Navegação por satélite
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Classificação
Os sistemas GNSS que fornecem maior precisão e monitoramento de integridade utilizáveis para navegação civil são classificados da seguinte forma:
GNSS-1 is the first generation system and is the combination of existing satellite navigation systems (GPS and GLONASS), with Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) or Ground Based Augmentation Systems (GBAS). In the United States, the satellite based component is the Wide Area Augmentation System (WAAS), in Europe it is the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), and in Japan it is the Multi-Functional Satellite Augmentation System (MSAS). Ground based augmentation is provided by systems like the Local Area Augmentation System (LAAS).GNSS-2 is the second generation of systems that independently provides a full civilian satellite navigation system, exemplified by the European Galileo positioning system. These systems will provide the accuracy and integrity monitoring necessary for civil navigation; including aircraft. Initially, this system consisted of only Upper L Band frequency sets (L1 for GPS, E1 for Galileo, G1 for GLONASS). In recent years, GNSS systems have begun activating Lower L-Band frequency sets (L2 and L5 for GPS, E5a and E5b for Galileo, G3 for GLONASS) for civilian use; they feature higher aggregate accuracy and fewer problems with signal reflection. As of late 2018, a few consumer grade GNSS devices are being sold that leverage both, and are typically called "Dual band GNSS" or "Dual band GPS" devices.Por seus papéis no sistema de navegação, os sistemas podem ser classificados como:
Core Satellite navigation systems, currently GPS (United States), GLONASS (Russian Federation), Beidou (China) and Galileo (European Union).Global Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) such as OmniSTAR and StarFire.Regional SBAS including WAAS (US), EGNOS (EU), MSAS (Japan), GAGAN (India), SDCM (Russia).Regional Satellite Navigation Systems such as India's NAVIC, and Japan's QZSS.Continental scale Ground Based Augmentation Systems (GBAS) for example the Australian GRAS and the joint US Coast Guard, Canadian Coast Guard, US Army Corps of Engineers and US Department of Transportation National Differential GPS (DGPS) service.Regional scale GBAS such as CORS networks.Local GBAS typified by a single GPS reference station operating Real Time Kinematic (RTK) corrections.Como muitos dos sistemas GNSS globais (e sistemas de aumento) usam frequências e sinais semelhantes em torno de L1, muitos receptores "multi-Gnss" capazes de usar vários sistemas foram produzidos. Enquanto alguns sistemas se esforçam para interoperar com o GPS o melhor possível, fornecendo o mesmo relógio, outros não.
História
A navegação por rádio baseada no solo tem décadas de idade. Os sistemas Decca, Loran, Gee e Omega usaram transmissores de rádio de ondas longas terrestres que transmitiam um pulso de rádio de um local conhecido "mestre", seguido por um pulso repetido de várias estações "escravos". O atraso entre a recepção do sinal principal e os sinais de escravo permitiu ao receptor deduzir a distância a cada um dos escravos, fornecendo uma correção.
O primeiro sistema de navegação por satélite foi o Transit, um sistema implantado pelas forças armadas dos EUA na década de 1960. A operação do Transit foi baseada no efeito Doppler: os satélites percorreram caminhos conhecidos e transmitem seus sinais em uma conhecida frequência de rádio. A frequência recebida diferirá ligeiramente da frequência de transmissão devido ao movimento do satélite em relação ao receptor. Ao monitorar essa mudança de frequência em um curto intervalo de tempo, o receptor pode determinar sua localização para um lado ou outro do satélite, e várias dessas medidas combinadas com um conhecimento preciso da órbita do satélite podem consertar uma posição específica. Os erros de posição orbital satélite são causados por refração por onda de rádio, mudanças no campo da gravidade (como o campo gravitacional da Terra não é uniforme) e outros fenômenos. Uma equipe, liderada pelo júri de Harold L da Divisão Aeroespacial da Pan Am na Flórida de 1970-1973, encontrou soluções e/ou correções para muitas fontes de erro. [Citação necessária] Usando dados em tempo real e estimativa recursiva, os erros sistemáticos e residuais foram reduzido até a precisão suficiente para a navegação.
Princípios
Parte da transmissão de um satélite em órbita inclui seus dados orbitais precisos. Originalmente, o Observatório Naval dos EUA (USNO) observou continuamente as órbitas precisas desses satélites. Como a órbita de satélite desviada, o USNO enviou as informações atualizadas ao satélite. As transmissões subsequentes de um satélite atualizado conteriam seus ephemeris mais recentes.
