Elektronické systémy v moderních vozech
Haló, kde jsem?
Systém GPS (Global Positioning System neboli Globální polohový systém) je pasivní dálkoměrný systém pro stanovení polohy a času na Zemi i v přilehlém prostoru. Někdy je také nazýván svým druhým názvem NAVSTAR.

GPS je schopen poskytovat 24 hodin denně a kdekoliv na zemském povrchu a v přilehlém prostoru signály, které přijímače GPS zpracují a určí polohu v prostoru a přesný čas. V současné době (1. 5. 2000) došlo k významným změnám v přesnosti GPS, ale k tomu se ještě dostaneme.
GPS je radionavigační systém pro civilní a vojenské použití, který je provozován vzdušnými silami USA a řízen vládou USA pomocí IGEB–Interagency GPS Executive Board. Zde je potřeba poznamenat, že obdobný systém buduje i Rusko pod názvem Glonass a že na trhu jsou i GPS přijímače schopné pracovat se signály z obou systémů.
Systém GPS se skládá ze tří základních segmentů: kosmického, řídicího a uživatelského. 
Kosmický segment je v současné době tvořen 28 tzv. zdravými satelity na šesti oběžných drahách. Družice obíhají ve výšce cca 20 200 km s inklinací  55 stupňů a doba oběhu je přibližně 12 hodin. Tím je zajištěno, že prakticky všude v jakýkoliv okamžik jsou nad obzorem minimálně čtyři viditelné družice. V praxi těchto viditelných družic může být až 12. V České republice je v daný okamžik běžně k dispozici okolo 7 – 8 družic. Pro určení polohy v prostoru je nutné přijímat signály ze čtyř družic, protože kromě tří neznámých souřadnic x, y, z je neznámou i čas t (respektive posun času přijímače GPS oproti času UTC GPS satelitů). Jakákoliv další viditelná družice samozřejmě zlepšuje konfiguraci a tím i výsledky měření.
Řídicí segment je tvořen monitorovacími stanicemi po celém světě (Kwajalein, Diego Garcia, Ascensinon, Cape Canaveral, Hawai) a hlavní řídicí stanicí (MCS) v Colorado Springs. Monitorovací stanice neustále provádí sběr dat z družic a předávají je do MCS. Zde jsou data zpracována a vypočteny přesné údaje o oběžných drahách a korekce času, které jsou zpětně přeneseny pozemními anténami do satelitů. Satelity je pak v rámci navigační zprávy vysílají a jsou přijímány GPS přijímači. 
Uživatelský systém je pak tvořen širokou paletou GPS přístrojů, které poskytují údaje o poloze, rychlosti a čase uživatelům v nejrůznějších aplikacích.

Souřadný systém
Nyní je vhodné se zmínit také o souřadném systému, ve kterém pracuje GPS.
Základním systémem je geocentrický souřadný systém WGS-84  (World Geodetic System) – Světový geodetický systém z roku 1984, který poskytuje údaje ve tvaru zeměpisné délky a šířky. Systém WGS-84 pracuje z kartografického hlediska s parametry elipsoidu WGS-84. Proto také nejsou, jednoduše řečeno, zeměpisné souřadnice jako zeměpisné souřadnice. To jistě vědí uživatelé turistických map,které vychází na podkladech vojenských map a kde vlivem použití jiného elipsoidu
(Krasovského) a v rámci vojenského souřadnicového systému S-42 jsou rozdíly mezi těmito zeměpisnými souřadnicemi a souřadnicemi WGS-84 v rámci ČR cca 100 – 150 m. Nicméně dnes vycházejí v rámci ČR mapová díla, která obsahují síť WGS-84.
Běžné přístroje GPS navíc mají možnost přepnout zobrazování výsledků do řady národních souřadných systémů.

