# Sistèma de posicionament global

Satellit NAVSTAR GPS
Lo **Sistèma de posicionament global**, conegut comunement coma **GPS** (a l'origina **NAVSTAR Global Positioning System** o **NAVSTAR GPS**), es un sistèma de navegacion per satellit que permet de coneisser amb fòrça precision una situacion geografica e l'ora de referéncia amb granda exactitud en gaireben quin que siá lo luòc sus Tèrra o sus una orbita de la Tèrra. Utiliza una orbita circulara intermediària (*Intermediate Circular Orbit* -ICO-, en anglés) constellacion de satellits de 24 satellits o mai.

Es un Sistèma Global de Navegacion per Satellit (GNSS) que permet a totes de determinar la posicion d'una persona, un veïcul o una nau, amb una aproximacion de quatre mètres. Lo sistèma foguèt desvolpat e installat, e a l'ora d'ara gerit, pel departament de la Defensa dels Estats Units d'America.

Lo GPS fonciona mejans un malhum de satellits qu'orbitan a l'entorn de la tèrra. Quand se desira determinar la posicion, l'aparelh utilizat se localiza automaticament amb al minimum quatre satellits del malhum, dels quals recep de senhals indicant la posicion e lo relòtge de cadun d'aquels. Sus la basa d'aqueles senhals, l'aparelh sincroniza lo relòtge del GPS e calcula lo retard dels senhals, es a dire, la distància al satellit. Per "triangulacion" calcula la posicion que se tròba. La triangulacion dins lo cas del GPS, a diferéncia del cas 2-D que consistís a decobrir l'angle al respècte dels punts coneguts, se basa a determinar la distància de cada satellit al respècte del punt de mesura. Conegudas las distàncias, se determina aisidament la quita posicion relativa al respècte dels tres satellits. Coneissent en mai de las coordenadas o posicion de cadun d'els pel senhal qu'emeton, s'obten la posicion absoluta o coordenadas realas del punt de mesura. Tanben se capita amb una exactitud extrèma lo relòtge del GPS, quitament a aquela dels relòtges atomics perque dempuèi la tèrra se sincronizen amb los satellits.

L'anciana Union de las Republicas Socialistas Sovieticas aviá un sistèma similar nomenat GLONASS, ara gerit per la Federacion Russa.

Actualament l'Union Europèa tenta de lançar lo seu pròpi sistèma de posicionament per satellit, nomenat Sistèma Galileo.

La fiabilitat depend del nombre de satellits utilizats, del gra de dispersion qu'aqueles an, de l'existéncia d'efèctes atmosferics perturbatòris qu'afectan la velocitat de la transmission del senhal e, a un gra menar, dels problèmas d'exactitud dels relòtges intèrnes dels satellits.
Los GPS d'usatge comun an una error de precision de 15 mètres, e s'utilizam 9 satellits enluòc dels 4 necessaris al minimum e una bona dispersion se pòt capitar de precisions inferioras a 2,5 mètres 95% del temps.

## Istòria

En 1957, l'Union de las Republicas Socialistas Sovieticas lancèt dins l'espaci lo satellit Spotnik 1, qu'èra seguit mejans l'observacion de l'efècte Doppler del senhal que transmetiá. Aquò, faguèt començar a pensar que, de meteis biais, la posicion d'un observator poiriá èsser establida mejans l'estudi de la frequéncia Doppler d'un senhal transmés per un satellit que l'orbita èra determinada amb precision.

L'Armada dels Estats Units d'America lèu apliquèt aquela tecnologia, per fornir los sistèmas de navegacion de las seunas flòtas d'observacions de posicions actualizadas e precisas. Atal nasquèt lo sistèma TRANSIT, que demorèt operatiu a 1964, e vèrs 1967 venguèt disponible, en mai, per l'usatge comercial.

Las actualizacions de posicion, alara, èran disponiblas cada 40 minutas e l'observator deviá demorar gaireben estatic per poder obtenir d'informacions adequada.

Mai tard, dins aquela meteissa decenni e mercé al desvolopament dels relòtges atomics, se dessenhèt una constellacion de satellits, portant cadun un relòtge e essent ensems sincronizats amb per base una referéncia de temps determinada.

