almanac -Nachricht (GPS). Jeder 30-Sekunden-Rahmen beginnt genau in der Minute oder in der halben Minute, wie durch die Atomuhr an jedem Satellit angegeben.^[142]

Der erste Unterrahmen jedes Rahmens kodiert die Woche und die Zeit innerhalb der Woche,^[143] sowie die Daten über die Gesundheit des Satelliten. Die zweite und die dritten Unterrahmen enthalten die Ephemeris - Die genaue Umlaufbahn für den Satelliten. Die vierten und fünften Unterrahmen enthalten die Almanach, die grobe Orbit- und Statusinformationen für bis zu 32 Satelliten in der Konstellation sowie Daten zur Fehlerkorrektur enthält. Um einen genauen Satellitenort von dieser übertragenen Nachricht zu erhalten, muss der Empfänger die Nachricht von jedem Satelliten dessen, den er 18 bis 30 Sekunden lang in seine Lösung enthält, demoduliert. Um alle übertragenen Almanacs zu sammeln, muss der Empfänger die Nachricht für 732 bis 750 Sekunden dessen demodulieren oder 12+1⁄2 Protokoll.^[144]

Alle Satelliten, die mit den gleichen Frequenzen ausgestrahlt werden und Signale mit Unique codieren Code-Division Multiple Access (CDMA) So können Empfänger einzelne Satelliten voneinander unterscheiden. Das System verwendet zwei unterschiedliche CDMA -Codierungstypen: den Grob-/Erfassungscode (C/A), der von der Öffentlichkeit zugänglich ist, und den genauen Code (P (Y)), der so verschlüsselt ist, dass nur das US -Militär und andere das US -Militär und andere NATO -Nationen, die Zugriff auf den Verschlüsselungscode erhalten haben, können darauf zugreifen.^[145]

Die Ephemeris wird alle 2 Stunden aktualisiert und 4 Stunden lang ausreichend stabil, mit Bestimmungen für Aktualisierungen alle 6 Stunden oder länger unter nicht nominalen Bedingungen. Das Almanach wird normalerweise alle 24 Stunden aktualisiert. Darüber hinaus werden die Daten für einige Wochen nach der Folgende von Übertragungsaktualisierungen hochgeladen, bei denen das Datenaufladung von Daten verzögert wird.

Satellitenfrequenzen

GPS -Frequenzübersicht^{[146]: 607}

Band	Frequenz	Beschreibung
L1	1575,42 MHz	Grob Akquisition (C/A) und verschlüsseltes Präzisionscodes (P (Y)) sowie der L1-Zivilist (L1L1C) und militärische (m) Codes auf Block III und neueren Satelliten.
L2	1227,60 MHz	P (y) Code plus der L2c und Militärcodes auf dem Block IIR-M und neueren Satelliten.
L3	1381,05 MHz	Wird zur Erkennung von nuklearem Detonation (Nudet) verwendet.
L4	1379,913 MHz	Für zusätzliche ionosphärische Korrektur untersucht werden.
L5	1176,45 MHz	Wird als ziviles Lebenssicherheit (SOL) Signal auf Block IIF und neuere Satelliten verwendet.

Alle Satelliten sendeten mit den gleichen zwei Frequenzen, 1,57542 GHz (L1 -Signal) und 1,2276 GHz (L2 -Signal). Das Satellitennetz verwendet eine CDMA-Spread-Spektrum-Technik^{[146]: 607} wo die Low-Bitrat-Nachrichtendaten mit einem hochrate codierten Pseudo-Random (PRN) Sequenz, die für jeden Satelliten unterschiedlich ist. Der Empfänger muss sich der PRN -Codes für jeden Satelliten bewusst sein, um die tatsächlichen Nachrichtendaten zu rekonstruieren. Der C/A -Kodex für zivile Verwendung überträgt die Daten auf 1,023 Millionen Chips pro Sekunde überträgt der P -Code für die US -Militärgebrauch bei 10,23 Millionen Chips pro Sekunde. Die tatsächliche interne Referenz der Satelliten beträgt 10.22999999543 MHz, um dies auszugleichen relativistische Effekte^[147][148] Das macht Beobachter auf der Erde eine andere Zeitreferenz in Bezug auf die Sender in der Umlaufbahn. Der L1 -Träger wird sowohl durch die C/A- als auch durch P -Codes moduliert, während der L2 -Träger nur durch den P -Code moduliert wird.^[88] Der P-Code kann als sogenannter P (Y) -Codes verschlüsselt werden, der nur für militärische Geräte mit einem ordnungsgemäßen Entschlüsselungsschlüssel zur Verfügung steht. Sowohl die C/A- als auch die P (Y) -Codes vermitteln dem Benutzer den genauen Tag.

