Tekst źródłowy strony Global Positioning System

{{Język tytułu}}
{{Inne znaczenia|amerykańskiego systemu nawigacji satelitarnej|[[nawigacja satelitarna]] – ogólnie o rodzaju systemu nawigacyjnego}}
[[Plik:GPS Satellite NASA art-iif.jpg|thumb|Artystyczna wizja satelity GPS bloku II-F na orbicie.]]
[[Plik:Magellan GPS Blazer12.jpg|thumb|Morski przenośny odbiornik GPS w [[Kokpit (żeglarstwo)|kokpicie]] jachtu]]
'''{{J|en|Global Positioning System}}''' ('''GPS''', wymowa – [gie-pe-es] lub [dżi-pi-es] ([ʤi:-pi:-ɛs]))<ref>{{cytuj stronę|url=https://rjp.pan.pl/porady-jezykowe-main/1751-wymowa-skrotowca-gps| tytuł = Wymowa skrótowca "GPS" | data dostępu = 2022-08-29| autor = [[Rada Języka Polskiego]]}}</ref> – właściwie ''GPS–NAVSTAR'' ({{ang.|Global Positioning System – Navigation Signal Timing and Ranging}}) – system [[nawigacja satelitarna|nawigacji satelitarnej]], stworzony przez [[Departament Obrony Stanów Zjednoczonych]], obejmujący swoim zasięgiem całą [[Ziemia|kulę ziemską]]. System składa się z trzech segmentów: segmentu kosmicznego – 31 [[Sztuczny satelita|satelitów]] orbitujących wokół Ziemi na [[Średnia orbita okołoziemska|średniej orbicie okołoziemskiej]]; segmentu naziemnego – stacji kontrolnych i monitorujących na Ziemi oraz segmentu użytkownika – odbiorników sygnału. Zadaniem systemu jest dostarczenie użytkownikowi informacji o jego położeniu oraz ułatwienie nawigacji po terenie<ref>{{Cytuj stronę |url=http://www.gps.gov/ |tytuł=Strona edukacyjna z materiałami na temat systemu GPS |data dostępu=2010-10-27}}</ref>.

Działanie polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z [[Sztuczny satelita|satelitów]] do [[Odbiornik radiokomunikacyjny|odbiornika]]. Znając prędkość [[Promieniowanie elektromagnetyczne|fali elektromagnetycznej]] oraz znając dokładny czas wysłania danego sygnału, można obliczyć odległość odbiornika od satelitów. Sygnał GPS zawiera w sobie informację o układzie satelitów na niebie (tzw. [[Almanach (astronomia)|almanach]]) oraz informację o ich teoretycznej drodze oraz odchyleń od niej (tzw. [[Efemerydy (astronomia)|efemeryda]]). Odbiornik GPS w pierwszej fazie aktualizuje te informacje w swojej [[Pamięć|pamięci]] oraz wykorzystuje w dalszej części do ustalenia swojej odległości od poszczególnych satelitów, dla których odbiornik jest w zasięgu. Wykonując przestrzenne liniowe wcięcie wstecz, [[mikroprocesor]] odbiornika może obliczyć pozycję geograficzną ([[Długość geograficzna|długość]], [[Szerokość geograficzna|szerokość geograficzną]] oraz wysokość elipsoidalną) i następnie podać ją w wybranym układzie odniesienia – standardowo jest to [[System odniesienia WGS 84|WGS 84]], a także aktualny [[czas GPS]] z bardzo dużą dokładnością.

System GPS jest utrzymywany i zarządzany przez Departament Obrony USA. Korzystać z jego usług może w zasadzie każdy – wystarczy tylko posiadać odpowiedni odbiornik GPS. Takie odbiorniki są produkowane przez niezależne firmy komercyjne. System GPS jest darmowy i taki ma pozostać zgodnie z polityką Stanów Zjednoczonych.

Niezbędnym elementem systemu jest możliwość identyfikacji sygnałów z poszczególnych satelitów przez odbiornik GPS. Odbywa się to dzięki stosowaniu {{Link-interwiki|szum pseudolosowy|tekst=szumu pseudolosowego|Q=Q910571}} ('''{{J|en|PRN}}''', {{ang.|Pseudo-Random-Noise}}). PRN w swojej głównej funkcji ma na celu cyfrowe wzmocnienie przekazywanego sygnału (dzięki temu nie potrzebujemy ogromnych talerzy do odbioru sygnału satelitarnego) oraz umożliwia Departamentowi Obrony USA kontrolowanie dostępu do systemu GPS. Dzięki temu wojsko może używać sygnału GPS do przekazywania szyfrowanych komunikatów.

