Fábián Levente: A GNSS "homályos" fele

Kütyü magazin, 2009. február 28. 12:15
A GNSS fogalma nem szorul magyarázatra ezen portál olvasói körében. A téma iránt érdeklődők ismerik a nevesebb tagjait, úgymint a Navstar, a GLONASS, a Galileo, a WAAS és EGNOS rendszereket. Na de azt kevesebben tudják, hogy ez csak a GNSS kisebb része. Az imént említetteken kívül még számos más rendszer létezik, amelyeket gyengébb sajtó visszhang övez.

Ebben a cikkben arra teszek kísérletet, hogy a GNSS kevésbé ismert részét bemutassam az érdeklődők számára. Természetesen megkerülhetetlen az imént említett ismertebb rendszerek pár mondatos jellemzése, de a hangsúlyt igyekszem a GNSS homályosabb részére fektetni. A cikkem alapjául az ELTE térképész szakán írt diplomamunkám szolgál, amely részletesebb áttekintést nyújt az itt ecsetelt rendszerekről, ezért a pontos hivatkozás lista is ott olvasható.

A GNSS-t szét kell választani alap- és kiegészítő rendszerekre. Először tekintsük át az alap rendszereket.

Kezdjük az elsővel, a Navstar-ral. Mint bizonyára sokan tudják ez volt az első globális helymeghatározó rendszer a navigáció történetében. Helyesebben szólva ez volt az első olyan rendszer, ami szinte állandó elérést biztosított a felhasználóknak és a helymeghatározást másodpercek alatt tette lehetővé. Ugyanis volt egy elődje a Transit vagy NNSS, ami szintén az Amerikai Hadsereg nevéhez fűződik, de ez a rendszer csak óránként tette lehetővé a helymeghatározást, és maga a folyamat nagyjából 15-20 percig tartott. További hátránya, hogy nem volt képes magasság meghatározására. Szóval nem volt túl praktikus katonai célokra.

Visszatérve a Navstarhoz, fő jellemzői ismertek, mint a 6 pályasík, pályasíkonként minimum 4 műhold (ma összesen 31), a 20200 km-es keringési magasság és a 11 óra 58 perces keringési idő. A jelsugárzás is említésre méltó tulajdonság, amely az L1-es (1575,2 MHz), az L2-es (1227,6 MHz), az L3-as (1381,05 MHz), az L4-es (1379,913 MHz) és az L5-ös (1176,45 MHz) sávon történik. Feltett szándékom volt, hogy ilyen száraz adatokkal nem fárasztom olvasóimat, de cikkem későbbi részénél, a táblázatban látni fogják az értelmét. A földi és a felhasználói szegmenst nem részletezem, mert számos cikk ecsetelte már ezek felépítését. Az alaprendszerek sorában a következő a GLONASS.

A GLONASS nem más, mint a Szovjet válasz a Navstar létrejöttére. A Szovjetunió felbomlása után természetesen Oroszország tartja karban és fejleszti. Adódnak apróbb eltérések az előző rendszerhez képest, de a mérési elv megegyezik. Ezt a rendszert 3 pályasíkon üzemelő, pályasíkonként 8 holddal valamint plusz 1-1 tartalék szatellittel kívánták megvalósítani. A terv sikerrel zárult a kilencvenes évek közepén (95-96), de a műholdak alacsony élettartama miatt a rendszer jelenleg nem teljes konstellációban üzemel. Mindössze 18 aktív és 2 karbantartás alatt lévő hold alkotja a GLONASS űrszegmensét. Az orosz műholdak ~19130 km-en keringenek, keringési idejük 11 óra 15 perc. A jelsugárzás jelen pillanatban az L1-es és az L2-es sávon történik. 2009-ben már lesznek műholdak, amelyek az L3-as sávot használják. A következő alaprendszer sajnos még igen foghíjas, ez nem más, mint a Galileo.

A Galileo-t az Európai Unió kezdte fejleszteni Kínával közösen, de gazdasági nézeteltérések miatt Kína kilépett a fejlesztésből és saját rendszernek kezdett neki, de ezt majd kicsit később. Jelenleg csak 2 műholddal üzemel a Galileo, a tervezett 3 pályasíkon pályasíkonként 9+1 helyett. Ezek a holdak megközelítőleg 23222 km-en keringenek és 14 óra 4 perc alatt kerülik meg a földet. A jelsugárzás a Galileo esetében kissé bonyolultabb.