Das L3 -Signal bei einer Frequenz von 1,38105 GHz wird verwendet, um Daten von den Satelliten an Bodenstationen zu übertragen. Diese Daten werden vom Nudet -Detektionssystem (USNDS) der United States Nuclear Detonation (Nudet) verwendet, um nukleare Detonationen (Nudets) in der Erdatmosphäre und in der Nähe des Weltraums zu erkennen, zu lokalisieren und zu melden.^[149] Eine Verwendung ist die Durchsetzung von Verträgen von Nukleartestverbots.

Die L4 -Bande bei 1,379913 GHz wird auf zusätzliche ionosphärische Korrektur untersucht.^{[146]: 607}

Das L5 -Frequenzband bei 1,17645 GHz wurde im Prozess von hinzugefügt GPS -Modernisierung. Diese Frequenz fällt in einen international geschützten Bereich für die Luftfahrtnavigation, was unter allen Umständen wenig oder gar keine Einmischung verspricht. Der erste Block IIF -Satellit, der dieses Signal liefert, wurde im Mai 2010 gestartet.^[150] Am 5. Februar 2016 wurde der 12. und letzte Block IIF -Satelliten gestartet.^[151] Der L5 besteht aus zwei Trägerkomponenten, die in Phasenquadratur miteinander sind. Jede Trägerkomponente ist die BI-Phasen-Schaltschlüssel (BPSK), die durch einen separaten Bitzug moduliert ist. "L5, das dritte zivile GPS-Signal, wird schließlich die Lebenssicherheit für die Luftfahrt unterstützen und eine verbesserte Verfügbarkeit und Genauigkeit bieten."^[152]

Im Jahr 2011 wurde ein bedingter Verzicht auf die Verzichtserklärung gewährt Leuchten einen terrestrischen Breitbandservice in der Nähe des L1 -Bandes zu betreiben. Obwohl LightsQuared bereits 2003 eine Lizenz für den Betrieb im Bereich 1525 bis 1559 beantragt hatte und für öffentliche Kommentare veröffentlicht wurde, bat die FCC Lightsquared, eine Studiengruppe mit der GPS -Community zu bilden, um GPS -Empfänger zu testen und Probleme zu identifizieren, die möglicherweise das Problem identifizieren, dies könnte entstehen aufgrund der größeren Signalleistung des terrestrischen Netzwerks mit Lichtquartier. Die GPS -Community hatte erst im November 2010 Einwände gegen die Lightquared -Anwendungen (ehemals MSV und Skyterra) beanstandet, als Lightsquared eine Modifikation an der ATC -Genehmigung der terrestrischen Komponente (ATC) beantragte. Diese Einreichung (SAT-MOD-20101118-00239) war eine Anfrage, um mehrere Größenordnungen in derselben Frequenzband für terrestrische Basisstationen auszuführen und im Wesentlichen eine "ruhige Nachbarschaft" für Signale aus dem Weltraum umzusetzen das Äquivalent eines zellulären Netzwerks. Tests im ersten Halbjahr 2011 haben gezeigt, dass der Einfluss der unteren 10 MHz des Spektrums für GPS -Geräte minimal ist (weniger als 1% der gesamten GPS -Geräte sind betroffen). Die oberen 10 MHz, die für die Verwendung durch Lightsquared bestimmt sind, kann einige Auswirkungen auf GPS -Geräte haben. Es besteht einige Bedenken, dass dies das GPS -Signal für viele Konsumentenverbrauchern ernsthaft beeinträchtigen kann.^[153][154] Luftfahrtwoche Die Zeitschrift berichtet, dass die neuesten Tests (Juni 2011) das "signifikante Jamming" von GPS nach Lightsquared -System bestätigen.^[155]

Demodulation und Decodierung

Demodulierung und Dekodierung von GPS -Satellitensignalen mithilfe der groben/Akquisition Goldcode.

