Satelitarne systemy nawigacyjne
Szymon Fiedler, IV rok IS
Nawigacja satelitarna - definicja
Rodzaj radionawigacji
Wykorzystuje fale radiowe ze sztucznych satelitów
Służy do określenia po- łożenia punktów i po- ruszających się odbior-
ników wraz z
parametrami ich ruchu
w dowolnym miejscu na
powierzchni Ziemi
Zarys historyczny
1958 r. – system TRANSIT, stworzony przez Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w USA; zastosowanie w nawigacji morskiej, pomoc geodezyjna
1960 r. – skonstruowano system MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control); miał on określać koordynaty ruchomych wyrzutni rakiet Minuteman (z powodu zawieszenia prac nad systemem rakietowym, nigdy nie zaczął funkcjonować)
04.1964 – uruchomiono system SECOR (Sequential
Collation Of Range); złożony z 13-tu satelitów dla
wojsk lądowych
Zarys historyczny c.d.
1967 r. – Transit-SATNAV zaczyna być sporadycznie wykorzystywany do celów cywilnych
1967 r. – ZSRR uruchamia system CYKADA
1972 r. – pierwsze testy systemu GPS
22.02.1978 r. - wystrzelenie pierwszego satelity GPS bloku I, SVN 1
~ 1980 r. – złożony z 6-ciu satelitów Transit-SATNAV staje się ogólnodostępny
1996 r. – koniec stosowania Transit-SATNAV, zastąpienie
go przez GPS
Global Positioning System
GPS-NAVSTAR (ang. Global Positioning System –
NAVigation Signal Timing And Ranging)
System nawigacji
satelitarnej obejmujący całą kulę ziemską
Zarządzany i utrzymywany przez Departament Obrony USA
Ogólnodostępny, darmowy, odbiorniki produkowane przez niezależne firmy
Geneza systemu GPS
Zaczęło się od NAVSTAR w latach 70. XX w. na podstawie doświadczeń z systemu TRANSIT
Założenia:
Wyznaczanie położenia w czasie rzeczywistym
Niezależność od warunków wykorzystywania i odporność na zakłócenia (celowe/niecelowe)
“5 pocisków wystrzelonych z niezależnych platform, naprowadzanych za pomocą systemu, ma trafić w cel z do-kładnością 5 m”
Cena jednego odbiornika <10000 USD w ‘77 (50000 USD dziś)
Dostępność na całej kuli ziemskiej
Synchronizacja czasu na poziomie 1 μs
Nielimiotowana liczba użytkowników
Niewykrywalnóść odbiornika (nasłuch)
GPS – Segment kosmiczny
W każdym punkcie globu widoczne 4 satelity
Orbity na wysokości 20162 km
32 satelity na orbitach kołowych
o nachyleniu 55° i 63°
Obieg Ziemi trwa 11h 58min
28 czynnych satelitów, ciągła wymiana
Działa na zasadzie CDMA
Ciekawostka: NuDet
GPS - segment naziemny
12 stacji nadzoru rozmieszczone możliwie blisko i
równomiernie – obserwacja satelity przez co najmniej 2 stacje przez całą dobę
Główna stacja mieści się w bazie sił lotniczych Shriever AFB w Colorado Springs w USA
Pozostałe stacje nadzoru prowadzone przez Siły Lotnicze USA ulokowane są na Hawajach, Cape Canaveral, Wyspie
Wniebowstąpienia, wyspie Diego Garcia oraz Atolu Kwajalein.
Sześć stacji zarządzanych jest przez NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), są to stacje w:
Waszyngtonie, Ekwadorze, Argentynie, Londynie, Bahrajnie i Australii.
GPS – segment użytkownika
Odbiorniki posiadają wiele funkcji
kreślenie współrzędnych według różnych układów współrzędnych (standardowo WGS-84)
rejestrowanie śladu
nawigacja "do punktu" oraz "po trasie"
track back (czyli powrót do miejsca wyjścia "tą samą trasą"
pomiar odległości
wyznaczenie powierzchni
obliczanie wschodów i zachodów słońca oraz pór księżyca
wyświetlanie map i nawigacja na mapach warstwowych
komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i Bluetooth z innym sprzętem elektronicznym (PC, PPC, Palm,
elektroniczna mapa morska ECDIS)
autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy "po drogach")
GPS - odbiorniki
GLONASS
GLONASS (ros. Globalnaja Nawigacionnaja Sputnikowaja Sistiema)
radziecki, obecnie rosyjski,
satelitarny system nawigacyjny
obejmujący swoim zasięgiem niemal całą kulę ziemską
Powołany do życia 1.12.1976
dekretem Komitetu Centralnego Partii Komunistycznej i Rady Ministrów
ZSRR “O rozwoju globalnego systemu nawigacji satelitarnej GLONASS.”
