Satellitnavigationssystem (GNSS, engelsk Global Navigation Satellite System, GNSS ) er et system designet til at bestemme placeringen ( geografiske koordinater ) af land-, vand- og luftobjekter samt rumfartøjer i lav kredsløb . Satellitnavigationssystemer giver dig også mulighed for at få hastigheden og retningen på signalmodtageren . Derudover kan bruges til at få det nøjagtige tidspunkt. Sådanne systemer består af rumudstyr og jordsegment (kontrolsystemer).
For 2020 giver tre satellitsystemer fuld dækning og uafbrudt drift for hele kloden - GPS , GLONASS , Beidou [1 ] .
Funktionsprincippet for satellitnavigationssystemer er baseret på måling af afstanden fra antennen på objektet ( hvis koordinater skal opnås) til satellitter , hvis position er kendt med stor nøjagtighed . Tabellen over positioner for alle satellitter kaldes en almanak , som enhver satellitmodtager skal have, før målingerne begynder . Typisk holder modtageren almanakken i hukommelsen siden sidste nedlukning, og hvis den ikke er forældet, bruger den den med det samme. Hver satellit sender hele almanakken i sit signal. Ved at kende afstandene til flere satellitter i systemet, ved hjælp af konventionelle geometriske konstruktioner, baseret på almanakken, kan man således beregne positionen af et objekt i rummet.
Metoden til at måle afstanden fra satellitten til modtagerantennen er baseret på, at udbredelseshastigheden af radiobølger antages at være kendt (faktisk er dette problem ekstremt komplekst, mange dårligt forudsigelige faktorer påvirker hastigheden, som f.eks. det ionosfæriske lags egenskaber osv.). For at implementere muligheden for at måle tiden for det udbredte radiosignal udsender hver satellit i navigationssystemet nøjagtige tidssignaler ved hjælp af atomure , der er præcist synkroniseret med systemtiden . Når en satellitmodtager er i drift, synkroniseres dens ur med systemtiden, og under yderligere modtagelse af signaler beregnes forsinkelsen mellem strålingstiden indeholdt i selve signalet og signalmodtagelsestiden. Med denne information beregner navigationsmodtageren koordinaterne for antennen. Alle andre bevægelsesparametre (hastighed, kurs, tilbagelagt distance) beregnes ud fra målingen af den tid, som objektet brugte på at bevæge sig mellem to eller flere punkter med bestemte koordinater.
De vigtigste elementer i satellitnavigationssystemet:
Noter til notering :
1 Er et jord (integral) segment tilDifferential Correction System(SDCS) 2 Siden midten af 2010'erne har det været en integreret del af GNSS.Ud over navigation bruges koordinater opnået takket være satellitsystemer i følgende industrier:
parameter, metode | GPS NAVSTAR | SRNS GLONASS | TEN GALILEO | BDS KOMPAS |
---|---|---|---|---|
Start af udvikling | 1973 | 1976 | 2001 | 1983 |
Første start | 22. februar 1978 | 12. oktober 1982 | 28. december 2005 | 30. oktober 2000 |
Antal NS (reserve) | 24(3) | 24(3) | 27(3) | 30(5) |
Antal orbitale planer | 6 | 3 | 3 | 3 |
Antal NS i orbitalplanet (reserve) | fire | 8(1) | 9(1) | 9 |
Banetype | Cirkulær | Cirkulær (e=0±0,01) | Cirkulær | Cirkulær |
Banehøjde (beregnet), km | 20183 | 19100 | 23224 | 21528 |
Orbital hældning, grader | ~55 (63) | 64,8±0,3 | 56 | ~55 |
Nominel omdrejningsperiode i middelsoltid | ~11 t 58 min | 11 t 15 min 44 ± 5 sek | 14 t 4 min og 42 s | 12 t 53 min 24 s |
Signalkarakteristika | CDMA | FDMA (CDMA planlagt) | CDMA | CDMA |
