Global Positioning System

Z Wiki XperiaSite.pl
(Przekierowano z GPS)
Skocz do: nawigacja, szukaj
NavstarGPS.png
Global Positioning System
Kraj Stany Zjednoczone
Operator AFSPC
Zastosowanie Militarne, cywilne
Kodowanie CDMA
Pokrycie Globalne
Dokładność 5 m (z WAAS i DGPS)
15 m (bez)
Częstotliwość 1575.42 MHz (L1)
1227.6 MHz (L2)
Przybliżony koszt $5 bilionów
(wliczając koszty wystrzeleń)
Budowa
Liczba satelit 32
Aktywnych satelit 31
Pierwsze wystrzelenie Luty 1978
Liczba wystrzeleń 72
Orbita
System 6 orbit MEO
Wysokość 20.180 km

Global Positioning System, w skrócie GPS to amerykański system pozycjonowania i nawigacji satelitarnej. Pełna nazwa tego systemu to Navstar Global Positioning System (Navstar GPS). Jest to orbitalny system radionawigacyjny należący do rządu Stanów Zjednoczonych i obsługiwany przez siły powietrzne tego kraju. Jest systemem o zasięgu globalnym (GNSS) dostarczający informacji o geolokalizacji oraz informacji na temat czasu do odbiornika znajdującego się na powierzchni Ziemi, który jest widoczny dla minimum 4 satelit.

GPS, podobnie jak inne systemy GNSS i RNSS, nie wymaga od odbiornika wysłania jakikolwiek danych i działa bez wymogu połączenia z siecią telefoniczną lub dostępem do internetu mobilnego, choć są one wykorzystywane do poprawy dokładności i dostępności systemów GNSS.

Poszczególne kraje także rozpoczęły tworzenie własnych systemów. Zwłaszcza, że Stany Zjednoczone w każdej chwili system ten mogą wyłączyć w całości lub dla wybranego obszaru (tak było podczas wojny kargilskiej). Stąd powstają konkurencyjne systemy - rosyjski GLONASS, europejski Galileo, czy chiński BeiDou.

Historia

Projekt GPS rozpoczął się w Stanach w 1973 roku. Projekt ten był ważny ze względu na różnicę technologiczną między nowym, a istniejącym już systemami (m.in Transit, a także tajne i do dzisiaj nieznane), które weszły w skład nowego projektu. Początkowo nowy system składał się z 24 satelit i był systemem dostępny tylko dla wojska amerykańskiego. Dopiero w 1995 roku stał się globalnie operacyjny.

System ten bazuje częściowo na brytyjski systemach naziemnej nawigacji radiowej typu LORAN oraz Decca Navigator, które wykorzystywane były prze brytyjską marynarkę podczas II wojny światowej (powstały na początku lat 40).

Pierwsze typy satelit wykorzystywanych przez GPS miały błąd projektowy, który powodował, że czas satelit różnił się od tego na Ziemi od 38 mikrosekund, co w krótkim czasie spowodowałoby błąd w pozycji o dodatkowe 10 km każdego dnia.

Jako twórców systemu uznaje się Rogera L. Easton z Naval Research Laboratory, Ivan A. Getting z The Aerospace Corporation oraz Bradford Parkinson z Applied Physics Laboratory.

Pierwsi cywile otrzymali prawo do korzystania z nowego systemu dopiero w lata 80. Stało się to za sprawą dyrektywy prezydenta Ronalda Reagana. Związane to było z zestrzeleniem przez Związek Radziecki samolotu koreańskich cywilnych linii lotniczych - Boeinga 747, który wleciał w zastrzeżony obszar w pobliżu wysp Sakhalin i Moneron.

Poprzednicy

Początki systemów nawigacyjnych w USA zaczęły się wraz z wystrzeleniem radzieckiego Sputnika 1. Dwoje pracowników Applied Physics Laboratory (William Guier and George Weiffenbach) odkryło, że dzięki efektowi Dopplera mogą ustalić pozycję tego satelity. W związku z tym odkryciem już wiosną kolejnego roku dyrektor tej agencji Frank MxClure dał im zadanie odwrócenia tego procesu, tak aby znaleźć sposób na pozycjonowanie odbiornika naziemnego przez satelitę. Współpraca z ARPA (od 1972 roku DARPA) pozwoliła na powstanie systemu Transit w 1959 roku. Pierwszy satelita nowego systemu wystrzelony został w 1960 roku i już wkrótce system składał się z 5 satelit pozwalających na uzyskanie pozycji raz na około godzinę.
W 1967 roku, marynarka USA stworzyła satelitę typu Timation, która pozwoliła na uzyskanie bardziej dokładnego czasu w systemie satelity. Było to bardzo potrzebne do działania obecnego systemu GPS.

