I. A helymeghatározás előtörténete

A földrajzi helyzet meghatározásának igénye az emberiség ősi történelmi korszakaiba nyúlik vissza. Az alábbiakban a helymeghatározás fejlődésének legfontosabb mozzanatait foglaljuk össze.

A kezdeti időben, az emberiség történetének hajnalán a helyzet meghatározásához, azaz a földrajzi tájékozódáshoz a fontosabb tereptárgyak (sziklák, magasabb fák, folyómedrek) és az égi objektumok (Nap, fényesebb csillagok) megfigyelését használták. A távolságot pedig tipikusan a lépések leszámlálásával vagy esetleg a sebesség és az út megtételéhez szükséges idő becslésével határozták meg.

A nagy ősi civilizációk - elsősorban kulturális és asztrológiai célokat követve - igen magas szintre emelték az égi objektumok (a Nap, a Hold, a fényesebb csillagok és bolygók) mozgásának megfigyelését. Ma biztosak vagyunk abban, hogy például Stonehenge szikláit vagy az egyiptomi piramisokat ilyen célokra is használták. Az égi objektumok megfigyelése során kialakult elméleti és gyakorlati ismereteket a térképészet tudományának szolgálatába állították. Időszámításunk előtt 201-ben Eratoszthenész már képes volt arra, hogy a földrajzi helyek szélességi adatai közötti különbséget közelítőleg meghatározza a delelő Nap helyzetének megfigyelésével (erre alapozva még a Föld sugarát is megbecsülte). Így már igen korán kialakultak azok az eljárások, amelyek alkalmasak voltak az észak-dél irányú helyzet becslésére. A kelet-nyugati irányú helyzetkülönbségeket a megtett út vagy a sebesség és az idő mérésével határozták meg.

A tengeri kereskedelmet és a távoli földrészek meghódítását, azaz a földfelszíni navigációt igen erőteljesen támogatta a kínai eredetű mágneses iránytű európai elterjedése.

A középkortól kezdve a helymeghatározáshoz szükséges technológiai fejlesztések igazi motorja a tengeri navigáció volt. A fejlődés a 13. században indult meg, és a 16. századra az északi féltekén a földrajzi szélességet már igen pontosan képesek voltak meghatározni a Sarkcsillag helyzetének mérésével. A földrajzi hosszúság elfogadható pontosságú meghatározását a nagy precizitású kronométerek kifejlesztése tette lehetővé a 18. századtól kezdve. A pontos kronométer kifejlesztését az angol kormány az angol flotta 1707-ben bekövetkezett hajótörése után kezdeményezte, és az erre a célra kiírt pályázatot John Harrison nyerte meg egy komplikált, de nagyszerű mérnöki alkotással. A tengeri hajózás elmúlt századaiban a földrajzi szélességet szextánssal, a földrajzi hosszúságot kronométerrel és a Nap delelési idejének megfigyelésével határozták meg. Ezeket a globális mérési adatokat kiegészítették tengerparti jelzőpontok (világítótornyok, sziklák) megfigyelésével és a hajózási sebesség mérésével.

A tengeri navigációval párhuzamosan a térképészet és a geodézia is folyamatosan fejlődött. Egyre pontosabb térképeket készítettek, a mindennapi életben egyre nagyobb lett az igény a mérések pontosságának növelésére. A földmérés tudományának kezdetei a régi egyiptomi időkre nyúlnak vissza, később a görögök és rómaiak fejlesztették tovább a technológiát, és módszereiket széles körben használták a települések felmérésére. A térképészetben forradalmi előrelépést jelentő háromszögelés módszertanát a holland Snell van Royen fejlesztette ki, az eljárást nagyobb földrajzi területek felmérésére először a francia Picard és Cassini alkalmazta.

A 20. század elejéig a hagyományos tengeri navigációs eszközök kielégítették a felhasználók igényeit, a légi navigáció azonban új megoldásokat követelt. Bár az iránytűket, magasságmérőket és szextánsokat továbbfejlesztették és új sebességmérő eszközöket is kifejlesztettek, az alapvető újdonságot a rádiós iránymérés technológiájának bevezetése jelentette, amely már átvezet a mi témánkhoz, a műholdas globális helymeghatározás módszeréhez.

A hagyományos geodéziai technológiák és mérési eszközök a 20. században is alkalmazhatók voltak a legtöbb probléma megoldására, de a globális geodéziai feladatokhoz, például a különböző földrészek egymáshoz viszonyított mozgásának pontos méréséhez új módszerekre volt szükség.

A műholdas globális helymeghatározó rendszer (Global Positioning System - GPS) olyan új és korszerű technológia, amely hagyományos feladatokat új eszközökkel old meg. A műholdas globális helymeghatározás nem önálló tudományterület, hanem több tudományterület (geodézia, geofizika, űrtudomány, űrtechnológia, elektromágneses térelmélet, rádiótechnika, híradástechnika, elektronika, számítástechnika, informatika, méréstechnika, szabályozástechnika stb.) eredményeit felhasználó műszaki megoldás.

II. A helymeghatározás elvi módszerei

A helymeghatározás módszereit néhány egyszerű feladattal szemléltetjük, melyek a középiskolai matematika, illetve analitikus geometria alapján könnyen megérthetők.

Egy objektum helyzetének meghatározása általában annyit jelent, hogy egy referencia-koordinátarendszerben megadjuk az objektum helyzetét jellemző pont koordinátáit.

Az 1. ábrán látható helymeghatározási feladat nem jelent mást, mint a P pont ismeretlen (x,y,z) koordinátáinak a meghatározását, azaz az objektum helyzetére jellemző távolságok megadását. Ha pl. az x és y tengelyek a vízszintes síkban vannak, akkor a z érték a P pont magassági helyzetére jellemző adat.

 A helymeghatározás feladata csak akkor értelmezhető, ha van egy referencia-koordinátarendszer, és tipikusan vannak ismert helyzetű pontok, amelyekhez a P pont helyét, azaz saját helyzetünket viszonyítani tudjuk.

Most tekintsük át a legfontosabb helymeghatározási módszereket, elsősorban azokat, amelyek témánkhoz közvetlenül kapcsolódnak. A továbbiakban az egyszerűbb áttekinthetőség érdekében a módszereket a kétdimenziós síkon fogjuk illusztrálni.

A távolságmérésen alapuló helymeghatározás

Tételezzük fel a 2. ábra alapján, hogy ismert az A és B pontok helyzete a kétdimenziós síkon, és mérni tudjuk a saját helyzetünket jelző P pont és az A és B pontok közötti távolságot, R_A-t és R_B-t.