System stadiometryczny tak jak GPS
Działa na zasadzie FDMA
GLONASS – segment kosmiczny
Z założenia ma składać się z 24 satelitów, które pokryją zasięgiem całą Ziemię
Aktualnie wyniesionych jest 18 satelitów; pokrywają zasięgiem terytorium Rosji
Kąt inklinacji: 68° (lepsze pokrycie wyższych szerokości geograficznych – intensywna żegluga rosyjskich okrętów podwodnych z bronią jądrową na kole podbiegunowym)
Wysokość orbity: 19 100 km (niżej, niż GPS)
Okres obiegu: 11.25 h (krócej, niż GPS)
Co 17 okrążeń satelita jest w tym samym punkcie nad Ziemią
O określonej porze dnia satelita tej samej orbity jest widoczny w tym samym punkcie naziemnym
GLONASS – segment kosmiczny
Orbity satelitów GLONASS Satelita GLONASS
GLONASS – segment kontroli naziemnej
Główna stacja kontroli w Moskwie
5 stacji monitorująco-śledzących (St. Petersburg, Jenisejsk, Komsomolsk nad Amurem, Neusterlitz (Niemcy), Tarnopol (Ukraina)
Centralny zegar systemu
System monitoringu sygnału nawigacyjnego
W najbliższych latach planowane jest dodanie
kolejnych 12 stacji monitorujących
GLONASS – segment użytkownika
Odbiorniki przeważnie produkcji rosyjskiej i głównie typu wojskowego i okrętowego
Produkcja odbiorników cywilnych jest dopiero przygotowywana
Odbiorniki hybrydowe GPS i GLONASS są produkowane przez niektórych producentów
zachodnich
Odbiornik GLONASS/GPSGalileo
Europejski system nawigacji satelitarnej
W trakcie budowy do 2012 r.
Równoważna alternatywa dla GPS i GLONASS, ale kontrolowany przez
instytucje cywilne
Pomysł systemu zrodził się w latach 80. z powodu
braku zaufania do GPS I GLONASS, które mogły zostać w każdej chwili wyłączone
Satelita systemu Galileo
Galileo – segment kosmiczny
27 satelitów operacyjnych i 3 zapasowe rozmieszczone równomiernie na 3 orbitach
Wysokość orbity: 23616 km
Kąt inklinacji: 56°
10 sygnałów w 3 pasmach częstotliwości (przewaga nad GPS)
Sygnały 1,2,3,4,9 i 10 ogólnodostępne
Pozostałe szyfrowane i dostępne dla CS I PRS
Część bez żadnych danych dla korekcji jonosferycznej (zwiększona precyzja)
Galileo – serwisy
Serwis otwarty (OS)
Współrzędne horyz. z dokł. 15-4 m, wysokość z dokł. 35-8 m.
Serwis bezpieczeństwa życia (SoL)
Ostrzeżenie o utracie integralności danych (m.in. lotnictwo)
Serwis komercyjny (CS)
Dokładność 0,8 m w poziomie i 1 m w pionie, przesyłanie wiadomości, gwarancja działania systemu, płatny
Serwis regulowany publicznie (PRS)
Wysoka wiarygodność, dostarczanie danych związanych z bezpieczeństwem narodowym, transportem,
telekomunikacją, energetyką.
Serwis poszukiwania i ratowania (SAR)
Odbiór sygnału wzywania pomocy z pozycją geograficzną
Galileo – segment naziemny
GSC (Ground Control System)
Kontrola stanu technicznego satelitów
Uzupełnianie braków w konfiguracji
5 stacji, ciągła kontrola, dwukierunkowa łączność
GMS (Ground Mission System)
GSS (Ground Sensor System)
Kilkadziesiąt stacji śledzących na całym świecie
GCC (Galileo Control Center)
Analiza danych i generacja depeszy nawigacyjnej za
pośrednictwem 10 stacji ULS (Up-Link Station)
Galileo - Lokalizacja
Bibliografia
http://www.esa.int/esaNA/SEMPOSXEM4E_galileo_
1.html
http://www.kosmos.gov.pl
http://gps.gov