Da alle Satellitensignale auf derselben L1 -Trägerfrequenz moduliert werden, müssen die Signale nach der Demodulation getrennt werden. Dies geschieht, indem jeder Satelliten eine einzigartige Binärdatei zugewiesen wird Reihenfolge bekannt als a Goldcode. Die Signale werden nach der Demodulation unter Verwendung der vom Empfänger überwachten Satelliten entschlüsselt.^[156][157]

Wenn die Almanac -Informationen zuvor erfasst wurden, wählt der Empfänger die Satelliten aus, um sie von ihren PRNs zu hören, eindeutige Zahlen im Bereich 1 bis 32. Wenn die Almanac -Informationen nicht im Speicher sind, gibt der Empfänger in einen Suchmodus ein, bis eine Sperre erhalten wird auf einem der Satelliten. Um ein Schloss zu erhalten, ist es notwendig, dass der Empfänger zum Satelliten eine ungehinderte Sichtlinie gibt. Der Empfänger kann dann das Almanach erwerben und die Satelliten bestimmen, auf die er hören sollte. Wenn es das Signal jedes Satelliten erkennt, identifiziert es es anhand seines unterschiedlichen C/A -Codemusters. Es kann eine Verzögerung von bis zu 30 Sekunden vor der ersten Schätzung der Position geben, da die Ephemeris -Daten gelesen werden müssen.

Die Verarbeitung der Navigationsnachricht ermöglicht die Bestimmung der Übertragungszeit und der Satellitenposition zu diesem Zeitpunkt. Weitere Informationen finden Sie unter Demodulation und Decodierung, Fortgeschrittene.

Navigationsgleichungen

Problemstellung

Der Empfänger verwendet Nachrichten, die von Satelliten empfangen werden, um die Satellitenpositionen und die gesendeten Zeit zu bestimmen. Das x, y, und z Komponenten der Satellitenposition und der gesendeten Zeit (s) werden als [als [x_i, y_i, z_i, s_i] wo das Index i bezeichnet den Satelliten und hat den Wert 1, 2, ..., n, wo n≥ 4. Wenn der Zeitpunkt des Nachrichtenempfangs durch die On-Bord-Empfängeruhr angezeigt wird t_iDie wahre Empfangszeit ist t_i = t_i − b, wo b ist die Taktentfernung des Empfängers aus den viel genaueren GPS -Uhren, die von den Satelliten verwendet werden. Die Empfängertaktverzerrung ist für alle empfangenen Satellitensignale gleich (vorausgesetzt, die Satellitenuhren sind alle perfekt synchronisiert). Die Transitzeit der Nachricht ist t_i − b − s_i, wo s_i ist die Satellitenzeit. Angenommen, die Nachricht, die unterwegs ist, um die Lichtgeschwindigkeit, c, die zurückgelegte Strecke ist (t_i − b − s_i) c.

Für N -Satelliten sind die zu befriedigen Gleichungen:

$oder$

wo d_i ist der geometrische Abstand oder den Bereich zwischen Empfänger und Satelliten i (Die Werte ohne Einweis sind die x, y, und z Komponenten der Empfängerposition):

$oder }}}$

Definition Pseudorangen wie ${\ displayStyle p_ {i} = \ links ({\ tilde {t}} _ {i} -s_ {i} \ rechts) c}$Wir sehen, dass sie voreingenommene Versionen des wahren Bereichs sind:

${\ displaystyle p_ {i} = d_ {i}+bc, \; i = 1,2, ..., n}$ .^[158][159]

Da die Gleichungen vier Unbekannte haben [x, y, z, b] - Die drei Komponenten der GPS -Empfängerposition und die Taktverzerrung - Signale von mindestens vier Satelliten sind erforderlich, um zu versuchen, diese Gleichungen zu lösen. Sie können durch algebraische oder numerische Methoden gelöst werden. Existenz und Einzigartigkeit von GPS -Lösungen werden von Abell und Chaffee diskutiert.^[74] Wann n ist größer als vier, dieses System ist überbestimmt und ein Anpassungsmethode muss benutzt werden.

Die Fehlermenge in den Ergebnissen variiert mit den Standorten der empfangenen Satelliten am Himmel, da bestimmte Konfigurationen (wenn die empfangenen Satelliten am Himmel nahe beieinander liegen) größere Fehler verursachen. Empfänger berechnen normalerweise eine laufende Schätzung des Fehlers in der berechneten Position. Dies geschieht durch Multiplizieren der Grundauflösung des Empfängers mit der als die genannten Mengen geometrische Verdünnung der Position (GDOP) -Faktoren, berechnet aus den relativen Himmelsrichtungen der verwendeten Satelliten.^[160] Der Empfängerort wird in einem bestimmten Koordinatensystem ausgedrückt, z. B. Breitengrad und Längengrad mit dem WGS 84 geodätisches Datum oder ein länderspezifisches System.^[161]

Geometrische Interpretation

Die GPS -Gleichungen können durch numerische und analytische Methoden gelöst werden. Geometrische Interpretationen können das Verständnis dieser Lösungsmethoden verbessern.

