Palydovinė navigacija

Patyręs medžiotojas, žvejys, grybautojas, geologas, tolimųjų reisų vairuotojas žino kur eina ir kaip rasti kelią. Bet jei reikia ką nors pasižymėti žemėlapyje, kaip tai atlikti? Juk dažniausiai turimas žemėlapis – tai šimtai metrų, net kilometrai... Taigi taip ir atsiranda „pasakos“ apie vietas kur žuvys kimba ant tuščio kabliuko, rastas grybingas vietas ir pan. Taip ir buvo tūkstančius metų...

Bet ne dabar. Karinė JAV, NATO, Rusijos pramonė atsigręžė į paprastą žmogų. Ir pasirodė, kad visai nesunku atrasti adatą krūvoje šieno. Malūnsparnis nusileis būtent ten kur yra žmogus, nebepamirši grybingos vietos, tavo draugas suras tik tau žinomą žuvingą vietą... Ir nebereikalingos žvaigždės ar saulė, norint susiorientuoti nežinomoje vietoje.

GPS imtuvų atmintyje saugomas tavo nueitas kelias, bei keliais mygtuko paspaudimais pažymėti visi dominantys taškai. Be to maršrutus gali susiplanuoti ir įsikelti į GPS imtuvą namuose, ar pasinaudoti draugo turima informacija. GPS imtuvas – tai viskas vienoje vietoje: žemėlapis, kompasas, laikrodis, užrašų knygutė ir t. t.

Laivai, lėktuvai, vilkikai, keliautojai ir šiaip nuotykių ieškotojai visame pasaulyje jau keletą metų efektyviai naudoja elektroninius GPS imtuvus. Pasaulinė palydovinė navigacija padidina produktyvumą ir tikslumą įvairiose pramonės šakose. Ji suteikia naują džiaugsmą ir pasitikėjimą daugeliui navigacijos, sporto ir šiaip laisvalaikio šakų. GNSS (Global Navigation Satellite System – Pasaulinė palydovinės navigacijos sistema) yra palydovų tinklas kuris perduoda aukšto dažnio radijo signalus, turinčius laiko ir atstumo duomenis, kuriuos gali priimti imtuvas, leidžiantis naudotojui nustatyti savo vietą Žemės rutulyje.

Kol kas yra dvi veikiančios palydovinės navigacijos sistemos: JAV – Global Positioning System (GPS) ir Rusijos GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS). Šios sistemos yra pastoviai atnaujinamos, kad atitiktų kylančius patikimumo reikalavimus. Trečioji GNSS pavadinta GALILEO, Italų astronomo garbei, šiuo metu yra kuriama Europoje ir turėtu pilnai veikti 2008 m. Kol GPS ir GLONASS yra plėtojami norint pasiekti maksimalų patikimumą, buvo sukurta Satellite-Based Augmentation System (SBAS) teikianti pagerintą tikslumą. SBAS perduoda diferencialinio signalo pataisymus, tam tikrose teritorijose, panaudodama antžemines stotis ir geo-stacionarius palydovus.

Palydovinės navigacijos veikimas

Palydovinės navigacijos satelitai be perstojo siunčia laiko ir atstumo informaciją skriedami aplink žemę tikslia orbita. Palydovinės navigacijos imtuvai panaudoja šitą informaciją nustatyti koordinates pasinaudojant trianguliacijos principu. Kiekvienas žemės taškas atpažįstamas iš dviejų skaičių eilės vadinamos koordinatėmis. Šios koordinatės atspindi tikslų tašką kur horizontali linija, platuma, kerta vertikalią liniją, ilgumą. Imtuvas prisijungia mažiausiai prie 3 palydovų ir pasinaudoja gauta informacija koordinačių nustatymui.

Palygindamas signalo siuntimo laikus, imtuvas apskaičiuoja atstumą iki palydovo. Pasinaudodamas atstumu iki kiekvieno iš trijų (ar daugiau) palydovų imtuvas nustato savo koordinates. Pasinaudodamas šiais atstumo matavimais, imtuvas gali matuoti greitį, kelionės laiką, kelionės atstumą, aukštį (virš jūros lygio) ir t. t. Imtuvas veikia „regos lauko“ principu, tai reiškia, kad jis turi „matyti“ bent jau 3 palydovus. Vidutiniškai, 8 palydovai yra pastoviai matomi kiekviename žemės taške. Kuo daugiau palydovų matoma, tuo tikslesni imtuvo duomenys. Taigi radijo signalai praeis pro debesis, stiklą, plastiką ir pan., tačiau imtuvas jų negaus būdamas po žeme ir uždarose vietose.

Tikslumas

Vidutiniškai, GPS imtuvo tikslumas yra apie 15 metrų. Naudojantis pataisytais signalais iš SNAS (Satellite Navigation Augmentation Systems), pasiekiamas 3 metrų, ir geresnis tikslumas. JAV 3 metrų tikslumas pasiekiamas pasinaudojant antžeminių stočių ir pastovios pozicijos palydovų tinklu, vadinamu WAAS (Wide Area Augmentation System). Europoje panaši sistema vadinama EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System). Azijoje pataisytus signalus perduoda MSAS (Multifunctional Transport Satellite-based Augmentation System). Taip pat padidinti tikslumui gali būti naudojama ir DGPS (Differential Global Positioning System), antžeminės stotys, su žinomomis koordinatėmis, kurios perduoda pataisytus palydovų signalus. Įvairios DGPS technologijos gali padidinti tikslumą nuo kelių metrų iki kelių milimetrų. Tikslumas gali būti padidintas ir naudojant RTK (Real Time Kinematic) sistemą.

