System GPS towarzyszy ludzkości już od kilkudziesięciu lat. Początkowo, przeznaczony był wyłącznie do użytku militarnego, z biegiem czasu jednak stał się dostępny dosłownie dla każdego. Warto zaznaczyć, że obecnie każdy z Nas nosi przy sobie lokalizator oparty o system nawigacji satelitarnej. Mowa tu oczywiście o smartfonie, jednak zastosowanie GPS nie ogranicza się tylko i wyłącznie do znalezienia knajpy lub przystanku autobusowego podczas przemieszczania się po mieście na piechotę. Dużo więcej możliwości stwarza mariaż systemu GPS z motoryzacją, gdzie ma on po prostu dużo więcej zastosowań. W tym artykule dowiesz się m.in. jak powstał GPS, czy to jedyna opcja na rynku oraz jakie korzyści przyniesie zamontowanie modułu nawigacji w Twoim samochodzie.
System GPS – „amerykańscy naukowcy dowiedli, że…”
Jak można się domyślić, za stworzenie systemu GPS odpowiadają słynni już, „amerykańscy naukowcy”. Powstał on z inicjatywy Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych i, jak wiele tego typu wynalazków, miał być na początku wykorzystywany wyłącznie przez wojsko. Pierwszy satelita systemu GPS został umieszczony na orbicie w styczniu 1978 r., a w lipcu 1995 r. system uzyskał pełną sprawność operacyjną – dlaczego trwało to tak długo? Trzeba pamiętać, że do „w miarę” dokładnego zlokalizowania pozycji na powierzchni ziemi trzeba być w zasięgu przynajmniej czterech satelitów – do osiągnięcia sprawności operacyjnej, trzeba było więc wysłać w kosmos następne.
No dobrze, ale czy GPS był pierwszy? Odpowiedź brzmi: nie. Amerykanie już wcześniej stworzyli swego rodzaju system nawigacyjny Transit, wykorzystywany przez Marynarkę Wojenną. Co prawda został on udostępniony cywilom w 1967 roku, jednak ze względu na słabą infrastrukturę i podatność na błędy, nie osiągnął on sukcesu na miarę swojego następcy.
System GPS – z czego się składa?
GPS składa się, ogólnie rzecz ujmując, z trzech segmentów, których współpraca jest kluczowa do osiągnięcia efektywności systemu. Poniżej postaram się omówić krótko każdy z nich.
Segment kosmiczny
Jak sama nazwa wskazuje, segment kosmiczny systemu GPS obejmuje wszystkie te urządzenia, które krążą w przestrzeni kosmicznej. Jest to grupa 31 satelitów (stan na 2016 rok), krążących po orbitach o nachyleniu 55 lub 63 stopni, na wysokości ok. 20 183km nad poziomem morza. Warto zaznaczyć, że będąc „pasażerem” takiego satelity, oglądalibyśmy wschód słońca dwukrotnie – okres obiegu tego urządzenia wokół Ziemi wynosi bowiem pół doby gwiazdowej.
Ciekawostka: Międzynarodowa Stacja Kosmiczna porusza się „nieco” szybciej – astronauci obecni na jej pokładzie mogą podziwiać wschód słońca aż 15 razy dziennie, bowiem okres obiegu ISS wokół naszej planety wynosi ok. 90 minut.
Wracając do GPS – pisałem o 31 satelitach na orbicie, jednak czynnych jest 28. Trzy pozostałe nie działają z kilku przyczyn: albo są niesprawne, albo dopiero modyfikowane i testowane. Ale nawet brak tych trzech satelitów nie wpływa na skuteczność nawigacji GPS – uważa się, że przy tej liczebności satelitów, przynajmniej 5 z nich jest „widocznych” z każdego miejsca na Ziemi, z dokładnością 99,96 procent.
Aby nawigacja działała sprawnie, każdy odbiornik nawigacyjny (np. ten umieszczony w nawigacji samochodowej) musi rozpoznawać każdego satelitę z osobna – można to osiągnąć stosując modulację specjalnym kodem – innym dla każdego z 31 satelitów.
Dodatkowo, ważna jest również synchronizacja – z tego powodu każde urządzenie należące do segmentu kosmicznego systemu GPS, posiada na pokładzie niezwykle precyzyjny, zegar atomowy. Elementy kosmiczne oraz stacje naziemne tworzą swego rodzaju sieć współzależności czasu. Dzięki temu odbiornik nawigacyjny (nasz lokalizator w aucie) nie tylko pokazuje aktualną pozycję, ale również bardzo precyzyjny czas.
