GPS qanday ishlaydi?

Bir paytlar qayerda ekaningizni tushuntirish uchun manzilni aniq bilishingiz va uni aniq tushuntirib bera olishingiz kerak edi. Biroq texnologiyalar rivojlanib borayotgan hozirgi davrda turli yetkazib berish, kurerlik xizmatlari yoki biror tanishingizga qayerda turganingizni tushuntirishingiz shart emas. Hatto umringizda birinchi marta kelgan shahringizda ham GPS tizimi yordamida lokatsiyangiz haqida xabar bera olasiz. Koʻcha nomlari yoki manzillari noaniq, xaritada koʻrsatilmagan, odam yashamaydigan togʻ, choʻl yoki qishloqda turib ham turgan joyingizni aniqlash va boshqalarga xabar berish oson boʻlib qoldi. Bu nafaqat maishiy muammolarni hal qilish, balki favqulodda yordam kerak boʻlgan sharoitlarda tez tibbiy yordam qutqaruv xizmati, oʻt oʻchirish yoki politsiyaga murojaat etishni va ularga esa manzilni tez aniqlab, yordamga kelishni ham osonlashtirib qoʻygan.

GPS nima degani?

GPS – bu Global Positioning System (Global makonni aniqlash tizimi) atamasining qisqartmasidir. Bu navigatsiya sunʼiy yoʻldosh tizimi boʻlib, u kamida toʻrtta sunʼiy yoʻldosh koʻra oladigan joyda turgan, Yerning istalgan nuqtasidagi obʼektning joylashuv makoni va aniqlangan vaqti haqida maʼlumot olish imkonini beradi.

GPS 1978 yil fevral oyida AQShdagi harbiylar Yerdagi obʼektlarning aniq koordinatalarini aniqlashlari uchun ishga tushirilgan va 2000 yildan boshlab hammaga ushbu tizimdan foydalanishiga ruxsat berilgan.

Triangulyatsiya

GPS fazodagi nuqtani triangulyatsiya qilish gʻoyasiga asoslanadi.

Maʼlumki har qanday nuqtaning fazodagi oʻrnini aniqlash uchun undan koordinatalari avvaldan maʼlum boʻlgan boshqa uchta nuqtagacha boʻlgan masofani bilish kifoya. Geodeziya va radioaloqa sohasida bu triangulyatsiya deb ataladi – biz uchta nuqtaning koordinatalarini bilgan holda toʻrtinchi (yaʼni bizni qiziqtirgan) nuqtaning joylashgan yerini hisoblab chiqarishimz mumkin. Hozirgi telefonlarning deyarli barchasida GPS moduli (yaʼni sunʼiy yoʻldosh bilan aloqa oʻrnatuvchi mikrosxema) mavjud boʻlib, u GPS xizmatidan, xarita hamda navigatorlardan foydalanish imkonini beradi.

Lekin GPS moduli boʻlmagan mobil telefonlar uyali aloqa minoralari yordamida oʻz makonini aniqlaydi. Bu tartib quyidagi bosqichda amalga oshadi:

1. Uyali telefon uchta radio minorasidan signallarni qabul qiladi.

2. Bu signallar, boshqa maʼlumotlar qatori, minoralarning koordinatalarini ham uzatadi.

3. Telefon apparati signalning har bir minoraga yetib borishi uchun zarur boʻlgan vaqtni oʻlchaydi.

4. Shu vaqtdan kelib chiqib, telefon 10-20 metr aniqlik bilan oʻz joylashuvining koordinatalarini hisoblab chiqadi.

GPS qanday ishlaydi?

GPS orqali lokatsiyani aniqlashda sunʼiy yoʻldoshlar uyali aloqa minoralari oʻrnini bosadi. Har bir sunʼiy yoʻldoshning vazifasi – doimiy ravishda oʻzining koordinatalari, vaqt haqidagi maʼlumotlari va boshqa xizmat maʼlumotlarini yerga yetkazib turishdan iborat. Bularning barchasi sunʼiy yoʻldoshdan doimo, soniyasiga 50 bit tezlikda, taxminan 1,5 gigagers chastotada radio signallari shaklida yuboriladi.

Sunʼiy yoʻldoshgacha boʻlgan aniq masofani hisoblash uchun signalning harakat vaqtini juda aniq oʻlchash lozim. Buning uchun har bir sunʼiy yoʻldoshga vaqtni soniyaning milliardlab ulushida aniqlik bilan uzatuvchi atom soati oʻrnatilgan. Bu har bir sunʼiy yoʻldosh joylashgan makonni atigi bir necha metr aniqlik bilan hisoblash imkonini beradi.

GPS’ning telefonlarda ishlashi uchun alohida radio modul javobgardir – u sunʼiy yoʻldosh chastotalariga sozlangan va unda barcha kerakli hisoblash algoritmlari mavjud. Uyali aloqa minoralari triangulyatsiya yordamida makonni aniqlasa, bu jarayon sunʼiy yoʻldoshlarda trilateratsiya deb ataladi:

Telefon apparati birinchi sunʼiy yoʻldoshdan signal oladi, lekin bu hozircha foydasiz.

Telefon ikkinchi sunʼiy yoʻldoshdan signal olgandan soʻng, oʻzi joylashgan taxminiy doirani tushunadi. Bundan tashqari, taxmin doirasi yuzlab kilometr diametrga ega boʻlishi mumkin, shuning uchun hali aniq koordinatalar haqida gapirib boʻlmaydi.

Uchinchi sunʼiy yoʻldoshdan kelgan signalni qabul qilgach, telefon taxminan 10 metrlik aniqlik bilan oʻzining joylashuvini hisoblashi mumkin.

Ammo toʻrtinchi va keyingi barcha sunʼiy yoʻldoshlarning signalini olgach, telefon 1 metrgacha oʻz makonini aniqlash imkoniga ega boʻladi.

Texnik jihatdan, manzilni aniqlash uchun 3 ta sunʼiy yoʻldosh yetarli boʻlishi mumkin, ammo bu aniq boʻlmaydi va bitta joyda uzoq vaqt qimirlamay turish lozim. Toʻrtinchi sunʼiy yoʻldoshdan olingan signal esa hisob-kitoblarni sezilarli darajada soddalashtiradi va aniqlikni taʼminlaydi. Boshqa barcha topilgan qoʻshimcha sunʼiy yoʻldoshlar telefon joylashuvini yaxshiroq aniqlashga yordam beradi. Agar sunʼiy yoʻldoshlardan biri koʻrinmasa, telefon qolgan yoʻldoshlar yordamida oʻz manzilini qayta hisoblab chiqadi.

Yer ustidagi GPS stansiyalari

Sunʼiy yoʻldoshlar doimo oʻz koordinatalarini bilishlari va vaqtni sinxronlashtirishlari uchun yerda joylashgan stansiyalari bilan ham signal almashadi. Yerdagi ulkan antennalar sunʼiy yoʻldoshlarga ularning joylashuvi, qoʻshni sunʼiy yoʻldoshlar, harakat parametrlari va tizimning ishlashi uchun zarur boʻlgan boshqa maʼlumotlar haqidagi yangilangan axborotlarni uzatadi. Ushbu axborotlar barcha sunʼiy yoʻldoshlaridan real vaqt rejimida olingan maʼlumotlar asosida yerdagi stansiyalar tomonidan hisoblanadi.

Agar bu stansiyalar mavjud boʻlmasa, sunʼiy yoʻldosh orbitasining doimo siljib turishi, atmosferaning taʼsiri va kosmik shovqinlar tufayli sunʼiy yoʻldoshlar notoʻgʻri maʼlumotlar bera boshlagan boʻlar edi. Natijada, vaqt oʻtishi bilan joylashuvni aniqlash yomonlashib boraverar edi. Buning oldini olish uchun maʼlum bir soatlarda sunʼiy yoʻldoshlarga maʼlumotlarning yangi toʻplami yuboriladi.

GPS qoʻllaniladigan oʻrinlar

GPS’dan koʻpgina holatlarda foydalanish mumkin. Masalan:

Navigatsiya. Avtomobil navigatsiyasi haydovchilarga xaritalar va marshrutlarni taqdim etadi, dengiz navigatsiyasi esa kemalarning joylashuvini aniqlashga yordam beradi. Ochiq okeanda va parvoz apparatlari uchuvchilariga kurslar va marshrutlarni aniqlash imkonini beradi.

Kuzatuv. GPS’dan foydalanib, logistikada yuk va transport marshrutini kuzatib borish, odamlar va uy hayvonlarining joylashuvini aniqlash, shuningdek, oʻgʻirlangan mashinalar va jihozlarni topish mumkin.