GPS (Global Positioning System)

GPS kūrimas prasidėjo 1973 m. 1978 m. JAV Gynybos Ministerija paleido pirmąjį palydovą, įvedantį SA (Selective Availibility) – tyčinį GPS signalų pabloginimą, kad apsisaugoti nuo galimybės priešininkams pasinaudoti tiksliais vietos nustatymo duomenimis. SA apribojo tikslumą civiliams vartotojams iki 100 m. Palydovų leidimas buvo baigtas pilnai „padengus“ žemę 1994 m, pasinaudojus 24 palydovais. Dabar nauji palydovai leidžiami tik pakeisti senus, kurių tarnavimo laikas yra apie 10 m. 2000 m. SA buvo išjungta, ir GPS imtuvų tikslumas tapo apie 15 metrų, nesinaudojant signalo korekcija. Signalai pasiekiami 24 val. per parą, bet kokiomis oro sąlygomis, bet kokiame žemės taške. Naudojantis WAAS arba EGNOS, GPS imtuvų tikslumas padidėja iki 3 metrų.

GLONASS

GLONASS yra Rusijos GNSS. Tai irgi 24 palydovų tinklas, kuris perduoda aukšto dažnio radijo signalus, turinčius laiko ir atstumo duomenis, kuriuos gali priimti imtuvas, leidžiantis GLONASS naudotojui nustatyti savo vietą Žemės rutulyje. Sistema buvo sukurta ir valdoma Rusijos Gynybos Ministerijos. Pirmas palydovas paleistas 1982 ir sistema GLONASS baigta 1998 paleidus 24-ą palydovą. Tačiau civiliai vartotojai šia sistema negali naudotis.

GALILEO

Italų astronomo garbei pavadinta sistema pradėta kurti 1999 m., bendradarbiaujant Europos Kosmoso Agentūrai ir Europos Sąjungos Transporto Komitetui. Pirmieji signalai planuojami pradėti transliuoti 2005 m. 30 palydovų tinklas siųs signalus pasiekiamus bet kuriam GALILEO imtuvui 24 val. per parą, bet kokiomis oro sąlygomis, bet kokiame žemės taške. GALILEO planuojama baigti 2008 m. ir bus teikiama preciziškai tiksli informacija navigacijai ore, jūroje, keliuose ir t. t.

SNAS

Satellite-Based Augmentation Systems (SBAS) yra antžeminių stočių geo-satelitų tinklas sukurtas priimti palydovinės navigacijos signalus ir perduoti pataisytus laiko bei atstumo duomenis, kurie ženkliai padidina imtuvų tikslumą. Stebėjimo ir retransliacijos stotys yra išdėstytos visame pasaulyje ir jų geo-stacionarūs palydovai išlaiko pastovias koordinates virš žemės. Pasinaudodama žinomais atstumais SBAS pataiso signalų netikslumus atsiradusius dėl atmosferos, neteisingos palydovo pozicijos, blogos geometrijos ir padidina tikslumą tam tikriems regionams. Trys sistemos dengiančios Šiaurės Ameriką, Europą ir Aziją yra skirtingoje kūrimo stadijoje.

WAAS

WAAS suteikia galimybę padidinti GPS imtuvų tikslumą Šiaurės Amerikoje apie 5 kartus. WAAS sistema nereikalauja jokių papildomų įrenginių pirkimo ar mokesčių už naudojimą. WAAS tikslumas yra 3 ir mažiau metrų. Taip pat yra kuriamas sistemos patobulinimas, leisiantis teikti tikslumą apie 1 metrą.

EGNOS

EGNOS suteikia galimybę padidinti GPS imtuvų tikslumą Europoje apie 3 kartus. EGNOS papildomai nieko nekainuoja vartotojui ir turėtu pilnai pradėti veikti 2004 m. Tai yra pirmas žingsnis link GALILEO sistemos sukūrimo.

MSAS

MSAS suteikia galimybę padidinti GPS imtuvų tikslumą Azijoje apie 3 kartus. MSAS papildomai nieko nekainuoja vartotojui ir turėtu pilnai pradėti veikti 2005 m.

DGPS

Du arba daugiau imtuvų priima duomenis iš tų pačių palydovų, atlieka panašius skaičiavimus ir gauna panašias klaidas, kai veikia vienas netoli kito. Referencinis imtuvas, pastatytas žinomoje vietoje, skaičiuoja savo teorinę poziciją ir lygina su duomenimis gautais iš palydovo. Gautas skirtumas parodo matavimų paklaidą. Referencinis imtuvas siunčia pataisytus duomenis savo veikimo spinduliu ir juos gali priimti bet kuris imtuvas. Tikslumas padidėja iki keleto metrų. Sudėtingesnė DGPS technika gali padidinti tikslumą iki keleto milimetrų. Žinoma, yra ir daugiau būdų leidžiančių padidinti tikslumą ir siųsti pataisytus duomenis.

Straipsnį pateikė UAB „InfoEra“.