== Geneza systemu ==
Początki systemu NAVSTAR GPS ({{J|en|NAVSTAR Global Positioning System}}) sięgają lat 70. XX w. Doświadczenia zebrane podczas tworzenia i użytkowania systemu [[Transit]], a szczególnie satelitów serii [[TIMATION]], które udowodniły możliwość precyzyjnej synchronizacji czasu poprzez systemy satelitarne, umożliwiły Departamentowi Obrony USA stworzenie systemu nawigacji
satelitarnej znacznie doskonalszego od poprzednika. Głównymi cechami, jakimi miał charakteryzować się nowy system, były:
* możliwość wyznaczenia położenia w czasie rzeczywistym,
* niezależność od warunków, w których system jest wykorzystywany i odporność na zakłócenia zarówno przypadkowe, jak i celowe,
* 5 pocisków wystrzelonych z niezależnych platform, naprowadzanych za pomocą systemu, ma trafić w cel z dokładnością 5 m,
* cena jednego odbiornika nie może przekraczać 10&nbsp;000 USD w 1977 r. (równowartość w cenach ok. 50&nbsp;000 USD w 2007 r.),
* dostępność na całej kuli ziemskiej,
* synchronizacja czasu na poziomie 1 μs,
* nielimitowana liczba użytkowników,
* niewykrywalność odbiornika (brak komunikacji odbiornika z satelitą, wyznaczenie pozycji ma być możliwe wyłącznie w wyniku nasłuchu)
Pierwsze testy systemu rozpoczęły się w 1972 r., 22 lutego 1978 r. został wystrzelony pierwszy satelita bloku I, SVN 1.

== Segment kosmiczny ==
=== System satelitów ===
[[Plik:ConstellationGPS.gif|frame|Ilustracja konfiguracji satelitów operacyjnych GPS wraz z wirującą Ziemią. Opis wskazuje liczbę satelitów widocznych z wybranego punktu na Ziemi {{nowrap|1=(45°[[szerokość geograficzna|N]])}}.]]
System działa na obszarze całej Ziemi, bo w każdym punkcie globu widoczne są zawsze przynajmniej cztery satelity. Satelity krążą po [[orbita]]ch na wysokości około 20&nbsp;183 km nad powierzchnią Ziemi. Jest to orbita niższa od [[orbita geostacjonarna|geostacjonarnej]].

Segment kosmiczny składa się obecnie z 31 (stan na 16.12.2011&nbsp;r.)<ref>[https://archive.ph/20120805181307/http://www.usno.navy.mil/USNO/time/gps/current-gps-constellation „{{J|en|Current Gps Constellation}}” na portalu {{J|en|United States Naval Observatory}}] {{lang|en}}.</ref> satelitów umieszczonych na orbitach kołowych o nachyleniu 55° (Block IIA, IIR, IIR–M) lub 63° (Block I) względem płaszczyzny równika na wysokości 20 183 km. Obieg Ziemi przez satelitę trwa 11 h 58 min (pół [[doba gwiazdowa|doby gwiazdowej]]). Około 28 satelitów jest stale czynnych, a pozostałe są testowane bądź wyłączone z przyczyn technicznych.

System wielu nadajników jest bardzo kosztowny. Amerykanie regularnie muszą umieszczać na orbicie kolejne satelity w zastępstwie tych, które zeszły z właściwej orbity lub uległy awarii. Jednakże ze względu na zyski dla gospodarki światowej, a w szczególności amerykańskiej, system został nieodpłatnie udostępniony dla zastosowań cywilnych. Na każdym satelicie zainstalowana jest aparatura szpiegowska NUDET ({{ang.|nuclear detection}}) przeznaczona do natychmiastowego wykrywania wybuchów nuklearnych na Ziemi.

=== Generacje satelitów GPS ===
* Satelity bloku I (SVN1 – SVN11):
** obecnie niestosowane,
** posiadały 3 [[zegar atomowy|zegary atomowe]]: 1 cezowy i 2 rubidowe,
* Satelity bloku II (SVN13 – SVN21):
** silny sygnał,
** konstrukcja umożliwiała działanie przez 14 dni bez potrzeby kontaktu ze stacją kontrolną,
* Satelity bloku IIA (SVN22 – SVN40):
** zdolność transmisji sygnału przekształconego przez degradację SA i AS,
** działanie przez 180 dni bez potrzeby kontaktu ze stacjami kontrolnymi (degradacja danych nawigacyjnych),
** posiadały 4 zegary atomowe: 2 cezowe i 2 rubidowe,
** żywotność satelity: 9,6–10,23 lat<ref name="GlonassCIA">{{Cytuj stronę | url = http://www.glonass-ianc.rsa.ru/ | tytuł = strona Centrum Informacyjno-Analitycznego rosyjskiej federalnej agencji kosmicznej | opublikowany = glonass-ianc.rsa.ru | archiwum = https://web.archive.org/web/20061012161914/http://www.glonass-ianc.rsa.ru/ | zarchiwizowano = 2006-10-12 | język = ru}}.</ref>,
* Satelity bloku IIR (SVN41 – SVN62):
** działanie przez 14 dni bez kontaktu ze stacjami kontrolnymi w przypadku korzystania z systemu autonomicznej nawigacji,
** możliwość łączności między sobą i możliwy pomiar odległości między satelitami,
** 3 zegary rubidowe,
** zdolność transmisji sygnału zdegradowanego przez degradację SA i AS,
** żywotność satelity: 8,57–10,62 lat<ref name="GlonassCIA" />,
* Satelity bloku IIR–M:
** znacznie lepsza jakość sygnału;
** lustra [[laser]]owe;
** integracja z innymi technikami (inercjalnymi),
** możliwa wzajemna łączność i wzajemny pomiar odległości,
** żywotność satelity: szacowana na 11,35 lat<ref name="GlonassCIA" />.

