Přístroj GPS

Doba, za kterou je schopen přístroj GPS zobrazovat mapy, navigovat, …, závisí na způsobu, jakým byl uveden po minulém použití do klidového stavu.

Nejdéle trvá tzv. studený start - přístroj je plně připraven za několik minut. Po zapnutí přístroje se snaží korelátory v přístroji najít signál z alespoň jednoho satelitu a stáhnout almanach. Průběžně korelátory hledají další signály a na základě informací z nich zpřesňují pozici a čas uživatele. Jakmile jsou tato data k dispozici, přijímač sesynchronizuje svoje vlastní hodiny s časem satelitů a aktuální polohu uloží do paměti přístroje.

Tzv. teplý start trvá řádově minutu. Během startu se načte z paměti přístroje poslední zapsaný čas a poslední zapsaná poloha. Korelátory se snaží nalézt signály satelitů, které by měly být v daném čase a z dané polohy přístroje GPS viditelné.

Tzv. horký start (asistovaný start) trvá maximálně desítky sekund. Korelátory se v tomto případě snaží navázat na předchozí stav. Z toho plyne, že doba, která uplynula od posledního vypnutí přístroje, nesmí být delší než 2 hodiny. Také je možné využít stav dodaný asistenční službou (např. stav přijímaný nejbližší BTS stanicí sítě GSM).

Většina přístrojů GPS má nějaké počítačové rozhraní, pomocí kterého lze přístroj připojit k počítači a získat k dalšímu zpracování naměřená data. Komunikace probíhá u většiny přístrojů v protokolu NMEA0183, což je sice uzavřený, ale dobře popsaný protokol:

1.    data jsou posílána v textové podobě;

2.    data se skládají z tzv. sentencí (vět);

3.    samotné sentence sice nejsou synchronizovány s přesným časem atomových hodin satelitů, ale události v sentencích popsané jsou časově ve správném pořadí.

Ukázka NMEA sentence:

$GPRMC,170138.615,A,4912.2525,N,01635.0378,E,0.04,16.43,280705,,*32

Jednotlivé části sentence mají tento význam:

1.    GPSka posílá Recomended Minimum typ C;

2.    v čase 17:02:38,615 byla pozice  a ;

3.    velikost rychlosti 0,04 uzlů, kurz ;

4.    datum 28. 07. 05;

5.    kontrolní součet: 32.

Polohu pozorovatele přístroj GPS počítá na základě korelace. Přístroj je naladěn na frekvenci 1575,42 MHz, obsahuje pseudogenerátor náhodných čísel a autokorelátor. V této části přístroje pak probíhá korelace signálu přijatého přístrojem ze satelitu a signálu generovaného přístrojem. Přístroj GPS tedy ladí tak dlouho vlastní generovaný signál, až nastane shoda se signálem ze satelitů. Oba signály (generovaný přístrojem i ten ze satelitů) jsou neperiodické, takže v okamžiku, kdy nastane korelace obou signálů, je jednoznačně určena část signálu ze satelitu nesoucí informace pro výpočet polohy. Signál ze satelitu je navíc oproti signálu z přístroje časově zpožděn - zpoždění přitom odpovídá době, za kterou se signál dostal ze satelitu k přijímači. Na základě tohoto zpoždění lze určit právě dobu, kterou signál potřeboval k uražení vzdálenosti ze satelitu, a tedy i vzdálenost od satelitu.

Jiná je situace např. při nařizování hodinek podle pípání v rozhlase (v telefonu, na příslušném webu, …). Pokud slyšíme pouze jedno nebo dvě z pěti stejných pípnutí (před celou hodinou), nevíme, „kde v pípání jsme“ (kolik sekund zbývá do celé hodiny). Pokud se ale ozve poslední jiné pípnutí, je jasné, že právě byla celá hodina.

Signál ze satelitu ve skutečnosti není zcela neperiodický - opakuje se s periodou 1 ms. Tomu ale odpovídá vzdálenost 300 km! A takhle velkou chybu lze spolehlivě odstranit dalšími korekčními mechanismy (korekcemi GPS).