En 1973 se combinèt los programas de l'Armada dels Estats Units d'America e de la Fòrça Aèria dels Estats Units d'America (aquel darrièr consistian en una tecnica de transmission codificada que fornissiá de donadas necessàrias utilizant un senhal modulat amb un còdi de PRN (Pseudo-Random Noise: soroll pseudo-aleatori), conegut jol nom de Navigation Technology Program (programa de tecnologia de navegacion), fin finala nomenat NAVSTAR GPS.

Entre 1978 e 1985 se desvolupèt e lancèron onze satellits prototips experimentals NAVSTAR, que d'autras generacions seguirán, fins a constituir la constellacion actuala, que foguèt declarada «capacitat operacional inicial» en decembre de 1993 e «capacitat operacional total» en abril de 1995.

En 1994, aquel país oferiguèt lo servici normalizat de determinacion de la posicion per ajudar l'OACI, e aquela acceptèt l'ofra.

## Caracteristicas tecnicas e prestacions

Operatriz de satellits controlant la constel NAVSTAR-GPS, a la Base Aèria de Schriever.
Lançament de satellits per la constellacion NAVSTAR-GPS mejans una fusada Delta.
Lo Sistèma Global de Navegacion per Satellit se compausa de:

* **Sistema de satellits** : Es format per 24 unitats amb de trajectòrias sincronizadas per cobrir tota la superfícia del glòbe terrestre. Mai concrètament, repartits en 6 plans orbitals de 4 satellits cadun. L'energia electrica que demandan per lo seu foncionament se la pren dels dos panèls solars adossats als seus costats.
* **Estacions terrestras** : Envian l'informacion de contraròtla als satellits per contrarotlar las orbitas e realizar l'entreten de tota la constellacion.
* **Terminals receptors** : Indican la posicion en que son, conegudas tanben coma unitats GPS, son aqueles que podèm comprar a las boticas especializadas.

### Segment espacial

* Satellits en la constellacion: 24 (4 × 6 orbitas)
	+ Altitud: 20 200 km
	+ Periòde: 11 h 56 min
	+ Inclinacion: 55 gras (respècte a l'eqüator terrèstre).
	+ Vida utila: 7,5 ans
* Segment de contraròtle (estacions terrèstras)
	+ Estacion principala: 1
	+ Antena de tèrra: 4
	+ Estacion de seguit: 5
* Senhal RF
	+ Frequéncia portadora:
		- Civil - 1.575,42 MHz (L1). Utiliza lo Còdi d'Adquisicion aproximativa (C/A).
		- Militar - 1.227,60 MHz (L2). Utiliza lo Còdi de Precision (P), chifrat.
			* Nivèl de poténcia del senhal: -160 dBW (a la superfícia terrèstra).
			* Polarizacion: circular destrogira.
* Exactitud
	+ Posicion: aproximativament 15 m (a 95%)
	+ Ora: 1 ns
* Cobertura: mondiala
* Capacitat d'usuatgièrs: illimitada
* Sistèma de coordenadas:
	+ Sistèma Geodesic Mondial 1984 (WGS84).
	+ Centrat sus Tèrra, fixe.
* Integritat: temps de notificacion de 15 minutas o mas. Es pas sufisent per l'aviacion civila.
* Disponibilitat: 24 satellits (70%) e 21 satellits (98%). Son pas pro per un mejan primari de navegacion.

## Evolucion del sistèma GPS

Estacion e receptor GPS professionals per precisions centimetricas.
Lo GPS evolua cap a un sistèma mai solide (GPS III), amb una mai granda disponibilitat e que redutz de mai la complexitat dels GPS. D'entre las melhoracions previstas i a:

* Incorporacion d'un nòu senhal en L2 per a usatge civil.
* Addicion d'un tresen senhal civil (L5): 1.176,45 MHz
* Proteccion e disponibilitat d'un dels dos nòus senhals per servir de Seguretat Per la Vida (SOL).
* Melhorar l'estructura de senhals.
* Aumentacion en la poténcia del senhal (L5 aurá un nivèl de poténcia de -154 dB).
* Melhorar la precision (1 - 5 m).
* Augment del nombre d'estacions de contraròtle: 12 (lo doble)
* Permètre una melhora interoperabilitat amb la frequéncia L1 de Galileo