Přesnost GPS
Systém GPS poskytuje dvě úrovně služeb. 
Jednak je to PPS (Přesná polohová služba), která autorizovaným uživatelům poskytuje plnou přesnost systému. Mezi autorizované uživatele patří armáda USA a armády NATO a některých dalších států (dnes cca 27 zemí). 
Druhou úrovní je SPS (Standardní polohová služba), která je dostupná všem uživatelům po celém světě. 
Jak bylo uvedeno na začátku, přesnost GPS se od 1. 5. 2000 radikálně zlepšila. Ale podívejme se, jak fungovala služba GPS před tímto datem, to nám umožní snáze pochopit dopad nynějších změn. Družice vysílají signály na dvou nových vlnách L1 a L2 o frekvenci L1 (1575,42 MHz) a L2 (1227,60 MHz). Tyto signály jsou modulovány dvěma kódy. Frekvence L1 je modulována tzv. přesným P-kódem (Precision), který je pro vojenské účely zašifrován (Y-kód), a dále je modulována tzv. C/A kódem (Coarse /Acquisition) neboli hrubým/dostupným kódem, který není šifrován. Frekvence L2 je jak modulována pouze P-kódem. Běžný civilní GPS přijímač pracuje pouze s C/A kódem. Protože i tento kód je přesný, byl záměrně  znepřesňován pomocí znepřesňování údajů o čase a údajů o poloze družice (efemerid) takzvanou selektivní dostupností SA (Selective Availability). Tímto způsobem běžný GPS přijímač byl schopen určit svoji polohu s přesností (v závislosti na konfiguraci satelitů) do 100 m, přičemž ještě větších chyb se dosahovalo v určení výšek. Některé přijímače mají schopnost průměrovat na daném bodě  příchozí signály a zlepšovat tak výsledky. Pro některé aplikace (sledování vozidel v reálném čase atd.) je však nutné využít tzv. DGPS (diferenciálního GPS) ke zvýšení přesnosti. Diferenciální GPS je založen na relativním stanovování odchylek od známé polohy. Do bodu o známých souřadnicích umístíme tzv. referenční stanici GPS a porovnáváme skutečnou a naměřenou polohu. Z porovnání získáme opravy (diference), které se pomocí komunikační linky (VKV, dlouhé vlny) zavedou v omezené oblasti (okruh cca 300 – 400 km) do GPS. To samozřejmě vyžaduje další technická zařízení, ale přesnost v poloze lze zvýšit až na 5 m. 
Tak to fungovalo do 1. 5. 2000. Přestože USA plánovaly do roku 2006 postupně zrušit rušení signálu pomocí SA, přišla 1. května překvapivá a pro nás uživatele velmi příjemná zpráva, že prezident Clinton oznámil ukončení úmyslného snižování přesnosti signálu GPS. To znamená, že civilní uživatelé GPS budou moci určovat polohu až desetkrát přesněji než doposud. Jak je to s přesností GPS s SA a bez SA, je vidět na následujícím obrázku. 
Jestliže reálná přesnost v ČR se pohybovala okolo 50 m, dnes se dá hovořit o přesnosti 5 – 10 m. To znamená velké zpřesnění a zkvalitnění použití GPS v nejrůznějších aplikacích. Samozřejmě to bude mít vliv i na použití DGPS, ale místo řádového rozdílu mezi GPS a DGPS se dá očekávat volný přechod mezi těmito přesnostmi.
Zatím jsme pominuli využití GPS v geodetických aplikacích, tam je možné dosahovat v rámci omezeného prostoru přesností v mm, ale zde nejde o měření v reálném čase, nýbrž o měření na známých i nově měřených bodech a následné zpracování údajů (postprocessing) speciálními programy. Samozřejmě že geodetické GPS přijímače jsou patřičně drahé a jsou založeny na  fázových měřeních.
GPS má také své nevýhody – především nemožnost měřit v podzemí, v budovách, je třeba počítat se zhoršením v husté zástavbě či porostu, a to z prostého důvodu nutnosti přímé viditelnosti mezi GPS přijímačem a satelity.
Dá se očekávat velký boom v oblastech spjatých s určením polohy prakticky čehokoliv a souvisejících aplikací. Je to i rána pro systém Glonass, pro evropské záměry Galileo, ale i pro řadu poskytovatelů signálu DGPS. Nyní se podívejme, jaký je plán modernizace GPS. Je plánováno nasazení druhého civilního signálu C/A na frekvenci L2 v roce 2005. Je plánován třetí civilní signál na nové vlně L5 v roce 2007 (pro civilní letectví) a zároveň  nové vojenské signály M na vlnách L1 a L2. Zároveň jsou připravovány nové bloky družic II F (a výhledově družice nové generace, tzv. GPS III), doplnění o 18 dodatečných družic atd. Z hlediska vojenského je dnes možné rušit GPS jen nad oblastí konfliktu tak, aby uživatelé mimo dané teritorium nadále mohli plně využívat možností GPS. 
GPS je dnes světovým standardem satelitní navigace díky politice USA. S využitím GPS je počítáno ve všech oblastech navigace, to znamená v letecké navigaci (kde zvyšující se přesnost a spolehlivost GPS povede k využívání GPS i pro přiblížení a přistání), v námořní navigaci při navigaci v pobřežních vodách, v přístavech, v říční dopravě, v kosmické navigaci pro celou řadu komerčních satelitů na různých oběžných drahách, ale i pro podporu různých vesmírných prostředků a pro jejich operace v prostoru i pro jejich návrat na Zemi. Pro nás nejzajímavější je bezesporu pozemní navigace. Jednak jde o využití navigace v reálném čase jak v osobní přepravě, tak i v nákladní a hromadné dopravě, kdy při spojení s elektronickými mapami a dalšími údaji v rámci navigačních zařízení uživatel dostává plnohodnotný navigační a informační servis. 

