III. Elmélet? Nekem? Ugyan minek?

Az előző részekben – „I. A kőhalmoktól a csillagokig", „II. Készülékek: kétajtós szekrény-méretből... karórányi"– olvashattunk a műholdas navigáció történetéről és megismerkedtünk a GPS készülékekkel. Most kis elmélet következik hasznos tanácsokkal fűszerezve.

Hogyan is működik a GPS-es helyzet-meghatározás?

A napjainkban használt GPS-rendszer 24 darab (és pár biztonsági) műholdból áll, ezek körülbelül 20200 kilométer magas pályán keringenek, nagyjából egy nap alatt érnek vissza kiinduló-helyükre, tehát nem „állnak" mindig ugyanott (nem geostacionáriusak).

A rendszert úgy építették ki, hogy a Föld bármely pontjáról bármikor 6-12 műhold legyen „látható". Ahhoz, hogy a GPS vevő meg tudja határozni a helyzetünket, legalább három műhold jelét kell fognia, és ahhoz, hogy magasságot is mérjen, legalább négyét. Minél több műholdat használ a GPS, annál pontosabb lesz a mérés (kiránduló GPS-ek esetében ez 3-15 méter között mozog).

A helymeghatározás térbeli ívmetszésre és távolságmérésre alapoz, amit időmérésből kapunk meg. Tehát megmérjük, hogy mennyi idő alatt érkezik meg a GPS vevőnkbe a műholdak egyikéről kisugározott jel, így ismerve, hogy az elektromágneses- (rádió) hullámok fénysebességgel haladnak, megkapjuk egy bizonyos műholdtól való távolságunkat. Ugyanabban a pillanatban megmérjük a távolságot még két-három szatellittől (ezeknek a helyzetét ismeri a GPS), így legalább három mérésből kapjuk meg a helyzetünket (lásd az ábrákat).

egy ponttól (műholdtól) mért távolság egy gömböt ad, így valahol ezen a képzeletbeli gömbön vagyunk

 

két műholdtól mérve két gömböt kapunk, melyeknek a metszéspontjai egy kört adnak, így valahol a besatírozott körön vagyunk


három szatellittől mérve adódik a harmadik gömb is, ezeknek a metszése két pontot ad. Ezek közül az egyik vagy a Föld felszíne alá "esik", vagy nagyon magasan a Föld felett lesz, így a másik „jó" pont megadja a helyzetünket.

A GPS vevők egyszerre 12 szatellittel tudnak dolgozni, de a GPS antennája "rá kell lásson" a műholdra így a vevőkészülék ritkán lát 8-10 szatellitet. Ha például egy mély szurdokvölgyben vagyunk, megtörténhet, hogy a méréshez szükséges – minimálisan három – műhold nincs a fejünk felett, ezek nem „láthatók", így a GPS nem tudja a helyzetünket meghatározni.

Ilyenkor mit tehetünk? Megvárhatjuk, míg kedvező műholdállás lesz –a Kis-Békás szoros közepén erre nem lenne sok esélyünk–, visszamehetünk más napon, esetleg kikapaszkodhatunk egy magas helyre ahol kevesebb tereptárgy árnyékolja a szatellitek rádiójeleit, vagy vásárolunk egy modern kiránduló-GPS-t mely a visszavert műholdjelekkel is tud dolgozni, így ha nem is olyan pontosan, de meghatározza a helyzetünket (akár egy épületben is). A 2007 után gyártott „outdoor" – túrázó – GPS-ek (SiRFstarIII vagy modernebb vevővel) már tudják ezt így mostoha GPS-körülmények között is működnek.

Az elektromágneses hullámok terjedését a víz-molekulák zavarják, tehát ha tehetjük, ne „árnyékoljuk" le a GPS-ünket a saját testünkkel (ne hajoljunk föléje, ne fogjuk a készülék antennáját, ne a zsebünkben hordjuk), vagy ha tehetjük, használjunk külső antennát. Kiránduló GPS-nek vagy a hátizsák vállpántján (minél magasabban), vagy ennek a legfelső zsebében a működési helye.

A GPS vevő másodpercenként többször is meghatározza a helyzetünket, ha elmozdulunk, akkor kijelzi a sebességünket, az irányunkat, a megtett távolságot és sok más hasznos adatot meg térképet, de ezekről majd a következő részben lesz szó.

A műholdas navigációs rendszer jóval bonyolultabb, hiszen pontos időmérésekre, szinkronizálásokra van szükség.