Természetesen a P pont azonosítható, ha ismerjük a pont távolságát egy harmadik ponttól, vagy ha van valami egyéb megkötés, például az, hogy a P pont valamilyen előírt görbén vagy annak környezetében helyezkedik el.

Illusztráció nélkül is elképzelhető, hogy ugyanezt a feladatot a háromdimenziós térben három ismert helyzetű ponttól mért távolság pontos ismeretében lehet megoldani.

Az iránymérésen alapuló helymeghatározás

Az iránymérésen alapuló mérési eljárás a geodézia leggyakrabban használt módszere a helyzet meghatározására. A feladatot a 3. ábra szemlélteti.

 A P pontból mérjük az A és a B pont helyzetére jellemző irányszögeket, és ezek felhasználásával felrajzoljuk az A és B ponton keresztülhaladó, adott irányú (A) és (B) egyenest. A két egyenes metszetpontja kijelöli a P pont helyzetét.

Három dimenzióban még egy irányadat mérésére szükség van a helyzet pontos meghatározásához. Például a vízszintes irányú szögek mérése mellett egy magassági szög mérésével a feladat megoldható. A helyzet meghatározásához ismernünk kell a referencia-koordinátarendszer irányait.

A távolságkülönbség mérésen alapuló (vagy hiperbolikus) helymeghatározás

Az ábrán az (AB) és (AC) hiperbolák azon pontok helyét határozzák meg a síkon, amelyek távolságának különbsége az aktuális pontoktól adott. A hiperbolák metszéspontjai kijelölik P pont lehetséges helyeit. A hiperbolák több ponton is metszhetik egymást, így a pontok közül a helyes megoldást csak egyéb adatok ismeretében lehet kiválasztani. Megjegyezzük, hogy ha csak a távolságok különbségének abszolút értékét ismerjük, akkor a hiperbolák mindkét ágát figyelembe kell venni, ha ismerjük a távolságok különbségének előjelét is, akkor elegendő a hiperbolák egyik ágával foglalkozni, ahogy ezt az ábrán is megmutattuk.

A háromdimenziós térben a helymeghatározáshoz még egy negyedik ismert helyzetű pontot is be kell vonni a mérésbe.

A sebességmérésen alapuló helymeghatározás, a Doppler-elven működő rendszer

Ebben az esetben mérőeszközeink arra képesek, hogy ismert helyzetű, és ismert irányban ismert sebességgel mozgó pontok (pl. a síkon az A és B pont), valamint a helyzetüket jelölő P pont relatív mozgási sebességét érzékeljék. Ennek alapján a P pont helyzete pontosan meghatározható. (5. ábra) Az ábrán a v_A és v_B az A és B sebességét és mozgási irányát mutatja, eszközeink pedig azt képesek mérni, hogy az A és B  pontok a P ponthoz viszonyítva milyen sebességgel mozognak. Mindez azt jelenti, hogy mérni tudjuk az ábrán bejelölt alfa_A és alfa_B szögeket.

Az ábrából világosan látszik, hogy az A és B pont helyzetének és az alfa_A és alfa_B szögeketnek az ismeretében az (A) és (B) egyenesek megszerkeszthetők, és ezen egyenesek metszéspontja kijelöli a P pont helyzetét.

 Rádiós rendszerekben két pont egymáshoz mért relatív sebességét az ún. Doppler-elv alapján lehet meghatározni, ismert ugyanis az a fizikai jelenség, hogy hullámok (hang- vagy rádióhullámok) kisugárzása esetén, amennyiben az adó és vevő egységek egymáshoz képest (radiális irányban) mozognak, a rezgési frekvencia (hangmagasság) a sebességgel arányosan megváltozik. Ennek mérése teszi lehetővé az 5. ábrán jelölt irányszögek meghatározását.

Három dimenzióban itt is egy méréssel többre van szükség.

Irányok közötti szögkülönbségek mérésén alapuló helymeghatározás

 Ebben az esetben arra vagyunk csak képesek, hogy a 6. ábra illusztrációja alapján megmérjük a helyzetünket jelölő P pont és az  ismert helyzetű A, B és C pontok helyzetére jellemző irányszögek különbségét. Azaz iránymérésre képesek vagyunk, de nem ismerjük a referencia-koordinátarendszer irányát.

A feladat megoldásához meg kell szerkeszteni az (A) és (B) köröket, melyek metszéspontja kijelöli a P pont helyzetét.

Háromdimenziós esetben a helyzet meghatározásához még egy független iránykülönbség mérésére van szükség.

III. Technikai megoldások a műholdas globális helymeghatározó rendszer kifejlesztése előtt

Az alábbiakban a hagyományos helymeghatározó rendszerek részleteivel nem foglalkozunk, csak a műholdas globális helymeghatározó rendszer előzményeinek tekinthető rádiós módszereket mutatjuk be. Ilyenek a földfelszíni OMEGA, LORAN-C és a rádiós iránymérő rendszerek, valamint a műholdas TRANSIT rendszer.
 
Az OMEGA rendszert az amerikai haditengerészet navigációjának támogatására hozták létre a 70-es évek elején. Teljes kiépítésben a rendszer nyolc földi állomással működött (Norvégia, Libéria, Reunion-sziget, Argentína, Ausztrália, Japán, Irak, Dakota, Hawaii) a 10,2-13,6 kHz frekvenciákon (22,1-29,4 km hullámhosszal). A rendszer a felhasználó helyzetét a hiperbolikus navigációs elv alapján mérte. A távolságok különbségét a különböző adóállomásokról beérkező jelek fázisai közötti különbségek mérésével határozta meg. A rendszer kb. 3,6-7,2 km pontossággal volt képes az óceánokon  közlekedő hajók helyzetének azonosítására. Szolgáltatásait a Föld bármely pontján igénybe lehetett venni. Bár 1991-ben még 26 500 felhasználója volt, 1997 szeptemberében működését leállították.
 
