Morda bi veljalo dopolniti zgornji prispevek o GPS sprejemnikih z nekoliko bolj preciznim opisom kompleksnega GPS sistema. Avtorica se je sicer trudila, da bi na laikom prijazen način razložila satelitski navigacijski sistem, vendar so nekatere navedbe preveč posplošene in morda vodijo v napačno smer.

Uporabniki (tisti ki se orientiramo ali navigiramo s pomočjo GPS sistema) uporabljamo GPS sprejemnike in ne postaje. Kot postaja se v telekomunikacijah smatra naprava, ki ima vgrajen tako sprejemnik, kot tudi oddajnik, njen namen pa je prvenstveno oddajanje. Za takšno napravo potrebujemo radijsko dovoljenje (tudi ustrezne izpite), tazen za LPD in PMR tipe radijskih postaj.

Če se povrnemo na navigacijo. Za polno (teoretično) pokritost zemlje z GPS signalom je potrebno veliko število satelitov. Teh trenutno ni niti 18, kolikor jih je bilo v začetni fazi, kot tudi ne navedeno število, ampak še več. Nekateri izmed njih so v mirovanju - rezerva v primeru okvare katerega izmed njih. Nekateri izmed tistih, ki bi naj bili aktivni pa celo ne delujejo več. S sateliti upravljajo zemeljske nadzorne postaje, ki jih spremljajo z orjaškimi radarji in jim s pomočjo telemetrije in telekomand (na oddaji) popravljajo satelitsko tirnico in višino s pomočjo na satelitu vgrajenih raketnih motorjev. Ko goriva zmanjka, je satelit odpisan - postane del vesoljskega smetišča, četudi z njegovo elektroniko in atomsko uro ni nič narobe.

Torej GPS sateliti potujejo / bi naj potovali po natančno določenih tirnicah in bili ob določenem času na točno določeni točki nad zemljo. Njihovo tirnico določajo Keplerjevi elementi - podatki ki jih uporabljamo za sledenje satelitov. Gre za numerične podatke, ki opišejo eliptično, polarno ali drugačno tirnico nekega predmeta v vesolju. Keplerjeve elemente izračunavajo zemeljske nadzorne radarske postaje in so osnovni del sprejema tudi GPS satelitov. Na osnovi njih GPS sprejemnik ve katere satelite ima trenutno nad sabo in kje. Ker pa sateliti ki "potujejo" niso vedno tam kjer bi naj teoretično bili, lahko pride do situacij, da na nekaterih zemeljskih točkah v nekem trenutku ni vidnih dovolj veliko število satelitov. V tem primeru GPS sprejemnik ne zna, niti ne more izračunati vsaj približne lokacije, kaj šele nadmorske višine, ki je pri GPS navigaciji najbolj nenatančen podatek in ga je tudi najtežje dobiti.

In že smo pri številu satelitov potrebnih za izračune pozicije. V eni izmed izpitnih pol za planinske vodnike je vprašanje "Koliko satelitov je potrebnih za dober GPS sprejem?" Odgovor v polah, ki bi naj bil pravilen se glasi: "tri". Vendar je to povsem napačno. Zakaj? Pri GPS sistemu je minimum satelitov za približen (zelo nenatančen) izračun geografske pozicije, trije sateliti. S prisotnostjo četrtega bo sprejemnik šele začel izračunavati (zelo nenatančno) nadmorsko višino. Izračuni pri tako malem številu satelitov so v primeru njihove neugodne lege (sateliti preblizu skupaj, ali prenizko na horizontu), so v teh primerih slabo ali celo neuporabni. Za kolikor toliko koristne rezultate mora GPS sprejemnik sprejemati opazno več satelitov. Ti morajo imeti ugodnejšo medsebojno lego in predvsem dovolj visoko jakost (nepopačenega!) signala na sprejemni točki. Zato načeloma velja, da za kolikor toliko uporaben odčitek potrebujemo nad glavo čim več(!) satelitov, nikakor pa ne samo štiri, kaj šele tri.