Wybuch Zimnej Wojny przyniósł palącą potrzebę dokładniejszego systemu, który pozwoliłby na dokładne namierzenie celu dla rakiet balistycznych wystrzeliwanych z łodzi podwodnych, bombowców strategicznych, czy dla kontynentalnych rakiet balistycznych. Zarówno U.S. Navy, jak i U.S. Air Force rozpoczęły tworzenie własnych, niepowiązanych, systemów. W 1960 roku USAF pokazało własny system radionawigacyjny o nazwie MOSAIC (ang. Mobile System for Accurate ICBM Control), który w praktyce był systemem LORAN działający w trójwymiarze (pozwalał na ustalenie wysokości). W 1963 rozpoczęto prace na projektem 57, w trakcie którego podobno pojawił się koncept systemy GPS. W tym samym roku pojawił projekt 621B, którego wynik pozwolił na zwiększenie dokładności systemów satelitarnych, a co pozwoliło okazało się później ważnym fragmentem systemu GPS.

Mimo wszystko ówczesne systemy były zbyt powolne dla wojsk powietrznych, co spowodowało dalszy rozwój satelit Timation - pierwszą wystrzelono w 1967 roku, a w 1974 na orbitę trafiła pierwsza satelita z zegarem atomowym.

Gdzie dwa działy wojsk amerykańskich "nie mogły" sobie poradzić, rozwiązanie znalazł trzeci - w tym wypadku U.S. Army. Wojska tego typu posiadały kilka satelit oraz baz naziemnych (działających jako GBASy). 3 bazy tego typu posiadały transmitery o znanym położeniu, które wysyłały sygnały do transmitera zamontowanego na satelicie. Czwarta baza o (teoretycznie) nieznanej lokalizacji, a która mogła wykorzystać te sygnały do ustalenia swojej lokalizacji. System ten nazywany był SECOR, a ostatnią jego satelitę wystrzelono w 1969 roku.

Z tego powodu GPS najbliżej jest właśnie do systemu SECOR, jednak w tym wypadku GBASy także znajdują się na orbicie.

W latach 70 powstał pierwszy system nawigacyjny o zasięgu globalnym - OMEGA, który był naziemnym systemem radiowym, a pozycję ustalał poprzez porównanie czasu transmisji sygnału pomiędzy stacjami. Limitem tego systemu była jego dokładność.

IIA.png
Niewystrzelony satelita Block IIA znajdujący się w Air & Space Museum w San Diego.

Rozwój

Już w latach 60 zauważono, że system powstały z połączenia projektu 621B, satelit Timation i systemów Tranist oraz SECOR, byłby znacznie lepszy niż wszystkie one oddzielnie.

W 1973 roku spotkanie 12 oficerów Pentagonu zapoczątkowało projekt nazwany Defense Navigation Satellite System (DNSS). Nazwa ta już po roku została zmieniona na NavSTAR. Nowa nazwa pochodzi od nazw satelitów, z których miał się pierowtnie składać nowy system - Navstar-GPS.

Już w latach 1978 - 1985 wstrzelono 11 prototypowych satelit typu Block I (jedno z tych wystrzelenie się nie powiodło). Efektami ich wystrzelenia oraz badaniem i kontrolą działania samego systemu zajmowali się naukowcy z Air Force Cambridge Research Laboratory (od 1974 roku - Air Force Geophysical Research Lab) znajdujące się w bazie lotniczej Hanscom, niedaleko Bostonu. Stworzyli oni model Klobuchara (Klob) jonosfery pozwalający na obliczenie błędów położenia satelit na orbicie oraz ich korekcji. Równocześnie Elizabeth Essex-Cohen (także AFGRL) zajmowała się wpływem jonosfery na zakrzywienie ścieżek ruchu fal radiowych wysyłanych z i do systemu NavSTAR.

Wraz z oddaniem systemu do służby (także) cywilnej, pojawiło się zapotrzebowanie na dokładniejsze i stabilniejsze satelity. Stąd już 14 lutego 1989 roku wystrzelono pierwszą satelitę typu Block II.

Mimo udostępnienia sygnału dla użyteczności cywilnej, najsilniejszy sygnał (pozwalający na najdokładniejsze pozycjonowanie) zarezerwowany był dla potrzeb militarnych (Selective Availability). Zmieniło się to dopiero w 2000 roku, gdy prezydent Bill Clinton wyłączył SA, co pozwoliło na zrównanie jakości i dokładności systemu dla cywilów i wojska. Jednocześnie wojsko zaczęło tworzyć system wyłączający system GPS w określonych regionach.

Od 2004 roku systemem zarządza komitet wykonawczy Narodowej Komisji Pozycjonowania Satelitarnego, Nawigacji i Synchronizacji Czasu pod przewodnictwem zastępców sekretarzy Departamentów Obrony i Transportu.

Departament Obrony USA ma nakazane, aby "utrzymywać system SPS (Standard Positioning Service - tak nazywany jest NavSTAR w planach, standardach i specyfikacjach federalnych), który ma być stale i globalnie dostępny" oraz "wprowadzać kroki niepozwalające na wykorzystaniu systemu GPS oraz ich systemów wspomagających podczas wrogich akcji, nie wywierający przy tym wpływu na wykorzystanie systemu przez jednostki cywilne".

