Címkék: Technológia és fogalmak | Okos
17.4.2024 | 5 MIN
Hogyan működik a GPS-vevő helymeghatározása az okosórákban? Hogyan érhető el a legpontosabb helymeghatározás? Ezekre és más kérdésekre próbálok választ adni ebben a cikkben.
Manapság a GPS-t összekeverik a GPS-vevőkkel, de valójában az amerikai kormányzat műholdas navigációs rendszere (Global Positioning System), amelyet eredetileg katonai célokra használtak, de az 1980-as évek óta már polgári használatra is elérhető.
Ez a navigációs rendszer 31 műholdból áll, amelyek a Föld felszíne felett 19 300 km magasságban, 11 300 km/h sebességgel, mintegy 12 óra alatt kerülik meg a Földet.
A GPS hivatalos neve NAVSTAR, az első műholdat 1978-ban bocsátották fel. Egy műhold súlya körülbelül 900 kg, szárnyfesztávolsága (napelemekkel együtt) körülbelül 5 méter. Egy műhold élettartama körülbelül 10 év, így folyamatosan újabb generációkkal cserélik le őket.
A GPS azonban nem az egyetlen navigációs rendszer. Létezik még a Galileo (EU), a GLONASS (Oroszország), a BeiDou (Kína), a QZSS (Japán) és a NavIC (India), amelyeket együttesen globális navigációs rendszereknek (GNSS) neveznek.
A GPS-vevő pozícióját a triliteráció elve alapján számítják ki. A GPS-vevőkészülékek a távolságot az alapján számítják ki, hogy mennyi ideig tart egy adott műhold jelének továbbítása. Ehhez azonban több ilyen műholdra van szükségük.
A szélesség és magasság (2D) meghatározásához a vevőnek három műhold jelére van szüksége. Ettől a három műholdtól a vevő távolságinformációt kap (a három műhold körül egy távolság sugarú kör alakul ki). A mi helyzetünk e három kör metszéspontjában van.
Balra háromszögelés a 3D térben, jobbra a 2D térben. (Forrás: gisgeography.com)
A 3D-s trilateráció hasonlóan működik, de itt a műholdak körül egy gömböt képezünk, amelynek sugara a vevő műholdtól mért távolsága. A metszéspont ekkor egy kör, két ponttal. Mivel azonban a negyedik gömb maga a földgömb, a második pontot (amely az űrben van) kiiktathatjuk, és így meghatározhatjuk a hosszúsági és szélességi fokunkat, beleértve a magasságot is. A számítás finomítása és a magasság jobb meghatározása érdekében a GPS-vevőkészülékek négy vagy több műholdat igényelnek ehhez a számításhoz.
Forrás: ckamgmt.com
A távolság kiszámítása nagyon érdekes módon történik. A műholdak egy jelet (pszeudo-véletlen kódot) sugároznak egy pontos időpontban, és a vevő megpróbálja elemezni ezt a jelmintát ugyanabban a pillanatban.
Amikor a műhold jele "megérkezik" a vevőhöz, kissé késve érkezik meg ahhoz a jelhez képest, amelyet a vevő ugyanabban a pillanatban küldött. Ez az eltérés abból adódik, hogy a műholdról érkező jelnek időbe telik, amíg eléri a vevőt. Ezt az eltérést aztán megszorozzuk a fénysebességgel, hogy kivonjuk belőle, mennyi időbe telt, amíg a jel elérte a vevőt, és meghatározzuk a vevő távolságát a műholdtól.
Megértem, hogy a fenti bekezdés egy kicsit bonyolult, ezért megpróbálom leegyszerűsíteni. A műholdak előre ismert pályákon mozognak (ezt az információt maguk a műholdak kapják meg). A GPS-vevők tehát előre ismerik az egyes műholdak helyzetét. Tehát egy adott időpontban a vevő elkezdi küldeni az információt arról, hogy hol kellene lennie a műholdnak, és a műhold is küld egy jelet ugyanebben az időben.
Ez a jel többek között a pontos időre vonatkozó információt is tartalmaz, így a vevő a műholdban lévő atomóra szerint szinkronizálja az időt, és a távolság meghatározásához összehasonlítja a (jelátvitel okozta) időeltolódásokat.
Az okosóra az A-GPS nevű érdekes funkciót használja. Ez a funkció gyorsan felgyorsítja a helymeghatározást, amikor a tevékenység megkezdődik. Az A-GPS segít a készüléknek meghatározni az Ön hozzávetőleges tartózkodási helyét, és így eldönteni, hogy mely műholdakkal van értelme kommunikálni, és melyek vannak hatótávolságon kívül.
