หลักการ คุณลักษณะและการใช้งานของระบบ GPS

โมดูล GPS คืออะไร?

โมดูล GPS เป็นเครื่องรับสัญญาณ GPS สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หรือโทรศัพท์มือถือผ่านสายไร้สาย Bluetooth หรือสายเชื่อมต่อและมันส่งสัญญาณ GPS ที่มันได้รับไปยังซอฟต์แวร์ GPS ในคอมพิวเตอร์หรือโทรศัพท์มือถือเพื่อการประมวลผลหน่วยตั้งตําแหน่ง GPS ที่เรามักจะเรียกกันว่า user part มันรับและลดการปรับเปลี่ยนสัญญาณรหัส C/A ของดาวเทียมที่มีความถี่ 1575.42 MHz เหมือนกับ "วิทยุ"โมดูล GPS ไม่ส่งสัญญาณ และเป็นอุปกรณ์ตั้งตําแหน่งแบบปาสิฟ.
คีย์ในการใช้งานของโมดูล GPS อยู่ที่การสรุปโปรโตคอลการสื่อสารลําดับ นั่นคือรูปแบบโปรโตคอลการเข้าและการออกที่เกี่ยวข้องของโมดูลประกอบด้วยประเภทข้อมูลและรูปแบบข้อมูล, ซึ่งในหมู่ประเภทข้อมูลส่วนใหญ่ประกอบด้วยข้อมูลไบนารี และข้อมูล NMEA (National Marine Electronics Association)ข้อมูลสองประเภทนี้สามารถสื่อสารกับเครื่องรับ GPS ผ่านสายพานลําดับ.
โมดูล GPS คณิตระยะห่างเท็จกับดาวเทียมแต่ละดาวเทียม และใช้วิธีการตัดระยะห่าง เพื่อหาปารามิเตอร์สี่ตัวของเครื่องรับ ได้แก่ ความยาว ความกว้างการแก้ไขความสูงและเวลาข้อดีของวิธีนี้คือความเร็วในการตั้งตําแหน่งจุดที่รวดเร็ว แต่ความผิดพลาดคือใหญ่ สําหรับโมดูลตั้งตําแหน่งเริ่มต้น, อย่างน้อย 4 ดาวเทียมจําเป็นต้องมีส่วนร่วมในการคํานวณ,ซึ่งเรียกว่า การตั้งตําแหน่ง 3 มิติด้วยดาวเทียม 3 ดวง การตั้งตําแหน่ง 2 มิติ สามารถทําได้ แต่ความแม่นยําไม่ดีโมดูล GPS ออกข้อมูลตําแหน่งและข้อมูลช่วยอย่างต่อเนื่องในรูปแบบ NMEA ผ่านพอร์ตสื่อสารลําดับ, ซึ่งสามารถเลือกและใช้โดยผู้รับ

หลักการตั้งตําแหน่งของโมดูล GPS
ดาวเทียมจีพีเอส 24 ดวงวงโคจรรอบโลก ในความสูง 12,000 กิโลเมตร ทําวงโคจรครบรอบครั้งละ 12 ชั่วโมงทําให้จุดใดบนพื้นดิน สามารถสังเกตเห็นดาวเทียมได้มากกว่า 4 ดวงพร้อมกัน.
เนื่องจากตําแหน่งของดาวเทียมเป็นที่รู้จักอย่างแม่นยํา ในการสังเกต GPSระยะทางจากดาวเทียมไปยังตัวรับสามารถคํานวณได้ โดยใช้สูตรระยะทางในระบบพิกัดสามมิติด้วยการใช้ดาวเทียมสามตัว สามารถสร้างสมการสามตัว เพื่อแก้ตําแหน่งของจุดสังเกต (X, Y, Z)การพิจารณาความผิดพลาดระหว่างนาฬิกาของดาวเทียมและนาฬิกาของตัวรับ, ที่จริงมี 4 อันที่ไม่ทราบกันคือ X, Y, Z และความแตกต่างของนาฬิกา ดังนั้นจึงต้องนําดาวเทียมที่ 4 มาให้เป็น 4 สมการเพื่อแก้ความกว้างและความสูงของจุดสังเกต.
ในความเป็นจริง เครื่องรับสัญญาณสามารถล็อคดาวเทียมได้มากกว่า 4 ดวงโดยแต่ละกลุ่มประกอบด้วยสี่ดาวเทียมจากนั้น, ผ่านอัลการิทึม, มันสามารถเลือกกลุ่มที่มีความผิดพลาดเล็กที่สุดสําหรับการตั้งตําแหน่ง, โดยปรับปรุงความแม่นยํา.
เนื่องจากความผิดพลาดในวงโคจรและนาฬิกาของดาวเทียม รวมถึงอิทธิพลของเทโรปอสเฟียร์และอิโอโนสเฟียร์ต่อสัญญาณ ความแม่นยําในการตั้งตําแหน่งของ GPS ของพลเรือนมีเพียง 10 เมตรเพื่อเพิ่มความแม่นยําในการตั้งตําแหน่ง, เทคโนโลยี GPS ที่แตกต่างกัน (DGPS) ถูกนํามาใช้ทั่วไป สถานีอ้างอิง (สถานี DGPS) ถูกตั้งขึ้นสําหรับการสังเกต GPS.การใช้พิกัดที่แม่นยําของสถานีอ้างอิงที่รู้จักและเปรียบเทียบมันกับค่าการสังเกต, มีตัวประกอบการแก้ไขที่ได้รับและปล่อยให้สาธารณะ. หลังจากที่ตัวรับได้รับตัวประกอบการแก้ไขนี้, มันเปรียบเทียบมันกับค่าการสังเกตของตัวเอง, การกําจัดส่วนใหญ่ของความผิดพลาด,และได้รับตําแหน่งที่แม่นยํามากขึ้นการทดลองแสดงให้เห็นว่าการใช้ DGPS สามารถเพิ่มความแม่นยําในการตั้งตําแหน่งได้ถึง 5 เมตร