GPS nosilni signal se na satelitih oddaja v "L" frekvenčnem pasu okoli 1,2 GHz ter 1,5 GHz. To pomeni, da se zaradi visoke frekvence (male valovne dolžine) ti signali načeloma širijo samo premočrtno - v optični vidljivosti. Signal zaradi visoke frekvence prebije ionosfero, vendar se pri prehodu skozi njo običajno spači, fazno ali/in časovno zamakne ali celo skrivi. Kar ima na sprejemni strani (na GPS sprejemnikih) za posledico drugačno časovno zakasnitev, ali celo sprejem podvojenih/potrojenih signalov in s tem velike težave v procesu izračunavanja. Nesnaga v zemeljski atmosferi, vključno z raznolikimi vremenskimi pogoji prav tako vpliva na neželeno razprostiranje in pačenje satelitskega signala. Vse to pripelje do anomalij ki otežujejo sicer teoretično zelo natančne izračune v GPS sprejemniku. Da pa je zabava še večja poskrbijo prepreke v neposredni okolici uporabnika GPS sprejemnika. Tu imamo v mislih predvsem: drevje, skale v ozkih grapah, ki preprečujejo optično vidljivost do satelitov, kateri so nižje na horizontu, nadalje stene objektov kot prepreke ali refleksije od njih, itd. Torej, vse kar vsebuje vlago, železo, beton, kamen itd. je huda zapora za GPS signal. Tudi steklo ki vsebuje svinec ali pa avtomobilsko steklo z zaščitnim slojem je ovira.

Marsikdo bo rekel, pa saj je že dovolj faktorjev, ki vplivajo na sprejem GPS signala. Ampak še nismo končali. Vsak radijski sprejemnik mora imeti anteno, tako jo ima tudi naš GPS sprejemnik. Signal na satelitu se oddaja z določeno polarizacijo (ki jih je več vrst). Na GPS satelitih se za razliko od zemeljskih linearnih polarizacij (horizontalna, vertikalna), uporablja "cirkularna" - to je krožna polarizacija. Njena lastnost je, da bi naj bila nekoliko bolj imuna na fazne deformacije, ki nastanejo v preboju skozi ionosfero in zemeljsko nesnago. Ločimo dve vrsti krožne polarizacije: levo in desno. Seveda pa polarizacija oddajanja še ne določa smernosti snopa antene - vidnega polja v katerem bo antena sploh sposobna sprejemati. Zato proizvajalci vgrajujejo antene v GPS sprejemnike na tako mesto in tako obrnjene, da pokrivajo vidno polje proti nebu. Vendar le takrat, ko je GPS sprejemnik obrnjen v pravilno lego. Kar pomeni, če želimo optimalen sprejem moramo poskrbeti, da bo antena GPS sprejemnika vedno v pravem položaju glede na nebo nad nami. Kateri je tisti položaj, je odvisno od tipa sprejemnika in tipa antene vgrajene v njemu. Tudi višina na kateri nosimo GPS sprejemnik je pomembna, saj satelitski signal ne potuje skozi človeško telo. V gorah bi bilo primerno mesto za GPS na rami, v gornjem žepu nahrbtnika ali na vrhu čelade, pod pogojem da je GPS pravilno obrnjen. Nikakor pa ne pokonci v žepu hlač, ali založen pod kovinsko posodo ali plezalno opremo na dnu nahrbtnika.

Kdaj so odčitani GSP podatki uporabni? Običajno potrebuje GPS sprejemnik vsaj minuto po vklopu, da se sinhronizira na trenutne satelite, da dobi koordinate tirnic za njih, in šele nato lahko začne izračunavati svojo pozicijo. Prvi izračuni običajno krepko odstopajo (odvisno od lege, števila in jakosti satelitov). Visoko na vrhu gora imamo veliko prednost, saj je večji del neba v vidnem polju in bo sinhronizacija hitrejša. Načeloma pa velja, da kolikor toliko približno lokacijo dobimo ob naštetem šele po daljši meritvi. Običajno bi naj ob dovolj velikem številu satelitov petnajst minutna meritev dala približno uporabne rezultate. Za kaj bolj resnega pa bo potrebno GPS sprejemnik pustiti veliko dlje na istem mestu.

Ko zadostimo vsem kriterijem za optimalen sprejem v dani situaciji, ostane najtežji del opravila na GPS sprejemniku - izračun koordinat iz sprejetih satelitskih signalov. Tisti, ki ste kdaj sami izdelali kompleten GPS sprejemnik (hardver in sofver) veste, da je to vse prej kot enostavno. Matematične operacije, ki jih mora v realnem času opravljati procesor v sprejemniku so običajno na meji njegovih zmogljivosti. Sled tega so GPS sprejemniki večji porabniki električne energije. Zato imejmo s sabo vedno rezervne baterije. In bilo bi hudo zmotno trditi kako z lahkoto je moč to izračunati lokacijo iz satelitskega signala. GPS sistem je eden najkompleksnejših radio sistemov, ki kljub enostavnosti uporabe samih sprejemnikov, zahteva od uporabnika GPS sprejemnika vsaj poznavanje osnovnih zakonitosti, ki pri tem nastopajo.