=== Zasada działania ===
Sygnał dociera do użytkownika na dwóch [[Częstotliwość|częstotliwościach]] nośnych L<sub>1</sub> = 1575,42 [[Herc|MHz]] (długość fali 19,029 cm) i L<sub>2</sub> = 1227,6 MHz (długość fali 24,421 cm). Porównanie różnicy faz obu sygnałów pozwala na dokładne wyznaczenie czasu [[Propagacja fal radiowych|propagacji]], który ulega nieznacznym wahaniom w wyniku zmiennego wpływu [[jonosfera|jonosfery]], jednak nie w stopniu uniemożliwiającym określenie współrzędnych. Użytkownicy cywilni przybliżoną poprawkę jonosferyczną otrzymują w depeszy nawigacyjnej lub dzięki systemowi [[Różnicowy GPS|DGPS]].

Identyfikacja satelitów oparta jest na metodzie podziału kodu [[CDMA]]. Oznacza to, że wszystkie satelity emitują na tych samych częstotliwościach, ale sygnały są [[modulacja|modulowane]] różnymi kodami.

Odbiór sygnału bez zastosowania anten parabolicznych, które w tym przypadku są bezużyteczne ze względu na ich kierunkowość, wymaga zaawansowanych technik oddzielania sygnału od szumu i przetwarzania sygnału. Satelity są w ciągłym ruchu; wyznaczenie pozycji odbiornika na podstawie pomiaru tzw. [[Pseudoodległość|pseudoodległości]] od kilku satelitów jest również złożonym zadaniem, wymagającym m.in. uwzględnienia spowolnienia upływu czasu wynikającego ze zjawiska [[dylatacja czasu|dylatacji czasu]].
[[Plik:Navstar.jpg|thumb|Satelita GPS]]

Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest czas. Każdy satelita jest wyposażony w [[zegar atomowy]], dzięki czemu jego sygnał jest dokładnie [[synchronizacja|zsynchronizowany]] z całym systemem. Jednocześnie satelity tworzą razem z kilkoma nadajnikami naziemnymi swoistą sieć korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie tylko pozycję, ale również czas.

Aby określić pozycję w trójwymiarowej przestrzeni i czas systemu, konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudoodległości do satelitów oraz odchyłki czasu (różnicy między tanim i niedostatecznie dokładnym wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym zegarem atomowym na satelicie). Satelita transmituje w depeszy nawigacyjnej m.in. czas, almanach (stan konstelacji satelitów) oraz efemerydy (parametry lotu satelity). Dzięki tym danym odbiornik GPS jest w stanie obliczyć dokładne współrzędne satelity, w momencie nadania sygnału, co z kolei, przy wykorzystaniu pseudoodległości umożliwia obliczenie własnej pozycji. W przypadku możliwości odbioru tylko z trzech satelitów niektóre odbiorniki mogą pracować w trybie 2D z ustawioną przez użytkownika wysokością elipsoidalną.

=== Metody pomiaru pseudoodległości ===
'''Metoda kodowa''' polega na dokładnym pomiarze czasu odbioru kodów C/A i P na jednej lub dwóch częstotliwościach L<sub>1</sub> i L<sub>2</sub>. Pomiar różnicy czasu pomiędzy momentem odbioru ramki a czasem jej nadania (zapisanym na początku każdej ramki) daje czas Δt przebiegu sygnału od satelity do odbiornika GPS (d = [[Prędkość światła|c]] · Δt). Dokładność tej metody jest rzędu pojedynczych metrów. Ze względu na dużą wartość prędkości rozchodzenia się fali radiowej (bliską prędkości światła w próżni), duży wpływ na błędy pomiaru ma niedokładność wzorca czasu w odbiorniku. Do rozwiązania problemu 4 niewiadomych (x, y, z i t) konieczny jest pomiar 4 pseudoodległości (4 satelity). Współrzędne mogą być obliczone na każdą epokę niezależnie. Metoda ma zastosowanie kinematyczne (w nawigacji), gdzie współrzędne punktu zmieniają się z epoki na epokę (metoda fazowa nie daje takich możliwości, gdyż występuje wtedy więcej niewiadomych).

