globÁlne druŽicovÉ navigaČnÉ systÉmy – gdns

GLOBÁLNE DRUŽICOVÉ NAVIGAČNÉ SYSTÉMY – GDNS

MDaL

Historický vývoj družicovej navigácie

1957 v bývalom ZSSR bola vypustená na obežnú dráhu prvá umelá družica.

Laborátoriá Ministerstva obrany USA, pod vedením Johna Hopkinsa vypustili prvú navigačnú družicu na obežnú dráhu 17. septembra 1959 - TRANSIT 1A.

Navigačný systém TRANSIT bol uvedený do činnosti v roku 1964 prvý družicový rádionavigačný systém, v plnej prevádzke.

Historický vývoj družicovej navigácie

v r. 1967 vtedajšom ZSSR bola vypustená prvá sovietska navigačná družica CYKLON.

Na prelome rokov 1973 - 1974 dochádza k vytvoreniu Amerického systému NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging – Satelitná navigácia využívajúca čas a vzdialenosť).

Historický vývoj družicovej navigácie

17. august 1974 predložilo ministerstvo obrany USA základnú koncepciu prvého globálneho družicového systému vojenský systém GPS (Global possitioning system ).

prvej polovici 80. rokov sovietsky družicový systém GLONASS (Globalnaja Navigacionnaja Sputnikovaja Sistema).

Historický vývoj družicovej navigácie

17. júna 1999 začiatok prípravy projektu Európskeho družicového systému -GALILEO

Úlohy a nároky kladené na GDNS

Presnosť - 4 družice sú potrebné na zistenie presných súradníc a času (X,Y,Z,T)

Dostupnosť- percento času, počas ktorého je signál dostupný pre použitie

Kontinuita - úroveň výkonu počas doby procesu lokalizácie

Integrita - vierohodnosť a spoľahlivosť

Štruktúra družicového navigačného systému

Základné členenie 3 segmenty:

• kozmický (space),• riadiaci (control), • užívateľský (user),

Kozmický segment

družice umiestnené na dráhe orbitu MEO (middle hearth orbit – stredná dráha orbitu), čo je približne 20 000 km nad povrchom Zeme.

družica je vybavená prijímačom, vysielačom, atómovými hodinami a prístrojmi slúžiacimi pre špeciálne úlohy

Riadiaci segment

tvorí hlavná riadiaca stanica a pozemné kontrolné a monitorovacie stanice

Cieľom segmentu je monitoring funkcií každej družice, sledovanie a výpočet dráhy družice, komunikácia a zaistenie presného chodu atómových hodín

Užívateľský segment

Skladá sa z užívateľských prijímačov, nástrojov a postupov vyhodnocovania a samotných užívateľov.

Prijímače vykonávajú na základe prijatých signálov z družíc predbežné výpočty polohy, rýchlosti a času.

Technológia družicového systému

Každá družica vysiela signál, ktorý obsahuje informácie o svojej polohe a približné polohy ostatných družíc systému. K určeniu aktuálnej polohy prijímač počíta tzv. pseudovzdialenosti, čo sú vzdialenosti medzi prijímačom a viditeľnými družicami (nad obzorom).

Technológia družicového systému

Družice navigačných systémov vysielajú spravidla signál na dvoch frekvenciách z dôvodu eliminovania rušivých vplyvov vrstiev atmosféry. Sú to frekvencie označované ako L1 a L2.

L1: 1575 – 1615 MHz L2: 1227 – 1260 MHz

Výpočet vzdialenosti prijímača a družice

Ak prijímač prijíma signály minimálne od štyroch družíc

x, y, z – priestorové súradnice prijímača užívateľa

xi, yi, zi – súradnice konkrétnych družíc

Di – prijímačom vypočítané vzdialenosti ku konkrétnym družiciam

Ti – časový interval, ktorý uplynie medzi vyslaním signálu družice a jeho prijatím prijímačom používateľ

GPS Global possitioning system

24 družíc vo výške 20 200 km na  6

obežných dráhach, sklonených vždy o 60 stupňov.

nonstop prevádzka poskytuje užívateľom

informácie o okamžitej polohe, smere a rýchlosti pohybu, ako aj o presnom čase.

GPS Global possitioning system

Garant americké ministerstvá obrany a dopravy, ktoré riadia systém prostredníctvom hlavnej riadiacej stanice v Colorado Springs, 5 monitorovacích staníc a 3 pozemných riadiacich staníc.

Použitie GPS

Prijímače umožňujú užívateľom zistenie polohy statického alebo dynamického objektu na ľubovoľnom mieste na Zemi.

najmä v doprave, bezpečnostných službách, oblasť  kartografie a geológie, prípadne v poľnohospodárstve, meteorológií i v informatike.

GLONASS Globalnaja Navigacionnaja

Sputnikovaja Sistema  24 družíc v  3

orbitálnych dráhach vzdialených od seba 120 stupňov po ôsmich družiciach, od seba vzdialené na 45 stupňov, vo výške 19 100 km.

GLONASS Globalnaja Navigacionnaja

Sputnikovaja Sistema správca Ruské

vzdušné sily (Russian Space Forces)

centrálne riadený z  Krasnoznamensk a pozemných kontrolných centier, riadiacich a stopovacích staníc RF

Použitie systému GLONASS

poskytovanie možnosti zamerania akéhokoľvek objektu na Zemi, presné zisťovanie rýchlosti a času.

pre riadenie leteckej, námornej dopravy, kartografii a geodézii, synchronizácia časových údajov vzdialených objektov.

GALILEO

postupné umiestnenie 30 družíc na 3 orbitálnych dráhach vzdialených od seba 56 stupňov, vo výške 23000 km.

prenos signálu tri frekvencie E5,E6,L1.

GALILEO

systém je nevládny, bude spravovaný súkromným sektorom.

budovaný spoločnosťou Galileo industries - Alcatel Alenia Space SAS – Francúzsko, Alcatel alenia Space – Taliansko, EADS Astrium GmbH – Nemecko, EADS Atrium Ltd – Veľká Británia, Galileo Systemas y Servicios – Španielsko, konzorcium siedmich Španielskych spoločnosti a Thales.

GALILEO

Kontrolné centrum v Oberpfaffenhofene SRN, druhé kontrolné centrum v talianskom Fucine.

Kompetentné na umiestnenie družíc francúzske Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) v Toulouse a Európske kozmické riadiace stredisko ESOC (European Space Operations Centre) v nemeckom Darmstadte

Použitie systému Galileo

Otvorené služby (OS) –prenosných PC a mobilných telefónoch pre lokalizačné účely a navigáciu.

Komerčné služby (CS)–nadštandardné služieby, spoplatnené.

Služby pre „bezpečný život“ (SOF)- nehodové udalosti v doprave.

Použitie systému Galileo

Služby s obmedzením pre verejnosť (PRS)- bezpečnostné zložky (armáda, polícia)

Služby pre pátracie a záchranné zložky (SAR)- núdzové signály na celom zemskom povrchu a následne kooridnácia záchranných akcií

Porovnanie GDNS - GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS

Využitie GDNS pre cestného dopravcu

pri sledovaní cestného dopravného prostriedku

pri vytváraní záznamu o priebehu prepravy

pri plánovaní trasy a orientácii v cudzom prostredí

pri ohrození posádky počas prepravy

Využitie GDNS pre železničného dopravcu

pri sledovaní železničného dopravného prostriedku,

zabezpečenia zásielky pred odcudzením,

dokladovanie neporušenosti zásielky počas prepravy,