A LORAN-C rendszert tengeri és légi navigáció céljára építették ki. Működése az 50-es évek elején indult meg elsősorban a tengerpart menti navigáció támogatására. A rendszer szolgáltatásai, az azonos felépítésű orosz CSAJKA rendszerrel együtt, a Föld felszínének jelentős részén, Európában és Amerikában voltak elérhetők. A rendszer egyes alrendszerei (láncai) egy úgynevezett mester és 2-5 másodlagos adóállomásból épültek fel. A rendszer a 90-110 kHz-es frekvenciatartományban működött, az egyes adókban igen pontos atomi órák biztosították a szinkronitást. Az adó által kisugárzott impulzusok beérkezési ideje a vevőbe az adó és a vevő közötti távolságtól függ. A vevő az egyes adókból származó impulzusok beérkezési ideje közötti különbségeket mérte, és ennek alapján határozta meg a vevő és az egyes adók közötti távolság különbségét. Ezekből az adatokból a vevő a hiperbolikus navigáció elvét alkalmazva határozta meg a felhasználó földrajzi helyzetét. Az időkülönbség mérésén alapuló helymeghatározás pontossága tipikusan 500 méter volt, és a rendszer képes volt a felhasználó mozgási sebességének meghatározására is. Mivel a LORAN-C rendszer egyes adóállomásain igen pontos órákat helyeztek el, a rendszer arra is alkalmas volt, hogy a pontos időre vonatkozó információkat eljuttassa a felhasználókhoz (erre épült például a távközlési rendszer szinkronizációja). A rendszerhez 2000-ben világszerte 28 alrendszer (lánc) tartozott, a felhasználók száma pedig elérte az 1,3 milliót (ebből 84% hajózási, 14% civil repülési és 4% civil földi közlekedési alkalmazás).
 
A rádiós iránymérő rendszerek a helymeghatározást iránymérés alapján végzik. A rádiós iránymérés alapelve a II. világháború óta jól ismert, az adók irányát az irányított antennával felszerelt vevő az antenna elforgatásával (vagy az antenna iránykarakterisztikájának elforgatásával) képes meghatározni. A rendszer elsősorban a hajók part menti navigációját támogatja, az egyes adók úgy funkcionálnak, mint a világítótornyok, amelyek az ókortól kezdve segítették a hajók part menti irányítását. A rádiós iránymérő rendszerek igen népszerűek, ma is körülbelül 200 adóállomás működik az USA partvidékén, hatótávolságuk eléri a 360 kilométert.

A TRANSIT rendszer, a nagy pontosságú műholdas globális helymeghatározó rendszer első változata 1967-ben kezdte meg nyilvános szolgáltatásait. Eredetileg a tengeralattjárókról indítható ballisztikus rakéták irányítása céljából fejlesztették ki, de később elsősorban navigációs és geodéziai célokat szolgált. A rendszer összesen hat, 1100 km magasságban poláris pályán keringő műholdat használt, és a 150 és 400 MHz-es frekvenciatartományban működött. A vevő helyzetét a vevő és a műholdak relatív sebességének mérésével, azaz a Doppler-elv alkalmazásával határozta meg. A helyzet azonosításán kívül a rendszer alkalmas volt a felhasználó sebességének mérésére is. A TRANSIT rendszer legnagyobb hátránya, hogy a műholdak viszonylag alacsony száma miatt a helymeghatározási szolgáltatás időben nem volt folytonos (a 80-dik szélességi körön 30 percet, az Egyenlítőn 110 percet kellet várni két mérés között). Az időbeli megszorítások miatt a rendszert elsősorban lassú járművek navigációjára és geodéziai vizsgálatokra használták. Mérési pontossága egy frekvencián 500 méter, két frekvencián 25 méter volt, de differenciálisan elérhette az 1-2 métert is. A TRANSIT rendszer tette lehetővé a Föld felszínének első globális felmérését. Bár a rendszer felhasználóinak a száma 1991-ben 90 000 volt, jelentőségét erősen csökkentette a műholdas globális helymeghatározó rendszer bevezetése, így 1999 decemberében szolgáltatásait megszüntették.

IV. A műholdas globális helymeghatározó rendszer elvi működése

A műholdas globális helymeghatározó rendszer alapvető paramétereit 1973-ban az Amerikai Egyesült Államok katonai apparátusa határozta meg. Az első műhold fellövésére 1978-ban került sor, a rendszer szolgáltatásai hivatalosan 1995-ben indultak meg. A GPS rendszer a felhasználó helyzetét távolságmérés alapján határozza meg. A működés alapfeltétele az idő igen pontos mérése és a Föld körüli pályán keringő műholdak helyzetének pontos ismerete. A technikai és technológia fejlődése éppen a múlt század 80-as, 90-es éveiben tette lehetővé, hogy e két feltételt egyszerre teljesíteni lehessen.

A rendszer legfontosabb jellemzőit az alábbiakban foglalhatjuk össze:

• A GPS rendszerben ismert helyzetű Föld körüli pályákon keringő műholdak jeleket sugároznak a Föld felszíne felé. A földi vevőkészülék ezeknek a jeleknek a mérési adataiból, illetve az általuk szállított információk feldolgozásából meghatározza a saját helyzetét. A rendszer tehát aktív műholdakkal és passzív földi vevőkészülékkel működik.
• A GPS rendszer működéséhez feltétlenül szükséges az, hogy a vevőkészülék antennája és a műholdak között ne legyen akadály, ez azt jelenti, hogy beltéri helymeghatározásra a GPS rendszer nem alkalmas.
• A GPS rendszer működésének alapfeltétele az időmérés pontossága. Minden műholdon igen pontos cézium és rubídium atomórák találhatók, melyek abszolút pontossága eléri a 10^-13-10^-14 értéket. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen pontosságú óra kb. 300 000 - 3 000 000 év alatt késik vagy siet egyetlen másodpercet.

A működés alapjai

A GPS műholdak jele adatokat tartalmaz, melyek a vevőkészüléket tájékoztatják a műhold aktuális helyzetéről és a műholdon mérhető pontos időről. A rendszer minden műholdja szinkronizáltan működik, azaz óráik pontosan össze vannak hangolva, és jeleiket is pontosan azonos időben küldik a vevő felé. A távolságot a vevő igen egyszerűen határozza meg. Méri a jel érkezési idejét, és - ismerve a jel startjának időpontját - a jelterjedési idő kiszámítása után a fénysebesség ismeretében meghatározza a műhold és a vevőkészülék távolságát az alábbi módon:

R_i = cT_i , ahol        

R_i  a  távolság,
c a fénysebesség,
T_i a terjedési idő.     
 
A nagyságrendek érzékeltetéséhez számoljunk egy kicsit!

a) Legyen a műholdak távolsága a Föld felszínétől:
 
  R_i  = 24 000 km = 24 000 000 m

     Tudjuk, hogy a fény sebessége vákuumban közelítőleg:

  c = 300 000 km/s = 300 000 000 m/s

A tipikus terjedési idő ilyenkor:

b) Számoljuk ki azt is, hogy mekkora időhiba tartozik például három méter mérési hibához!

Ez azt jelenti, hogy ha 10 milliárdod másodpercnyi hibát vétünk az időmérésben, akkor ennek következtében a távolságokat csak három méter hibával tudjuk meghatározni.