W odbiornikach wojskowych wykorzystuje się pomiar różnic czasu w odbiorze ramek na częstotliwościach L1 i L2 w celu określenia tzw. poprawki jonosferycznej. Z powodu różnej prędkości rozchodzenia się fali radiowej, zależnej od ośrodka i częstotliwości, możliwe jest ustalenie różnicy czasu odbioru ramek na częstotliwościach L1 i L2 oraz obliczenie poprawki, która skompensuje błędy przy wyznaczaniu pseudoodległości. W odbiornikach cywilnych (które nie uwzględniają informacji zawartych na częstotliwości L2) możliwe jest wprowadzenie tej samej poprawki przy wykorzystaniu systemu DGPS.

Rosnące możliwości procesorów oraz rozwój systemu GPS (zmiany polityki co do sygnałów oraz nowy sygnał L5) umożliwiają wykorzystanie technik ustalania pozycji zastrzeżonych wcześniej dla pomiarów stacjonarnych. Dzięki temu również cywilne urządzenia nawigacyjne zwiększają swoją dokładność do kilku-, kilkunastu centymetrów.

'''Metoda fazowa''' polega na pomiarze różnicowym [[Faza fali|faz]] na jednej lub dwóch częstotliwościach L<sub>1</sub> i L<sub>2</sub>. Jest to pomiar fazy sygnału przychodzącego φ.

d = Nλ + λφ

gdzie:

d – [[pseudoodległość]],

N – całkowita liczba pełnych [[Długość fali|długości fal]] mieszczących się w odległości satelita–Ziemia,

λ – [[długość fali]], na której pracuje,

φ – pomierzona [[Faza fali|faza]] sygnału przychodzącego.

Metoda fazowa jest dokładniejsza, dokładność rzędu 2–3 centymetrów, lecz posiada ona pewne wady, takie jak np. konieczność wyznaczenia nieoznaczoności fazy N (nazywane inicjalizacją odbiornika). Dopiero przy pomiarze do 4 satelitów dopiero dla 3 epok możliwe jest rozwiązanie (wyznaczenie pozycji) 12 obserwacji (12 długości do satelitów) i 10 niewiadomych. Niemożliwe są zastosowania kinematyczne, chyba że niewiadome nieoznaczoności fazy zostaną wyznaczone na początku pomiaru na podstawie metod statycznych i nie wystąpią utraty cykli. Jeśli zostanie utracona łączność z satelitą, to na nowo musimy inicjalizować instrument (tzn. wyznaczać N). Niezbędne są szybkie metody inicjalizacji (np. {{J|en|On-The-Fly}}).

=== Poziomy dokładności ===
Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla [[United States Armed Forces|sił zbrojnych Stanów Zjednoczonych]]. Standardowy dostęp ze względów technicznych daje dokładność rzędu kilku metrów. Jednak ze względu na możliwość zastosowania nawet takiej informacji w działaniach militarnych, sygnał cywilny był zakłócany [[Generator liczb pseudolosowych|pseudolosowym]] błędem – w wybranych miejscach Ziemi, a później globalnie. Dokładność ustalenia pozycji spadała do około 100 metrów. Błąd ten można było kompensować pod warunkiem znajomości metody zakłócania, oczywiście tajnej. Zakłócanie sygnału nazywane było '''{{J|en|Selective Availability}}''' ({{J|en|SA}}). Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń – wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy czas. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS.

Często stosowaną metodą zwiększenia dokładności pomiaru jest stosowanie pomiaru różnicowego, zwanego [[Różnicowy GPS|DGPS]]. W takich przypadkach zlokalizowana w pobliżu odbiornika stacja bazowa (o znanej i stałej pozycji) DGPS przekazuje do niego dane różnicowe (najczęściej są to różnice między zmierzonymi przez stację bazową pseudoodległościami a rzeczywistymi odległościami do satelitów). W ten sposób odbiornik GPS może nanieść poprawki wynikające z błędów propagacji sygnału między satelitą a odbiornikiem.

Innym systemem korekcji błędów jest [[Wide Area Augmentation System|WAAS]]/[[European Geostationary Navigation Overlay Service|EGNOS]], podobny do DGPS z tą różnicą, że poprawki do odbiorników przesyłane są przez [[orbita geostacjonarna|geostacjonarne]] satelity.

