Satellitpositioneringssystem har funnits i många år och används i stor utsträckning av offentligheten, sjömän och militären. Med ständiga teknologiska framsteg som förbättrar förmågan med dessa navigationssystem så är det ingen överraskning att under 2020 kommer världen att se många nya system och satelliter som kretsar runt jorden och som kommer att spela en essentiell roll i positioneringsteknologin. Utan några överraskningar har globala positioneringssystem kommit en lång väg och det förväntas många fler framsteg redan under våra livstider. Deras ödmjuka rötter hittar vi under Kalla Kriget med militära syften, men nu kan civilpersoner som du och jag, från hela världen, se dem integrerade i vardagslivet. Fortsätt läsa nedan för att lära dig mer om historien och teknologin bakom globala positioneringssystem, och upptäck vilka planer, nya system och satellituppskjutningar som kommer att ta plats tills 2020!
GPS-System
Det globala positioneringssystemet Navstar hänvisas vanligen som bara ett GPS-system. Medan många enbart tänker på ett litet inbyggt navigationssystem i bilar när hör 'GPS-system', så var faktiskt den första GPS:n en militär uppfinning. Det första GPS-systemet designades och byggdes officiellt år 1973 av Amerikanska skyddsdepartementet och liknade inget som vi ser idag. De var specifikt byggda för antikrigsåtgärder under Kalla Kriget och visade sig inte för offentligheten förrän dåvarande amerikanska presidenten Ronald Reagan beslutade det efter att två civila plan hade skjutits ner i Ryssland på 1980-talet. Fyra år senare efter utvecklingen av Navstar GPS-systemet, så sköt amerikanska Luftvärnet upp sin första GPS-satellit i omloppsbana runt jorden. Spolar vi fram till år 1994 så fick du se totalt 24 uppskjutna satelliter i omloppsbana i rymden runt planeten med fullt fungerande GPS-system. Trots 24 viktiga satelliter uppe med GPS-system så var systemet utvecklat för att fungera även om två av dessa satelliter gick ner. Dessutom hade dem idiotsäkra skydd installerade för att försäkra sig om att de inte störtade ner. En av dem drevs av en dubbelkraftkälla bestående av solenergi och NiCad-batterier. NiCad-batterier består av nickelkadmium och är överlägsna än vanliga alkaliska batterier tack vare deras uppladdningsförmåga. Deras laddning varar också längre än vanliga batterier, vilket gör dem det ultimata valet för GPS-satelliternas energibehov. Denna enorma strömförsörjning gör att satelliterna har gott om energi att upprätthåla sina omloppsbanor och ständigt skicka sina signaler.
GPS-Koordinater och signaler
Trots komplexa datorer, algoritmer och datainsamlingsmetoder för positioneringar och lokaliseringar så är processen som GPS-satelliter använder sig av för att utsända positioner väldigt enkel att förstå. Först behåller satelliten sin omloppsbana och sänder ut sin specifika plats enligt atomiska klockor, datorer, och en radio som den är utrustad med. Efter det analyserar den sin ändrade omloppsbana och använder sin atomiska klocka för att känna av sin nya position som den sänder ut till GPS-mottagare nere på jorden. Dessa mottagare använder denna information för att beräkna positionen av mottagaren och visar det på monitorn eller LCD-skärmen för användaren. Varje GPS-satellit är utrustad med fyra atomiska klockor tillsammans med en radio och dator. Dessa klockor används bara en i taget åt gången, men de försäkrar tajmingen för GPS-satelliten och koordinerar satellitens positionering perfekt. För att beräkna exakt geografisk plats av en av satelliterna så använder datorn av ett trianguleringssystem som använder tre satelliters positioneringar och beräknar deras avståndsskillnader med hjälp av en av de fyra atomiska klockorna för att sedan avgöra sin egen position. Det kanske kan verka som om denna metod för att hitta sin positionering kan ta lång tid, men i själva verket är det en mycket snabb process; det försäkrar en att positioneringarna ständigt vidaresänds till alla de olika GPS-mottagarna nere på jorden som kan använda denna information. En sak att ha i åtanke med GPS-signaler är att de alltid kommer med en viss fördröjning mellan satelliterna