NS-signalseparationsmetode | Kode | Kode-frekvens (kode på test) | Kode frekvens | ingen data |
antal frekvenser | 2 + 1 planlagt | 24 + 12 planlagt | 5 | 2 + 1 planlagt |
Bærefrekvenser for radiosignaler, 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 L5-signal ved 1176,45 MHz (planlagt) |
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
|
Gentagelsesperioden for afstandskoden (eller dens segment) | 1 ms (C/A-kode) | 1 ms | ingen data | ingen data |
Områdekodetype | Guldkode (C/A-kode 1023 cifre) | M-sekvens (CT-kode 511 cifre) | M-sekvens | ingen data |
Afstandsmålingskodens urfrekvens, MHz | 1.023 (C/A-kode) 10.23 (P,Y-kode) | 0,511 | E1=1,023 E5=10,23 E6=5,115 | ingen data |
Overførselshastigheden af digital information (henholdsvis SI- og D-kode) | 50 tegn/s (50 Hz) | 50 tegn/s (50 Hz) | 25, 50, 125, 500, 100 Hz | 50/100 25/50
500 |
Superframe varighed, min | 12.5 | 2.5 | 5 | ingen data |
Antal rammer i en superramme | 25 | 5 | ingen data | ingen data |
Antal linjer pr. ramme | 5 | femten | ingen data | ingen data |
Timing system | UTC (USNO) | UTC(SU) | UTC (GST) | UTC (BDT) |
Koordinat referencesystem | WGS-84 | PZ-90/PZ-90.02/PZ-90.11 | ETRF-00 | CGCS-2000 |
Ephemiris type | Modificerede Kepler-elementer | Geocentriske koordinater og deres afledte | Modificerede Kepler-elementer | ingen data |
Sektor af stråling fra retningen til jordens centrum | L1=±21 ved 0 L2=±23,5 ved 0 | ±19 ved 0 | ingen data | ingen data |
Jordsektoren | ±13,5 ved 0 | ±14,1 ved 0 | ingen data | ingen data |
Differentialkorrektionssystem | WAAS | SDCM | EGNOS | SNAS |
Geosynkront segment med høj kredsløb | Ingen | R&D i gang | R&D i gang | 3 NS |
Geostationært segment | Ingen | R&D i gang | R&D i gang | 5 NS |
Nøjagtighed | 5 m (uden DGPS ) | 4,5 m - 7,4 m (uden DGPS ) | 1 m (åbent signal), 0,01 m (lukket) | 10 m (åbent signal), 0,1 m (lukket) |
Separate modeller af satellitmodtagere tillader produktion af såkaldte. "differentiel måling" af afstande mellem to punkter med stor præcision ( centimeter ). For at gøre dette måles navigatorens position på to punkter med et kort tidsinterval. På samme tid, selvom hver sådan måling har en fejl svarende til 10-15 meter uden et jordbaseret korrektionssystem og 10-50 cm med et sådant system, har den målte afstand en meget mindre fejl, da de faktorer, der interfererer med målingen (satellitbanefejl, atmosfærisk inhomogenitet på et givet sted på Jorden osv.) i dette tilfælde trækkes fra hinanden.
Derudover er der flere systemer, der sender afklarende information til forbrugeren ("differentiel korrektion til koordinater"), hvilket gør det muligt at øge nøjagtigheden af måling af modtagerens koordinater op til 10 centimeter. Differentialkorrektionen sendes enten fra geostationære satellitter eller fra terrestriske basestationer , den kan betales (signalafkodning er kun mulig med en specifik modtager efter betaling for et "serviceabonnement") eller gratis.
For 2009 var følgende gratis korrektionssystemer tilgængelige: Amerikansk WAAS (GPS), europæisk EGNOS (Galileo), japansk MSAS (QZSS) [6] . De er baseret på flere geostationære satellitter, der transmitterer korrektioner, hvilket tillader høj nøjagtighed (op til 30 cm).
Oprettelsen af et korrektionssystem for GLONASS kaldet SDCM blev afsluttet i 2016.
Navigationssystemer _ | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Satellit |
| ||||||
Jord | |||||||
Differentielle korrektionssystemer |