Satelitní navigační systém (GNSS, anglicky Global Navigation Satellite System, GNSS ) je systém určený k určování polohy ( zeměpisných souřadnic ) pozemních, vodních a vzdušných objektů a také kosmických lodí na nízké oběžné dráze . Satelitní navigační systémy také umožňují získat rychlost a směr přijímače signálu . Kromě toho lze použít k získání přesného času. Takové systémy se skládají z kosmického zařízení a pozemního segmentu (řídící systémy).
Pro rok 2020 poskytují tři satelitní systémy plné pokrytí a nepřetržitý provoz pro celou zeměkouli - GPS , GLONASS , Beidou [1 ] .
Princip činnosti družicových navigačních systémů je založen na měření vzdálenosti od antény na objektu ( jehož souřadnice je nutné získat) k satelitům , jejichž poloha je známa s velkou přesností . Tabulka poloh všech satelitů se nazývá almanach , který musí mít každý satelitní přijímač před začátkem měření . Přijímač obvykle uchovává almanach v paměti od posledního vypnutí, a pokud není zastaralý, okamžitě jej použije. Každý satelit vysílá ve svém signálu celý almanach. Když tedy známe vzdálenosti k několika satelitům systému, pomocí konvenčních geometrických konstrukcí, založených na almanachu, lze vypočítat polohu objektu v prostoru.
Metoda měření vzdálenosti od družice k anténě přijímače je založena na tom, že se předpokládá známá rychlost šíření rádiových vln (ve skutečnosti je tato problematika extrémně složitá, rychlost ovlivňuje mnoho špatně předvídatelných faktorů, jako např. charakteristiky ionosférické vrstvy atd.). Pro implementaci možnosti měření času šířeného rádiového signálu vysílá každý satelit navigačního systému přesné časové signály pomocí atomových hodin přesně synchronizovaných se systémovým časem . Při provozu satelitního přijímače se synchronizují jeho hodiny se systémovým časem a při dalším příjmu signálů se počítá zpoždění mezi dobou vyzařování obsaženou v samotném signálu a dobou příjmu signálu. Na základě těchto informací vypočítá navigační přijímač souřadnice antény. Všechny ostatní parametry pohybu (rychlost, kurz, ujetá vzdálenost) se vypočítávají na základě měření času, který objekt strávil pohybem mezi dvěma nebo více body s určitými souřadnicemi.
Hlavní prvky satelitního navigačního systému:
Poznámky k výpisu :
1 Je zemnící (integrální) segment prodiferenciální korekční systém(SDCS) 2 Od poloviny roku 2010 je nedílnou součástí GNSS.Kromě navigace se souřadnice získané díky satelitním systémům používají v následujících odvětvích:
| parametr, metoda | GPS NAVSTAR | SRNS GLONASS | DESET GALILEO | BDS KOMPAS |
|---|---|---|---|---|
| Začátek vývoje | 1973 | 1976 | 2001 | 1983 |
| První start | 22. února 1978 | 12. října 1982 | 28. prosince 2005 | 30. října 2000 |
| Počet NS (rezerva) | 24(3) | 24(3) | 27(3) | 30(5) |
| Počet orbitálních rovin | 6 | 3 | 3 | 3 |
| Počet NS v orbitální rovině (rezerva) | čtyři | 8(1) | 9(1) | 9 |
| Typ oběžné dráhy | Oběžník | Kruhový (e=0±0,01) | Oběžník | Oběžník |
| Výška oběžné dráhy (vypočtená), km | 20183 | 19100 | 23224 | 21528 |
| Orbitální sklon, stupně | ~55 (63) | 64,8 ± 0,3 | 56 | ~55 |
| Nominální doba revoluce ve středním slunečním čase | ~11 h 58 min | 11 h 15 min 44 ± 5 s | 14 h 4 min a 42 s | 12 h 53 min 24 s |
| Charakteristiky signálu | CDMA | FDMA (plánováno CDMA) | CDMA | CDMA |
| Metoda separace signálu NS | Kód | Kódová frekvence (kód na testech) | Frekvence kódu | žádná data |
| počet frekvencí | Plánováno 2+1 | Plánováno 24 + 12 | 5 | Plánováno 2+1 |