Wersja satelity
typu Block
Okresy wystrzeleń Status wystrzeleń Aktywnych Testowe Wycofane
Sukces Niepowodzenie Przygotowywane Planowane
I 1978-1985 10 1 0 0 0 0 10
II 1989-1990 9 0 0 0 0 0 9
IIA 1990-1997 19 0 0 0 0 8 11
IIR 1997-2004 12 1 0 0 12 0 0
IIR-M 2005-2009 8 0 0 0 7 1 0
IIF 2010-2016 12 0 0 0 12 0 0
IIIA od 2017 0 0 0 12 0 0 0
IIIB   0 0 0 8 0 0 0
IIIC   0 0 0 16 0 0 0
Razem 70 2 0 36 31 9 30

Ważne terminy

  • 1972 - testy 4 pierwszych odbiorników GPS zamontowanych na samolotach wykorzystując naziemne pseudosatelity,
  • 1978 - pierwszy eksperymentalny Block I został wystrzelony,
  • 1983 - system został udostępniony dla użytkowników cywilnych,
  • 1985 - wystrzelono kolejne 10 satelit typu Block I,
  • 1988 - sygnał C&C (ang. Command & Control) został wysłany z stacji sił powietrznych w Onizuka (Kalifornia) do Drugiego szwadronu kontroli satelit w stacji sił powietrznych Falcon w Colorado Springs (Kolorado),
  • 1989 - 14 lutego wystrzelono pierwszą satelitę typu Block II,
  • 1990 - wojna w Zatoce Preskiej była pierwszą, wktórej wykorzystano system GPS,
  • 1991 - powstał pierwszy "zminiaturyzowany" odbiornik GPS, ważył 1,25 kg zamiast 23,
  • 1992 - oddział 2nd Space Wing przechodzi w stan spoczynku, a jego miejsce zajmuje 50th Space Wing,
  • 1993 - w grudniu system uzyskał 1 stopień operacyjności, co oznaczało, że 24 satelity są sprawne i aktywne oraz dostarczają odpowiednie sygnały SPS,
  • 1995 - w kwietniu system został oznaczony jako FOC (ang. Full Operational Capability) przez U.S. Air Force Space Command,
  • 1996 - Zauważając potrzeby użytkowników cywilnych, prezydent Bill Clinton wystąpił z dyrektywą, wedle której GPS stawał się systemem militarno-cywilnym,
  • 1998 - wiceprezydent Al Gore ogłosił plany poprawy jakości i stabilności sygnałów cywilnej części systemu, w 2000 roku Kongres poparł te plany, system jest wdrażany jako GPS III (satelity typu Block III),
  • 2000 - 2 maja wyłączona została Selective Availability, czyli podział sygnałów GPS na mocniejsze dla wojska i słabsze dla użytkowników cywilnych,
  • 2004 - USA i UE podpisały porozumienie na temat współpracy systemów GPS i Galileo, prezydent G.W. Bush zmienił także zasady działania komitetu i jego przewodniczącego, firma Qualcomm ogłosiła pozytywne zakończenie testów funkcji A-GPS w telefonach komórkowych,
  • 2005 - wystrzelono pierwszą nowoczesną satelitę L2C o poprawionym sygnale cywilnym,
  • 2007 - 14 września Ground Segment Control System został włączony do nowego Architecture Evolution Plan,
  • 2009 - 19 maja U.S. Government Accountability Office wydało raport informujący, że część satelit może przestać działać do 2010 roku, 21 maja Air Force Space Command poinformowało, że ryzyko uszkodzenia satelit jest bardzo niskie,
  • 2010 - 11 stycznia ze względu na aktualizację systemów GBAS, przestało działać od 8000 do 10000 wojskowych odbiorników wyprodukowanych przez Trimble Navigation Limited z Sunnyvale (Kalifornia), 25 lutego U.S. Air Force zdecydowało się na rozwój systemu GPS.

Koncepcja

Podstawy

Koncepcja działania systemu GPS polega na znajomości położenia w czasie i przestrzeni poszczególnych satelit składających się w ten system. Każda z seteli zawiera mały zegar atomowy, który jest synchronizowany poprzez kontakty między satelitami i stacjami naziemnymi. Poprawki różnic w czasie między poszczególnymi satelitami, a pozostałymi i bazą naziemną są wprowadzane przynajmniej raz dziennie. Pozwala to na uzyskanie sporej dokładności podczas lokalizacji. Także odbiorniki posiadają własny zegar (większe, zwłaszcza militarne, często atomowy). Niestety zegary odbiorników nie są stale synchronizowane, a więc oferują mniejszą dokładność.

Satelity stale wysyłają informacje o czasie własnego zegara i swoim obecnym położeniu. Odbiornik, aby uzyskać własną pozycję, rozpoczyna nasłuchiwanie i "łapie" sygnał z kilku satelit. Połączenie musi być utrzymane z minimum czterema satelitami - 3 służą wtedy do pozycjonowania, a jedna do ustalenia odchylenia między czasami zegarów.