Kolejna ciekawostka: Amerykanie nie byliby Amerykanami, gdyby nie umieścili na satelitach żadnego elementu szpiegowskiego. Każdy z nich jest wyposażony w system szpiegowski NUDET (Nuclear Detection) – umożliwia on natychmiastowe wykrycie każdego wybuchu nuklearnego na naszej planecie. W sumie, może to i lepiej…
Segment użytkownika
Czyli to, z czym każdy z nas ma do czynienia na co dzień. Segment użytkownika tworzą wszystkie odbiorniki GPS na Ziemi, zarówno te cywilne, jak też wojskowe. Oczywiście, różnią się one od siebie kształtem, posiadanym oprogramowaniem oraz często przeznaczeniem – nie zmienia to faktu, że każdy odbiornik GPS ma bardzo zbliżoną budowę.
W skrócie: dzięki odbiornikowi nawigacyjnemu, użytkownik może odbierać sygnał z segmentu kosmicznego, który następnie wykorzystywany jest do wyznaczania pozycji w każdym miejscu na świecie.
Możliwości techniczne każdego odbiornika GPS określa się ilością kanałów – każdy z takich kanałów może odbierać sygnał tylko jednego satelity. Więc wnioskować można, że im więcej kanałów, tym odbiornik jest bardziej precyzyjny. Obecnie produkowane tego typu urządzenia mają nawet 64 kanały, co oczywiście w pełni wystarczy na obecne czasy. Odbiornik 64-kanałowy po prostu nie odbierze sygnału z tak dużej liczby satelitów, ponieważ:
- Nie ma ich tylu w kosmosie;
- Nawet, gdyby było, to kulistość Ziemi nie pozwoli na dostrzeżenie wszystkich (część przecież może być poniżej linii horyzontu).
Jak już wcześniej wspominałem, do pełnej użyteczności systemu GPS potrzeba przynajmniej czterech satelitów – wówczas jesteśmy w stanie określić swoją pozycję w trzech wymiarach (szerokość i długość geograficzna, wysokość nad poziomem morza) oraz czas. Gdy satelitów będzie o jednego mniej, odbiornik GPS będzie mógł określić tylko i wyłącznie pozycję w dwóch wymiarach.
Rodzaje odbiorników GPS
Ogólnie dostępne urządzenia nawigacji satelitarnej dzielimy na:
- Dedykowane nawigacje GPS – do niedawna grupa ta była zdominowana wyłącznie przez nawigacje stosowane w samochodach, jednak ostatnimi czasy nastąpił gwałtowny rozwój segmentu smartwatch oraz opasek monitorujących aktywność fizyczną. Dodatkowo, dedykowane nawigacje GPS obejmują również urządzenia montowane na statkach;
- Moduły GPS – raczej dość przestarzała grupa, która umożliwiała korzystanie z nawigacji w komputerach PC, telefonach i innych. Urządzenia te były podłączane poprzez specjalne porty, jednak obecnie każdy produkowany laptop lub smartfon ma posiada wbudowany moduł GPS;
- Urządzenia z wbudowanymi odbiornikami – to właśnie te urządzenia, z którymi każdy z nas ma styczność w życiu codziennym. Należą do nich telefony komórkowe, laptopy, tablety ale również kamery i aparaty cyfrowe.
Ciekawostka nr 3: W wielu telefonach komórkowych stosuje się odbiornik A-GPS, który zamiast od razu łączyć się z satelitą, najpierw łączy się z serwerami operatora GSM, co znacząco wpływa na skrócenie czasu wyznaczania pozycji.
Naziemny segment kontroli błędów
Aby cały system lokalizacji GPS działał w pełni poprawnie, istnieje konieczność stosowania tzw. naziemnego segmentu kontroli. Są to głównie instytucje badawcze, które posiadają w swoich zasobach niezbędną infrastrukturę, która pozwala niwelować wszelakie błędy – GPS nie jest bowiem superdokładny. Wśród centrów kontroli możemy wyróżnić:
- Centrum Kontroli Satelitów Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych (AFSCN) – instytucja ta sprawuje nadzór nad wszystkimi amerykańskimi satelitami.
- Narodowa Agencja Wywiadu Satelitarnego (NGA) – jest to wyspecjalizowana agencja Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych.
- Obserwatorium Marynarki Wojennej USA – instytucja wyliczająca wzorce czasu UTC.
