GPS
GPS
(Global Positioning System) jest systemem składającym się z 24
satelitów, które okrążają Ziemię dwukrotnie w ciągu doby. Poruszając
się na bardzo precyzyjnie określonych orbitach satelity GPS wysyłają
informacje w kierunku Ziemi. Odbiornik GPS musi otrzymywać sygnał z
minimum trzech satelitów, aby określić własną pozycję i dane
dotyczące ruchu. Zazwyczaj, przy pierwszym określeniu pozycji,
wymagany jest odbiór sygnału z czterech satelitów.
Odbiorniki GPS stały się w ostatnich latach łatwo dostępne na rynku.
Zastosowanie odbiornika GPS do celów radioamatorskiego systemu APRS
niesie ze sobą podstawowe wymaganie, jakim jest wyprowadzenie danych
w formacie
NMEA-0183.
Większość odbiorników spotykana na rynku spełnia ten warunek. Stacje
ruchome APRS wyposażone w taki odbiornik mogą transmitować na
bieżąco aktualną pozycję i inne dane. Precyzja pomiaru z pomocą
urządzeń GPS dochodzi nawet do 3 metrów.
Osoby związane zawodowo z nieruchomościami w Stanach
Zjednoczonych powtarzają nieustannie: "lokalizacja, lokalizacja,
lokalizacja". Można powiedzieć o APRS, że ta cecha również stoi na
pierwszym miejscu.
APRS jest przede wszystkim pomyślany jako system
do przesyłania pozycji. Pozycja zostaje określona na podstawie
współrzędnych geograficznych: szerokości i długości (latitude,
longitude) w postaci dd°mm.mm (np. 41°59.81'). Zatem współrzędne
wyrażane są w stopniach, minutach i setnych częściach minut (nie
sekundach!). W przypadku, gdy nie posiadamy odbiornika GPS, można swoją
pozycję odczytać z mapy, która posiada siatkę współrzędnych
geograficznych i manualnie ją wpisać do programu obsługującego APRS.
Stacja domowa APRS, która nie zmienia swojej pozycji może w zupełności
posłużyć się mapami bez potrzeby kupowania odbiornika GPS do
jednorazowego pomiaru. Jednak stacja ruchoma ma niezmiernie uproszczoną
pracę, gdy wyposażona jest w odbiornik GPS i posiada ciągle
aktualizowane współrzędne swojej pozycji. Nie tylko zna swoją aktualną
pozycję, ale również może ją momentalnie wysyłać do innych stacji. Dla
stacji ruchomych odbiornik GPS staje się niemal nieodzowny.
Najpopularniejsze
w zastosowaniach APRS są odbiorniki GPS firmy Garmin. Zanim zdecydujemy
się na model odbiornika GPS i dokonamy jego zakupu, warto zasięgnąć
opinii krótkofalowców mających doświadczenie z pracą w systemie APRS.
Stacja APRS, współpracująca z odbiornikiem GPS, może na podstawie
jego pomiarów wysyłać takie dane, jak:
- aktualna pozycja (współrzędne geograficzne)
- prędkość i kierunek ruchu (w płaszczyźnie poziomej)
- wysokość bezwzględna (npm).
System GPS był wprowadzony dla precyzyjnego określenia
pozycji jednostek na poziomie morza, a więc przy wysokości bezwzględnej
(npm) bliskiej zeru. Natomiast wysokość została wprowadzona jako
dodatkowy parametr dla tras przelotowych samolotów i rakiet
samosterujących, ale nie dla ich lądowania. Wysokość podawana przez
odbiornik GPS nie jest zbyt precyzyjna dla zastosowań naziemnych. Prosta
geometria komponentów satelitarnych systemu sprawia, że precyzja
wysokości jest około dziesięciokrotnie gorsza od precyzji pozycji
horyzontalnej. Typowy błąd pozycji horyzontalnej w sygnałach i
urządzeniach dla użytku cywilnego jest mniejszy niż 10 metrów. Ale
dokładność wysokości jest zwykle mniejsza niż 100 metrów niezależnie od
tego, jaki cywilny odbiornik GPS jest używany.
Niektóre odbiorniki GPS wyposażone w mapy, mogą
również pokazywać na swoich mapach pozycje innych stacji APRS,
których raporty przychodzą drogą radiową. Za pomocą map na
wyświetlaczu odbiornika GPS obserwujemy wówczas położenie innych
stacji APRS. Ich pozycje umieszczane są jako waypoint. Do tego celu,
odbiornik GPS musi mieć możliwość wejścia (input) w formacie $GPWPL
(zwykle odbiorniki z wymiennymi kartami pamięci nie mają takiej
opcji).