Automobilová navigace
Pro osobní a komerční automobilovou navigaci mají dnes téměř všechny automobily vyšší třídy možnost rozšíření vybavení automobilu o navigační zařízení. Jak takové zařízení vypadá, je vidět na příkladech navigačních zařízení Carin.
Jde jak o jednodušší zařízení, tak i o zařízení s velkým grafickým displejem a hlasovými výstupy.
Navigační zařízení kromě vedení po zvolené trase obsahuje také řadu databází (tzv. bodů zájmu – Point of Interest Information) v desítkách kategorií.
Jsou to např. informace o letištích, autoservisech, zastávkách a železničních stanicích, nemocnicích, hotelech, kinech, ulicích, parkovištích, čerpacích stanicích, školách, obchodech, sportovních komplexech, turistické informace atd.

Situace v České republice
V současné době je rozšíření těchto prostředků podmíněno existencí odpovídajících dat. Dosud každý systém měl i svůj vlastní datový formát, tudíž zde byla nekompatibilita datových CD. Máte navigační systém od určitého výrobce? Pak si musíte koupit i odpovídající CD, které umí s vaším navigačním systémem pracovat. Proto také dosud není k dispozici Česká republika ani pro jedno z hlavních navigačních zařízení na trhu a majitelé automobilů s navigací se marně pídí po datech pro ČR. Snad se však blýská na lepší časy. Například americká firma NavTech, producent a dodavatel dat např. pro BMW, Hondu, Lexus, Mercedes,v loňském roce přišla s "otevřeným" formátem dat pro navigaci, formátem SDAL.
Ten by měl umožnit to, co známe např. z hudební scény. Na jakémkoliv hardwarovém přehrávači přehrajete CD libovolného producenta. Věřme, že se formát ujme a posune navigaci v automobilech blíže k zákazníkovi. V každém případě dobrá zpráva pro nás je to, že velcí výrobci se intenzivně zajímají o dostupnost a ceny dat Česka pro využití právě v navigačních systémech.

Výhledy GPS
Využití GPS je samozřejmě také ve sledování vozidel v reálném čase, které slouží pro řízení pohybu např. policejních či záchranářských týmů. Druhou možností je tzv. pasivní sledování vozidel (firemního vozového parku) se záznamem trasy do paměti zařízení a s dostatečnými kontrolními možnostmi, s výstupy pro knihy jízd atd.
I u nás jsou systémy elektronických map (např. GeoBáze), které podporují použití a spolupráci s GPS. Do budoucna bude ještě velmi zajímavé i využití v oblasti telekomunikací, propojování s mobilními telefony pro lokalizaci tísňových volání, vyhledávání nejrůznějších informací (nejbližší čerpací stanice atd.), využití k přesným geodetickým měřením či mapovacím pracím, v meteorologii, výzkumu Země a ve stovkách dalších aplikací. 
Systém GPS se tedy stal skutečně globálním zařízením, které poskytuje užitek při nejrůznějších aplikacích, od obchodních až po záchranné nasazení, a společnost dnešních několika milionů uživatelů po celém světě se jistě velmi rychle rozroste. 
Petr Mašek        

655, GPS, Mašek, 6,2 nstr.