A rendszer felépítése

A GPS rendszer három alapvető alrendszerből épül fel:

• az űrszegmensből (műholdak),
• a felhasználói rendszerből (vevőkészülékek és szolgáltatások) és
• a vezérlőrendszerből (földi vezérlő- és monitorállomások).

Ebben a fejezetben az űrszegmens és a vezérlőrendszer leírásával foglalkozunk.

Az űrszegmens felépítése

Az űrszegmens teljes kiépítésben 24 műholdat tartalmaz. A műholdak hat, az egyenlítő síkjával 55^o-os szöget bezáró, közel kör alakú pályán keringenek a Föld körül. A pályákat kelet-nyugati irányban 60^o-os szögek választják el egymástól. A GPS műholdak konstellációját a 7. és 8. ábra mutatja.

A műholdak számát és elrendezését úgy választották meg, hogy minél nagyobb legyen annak az esélye, hogy a Föld felszínén egy adott helyen legalább négy műholdat lehessen "látni" a vevőkészülék antennájával. A 9. ábra azt mutatja, hogy mekkora az esélye annak, hogy a Föld valamely pontján éppen adott számú műhold látható.

 Az ábrából jól látható, hogy annak az esélye, hogy egy felhasználó négynél kevesebb műholdat lát egy adott helyen egy adott időben kb. 0,01%, azaz ilyen eset minden 10.000-dik felhasználóval fordul csak elő, de néhány perces várakozás után ezek a felhasználók is képesek legalább négy műholdjelet venni.

A műhold távlati képe a 10. ábrán látható.

A műhold főbb fedélzeti elemei az alábbiak:

• az adóberendezések és a hozzájuk tartozó antennák és modulátorok,
• a pontos időt előállító atomi órák,
• tápegységek és napelemek,
• navigációs egység és fedélzeti számítógép,
• helyzetstabilizáló elemek,
• műholdközi kommunikációs egységek,
• földi kommunikációs egységek.

A műhold 2 tonna súlyú, a napelemek mérete 18 méter, a teljesítményfelvétel 2 kW, a műhold tervezett élettartama 15 év.

A vezérlőrendszer felépítése

 A GPS rendszer működését a földi vezérlőrendszer irányítja. A vezérlőrendszer három alapelemből áll: egy központi vezérlő állomásból, monitorállomásokból, földi antennákból.

A vezérlőrendszer földrajzi elhelyezkedését a 11. ábra illusztrálja.

A földi vezérlőegység a következő feladatokat látja el:

• a műholdak működésének folyamatos figyelése, az egyes egységek állapotának ellenőrzése;
• a műholdak pályaadatainak folyamatos mérése, a műholdon tárolt adatok frissítése;
• a műhold fedélzeti óráinak szinkronizálása, a pontos idő beállítása;
• a műholdon tárolt navigációs üzenettár frissítése, a helymeghatározáshoz szükséges korrekciós adatok (időjárási adatok, a légkör és az ionoszféra állapotjellemzői) gyűjtése és továbbítása a műholdak felé.

A földi állomások sűrűségének növelésével növelhető a GPS rendszer pontossága (lásd a VIII. fejezetben).

A helyzet meghatározásának módja

A GPS rendszer a felhasználó helyzetét - a korábban már illusztrált módon - távolságmérés alapján határozza meg. Ideális esetben, ha a műholdak és a felhasználói egység (vevőkészülék) órái pontosan együtt járnak, a távolságmérés az alábbi elvre épül: A vevőkészülék a műholdak által küldött információk alapján ismeri a műholdak pontos helyzetét és ismeri a jelek elküldésének pontos időpontját. Mivel a jelek érkezési időpontját a vevő képes mérni, a fénysebesség ismeretében a műholdak távolsága pontosan meghatározható. A távolságok kiszámítása (becslése) után a felhasználó helyzetét a műholdak helyzetét jelölő pontok köré írt gömbök metszéspontjának kiszámításával lehet meghatározni.

A helymeghatározás ideális folyamatát a 12., 13. és 14. ábra illusztrálja.

Helymeghatározás két dimenzióban két mérés alapján

A 12. ábrából jól látható, hogy kétdimenziós esetben a P pont helyzete egyértelműen meghatározható oly módon, hogy az ismert helyzetű A és B pont körül megrajzoljuk az R_A és R_B sugarú (A) és (B) köröket és ezek két metszéspontja (P és P') közül azt választjuk ki, amelyik az F középpontú, R_F sugarú körön vagy annak közelében helyezkedik el. Az F pont köré rajzolt R_F sugarú kör esetünkben a Föld felszínét jelképezi.
Helymeghatározás három dimenzióban két mérés alapján

A 13. ábrán látszik, hogy az A és B pont körül felrajzolható R_A és R_B sugarú gömbök egy kör mentén metszik egymást. Az illusztráció alapján megállapíthatjuk, hogy két mérés biztosan nem elegendő a helyzet meghatározásához, mivel az (A) és (B) gömb metszési köre mentén végtelen sok olyan pont van, amely az A ponttól éppen R_A, a B ponttól pedig, éppen R_B távolságra van. A pontos helymeghatározásához szükség van még egy mérésre.
Helymeghatározás három dimenzióban három mérés alapján

A 14. ábra azt illusztrálja, hogy az (A,B) kör, az (A) és (B) gömbök metszésvonala két pontban (P és P') metszi a C középpontú, R_C sugarú (C) gömböt, ami alapján a P pont helyzete egyértelműen meghatározható, ha tudjuk, hogy a P pont például a Föld felszínének közelében található.

Mindezek alapján megállapítható, hogy ideális esetben, ha a műholdak és a felhasználó vevőkészüléke pontosan azonosan járó órákkal rendelkezik, azaz pontosan ismerjük az R_i távolságokat, akkor egy időben három műhold jelének vétele elegendő a hely pontos meghatározásához.

V. A rendszerben alkalmazott jelek

Mint korábban már említettük, a műholdas globális helymeghatározó rendszer aktív műholdakkal és passzív vevőkészülékekkel működik, azaz a jelek a rendszerben egy irányban terjednek, a műholdakról a vevőkészülékek felé. A műhold által kisugárzott jelek többféle feladatot látnak el: támogatják a távolság mérését, és információkat visznek át a műholdról a vevőkészülékekbe (pl. a műhold pályaadatait, a pontos időt, a távolságmérés korrekciós adatait stb.).
A jelek frekvenciája

A GPS rendszerben kétféle frekvenciájú (vivőfrekvenciájú) jelet használnak:

f₁  = 1575,42 MHz = 1.575.420.000 rezgés/másodperc,
   hullámhossza: lambda₁ = 19 cm,
f₂  = 1227,60 MHz = 1.227.600.000 rezgés/másodperc,
   hullámhossza: lambda₂ = 24,4 cm.