och mottagarna. Detta betyder att datorn måste beräkna olika skillnader mellan fördröjningen som orsakas av olika atmosfäriska nivåer som signalen passerar (exempelvis jonsfären och troposfären). När mottagaren analyserat denna data så kan den bestämma exakt positionering baserat på signalen från satelliten och extern data som den får i samband med den fördröjda signalen. Efter signalen har beräknats så sänds den ut till alla GPS-mottagare nere på jorden där positionering visas. Tyvärr finns det några begränsningar med GPS-signaler. Trots att deras signalstyrka förbättrats genom åren så kan de fortfarande störas av metallmaterial. På grund av tjocka metaller i olika byggnader så märker man oftast att signalen blir sämre om man är inuti en metallbyggnad eller står bredvid den. Som tur var är andra material såsom plast, glas och dylika inte tillräckliga för att störa signalen och kommande satelliter som snart skjuts upp kommer att ha ännu starkare signaler än dem som används just nu. Once the = Efter informationen har analyserats och exakt positionering för GPS-satelliten har fastställts, visas positionen med hjälp av två olika saker: longitudinell (längdgrad) latitud (breddgrad) positionering. En annan bra sak med satelliter är att om fyra olika används för att beräkna positionen kan också den exakta altituden (höjden) också beräknas istället för de enbart fyra koordinaterna!
Militär- och civilkoder samt frekvenser
Som nämnt tidigare så sköts GPS-satelliter upp först av amerikanska militären innan de blev användbara för offentligheten flera år senare. Satelliter sänder ut data i två olika former på samma frekvens för att anpassa sig efter vilka användare som försöker komma åt dem. L1-frekvensen används av för både C/A- och P-koder. C/A-koden är för vanliga brukare som civila som vill komma åt med sina GPS-mottagare. C/A står för "course acquisition" (sv. kursåtkomst) och har träffsäker data upp till 15 meters spelrum. Då militären uppenbarligen behövde mer precisa koordinater än bara upp till 15 meter så använde de istället P-koden. P-koden står för "precise" (sv. precis) och sänds på två olika frekvenser - L1 och L2. Då militären behövde precisare koordinater så måste deras kod vara annorlunda och mottagas av andra slags GPS-mottagare med. Frekvenserna dessa GPS-satelliter använder är mycket komplicerade, men de överförs på ett rätt enkelt sätt. För att koderna och all data ska kunnas överföras från satelliten till mottagaren på jorden så moduleras till en specifik frekvens. För at modulera data måste du ändra frekvenssignalens egenskaper innan du sänder den. Skillnaden mellan L1- och L2-frekvenser är deras exakta frekvensstyrka, nämligen L1 är 1.023 MHz medan andra, L2, är 10.23MHz.
GPS-Satelliter under 2014
På bara några decennier har användningsområdena för GPS-satelliter och mottagare expanderat rejält för både militärväsendet och offentligheten. Bilar byggs nu med inbyggda navigeringssystem, träningsklockor har inbyggd GPS-funktion, och militärens användning av GPS-enheter har förbättrats avsevärt. Dessutom har sjömännens användning av navigeringssystem lett till att en helt ny generation av GPS-satelliter gjorts färdig för uppskjutning.
GPS III
GPS III-satelliter kommer att skjutas upp under 2014 vilket kommer att bli en enorm förbättring från tidigare satelliter. Den förbättrade teknologin som används på dessa satelliter försäkrar att signalen är extremt träffsäker och svårare att störa. Faktum är att det har beräknats att den nya utsändningssignalen hos GPS III kommer att vara upp till åtta gånger starkare än de nuvarande GPS-satellitsignalerna är. Ovanpå det så kommer dessa nya GPS-satelliter att ha förbättrad design, längre livslängd, och kunna använda sig av flera olika civila signalsystem samt globala navigeringssystem.
Medan det finns många fördelar med GPS III-satelliter så kommer sjömännen att se en enorm förbättring. Det är krav på att fartyg har en GPS-enhet ombord av säkerhetsskäl och de nya satelliterna kommer att förbättra söknings- och räddningsuppdragen markant för strandade skepp, såväl som förbättrad spårning av skepp långt ute på haven.