Na koncu bi še bilo za omeniti, da to ni edini satelitski navigacijski sistem. Že dolgo obstaja "konkurenčni" a nekoliko šibkejši ruski vojaški sistem GLONASS, pa menda prihaja nov evropski navigacijski sistem in še kaj bi se našlo, če bi govorili o necivilni uporabi. GPS sprejemnike pa nekateri uporabljamo še za kaj drugega kot samo za navigacijo. So namreč lahko idealen izvor atomskega časovnega standarda - baze za sinhronizacijo precizne telekomunikacijske merilne opreme.

Pa uspešno satelitsko navigacijo.

Lep pozdrav, Mijo Kovačevič S51KQ

GPS sprejemnik je lahko koristen pripomoček na različnih področjih. V gorništvu in pohodništvu predvsem kot dopolnilni navigacijski pripomoček. V trenutku morebitne nezgode pa lahko postane zelo pomemben dejavnik v postopku reševanja. Gorski reševalci nemalokrat iščejo ponesrečene na področjih kjer jih ni, predvsem zaradi napačno posredovane lokacije nesreče. Če bi ponesrečeni ali tisti ki sporoča nezgodo imel pri roki delujoč GPS, bi krepko olajšal - skrajšal čas iskanja lokacije in morda bi s pravočasnim dostopom reševalcev, ti lahko rešili kakšno življenje več.

Sam uporabljam GPS v gorah skoraj izključno za zapisovanje sledi opravljene poti, ter predvsem zaradi lastne varnosti - zgoraj omenjenega. V gorah GPS-a ni smiselno uporabljati kot edino navigacijsko sredstvo tudi iz razlogov, ki so jih našteli nekateri predhodniki. Ne trdim, da v megli ni koristen, vendar so oči in naši možgani tisto prvo in osnovno orodje za orientacijo. Iz podobnih razlogov GPS tudi v letalstvu ni dovoljen kot edino navigacijsko sredstvo, ampak le kot pomožen vir koristnih, relativno natančnih informacij.

Pri mojem prvem komentarju na objavo prispevka, bi veljalo dodati še par koristnih nasvetov za nakup in uporabo GPS sprejemnika. Če jih nekaj pomembnejših na hitro naštejem tukaj:

- GPS naj ima čim bolj občutljiv sprejemnik, da bo zadovoljivo deloval tudi v poraščenem terenu in v senčnih legah (za signal).

- LCD sprejemnika naj ima transluminiscentno folijo, da bo prikaz viden tudi na polnem soncu (brez background osvetlitve!).

- Prižgana osvetlitev displeja krepko prazni baterije.

- Če smo pristaši navigiranja z GPS-om, potem je smiselno nabaviti sprejemnik z režo za spominske kartice (za TOPO karte).

- Pri nakupu pazimo na avtonomijo baterij. GPS-i z vgrajenim barometerskim višinomerom in magnetnim kompasom imajo občutno večjo porabo elektrike !

- Plezalcem nam je pomembna tudi teža opreme ki jo tovorimo s sabo. Izberemo čim lažji GPS.

- Sto in eno dodatno funkcijo v gorah niti ne potrebujemo. Koordinate trenutne lokacije z nadmorsko višino zna prikazati vsak pohodnioški GPS sprejemnik.

- Nekateri sprejemniki omogočajo "Track back" funkcijo - sledenje poti nazaj, kar bi v gorah v primeru če zaidemo, lahko bilo uporabno.

- Smiselno je, da za v gore nabavimo sprejemnik, ki je vodotesen (dež, vlaga ...).

Če ima GPS samo satelitski kompas, bo ta deloval pravilno le če se premikamo - hodimo (GPS mora imeti dovolj satelitov).

Izogibajmo se nošnje GSM telefona in GPS sprejemnika skupaj! GSM telefon oddaja v frekvenčenm pasu v bližini GPS sprejemnega pasu in to impulzno (hude motnje). To pomeni, da lahko opazno moti GPS sprejem. Telefoni se namreč pogovarjajo z baznimi postajami tudi ko so v "Stand-by" - režimu mirovanja. Pri tem je pomembno, da se zavedamo: ko smo v gorah je GSM signal običajno zelo šibak. Takrat GSM telefon samodejno dvigne lastno oddajno moč na polno iz razloga, da bi ga oddaljena bazna postaja sploh slišala. Z njo se pogovarja pogosteje kot v dolini kjer so signali močni. Ne samo da v gorah zaradi tega intenzivneje prazni lastno baterijo, ampak tudi intenzivno moti naprave v svoji okolici. Pri uporabi GPS-a (kot tudi lavinskih žoln) si to sigurno ne želimo. Prav tako bo GPS sprejem lahko moten v bližini RTV oddajnikov, mikrovalovnih radarjev in drugih VF (visokofrekvenčnih) naprav velike poljske jakosti. Rešitev je, da se odmaknemo od vira "motenj", GSM telefon pa izključimo ali ga odstranimo čim dlje vstran od GPS sprejemnika. V primeru iskanja zasutega z lavinsko žolno pa naj bodo GSM telefoni izključeni.