A két jel pontosan szinkronban van egymással, mindkettő egy közös alapjel felharmonikusa.
A párhuzamosan érkező jelek szétválasztása

A korábbiakban láttuk, hogy a vevőkészüléknek egyszerre több műhold jelét kell venni, mivel a helymeghatározáshoz több műhold távolságát kell egy időben mérni. Szokásos rádiós jelek alkalmazása esetén ugyanaz a vevő egy időben két vagy több jelet ugyanabban a frekvenciasávban nem tud venni, mivel a különböző forrásokból származó jelek zavarják egymást. Mindannyian tudjuk, hogy jó néhány évvel ezelőtt a Szabad Európa rádió adásait szándékosan zavarták, ami annyit jelentett, hogy a Szabad Európa rádió által használt frekvenciasávban kisugárzott zavaró jelekkel képesek voltak meggátolni a sikeres vételt.

 Több műhold jelének egyidejű vétele esetén a GPS rendszer vevőjében is fellépne ez a hatás, ha nem alkalmaznának egy olyan speciális eljárást, amely lehetővé teszi a különböző műholdakról érkező jelek szétválasztását. Ez az eljárás a kódosztásos többszörös hozzáférés, amelyben az egyes párhuzamosan érkező jeleket alkalmasan megválasztott kódok különböztetik meg egymástól.

Az elv működését a 15. ábrán illusztráljuk egy példával.

 Érdekes kérdés ezután, hogy mi történik akkor, ha a vevő bemenetére a három műhold jelének összege érkezik. Ezt a helyzetet a 17. ábra szemlélteti.

Vagyis ezzel a módszerrel az egyes forrásokból származó jeleket úgy tudjuk elválasztani egymástól, hogy egy-egy jelet a többitől teljesen függetlenül tudunk detektálni.

A GPS rendszer kódjai

A GPS rendszerben kétféle kódot használunk két különböző szolgáltatás támogatására.
 
A C/A kód a standard helymeghatározó szolgáltatást támogatja. A kódelemek száma 1023, egy kódelem ideje 1 mikroszekundum, ami kb. 300 m távolságnak felel meg. A C/A kódot elsősorban a civil alkalmazások használják, és érdemes megjegyezni, hogy az ezzel a kóddal támogatott szolgáltatások helymeghatározási pontosságát a GPS rendszerben szándékosan - például az időzítés eltolásával vagy a kóddal együtt közölt pályaadatok hibás megadásával - csökkentik abból a célból, hogy a pontos helymeghatározás lehetőségével csak az arra kijelölt felhasználók élhessenek.

VI. Távolságmérések a GPS rendszerben

Amint ezt már korábban tárgyaltuk, a GPS rendszerben a helyzet meghatározásához a műholdak távolságát, illetve a műholdakról érkező jelek terjedési idejét kell megmérni. Azt is említettük, hogy ideális esetben - amikor a műholdak és a felhasználói vevőkészülékek pontosan azonos időt mérnek, vagy ahogy szaknyelven mondjuk, az óráik pontosan szinkronban vannak egymással - ilyenkor a helyzet meghatározásához a kétdimenziós síkban két távolság, a háromdimenziós térben pedig három távolság mérésére van szükség. A több lehetséges helyzet közül még ekkor is ki kell választani a valódit, azaz a fentieken kívül szükségünk van még egy közvetítő adatra, például arra, hogy a vevőkészülék (a felhasználó) a Föld felszíne közelében tartózkodik.

Sajnos a valóságos GPS rendszerekben ezt az ideális helyzetet nehezen vagy csak nagyon nagy költségekkel lehet létrehozni, mivel a földi felhasználói vevőkészülékekben használt órák pontossága nem közelíti meg a műholdakon alkalmazott atomi órák pontosságát.

Vizsgáljuk meg, mi ennek a következménye! Hogyan lehet ezt az elvi problémát megoldani?

Pontos távolságmérés pontatlan órájú vevőkészülékkel

Először térjünk vissza a korábban tárgyalt ideális esethez.

A 19. ábrán jól látható, hogy a távolságok ideálisan pontos mérése esetén a P pont helyzetét két távolság, az R_A és az R_B mérése alapján meg tudjuk határozni, a harmadik mérésre (az R_C-re) nincsen szükség, hiszen a C pont körüli R_C sugarú (C) kör felrajzolásával új információhoz nem jutunk, a három kör ugyanis egy pontban metszi egymást.

Sajnos a vevőkészülék órájának pontatlansága az R_A, R_B és R_C pontos mérését lehetetlenné teszi, hiszen a távolság meghatározását a jel terjedési idejének mérésére vezetjük vissza, annak pontos meghatározása azonban ilyenkor lehetetlen. Mi is történik ekkor? A kérdésre a választ a 20. ábrán adtuk meg.

R_A = cT_A;  PR_A = c (T_A - b);  "b" a vevőkészülék órája ennyi idővel késik a műhold órájához képest.

• A műhold a saját (egyébként pontos) órája szerint a jelet a 0 időpontban indította el a vevőkészülék felé, és az éppen T_A idő után érkezett meg oda.
• A vevőkészülék a jel terjedési idejét úgy határozza meg, hogy megnézi a saját órája szerinti 0' időpont és a jel vételének időpontja között eltelt T'_A időt,
• Ha a vevőkészülék órája b értékkel késik a műholdak óráihoz képest, akkor a mérés eredménye T'_A = T_A - b lesz , ami azt jelenti, hogy a vevő a valódi távolság helyett a PR_A = c(T_A - b)  ún. áltávolságot képes csak meghatározni. Korábban láttuk, hogy 1 nanoszekundum (egy milliárdod másodperc) hibához 0,3 m, 1 mikroszekundum (egy milliomod másodperc) hibához pedig 300 m távolsághiba tartozik, és nyilvánvaló, hogy ekkora időeltérés még pontos órák esetében is könnyen létrejöhet.

Nézzük meg, hogy mi ennek a következménye!

A 21. ábrából jól látszik, hogy hibás mérés esetén az A, B és C pontok köré rajzolt  PR_A, PR_B és PR_C sugarú körök nem egy pontban metszik egymást, így első lépésben a P pont helyzete nem  határozható meg. Ezzel szemben, ha minden mért áltávolsághoz hozzáadunk egy éppen cb nagyságú konstans értéket úgy, hogy a körök éppen egy pontban metsszék egymást, akkor a valódi (A), (B) és (C) kör felrajzolásával a P pont helyzetét, sőt a b késleltetési idő értéket is képesek vagyunk meghatározni.