Lo programa GPS III perseguís l'objectiu de garantir que lo GPS satisfarà lo besonh militars e civils prevists pels 30 ans de venir. Aquel programa se desvoloparà en 3 etapas (una d'aquela es lo GPS II), mai flexible, permet de cambiament futurs e redutz los risques. Lo desvolopament de satellits GPS II comencèt en 2005, e lo primièr serà disponible pel lançament en 2012, amb l'objectiu d'acabar la transicion completa de GPS III en 2017.

## Foncionament

Receptor GPS.
* La situacion dels satellits se coneis pel receptor amb per basa los efemerids (5 elements orbitals), paramètres que son transmeses pels meteisses satellits. La colleccion d'efemerids de tota la constellacion es complèta cada 12 minutas e demòra dins lo receptor GPS.
* Lo receptor GPS mesura la seuna distància fins als satellits, e utilisa aquela informacion per calcular la seuna posicion. Aquela distància se mesura en calculant lo temps que lo senhal pren per arribar al receptor. Conegut aquel temps e se basant sul fach que lo senhal viatja a la velocitat de la lutz (levat qualques correccions), se pòt calcular la distància entre lo receptor e lo satellit.
* Cada satellit indica que lo receptor se tròba en un punch en la superfícia de l'esfèra, amb per centre lo quite satellit e de radi la distància totala fins al receptor.
* Obtenir d'informacion de dos satellits nos indica que lo receptor se tròba sus la circumferéncia qu'es quand se copan las doas esfèras.
* S'aquirissèm la meteissa informacion d'un tresen satellit notam que la nòva esfèra talha la circumferéncia anteriora en dos punchs. Un d'els se pòt exclure perque ofrís una posicion absurda. D'aquel biais ja auriam la posicion en 3-D. Pasmens, perque lo relòtge qu'incorporan los receptors GPS son pas sincronizat amb los relòtges atomics dels satellits GPS, los dos punchs determinats son necessaris.
* Amb l'informacion d'un quatren satellit, eliminam l'inconvenient del manca de sincronizacion entre los relòtges dels receptors GPS e los relòtges dels satellits. E es a aquel moment que lo receptor GPS pòt determinar una posicion 3-D exacta (latitud, longitud e altitud). Sens èsser sincronizats los relòtges entre lo receptor e los satellits, l'interseccion de las quatre esfèras amb per centre aqueles satellits es un pichon volum puslèu que d'èsser un punch. La correccion consistís a ajustar l'ora del receptor de biais que aquel volum se transforme en un punch.

## Fiabilitat de las donadas

A causa del caràcter militar del sistèma GPS, lo Departament de Defensa dels Estats Units d'America. Los Estats Units d'America se reservavan la possibilitat d'inclure un cert gra d'error aleatòri, que pòiriá variar de 15 a 100 m. La nomenada  **disponibilitat selectiva**  (S/A) foguèt abandonada lo 2 de mai de 2000. Pasmens s'a l'ora d'ara s'aplica pas mai aquela error inducha, la precision intrinsèca del sistèma GPS depèn del nombre de satellits visibles dins un moment e una posicion determinadas.

Amb un nombre elevat de satellits (7, 8 o 9 satellits captats), e s'aqueles tenon una geometria adequada, pòdon obtenir de precisions inferiora a 2,5 mètres 95% del temps. Se s'activa del sistema DGPS nomenat SBAS (WAAS-EGNOS-MSAS), la precision melhora seriá inferiòra a un mètre dins 97% dels cases. (Aquests sistemes SBS s'aplica pas en Sudamerica, perque aquela zona compta pas aquel tipe de satellits geoestacionaris)

## Fonts d'error

Un exemple visual de la constellacion GPS en conjuncion amb la rotacion de la Tèrra. Rmarcatz cossí lo nombre de satellits visibles dins un determinat punch de la superfícia de la Tèrra, dins aquel exemple de 45 ° N, canbia amb lo temps.
La posicion calculada per un receptor GPS requerrís l'instant actual, la posicion del satellit e lo retard prés del senhal recebut. La precision es foncion de la posicion e del retard del senhal.