Ilmiy tadqiqotlar. Geodeziyachilar va xaritachilar GPS’dan aniq xaritalar yaratish va yer yuzasini oʻlchash uchun, meteorologlar esa atmosfera va ob-havodagi oʻzgarishlarni oʻrganish uchun foydalanishadi.

Aniq vaqt va sinxronizatsiya. GPS elektr tarmoqlarini boshqarish, bank operatsiyalari, telekommunikatsiya tarmoqlari va tayanch stansiyalar uchun vaqtni sinxronlashtirish imkonini beradi.

Muqobil texnologiyalar

GPS birinchi ixtiro qilingan boʻlsa-da, lekin global joylashuvni aniqlash boʻyicha yagona tizim emas. Hozir dunyoda shunga oʻxshash yana boshqa tizimlar ham mavjud. Ular turli ish chastotalariga ega, ammo ishlash tamoyillari bir xil.

GLONASS – Rossiyaning 27 ta sunʼiy yoʻldoshga ega tizimi (GPS’da 32 ta sunʼiy yoʻldosh mavjud). U GPSga qaraganda kamroq aniqlikka ega;

BeiDou – Xitoyga tegishli boʻlib, endi u 15 ta sunʼiy yoʻldoshni oʻz ichiga oladi – bu barqaror navigatsiya uchun minimal raqam;

Galileo – Yevropa pozitsiyalash tizimi boʻlib, 23 ta sunʼiy yoʻldoshdan foydalanadi.

Hozirgi vaqtda koʻpgina smartfonlar Galileo’dan tashqari barcha tizimlarni qoʻllab-quvvatlaydi, yaʼni joylashuvni aniqlash uchun bir vaqtning oʻzida 20-30 sunʼiy yoʻldoshdan foydalanish mumkin. Bu aniqlikni oshirishni taʼminlamaydi, lekin ishonchlilikni taʼminlaydi – agar bitta tizimning sunʼiy yoʻldoshlari mavjud boʻlmasa, boshqalardan foydalanib navigatsiya xizmatidan foydalanish mumkin boʻladi.

Bundan tashqari, Yaponiyaning Quasi-Zenith, Hindistonning IRNSS nomli oʻxshash tizimlari ham mavjud.

Telefon oʻz manzilni qanday aniqlaydi: “sovuq va qaynoq” ulanish

Telefon birinchi marta aniq koordinatalarni qidirishda 1 daqiqa yoki 30-40 soniya vaqt sarflashi mumkin. Bu vaqt ichida telefon sunʼiy yoʻldoshlardan signallarni topadi, masofani va oʻz joylashuvini hisoblab chiqaradi, boshqa sunʼiy yoʻldoshlar yordamida xulosasini aniqlashtiradi.

Bunga parallel ravishda, agar Internet yoki mobil aloqa mavjud boʻlsa, telefon oʻzining taxminiy manzilini ham hisoblab chiqadi – bu aniqroq koordinatalarni olishni tezlashtiradi. Biroq bunday ulanish – “sovuq ulanish” deb ataladi – u sunʼiy yoʻldoshlar bilan aloqa uzoq vaqt uzilib qolsa, amalga oshiriladi. Bunday ulanishda ilovadagi nishon-nuqta goʻyoki “ikkilanib”, xarita boʻylab qimirlab turadi. Aniq manzil hisoblab chiqilgach, u bitta nuqtada qotib, qoʻnim topadi.

“Qaynoq ulanish” – sunʼiy yoʻldoshlar tomonidan oxirgi maʼlumot olinganidan buyon koʻpi bilan 10-15 daqiqa vaqt oʻtganidagi ulanishdir. Bunday vaziyatda telefon oʻzining soʻnggi koordinatalarini eslab qolgan boʻladi. U eski maʼlumotlar va sunʼiy yoʻldosh harakati sxemasiga asoslanib, oʻzining joylashuvini taxminan hisoblab chiqadi. Shu bilan birga, u keyin sunʼiy yoʻldoshlar bilan aloqa qiladi, maʼlumotlarni oladi va uning koordinatalarini aniqlaydi. “Qaynoq ulanish” jarayoni uchun 5-10 soniya vaqt ketadi.

GPS tizimidan foydalanish uchun faqat telefon boʻlishi shart emas. Buning uchun maxsus statsionar yoki mobil qurilmalar ham mavjud. Ular xarita tuzish, yer uchastkalari sxemalarini chizish uchun qoʻllaniladi.

Navigator yoʻldagi tirbandlikni GPS yordamida qanday aniqlaydi?