E vizsgálatból az következik, hogy hibás órák esetén a helyzet meghatározásához a síkban három, a térben pedig négy távolság mérésére van szükség. Ez annyit jelent, hogy a GPS rendszerben a helyzet elegendően pontos meghatározásához a vevőkészüléknek legalább négy műhold jelét kell egy időben venni és feldolgozni, azaz legalább négy műholdnak kell a látóhatár felett tartózkodni az égbolton.

A távolságmérés technikai lehetőségei

A korábban ismertetett elv szerint a távolságmérés alapját a jelek terjedési idejének mérése jelenti. Tudni kell azonban, hogy a GPS jelek milyen paramétereinek a mérésével lehet a terjedési késleltetést pontosan meghatározni.
 
Az első lehetőség a GPS rendszerben alkalmazott kód érkezési időpontjának becslése. Tudjuk, hogy a kódokat a helyileg tárolt kódmintákkal hasonlítjuk össze, és az egyes műholdak jeleit ezen az alapon különböztetjük meg egymástól. A jelek megkülönböztetése akkor hatékony, ha a helyileg előállított kódsorozat éppen azonos időben indul a műholdról a vevőkészülékbe érkező kódsorozattal, azaz akkor, ha a két jel szinkronban van egymással. Ilyenkor a műhold jelének érkezési időpontja éppen azonos a helyileg előállított kódminta indítási időpontjával, amely időpont mérése egyben a jel érkezési idejét is meghatározza.

Bár a mérés technikai részleteit itt nem tárgyaljuk, egyszerű meggondolásokkal következtetni tudunk a mérés pontosságának a korlátaira. A korábbiakból ismert, hogy a GPS rendszerben kétféle kódot használnak, és a kódok egyes elemeinek időtartama a mérés pontosságát alapvetően befolyásolja. A standard helymeghatározást támogató C/A kódnál egy kódelem 300 m távolságának, a precíz helymeghatározásban használt P(Y) kódnál egy kódelem 30 m távolságnak felel meg. A kódfázis mérésén alapuló távolságmérés hibája tipikusan ezen értékek töredékrésze.

A második lehetőség a GPS rendszerben alkalmazott vivőfrekvenciás jelek fázisának a mérése. A műholdról érkező jelek kezeléséhez és a műhold által küldött üzenetek vételéhez szükség van arra, hogy a vevőben előállítsuk a műholdról érkező vivőfrekvenciás szinuszos jel fázishelyes másolatát, azaz itt is szinkronizálásra van szükség. Ha ezt megtesszük, akkor pontosan meg tudjuk határozni a műholdról a vevőbe érkező jel fázisát. A fázis mérésével a távolságmérési hibát elvileg a hullámhossz törtrészére tudjuk lecsökkenteni, azaz elérhetjük a 20-25 cm törtrészének megfelelő mérési pontosságot is. A baj csak az, hogy a vivőjel periodikusan érkezik, és a térben egy hullámhossznyi távolsággal továbblépve ugyanazt a fázisértéket kapjuk. Ez annyit jelent, hogy a vivőfázis mérésével az abszolút távolságot nem tudjuk meghatározni, viszont a távolság változtatásait igen pontosan mérni tudjuk. Ez teszi lehetővé azt, hogy a vivőfázis mérésével az egyszerű távolságmérés pontosságát növeljük, illetve a távolság időbeli változásának elemzésével a Doppler-alapú helymeghatározást támogassuk.

VII. A pontosságot meghatározó tényezők

Mint korábban láttuk, a pontosság elsősorban a távolságmérés módszerétől függ, ezen kívül azonban több egyéb tényező is befolyásolja.

A műholdak elhelyezkedésének a hatása

A helymeghatározás szempontjából nem mindegy, hogy a vevő által látott műholdak az égbolton hol helyezkednek el. Vizsgáljuk meg két dimenzióban az alábbi két esetet:

• azt, amikor két műhold igen közel van egymáshoz, és
• azt, amikor a műholdak távol esnek egymástól. (22. ábra)

A hibahatás érzékeltetésére nagyítsuk ki a P pont környezetét, és tételezzük fel, hogy az R_A távolságmérésnél deltaR_A hibát követünk el. A két esetben a helymeghatározás pontosságát a 23. ábráról lehet leolvasni.

Az ábrából jól látszik, hogy közeli műholdak esetén az (A) és (B) körök a P pontban igen kis szögben metszik egymást, így az R_A  mérésében elkövetett deltaR_A hibánál jóval nagyobb deltaP   helyzethibát kapunk. Ezzel szemben, ha a műholdak távol esnek egymástól, és a hozzájuk tartozó (A) és (B) körök a P pontban közel merőlegesen metszik egymást, akkor a deltaP  helyzethiba lényegében azonos a deltaR_A távolságmérési hibával.

A kétdimenziós példa alapján a térbeli esetről általánosan a következő mondható el: akkor pontos a GPS rendszer helymeghatározása, ha a négy szükséges műhold közül három a horizont közelében van lényegében egyenletesen elosztva a horizont mentén, egy pedig a zenit közelében található. A műholdak köré rajzolható gömbök ugyanis ekkor metszik egymást a legkedvezőbben. A 24. ábra arról ad felvilágosítást, hogy a távolságméréssel elkövetett pontatlanságok a GPS rendszerben milyen eséllyel nőnek meg a műholdak rossz konstellációjának következtében.

Az ábra alapján elmondhatjuk, hogy például vízszintes irányú helymeghatározásnál a hibanövekedési szorzófaktor az esetek 85 %-ában 1-nél, 99,9 %-ában pedig 2-nél kisebb. Hasonló adatokat látunk a függőleges irányú és a teljes helymeghatározási hibára vonatkozóan is.

A pontosságot befolyásoló egyéb tényezők

A GPS rendszer pontosságát több egyéb tényező is befolyásolja. Ezek közül a legfontosabbak a következők:

• a műholdak pályaadatainak hibái;
• a hullámterjedés sebességének változása - közismert tény, hogy a fénysebesség függ az aktuális közegtől, vákuumban más, mint egyéb anyagokban; tudjuk, hogy például a fénytörés jelensége is ezzel hozható kapcsolatba; a GPS rendszerben a fény terjedési sebessége függ az ionoszféra állapotától (a töltött részecskék sűrűségétől) és a légkörben uralkodó aktuális viszonyoktól (hőmérséklet, nyomás, nedvességtartalom, egyéb jelenségek);
• a többutas hullámterjedés;
• a GPS vevő környezete (árnyékolás, takarás);
• a környezetben érzékelhető elektromágneses zajok.