| Nosné frekvence rádiových signálů, MHz | L1 = 1575,42
L2 = 1227,60 L5 = 1176,45 |
L1=1602,5625…1615,5 L2=1246,4375…1256,5
L3= 1207,2420…1201,7430 signál L5 na 1176,45 MHz (plánováno) |
E1=1575,42 (L1)
E6 = 1278,750 E5=L5+L3 E5=1191,795 E5A=1176,46 (L5) E5B=1207,14 E6=12787,75 |
B1=1575,42 (L1)
B2=1191,79 (E5) B3=1268,52 B1-2=1589,742 B1-2=1589,742 B1=1561,098 B2=1207,14 B3=1268,52
|
| Doba opakování kódu rozsahu (nebo jeho segmentu) | 1 ms (kód C/A) | 1 ms | žádná data | žádná data |
| Typ kódu rozsahu | Zlatý kód (kód C/A 1023 číslic) | M-sekvence (CT kód 511 číslic) | M-sekvence | žádná data |
| Hodinová frekvence kódu pro měření vzdálenosti, MHz | 1,023 (kód C/A) 10,23 (kód P,Y) | 0,511 | E1 = 1,023 E5 = 10,23 E6 = 5,115 | žádná data |
| Rychlost přenosu digitální informace (respektive SI- a D-kód) | 50 znaků/s (50 Hz) | 50 znaků/s (50 Hz) | 25, 50, 125, 500, 100 Hz | 50/100 25/50
500 |
| Doba trvání supersnímku, min | 12.5 | 2.5 | 5 | žádná data |
| Počet snímků v superrámci | 25 | 5 | žádná data | žádná data |
| Počet řádků na snímek | 5 | patnáct | žádná data | žádná data |
| Systém časování | UTC (USNO) | UTC (SU) | UTC (GST) | UTC (BDT) |
| Souřadnicový referenční systém | WGS-84 | PZ-90/PZ-90.02/PZ-90.11 | ETRF-00 | CGCS-2000 |
| Typ Ephemiris | Upravené kepleriánské prvky | Geocentrické souřadnice a jejich derivace | Upravené kepleriánské prvky | žádná data |
| Sektor záření ze směru do středu Země | L1=±21 při 0 L2=±23,5 při 0 | ±19 při 0 | žádná data | žádná data |
| Zemský sektor | ±13,5 při 0 | ±14,1 při 0 | žádná data | žádná data |
| Systém diferenciální korekce | WAAS | SDCM | EGNOS | SNAS |
| Geosynchronní segment na vysoké oběžné dráze | Ne | Probíhá výzkum a vývoj | Probíhá výzkum a vývoj | 3 NS |
| Geostacionární segment | Ne | Probíhá výzkum a vývoj | Probíhá výzkum a vývoj | 5 NS |
| Přesnost | 5 m (bez DGPS ) | 4,5 m–7,4 m (bez DGPS ) | 1 m (otevřený signál), 0,01 m (zavřený) | 10 m (otevřený signál), 0,1 m (zavřený) |
Samostatné modely satelitních přijímačů umožňují výrobu tzv. "rozdílové měření" vzdáleností mezi dvěma body s velkou přesností ( centimetry ). K tomu je poloha navigátoru měřena ve dvou bodech s krátkým časovým intervalem. Současně, i když každé takové měření má chybu rovnou 10-15 metrů bez pozemního korekčního systému a 10-50 cm s takovým systémem, naměřená vzdálenost má mnohem menší chybu, protože faktory, které ruší měření (chyba dráhy družice, nehomogenita atmosféry v daném místě Země atd.) se v tomto případě vzájemně odečítají.
Kromě toho existuje několik systémů, které zasílají spotřebiteli upřesňující informace („diferenční korekce na souřadnice“), což umožňuje zvýšit přesnost měření souřadnic přijímače až na 10 centimetrů. Diferenciální korekce je zasílána buď z geostacionárních satelitů nebo z pozemních základnových stanic , může být placená (dekódování signálu je možné pouze s jedním konkrétním přijímačem po zaplacení „předplatného služby“) nebo zdarma.
Pro rok 2009 byly zdarma k dispozici tyto korekční systémy: americký WAAS (GPS), evropský EGNOS (Galileo), japonský MSAS (QZSS) [6] . Jsou založeny na několika geostacionárních satelitech vysílající korekce, umožňující vysokou přesnost (až 30 cm).
Vytvoření korekčního systému pro GLONASS s názvem SDCM bylo dokončeno v roce 2016.
| Navigační systémy | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelit |
| ||||||
| Přízemní | |||||||
| Diferenční korekční systémy | |||||||