Kugeln

2-D-Kartesianer Multilateration-Szenario (Trilateration).

Die gemessenen Bereiche, die als Pseudorangen bezeichnet werden, enthalten Taktfehler. In einer vereinfachten Idealisierung, in der die Bereiche synchronisiert sind, repräsentieren diese wahren Bereiche die Radien der Kugeln, die jeweils auf einem der übertragenden Satelliten zentriert sind. Die Lösung für die Position des Empfängers befindet sich dann am Schnittpunkt der Oberflächen dieser Kugeln; sehen Trilateration (Allgemeiner wahren Reichweite Multilateration). Signale von mindestens drei Satelliten sind erforderlich, und ihre drei Kugeln würden sich normalerweise an zwei Punkten überschneiden.^[162] Einer der Punkte ist die Position des Empfängers, und der andere bewegt sich schnell in aufeinanderfolgenden Messungen und wären normalerweise nicht auf der Erdoberfläche.

In der Praxis gibt es neben Taktverzerrungen viele Ungenauigkeitenquellen, einschließlich zufälliger Fehler sowie das Potenzial für Präzisionsverlust durch Subtrahieren von Zahlen nahe beieinander, wenn die Zentren der Kugeln relativ nahe beieinander liegen. Dies bedeutet, dass die Position, die allein aus drei Satelliten berechnet wurde, wahrscheinlich nicht genau genug ist. Daten von mehr Satelliten können helfen, weil zufällige Fehler absagen und auch eine größere Verbreitung zwischen den Kugelzentren geben. Gleichzeitig überschneiden sich mehr Kugeln im Allgemeinen nicht an einem Punkt. Daher wird eine nahe Kreuzung in der Regel über die kleinsten Quadrate berechnet. Je mehr Signale verfügbar sind, desto besser ist die Annäherung wahrscheinlich.

Hyperboloide

Drei Satelliten (als "Stationen" a, b, c) haben Orte gekannt. Die wahren Zeiten, die ein Radiosignal benötigt, um von jedem Satellit zum Empfänger zu wandern, sind unbekannt, aber die wahren zeitlichen Unterschiede sind bekannt. Anschließend lokalisiert der Differenz den Empfänger auf einem Zweig einer Hyperbola, die sich auf die Satelliten konzentriert. Der Empfänger befindet sich dann an einer der beiden Kreuzungen.

Wenn der Pseudorange zwischen dem Empfänger und dem Satelliten i und die Pseudorange zwischen dem Empfänger und dem Satelliten j sind abgezogen, p_i − p_j, die gemeinsame Empfängeruhr -Tendenz (b) storniert ab und führt zu einer Distanzunterschiede d_i − d_j. Der Ort von Punkten, der einen konstanten Abstand im Abstand zu zwei Punkten (hier, zwei Satelliten) hat, ist a Hyperbel im Flugzeug und a Hyperboloid der Revolution (genauer gesagt a Zweiblatt hyperboloid) im 3D -Raum (siehe Multilateration). Somit kann der Empfänger aus vier Pseudorange -Messungen an der Kreuzung der Oberflächen von jeweils drei Hyperboloiden mit jeweils platziert werden Foci Bei einem Paar Satelliten. Bei zusätzlichen Satelliten sind die mehreren Kreuzungen nicht unbedingt einzigartig, und stattdessen wird eine am besten passende Lösung gesucht.^{[74][75][163][164][165][166]}

Beschriftete Kugel

Ein kleinerer Kreis (rot) beschriftet und tangent für andere Kreise (Schwarz), das muss nicht unbedingt gegenseitig tangentiell sein.