Fontos megjegyezni, hogy a földi vezérlőrendszer a helymeghatározás hibájának csökkentése érdekében gyűjti és a műholdra továbbítja azokat az adatokat, amelyek a hibák korrigálására felhasználhatók. Érdemes megemlíteni, hogy néhány hibaokot (pl. az ionoszféra által okozott többletkésleltetés hatását) ki lehet küszöbölni azzal is, hogy a méréseket párhuzamosan több különböző frekvencián végezzük el, mivel ez a hatás a frekvenciától ismert módon függ.

VIII. A GPS rendszer pontossági adatai, a pontosság növelésének lehetőségei

A GPS rendszer pontossági alapadatai a következők:

• Növelhetjük a földi vezérlő és monitorállomások számát, ami lehetővé teszi a pályaadatok pontosságának növelését, a hullámterjedéssel kapcsolatos korrekciós adatok pontosabb meghatározását, az időmérés precízebbé tételét.
• Növelhetjük a mérési frekvenciák számát - ez módot ad az ionoszféra által okozott hullámterjedési késleltetés pontos meghatározására.
• Fontos lehetőség a differenciális helymeghatározási elv alkalmazása, ami a helymeghatározás pontosságát azáltal növeli, hogy a felhasználó pozícióját egy ismert helyzetű referencia-vevőkészülék helyzetéhez viszonyítva határozza meg. A differenciális helymeghatározással - a módszer fontossága miatt - az alábbiakban részletesebben foglalkozunk.

A differenciális GPS (DGPS) rendszer működése

 A differenciális helymeghatározás alapelvet a 25. ábra mutatja be.

Az ábrán azt láthatjuk, hogy a referenciaállomás helyzete pontosan ismert, és mind a felhasználónál, mind pedig a referenciaállomáson működik egy-egy GPS vevőkészülék. A vevők egy időben, ugyanazoknak a műholdaknak a jelét veszik, és ennek alapján folyamatosan meghatározzák a helyzetüket. A referenciaállomás egy külön kommunikációs csatornán keresztül folyamatosan tájékoztatja az ismeretlen helyzetű felhasználót arról, hogy az általa aktuálisan mért helyzet mennyiben tér el a referenciaállomás ismert helyzetétől.

Ha igaz, hogy a mérési hibák egy része (a műholdak pályaadatainak hibája, az ionoszféra és a légkör által okozott késleltetések, a műholdak óráinak hibája) mindkét vevőkészüléket azonos módon érinti, akkor az adatok cseréjével a hibák jelentős része kiküszöbölhető.

A differenciális mérés alkalmazásával a mérési pontosság egy nagyságrenddel növelhető.

A 26. ábra a differenciális GPS rendszerben alkalmazott hibakorrekciót illusztrálja. A felhasználói készülék mért helyzetét a P', a referenciaállomás mért helyzetét az R' pont jelzi. Mivel a referenciaállomás pontos helyzete ismert, a hibavektor meghatározható. Feltételezve, hogy a két mérés hibája azonos - ez természetesen csak közelítőleg igaz - a referenciaállomás hibavektorával korrigáljuk a P' pont helyzetét. Az így kapott új P'' pont a felhasználó valódi helyzetét a P' pontnál jobban megközelíti. Tökéletes hibakorrekció azért nem valósítható meg, mert a párhuzamosan végrehajtott mérések hibáinak egy részét egymástól független hatások okozzák.

A mérési pontosság tovább növelhető a vivőfázis-alapú távolságmérés alkalmazásával (dm-es pontosság) és a differenciális vivőfázis-alapú távolságméréssel (cm-es pontosság).

A GPS rendszer pontossági adatait a 27. és 28. ábra foglalja össze.

Az ábrán a WAAS a nagy területet lefedő, az LAAS pedig a lokális repülésirányításra használt differenciális GPS szolgáltatásokat jelöli. Ezek a szolgáltatások a repülésirányítás területén alkalmazhatók.

IX. A helyzetadatok értelmezése, viszonyítási rendszerek

A helymeghatározás kulcskérdése a viszonyítási rendszer értelmezése, azaz annak a koordinátarendszernek a rögzítése, amelyben a helyzetre vonatkozó adatokat megadjuk.

A GPS referencia-koordinátarendszere

A GPS rendszerben többféle koordinátarendszert használnak.

A Föld-középpontú inerciális rendszerben az origó a Föld tömegközéppontjában van, az xy sík a Föld egyenlítőjének síkjával esik egybe, a z tengely a Föld forgástengelye és az x tengely valamilyen állandó csillagászati irányba, például a tavaszi nap-éj egyenlőség irányába mutat az égbolton. Ez a koordinátarendszer nem veszi figyelembe a Föld tengely körüli forgását és elsősorban a műholdpályák viszonyítási rendszereként használható.

 A Föld-középpontú Földhöz rögzített koordinátarendszer esetében az origó a Föld tömegközéppontja, az xy sík a Föld egyenlítőjének síkjával esik egybe, a z tengely a Föld forgástengelye, és az x és y koordinátatengelyek a Földdel együtt forognak. Ebben a koordinátarendszerben a szokásos földrajzi helyzet (hosszúság, szélesség, magasság) viszonylag egyszerűen meghatározható.

A WGS-84 rendszer a Föld közelítő fizikai modellje. Lényege az, hogy a Föld alakját egy forgásellipszoiddal közelíti (29. ábra), melyben meghatározható a hosszúság, szélesség és magasság.

A WGS-84 modellben a Föld sugara az Egyenlítőnél
    a = 6 378 137 méter,
a sarkoknál, pedig
    b = 6 356 752,3142 méter.
Az ábrán a b értéke a P pont lokális magasságát adja meg a forgásellipszoid felszínéhez képest.

Egyéb adatok a GPS rendszerben alkalmazott koordinátarendszerekkel kapcsolatban

A GPS rendszer a felhasználó helyzetét egy háromdimenziós Föld-középpontú Descartes-féle koordinátarendszerben határozza meg. A lokális helyzetadatok kiszámításához további transzformációkra van szükség.

A Föld valódi alakja természetesen eltér a WGS-84 modellben használt forgásellipszoidtól. Praktikus meggondolások alapján a geodéziában és a térképészetben igen gyakran használják az ún. geoid-modellt a Föld alakjának pontosabb fizikai leírására. A geoid-modellben a Föld alakját olyan felülettel közelítjük, amelynek minden pontján azonos a gravitációs gyorsulás, a Föld gravitációs vonzásának az értéke. A modell használata azért terjedt el, mert a tengerek átlagos felszíne a geoid-modellt követi, a hagyományos térképészetben pedig a lokális magasságot a legközelebbi tenger átlagos szintjéhez viszonyították. Ez a magyarázata annak, hogy GPS rendszerrel meghatározott Descartes-koordinátaadatokat nem csak a WGS-84, hanem a geoid-modellbe is transzformálni szokták. Érdemes megjegyezni, hogy a geoid-modell meglehetősen szabálytalan, zárt matematikai formulákkal nem írható le.