Az egyik hullámsáv az E2-L1-E1 (1559-1591 MHz), a másik az E5-ös sáv, ami két részre oszlik, E5a-ra és E5b-re amelyek az 1164-1215 MHz-es hullámsávot ölelik fel. További jelsugárzás történik az E6-os (1260-1300 MHz) sávon. A teljes konstellációt eredetileg 2012-re ígérték, de azt kell mondjam, hogy ez hiú ábránd, sajnos a végső dátumot még csak megbecsülni is nehéz. Az imént említettem, hogy a Galileot eredetileg az EU és Kína közösen fejlesztette, de nézeteltérésük miatt Kína saját rendszer mellett döntött, melynek a Compass nevet adta.

Természetesen a Compass esetében is volt előzmény, túl az EU-Kína konfliktuson, mégpedig a BeiDou-1 fejlesztése, amely három geostacionárius vagy egyszerűbben szólva geoszinkron* műholddal üzemel. Ezek működési elve eltér a többi rendszertől, de a lényeg, hogy helymeghatározást szolgál. Az imént említett három geoszinkron hold kiegészítő rendszerként is képes lett volna üzemelni, ezért Kína az EU-val közösen belekezdett a Galileo fejlesztésébe. Konfliktusuk miatt mégis saját rendszer mellett döntött, melyre 2006 júliusában frekvencia engedélyt kért a Nemzetközi Távközlési Egyesüléstől (ITU), 36 műhold számára. Miután a jóváhagyást megkapta, Kína 2006. október végén bejelentette saját műholdas navigációs rendszerének fejlesztését, mely 30 orbitális** és 5 geoszinkron holddal üzemel majd. Vagyis Kína mindjárt egy alap- és egy kiegészítő rendszert fog működtetni Bei-Dou-2 vagy ismertebb nevén Compass néven.

A már említett három műholdat megtoldották további kettővel, melyek közül egyet közepes orbitális pályára állítottak 21500 km-es magasságban. Ezzel Kína bizonyította komolyan gondolja a globális rendszer kiépítését. Sajnos az öt műholdból csak négy üzemel. Kína zárkózottsága miatt az információkat nehéz volt össze gyűjteni és a pontos adatok nem is ismertek. Annyi bizonyos, hogy a civil alkalmazása a rendszernek önmagában 10 m-es horizontális pontosságot tesz lehetővé. Valamint katonai és kereskedelmi alkalmazása is létezik. A Stanford Egyetem kutatói megvizsgálták*** az orbitális pályán lévő hold jeleit és a következőre jutottak: A jelsugárzás három jelsávon történik: E2 (1561 MHz), E5b (1207 MHz), és E6 (1268 MHz), melyek átfedik a Navstar műholdak jeleit, vagyis a két rendszer kompatibilis egymással.

Ezzel véget ért az alaprendszerek sora, de mielőtt górcső alá vennénk a kiegészítő rendszereket szólnom kell az iménti alaprendszerek kompatibilitásáról, mely számunkra talán a leglényegesebb tulajdonságuk. A GNSS-ek fejlesztői több ízben tárgyaló asztalhoz ültek, hogy a rendszereik közötti átjárhatóságot lehetővé tegyék. Céljuk, hogy egyetlen vevővel lehetséges legyen az összes rendszer jeleinek vétele. Ezért a sávszélességeket úgy állapították meg, hogy átfedjék egymást, melyet ezzel táblázattal demonstrálok:



A most következő kiegészítő rendszerek csoportja fog a legtöbb újdonsággal szolgálni ezért tárgyalom részletesebben. Mielőtt megvizsgálnám ezeket a rendszereket, ki kell emeljem, hogy itt csak az SBAS (Satellite Based Augmentation Systems – Műhold Alapú Kiegészítő Rendszerek) csoport tagjairól lesz szó. Azt azonban jó ha tudjuk, hogy léteznek GBAS (Ground Based Augmentation Systems – Földi Telepítésű Kiegészítő Rendszerek) típusú segéd rendszerek is.

Az SBAS rendszereket két nagy csoportba sorolhatjuk: térítést igénylő és ingyenes rendszerek. A térítést igénylők közé tartozik az OmniStar a StarFire és az MSAS, de mivel ezek a precíziós közlekedésben és a geodéziában jelentősek, ezért ezeket nem taglalom. Számunkra egyszerű felhasználók számára, az ingyenesen elérhető rendszerek a jelentősek. A pontos feladatuk azért még tisztázásra szorul. Minden kiegészítő rendszernek két alapvető feladata van: a navigációs holdak jeleinek pontosítása és a rendszert használók tájékoztatása a jelek megbízhatóságáról. Feladatuk tisztázása után nézzük a SBAS-eket egyesével. Az egyik legismertebb a WAAS.

A folytatásban a WAAS-ról lesz szó bővebben.

Kapcsolódó cikkek: