Satelitarne systemy nawigacyjne

1. Satelitarne systemy nawigacyjne Szymon Fiedler, IV rok IS

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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)

7. 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

8. 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.

9. 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")

10. GPS - odbiorniki

11. 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

12. 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

13. GLONASS – segment kosmiczny Orbity satelitów GLONASS Satelita GLONASS

14. 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

15. 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/GPS

16. Galileo • 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

17. 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)

18. 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

19. 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)

20. Galileo - Lokalizacja

21. Bibliografia • http://www.esa.int/esaNA/SEMPOSXEM4E_galileo_1.html • http://www.kosmos.gov.pl • http://gps.gov • http://pl.wikipedia.org