Jeśli nie chcemy, aby w odbiorniku GPS pojawiały się pozycje innych
stacji, nie musimy przecinać przewodu z sygnałem od TNC do GPS,
wystarczy, że w menu GPS wybierzemy konfigurację interfejsu jako
'NMEA out'. Kiedy chcemy, aby pozycje innych stacji pojawiały się na
wyświetlaczu odbiornika GPS, konfigurujemy interfejs jako 'NMEA out
/ NMEA in'. Również TNC współpracujące z naszym radiem musi pozwalać
na wysyłanie i odbieranie packetów. Nie wystarczy nam np. TinyTrak,
który nie ma możliwości odbierania packetu.
W
radiach Kenwood TH-D7 i TM-D700 menu przewiduje możliwość wyboru,
ile pól (od 6 do 9) znaku wywoławczego odbieranej stacji będzie
przekazywane do odbiornika GPS (licząc pola znaku od końca, czyli
przy 6 polach zredukuje znak SP3LYR-12 do LYR-12). Menu daje również
możliwość całkowitego wyłączenia tej funkcji - w D7: 2-3 i w D700:
3-3. Jeśli nie wyłączymy tej funkcji, to nawet przy ustawieniu 'GPS
NOT USED' (menu w D7: 2-2 i w D700: 3-2, które dotyczy pobierania
pozycji z GPSa), dane z waypoint będą wysyłane do odbiornika GPS.
QRA Locator
Krótkofalowcy posługują się zwykle QRA Locatorem (określany też jako
GS lub Grid Square Locator) do określenia swojej pozycji. APRS
przewiduje możliwość wysyłania swojej pozycji w oparciu o QRA
Lokator, jeśli nie można określić dokładnych współrzędnych swojego
położenia. Raport wysyłany jest w formacie statusu, czyli zaczyna
się od
> dalej wpisany jest lokator,
minimum jego cztery pozycje (dwie litery, dwie cyfry) lub wszystkie
sześć pozycji (dwie litery, dwie cyfry, dwie litery), za lokatorem -
kod
symbolu według /$ lub \$, po odstępie można dodatkowo umieścić
tekst statusu (jak w drugim przykładzie 'Stachu pod namiotem').
Będzie to wyglądało np.
>JO82/G
albo z tekstem komentarza
>JO82lj/; Stachu pod namiotem W
pierwszym przypadku jest symbol /G czyli symbol QRA Lokatora, w
drugim przypadku /; czyli symbol Campground. Oczywiście nie ma tu
dużej precyzji położenia, pozycja na podstawie takiego raportu
zostaje umiejscowiona w środku kwadratu (QRA Lokatora).
Format NMEA
Format danych NMEA-0183 jest standardem używanym przez
stowarzyszenie morskie
National Marine
Electronics Association i stosowanym w elektronice nawigacji
morskiej. Sygnał zawiera poziomy elektryczne: protokół danych i
czasu. Na poziomie sygnałów elektrycznych, używane jest wyjście
+5V/0V TTL i EIA-422. Baud rate 4800 bps, 8 bits, no parity, 1 bit
for the stop bit.
Dane zaczynają się od "$" i kończą się "$" i kończą się "<CR><LF>".
Identyfikacją odbiornika GPS jest GP. Np. "$GPRMC" oznacza szereg
danych RMC z odbiornika GPS.
$GPGGA - pozycja i wysokość
$GPGLL - tylko pozycja (Latitude/Longitude)
$GPVTG - prędkość i kierunek
$GPRMC - pozycja, prędkość i kierunek (wszystko z wyjątkiem
wysokości)
$GPWPL - przesyłanie Waypoints
$PMGLB - wysokość w odbiornikach Magelan
$PGRMZ - wysokość w odbiornikach Garmin
Przykładowy ciąg danych z odbiornika GPS:
$GPRMC,034523,Y,02754.31,N,08023.03,W,1.5,035,031294,4,W*23
Znaczenie:
$GPRMC - rodzaj danych (RMC - zalecane minimum sentencji GPS)
034523 - UTC hh/mm/ss
Y - data valid
02754.31,N - longitude
08023.03,W - latitude
1.5 - prędkość pozioma
035 - kierunek względem powierzchni Ziemi (stopnie)
031294 - data ddmmyy
4,W - kierunek magnetyczny, West
23 - liczba kontrolna (ignorowane przez TNC)
Moje ulubione odbiorniki, których używam w APRS:
Garmin GPSMap60CS
Garmin GPS18
Garmin Foretrex 201