Die Empfängerposition kann als Zentrum eines interpretiert werden Beschriftete Kugel (Inssphere) des Radius BC, gegeben durch die Empfängeruhr Tendenz b (skaliert durch die Lichtgeschwindigkeit c). Der Standort von InSphere ist so, dass er andere Bereiche berührt. Das umschreibe Kugeln sind an den GPS -Satelliten zentriert, deren Radien gleich den gemessenen Pseudorangen entspricht p_i. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der oben beschriebenen, in der die Radien der Kugeln die unvoreingenommenen oder geometrischen Bereiche waren d_i.^{[165]: 36–37[167]}

Hyperkones

Die Uhr im Empfänger ist normalerweise nicht von der gleichen Qualität wie die in den Satelliten und wird nicht genau mit ihnen synchronisiert. Dies produziert Pseudorangen mit großen Unterschieden im Vergleich zu den wahren Entfernungen zu den Satelliten. Daher wird in der Praxis der zeitliche Unterschied zwischen der Empfängeruhr und der Satellitenzeit als unbekannte Taktverzerrung definiert b. Die Gleichungen werden dann gleichzeitig für die Empfängerposition und die Taktvorspannung gelöst. Der Lösungsraum [x, y, z, b] kann als vierdimensional angesehen werden Freizeitund Signale von mindestens vier Satelliten werden benötigt. In diesem Fall beschreibt jede der Gleichungen a Hypercone (oder sphärische Kegel),^[168] mit der Höcker am Satelliten und der Basis eine Kugel um den Satelliten. Der Empfänger befindet sich an der Schnittstelle von vier oder mehr solcher Hyperkones.

Lösungsmethoden

Kleinsten Quadrate

Wenn mehr als vier Satelliten verfügbar sind, kann die Berechnung die vier besten oder mehr als vier gleichzeitig (bis zu allen sichtbaren Satelliten) verwenden, abhängig von der Anzahl der Empfängerkanäle, der Verarbeitungsfähigkeit und der Verarbeitungsfunktion und geometrische Verdünnung der Präzision (GDOP).

Die Verwendung von mehr als vier beinhaltet ein überbestimmtes Gleichungssystem ohne eindeutige Lösung. Ein solches System kann durch a gelöst werden kleinsten Quadrate oder gewichtete Methode für die kleinste Quadrate.^[158]

$oder y, z, b \ rechts)} {\ arg \ min}} \ sum _ {i} \ links ({\ sqrt {(x-X_ {i})^{2}+(y-y_ {i}) ^{2}+(z-z_ {i})^{2}}}+bc-p_ {i} \ rechts)^{2}}$

Iterativ

Beide Gleichungen für vier Satelliten oder die kleinsten Quadrate-Gleichungen für mehr als vier sind nicht linear und benötigen spezielle Lösungsmethoden. Ein gemeinsamer Ansatz ist die Iteration auf einer linearisierten Form der Gleichungen, wie die Gauß -Newton -Algorithmus.

Das GPS wurde zunächst unter der Verwendung einer numerischen Lösungsmethode für kleinste Quadrate entwickelt, d. H., bevor geschlossene Lösungen gefunden wurden.

Geschlossene Form

Eine geschlossene Lösung für die oben genannten Gleichungen wurde von S. Bancroft entwickelt.^[159][169] Seine Eigenschaften sind bekannt;^{[74][75][170]} Insbesondere die Befürworter behaupten, es sei in niedrigem.GDOP Situationen im Vergleich zu iterativen Methoden mit den kleinsten Quadraten.^[169]

Die Methode von Bancroft ist algebraisch im Gegensatz zu numerisch und kann für vier oder mehr Satelliten verwendet werden. Wenn vier Satelliten verwendet werden, sind die wichtigsten Schritte eine Inversion einer 4x4-Matrix und eine Lösung einer einzelvariablen quadratischen Gleichung. Die Methode von Bancroft bietet ein oder zwei Lösungen für die unbekannten Mengen. Wenn es zwei gibt (normalerweise der Fall), ist nur einer eine vernünftige Lösung nahezu.^[159]

Wenn ein Empfänger mehr als vier Satelliten für eine Lösung verwendet, verwendet Bancroft die verallgemeinerte inverse (d. h. die Pseudoinverse), um eine Lösung zu finden. Es wurde ein Fall gemacht, dass iterative Methoden wie der Gauß-Newton-Algorithmus-Ansatz zur Lösung von überdestem Lösen Nichtlineare kleinste Quadrate Probleme bieten im Allgemeinen genauere Lösungen.^[171]

Leinck et al. (2015) besagt, dass "Bancrofts (1985) Lösung eine sehr frühe, wenn nicht die erste geschlossene Lösung ist".^[172] Andere Lösungen für geschlossene Form wurden danach veröffentlicht,^[173][174] Obwohl ihre Annahme in der Praxis unklar ist.

