A rádiójelek és a GPS-technológia mindennapi életünk láthatatlan motorjai. Az autók navigációs rendszereitől a mobiltelefonos térképekig a GPS pontos helymeghatározást biztosít, miközben a rádiójelek teszik lehetővé az adatátvitelt és a kommunikációt.
Maguk a jelek elektromágneses hullámok, amelyek a rádióspektrum különböző frekvenciáin terjednek. Ezek a hullámok az információ továbbításának eszközei, legyen szó zenéről, televíziós műsorokról vagy adatkommunikációról.
A rádiójel frekvenciája, a hullámok másodpercenkénti ciklusainak száma. Ennek a mértékegysége Hertz (Hz). A rádióspektrumot különböző frekvenciatartományokra osztjuk, például alacsony (Low Frequency), közép (Medium Frequency) és magas (High Frequency). Elképzelhetjük úgy is, mint egy ingás órát. Minél gyorsabban inog az óra, annál magasabba frekvencia.
A másik jellegzetesség a hullámhossz, avagy a hullámok két egymást követő csúcsának távolsága. Ha a rádióhullám egy inga, akkor a hullámhossz az az idő ami mondjuk két jobbra mozdulás között telik el. A frekvencia és a hullámhossz fordított arányban állnak egymással, hiszen minél gyorsabban mozog az inga, annál többször ismétli meg a mozgást egy bizonyos idő alatt.
Az amplitúdó a hullám maximális kitérése az egyensúlyi helyzethez képest, azaz a hullám „magassága”. Az ingás órára visszatérve, hogy mennyire inog ki jobbra és balra.
Hogyan terjednek a rádióhullámok?
A rádiójelek terjedését számos tényező befolyásolja. A magasabb frekvenciájú jelek egyenes vonalban terjednek. Ilyenek a mikrohullámok is. A második a visszaverődés. Az alacsonyabb frekvenciájú jelek képesek visszaverődni, így nagyobb távolságokat is áthidalnak, ami azért nem mindegy akkor amikor mondjuk rádióadásról van szó. A harmadik az interferencia. A környezetben lévő tárgyak, például épületek, hegyek vagy fák, zavarhatják a rádiójelek terjedését.
A GPS nyomkövetés a rádiójelek egy speciális alkalmazása, amelyet helymeghatározásra és időszinkronizációra terveztek. A rendszer a világűrben keringő GPS-műholdak jeleire épül. Ezek a műholdak folyamatosan rádiójeleket sugároznak, amelyeket a földi GPS-vevőkészülékek fognak fel.
GPS-frekvenciák és jelek
A GPS a háromszögeléssel határozza meg a helyzetet. A jeladó felküldi egy műhold hálózatba, ami a jelet mozgatja. Legalább négy GPS-műhold jele szükséges a pontos helymeghatározáshoz. A műholdak jelei tartalmazzák az időt és a műhold helyzetét. Vagyis több háromszöget számolnak a biztonság kedvéért.
A GPS-rendszer specifikus frekvencián sugároz jeleket
-
L1 (1575,42 MHz): Ez a legelterjedtebb civil frekvencia. A GPS-készülékek többsége ezen a frekvencián működik. Az L1 jel C/A (Coarse/Acquisition) kódot hordoz, amely egyszerű, véletlenszerű jelsorozatot biztosít.
-
L2 (1227,60 MHz): Ez a frekvencia eredetileg katonai célokra készült. Az L2C kód bevezetésével azonban már civil alkalmazásokra is elérhető.
-
L5 (1176,45 MHz): Az L5 frekvencia a legmodernebb és legpontosabb jel. A repülésbiztonsági alkalmazásokban különösen fontos, mivel nagyobb megbízhatóságot nyújt.
-
L3 (1381,05 MHz): Speciális katonai alkalmazásokhoz, például nukleáris robbanás detektálására használják.
-
L4 (1379,913 MHz): Tudományos célokra, például az ionoszféra vizsgálatára használják.
-
L6 (1278,75 MHz): A japán QZSS rendszer frekvenciája, amely kiegészíti a GPS-t.
Az L1 frekvencia elegendő a hétköznapi navigációs alkalmazásokhoz, például az autós GPS-ekhez vagy az okostelefonokhoz. Az L5 frekvencia azonban nagyobb pontosságot és megbízhatóságot nyújt, különösen kritikus alkalmazások esetén, mint a légi közlekedés vagy a geodéziai mérések.
A modern GPS-vevők több frekvenciát is képesek fogni, ami csökkenti a jel interferenciák hatását. Ez különösen fontos a sűrű városi környezetben, ahol az épületekről visszaverődő jelek teljesen összezavarhatják.