Aby zrozumieć GNSS (Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej), warto najpierw zrozumieć związek między GNSS i GPS. Najlepszym sposobem na podsumowanie tej koncepcji jest to, że Globalny System Pozycjonowania (GPS) jest tylko jedną wspierającą częścią sieci GNSS. Podczas gdy GPS jest bardzo ważny dla GNSS, istnieją cztery inne konstelacje, które składają się na cały system GNSS. Jedną z głównych funkcji posiadania wielu systemów (konstelacji) jest zapewnienie większego bezpieczeństwa na wypadek, gdyby jedna konstelacja stała się zawodna lub nie mogła działać w określonych warunkach.
Pięć konstelacji GNSS zostało opracowanych odpowiednio przez poszczególne rządy i UE:
- USA - (GPS)
- QZSS (Japonia)
- BEIDOU (Chiny)
- GALILEO (UE)
- GLONASS (Rosja)
1. GPS
GPS był pierwszym systemem GNSS, który został uruchomiony w 1978 roku i stał się w pełni dostępny do użytku globalnego w 1994 roku. GPS został wprowadzony jako niezależny wojskowy system nawigacji po tym, jak Departament Obrony Stanów Zjednoczonych zdał sobie sprawę z potencjalnej wartości tej technologii. System został celowo stworzony, aby zapewnić wysoką dokładność i wysokie bezpieczeństwo przed hałasem i zakłóceniami ze strony wrogów wojennych. GPS został po raz pierwszy upubliczniony na mocy zarządzenia Reagana z 1983 roku.
GPS działa w części widma radiowego między 1 a 2 GHz, określanej jako pasmo L. Zostało ono wybrane z następujących głównych powodów:
- Niższe częstotliwości mają większe opóźnienie jonosferyczne
- Konstrukcję anteny można uprościć
- Wpływ pogody na propagację sygnału GPS zostałby zminimalizowany
Pomimo tego, że GPS był pierwszym systemem GNSS, do dziś jest najdokładniejszym systemem nawigacyjnym na świecie. Najnowsze satelity GPS wykorzystują zegary rubidowe i są zsynchronizowane z naziemnymi zegarami cezowymi, co zapewnia jeszcze większą dokładność.
2. QZSS
QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) to japoński regionalny system satelitarny, który jest czasami określany jako "japoński GPS".
QZSS wykorzystuje jedną orbitę geostacjonarną i trzy w QZO, które charakteryzują się orbitą w kształcie ósemki z asymetrią północ-południe.
System pomiaru czasu QZSS pierwszej generacji (TKS) będzie oparty na zegarach rubidowych i będzie zawierał podstawowy prototyp eksperymentalnego systemu synchronizacji zegara kryształowego. Technologia TKS (Time Keeping System) to nowy system, który nie wymaga pokładowych zegarów atomowych i jest już używany przez systemy nawigacji satelitarnej, w tym GPS, GLONASS i Galileo. Pozwala to systemowi działać optymalnie, gdy satelity są w bezpośrednim kontakcie ze stacją naziemną, co czyni go doskonałym rozwiązaniem dla konstelacji QZSS.
QZSS jest kompatybilny z GPS, co jest ważną cechą zapewniającą wystarczającą liczbę satelitów do stabilnego i precyzyjnego pozycjonowania.
3. BeiDou
BEIDOU to chiński system nawigacji satelitarnej, który składa się z trzech oddzielnych konstelacji satelitów: BeiDou-1 i BeiDou-2 oraz BeiDou-3.
BeiDou-1
Eksperymentalny system nawigacji satelitarnej BeiDou (BeiDou-1) został zbudowany w 2000 roku przy użyciu tylko trzech satelitów o ograniczonych możliwościach nawigacji i zasięgu. Był on używany głównie w Chinach i bliskich sąsiednich regionach i został zakończony pod koniec 2012 roku.
BeiDou-2
BeiDou-2 (COMPASS) to druga iteracja systemu, który zaczął działać w grudniu 2011 roku z częściowym wykorzystaniem 10 satelitów. System obsługuje klientów w regionie Azji i Pacyfiku od 2012 roku.
BeiDou-3
System trzeciej generacji o nazwie BeiDou-3 został uruchomiony w 2015 roku w celu zapewnienia globalnego zasięgu. Wdrożenie zostało zakończone w 2020 r., co umożliwiło korzystanie z transpondera poszukiwawczo-ratowniczego w systemie.
4. Galileusz
GALILEO to europejski system GNSS zaprojektowany tak, aby był kompatybilny z GPS i GLONASS i rozpoczął świadczenie usług w grudniu 2016 roku.
Odbiorniki systemu wykorzystują "system referencyjny GALILEO" do śledzenia pozycji satelity poprzez wdrożenie zasad triangulacji.
W sumie system Galileo składa się z trzech głównych części: kosmicznej, naziemnej i użytkownika.
- Segment kosmiczny działa w celu generowania i przesyłania sygnałów kodu i fazy nośnej w strukturze sygnału Galileo. Przechowuje również i retransmituje dane nawigacyjne wysyłane przez segment naziemny.
- Segment naziemny kontroluje całą konstelację, w tym usługi nawigacji i rozpowszechniania. Główne części segmentu naziemnego to:
- Dwa centra kontroli naziemnej (GCC)
- Sieć telemetryczna
- Stacje śledzenia i kontroli (TT&C)
- Sieć stacji ULS (Mission Uplink Stations)
- Sieć stacji czujników Galileo (GSS)
- Segment użytkownika składa się z odbiorników Galileo, których głównym celem jest śledzenie współrzędnych konstelacji satelitów i świadczenie usług pomiaru czasu. W tym celu odbierają sygnały Galileo, mierzą pseudoodległość i uzupełniają równania nawigacyjne.
5. GLONASS
GLONASS to rosyjska wersja GPS, której rozwój rozpoczął się w 1976 roku w Związku Radzieckim. Od momentu powstania powstało łącznie 5 wersji:
- GLONASS (1982)
- GLONASS-M (2003)
- GLONASS-K (2011)
- GLONASS-K2 (2015)
- GLONASS-KM (2025 - obecnie w fazie badań)
Assisted GLONASS (A-GLONASS) ma te same podstawowe funkcje z większą liczbą funkcji specjalnie dla smartfonów. Nawigacja "zakręt po zakręcie" i dane o ruchu drogowym w czasie rzeczywistym to przykłady dodatkowych funkcji dostępnych dzięki A-GLONASS, które w znacznym stopniu opierają się na wieżach komórkowych w celu szybkiego i precyzyjnego śledzenia lokalizacji .
Co odróżnia GLONASS od GPS GNSS?
Amerykańska sieć GPS wykorzystuje 31 satelitów, podczas gdy GLONASS ma ich 24. Amerykański system GPS jest nieco dokładniejszy niż GLONASS i działa na niższej częstotliwości. Oznacza to, że GPS zapewnia użytkownikom silniejszą sieć i nie ma większych ustępstw w stosunku do GLONASS. Ze względu na większą siłę sieci, GLONASS jest zwykle używany jako kopia zapasowa GPS w przypadku utraty sygnału.