GPS қандай ишлайди?

Бир пайтлар қаерда эканингизни тушунтириш учун манзилни аниқ билишингиз ва уни аниқ тушунтириб бера олишингиз керак эди. Бироқ технологиялар ривожланиб бораётган ҳозирги даврда турли етказиб бериш, курьерлик хизматлари ёки бирор танишингизга қаерда турганингизни тушунтиришингиз шарт эмас. Ҳатто умрингизда биринчи марта келган шаҳрингизда ҳам GPS тизими ёрдамида локациянгиз ҳақида хабар бера оласиз. Кўча номлари ёки манзиллари ноаниқ, харитада кўрсатилмаган, одам яшамайдиган тоғ, чўл ёки қишлоқда туриб ҳам турган жойингизни аниқлаш ва бошқаларга хабар бериш осон бўлиб қолди. Бу нафақат маиший муаммоларни ҳал қилиш, балки фавқулодда ёрдам керак бўлган шароитларда тез тиббий ёрдам қутқарув хизмати, ўт ўчириш ёки полицияга мурожаат этишни ва уларга эса манзилни тез аниқлаб, ёрдамга келишни ҳам осонлаштириб қўйган.

GPS нима дегани?

GPS – бу Global Positioning System (Глобал маконни аниқлаш тизими) атамасининг қисқартмасидир. Бу навигация сунъий йўлдош тизими бўлиб, у камида тўртта сунъий йўлдош кўра оладиган жойда турган, Ернинг исталган нуқтасидаги объектнинг жойлашув макони ва аниқланган вақти ҳақида маълумот олиш имконини беради.

GPS 1978 йил феврал ойида AҚШдаги ҳарбийлар Ердаги объектларнинг аниқ координаталарини аниқлашлари учун ишга туширилган ва 2000 йилдан бошлаб ҳаммага ушбу тизимдан фойдаланишига рухсат берилган.

Триангуляция

GPS фазодаги нуқтани триангуляция қилиш ғоясига асосланади.

Маълумки ҳар қандай нуқтанинг фазодаги ўрнини аниқлаш учун ундан координаталари аввалдан маълум бўлган бошқа учта нуқтагача бўлган масофани билиш кифоя. Геодезия ва радиоалоқа соҳасида бу триангуляция деб аталади – биз учта нуқтанинг координаталарини билган ҳолда тўртинчи (яъни бизни қизиқтирган) нуқтанинг жойлашган ерини ҳисоблаб чиқаришимз мумкин. Ҳозирги телефонларнинг деярли барчасида GPS модули (яъни сунъий йўлдош билан алоқа ўрнатувчи микросхема) мавжуд бўлиб, у GPS хизматидан, харита ҳамда навигаторлардан фойдаланиш имконини беради.

Лекин GPS модули бўлмаган мобил телефонлар уяли алоқа миноралари ёрдамида ўз маконини аниқлайди. Бу тартиб қуйидаги босқичда амалга ошади:

1. Уяли телефон учта радио минорасидан сигналларни қабул қилади.

2. Бу сигналлар, бошқа маълумотлар қатори, минораларнинг координаталарини ҳам узатади.

3. Телефон аппарати сигналнинг ҳар бир минорага етиб бориши учун зарур бўлган вақтни ўлчайди.

4. Шу вақтдан келиб чиқиб, телефон 10-20 метр аниқлик билан ўз жойлашувининг координаталарини ҳисоблаб чиқади.

GPS қандай ишлайди?

GPS орқали локацияни аниқлашда сунъий йўлдошлар уяли алоқа миноралари ўрнини босади. Ҳар бир сунъий йўлдошнинг вазифаси – доимий равишда ўзининг координаталари, вақт ҳақидаги маълумотлари ва бошқа хизмат маълумотларини ерга етказиб туришдан иборат. Буларнинг барчаси сунъий йўлдошдан доимо, сониясига 50 бит тезликда, тахминан 1,5 гигагерц частотада радио сигналлари шаклида юборилади.

Сунъий йўлдошгача бўлган аниқ масофани ҳисоблаш учун сигналнинг ҳаракат вақтини жуда аниқ ўлчаш лозим. Бунинг учун ҳар бир сунъий йўлдошга вақтни сониянинг миллиардлаб улушида аниқлик билан узатувчи атом соати ўрнатилган. Бу ҳар бир сунъий йўлдош жойлашган маконни атиги бир неча метр аниқлик билан ҳисоблаш имконини беради.

