Zeměměřič

US ruší záměrné degradování GPS: Nezávislé GPS určování polohy se desetinásobně zpřesňuje

1. května 2000 prezident Clinton oznámil veřejnosti, že Spojené státy upustí od záměrné degradace GPS signálů, která je též známa jako Selective Availability (S/A - výběrový přístup).

V rámci S/A jsou zavedeny umělé chyby do hodin na GPS družicích a do vysílaných efemerid s tím výsledkem, že nezávislé určování polohy se stalo pro civilní uživatele méně přesné. Ačkoliv negativní vlivy S/A mohou být zmírněny užitím diferenciálního GPS (DGPS), vyžaduje tato možnost dodatečný hardware a činí uživatele závislým na místním poskytovateli DGPS, čímž je DGPS významně dražší než nezávislý GPS.

Už po nějakou dobu bylo zřejmé, že by S/A mohla být konečně odpojena. Prezident Clinton v roce 1996 prohlásil, že S/A bude zrušena před rokem 2006. Ten okamžik nadešel 2. května 2000, kolem 4:05 UTC (Universal Time Coordinated - mezinárodní koordinovaný čas).

Vliv na vzdálenost
Kolem 4:05 UTC dne 2. 5. 2000 chyba v měřených vzdálenostech dramaticky poklesla, což značilo konec zavedení S/A. To je výsledek tzv. clock-dithering, záměrné degradace atomových hodin na palubě GPS družic. Clock-dithering bylo hlavní částí S/A; chyba ve vysílaných efemeridách byla vždy mnohem menší, než vliv snížení přesnosti hodin.

Vliv na polohu
Přesnost nezávislého určování polohy je desetkrát vyšší. Podle specifikací, se zavedenou S/A, 95 procent vypočítaných rovinných poloh musí být obsaženo v kruhu o poloměru 100 metrů kolem skutečného bodu a 95 % vypočítaných výšek musí být do 150 metrů od skutečné výšky. Tato čísla jsou tzv. 95procentní percentily (statistická záruka - pozn. překl.), odpovídající zhruba dvojnásobku standardní odchylky. Tabulka ukazuje, že 95 procent percentilů padne do tohoto limitu, dokonce se zavedenou S/A. Částečně je to způsobeno tím, že pro eliminaci vlivu ionosférického zpoždění byl použit dvoufrekvenční přijímač.

Vliv ionosféry
Uživatelé jednofrekvenčních přijímačů mohou očekávat poněkud větší chyby, což závisí na aktivitě ionosféry a na výšce družic. V současnosti růst aktivity ionosféry pokračuje až ke slunečnímu maximu v roce 2001. Navíc ještě existuje denní cyklus, který dosahuje maxima asi dvě hodiny po místním poledni a ionosférické zpoždění je větší kolem rovníku. Ve středních zeměpisných šířkách může být ionosférické zpoždění v poledne velké až 10-30 metrů, závisejíc na výšce družice (ačkoliv občas jsou možné i vyšší hodnoty). Aby se snížil vliv ionosférického zpoždění, GPS družice vysílají model ionosféry, který je použit přijímačem k opravě měřených vzdáleností.

Anti-spoofing
Je tedy škoda, že jiné bezpečnostní opatření systému, tzv. anti-spoofing (A-S), je stále zapojeno. V rámci anti-spoofingu je modulace P-kódu, který je vysílán na obou GPS frekvencích, nahrazena šifrovanou modulací. Pro civilní uživatele je oficiálně dostupný jen C/A kódový signál, vysílaný na jedné frekvenci. Pouze vojenské přijímače a dražší geodetické přijímače (užívající nějakou dokonalejší techniku zpracování signálu) mohou použít obě frekvence a pouze dvoufrekvenční přijímače mohou zcela vyloučit ionosférické zpoždění. To znamená, že pro většinu civilních uživatelů je teď ionosféra, namísto S/A, tím omezujícím faktorem.

Vliv na uživatele
Odhaduje se, že celosvětově existují více než 4 miliony GPS uživatelů a očekává se, že se trh s GPS aplikacemi může během příštích tří let zdvojnásobit. Používání samostatného GPS systému zůstane bezplatné. Takže, jaké budou důsledky odpojení S/A pro tyto uživatele? Skutečně velká skupina uživatelů, kteří koupili nebo dostali darem) příruční (handheld) přijímač a užívají ho pro rekreační účely (lodní sporty, vysokohorská turistika, létání, automobilismus, atd.), zjistí, že jsou najednou desetkrát přesnější. A to vše se stalo stisknutím knoflíku, někde v USA a bez nutnosti za to něco zaplatit. To zní jako pohádka, která se stala skutečností.

Navigace aut a správa vozového parku
Další využití, která tím jistě získají, jsou systémy navigace aut a správy vozových parků. Dříve bylo velice obtížné určit, v kterém jízdním pruhu auto jede nebo zda se auto nachází na hlavní silnici či na souběžné, vedlejší silnici. Vypnutím S/A clock dithering také odhady rychlosti jsou mnohem spolehlivější. Nejen, že byla zvýšena přesnost polohy a přesnost rychlosti, ale také byla zvýšena přesnost GPS časových informací. To prospěje řadě telekomunikačních služeb.

Konečné poznámky
Zrušení S/A jistě neznamená konec DGPS a ostatních příbuzných služeb. Ionosféra zůstává limitujícím faktorem a pro aplikace, které si vyžadují přesnost 1-2 metrů nebo vyšší, je DGPS jediná dostupná volba. Odstranění S/A má pro geodezii a vědecké aplikace jen malý význam, protože se zde využívá přesnějších měření fáze nosné vlny.

2. května 2000	střední kvadratická chyba		95 % percentil
	2D poloha	výška	2D poloha	výška
0:00 - 4:05	32 m	56 m	66 m	109 m
4:05 - 8:10	3,1 m	5,4 m	5,2 m	12 m

H. van der MAREL
Z časopisu GIM int., roč. 14, č. 6 (2000), přeložil pro Novinky zeměměřické knihovny 5/2000 (VÚGTK) Z. Wiedner (zkráceno)

Vyvěšeno: 16.2.2001

Z časopisu Zeměměřič č. 1+2/2001