- Laboratorium Napędu Odrzutowego (Jet Propulsion Laboratory) – zadaniem tej instytucji jest obserwacja ciał niebieskich (Słońca, Księżyc), które poprzez swoją grawitację wpływają na położenie satelitów nawigacyjnych GPS.
Powyższe jednostki nadzorowane są przez centralę i wspomagane przez mniejsze centra, zlokalizowane na całym świecie. Wszystko przedstawiono na mapie poniżej:
Czy mamy do wyboru tylko GPS?
Mimo, że amerykański system GPS jest bez wątpienia najbardziej znaną technologią nawigacyjną na świecie, to jednak nie jest on jedyny. Własną technologię posiada m.in. Rosja, która w 1976 roku rozpoczęła pracę nad systemem GLONASS – warto zaznaczyć, że niektóre obecnie produkowane smartfony są wyposażone w hybrydowe odbiorniki, umożliwiające korzystanie także z tego systemu.
Jeśli własny system nawigacji mają Amerykanie i Rosjanie, to naturalne jest, że swoją technologię opracowali również Chińczycy. Działa ona na całym świecie, jednak największą dokładność osiąga naturalnie w rejonie azjatycko-pacyficznym. Docelowo system ten ma liczyć więcej satelitów niż GPS, bo aż 35.
Własny system Galileo opracowały również kraje Unii Europejskiej, jednak w przeciwieństwie do GPS, GLONASS i Beidou, Galileo ma być obsługiwany i nadzorowany wyłącznie przez instytucje cywilne. Kiedy będzie można w pełni korzystać z europejskiej nawigacji?
Tego na razie nie wiadomo – początkowo koszta uruchomienia szacowano na 1,7 mld EUR, jednak do tego czasu wydano ponad czterokrotność tej sumy i system Galileo nadal nie osiągnął pełnej gotowości operacyjnej. Nieoficjalnie mówi się, że całkowity koszt będzie wynosił ok. 23 mld EUR – wszystko wskazuje więc na to, że przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać…
Wykorzystanie GPS w motoryzacji
Dość już teorii – wiemy mniej więcej, jak powstały i w jaki sposób działają najpopularniejsze na świecie systemy nawigacji satelitarnej. Czas przyjrzeć się ich zastosowaniu w motoryzacji.
Nawigacja satelitarna w samochodach
To chyba najbardziej powszechne zastosowanie lokalizacji GPS biorąc pod uwagę fakt, jak ogromna liczba samochodów porusza się po drogach na całym świecie. Większość obecnie produkowanych modeli aut posiada fabryczny system nawigacji, jednak zwykle te odbiorniki są dużo gorsze, aniżeli urządzenia firm specjalizujących się w nawigacjach GPS.
Wyświetlanie dróg, których w rzeczywistości nie ma lub bezsensowne wyznaczanie trasy to w większości oferowanych przez producentów aut systemów normalność. Już po kilku wspólnych wypadach z taką nawigacją stwierdzimy, że kilka tysięcy złotych wydanych na nią u dealera nie było rozsądnym wydatkiem.
Na jakie parametry zwrócić uwagę, wybierając nawigację GPS?
Przede wszystkim trzeba określić, na jakich obszarach najczęściej poruszamy się autem. Taka wiedza da nam możliwość wyboru odpowiedniej nawigacji według dokładności map dla danego miejsca na świecie. Jeśli auto operuje głównie za granicą lub w danym regionie Europy, to przed zakupem należy dowiedzieć się, czy zainstalowana w urządzeniu mapa w ogóle ten obszar uwzględnia.
Jeśli zdecydujemy się na tańsze urządzenie, to należy liczyć się z tym, że za aktualizację mapy przyjdzie nam zapewne słono zapłacić. W przypadku droższych nawigacji, pierwsza aktualizacja jest najczęściej darmowa, a kolejne są dużo tańsze – to zupełnie tak jak z drogą drukarką i tonerem.
Kolejnym parametrem, na który warto zwrócić uwagę przy wyborze nawigacji, jest wielkość ekranu. Specjaliści zalecają, by ten nie przekraczał 5 cali – mniejsze wyświetlacze są z pewnością mało poręczne przy obsłudze, jednak większe urządzenia mogą zasłonić już dużą część przedniej szyby, ograniczając pole widzenia.