Dokładniejszy opis

Każda z satelit ciągle nadaje sygnał (fala nośna z modulacją) składający się z:

  • pseudolosowego kodu (sekwencja zer i jedynek) znanego odbiornikowi, zrównanie czasów odbiornika i sygnału z odpowiednią wersją kodu, moment nadejścia (TOA - ang. time of arrival) zdefiniowanego punktu kodu sekwencji, zwanego epoką, zostaje porównany z danymi zapisanymi w pamięci odbiornika,
  • wiadomości zawierającej czas wysłania sygnału (TOT - ang. time of transmission) z kodem epoki (w skali systemu GPS) i pozycję satelity w tym czasie.

Wg konceptu, odbiornik mierzy czasy TOA (w stosunku do własnego zegara) sygnałów pochodzących ze wszystkich "połączonych" satelit. Z czasów TOA i TOT odbiornik może wyliczyć wartości czasu przelotu (TOF - ang. time of flight), które są bliskie różnicy w zasięgu między nim a satelitą. Odbiornik może wtedy obliczyć własne położenie w trójwymiarze (długość i szerokość geograficzną oraz wysokość) oraz różnicę w czasie TOF wszystkich satelit. W taki wypadku pomiar wskazuje, że odbiornik może znajdować się jedynie w 2 punktach, przy czy, jeden z nich znajduje się zbyt wysoko lub porusza zbyt szybko, a więc może zostać wykluczony.

W praktyce położenie (w trójwymiarowym układzie kartezjańskim) oraz równowaga czasu obliczane są w tym samy czasie przy wykorzystaniu równań nawigacyjnych. Wynik tych równań jest zazwyczaj przeliczany na długość i szerokość geograficzną oraz wysokość na jakich znajduje się odbiornik. Wysokość może (i zazwyczaj jest) dalej przeliczana w stosunku do jednej z geoid, np. poziomu morza.

Znając czas nadania i odbioru sygnału, to zakładają, że prędkość fali radiowej jest stała, możliwe jest obliczenie odległości w jakiej znajduje się odbiornik od poszczególnych satelit.

Odbiornik.png
Chip odbiornika GPS.

Geometria

Choć nie stworzona specjalnie do tego, to koncepcyjna różnica czasów nadejścia (TDOA - ang. time differences of arrival) definiuje pomiar geometrii. Każdy czas TDOA odpowiada hiperboloidzie rewolucji, a linia łącząca każdą z par (przy czym, przykładowo mając 4 satelity, otrzymujemy 6 par - 1-2, 3-4, 1-3, 2-4, 1-4, 2-3) satelit połączonych z odbiornikiem, tworzy oś tej hiperboloidy. Odbiornik znajduje się w miejscu, gdzie te hiperboloidy się krzyżują.

Często, aby ułatwić wizualizację zagadnienia, niepoprawnie mówi się, że lokalizacja użytkownika jest dokładnie w miejscy, gdzie krzyżują się te sfery. Jest to możliwe, ale jedynie, gdy zegary w odbiorniku oraz te w satelitach są idealnie zsynchronizowane. Taka dokładna synchronizacja ma także inną zaletę - do położenia wymagane jest połączenie jedynie z 3 satelitami - czwarta, zajmująca się synchronizacją czasu, jest zbędna, a więc i całkowita liczba satelit mogłaby być o wiele mniejsza. Jednakże dodatkowy zegar atomowy o (prawie) stałej łączności z satelitami lub bazami naziemnymi (do synchronizacji czasu) spowodowałby wzrost złożoności samego odbiornika, a więc i kosztów jego produkcji, które najpewniej zrzucono by na końcowego użytkownika.

Struktura sygnału

Satelity typu GPS wysyłają sygnały na trzech częstotliwościach:

  • 1475,42 MHz (L1) - kody C/A oraz P(Y),
  • 1227,6 MHz (L2) - kod P(Y),
  • 1381,05 MHz (L3) - służy do detekcji wybuchów atomowych,
  • 1279,913 MHz (L4) - podczas testów co do dodatkowej korekcji jonosferycznej,
  • 1176,45 MHz (L5) - sygnał ratunkowy SoL.

Do działania wykorzystuje się jedynie kody L1, L2 i L5.

System GPS III generacji ma dodatkowo przynieść 3 kody:

  • M-code - kod militarny, działa na częstotliwości L1,
  • L1C - kod transmitowany na częstotliwości L1,
  • L2C - kod wysyłany na częstotliwości L2.

Kody C/A, L1C i L2C wykorzystywane są w systemie udostępnionym dla cywili. P(Y) i M-code są częścią systemu GPS udostępnionego do zastosowań militarnych.

IIF.png
Artystyczny koncept ukazujący satelitę Block IIF na orbicie.