Ponadto lokalnie w poszczególnych krajach istnieją sieci stacji referencyjnych, pozwalające online bądź w post-processingu na korygowanie pozycji wyznaczonej metodą GPS. W Polsce taka sieć nosi nazwę [[ASG-EUPOS]] (Aktywna Sieć Geodezyjna EUPOS) i składa się z 100 stacji permanentnych, zlokalizowanych w instytucjach naukowych oraz w Ośrodkach Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej na obszarze całego kraju, ze średnią odległością 70 km. System umożliwia lokalizację z wykorzystaniem pomiaru GPS–RTK z dokładnością 3 cm (składowa pozioma) i 5 cm (składowa pionowa). Natomiast w systemie POZGEO i POZGEO–D dokładność wyznaczenia pozycji w post-processingu może być rzędu 1 cm. System ASG–EUPOS jest w pełni funkcjonalny od czerwca 2008 roku. Wcześniej podobny system – ASG–PL istniał jedynie dla województwa śląskiego (od 2004 roku) i umożliwiał porównywanie dokładności dla całego obszaru województwa. ASG–EUPOS był wzorowany na śląskich rozwiązaniach w zakresie poprawy jakości pozycjonowania w systemie GPS<ref>{{cytuj stronę| url = https://archive.ph/20120910022006/http://www.silesia-region.pl/strona_n.php?jezyk=pl&grupa=10&art=536 | tytuł = Technologia satelitarna na usługach geodezji | autor =| opublikowany = Urząd Marszałkowski Województwa Śląskiego | data = 2005-02-25 | język = pl |data dostępu=2010-01-11}}</ref>.

1 maja 2000 [[Prezydenci Stanów Zjednoczonych|prezydent USA]] [[Bill Clinton]] nakazał wyłączenie mechanizmu {{J|en|SA}} ({{K|en|Selective Availability}}) zakłócającego efemerydę satelity i poprawki zegarów atomowych, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4–12 metrów.

== Segment naziemny ==
Segment naziemny składa się z 12 stacji nadzoru rozmieszczonych możliwie blisko i równomiernie na równiku celem ciągłej obserwacji każdego satelity przez co najmniej dwie stacje przez całą dobę. Odpowiada on za utrzymanie sprawności technicznej systemu wyrażającej się niezawodnością i dokładnością odbieranego przez użytkowników sygnału satelitarnego. Główna stacja nadzoru mieści się w bazie sił lotniczych Shriever AFB (poprzednio Falcon) w [[Colorado Springs]], USA. Pozostałe stacje nadzoru prowadzone przez Siły Lotnicze USA ulokowane są na [[Hawaje|Hawajach]], [[Centrum Kosmiczne imienia Johna F. Kennedy’ego|Cape Canaveral]], [[Wyspa Wniebowstąpienia|Wyspie Wniebowstąpienia]], wyspie [[Diego Garcia]] oraz [[Kwajalein|Atolu Kwajalein]]. Sześć stacji zarządzanych jest przez {{J|en|NGA}} ({{J|en|National Geospatial-Intelligence Agency}}), są to stacje w: Waszyngtonie, Ekwadorze, Argentynie, Londynie, Bahrajnie i Australii. Zadaniem wszystkich stacji jest ciągłe monitorowanie ruchu satelitów. Obserwacje są wysyłane do głównej stacji nadzoru, gdzie wyliczane są nowe parametry orbit satelitów. Prognozowane efemerydy są wysyłane do satelitów nie rzadziej niż co 48 godzin i przez nie retransmitowane.

== Segment użytkownika ==
=== Parametry techniczne ===
[[Plik:GPS Receivers.jpg|thumb|Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica]]
Ze względów technicznych dokładność obliczania wysokości nad poziomem morza jest około 3 razy mniejsza niż [[Długość geograficzna|długości]] i [[Szerokość geograficzna|szerokości geograficznej]]. Wynika to z geometrii wcięcia przestrzennego wykorzystanego do wyznaczenia pozycji. Jakość wyznaczenia pozycji określają parametry rozmycia precyzji [[Dilution of precision|{{J|en|DOP}}]] ({{K|en|Dilution Of Precision}}).

Odbiorniki GPS wyposażono w wiele funkcji, między innymi:
* określenie współrzędnych według różnych [[Współrzędne geograficzne|układów współrzędnych]] (standardowo [[System odniesienia WGS 84|WGS 84]])
* rejestrowanie śladu
* nawigacja „do punktu” oraz „po trasie”
* track back (czyli powrót do miejsca wyjścia „tą samą trasą”)
* pomiar odległości
* wyznaczenie powierzchni (np. działki)
* obliczanie momentów wschodu i zachodu Słońca oraz faz Księżyca

a w bardziej rozbudowanych odbiornikach:
* wyświetlanie map i nawigacja na mapach warstwowych
* komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i [[Bluetooth]] z innym sprzętem elektronicznym ([[Komputer osobisty|PC]], [[Pocket PC|PPC]], [[Palmtop|Palm]], elektroniczna mapa morska [[ECDIS]])
* autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy „po drogach”)

Wersje przeznaczone do eksploatacji na statkach posiadają bardzo rozbudowane możliwości nawigacyjne. Wersje lądowe mogą być wyposażone w [[mapa numeryczna|mapę cyfrową]] [[teren]]u (takie urządzenia są często instalowane w [[Samochód|samochodach]]) oraz lekkie odbiorniki przenośne zasilane [[Akumulator elektryczny|bateriami]] lub [[Akumulator elektryczny|akumulatorami]]. Niektóre odbiorniki pozwalają na określanie pozycji z innych systemów, jak [[GLONASS]] czy [[LORAN|LORAN C]].