Glonass and GPS = Glonass och GPS
Samtidigt som USA har olika kretsande satelliter runt jorden för både militära och civila navigeringssyften så har Ryssland också ett eget system som kallas Glonass. Glonass är helt enkelt en förkortning av följande ord: Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya Sistem som enkelt översätts till det globala satellitnavigeringssystemet. Precis som USA:s GPS-system, så skapades Glonass under Kalla Kriget för enbart militärsyften. Sputnik, Rysslands första uppskjutna satellit genomfördes år 1982. Efter sin första uppskjutning så stannade Rysslands Glonass-system till tills att deras regering investerade mycket pengar och drastiskt ökade sin produktion. Efter att fler satelliter till hade skjutits upp för Glonass-systemet så blev det helt funktionellt för global navigering år 1993. Idag finns det totalt 24 olika satelliter i systemet och fler väntas i framtiden. 24 satelliter i Glonass-systemet kan delas in till tre olika omloppsbanor runt jorden. Varje omloppsbana består av åtta satelliter som genomför sina kompletta lopp runt jorden på drygt elva timmar. Dessa omloppsbanor utvecklades för att förbättra deras träffsäkerhet med sina signaler och frekvenser för både civil och militärisk användning.
Glonass-frekvenser
GPS-Satelliter använder två olika frekvenser, L1 och L2 och överför två olika slags koder beroende på om det är en offentlig eller militär mottagare på jorden. Glonass-systemet använder också C/A- och P-kod men varje satellit överför dessa koder på olika frekvensstyrkor beroende på deras lokalisering för att försäkra fullständig träffsäkerhet. Med 24 olika frekvenser som används så kan man lätt tro att det borde bli svårare för mottagarna att ta emot signalerna och visa upp korrekta platser träffsäkert, men tydligen är det inte så. Faktum är att många tillverkare av GPS-mottagare tillverkar enheter som både kan ta emot signaler från vanliga GPS-systemet samt Glonass-systemet. Denna användning av dubbla navigeringssystem ökar träffsäkerheten av positionering upp till enstaka centimetrar. Dessutom hjälper det till att skydda signalen från störningar och fördröjningar orsakade av atmosfären, byggnader eller andra hinder.
BeiDou
Förutom USA och Ryssland så finns det ett annat land som också utvecklat sitt eget navigeringssystem - nämligen Kina. Under år 2000 sköt Kina upp två satelliter med systemnamnet BeiDou eller Compass (sv. Kompass). Detta kinesiska navigeringssystem används främst skogsbränder, transportering, väder och trafikkontroll. Nu dock några år senare har 14 olika till satelliter skjutits upp till BeiDou-systemet med ytterligare fyra till experimentella satelliter. Som tur var, utökar USA, liksom Ryssland och Kina, sitt eget navigeringssystem. Vid år 2020 kommer BeiDou-systemet ha global täckning tack vare beräknat 45 satelliter som kommer ha inkluderats i sitt system. Kina planerar ambitiöst att ha ökat antalet till hela 40 inom bara några år innan deadline vid 2020 för att försäkra sig om enastående signalträffsäkerhet och täckning.
Galileo
Europa har börjat använda Galileo-satelliten för GNSS-systemet för att förbättra navigeringssystemet för sina civila. GNSS står för Global Navigation Satellite System (sv. Det Globala Satellitnavigeringssystemet) och finansieras av en privat organisation som utvecklar det enbart för civila med träffsäkrare positionering. Tyvärr kommer systemet inte att bli helt dugligt innan 2020 om allt går som planerat men det kommer att ha ett enormt antal satelliter (totalt 30) vilket kommer att garantera en träffsäker positionering upp till en meter! Dessutom när Galileo kombineras med andra satelliter så kan positionering bli så träffsäker som upp till bara några centimetrar! Systemet förväntas också innehåll mer användbara funktioner för civila. Funktioner för bergsräddningar, övervakning av gamla patienter, och ledningsenheter för blinda väntas vara några av dessa! Som tur var dröjer det inte länge förrän dessa funktioner kommer att finnas tillgängliga i den riktiga världen då Galileo-systemet beräknas skjutas upp under 2014 med fullständigt fungerande funktioner de kommande åren efter uppskjutningen!