En introduisent lo retard, lo receptor compara una seriá de bits recebuda del satellit amb una version intèrna, mejans un motor de correlacion, cablat dins una piuse especializada. Quand se comparan los tèrmes de la seriá, electronicament se pòt menar la diferencia cap a 1% d'un temps BIT, o aproximavament 10 nanosegondas pel còdi C/A. Ara los senhals GPS se propagan a la velocitat de la lutz, que representa una error de 3 mètres. Aquela es l'error minima possible se s'utiliza pas que lo senhal GPS C/A.

La precision de la posicion es melhora amb un senhal P (I). Amb exactament la metaissa precision d'1% de temps BIT, lo senyal P (I) (nauta frequéncia) dona una precision de mas o mens de 30 centimètres. Los errors de font electronic son una de las divèrses causas qu'altèra la precision (vejatz la taula).

| Font | Efècte |
| --- | --- |
| Ionosfèra | ± 5 m |
| Efemerids | ± 2,5 m |
| Relòtge satelitari | ± 2 m |
| Distorsion multibanda | ± 1 m |
| Troposfèra | ± 0,5 m |
| Errors numericas | ± 1 m o mens |

* Retard del senhal dins la ionosfèra e la troposfèra.
* Senhal multirota, produit pel rebomb del senhal suls edificis e montanhas pròches.
* Errors orbitalas, que las donadas de l'orbita del satellit son pas complètament necessàrias.
* Nombre de satellits visibles.
* Geometria dels satellits visibles.
* Errors localas del relòtge del GPS.

## DGPS o GPS diferencial

Estacion de referéncia DGPS.
Equipa de camp colleccionant d'informacions sismicas utilizant un receptor GPS Navcom SF-2040G Starfire montat sus un pal.
Lo DGPS (*Differential GPS*), o GPS diferencial, es un sistèma que dona als receptors de GPS de correccions de las donadas recebudas dels satellits GPS, amb la finalitat de donar una mai granda precision dins la posicion calculada. Foguèt concebut d'en primièr a causa l'introduccion de la disponibilitat selectiva (SA).

Lo fondament n'es lo fach que las errors produchas pel sistèma GPS afectan per tan (o de forma fòça pròcha) los receptors situats pròche entre ele. Las errors son en relacion fòrta amb los receptors pròches.

Un receptor GPS fixe a tèrra (referéncia) que coneis exactament la seuna posicion se basant sus d'autras tecnicas, rep la posicion donada pel sistema GPS, e pòt calcular las errors produchas pel sistema GPS, la comparant amb la seuna, coneguda de per avant. Aquel receptor transmet la correccion d'errors als receptors pròches d'el, e atal aqueles pòdon, al seu torn, corrigir tanben las errors produchas pel sistema dins de l'airal de cobertura de transmission de senhals de l'equip GPS de referéncia.

Per resumir, l'estructura DGPS seriá atal:

* **Estacion monitorizada (referéncia)** , que coneis la seuna posicion amb una precision fòrça nauta. Aquela estacion se compausa de:
	+ Un receptor GPS.
	+ Un microprocessor, per calcular las errors del sistema GPS e per generar l'estructura del messatge que s'envia als receptors.
	+ Transmetor, per establir un ligam de donadas unidireccional cap als receptors dels utilizaires finals.
* **Equip d'utilizaires** , compausat per un receptor DGPS (GPS+receptor de ligam de donadas dempuèi l'estacion de seguida).

I a divèrsas formas d'obtenir las correccions DGPS. Las mai utilzadas son:

* Recepcions per Ràdio, mejans un canal especific, com lo RDS dins una emisson de FM.
* Descargament dempuèi Internet, o amb Wi-Fi.
* Utilizar un sistèma de satellits pervist per aquò. Als Estats Units d'America i a lo WAAS, en Euròpa lo EGNOS e al Japon lo MSAS, totes compatibles entre eles.