Avtomobillarga oʻrnatilgan yoki telefondagi navigatorning koʻzi yoʻq-ku, u bir necha kilometr uzoqlikdagi yoki bir qancha kilometrga choʻzilgan tirbandlikni qanday aniqlab, xaritada aks ettiradi?

Navigatorlar yoʻldagi tirbandlikni aniqlashda ham GPS yordamidan foydalanishini koʻpchilik biladi. Biroq sunʼiy yoʻldoshlar bulutli yoki qorongʻu sharoitda nechta mashina va qayerda tiqilib qolganini qanday aniqlaydi? Avvalo shuni aytish kerakki, navigator foydalanadigan ikki xil turdagi maʼlumotlar boʻlib, ularni umumlashtirgan holda xulosa yasaladi.

Birinchidan, navigator serverida maʼlumotlar bazasi mavjud. Unda xaritadagi yoʻllar, tezlik cheklangan hududlar, yoʻl belgilari, shuningdek, POI (points of interest) – supermarketlar, diqqatga sazovor joylar va YHXB postlari va yoʻldagi kuzatuv hamda qoidabuzarlikni aniqlovchi kameralar haqidagi statik (tez oʻzgarmaydigan) maʼlumotlar jamlangan va bu maʼlumotlar yangilab turiladi.

Ikkinchidan, dinamik (tez oʻzgarib turadigan) maʼlumotlar ham juda muhim. Bular yoʻlda yuz bergan turli vaziyatlar – avtohalokat, taʼmirlash, avtomobil va piyodalarning harakatlanish tezligi va yoʻnalishi haqidagi maʼlumotlardir. Shuningdek, turli internet xizmatlar va navigatorlarda haydovchilar ham yoʻldagi favqulodda oʻzgarishlar haqida belgi qoldirishi mumkin. Bunday xabar yoki belgi boshqa haydovchilar tomonidan tasdiqlanishi yoki rad etilishi mumkin. Bu maʼlumotlar ham yigʻilib, tahlil qilinadi.

Navigator dinamik maʼlumotlarni qayerdan oladi?

Telefon yoki boshqa qurilmalarga navigator ilovasi hamda GPS bilan aloqa funksiyasi faollashtirilganda, obʼekt joylashgan makon va tezlik haqida avtomatik ravishda soniyada serverga maʼlumotlar joʻnatib turiladi. Eski maʼlumotlar oʻchiriladi va tahlilda hisobga olinmaydi. Navigatorlar, shuningdek, nafaqat haydovchilar, balki taksi va yetkazib berish xizmatlari, shuningdek, GPS treker oʻrnatilgan avtomobillari shahar boʻylab harakatlanuvchi boshqa kompaniyalardan yoʻldagi harakat haqida maʼlumot olib turadi.

Bundan tashqari, yoʻllardagi harakatni qayd etuvchi maxsus qurilmalar yuborgan ham maʼlumotlar ham inobatga olinadi.

Navigator maʼlumotlarni qanday tahlil qiladi?

Agar platforma yoʻllarda avtombillarning tezligi omaviy ravishda pasayganini aniqlasa, u yoʻldagi tirbandlik darajasini hisoblab chiqaradi. Bir yoʻnalishda va hududda harakatlanayotgan avtomobillarning tezliklari va bu tezlikning oʻzgarishinging oʻrtacha qiymati olinadi va umumiy xulosa chiqariladi. Shuningdek, tizim xulosani qoʻshni hudud va yoʻllardagi vaziyat bilan qiyoslaydi va umumiy manzara yasaladi.

Shu bois, maʼlum bir sabablarga koʻra soatiga 10 km tezlikda ketayotgan mashinalar navigatorni “yoʻlda tirbandlik bor ekan” degan xulosaga olib kelmaydi.

Qisqa qilib aytganda, navigatorlar faqat avtomibil haydovchilarining telefonlari joʻnatgan maʼlumotlar bilan cheklanmaydi. Turli axborot manbalari hamda avval qayd etilgan tendensiyalarni inobatga olgan holda real vaziyat haqida xulosa va tavsiyalar shakllantiriladi.

Navigator piyoda va avtomobil haydovchisini qanday farqlaydi?

Xoʻsh, navigator asosan odamlar qoʻlidagi telefonlardan olingan maʼlumotlardan foydalanar ekan, bir talay piyodalar yoʻl oʻrtasida sekin yurib ketaversa, navigator buni tirbandlik deb “oʻylashi” mumkinmi?