Śledzenie satelit

Niektóre odbiorniki posiadają urządzenie zwane trackerem. Jest to algorytm śledzenia satelit, który ciągle oblicza ich położenie, a więc pozwala na szybsze ich odnalezienie w momencie uaktywnienia pozycjonowania. Obliczenia nie są ciągłe - odbiornik oblicza położenie satelity po określonym czasie, a następnie liczy dalej wykorzystując wynik poprzednich obliczeń, jako dane wyjściowe.

Generalnie, tracker pozwala na poprawę pozycjonowania i dokładności czasu, odrzucenie błędnych obliczeń oraz obliczyć prędkość i kierunek ruchu odbiornika.

Minusem tego rozwiązania jest fakt, że zmiany w prędkości i kierunku ruchu są obliczane z opóźnieniem, stąd wskazania nawigacji, działającej wykorzystując ten system, mogą okazać się błędne, zwłaszcza jeśli dystans przebyty między dwoma punktami jest bliski lub mniejszy od błędu pomiarowego.

Odbiorniki GPS mogą także obliczyć prędkość własnego ruchu wykorzystując efekt Dopplera odebranych sygnałów.

Najbardziej zaawansowane odbiorniki GPS posiadają dodatkowe sensory, jak kompas, czy system nawigacji inercyjnej.

Wykorzystanie dodatkowych danych

Choć w teorii do poznania położenia odbiornika wymagane jest minimum cztery satelity, to jednak można je zastąpić. Do zastąpienia mogą zostać wykorzystane dane pochodzące m.in. z zewnętrznego zegara atomowego (albo przynajmniej zsynchronizowanego z zegarem atomowym), wysokościomierza (stosowane w lotnictwie), baz naziemnych czy systemów wspomagania satelitarnego (SBAS) lub naziemnego (GBAS). Wykorzystane mogą zostać też dodatkowe sensory, takie jak kompas, nawigacja inercyjna, czy nawigacja zliczeniowa. Często wykorzystywane są też dane zapisane wcześniej w pamięci komputera pojazdu, choć ich wiek i dokładność mogą spowodować uzyskanie mniej dokładnej lokalizacji.

Budowa

Obecnie system GPS składa się z 3 segmentów - kosmiczny (satelitarny), kontrolny i użytkownika. Pierwsze 2 są w rękach U.S. Ait Force, które zajmują się ich rozwojem, zarządzaniem oraz naprawami.

Satelity.gif
Zmiana położenia satelit względem punktu.
6 satelit zawsze jest w "zasięgu wzroku".

Segment kosmiczny

Składa się z od 24 do 32 satelit na orbicie MEO oraz licznych adapterów wspomagających ich wystrzelenie na orbitę.

W żargonie GPS satelity nazywane są kosmicznymi pojazdami (ang. Space Vehicles), które początkowo poruszały się po 3 różnych orbitach, a obecnie po 6. Orbity te mają inklinację bliską 55° w stosunku do równika. Obrót dookoła Ziemi zajmuje im niecałe pół dnia (około 11 godzin i 58 minut), pozwalając im na odwiedzenie okolic tego samego miejsca przynajmniej raz dziennie. Orbity są tak dostosowane, że w każdym momencie wybrany punkt na na powierzchni jest widoczny dla przynajmniej 6 z nich. Satelity te nie znajdują się dokładnie pod kątem 90° od siebie, ale mimo to pokrywają pełnego 360° wokół punktu (różnica kątów pomiędzy ich orbitami wynosi około 30, 105, 120 i 150 stopni, co daje pełne 360).

Od lutego 2016 na orbicie są 32 satelity, z czego 31 jest aktywne. Dodatkowe satelity poprawiają precyzję pomiaru położenia. Taka liczba pozwala na obserwację każdego punktu nawet przez 9 satelit w tym samym czasie. Pozwala to też na ciągłe utrzymanie minimum 4 satelit na punkt, nawet w wyniku uszkodzenia części z jednostek.

Segment kontrolny

Składa się z czterech części:

  1. głównej stacji kontrolnej (MCS - ang. master control station):
    • w Schriever Air Force Base (niedaleko Colorado Springs).
  2. alternatywnej stacji kontrolnej.
  3. 4 dedykowanych anten naziemnych:
    • na atolu Kwajalein (wyspy Marshalla),
    • na Wyspach Wniebowstąpienia,
    • na wyspie Diego Garcia (Brytyjskie Terytorium Oceanu Indyjskiego),
    • na przylądku Canaveral.
  4. 6 dedykowanych stacji monitorujących:
    • na Hawajach,
    • na atolu Kwajalein (wyspy Marshalla),
    • na Wyspach Wniebowstąpienia,
    • na wyspie Diego Garcia (Brytyjskie Terytorium Oceanu Indyjskiego),
    • w Colorado Springs,
    • na przylądku Canaveral.

Oprócz dedykowanych anten, MCS może wykorzystać te należące do U.S. Air Force Satellite Control Network, a oprócz dedykowanych stacji monitorujących te należące do National Geospatial-Intelligence Agency (znajdujące się w Anglii, Argentynie, Australii, Bahrajnie, Ekwadorze oraz Waszyngtonie).