Os sistemas modernos são mais diretos. O satélite transmite um sinal que contém dados orbitais (a partir da qual a posição do satélite pode ser calculada) e o tempo preciso em que o sinal foi transmitido. Os dados orbitais incluem um almanaque difícil para todos os satélites para ajudá -los a encontrá -los e um ephemeris preciso para esse satélite. O ephemeris orbital é transmitido em uma mensagem de dados sobreposta a um código que serve como uma referência de tempo. O satélite usa um relógio atômico para manter a sincronização de todos os satélites na constelação. O receptor compara o tempo de transmissão codificado na transmissão de três satélites (no nível do mar) ou quatro (o que permite um cálculo de altitude) diferentes satélites, medindo o tempo de voo em cada satélite. Várias dessas medições podem ser feitas ao mesmo tempo para diferentes satélites, permitindo que uma correção contínua seja gerada em tempo real usando uma versão adaptada do trilateamento: consulte o cálculo de posicionamento do GNSS para obter detalhes.
Cada medição de distância, independentemente do sistema usado, coloca o receptor em uma concha esférica à distância medida da emissora. Ao fazer várias medidas e depois procurar um ponto em que se encontrem, uma correção é gerada. No entanto, no caso de receptores em movimento rápido, a posição do sinal se move à medida que os sinais são recebidos de vários satélites. Além disso, os sinais de rádio diminuem levemente à medida que passam pela ionosfera, e essa desaceleração varia com o ângulo do receptor ao satélite, porque isso muda a distância através da ionosfera. A computação básica tenta, portanto, encontrar a linha mais curta direcionada tangente a quatro conchas esféricas oblatas centradas em quatro satélites. Os receptores de navegação por satélite reduzem os erros usando combinações de sinais de vários satélites e vários correladores e, em seguida, usando técnicas como a filtragem de Kalman para combinar os dados barulhentos, parciais e constantemente alterados para uma única estimativa para posição, tempo e velocidade.
A teoria da relatividade geral de Einstein é aplicada à correção do tempo do GPS, o resultado líquido é que o tempo em um relógio de satélite GPS avança mais rapidamente do que um relógio no chão em cerca de 38 microssegundos por dia.
Formulários
A motivação original para a navegação por satélite era para aplicações militares. A navegação por satélite permite a precisão na entrega de armas aos alvos, aumentando bastante sua letalidade enquanto reduz as baixas inadvertidas de armas dirigidas incorretamente. (Veja bomba guiada). A navegação por satélite também permite que as forças sejam direcionadas e localizem -se com mais facilidade, reduzindo a névoa da guerra.
Agora, um sistema de satélite global de navegação, como Galileo, é usado para determinar a localização dos usuários e a localização de outras pessoas ou objetos a qualquer momento. A gama de aplicação de navegação por satélite no futuro é enorme, incluindo setores públicos e privados em vários segmentos de mercado, como ciência, transporte, agricultura etc.
A capacidade de fornecer sinais de navegação por satélite também é a capacidade de negar sua disponibilidade. O operador de um sistema de navegação por satélite potencialmente tem a capacidade de degradar ou eliminar os serviços de navegação por satélite sobre qualquer território que desejar.
Sistemas de satélite global de navegação
Em ordem do primeiro ano de lançamento:
GPS
Primeiro ano de lançamento: 1978
O Sistema de Posicionamento Global dos Estados Unidos (GPS) consiste em até 32 satélites médios da órbita terrestre em seis planos orbitais diferentes. O número exato de satélites varia à medida que os satélites mais antigos são aposentados e substituídos. Operacional desde 1978 e disponível globalmente desde 1994, o GPS é o sistema de navegação por satélite mais utilizado do mundo.
GLONASS
Primeiro ano de lançamento: 1982
O anteriormente soviético, e agora russo, global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, (sistema global de satélite de navegação ou Glonass), é um sistema de navegação por satélite baseado no espaço que fornece um serviço de radiovigação de radionários civil e também é usado pelas forças de defesa aeroespacia russa russa . Glonass possui cobertura global completa desde 1995 e com 24 satélites.
Beidou
Primeiro ano de lançamento: 2000
Beidou começou como o agora declarado Beidou-1, uma rede local da Ásia-Pacífico nas órbitas geoestacionárias. A segunda geração do sistema que o BEIDOU-2 tornou-se operacional na China em dezembro de 2011. O sistema Beidou-3 é proposto para consistir em 30 satélites MEO e cinco satélites geoestacionários (IGSO). Uma versão regional de 16 satélites (cobrindo Ásia e área do Pacífico) foi concluída em dezembro de 2012. O Serviço Global foi concluído em dezembro de 2018. Em 23 de junho de 2020, a implantação da constelação do BDS-3 está totalmente concluída após o lançamento do último satélite no Satellite no lançamento no Centro de lançamento do Satélite Xichang.