Fehlerquellen und Analyse

Die GPS -Fehleranalyse untersucht Fehlerquellen in GPS -Ergebnissen und die erwartete Größe dieser Fehler. GPS führt Korrekturen für Empfängertaktfehler und andere Effekte vor, einige Restfehler bleiben jedoch nicht korrigiert. Fehlerquellen umfassen Signalankunftszeitmessungen, numerische Berechnungen, atmosphärische Effekte (ionosphärische/troposphärische Verzögerungen). Ephemeris und Uhrendaten, Multipath -Signale sowie natürliche und künstliche Einmischung. Die Größe der Restfehler aus diesen Quellen hängt von der geometrischen Verdünnung der Präzision ab. Künstliche Fehler können sich aus Jamming -Geräten ergeben und Schiffe und Flugzeuge bedrohen^[175] oder aus absichtlichem Signalabbau durch selektive Verfügbarkeit, die die Genauigkeit auf ≈ 6–12 m (20–40 Fuß) begrenzt, jedoch seit dem 1. Mai 2000 ausgeschaltet wurde.^[176][177]

Genauigkeitserhöhung und Vermessung

Regulierungsspektrumprobleme in Bezug auf GPS -Empfänger

In den Vereinigten Staaten werden GPS -Empfänger unter dem reguliert Federal Communications Commission's (FCC) Teil 15 Regeln. Wie in den Handbüchern von GPS-fähigen Geräten angegeben, die in den USA als Teil 15-Gerät verkauft werden, muss es "alle eingegangenen Interferenzen akzeptieren, einschließlich Störungen, die einen unerwünschten Betrieb verursachen können".^[178] Insbesondere in Bezug auf GPS -Geräte stellt der FCC an, dass GPS -Empfängerhersteller "Empfänger verwenden müssen, die die Empfang von Signalen außerhalb ihres zugewiesenen Spektrums vernünftigerweise unterscheiden".^[179] In den letzten 30 Jahren haben GPS -Empfänger neben dem mobilen Satelliten -Service Band operiert und diskriminiert die Empfang von mobilen Satellitendiensten wie Inmarsat ohne Probleme.

Das für die GPS L1 vom FCC zugewiesene Spektrum beträgt 1559 bis 1610 MHz, während das für Satelliten-Boden-Gebrauch von LightsQuared zugewiesene Spektrum das mobile Satelliten-Serviceband ist.^[180] Seit 1996 hat die FCC die lizenzierte Nutzung des Spektrums -Nachbarn der GPS -Bande von 1525 bis 1559 MHz zum Nachbarn genehmigt Virginia Gesellschaft Leuchten. Am 1. März 2001 erhielt die FCC eine Bewerbung vom Lightsquared -Vorgänger. Motion Dienste, um ihre zugewiesenen Frequenzen für einen integrierten satelliten-terrestrischen Dienst zu nutzen.^[181] Im Jahr 2002 stand der US-amerikanische GPS-Industrierat mit Lightsquared zu einem Abkommen mit dem Band-Emission (OOBE), um Übertragungen von LightsQuared's bodengestützten Stationen zu verhindern, indem sie Getriebe in das benachbarte GPS-Band von 1559 bis 1610 MHz abgeben.^[182] Im Jahr 2004 verabschiedete die FCC die OOBE-Vereinbarung in seiner Genehmigung für Lightsquared, ein bodengestütztes Netzwerk in ihrem Satellitensystem-bekannt als The Zusatzturmkomponenten (ATCs), zu entfernen. Zusätzliche terrestrische Komponente bleibt zusätzlich für das Hauptangebot des MSS. Wir beabsichtigen nicht, dass wir die terrestrische Komponente zu einem eigenständigen Service werden. "^[183] Diese Genehmigung wurde vom US -amerikanischen Interdefartment -Radio -Beratungsausschuss überprüft und genehmigt, zu dem auch der gehört US -Landwirtschaftsministerium, US Space Force, US -Armee, US -Küstenwache, Föderale Flugverwaltung, Nationale Luftfahrt- und Weltraumverwaltung (NASA), US -Innenministerium, und US -Verkehrsministerium.^[184]