Stacje monitorujące służą do obserwacji tras przelotu satelit i przekazywania tych danych do MCS. MCS regularnie kontaktuje się z każdą satelitą poprzez wykorzystanie naziemnych anten dedykowanych lub tych należących do AFSCN, aby przekazać aktualizacje danych. Aktualizacje tworzone są przez filtr Kalmana, który zbiera dane pochodzące ze stacji monitorujących, na temat pogody kosmicznej oraz innych źródeł. Następnie wysyła się je do satelit, gdzie synchronizują znajdujące się na ich pokładach zegary atomowe, dzięki czemu czas, między nimi oraz stacją bazową, różni się najwyżej o kilka nanosekund.

Zmiany ustawień satelit bardzo wpływają na działanie systemu GPS, dlatego satelita, której nakazuje się zmianę orbity, oznaczana jest jako niezdrowa (ang. unhealthy). Taka satelita nie jest wykorzystywana przez odbiorniki. Po zmianie położenia status zmieniany jest z powrotem na zdrowa (ang. healthy), aby odbiorniki ponownie zaczęły korzystać z pochodzących z danej satelity sygnałów.

Operacyjny segment kontrolny

Operacyjny segment kontrolny (OCS - ang. Operational Command Segment) jest to obecny system kontroli całego systemu GPS. Istnieje on tak samo długo jak cały system.

Posiada on zdolność do kontroli oraz wsparcia użytkowników systemu GPS oraz utrzymuje system w stanie operacyjności oraz działania zgodnie ze specyfikacją.

We wrześniu 2007 OCS wymieniło znajdujący się w Schriever Air Force Base komputer z lat 70. Nowy system pozwolił na łatwiejsze aktualizacje całego systemu, w tym nowytyp zabezpieczeń, który wspiera system wojskowy (oczywiście amerykański).

OCS będzie aktywny do momentu wejścia III generacji systemu. Na chwile obecną nie jest on jeszcze jednak aktywny.

Zaawansowany operacyjny segment kontrolny

Wraz z systemem III generacji miejsce OCS zajmie zaawansowany operacyjny segment kontrolny nowej generacji systemu GPS (OCX - ang. Next Generation GPS Advanced Operation Control Sagment).

Nowy system ma pozwolić na redukcję kosztów utrzymania aż o 50%, a przy tym zmniejszy rozmach harmonogramu i ryzyka technicznego. 50% obniżka kosztów związana jest z lepszym typem oprogramowania oraz logistyki bazującej na wydajności. Dodatkowo niższy będzie sam koszt przejścia z OCS na OCX (w stosunku do budowy OCS), mimo że OCS przyniesie 4 razy większe możliwości.

  • OCX będzie mógł kontrolować zarówno obecne satelity, jak i te które pojawią się z systemem GPS III (Block IIIA, IIIB, IIIC i może kolejne),
  • elastyczna architektura nowego systemu ułatwi adaptację zmian, które pojawią się w przyszłości, co usunie potrzebę szybkiej wymiany całego systemu kontroli,
  • udostępni wojsku dokładniejsze, bezpieczniejsze oraz bardziej predykcyjne dane,
  • wykorzystuje nowe typy sygnałów (L1C, L2C i L5) oraz ma możliwości kodu M-code,
  • dostarcza zmiany w zabezpieczeniach, które ułatwiają detekcję i prewencję przeciwko atakom cybernetycznym poprzez ich izolację,
  • wspiera nowy typ systemu C&C, który pozwala na przesyłanie i odbieranie komend w (prawie) czasie rzeczywistym.

System OCX jest aktywny od 15 września 2011 roku, jednak wciąż oczekuje na wystrzelenie pierwszej satelity (Block IIIA) systemu GPS III.

OdbiornikzAntena.png
Chip odbiornika GPS z wbudowaną anteną.

Segment użytkownika

Na tą część systemu GPS składają się wszelkie odbiorniki sygnałów wysyłanych przez jego satelity. Zaliczamy do tego setki tysięcy urządzeń militarnych należących do wojsk USA i ich sojuszników oraz miliardy urządzeń cywilnych.

Odbiornik zazwyczaj składa się z:

  • anteny - odbierającej sygnały na znanych częstotliwościach,
  • procesora,
  • bardzo dokładnego zegara - zazwyczaj rezonatora kwarcowego.