GPS’нинг телефонларда ишлаши учун алоҳида радио модул жавобгардир – у сунъий йўлдош частоталарига созланган ва унда барча керакли ҳисоблаш алгоритмлари мавжуд. Уяли алоқа миноралари триангуляция ёрдамида маконни аниқласа, бу жараён сунъий йўлдошларда трилатерация деб аталади:

Телефон аппарати биринчи сунъий йўлдошдан сигнал олади, лекин бу ҳозирча фойдасиз.

Телефон иккинчи сунъий йўлдошдан сигнал олгандан сўнг, ўзи жойлашган тахминий доирани тушунади. Бундан ташқари, тахмин доираси юзлаб километр диаметрга эга бўлиши мумкин, шунинг учун ҳали аниқ координаталар ҳақида гапириб бўлмайди.

Учинчи сунъий йўлдошдан келган сигнални қабул қилгач, телефон тахминан 10 метрлик аниқлик билан ўзининг жойлашувини ҳисоблаши мумкин.

Aммо тўртинчи ва кейинги барча сунъий йўлдошларнинг сигналини олгач, телефон 1 метргача ўз маконини аниқлаш имконига эга бўлади.

Техник жиҳатдан, манзилни аниқлаш учун 3 та сунъий йўлдош етарли бўлиши мумкин, аммо бу аниқ бўлмайди ва битта жойда узоқ вақт қимирламай туриш лозим. Тўртинчи сунъий йўлдошдан олинган сигнал эса ҳисоб-китобларни сезиларли даражада соддалаштиради ва аниқликни таъминлайди. Бошқа барча топилган қўшимча сунъий йўлдошлар телефон жойлашувини яхшироқ аниқлашга ёрдам беради. Агар сунъий йўлдошлардан бири кўринмаса, телефон қолган йўлдошлар ёрдамида ўз манзилини қайта ҳисоблаб чиқади.

Ер устидаги GPS станциялари

Сунъий йўлдошлар доимо ўз координаталарини билишлари ва вақтни синхронлаштиришлари учун ерда жойлашган станциялари билан ҳам сигнал алмашади. Ердаги улкан антенналар сунъий йўлдошларга уларнинг жойлашуви, қўшни сунъий йўлдошлар, ҳаракат параметрлари ва тизимнинг ишлаши учун зарур бўлган бошқа маълумотлар ҳақидаги янгиланган ахборотларни узатади. Ушбу ахборотлар барча сунъий йўлдошларидан реал вақт режимида олинган маълумотлар асосида ердаги станциялар томонидан ҳисобланади.

Aгар бу станциялар мавжуд бўлмаса, сунъий йўлдош орбитасининг доимо силжиб туриши, атмосферанинг таъсири ва космик шовқинлар туфайли сунъий йўлдошлар нотўғри маълумотлар бера бошлаган бўлар эди. Натижада, вақт ўтиши билан жойлашувни аниқлаш ёмонлашиб бораверар эди. Бунинг олдини олиш учун маълум бир соатларда сунъий йўлдошларга маълумотларнинг янги тўплами юборилади.

GPS қўлланиладиган ўринлар

GPS’дан кўпгина ҳолатларда фойдаланиш мумкин. Масалан:

Навигация. Aвтомобил навигацияси ҳайдовчиларга хариталар ва маршрутларни тақдим этади, денгиз навигацияси эса кемаларнинг жойлашувини аниқлашга ёрдам беради. Очиқ океанда ва парвоз аппаратлари учувчиларига курслар ва маршрутларни аниқлаш имконини беради.

Кузатув. GPS’дан фойдаланиб, логистикада юк ва транспорт маршрутини кузатиб бориш, одамлар ва уй ҳайвонларининг жойлашувини аниқлаш, шунингдек, ўғирланган машиналар ва жиҳозларни топиш мумкин.

Илмий тадқиқотлар. Геодезиячилар ва харитачилар GPS’дан аниқ хариталар яратиш ва ер юзасини ўлчаш учун, метеорологлар эса атмосфера ва об-ҳаводаги ўзгаришларни ўрганиш учун фойдаланишади.