X. A GPS rendszer tipikus alkalmazásai

A globális műholdas helymeghatározás alkalmazási köre az elmúlt évtizedben rohamosan bővült. Sorra jelentek meg az új szolgáltatások, és drámai sebességgel nőtt az ezeket a szolgáltatásokat támogató hardver és szoftver eszközök száma a piacon. A következőkben ismertetjük a GPS legjellemzőbb felhasználási területeit a szolgáltatások típusa és a szükséges helymeghatározási pontosság alapján csoportosítva őket.

Egyszerű szolgáltatások, olcsó, kevésbé pontos helymeghatározó rendszerek

A szabadidő eltöltésének egyik kellemes módja a természetjárás, a kirándulás. Az egyszerű, hordozható kézi vevők könnyebbé teszik a tájékozódást a legvadregényesebb környezetben is. (30. és 31. ábra)

A GPS rendszer talán legfontosabb alkalmazási területe a járművek helyzetének meghatározása, a tengeri, földi és légi navigáció támogatása. A GPS rendszert ebben az alkalmazási körben igen sokféle célra használják. Alapvető szerepet játszik például a gépjárművek földfelszíni navigációjában: a jármű helyzetének meghatározásában, a dinamikus útválasztásban, a baleseti helyzetek elkerülésében, az automatikus forgalomirányításban, az ellopott járművek felderítésében.

A rendszer egyaránt támogatja a civil és a katonai alkalmazásokat, az egyedi és a csoportos (üzleti) felhasználókat. A gépjárművek helymeghatározására a GPS rendszerrel együtt alkalmazzák a klasszikus érzékelőket (pl. giroszkópokat, távolságmérőket, mágneses iránytűket, dőlésszög-érzékelőket és digitális térképeket) is. (32. és 33. ábra)

További fontos felhasználási területet jelent a tengeri navigáció, a sporthajók és professzionális célú vízi járművek irányításának támogatása. Itt a GPS rendszert elsősorban arra használják, hogy változatos időjárási viszonyok között, bármely napszakban képes legyen a legénység a hajót a kikötő közelébe irányítani úgy, hogy elkerüljék a veszélyes partszakaszokat és a tengeri baleseteket. (34. ábra)

Az olcsóbb szolgáltatások közé tartozik az egyszerű légi navigáció, a repülőgépek helyzetének meghatározása, a repülőterek megközelítésének a támogatása. Az egyszerűbb GPS rendszereket elsősorban arra lehet használni, hogy a landolás előkészítését segítsék. Ilyen egyszerűbb eszközök alkalmazása esetén a leszálláshoz mindenképpen szükség van a pilóta aktív közreműködésére. (34. ábra)

Igényesebb alkalmazások, drágább, nagy pontosságú helymeghatározó rendszerek

A légi közlekedésben a repülőgépek helyzetének nagy pontosságú meghatározása, az automatikus leszállító rendszerek támogatása már a nagyobb pontosságot igénylő, drágább felhasználási területek közé tartozik. Itt a mérési pontosság mellett igen fontos az, hogy a helymeghatározás megbízható, időben folytonosan elérhető és a külső hatásokra (időjárás, véletlen hibák, ritka természeti jelenségek) érzéketlen legyen. Ezeket a szolgáltatásokat elsősorban a differenciális GPS rendszer képes támogatni, erre a célra fejlesztették ki a korábban említett WAAS és LAAS rendszereket.

Az igényesebb felhasználás körébe tartoznak a geodéziai és térképészeti alkalmazások, a térinformatikai rendszerek létrehozásának támogatása. A GPS rendszer hatékonyan képes segíteni a hagyományos földmérési feladatok megoldását (telekfelmérés, építkezések helyének meghatározása, vonalas építmények helyének kijelölése), a térinformatikai rendszerek adatbázisainak feltöltését és a térképek készítését. (36. és 37. ábra)

 A hagyományos földmérési feladatokon túl egyre nagyobb a gazdasági jelentősége annak, hogy a különböző közművekről, olaj-, gáz-, víz-, villanyvezetékekről, távközlési hálózatokról, épületekről pontos információkkal rendelkezzünk. Az ilyen nyilvántartások feltöltését hatékonyan segíti a nagy pontosságú GPS rendszerek alkalmazása. (38. és 39. ábra)

Néhány egyéb érdekes alkalmazás

A fenti alapvető alkalmazások mellett a GPS rendszer többféle egyéb felhasználási lehetőséget kínál. Végül ezek közül sorolunk fel néhányat.

• A Föld felszínén bekövetkező lassú változások megfigyelése, a tektonikus táblák mozgásainak vizsgálata. A tektonikus táblák mozgásának elemzése lehetőséget biztosít a Föld korai korszakainak megismerésére, de arra is, hogy a földrengések okait jobban megértsük, illetve hogy azokat pontosabban legyünk képesek előre jelezni. (40. ábra)    
• A katasztrófa-elhárítás segítése, a szakszolgálatok (mentők, tűzoltók, rendőrség) pontosabb informálása, a bevetésirányító rendszer támogatása.
• Mezőgazdasági alkalmazások a terméshozam növelésére, például a műtrágya optimális területi elosztásával.
• A ritka, vadon élő élőlények viselkedési módjának tanulmányozása, az élőterek felmérése.
• A halrajok helyzetének meghatározása, a halászat hatékonyságának növelése.
• A Föld felszínén lezajló természeti jelenségek megfigyelése (árvizek, gleccserek, óceánok, erdők, atmoszféra, mocsarak stb.).

 Ha visszaemlékszünk az előadás elejére, a vázlatos történeti áttekintésből kiderült, hogy az évszázadok folyamán a navigáció és a földmérés feladatai tulajdonképpen alig változtak. A földrajzi helyzet meghatározása, a telkek és utak kijelölése, térképek készítése változatlanul szükséges, és erre a globális műholdas helymeghatározó rendszer minden korábbi módszernél inkább alkalmas. Ám ahogy láttuk, az új technológia a hagyományos feladatokon túl igen sok új szolgáltatás támogatását is lehetővé teszi.

Korunk technikai fejlődése nap mint nap új csodákkal kápráztat el bennünket. Az előadásnak remélhetőleg sikerült megmutatnia, hogy e csodák között előkelő helyet foglal el a globális helymeghatározás ámulatba ejtő újdonságaival és egyre bővülő szolgáltatásaival.