Równie ważna jest też częstotliwość odświeżania pozycji, czyli: jak szybko mapa odświeża położenie, w którym się znajdujemy. Warto też zwrócić uwagę na wspomnianą wcześniej liczbę kanałów odbiornika GPS – do zastosowań motoryzacyjnych, w zupełności wystarczy chipset obsługujący 20 kanałów, tj. 20 satelitów na raz.
Nawigacja GPS jako zabezpieczenie antykradzieżowe
Lokalizatory GPS to urządzenia, które stanowią również pewnego rodzaju ochronę przed kradzieżą auta. Do niedawna korzystały z nich wyłącznie firmy transportowe – zamontowanie nadajników w samochodach pozwala przedsiębiorstwu nie tylko kontrolować pracę kierowców, ale też udoskonalać funkcjonowanie floty. Obecnie jednak z tego typu urządzeń coraz częściej korzystają klienci indywidualni, bowiem wiele nowoczesnych autoalarmów współpracuje z technologią GPS.
Czy to w pełni skuteczne zabezpieczenie antykradzieżowe? Można powiedzieć, że nawet mimo niewątpliwych plusów tego typu rozwiązania, lokalizatory GPS nie stanowią już obecnie dla złodziei dużej trudności przy kradzieży samochodu. Taki sygnał można bowiem łatwo zagłuszyć, a wyspecjalizowane grupy przestępcze, dokonujące zwykle kradzieży samochodów z „górnej półki”, niemal na pewno mają na wyposażeniu specjalne urządzenie, tzw. „jeża”.
Jednak nie zawsze trzeba wykorzystywać zagłuszarkę – jeśli lokalizator GPS jest nieprofesjonalnie zainstalowany, to wystarczy takie urządzenie odszukać odpowiednim detektorem fal, zdemontować, odłożyć na jezdnię i bez problemu odjechać samochodem.
A trzeba powiedzieć, że właściciele aut pod względem umieszczania lokalizatorów GPS są dość przewidywalni. Można mieć pewność, że złodziej w pierwszej kolejności sprawdzi przestrzeń pod siedzeniami, kieszenie drzwi bocznych oraz schowek lub przestrzeń pod deską rozdzielczą.
Zagłuszarka GPS – jak działa?
Zacznijmy od kwestii legalności takich urządzeń. Otóż zagłuszarkę można kupić, podobnie jak antyradar – to nie jest nielegalne. Kłopoty zaczynają się, gdy mówimy o używaniu tego typu urządzeń – to jest już polskim prawem zabronione. Można więc wywnioskować, że tego typu sprzętem posługują się właściwie wyłącznie przestępcy.
Zagłuszarka sygnału wyglądem przypomina czarny powerbank, z którego wystaje kilka krótkich anten. Ich zadanie jest bardzo proste – wysyłać wytworzone przez urządzenie fale radiowe z szumem o takim natężeniu, że wszystkie urządzenia w promieniu kilkudziesięciu metrów są w stanie odbierać tylko i wyłącznie ten szum.
Jeśli sygnał GPS z satelity zostanie w ten sposób zagłuszony, to lokalizator w samochodzie nie będzie w stanie odczytać swojej pozycji i tym samym – przesłać jej do właściciela samochodu. W takim wypadku lokalizator GPS do samochodu staje się po prostu bezużyteczny, a złodzieje zyskuję masę czasu na rozebranie auta na części i zatuszowanie śladów.
Czy istnieją lepsze rozwiązania antykradzieżowe, niż lokalizator GPS?
Żeby zabezpieczenie antykradzieżowe było lepsze niż lokalizator GPS, to trzeba go uniezależnić od jakiegokolwiek zewnętrznego czynnika – w przypadku GPS jest to po prostu odbiór fal radiowych z satelitów. Najlepiej wybierać takie blokady, które do działania nie potrzebują niczego innego, aniżeli źródła zasilania, są niewielkich rozmiarów, nie emitują żadnych fal i są wysoce szyfrowane.
Takim urządzeniem jest między innymi immobilizer CanLock, produkowany przez Zabezpiecz-Auto.pl. Zasada działania systemu jest prosta – elektroniczne zabezpieczenie blokuje magistralę CAN w ten sposób, że silnik samochodu może uruchomić tylko osoba do tego uprawniona, używając specjalnej pastylki Bluetooth lub kodu PIN, czyli sekwencji fabrycznych przycisków w samochodzie.
Złodziej, nawet jeśli wyposażony w zestaw do kradzieży „na walizkę” lub zagłuszarkę sygnału GPS, nigdzie samochodem nie odjedzie i najpewniej w panice odstąpi od kradzieży.