Odbiorniki powszechnie dostępne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach, szczególnie do konstrukcji naprowadzanych rakiet i samolotów. Porozumienie międzynarodowe o ograniczeniu handlem takimi urządzeniami przewiduje, że mogą działać do prędkości 1000&nbsp;[[Węzeł (jednostka prędkości)|Mm/h]] ≈ 1852&nbsp;[[Kilometr na godzinę|km/h]] ≈ 515&nbsp;[[Metr na sekundę|m/s]] i do wysokości 18&nbsp;km ≈ 60&nbsp;000&nbsp;[[Stopa angielska|stóp]]<ref>{{cytuj stronę | url = http://www.armscontrol.org/documents/mtcr | tytuł = {{J|en|Missile Technology Control Regime (MTCR)}} | data dostępu = 2013-03-29 | archiwum = https://web.archive.org/web/20080916123933/http://www.armscontrol.org/documents/mtcr | zarchiwizowano = 2008-09-16}}</ref>.

=== Dokładność ===
{{Zobacz też|Czynniki wpływające na wynik pomiaru GPS}}
Dokładność urządzeń GPS to temat wzbudzający wiele emocji ze względu na brak jednolitego systemu pomiaru tego parametru. Popularny wskaźnik [[Circular Error Probable|CEP]] odnosi się do statystycznego udziału punktów o zadanej dokładności w całym ich zbiorze. Innymi słowy CEP (80%) 1–3 m oznacza, że 80% uzyskanych pomiarów mieści się w zakresie błędu 1–3 metra, przy czym nie wiadomo nic o pozostałych 20% pomiarów. W praktyce więc niewiele wiadomo o rzeczywistych osiągach urządzenia. Dodatkowo sytuację komplikuje definicja błędu pomiaru, którą producenci wykorzystują przy podawaniu parametrów urządzeń.

Kolejny problem to różnica pomiędzy laboratoryjnym pomiarem a rzeczywistym użytkowaniem urządzenia. Ze względu na fakt, że pomiar zależy od widoczności satelitów na niebie (jaką ma dane urządzenie) oraz ich konstelacji w danym momencie, dokładność realnych pomiarów może znacznie odbiegać od tego, co deklaruje producent. Jest to spowodowane tym, że w niesprzyjających warunkach coraz większego znaczenia nabierają te punkty, które nie są uwzględniane przez wskaźnik CEP.

Sytuacji nie ułatwia fakt, że producenci często podają parametry samego modułu GPS, a nie końcowego urządzenia. Nie uwzględnia się więc zastosowanych komponentów RF oraz samej anteny. W efekcie popularne gotowe urządzenia oparte na tym samym układzie GPS mogą różnie się zachowywać w rzeczywistych warunkach pracy.

=== Przykłady zastosowań ===
[[Plik:Rikaline GPS 6033.jpg|thumb|Odbiornik Bluetooth Rikaline GPS 6033]]
Dynamicznie rozwija się segment odbiorników GPS do tzw. palmtopów / [[Palmtop|PDA]]. Dzięki niskiej cenie i możliwości wyboru oprogramowania, które najlepiej spełnia oczekiwania użytkownika, jest to alternatywne rozwiązanie dla urządzeń typu wszystko-w-jednym. Dostępne opcje pozwalają na podłączenie odbiornika na kablu, na karcie rozszerzeń (CF lub SD) lub bezprzewodowo (bluetooth). Popularne stają się również palmtopy / PDA z wbudowanym odbiornikiem GPS. Dostępny jest bardzo szeroki wybór oprogramowania zarówno do nawigacji samochodowej (np. [[Automapa (oprogramowanie)|Automapa]], [[MapaMap]], [[Navigo]]), morskiej, jak i specjalistyczne programy (np. do pomiaru powierzchni).
[[Plik:GPSONE LM001.jpg|alt=|mały|Rejestrator Trasy GPSONE LM001 z funkcją podglądu pozycji na smartphonie]]
Nowy typ urządzeń to odbiorniki GPS połączone z funkcją logowania danych – tzw. [[datalogger GPS]] lub [[Datalogger GPS|rejestrator trasy]]. Umożliwiają one zapis przebytej trasy bez konieczności uruchamiania dodatkowych urządzeń. Możliwość zapisu sięga od kilkuset punktów do kilkuset tysięcy punktów w zależności od modelu i producenta. Zapisaną trasę można wykorzystać do zobrazowania drogi na darmowych ([[Google Earth]], [[Mapy Google|Google Maps]]) i płatnych mapach ([[Automapa (oprogramowanie)|Automapa]], [[MapaMap]], [[eMapa]]) w zależności od producenta urządzenia. Coraz więcej urządzeń zapewnia dostęp do podglądu pozycji lokalizatora na urządzeniach mobilnych (np. smartphone). Umożliwia to monitorowanie pracy kierowców lub innych pracowników mobilnych.
Dzięki połączeniu zapisanej trasy oraz wykonanych na niej zdjęć możemy każdej fotografii przypisać miejsce jej wykonania – jest to tzw. (ang.) {{K|en|geotagging}} lub w tej konkretnej formie {{K|en|phototagging}} (spolszczone nazwy to [[geotagowanie]], tagi geograficzne, tagowanie geograficzne). Dzięki temu możemy w łatwy sposób inwentaryzować umiejscowienie obiektów lub zdarzeń. Jest to tanie rozwiązanie wykorzystywane przez różnego rodzaju służby na całym świecie.