Galileu
Primeiro ano de lançamento: 2011
A União Europeia e a Agência Espacial Europeia concordaram em março de 2002 para introduzir sua própria alternativa ao GPS, chamado Sistema de Posicionamento Galileu. Galileu tornou -se operacional em 15 de dezembro de 2016 (Capacidade operacional global, EOC). Com um custo estimado de € 10 bilhões, o sistema de 30 satélites MEO estava originalmente programado para estar em operação em 2010. O ano original para se tornar operacional foi 2014. O primeiro satélite experimental foi lançado em 28 de dezembro de 2005. Espera -se que Galileo seja compatível com o sistema GPS modernizado. Os receptores poderão combinar os sinais dos satélites Galileu e GPS para aumentar bastante a precisão. A constelação completa do Galileo consiste em 24 satélites ativos, o último do que foi lançado em dezembro de 2021. A principal modulação usada no sinal de serviço aberto de Galileo é a modulação do transportador de composto de composto (CBOC).
Sistemas de satélite de navegação regional
Navic
A navegação navica ou a constelação indiana é um sistema de navegação por satélite regional autônomo desenvolvido pela Indian Space Research Organization (ISRO). O governo aprovou o projeto em maio de 2006 e consiste em uma constelação de 7 satélites de navegação. 3 dos satélites são colocados na órbita geoestacionária (GEO) e os 4 restantes na órbita geossíncrona (GSO) para ter uma pegada de sinal maior e menor número de satélites para mapear a região. Destina-se a fornecer uma precisão de posição absoluta para qualquer clima de melhor que 7,6 metros (25 pés) em toda a Índia e dentro de uma região que se estende aproximadamente 1.500 km (930 mi) ao seu redor. Uma área de serviço estendida fica entre a área de serviço primário e uma área de retângulo cercada pelo 30º paralela ao sul ao 50º paralelo ao norte e ao 30º Meridian East até o 130º Meridian East, 1.500-6.000 km além das fronteiras. Um objetivo de controle completo indiano foi declarado, com o segmento espacial, o segmento de terra e os receptores de usuários sendo construídos na Índia.
A constelação estava em órbita a partir de 2018 e o sistema estava disponível para uso público no início de 2018. O NAVIC fornece dois níveis de serviço, o "Serviço de Posicionamento Padrão", que será aberto para uso civil e um "serviço restrito" ( um criptografado) para usuários autorizados (incluindo militares). Existem planos para expandir o sistema NAVIC aumentando o tamanho da constelação de 7 para 11.
Qzss
O sistema de satélite quase-zenith (QZSS) é um sistema de transferência de tempo regional de quatro satélites e aprimoramento do GPS que cobre o Japão e as regiões da Ásia-Oceania. Os serviços QZSS estavam disponíveis em uma base de julgamento a partir de 12 de janeiro de 2018 e foram iniciados em novembro de 2018. O primeiro satélite foi lançado em setembro de 2010. Um sistema independente de navegação por satélite (do GPS) com 7 satélites está planejado para 2023.
Comparação de sistemas
SystemBeiDouGalileoGLONASSGPSNavICQZSSOwnerChinaEuropean UnionRussiaUnited StatesIndiaJapanCoverageGlobalGlobalGlobalGlobalRegionalRegionalCodingCDMACDMAFDMA & CDMACDMACDMACDMAAltitude21,150 km (13,140 mi)23,222 km (14,429 mi)19,130 km (11,890 mi)20,180 km (12,540 mi)36,000 km (22,000 mi)32,600 km (20,300 mi) –39,000 km (24,000 mi) Period12.63 h (12 h 38 min)14.08 h (14 h 5 min)11.26 h (11 h 16 min)11.97 h (11 h 58 min)23.93 h (23 h 56 min)23.93 h (23 h 56 min)Rev./S. day17/9 (1.888...)17/10 (1.7)17/8 (2.125)211SatellitesBeiDou-3: 28 operational (24 MEO, 3 IGSO, 1 GSO) 5 in orbit validation 2 GSO planned 20H1BeiDou-2: 15 operational 1 in commissioningBy design:27 operacionais + 3 peças de reposição
Atualmente:
26 em Orbit24 Operacional
2 inativo6 a ser lançado
24 by design24 operational1 commissioning1 in flight tests 24 by design30 operational 8 operational(3 GEO, 5 GSO MEO)4 operational (3 GSO, 1 GEO)7 in the futureFrequency1.561098 GHz (B1)1.589742 GHz (B1-2)1.20714 GHz (B2)1.26852 GHz (B3)1.559–1.592 GHz (E1)1.164–1.215 GHz (E5A/B) 1.260–1,300 GHz (E6)
1.593–1.610 GHz (G1)1.237–1.254 GHz (G2)1.189-1.214 GHz (G3)
1.563–1.587 GHz (L1)1.215–1.2396 GHz (L2)1.164-1.189 GHz (L5)
1.17645 GHz(L5)2.492028 GHz (S)1.57542 GHz (L1C/A,L1C,L1S)1.22760 GHz (L2C)1.17645 GHz (L5,L5S)1.27875 GHz (L6) StatusOperational Operating since 20162020 completion OperationalOperationalOperationalOperationalAccuracy3.6 m or 12 ft (public)0.1 m or 3.9 in (encrypted)1 m or 3 ft 3 in (public)0.01 m or 0.39 in (encrypted)2–4 m or 6 ft 7 in – 13 ft 1 in0.3–5 m or 1 ft 0 in – 16 ft 5 in (no DGPS or WAAS)1 m or 3 ft 3 in (public)0.1 m or 3.9 in (encrypted)1 m or 3 ft 3 in (public)0.1 m or 3.9 in (encrypted)SystemBeiDouGalileoGLONASSGPSNavICQZSSFontes:
O uso de vários sistemas GNSS para o posicionamento do usuário aumenta o número de satélites visíveis, melhora o posicionamento preciso do ponto (PPP) e reduz o tempo médio de convergência. O erro de variação do sinal no espaço (SISRE) em novembro de 2019 foi de 1,6 cm para Galileo, 2,3 cm para GPS, 5,2 cm para Glonass e 5,5 cm para Beidou ao usar correções em tempo real para órbitas e relógios de satélite.