Aниқ вақт ва синхронизация. GPS электр тармоқларини бошқариш, банк операциялари, телекоммуникация тармоқлари ва таянч станциялар учун вақтни синхронлаштириш имконини беради.

Муқобил технологиялар

GPS биринчи ихтиро қилинган бўлса-да, лекин глобал жойлашувни аниқлаш бўйича ягона тизим эмас. Ҳозир дунёда шунга ўхшаш яна бошқа тизимлар ҳам мавжуд. Улар турли иш частоталарига эга, аммо ишлаш тамойиллари бир хил.

ГЛОНAСС – Россиянинг 27 та сунъий йўлдошга эга тизими (GPS’да 32 та сунъий йўлдош мавжуд). У GPSга қараганда камроқ аниқликка эга;

BeiDou – Хитойга тегишли бўлиб, энди у 15 та сунъий йўлдошни ўз ичига олади – бу барқарор навигация учун минимал рақам;

Galileo – Европа позициялаш тизими бўлиб, 23 та сунъий йўлдошдан фойдаланади.

Ҳозирги вақтда кўпгина смартфонлар Galileo’дан ташқари барча тизимларни қўллаб-қувватлайди, яъни жойлашувни аниқлаш учун бир вақтнинг ўзида 20-30 сунъий йўлдошдан фойдаланиш мумкин. Бу аниқликни оширишни таъминламайди, лекин ишончлиликни таъминлайди – агар битта тизимнинг сунъий йўлдошлари мавжуд бўлмаса, бошқалардан фойдаланиб навигация хизматидан фойдаланиш мумкин бўлади.

Бундан ташқари, Япониянинг Quasi-Zenith, Ҳиндистоннинг IRNSS номли ўхшаш тизимлари ҳам мавжуд.

Телефон ўз манзилни қандай аниқлайди: “совуқ ва қайноқ” уланиш

Телефон биринчи марта аниқ координаталарни қидиришда 1 дақиқа ёки 30-40 сония вақт сарфлаши мумкин. Бу вақт ичида телефон сунъий йўлдошлардан сигналларни топади, масофани ва ўз жойлашувини ҳисоблаб чиқаради, бошқа сунъий йўлдошлар ёрдамида хулосасини аниқлаштиради.

Бунга параллел равишда, агар Интернет ёки мобил алоқа мавжуд бўлса, телефон ўзининг тахминий манзилини ҳам ҳисоблаб чиқади – бу аниқроқ координаталарни олишни тезлаштиради. Бироқ бундай уланиш – “совуқ уланиш” деб аталади – у сунъий йўлдошлар билан алоқа узоқ вақт узилиб қолса, амалга оширилади. Бундай уланишда иловадаги нишон-нуқта гўёки “иккиланиб”, харита бўйлаб қимирлаб туради. Аниқ манзил ҳисоблаб чиқилгач, у битта нуқтада қотиб, қўним топади.

“Қайноқ уланиш” – сунъий йўлдошлар томонидан охирги маълумот олинганидан буён кўпи билан 10-15 дақиқа вақт ўтганидаги уланишдир. Бундай вазиятда телефон ўзининг сўнгги координаталарини эслаб қолган бўлади. У эски маълумотлар ва сунъий йўлдош ҳаракати схемасига асосланиб, ўзининг жойлашувини тахминан ҳисоблаб чиқади. Шу билан бирга, у кейин сунъий йўлдошлар билан алоқа қилади, маълумотларни олади ва унинг координаталарини аниқлайди. “Қайноқ уланиш” жараёни учун 5-10 сония вақт кетади.

GPS тизимидан фойдаланиш учун фақат телефон бўлиши шарт эмас. Бунинг учун махсус стационар ёки мобил қурилмалар ҳам мавжуд. Улар харита тузиш, ер участкалари схемаларини чизиш учун қўлланилади.

Навигатор йўлдаги тирбандликни GPS ёрдамида қандай аниқлайди?

Автомобилларга ўрнатилган ёки телефондаги навигаторнинг кўзи йўқ-ку, у бир неча километр узоқликдаги ёки бир қанча километрга чўзилган тирбандликни қандай аниқлаб, харитада акс эттиради?