Tehát ha a GPS-vevő négy műholdtól kap adatokat, akkor néhány méteres pontossággal képes meghatározni a helyzetünket. De négy műhold nem a maximum. Általános szabály, hogy minél több műhold kommunikál a vevővel, annál pontosabb a helymeghatározás. Ugyanakkor a pontosság nő a rendszerek és a sávok számával, amelyeken a vevő kommunikál.
A különböző gyártók ezért különböző pozicionálási beállításokat kínálnak. A legalapvetőbb a GPS-jel vétele. Ekkor két navigációs rendszert kombinálnak, amelyek közül az egyik mindig a GPS. Még jobb az összes műholdas rendszer egyidejű vétele. Vagy legalábbis az összes olyan navigációs rendszer, amellyel az óra kommunikálni tud.
A lehető legjobb beállítás tehát a több rendszer vételének és a többsávos kommunikációnak a kombinációja. Ha ugyanis az okosóra több frekvencián kommunikál egy műholddal, akkor nagyobb az esélye az információ továbbításának.
Az amerikai GPS az L1 és L5 sávban, az indiai NavIC az L5 sávban, az orosz GLONASS a G1 sávban, az európai Galileo pedig az E1 és E5a sávban kommunikál.
A többsávos vétel viszonylag új technológia, és ez a frekvencia csak az utóbbi években került a műholdakba. Ez a frekvencia képes érzékelni, hogy a kommunikáció nem közvetlen vonalon zajlik, hanem valami akadályozza azt. Ezért jobb a városi területeken, fák lombkoronái alatt stb.
Fontos azonban megjegyezni, hogy az okosórák akkumulátorának élettartama jelentősen csökken, ha több rendszer és sáv van, amelyen az eszközök kommunikálnak.
18.4.2024
Okosórák – Az akkumulátor élettartama és az azt befolyásoló tényezők
Ha okosórát vásárol, a legtöbbször a termékleírásban megtalálja, hogy hány rendszert támogat, és hogy képes-e több frekvencián kommunikálni.
Természetesen a környezeti hatások, például a magas épületek, az erdők vagy akár az időjárás is befolyásolják a vétel minőségét.
Mára már olyannyira standarddá vált, hogy a megfelelő okosóra rendelkezik GPS-vevővel. Legtöbbször csak az olcsóbb okosórákban, okoskarkötőkben nem találjuk (mivel elég drága szenzorról van szó), vagy hibrid órákban, ahol a helymeghatározás teljesen "elszívná" az akkumulátort. De van mód arra, hogy a GPS-t valamilyen mértékben helyettesítsük.
Az első a gyorsulásmérő, amely képes meghatározni, hogy mikor sétálunk, és ezt a lépéshosszunk alapján átváltani a megtett távolságra. A második a mobiltelefonnal való összekapcsolás, ahol az okosóra a telefonba épített GPS-vevő segítségével veszi fel a helymeghatározási adatokat. Ha nincs kapcsolat a telefonnal, akkor a gyorsulásmérőt használják.
23.4.2024
Gyorsulásmérő – Miért van egy okosórában?
A GPS nélküli órák előnye gyakran az alacsonyabb beszerzési ár. Hátránya, hogy a helymeghatározás a telefontól függ, ami nem biztos, hogy olyan hosszú ideig tart, mint egy okosóránál. A gyorsulásmérő hátránya, hogy a távolságot csak méréssel lehet igazán megbecsülni. A GPS-technológia ezért a távolság, a sebesség vagy a tempó legjobb elérhető mérőeszköze.
A GPS minősége manapság meglehetősen hasonló az okosórák között (mivel gyakran ugyanazon márkák chipsetjeit használják). A gyártók minden újonnan megjelenő modellben többrendszeres és többfrekvenciás vételt is megvalósítanak, vagy legalábbis a márkák a jövőben biztosan így tesznek. Elvégre egy sportolásra szánt órához a lehető legjobb teljesítményre van szükség, mert egy csomó más mérőszámot levonunk belőle.
Tehát a legtöbbször nem annyira az útvonalrekord minősége, mint inkább az aktív GPS-szel való kitartás alapján.
18.4.2024
Okosórák – Az akkumulátor élettartama és az azt befolyásoló tényezők
29.1.2024
6 NEJ: A Garmin okosóra a leghosszabb akkumulátoros üzemidővel