Satelity

Satelita Data wystrzelenia Rakieta nośna Miejsce wystrzelenia Typ Block N2 SVN PRN Slot Data wycofania
Uwagi
OPS 5111 22 lutego 1978
21:44
Atlas E/F SGS-1 VAFB SLC-3E I 1 01 04   17 lipca 1985
OPS 5112 12 maja 1978
10:34
2 02 07   12 lutego 1988
OPS 5113 7 paźdzrnika 1978
00:28
3 03 06   18 maja 1992
OPS 5114 11 grudnia 1978
03:59
4 04 08   14 października 1989
Pomiędzy lutym a majem 1990 wykorzystywana do testów.
OPS 5117 9 lutego 1980
23:08
Atlas E/F SGS-1 VAFB SLC-3E | 5 05 05   11 maja 1984
OPS 5118 26 kwietnia 1980
22:00
6 06 09   6 marca 1991
brak
(Navstar 7)
19 grudnia 1981
01:10
7 07 10   b/d
Nie doleciała na orbitę.
OPS 9794 14 lipca 1983
10:21
Atlas E/F SGS-2 VAFB SLC-3W | 8 08 11   4 maja 1993
USA-1 13 czerwca 1984
11:37
9 09 13   28 lutego 1994
Pomiędzy lutym a czerwcem 1994 wykorzystywana do testów.
USA-5 8 września 1984
21:41
Atlas E/F SGS-2 VAFB SLC-3W I 10 10 12   18 listopada 1995
Pomiędzy listopadem 1995 a marcem 1996 wykorzystywana do testów.
USA-10 9 października 1985
02:53
Atlas E/F SGS-2 VAFB SLC-3W I 11 11 03   13 kwietnia 1994
brak
(Block II)
      II 0 12     b/d
Jednostka prototypowa. Zdolna do wystrzelenia, ale nigdy nie wystrzelona.
USA-35 14 lutego 1989
18:30
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17A II 1 14 14   26 marca 2000
USA-38 10 czerwca 1989
22:30
2 13 02 B3 22 lutego 2004
USA-42 18 sierpnia 1989
05:58
3 16 16   13 października 2000
USA-47 21 października 1989
09:31
4 19 19 A5 16 marca 2001
USA-49 11 grudnia 1989
18:10
5 17 17 D3 23 lutego 2005
USA-50 24 stycznia 1990
22:55
6 18 18   18 sierpnia 2000
USA-54 26 marca 1990
02:45
7 20 20   21 maja 1996
Wyłączona po dwukrotnej zmianie częstotliwości bez wydanego rozkazu.
USA-63 2 sierpnia 1990
05:39
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17A II 8 21 21 E2 25 września 2002
USA-64 1 października 1990
21:56
9 15 15 D5 17 listopada 2006
Pomiędzy listopadem 2006 a marcem 2007 wykorzystywana do testów.
USA-66 25 listopada 1990
21:39
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17A IIA 1 23 23
32
E5 25 stycznia 2016
Wyłączona wykorzystując PRN23 13 lutego 2004. Ponownie włączona 26 lutego 2008.
USA-71 4 lipca 1991
02:32
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17A IIA 2 24 24 D1 30 września 2011
USA-79 23 lutego 1992
22:29
3 25 25 A2 19 grudnia 2009
USA-80 10 kwietnia 1992
03:20
4 28 28 C2 4 listopada 1996
Wycofana przedwcześnie. Zastąpiona przez USA-117.
USA-83 7 lipca 1992
09:20
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17B IIA 5 26 26 F5 6 stycznia 2015
USA-84 9 września 1992
08:57
CCAFS LC-17A 6 27 27 A6 10 sierpnia 2011
W rezerwie
Ostatnia komenda i likwidacja odbyła się 18 kwietnia 2017. Od 2011 do tego dnia była z rezerwie.
USA-85 22 listopada 1992
23:54
Delta II 6925-9.5 CCAFS LC-17A IIA 7 32 31
01
30
b/d
F4 17 marca 2008
W rezerwie
PRN zmienione z 31 na 01 w styczniu 1993 ze względu na problemy odbiorników. Wycofana 17 marca 2008 i usunięta ze slotu F4. Chwilowo przywrócona w 2014, jednak oznaczona jako nieaktywna.
USA-87 18 grudnia 1992
22:16
Delta II 7925-9.5 CCAFS LC-17B IIA 8 29 29 D5 23 października 2007
USA-88 3 lutego CCAFS LC-17A 9 22 22 B1 3 grudnia 2002
USA-90 30 marca 1993
03:09
10 31 31 C3 24 października 2005
USA-91 13 maja 1993
00:07
11 37 07
01
24
C4 20 grudnia 2007
W rezerwie
Przełączona na PRN01 w październiku 2008, jednak okazała się niesprawna. W kwietniu 2012 przełączona na PRN24, ale dalej okazała się niesprawna.
USA-92 26 czerwca 1993
13:27
Delta II 7925-9.5 CCAFS LC-17A IIA 12 39 09 A5 19 maja 2014
USA-94 30 siepnia 1993
12:38
