Εντοπισμός θέσης (του Διονύση Λιναρδάτου)

Εντοπισμός Θέσης

Βασική λειτουργία των Παγκόσμιων Δορυφορικών Συστημάτων Πλοήγησης, όπως είναι το ευρωπαϊκό σύστημα GALILEO, το ρωσικό GLONASS και το πασίγνωστο σε όλους αμερικανικό GPS[1], είναι ο εντοπισμός της θέσης του χρήστη πάνω στη Γη.

Ο εντοπισμός της θέσης βασίζεται στον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ του δέκτη που κρατά ο χρήστης και συνήθως τεσσάρων ταυτόχρονα ορατών δορυφόρων του συστήματος από το οποίο ο δέκτης λαμβάνει σήματα. Το σήμα κάθε δορυφόρου περιλαμβάνει πληροφορίες, μεταξύ άλλων, για την ταυτότητα του δορυφόρου, τη χρονική στιγμή εκπομπής του σήματος και τη θέση του κατά την εκπομπή.

ΕΙΚΟΝΑΣ Πηγή: http://www.edscuola.it/archivio/software/bit/bitfaq88.html

Ο υπολογισμός της απόστασης του δέκτη από ένα δορυφόρο πραγματοποιείται προσδιορίζοντας τον χρόνο άφιξης του σήματος που εξέπεμψε o δορυφόρος. Ο δέκτης μετράει τη χρονική στιγμή που το σήμα του δορυφόρου έφτασε σε αυτόν και εξάγει από το σήμα τη χρονική στιγμή της εκπομπής του. Έτσι προσδιορίζει το χρονικό διάστημα που το σήμα ταξίδευε στο κενό διερχόμενο από τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας. Με δεδομένο ότι το σήμα ταξιδεύει με γνωστή ταχύτητα, αυτή της ταχύτητας του φωτός, ο δέκτης υπολογίζει την απόστασή του από τον δορυφόρο ως γινόμενο του χρόνου που το σήμα ταξίδευε επί την ταχύτητα του φωτός. Επομένως, ο δέκτης γνωρίζει ότι βρίσκεται σε ένα σημείο της επιφάνειας μιας νοητής σφαίρας με κέντρο το δορυφόρο και ακτίνα την απόσταση που υπολόγισε.

Με τον τρόπο αυτό ο δέκτης πραγματοποιεί τρεις ακόμα υπολογισμούς αξιοποιώντας τα σήματα που λαμβάνει από τρεις ακόμα δορυφόρους του συστήματος που χρησιμοποιεί. Έτσι προκύπτει η απόσταση καθενός από τους τέσσερις δορυφόρους από τον δέκτη. Η θέση του δέκτη προσδιορίζεται γεωμετρικά ως το σημείο τομής των τεσσάρων νοητών σφαιρών με κέντρα τους τέσσερις δορυφόρους και ακτίνες τις αντίστοιχες αποστάσεις που ο δέκτης υπολόγισε. Έτσι επιτυγχάνεται ο προσδιορισμός της θέσης του δέκτη πάνω στη γη, στη θάλασσα αλλά και στον αέρα.

Για τον ορθό υπολογισμών των αποστάσεων, κομβικό σημείο αποτελεί ο συγχρονισμός της χρονομέτρησης των δορυφόρων και του δέκτη και η εναρμόνιση από τον δέκτη του υπολογισμού των εκπομπών των σημάτων που στέλνονται από τους δορυφόρους προς αυτόν. Ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται με τη χρήση της τεχνολογίας ατομικών χρονομετρητών, η οποία επιτρέπει την αυτόνομη και συγχρονισμένη δημιουργία και μετάδοση σημάτων με μεγάλη ακρίβεια από κάθε δορυφόρο. Σε κάθε περίπτωση, το τμήμα ελέγχου του δορυφορικού συστήματος πραγματοποιεί συνεχώς ελέγχους της σωστής λειτουργίας των δορυφόρων και προβαίνει σε διορθώσεις των σφαλμάτων που προκύπτουν.

Ένα ακόμη σημαντικό ζήτημα είναι ο ελάχιστος αριθμός των δορυφόρων που απαιτούνται προκειμένου να καθοριστεί η ακριβής θέση του δέκτη. Μπορεί θεωρητικά τρεις δορυφόροι να είναι αρκετοί, ωστόσο απαιτείται και μια τέταρτη μέτρηση απόστασης από έναν τέταρτο δορυφόρο προκειμένου να διορθωθούν τα σφάλματα στις χρονομετρήσεις. Ένα πολύ μικρό λάθος μέτρησης χρόνου από τον δέκτη πολλαπλασιασμένο με την ταχύτητα του φωτός που είναι πολύ μεγάλη, οδηγεί σε πολύ μεγάλο λάθος προσδιορισμού της θέσης. Η θέση προσδιορίζεται με μεγάλη ακρίβεια, της τάξης των μερικών μέτρων, από τη λήψη και σύγκριση των σημάτων στις περισσότερες περιπτώσεις τεσσάρων τουλάχιστον δορυφόρων.

Η θέση του δέκτη απεικονίζεται στην οθόνη του σε χάρτη, ο οποίος προσδιορίζει και τα διάφορα γεωγραφικά μήκη και πλάτη με μια μεταβλητή ένδειξη. Επιπρόσθετα, πολλοί δέκτες παρουσιάζουν στους χρήστες και άλλες πληροφορίες, όπως τη διεύθυνση και την φορά κίνησης καθώς και την ταχύτητα που υπολογίζονται από τις αλλαγές της θέσης.