Aumento
O aumento do GNSS é um método de melhorar os atributos de um sistema de navegação, como precisão, confiabilidade e disponibilidade, através da integração de informações externas no processo de cálculo, por exemplo, o sistema de aumento da área ampla, o serviço de sobreposição de navegação geoestacionária europeia, o Multi -Funcional sistema de aumento de satélite, GPS diferencial, navegação geográfica auxiliada por GPS (GAGAN) e sistemas de navegação inercial.
Técnicas relacionadas
Doris
O Orbitografia do Doppler e a posicionamento de rádio integrados pelo Satellite (DORIS) é um sistema de navegação de precisão francês. Ao contrário de outros sistemas GNSS, ele é baseado em estações estáticas em emissor em todo o mundo, sendo os receptores nos satélites, a fim de determinar com precisão sua posição orbital. O sistema também pode ser usado para receptores móveis em terra com uso e cobertura mais limitados. Usado com sistemas GNSS tradicionais, ele aumenta a precisão das posições para a precisão centimétrica (e para a precisão milimétrica para aplicação altimétrica e também permite monitorar mudanças sazonais muito pequenas de rotação e deformações da terra), a fim de construir um sistema de referência geodésica geodésica muito mais precisa.
Satélites Leo
As duas redes telefônicas operacionais operacionais de baixa órbita terrestre (LEO) podem rastrear unidades transceptoras com precisão de alguns quilômetros usando cálculos de mudança de doppler do satélite. As coordenadas são enviadas de volta à unidade do transceptor, onde podem ser lidas usando comandos AT ou uma interface gráfica do usuário. Isso também pode ser usado pelo gateway para impor restrições aos planos de chamadas geograficamente ligadas.
Regulamentação internacional
A União Internacional de Telecomunicações (ITU) define um Serviço de Satélite de Radionavigação (RNSS) como "um serviço de radiodeterminação-satélite usado para fins de raionAvigação. Este serviço também pode incluir links alimentadores necessários para sua operação".
O RNSS é considerado um serviço de segurança da vida e uma parte essencial da navegação que deve ser protegida das interferências.
Classificação
Os regulamentos de rádio da ITU (Artigo 1) classificam os serviços de radiocomunicações como:
Radiodetermination service (article 1.40)Radiodetermination-satellite service (article 1.41)Radionavigation service (article 1.42)Radionavigation-satellite service (article 1.43)Maritime radionavigation service (article 1.44)Maritime radionavigation-satellite service (article 1.45)Aeronautical radionavigation service (article 1.46)Aeronautical radionavigation-satellite service (article 1.47)Examples of RNSS useAugmentation system GNSS augmentationAutomatic Dependent Surveillance–BroadcastBeiDou Navigation Satellite System (BDS)GALILEO, European GNSSGlobal Positioning System (GPS), with Differential GPS (DGPS)GLONASSNAVICQuasi-Zenith Satellite System (QZSS)Alocação de frequência
A alocação de frequências de rádio é fornecida de acordo com o artigo 5 dos regulamentos de rádio da UTU (Edição 2012).
Para melhorar a harmonização na utilização do espectro, a maioria das alocações de serviços é incorporada nas tabelas nacionais de alocações e utilizações de frequência dentro da responsabilidade da administração nacional apropriada. As alocações são:
primary: indicated by writing in capital letterssecondary: indicated by small lettersexclusive or shared utilization: within the responsibility of administrations.Allocation to servicesRegion 1 Region 2 Region 3 5 000–5 010 MHzAERONAUTICAL MOBILE-SATELLITE (R) AERONAUTICAL RADIONAVIGATION RADIONAVIGATION-SATELLITE (Earth-to-space)Veja também
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