LP, Mijo

-

http://atv.hamradio.si/gore

Zadnjič me je v avtu namesto naprave za GPS po nekem gričevju lepo vodil kar njen "predhodnik": Atlas Slovenije. Seveda pa je malo neroden za v nahrbtnik in še škoda ga je za to ;).

Sicer pa pohvalim vse zgoraj napisano, ravno dovolj jasno poljudno in obenem zelo strokovno je.

Se pridružujem Ivanovemu mnenju. Navkljub veliki praktičnosti GPS tehnologije še vedno ne gre zanemariti klasične orientacije. Pa tudi sicer, v idealnih pogojih za delovanje elektronike, lahko GPS postane hitro zgolj dodatna "tehnološka igračka", ki zmanjšuje čar in siceršnje doživetje ture.

Da izkoristim priliko še za malo reklame: na kakšen način rokovati z GPS, v kolikšni meri mu zaupati in predvsem kako ga čim bolje izkoristiti v zares praktične in koristne namene, lahko izveste tudi na ponovitvi seminarja, ki ga izvaja Geodetski inštitut Slovenije: http://www.gis.si/novice/isg20090506.htm

Več o samem izobraževanju pa sledi tudi v posebni objavi na straneh Gore-ljudje v prihodnjih dneh.

GPS je v gorah zelo koristen, predvsem v gosti megli (oz. slabi vidljivosti nasploh). Kdor ga je v takšnih situacijah že uporabljal, bo gotovo pritrdil. Če kje, potem je neuporaben v kočevskih ali snežniških gozdovih :)

Glede natančnosti: horizontalno nekdaj res slabše od 100 m (namerna motnja signala), danes na osnovi absolutnih opazovanj povsod vsaj 10-20 m, z uporabo vedno bolj razvejane mreže brezplačnih diferencialnih satelitskih popravkov (v Evropi sistem EGNOS, v ZDA WAAS) pa tudi 3-5 m. Višinsko praviloma 2 x slabše, torej cca. 20-30 m (bodo pa tudi natančnejši podatki o geoidu vedno boljši in dostopnejši širši javnosti). Upam si trditi, da s klasično orientacijo s kompasom ter s pomočjo npr. topografske karte merila 1 : 25.000 in barometričnega višinomera (ob malce bolj spremenljivih atmosferskih pogojih) takšno natančnost določitve položaja težko dosežemo.

Sicer je že zgoraj nakazan problem okolice našega nahajališča. Z GPS v rokah lahko v gosti megli v gorah padeš v prepad. Pa četudi je 2 m globok odsek ali luknja. Pa tudi v jasnini, če ne vidiš pod sabo, z GPS ne bi tvegal. Pravzaprav je GPS bolj za Kočevski in Snežniški gozd (toda pozor na strme, celo prepadne kraške pojave), za gore pa ne. Tudi je slab višinomer. ZDA so najprej dali v javnost horizontalno napako +- 100 m, nato +- 10 m, za +- 1 m pa ne vem ali za javnost obstaja. Na morju pa brez njega ne moreš. Prednost tam je, da smer lahko načrtuješ na napravi in te vodi, kot tudi nazaj po isti poti. V načelu bi šlo tudi po suhem tako. To smo vadili s kompasom...

Zdravo!

Lepo napisan članek o delovanju GPS sistema. V začetku članka se mi zdita ta dva stavka kar zanimiva:

"Če se boste torej odpravili od doma opremljeni s sprejemnikom GPS, ne boste nikoli več izgubljeni."

"Predstavljajte si, da se na nedeljskem kolesarskem izletu po Sloveniji nenadoma znajdete sredi neznanih travnatih planot."

Prav to drugo se je meni in punci (sicer z avtom) zgodilo prejšnji teden na Goričkem in če ne bi moja punca imela na roke narisano skico na papirju tega predela in moje dobro orientacijo bi se popolnoma izgubila. Namreč GPS sprejemnik se nama je pokvaril, lahko pa se ti izpraznijo samo baterije pa si izgubljen! Končno sva pri enem gradu (grad Grad na Goričkem) dobila eno karto, da sva se najdla.

Povedati hočem, da zmeraj s sabo vzemite zemljevid, ki je narisan na papirju, mogoče pa še kompas! Tehnologija lahko zelo hitro odpove, samo malo dežja, vlage ali pa en močan udarec ob kakšno skalo.

Drugače pa je za orientacijo GPS sistem fenomenalna rešitev, vendar ne zanemarite poznavanja in branja navadnih kart!

Lp Ivan