Odbiornik GPS to standardowy komponent w telefonach komórkowych. Na telefony powstało wiele aplikacji obsługujących GPS, np. [[TomTom|TomTom mobile]], NaviExpert, Garmin Mobile XT, które zostały wyparte{{fakt|data=2025-08}} przez Google Maps.

=== Odbiorniki {{J|en|multi-channel}} i {{J|en|multi-plexing}} ===
Dla jednoczesnego odbioru sygnału z kilku satelitów lub sygnału o dwóch częstotliwościach z jednego satelity, stosuje się odbiorniki dwóch rodzajów:
* '''{{J|en|multi-channel}} (wielokanałowy)''' – odbiorniki te składają się z określonej liczby niezależnych kanałów i każdy z nich jest przystosowany do odbierania i przetwarzania sygnałów z jednego satelity. Procesy odbioru i przetwarzania sygnałów są prowadzone w takim wielokanałowym odbiorniku jednocześnie. Obserwacje mogą być wykonywane z częstotliwością sekundową.
* '''{{J|en|multi plexing}}''' – odbiorniki te składają się z jednego lub wielu kanałów, z których każdy może odbierać poszczególne sygnały z satelitów. Obserwacje wykonywane są z częstotliwością milisekundową. Najlepszą jakość sygnału mają odbiorniki typu {{J|en|multi-channel correlation type}}. Odbiorniki {{J|en|squaring type}} kwadratują zarówno sygnały, jak i szumy.

== Kalendarium w historii rozwoju systemu GPS ==
* 1973 Zatwierdzenie podjęcia prac nad stworzeniem satelitarnego systemu nawigacyjnego, opartego na systemie TRANSIT, TIMATION i 621B [[United States Air Force|U.S. Air Force]] i [[United States Navy|U.S. Navy]].
* 1974–1979 Faza testu systemu GPS.
* 1977 Pierwsze testy urządzeń nawigacyjnych jeszcze przed wprowadzeniem satelitów na orbity okołoziemskie. Próby i testy przeprowadzone zostały za pomocą pseudosatelitów, którymi były naziemne stacje nadawcze imitujące satelity.
* 1978–1985 Wprowadzenie na orbity jedenastu satelitów Block I.
* 1979 Podjęcie decyzji o budowie kompletnego systemu GPS.
* 1980 Start pierwszego satelity Block I z sensorami do rozpoznania wybuchów atomowych, po podpisaniu porozumienia między USA i Związkiem Radzieckim o zaprzestaniu prób z bombami atomowymi na ziemi, w wodzie i w kosmosie.
* 1980–1982 W tych latach finanse GPS były w stałym zagrożeniu, z uwagi na brak koncepcji jego przyszłościowego finansowania. Groziło to przerwaniem realizacji tego projektu.
* 1983 Po [[Katastrofa lotu Korean Air 007|zestrzeleniu samolotu koreańskich linii lotniczych KAL 007]] nad terytorium Związku Radzieckiego, do czego przyczyniła się pomyłka pilota, uznano, że GPS powinien zostać udostępniony do zastosowań cywilnych.
* 1986 [[Katastrofa promu Challenger]] odbiła się także na projekcie GPS. W międzyczasie uznano, że nośnikiem satelitów Block II na orbity ma być [[Wahadłowiec kosmiczny|wahadłowiec]]. Po tym wypadku wrócono do wcześniej planowanego wprowadzania satelitów na orbity przez rakiety [[Delta (rakieta)|Delta]].
* 1989 Pierwszy satelita Block II został wprowadzony na orbitę, rozpoczynając swoją pracę.
* 1990–1991 Chwilowo wyłączono {{J|en|SA}} ({{K|en|Selective Availability}}) w czasie [[I wojna w Zatoce Perskiej|I wojny w Zatoce Perskiej]], celem wykorzystania cywilnych nawigatorów (za mała liczba wojskowych urządzeń). Dnia 1.07.1991 SA został powtórnie włączony.
* 8 grudnia 1993 Do wiadomości publicznej podano, że GPS jest gotowy do eksploatacji ({{K|en|Initial Operational Capability}}, {{J|en|IOC}}).
* marzec 1994 Ostatni satelita Block II został wprowadzony na orbitę, zamykając prace nad uruchomieniem systemu GPS.
* 17 lipca 1995 System GPS osiągnął pełną operatywność ({{K|en|Full Operational Capability}}, {{J|en|FOC}}).
* 1 maja 2000 Wyłączono definitywnie SA, co pozwala na korzystanie z dokładności nawigacji 20 m zamiast dotychczasowej 100 m.
* 20 marca 2004 Start pięćdziesiątego satelity GPS.
* 25 września 2005 Na orbitę zostaje wprowadzony satelita typu IIR–M ({{K|en|Block 2 Replacement Modernized}}; unowocześniony Block II, satelita rezerwowy). Ten satelita, jako pierwszy umożliwia użycie sygnałów M dla wojska i sygnałów L2C dla służb cywilnych.