Gap shundaki, serverdagi platforma har bir obʼektning maʼlum bir vaqt oraligʻidagi tezligini ham tahlil qiladi. Soʻng u harakatlanish xarakterini aniqlab, bu piyoda yoki avtombil, degan savolga javob topadi.

Misol uchun, piyoda doim oʻrtacha 5 km/soat tezlik bilan harakatlanadi. U 10 km/soat tezlikda yurmaydi hech qachon. Oʻrtacha tezligi 10 km/soat boʻlgan avtomobil esa, piyodadan farqli ravishda, tirbandlikda bir xil harakatlanmaydi. Avtomobil baʼzan toʻxtab turadi, baʼzan siljiydi va yana toʻxtashi mumkin, baʼzan esa yana tezlashib ketadi. Navigator shu tariqa piyodalarni farqlab oladi va ularning sekin tezligini tirbandlik deb baholamaydi.

Nega baʼzan navigator ham adashadi?

Sababi shundaki, maʼlumotlarni yigʻish va tahlil qilish vaqtni oladi. Xaritalar ham ancha sekin – 2-10 daqiqada yangilanib turadi. Shu bois navigator tirband, deb koʻrsatmagan koʻchaga kirib tirbandlikka duch kelishingiz mumkin yoki buning aksi boʻladi. Shunda ilovaga tegishli belgi qoʻyib, tizimni va boshqa haydovchilarni ogohlantirishingiz mumkin. Tizim bunday belgilar koʻpaysa va yuqorida zikr etilgan boshqa xususiyatlarni tahlil qilib, yoʻlda tirbandlik paydo boʻlgani haqida maʼlumotlarga eʼtibor qaratadi va biroz oʻtib, xaritada haydovchilar yoqtirmaydigan qalin qizil chiziq paydo boʻladi!

Nega GPS bino ichida yomon ishlaydi yoki umuman ishlamaydi?

Koʻpchilik GPS qabul qiluvchi moduli ishlashi uchun osmonni koʻrish, yaʼni telefon va osmon oʻrtasida hech qanday toʻsiqlar boʻlmasligi lozim, deb oʻylaydi. Aslida radiotoʻlqinlar uchun osmonni koʻra olasizmi yoki yoʻqmi, ahamiyatsiz: ular fizika qonunlari boʻyicha harakatlanadi va qabul qiluvchiga avtomobil oynalari, barglari, omborxona ayvonlari yoki hatto devorlar orqali oʻtib yetib borishi mumkin. Faqat batamom oʻralgan (katta tirqishi yoʻq) metal qobiqlar yoki metal panjaralar toʻlqinlarga toʻsiq boʻlishi mumkin. Aytgancha, bir “layfxak”: agar telefoningiz signal bor joyda ham GPS yoki uyali aloqa minoralari nigohidan panada boʻlishini istasangiz – apparatni shunchaki temir quti (yoki kosa) yoxud temir panjara ichiga solib qoʻying. Suhbatdoshingiz qoʻngʻiroq qilsa, “abonent xizmat doirasidan tashqarida” degan avtomat audioyozuvni eshitadi xolos...

Biroq toʻlqinning qaysi chastotada ekani ham muhim. Chastota qisqa va signal kuchli boʻlsa, toʻlqinlar uncha-buncha toʻsiqlarni pisand qilmaydi. Biroq toʻsiq materiyasi oʻta qalin boʻlsa, radiosignalning ichkariga kirib borishi qiyinroq kechadi. Oddiy qilib aytganda, devorlar qanchalik qalin va ichkariga qancha chuqur kirgan boʻlsangiz (yer osti, yertoʻla, metro) GPS va uyali aloqa minoralari signali shunchalik kuchsiz boʻladi (yoki umuman boʻlmaydi). Ammo derazadan (yaʼni toʻlqin interferensiya effekti hamda boshqa yuzalardan aks etish yordamida kira oladigan tirqishdan) unchalik uzoq boʻlmagan xonada bir nechta sunʼiy yoʻldoshlarni ushlash va koordinatalaringizni aniq belgilash mumkin.

Hamma ham foydalana olmaydigan aloqa – sunʼiy yoʻldosh telefon aloqasida esa haqiqatan ham ochiq joyda turish lozim. Chunki bu turdagi aloqada chastotalar va aloqa sifatiga qoʻyiladigan talablar butunlay boshqacha. Ammo bu boshqa maqola uchun mavzu...