A GNSS technológia alapjai

Műholdrendszerek napjainkban

Az Amerikai Egyesült Államok a hetvenes években katonai célokkal új globális helymeghatározási technológia kifejlesztését kezdte meg. A kifejlesztett rendszer a NAVSTAR (NAVigation Satellites for Timing and Ranging), míg magát a technológiát Global Positioning Sys tem nek (GPS) nevezték. A műholdakból álló alaprendszert (SBAS – Satellite Based Augumentation System) 24 – a Föld körül 7000 km/h sebességgel keringő – műhold alkotja. Magasságuk és elhelyezkedésük lehetővé teszi, hogy a Föld bármely pontjáról egy időben legalább hat műhold legyen látható. Mivel a pozíciómeghatározás alapkövetelménye egyidejűleg négy műhold jeleinek vétele, így gyakorlatilag Földünk bármely pontján csupán a NAVSTAR rendszerre támaszkodva meghatározható a helyzetünk. Az égi rendszert földi irányítórendszer egészíti ki. A földi rendszer feladata, hogy folyamatosan figyelje a műholdakat, azokról információja legyen, illetve azokat információval lássa el.

Ahhoz, hogy a rendszer adatáramlása minden pillanatban biztosított legyen, öt földi állomás kiépítésére is szükség volt.

Az amerikai fejlesztéssel jóformán párhuzamosan a Szovjetunió is létrehozta sa ját műholdrendszerét, a szovjet (később orosz) rendszer neve GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System). A GLONASS rendszer jelenleg 16 műholdat üzemeltet. Nemrég két újabb globális rendszer jelent meg és lépett kiépítési fázisba. Az egyik az Európai Unió által fejlesztett Galileo, a másik a Kínai Népköztársaság Compass nevű műholdrendszere. Az előbbinek két, az utóbbinak három mesterséges holdja van, és két éven belül önálló rendszer megépítését ígérik.

A fejlesztések folyamatosak, több ország tűzte ki célul műholdak fellövését, műholdrendszerek üzemeltetését. A különböző műholdrendszerek kialakítása után a GPS fogalmát már csakis azokra a rendszerekre vonatkoztatják, melyek kizárólag a NAVSTAR holdak segítségével végzik a helymeghatározást. A GNSS rendszerek magukban foglalják a NAVSTAR holdak rendszere mellett a többi műholdrendszert is. Azokat a vevőket, melyek a NAV STAR rendszer jelei mellett más rendszer jeleit is képesek észlelni – bevonni a helymeghatározásba –, GNSS vevőknek nevezzük.

A pozíciómeghatározásról röviden

Mint a földi helymeghatározásnál, úgy a műholdasnál is egy új pozíció meghatározásához valamilyen előre meghatározott vonatkozási rendszerre van szükség, amelyben már vannak ismert pontok. A műholdas helymeghatározási rendszer úgynevezett Földi Vonatkoztatási Rendszert (TRF – Terrestrial Reference Fra me) használ, melynek z tengelye a Föld közepes forgástengelye, x tengelye az Egyenlítő síkjában lévő greenwichi középmeridián, y tengelye ezekre merőleges, a rendszer jobbsodrású. A földi vonatkoztatási rendszer tényleges megvalósítását a Földön létesített ismert koordinátájú alappontok és a köztük, illetve róluk végzett mérések biztosítják.

Ebben a koordináta-rendszerben ki fejezett koordinátaértékek azonban nehezen kezelhetők a mindennapi mérések során, ezért 1984-ben meghatároztak egy forgási ellipszoidot. Ez a Föld alakjához jól simuló forgási ellipszoid, a WGS84 alapfelület (World Geodetic Sys tem 1984). A forgási ellipszoidon már könnyen kezelhetők a navigációban megszokott földrajzi szélességi és hosszúsági koordináták. A GNSS vevő által előállított koordinátákat úgynevezett transzformáció segítségével számíthatjuk át az adott ország saját rendszerébe, például a hazánkban használatos EOV rendszerbe.

A műholdas globális helymeghatározás elve a következő: vevőnkkel észleljük a műholdakról érkező jeleket, melyek futás - idejéből távolságadatokat kapunk. Há rom távolság metszése meghatározza po - zí ciónkat. Nagyon fontos hogy a mérés során a műhold és a vevőnk órája szinkronban legyen. Ezért van szükség egy negyedik hold jeleire is, mely kiejti az órahibát, szinkronizálja az időadatokat. A tapasztalati értékek alapján a vevő minőségétől függően a mért pozíció pontossága akár 3 méter is lehet, de a rendszer 27 méteres pontosságot szavatol.