Im Januar 2011 autorisierte die FCC die Kunden des Lightsquared -Kunden von Lightquared - wie zum Beispiel als Best Buy, Scharf, und C Spire-Um nur einen integrierten satellitenorientierten Service von LightSquared und Selling zu kaufen, den integrierten Service auf Geräten ausgestattet sind, die nur das bodengestützte Signal mit den zugewiesenen Frequenzen von Lightquared von 1525 bis 1559 MHz verwenden.^[185] Im Dezember 2010 äußerten sich die Hersteller von GPS -Empfänger gegenüber der FCC Bedenken, dass das Signal von Lightsquared die GPS -Empfängergeräte beeinträchtigen würde^[186] Obwohl die politischen Überlegungen der FCC vor der Bestellung im Januar 2011 keine vorgeschlagenen Änderungen an der maximalen Anzahl von bodengestützten Lichtern oder der maximalen Leistung, an denen diese Stationen betrieben werden könnten, bezogen. Die Bestellung im Januar 2011 stellt die endgültige Genehmigung ab, die von Studien zu GPS -Interferenzproblemen von einer von Lights geführten Arbeitsgruppe sowie der Beteiligung der GPS -Industrie und der Bundesbehörde durchgeführt wurden. Am 14. Februar 2012 leitete das FCC ein Verfahren ein, um die bedingte Verzichtserklärung von Lightsquared zu räumen, basierend auf der Schlussfolgerung der NTIA, dass es derzeit keinen praktischen Weg gab, potenzielle GPS -Interferenzen zu mindern.

GPS-Empfängerhersteller entwerfen GPS-Empfänger so ein Spektrum, das über das GPS-zu Allocated-Band hinaus verwendet. In einigen Fällen werden GPS -Empfänger so konzipiert, dass sie bis zu 400 MHz Spektrum in beide Richtungen der L1 -Häufigkeit von 1575,42 MHz verwenden, da mobile Satellitendienste in diesen Regionen von Raum zu Boden übertragen werden und die Stromniveaus mit mobilen Satellitendiensten übereinstimmen .^[187] Wie nach den Regeln Teil 15 des FCC reguliert, sind GPS-Empfänger keinen Schutz vor Signalen außerhalb des GPS-zu Allocated-Spektrums.^[179] Aus diesem Grund arbeitet GPS neben dem mobilen Satellite -Serviceband und auch, und auch, warum das mobile Satelliten -Serviceband neben GPS arbeitet. Die symbiotische Beziehung der Spektrumallokation stellt sicher, dass Benutzer beider Bands kooperativ und frei arbeiten können.

Die FCC verabschiedete Regeln im Februar 2003, die es den Lizenznehmern des mobilen Satellite Service (MSS) wie Lightsquared ermöglichten, eine kleine Anzahl von fundierten Türmen im lizenzierten Spektrum mit zusätzlichen Boden zu errichten, um "eine effizientere Verwendung von terrestrischem drahtlosen Spektrum zu fördern".^[188] In diesen Regeln von 2003 erklärte die FCC "als vorläufige Angelegenheit, terrestrische [kommerzielle Mobilfunkdienst (" CMRs ") und MSS ATC werden voraussichtlich unterschiedliche Preise, Deckung, Produktakzeptanz und Vertrieb haben. Daher erscheinen die beiden Dienstleistungen. Bestenfalls ist es unwahrscheinlich, dass MSS ATC in überwiegend unterschiedlichen Marktsegmenten unvollständig sein würde, um unvollkommene Ersatzstoffe zu sein. Es ist unwahrscheinlich, dass MSS ATC direkt mit terrestrischen CMRs für denselben Kundenstamm konkurrieren ... ". Im Jahr 2004 stellte die FCC klar, dass die bodengestützten Türme zusätzlich sein würden, und stellte fest, dass "wir MSS ATC unter Bedingungen genehmigen werden, die sicherstellen, dass die zusätzliche terrestrische Komponente für das Hauptangebot des MSS-Anbieters nach wie vor bleibt. Wir haben nicht beabsichtigt, noch werden wir es auch nicht wollen Erlaubnis, die terrestrische Komponente, um ein eigenständiger Service zu werden. "^[183] Im Juli 2010 erklärte die FCC, dass Lightquared mit seiner Befugnis erwartet hatte, dass sie einen integrierten satelliten-terrestrischen Dienst anbietet, um "mobile Breitbanddienste zu erbringen, die denen von terrestrischen mobilen Anbietern anbieten und den Wettbewerb im mobilen Breitbandsektor verbessern".^[189] Hersteller von GPS-Empfängern haben argumentiert, dass das lizenzierte Spektrum von Lightsquared von 1525 bis 1559 MHz nie als für Hochgeschwindigkeits-drahtloses Breitband anhand der FCC-ATC-Entscheidungen von 2003 und 2004 verwendet wurde , Zusätzlich zur primären Satellitenkomponente.^[190] Um die öffentliche Unterstützung der Bemühungen zu entwickeln, die FCC-Genehmigung von Lightsquared von 2004 weiterzumachen Trimble Navigation Ltd. bildete die "Koalition, um unser GPS zu retten".^[191]