CCAFS LC-17B 13 35 05
30
B5 28 marca 2013
W rezerwie
Wycofana z PRN05 w październiku 2008 jako niesprawna. Ponownie włączona jako PRN30 w sierpniu 2011.
USA-96 26 października 1993
17:04
Delta II 7925-9.5 CCAFS LC-17B IIA 14 34 04 D6 3 listopada 2015
W rezerwie
USA-100 10 marca 1994
03:40
CCAFS LC-17A 15 46 06 C6 21 lutego 2014
W rezerwie
USA-117 28 marca 1996
00:21
CCAFS LC-17B 16 33 03 C5 2 sierpnia 2014
USA-126 28 marca 1996
00:21
CCAFS LC-17A 17 40 10 E6 16 lipca 2015
W rezerwie
USA-128 12 września 1996
08:49
18 30 30 B2 20 lipca 2011
brak
(GPS IIR-1)
17 stycznia 1997
16:28
IIR 1 42 12   b/d
Nie doleciała na orbitę.
USA-132 23 lipca 1997
03:43
Delta II 7925-9.5 CCAFS LC-17A IIR 2 43 13 F6 Aktywna
USA-135 6 listopada 1997
00:30
IIA 19 38 08 A3 30 października 2014
W rezerwie
USA-145 7 października 1999
12:51
CCAFS SLC-17A IIR 3 46 11 D5 Aktywna
USA-150 11 maja 2000
01:48
4 51 20 B6 Aktywna
USA-151 16 lipca 2000
09:17
5 44 28 B3 Aktywna
USA-154 10 listopada 2000
17:14
6 41 14 F1 Aktywna
USA-156 20 stycznia 2001
07:55
7 54 18 E4 Aktywna
USA-166 29 stycznia 2003
18:06
CCAFS SLC-17B 8 56 16 B1 Aktywna
USA-168 31 marca 2003
22:09
CCAFS SLC-17A 9 45 21 D3 Aktywna
USA-175 21 grudnia 2003
08:05
10 47 22 E6 Aktywna
USA-177 20 marca 2004
17:53
CCAFS SLC-17B 11 59 19 C5 Aktywna
USA-178 23 czerwca 2004
22:54
12 60 23 F4 Aktywna
USA-180 6 listopada 2004
05:39
13 61 02 D1 Aktywna
USA-183 26 września 2005
03:37
CCAFS SLC-17B IIRM 1 53 17 C4 Aktywna
Zwana także IIR-14. Pierwsza satelita wysyłająca sygnał z kodem L2C.
USA-190 25 września 2006
18:50
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-17A IIRM 2 52 31 A2 Aktywna
Zwana także IIR-15. W momencie jej umieszczenia na orbicie, po raz pierwszy, udało się uzyskać pełny układ 32 satelit.
USA-192 17 listopada 2006
19:12
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-17A IIRM 3 58 12 B4 Aktywna
Zwana także IIR-16.
USA-196 17 października 2007
12:23
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-17A IIRM 4 55 19 F2 Aktywna
Zwana także IIR-17.
USA-199 20 grudnia 2007
20:04
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-17A IIRM 5 57 29 C1 Aktywna
Zwana także IIR-19.
USA-201 15 marca 2008
06:10
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-17A IIRM 6 48 07 A4 W rezerwie
Zwana także IIR-20. Wysyła przykładowy sygnał z kodem L5. Nigdy nie została aktywowana ze względu na słaby sygnał. Dezaktywowana 6 maja 2011 (jako PRN01). Reaktywowana jako PRN27. 5 maja 2013 ustawiona jako PRN30, a 3 kwietnia 2014 jako PRN06. Obecnie nieaktywna.
USA-206 17 sieprnia 2009
10:35
Delta II 7925-9.5 CCAFS SLC-37B IIRM 8 5 05 E3 Aktywna
Oryginalnie miała zostać wystrzelona w 1999 roku jako IIR-3, jednak została uszkodzona podczas przygotowań. Zwana też IIR-21.
USA-213 28 maja 2010
03:00
Delta IV M+(4,2) CCAFS SLC-37B IIF 1 62 25 B2 Aktywna
Zwana także IIR-17.
USA-232 16 lipca 2011
06:41
Delta IV M+(4,2) CCAFS SLC-37B IIF 2 63 01 D2 Aktywna
USA-239 4 października 2012
12:10
3 65 21 A1 Aktywna
USA-242 15 maja 2013
21"38
Atlas V 401 CCAFS SLC-41 4 66 27 C2 Aktywna
USA-248 21 lutego 2014
01:59
Delta IV M+(4,2) CCAFS SLC-37B 5 64 30 A3 Aktywna
USA-251 17 maja 2014
00:03
6 67 06 D4 Aktywna
USA-256 2 sierpnia 2014
03:23
Atlas V 401 CCAFS SLC-41 7 68 09 D3 Aktywna
USA-258 29 października 2014
17:21
8 69 03 E1 Aktywna
USA-260 25 marca 2015
18:36
Delta IV M+(4,2) CCAFS SLC-37B 9 71 26 B5 Aktywna
USA-262 15 lipca 2015
15:36
Atlas V 401 CCAFS SLC-41 10 72 08 C3 Aktywna
USA-265 31 października 2015
16:31
11 73 10 E2 Aktywna
USA-266 5 lutego 2016
13:38
12 70 32 F5 Aktywna