Satelliitnavigatsioon - kuidas see toimib?

Võimalus kasutada kõrge sagedusega raadiolaineid (otsenähtavuse piires levivad) signaali edastamiseks suurte distantside puhul. Kõrgem sagedus tagab suurema signaali täpsuse, kvaliteedi ja edastatava info hulga.

Ülevaade haldamisest ja pakutavatest teenustest

Käesoleval ajal (2009.a.) on maailmas GNSS-st suurima kasutajate arvu ja rakendustega ning lennunduses de facto kasutuses GPS (Global Positioning System). USA valitsus on GPS Control segmendi ja Space segmendi omanik ning USAF Space Wing opereerib ja hooldab neid segmente. USA valitsus arendab ja hangib kasutaja segmendi osas PPS militaarvastuvõtjaid. GPS süsteem pakub kahte positsioneerimise teenust:

• Täppis positsioneerimine (Precision Positioning Service – PPS) autoriseeritud kasutajale
• Standard positsioneerimine (Standard Positioning Service – SPS) tavakasutajale

GPS süsteemi kasutaja on positsioneerimise täpsuse ja katkematu toimimise osas omal vastutusel! GPS puhul puudub rahvusvahelisel tasemel tsiviilkasutajal süsteemi haldaja poolne GPS signaali kindla kvaliteedi garantii, vastutus ja võimalikud kahjuhüvitised.

Käesoleval ajal (2009.a.) on EU ja ESA tasemel prognoositud Euroopa GNSS – GALILEO täiskonfiguratsioonis tööle hakkamist 2013…2014 a. Galileo puhul on legaalses mõttes suureks eeliseks süsteemi haldaja poolne signaali kvaliteedi garantii, vastutus ja tõendatud kahju hüvitamine. Galileo on tsiviilkontrolli all olev süsteem.

GNSS (GPS) arengu lühiülevaade

1961 algas USA-s töö satelliit navigatsiooni süsteemiga, mis sobiks nii merel, kui ka õhus kasutamiseks. Programmi nimetuseks oli „The Defence Navigation Sattelite System”.

Esimene GPS nav. signaal kanti üle juunis 1977.a. Block II (first operational series) orbiidil 1989 .. 1995.a.

1983.a. teatas USA president Roland Reagan, et valmiv GPS tuleb teha kättesaadavaks ka tsiviilkasutajatele.

1994 a. sai GPS täissüsteem valmis (6. orbiidil 21 aktiivset satelliiti + 3 varuks).

2000.a. lõpetati tsiviilkasutajate jaoks „Selective Availability“ - signaali täiskvaliteedi piiramine, mis vähendas asukoha määramise täpsust.

2000.a. alustas USA-s tööd GPS geostatsionaarne lisand - WAAS süsteem, mis võimaldas ~5 korda täpsemat asukoha määramist.

2006.a. 6 orbiidil 24 aktiivset satelliiti, 30 satelliiti kokku, Praegu töötav süsteem Block II, mis täieneb pidevalt modifikatsioonid IIA, IIR ja IIF. Peamised täiustused: töökindlus, andmeside ja iseseisva (sõltumatult Maapealsest kontrolljaaamast) tööperioodi pikendamine.

GNSS (GPS) ülesehitus

GNSS (GPS) koosneb kolmest alamsüsteemist ehk segmendist:

• Kosmoses paiknev alamsüsteem (Space Segment)
• Maapealne monitooringu ja kontrolli alamsüsteem (Control Segment)
• Kasutaja alamsüsteem (User Segment)

Space segment

Koosneb Koosmoses paiknevast satelliitide konfiguratsioonist, mis moodustavad asukoha määramise „referents süsteemi“.

Kuuele orbiidile, kõrgusel 20 200 km on paigutatud 24 aktiivset satelliiti ja 6 varusatelliiti. Satelliitide orbitaalsed tiirlemisperioodid on ~12 h Kõik satelliidid töötavad sarnastel sagedustel (L1C, L2C ja L5), kuid iga satelliit kasutab erinevat signaali moduleerimise koodi ehk PRN (Pseudo Radom Noice) numbrit.

Control segment

Maapealse kontroll segmendi ülesandeks on kosmoses paiknevate satelliitide signaalide ja satelliitide tööparameetrite pidev jälgimine ja analüüs ning vajalike parandusteadete ja korrektsioonide saatmine uplink jaamade abil. Satelliitide 5 monitooringu jaama (Monitoring Stations - MS) on laiali paigutatud üle maakera. Täpselt teadaolevate asukohtadega MS jälgivad passiivselt, pidevas režiimis nähtaval olevaid satelliite, võttes vastu nende signaale. MS koguvad ranging andmeid igalt nähtavalt satelliidilt ja saadavad andmed kontrollkeskusesse - Master Control Station (MCS). Master Control Station (MCS) asukohaks on Schriever AF Base, Colorado. Lisaks on Onizukas Backup Master Control Station. MSC analüüsitakse kogutud andmeid ja määratakse satelliitide kellaaegade parandid, pseudokauguste Rp (pseudorange) vead ErrRp , pseudokauguse vea muutused ning hinnatakse satelliitide tehnilist seisukorda. Pseudokaugused on otseselt seotud satelliitide hälbimisega täpselt ettearvutatud orbiidilt. Rp vead (orbiitide parandid) ja kellaaja parandid (kõrvalekalded GPS ajast) saadetakse maapealsete uplink antennide abil NAV sõnumiga satelliitidele, kust parandused jõuavad NAV sõnumiga kasutajateni.

Interaktiivne mudel GPS süsteemi space segmendist

Interaktiivne mudel GPS süsteemi ground segmendist