Die FCC und das Lightsquared haben jeweils öffentliche Verpflichtungen eingegangen, um das Problem der GPS -Interferenz zu lösen, bevor das Netzwerk arbeiten darf.^[192][193] Nach Chris Dancy von der Flugzeugbesitzer und Pilotenverband, Airline -Piloten mit den betroffenen Systemen, die betroffen wären, können "Kurs abnehmen und es nicht einmal erkennen".^[194] Die Probleme könnten sich auch auf das Upgrade der Federal Aviation Administration auf das auswirken Luftraumüberwachung System, Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten Anleitung und lokal Notdienste einschließlich 911.^[194]

Am 14. Februar 2012 wechselte die FCC nach dem geplanten nationalen Breitbandnetzwerk von Bar Lightsquared, nachdem er von der informiert worden war Nationale Telekommunikations- und Informationsverwaltung (NTIA), die Bundesbehörde, die Spektrum für die militärischen und anderen Bundesregierung koordiniert, dass "es zu diesem Zeitpunkt keine praktische Möglichkeit gibt, potenzielle Einmischung zu mindern".^[195][196] Lightsquared stellt die Aktion der FCC heraus.^{[Benötigt Update]}

Ähnliche Systeme

Umlaufgröße Vergleich von Geographisches Positionierungs System, Glonass, Galileo, Beidou-2, und Iridium Konstellationen, die Internationale Raumstation, das Hubble -Weltraumteleskop, und Geostationäre Umlaufbahn (und sein Friedhofsumlaufbahn), mit dem Van Allen -Strahlungsgürtel und die Erde skalieren.^[b]

Das MondDie Umlaufbahn ist etwa 9 -mal so groß wie geostationäre Umlaufbahn.^[c] (Schweben Sie in der SVG -Datei über eine Umlaufbahn oder sein Etikett, um sie hervorzuheben. Klicken Sie, um den Artikel zu laden.)

Andere bemerkenswerte Satellitennavigationssysteme oder verschiedene Entwicklungszustände umfassen:

• Beidou - System bereitgestellt und betrieben von der Volksrepublik Chinas, initiieren globale Dienstleistungen im Jahr 2019.^[197][198]
• Galileo - Ein globales System, das von der entwickelt wird europäische Union und andere Partnerländer, die 2016 mit dem Betrieb begann.^[199] und wird voraussichtlich bis 2020 vollständig eingesetzt.^{[Benötigt Update]}
• Glonass - Russlands globales Navigationssystem. Voll operativ weltweit.
• Navic - Ein regionales Navigationssystem, das von der entwickelt wurde Indische Weltraumforschungsorganisation.
• QZSS -Ein regionales Navigationssystem in den Regionen Asien-Ozeanien mit Schwerpunkt Japan.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weitere Lektüre

• "Navstar GPS -Benutzerausrüstung Einführung" (PDF). Küstenwache der Vereinigten Staaten. September 1996.
• Parkinson; Spilker (1996). Das globale Positionierungssystem. American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 978-1-56347-106-3.
• Jaizki Mendizabal; Roc Berenguer; Juan Melendez (2009). GPS und Galileo. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-159869-9.
• Nathaniel Bowditch (2002). Der amerikanische praktische Navigator - Kapitel 11 Satellitennavigation . Regierung der Vereinigten Staaten.
• Global Positioning System Offene Kurswaren von MIT, 2012
• Greg Milner (2016). Pinpoint: Wie GPS Technologie, Kultur und unseren Geist verändert. W. W. Norton. ISBN 978-0-393-08912-7.

Externe Links

• FAA GPS FAQ
• Gps.gov - Allgemeine öffentliche Bildungswebsite, die von der US -Regierung erstellt wurde