Навигаторлар йўлдаги тирбандликни аниқлашда ҳам GPS ёрдамидан фойдаланишини кўпчилик билади. Бироқ сунъий йўлдошлар булутли ёки қоронғу шароитда нечта машина ва қаерда тиқилиб қолганини қандай аниқлайди? Аввало шуни айтиш керакки, навигатор фойдаланадиган икки хил турдаги маълумотлар бўлиб, уларни умумлаштирган ҳолда хулоса ясалади.

Биринчидан, навигатор серверида маълумотлар базаси мавжуд. Унда харитадаги йўллар, тезлик чекланган ҳудудлар, йўл белгилари, шунингдек, POI (points of interest) – супермаркетлар, диққатга сазовор жойлар ва ЙҲХБ постлари ва йўлдаги кузатув ҳамда қоидабузарликни аниқловчи камералар ҳақидаги статик (тез ўзгармайдиган) маълумотлар жамланган ва бу маълумотлар янгилаб турилади.

Иккинчидан, динамик (тез ўзгариб турадиган) маълумотлар ҳам жуда муҳим. Булар йўлда юз берган турли вазиятлар – автоҳалокат, таъмирлаш, автомобил ва пиёдаларнинг ҳаракатланиш тезлиги ва йўналиши ҳақидаги маълумотлардир. Шунингдек, турли интернет хизматлар ва навигаторларда ҳайдовчилар ҳам йўлдаги фавқулодда ўзгаришлар ҳақида белги қолдириши мумкин. Бундай хабар ёки белги бошқа ҳайдовчилар томонидан тасдиқланиши ёки рад этилиши мумкин. Бу маълумотлар ҳам йиғилиб, таҳлил қилинади.

Навигатор динамик маълумотларни қаердан олади?

Телефон ёки бошқа қурилмаларга навигатор иловаси ҳамда GPS билан алоқа функцияси фаоллаштирилганда, объект жойлашган макон ва тезлик ҳақида автоматик равишда сонияда серверга маълумотлар жўнатиб турилади. Эски маълумотлар ўчирилади ва таҳлилда ҳисобга олинмайди. Навигаторлар, шунингдек, нафақат ҳайдовчилар, балки такси ва етказиб бериш хизматлари, шунингдек, GPS трекер ўрнатилган автомобиллари шаҳар бўйлаб ҳаракатланувчи бошқа компаниялардан йўлдаги ҳаракат ҳақида маълумот олиб туради.

Бундан ташқари, йўллардаги ҳаракатни қайд этувчи махсус қурилмалар юборган ҳам маълумотлар ҳам инобатга олинади.

Навигатор маълумотларни қандай таҳлил қилади?

Агар платформа йўлларда автомбилларнинг тезлиги омавий равишда пасайганини аниқласа, у йўлдаги тирбандлик даражасини ҳисоблаб чиқаради. Бир йўналишда ва ҳудудда ҳаракатланаётган автомобилларнинг тезликлари ва бу тезликнинг ўзгаришингинг ўртача қиймати олинади ва умумий хулоса чиқарилади. Шунингдек, тизим хулосани қўшни ҳудуд ва йўллардаги вазият билан қиёслайди ва умумий манзара ясалади.

Шу боис, маълум бир сабабларга кўра соатига 10 км тезликда кетаётган машиналар навигаторни “йўлда тирбандлик бор экан” деган хулосага олиб келмайди.

Қисқа қилиб айтганда, навигаторлар фақат автомибил ҳайдовчиларининг телефонлари жўнатган маълумотлар билан чекланмайди. Турли ахборот манбалари ҳамда аввал қайд этилган тенденцияларни инобатга олган ҳолда реал вазият ҳақида хулоса ва тавсиялар шакллантирилади.

Навигатор пиёда ва автомобил ҳайдовчисини қандай фарқлайди?

Хўш, навигатор асосан одамлар қўлидаги телефонлардан олинган маълумотлардан фойдаланар экан, бир талай пиёдалар йўл ўртасида секин юриб кетаверса, навигатор буни тирбандлик деб “ўйлаши” мумкинми?