== Inne systemy pozycjonowania ==
Inny pracujący obecnie system pozycjonowania to [[GLONASS]]. Jest on zarządzany przez [[Siły Powietrzno-Kosmiczne Federacji Rosyjskiej|Wojska Kosmiczne Federacji Rosyjskiej]]. GLONASS dostarcza dwa rodzaje sygnału: wojskowy oraz cywilny. W skład systemu wchodzą 24 satelity oraz naziemna stacja kontroli. System ten używa innego geodezyjnego układu odniesienia i odmiennego wzorca czasu (UTC) niż GPS (UTC USNO, gdzie nie wprowadza się sekund przestępnych).

[[Europejska Agencja Kosmiczna]] ({{J|en|ESA}}) jest w trakcie budowy własnego systemu nawigacji. Nosi on nazwę [[Galileo (system nawigacyjny)|Galileo]] i składać się będzie z 30 satelitów. Zegary zastosowane w europejskich satelitach mają umożliwić osiągnięcie dokładności pozycjonowania w granicach 50 cm (dla użytkowników komercyjnych). Pierwsze testy Galileo rozpoczęły się w 2005 roku, a system miał stać się w pełni sprawny do roku 2018, jednak nie była to pewna data, gdyż terminy były wielokrotnie zmieniane<ref>[http://www.geoforum.pl/?menu=46813,46834,47128&link==gnss-systemy-nawigacyjne-galileo Galileo].</ref>. 15 grudnia 2016 system został uruchomiony z 18 satelitami na orbicie<ref>{{cytuj stronę| url=http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/Galileo_begins_serving_the_globe| tytuł={{J|en|Galileo begins serving the globe}}| opublikowany=Europejska Agencja Kosmiczna| data=2016-12-05| język=en}}</ref>, docelowo pełna zdolność systemu przewidywana była na rok 2020. Galileo projektowany jest przede wszystkim z myślą o zastosowaniach cywilnych. Jego dokładność ma sięgać 1 metra dla bezpłatnej oraz 10 cm dla płatnej częstotliwości<ref>{{cytuj stronę| url=http://www.technologiagps.org.pl/systemy/galileo.html | tytuł=Nawigacja Galileo – informacje o systemie| data=2017-06-02| język=pl}}</ref>.

[[Beidou|Compass]] – chiński projekt, którego pierwszy satelita został wystrzelony w 2000 roku. Dawna nazwa projektu to [[Beidou]]. Mimo przystąpienia [[Chiny|Chin]] do projektu Galileo w 2003 roku, prace są kontynuowane i według zapewnień chińskich władz Compass miał ruszyć w 2012 roku. Dokładność publicznej usługi jest rzędu 10 metrów. Jest to jeden z niewielu systemów, który zakłada dwustronną transmisję informacji (także od urządzenia do satelity). Docelowo projekt ma obejmować cały świat ([[Beidou 2]]).

Indian Regional Navigational Satellite System ([[IRNSS]]), projekt indyjski, ma obejmować [[Indie]] i obszar 1000–2000&nbsp;km wokół. Finansowanie projektu zostało zatwierdzone w 2006 roku, zakładany czas ukończenia projektu to 6–7 lat.

== Zobacz też ==
* [[Centrum fazowe anten GPS]]

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Linki zewnętrzne ==
* [http://www.gps.gov System GPS] {{lang|en}}

{{Satelity systemu GPS-NAVSTAR}}
{{Systemy nawigacji satelitarnej}}
{{Części składowe samolotu}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:GPS| ]]
[[Kategoria:Satelitarne systemy nawigacyjne]]
[[Kategoria:Siły Zbrojne Stanów Zjednoczonych]]