Dins los messatges enviats als receptors pròches se pòt inclure dos tipes de correccions:

* **Una correccion dirèctament aplicada a la posicion** . Aquò a l'inconvenient que tant l'utilizaire coma l'estacion de seguit deurián aver pres los meteisses satellits, perque las correccions se basan sus aqueles meteisses satellits.
* **Una correccion aplicada a las pseudodistàncias de caduna de las lunas visibles** . Dins aquel cas l'utilizaire poirá far la correccion amb los 4 satellits de melhors relacion senhal-bruch (S/N). Aquela correccion es mai flexible.

L'error producha per la disponibilitat selectiva (SA) variá fin finala mai aviat que la velocitat de transmission de las donadas. Per aquò, juntament amb lo messatge que s'envia la correccions, tanben s'envia lo temps de validitat de las correccions e las seunas tendéncias. Alara, lo receptor deurá far d'interpolacion per corregir las errors produchas.

Se se vòl aumentar l'airal de cobertura de correccions DGPS e, alara, minimizar lo nombre de receptors de referencia fixes, serà necessari modelizar las variacions espacialas e temporalas de las errors. Dins aquel cas seriam un GPS diferencial d'airal larg.

Amb lo DGPS se pòt corrigir en partida als errors degudas a:

* la Disponibilitat selectiva (abandonada a partir de 2000).
* la propagacion per l'ionosfèra - troposfèra.
* Las errors dins la posicion del satellit (efemerids).
* Las errors produchas pels problèmas dins lo relòtge del satellit.

Perque las correccions DGPS sián validas, lo receptor devon èsser relativament a pròche d'una estacion DGPS, generalament, a mens de 1 000 km. La precision capitada pòt èsser de 2 mètres en latitud e longitud, e 3 m en altitud.

## Vocabulari de basa en GPS

Veïcul de l'empresa Tele Atlas amb un GPS cartografiant e fotografiant las carretèra a Rochester
* BRG** (Bearing)*: lo trajècte entre dos punchs de passatge intermedaris *(waypoints)*
* CMG** (Course Made Good)*: trajècte entre lo punch de despartir e la posicion actuala
* EPE** (Estimated Position Error)*: marge d'error estimada pel receptor
* MTE** (Estimated Time Enroute)*: temps estimat entre dos *waypoints*
* DOP** (Dilution Of Precision)*: mesura de la precision de las coordenadas obtengudas per GPS, segon la distribucion dels satellits, disponibilitat d'aqueles...
* ETA** (Estimated Time to Arrival)*: temps estimat d'arribada a la destinacion

## Integracion amb la telefonia mobila

Qualques mobils pòdon se jònher a un receptor GPS previst per aquel efècte que li fornís las donadas de posicionament que son interpretadas per un programa de navegacion.

## Aplicacions

### Civilas

Navegador GPS d'ecran tactil d'un veïcul amb informacion sus la rota, atal coma las distàncias e temps d'arribada al punch de destinacion.
* Navegacion terrèstre (e dels pedons), maritima e aerian. Fòrça automobilas l'incorpòran e son utilisat per trobar las adreças.
* Telefons mobils
* Topografia e geodasiá.
* Localizacion agricòla ( *agricultura de precision* ), bestial e fauna.
* Secors.
* Espòrt, campatge e léser.
* Per localizacion dels malauts, andicapats e menors.
* Aplicacions cientificas dins los trebalhs de terren (geomatica).
* Geocaching, activitat esportiva consistent a buscar de "tresaurs" amagats pels autres utilizaires.
* S'utilitza pel seguit e recuperacion dels veïculs.
* Navegacion esportiva.
* Esports aerians: parapenta, ala delta, planaire eca.

### Militaras

* Navegacion terrèstre, aeriana e maritima.
* Guiatge dels missils e projectils de divèrses tipes.
* Recerca e secors.
* Reconeissença e cartografia.
* Deteccion de detonacions nuclearas.

## Vejatz tanben

* Sistema de posicionament europeu Galileu

## Referéncias

## Ligams extèrns

* (es)site educatiu sul sistema GPS creat pel govern dels Estats Units d'America.
* (en)Global AVL: Localizadors GPS - Localizacion de dispositius GPS multimarca
* Garmin bloc: informacion sus actualitat del GPS
* (en) Plan oficial del NAVSTAR GPS
* (en) Informacion sus la contellacion GPS