Гап шундаки, сервердаги платформа ҳар бир объектнинг маълум бир вақт оралиғидаги тезлигини ҳам таҳлил қилади. Сўнг у ҳаракатланиш характерини аниқлаб, бу пиёда ёки автомбил, деган саволга жавоб топади.

Мисол учун, пиёда доим ўртача 5 км/соат тезлик билан ҳаракатланади. У 10 км/соат тезликда юрмайди ҳеч қачон. Ўртача тезлиги 10 км/соат бўлган автомобил эса, пиёдадан фарқли равишда, тирбандликда бир хил ҳаракатланмайди. Автомобил баъзан тўхтаб туради, баъзан силжийди ва яна тўхташи мумкин, баъзан эса яна тезлашиб кетади. Навигатор шу тариқа пиёдаларни фарқлаб олади ва уларнинг секин тезлигини тирбандлик деб баҳоламайди.

Нега баъзан навигатор ҳам адашади?

Сабаби шундаки, маълумотларни йиғиш ва таҳлил қилиш вақтни олади. Хариталар ҳам анча секин – 2-10 дақиқада янгиланиб туради. Шу боис навигатор тирбанд, деб кўрсатмаган кўчага кириб тирбандликка дуч келишингиз мумкин ёки бунинг акси бўлади. Шунда иловага тегишли белги қўйиб, тизимни ва бошқа ҳайдовчиларни огоҳлантиришингиз мумкин. Тизим бундай белгилар кўпайса ва юқорида зикр этилган бошқа хусусиятларни таҳлил қилиб, йўлда тирбандлик пайдо бўлгани ҳақида маълумотларга эътибор қаратади ва бироз ўтиб, харитада ҳайдовчилар ёқтирмайдиган қалин қизил чизиқ пайдо бўлади!

Нега GPS бино ичида ёмон ишлайди ёки умуман ишламайди?

Кўпчилик GPS қабул қилувчи модули ишлаши учун осмонни кўриш, яъни телефон ва осмон ўртасида ҳеч қандай тўсиқлар бўлмаслиги лозим, деб ўйлайди. Aслида радиотўлқинлар учун осмонни кўра оласизми ёки йўқми, аҳамиятсиз: улар физика қонунлари бўйича ҳаракатланади ва қабул қилувчига автомобил ойналари, барглари, омборхона айвонлари ёки ҳатто деворлар орқали ўтиб етиб бориши мумкин. Фақат батамом ўралган (катта тирқиши йўқ) метал қобиқлар ёки метал панжаралар тўлқинларга тўсиқ бўлиши мумкин. Айтганча, бир “лайфхак”: агар телефонингиз сигнал бор жойда ҳам GPS ёки уяли алоқа миноралари нигоҳидан панада бўлишини истасангиз – аппаратни шунчаки темир қути (ёки коса) ёхуд темир панжара ичига солиб қўйинг. Суҳбатдошингиз қўнғироқ қилса, “абонент хизмат доирасидан ташқарида” деган автомат аудиоёзувни эшитади холос...

Бироқ тўлқиннинг қайси частотада экани ҳам муҳим. Частота қисқа ва сигнал кучли бўлса, тўлқинлар унча-бунча тўсиқларни писанд қилмайди. Бироқ тўсиқ материяси ўта қалин бўлса, радиосигналнинг ичкарига кириб бориши қийинроқ кечади. Оддий қилиб айтганда, деворлар қанчалик қалин ва ичкарига қанча чуқур кирган бўлсангиз (ер ости, ертўла, метро) GPS ва уяли алоқа миноралари сигнали шунчалик кучсиз бўлади (ёки умуман бўлмайди). Aммо деразадан (яъни тўлқин интерференция эффекти ҳамда бошқа юзалардан акс этиш ёрдамида кира оладиган тирқишдан) унчалик узоқ бўлмаган хонада бир нечта сунъий йўлдошларни ушлаш ва координаталарингизни аниқ белгилаш мумкин.

Ҳамма ҳам фойдалана олмайдиган алоқа – сунъий йўлдош телефон алоқасида эса ҳақиқатан ҳам очиқ жойда туриш лозим. Чунки бу турдаги алоқада частоталар ва алоқа сифатига қўйиладиган талаблар бутунлай бошқача. Аммо бу бошқа мақола учун мавзу...