Globaalne satelliitnavigatsioon (GNSS): GPS, GLONASS ja teised süsteemid
GNSS: GPS, GLONASS, BeiDou ja teised – selgitatud toimimine, täpsus ning praktilised rakendused igapäevaelus, transpordis ja tööstuses.
Satelliitnavigatsiooni või satelliitnavigatsioonisüsteemi abil saab asukoha väga täpselt määrata.
Satelliitide süsteem kasutab satelliitide süsteemi. Süsteem annab täpse asukoha määramise. See võimaldab väikestel elektroonilistel vastuvõtjatel leida oma asukoha (pikkuskraad, laiuskraad ja kõrgus/kõrgus). Asukoha määramine toimub mõne meetri täpsusega, kasutades ajasignaale, mis edastatakse satelliitidelt mööda sirgjoont (vaatejoont) raadio teel. Signaalid võimaldavad vastuvõtjatel arvutada suure täpsusega ka jooksvat kohalikku aega. Ülemaailmse levialaga satelliitnavigatsioonisüsteemi võib nimetada globaalseks satelliitnavigatsioonisüsteemiks (GNSS). Ülemaailmne positsioneerimissüsteem on suurim ja enim kasutatav GNSS. Venemaale kuuluv GLONASS on suuruselt teine. Hiina, India ja Euroopa Liit töötavad omaenda sarnaste süsteemide kallal.
Kuidas GNSS töötab
GNSS põhineb trilateraatoril: vastuvõtja määrab kauguse mitmelt satelliidilt tuleva signaali aja-viibega (time-of-flight) ja leiab nende kauguste lõikes lõikekohad, et saada täpne koordinaat. Olulised komponendid on:
- Satelliidid—tavaliselt Maast ~20 000 km kõrgusel (MEO), varustatud täpsete kellade ja orbiitandmetega (ephemeris).
- Signaalid—raadio- (mikrolaine) signaalid mitmel sagedusel (näiteks L1, L2, L5), mis kannavad aega ja orbiitinfot.
- Vastuvõtja—arvutab signaali saabumise aja ja seejärel kaugused ning lahendab koordinaadid ja kellaaja.
- Kellad—satelliitide täpsed astokellad (aatomkellad) ja vastuvõtja enda kell osalevad positsiooni määramises.
Peamised GNSS-süsteemid
- GPS (USA) — kõige laialdasem ja ajalooliselt esmane globaalne süsteem (Ülemaailmne positsioneerimissüsteem).
- GLONASS (Venemaa) — teine suur globaalne süsteem (GLONASS).
- BeiDou (Hiina) — Hiina globaalne GNSS (mainitud seoses Hiina töökavadega).
- Galileo (Euroopa Liit) — Euroopa Liidu globaalne süsteem (mainitud koos Euroopa projektiga).
- NavIC (India) — regionaalne positsioneerimissüsteem India ümbrusele.
- QZSS (Jaapan) — regionaalne süsteem, mis parandab katvust ja täpsust Jaapanis ja lähialadel.
Täpsus ja vigade allikad
Tarbijaseadmete GNSS-täpsus on tavaliselt mõne meetri piires. Täpsust mõjutavad peamiselt:
- Ionosfäär ja troposfäär — signaalid aeglustuvad ja viibivad, mis mõjutab kauguse mõõtmist.
- Kella- ja orbiidivead — ebatäpsed ephemeris- või ajainfomõõtmised.
- Multipath — signaalide peegeldumine hoonetest või teistest pindadest.
- Katvus — vähem nähtavaid satelliite (metsa all, kõrgete hoonete vahel) vähendab täpsust.
Sobivate meetoditega (nt kahesageduslikud vastuvõtjad, diferentssüsteemid) saab need vead paljuski vähendada.
Täpsuse parandamise meetodid
- Diferentssatelliitnavigatsioon (DGPS) — kasutab maapinnal asuvat referentsjaama, mis edastab korrektsioone ja vähendab vigu.
- RTK (Real-Time Kinematic) — võimaldab sentimeetrise täpsusega positsioneerimist reaalajas, kasutades diferentssignaale ja faasimeetodeid.
- SBAS/EGNOS/WAAS — satelliitpõhised augmentatsioonisüsteemid, mis annavad piirkondlikke korrektsioone ja tõendatud täpsusastmeid lennunduse ning muude rakenduste jaoks.
- PPP (Precise Point Positioning) — tarbib väga täpseid orbiit- ja kellakorrektioone, saavutades suure täpsuse üle laialise piirkonna.
Kasutusalad
GNSS on laialdaselt kasutusel erinevates valdkondades:
- Autonoomne ja tavaline sõidu‑ ja jalakäija navigeerimine
- Põllumajandus (täppispõllundus), täpne külvamine ja niisutus
- Kaevandus, ehitus ja maamõõtmine
- Telekommunikatsiooni ja energeetika võrkude sünkroniseerimine (täpne aeg)
- Hädaabiteenused ja päästetööd
- Teaduslikud rakendused, geodeesia ja Maa liikumiste monitorimine
Tulevik ja arengud
GNSS-ide areng suundub suuremale täpsusele, parematele signaalidele (nt mitme sageduse ja uute kodeeringute kasutamine), mitme süsteemi kooskasutusele (multikonstellatsiooniline positsioneerimine) ning integreerimisele teiste sensoritega (INS, LiDAR) autonoomsetes sõidukites. Uued teenused ja riiklike süsteemide valmimine laiendavad katvust ning tõstavad täpsust ja usaldusväärsust.
Kokkuvõtvalt on GNSS tänapäeval igapäevane ja kriitiline tehnoloogia, mis võimaldab täpset positsioneerimist ja täpset ajaedastust üle kogu maailma.
Küsimused ja vastused
K: Mis on satelliitnavigatsioonisüsteem?
V: Satelliitnavigatsioonisüsteem ehk satelliitnavigatsioonisüsteem on viis asukoha väga täpseks määramiseks.
K: Kuidas satelliitnavigatsioonisüsteem töötab?
V: Satnavi kasutab satelliitide süsteemi. Süsteem annab täpse asukoha määramise, kasutades ajasignaale, mis edastatakse satelliitidelt mööda sirgjoont (vaatlusjoont) raadio teel.
K: Milliseid vastuvõtjaid on vaja satelliitnavigatsioonisüsteemi kasutamiseks?
V: Satelliitnavigatsioonisüsteemi kasutamiseks on vaja väikeseid elektroonilisi vastuvõtjaid.
K: Millist teavet saab satelliitnavigatsioonisüsteemist?
V: Satelliitnavigatsioonisüsteemist saab asukoha (pikkus-, laius- ja kõrguse/kõrguse) ja praeguse kohaliku aja suure täpsusega.
K: Mis on ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem (GNSS)?
V: Ülemaailmse katvusega satelliitnavigatsioonisüsteemi võib nimetada globaalseks satelliitnavigatsioonisüsteemiks (GNSS).
K: Milline on suurim ja enim kasutatav GNSS?
V: Ülemaailmne positsioneerimissüsteem ehk GPS on suurim ja enim kasutatav GNSS.
K: Millised riigid või piirkonnad töötavad omaenda sarnaste süsteemide kallal?
V: Hiina, India ja Euroopa Liit töötavad sarnaste süsteemide kallal.
Otsige