SATELITI ZA NAVIGACIJU UVOD Početkom sedamdesetih godina, američka je vojska počela tražiti rješenja za uspostavu novog navigacijskog sustava. GLOBALNI POZICIJSKI SUSTAV (GPS) zamišljen je kao sustav kojim se određuje udaljenost od poznatih pozicija satelita do položaja točke na kopnu, moru, u zraku, te u svemirskom prostoru bliskom Zemlji. Primarni cilj GPS-a je primjena za vojne svrhe, ali je dozvoljena i njegova civilna upotreba. Korištenje navigacijskih sustava u geodeziji u Hrvatskoj je započelo prije nekoliko godina. Naši geodeti, korisnici satelitskih signala, malo razmišljaju o tome kako cjelokupni sustav funkcionira, od čega se sastoji i čiji su sateliti koji odašilju signale. Međutim, osobito oni koji koriste RTK metodu određivanja koordinata točaka, ponekad dođu u situaciju kada njihov uređaj ne može odrediti njihovu poziciju. U gradskim i šumskim područjima, u doba proljetne i ljetne vegetacije, gdje je opstrukcija satelitskih signala velika, uređaji koji primaju samo signale s američkog sustava satelita (GPS) često imaju problema zbog toga što mogu iskoristiti signale s malog broja satelita. Poznato je da je broj satelita, odnosno primljenih signala sa što većeg broja satelita, presudan faktor kod određivanja točne pozicije (što više iskoristivih satelita - bolja točnost). Specifičnosti geodetske struke, koja od navigacijskog uređaja zahtijeva visoku točnost, bez obzira na teškoće u konfiguraciji terena i opstrukcije signala, dovela je do razmišljanja da se iskoriste i satelitski sustavi drugih zemalja koje su također ušle u utrku za svemirski prostor. Jedna od takvih zemalja je Rusija. Ubrzo nakon pojavljivanja američkih GPS satelita odgovorila je vlastitim sustavom satelita. Sustav je
poznat pod imenom GLONASS (GLObal Navigation Satellite System). To je navigacijski sustav koji također omogućava neograničen broj korisnika prilikom određivanja 3D položaja, neovisno o vremenskim uvjetima. Nedugo nakon ruskog ulaska u satelitsku navigacijsku arenu, razvijena je opcija za primanje signala s oba sustava (GPS i GLONASS).
Sredinom devedesetih, na tržištu su se pojavili prvi uređaji s mogućnosti primanja dvostruke konstelacije. Bili su to jednofrekvencijski uređaji koji su primali i GPS i GLONASS signale. Mnogo toga se dogodilo od tada. Razmotrimo kako je tekao razvoj GLONASS sustava i prednosti korištenja oba sustava.
POVIJEST GLONASS SUSTAVA I USPOREDBE Razvoj GLONASS sustava započeo je još u doba bivšeg SSSR-a. GLONASS sustav je vrlo sličan GPS sustavu; može se reći da ima više sličnosti nego razlika. Pogledajmo tablicu 1:
Broj satelita
GLONASS
GPS
24 (planirano)
30 (do 07.09.2004.)
3
6
Broj orbitalnih ravnina Kut nagiba ravnine
64.8 stupnjeva
55 stupnjeva
Orbitalna visina
19,130 km
20,180 km
Period revolucije
11 sati 15 minuta
11 sati 58 minuta
Mjesto lansiranja
Baikonur Cosmodrome, Kazakhstan
Cape Canaveral, Fla.
Lansirna raketa
Proton K/Dm-2
Delta II
Datum prvog lansiranja
02.10.1982.
22.02.1978.
Broj raketa/lansiranju
3
1
Frekvencije L1
1602.0 – 1614.94 MHz
1575.42 MHz
L2
7/9 L1
60 / 77 L1
Datum
PZ-90
WGS 84
Referentno vrijeme
UTC (Rusija)
UTC
Tablica 1. Osnovne karakteristike GPS i GLONASS sustava Jedna od glavnih razlika između GPS i GLONASS sustava je planirani vijek trajanja satelita. Planirani vijek trajanja za GLONASS satelite, lansirane ranih osamdesetih, bila je jedna do dvije godine. Za razliku od toga, BLOK I GPS satelita, lansiranih između 1978. i 1985. imao je planirani vijek trajanja
7 – 7,5 godina. Pojedini sateliti iz BLOKA II GPS satelita lansiranih između 1989. i 1997. u orbiti su više od deset godina. Posljednji lansirani GLONASS sateliti imaju planirani vijek trajanja od tri godine, a najnoviji GLONASS-M sateliti (u sebi sadrže najmoderniju tehnologiju) imaju planirani vijek trajanja od sedam godina. U budućnosti se planira lansiranje GLONASS-K satelita koji će imati vijek trajanja 10 – 12 godina. Zbog kratkog vijeka trajanja ranijih satelita (lansiranih od 1982. do 1995.), lansirano je ukupno 64 GLONASS satelita od kojih je 6 neuspjelih.
MODERNIZACIJA GLONASS SUSTAVA Mnogo toga se dogodilo s GLONASS sustavom od kada se raspao SSSR. Vlada Ruske Federacije u prošlosti je imala financijskih poteškoća, pa nije uspijevala osigurati sredstva za tekuće održavanje sustava satelita. Proteklih nekoliko godina pruža potpunu podršku programu uz pomoć nekih drugih nacija (Kina). Razvoj GLONASS sustava predviđa se do kraja 2011. godine. Nedavno su lansirana dva nova satelita (GLONASS – M sateliti).
GLONASS-M sateliti sadrže drugi civilni kod (L2C). Novi GLONASS-K sateliti sadržavati će treću civilnu frekvenciju. U tablici 2 prikazan je status GLONASS sustava do srpnja 2004. godine: STATUS GLONASS SUSTAVA GLONASS
ravnina
broj
svemirski broj
794
2402
1/02
789
2381
795
Frekv.
datum lansiranja
datum predstavljanja
04
10-12-2003
02-02-2004
u funkciji
1/03
12
01-12-2001
04-01-2002
u funkciji
2403
1/04
06
10-12-2003
30-01-2004
u funkciji
711
2382
1/05
02
01-12-2001
15-04-2003
u funkciji
701
2404
1/06
787
2375
3/17
05
13-10-2000
04-11-2000
u funkciji
783
2374
3/18
10
13-10-2000
05-01-2001
u funkciji
792
2395
3/21
05
25-12-2002
31-01-2003
u funkciji
791
2394
3/22
10
25-12-2002
10-02-2003
u funkciji
793
2396
3/23
11
25-12-2002
31-01-2003
u funkciji
788
2376
3/24
03
13-10-2000
21-11-2000
u funkciji
kanal
10-12-2003
Tablica 2. Status GLONASS sustava
status
u funkciji
Postojećih 11 satelita su u funkciji, a dva prikazana crvenom bojom su M – tip satelita koji su već u orbiti i odašilju signale. Na čuđenje mnogih, dodavanje drugog civilnog koda (L2C) prvo je napravljeno na GLONASS sustavu, usprkos tome što je ono bilo prvotno planirano na GPS satelitima. Prema najnovijim informacijama 25. prosinca 2004. godine planirano je trostruko lansiranje GLONASS satelita. GLONASS-K sateliti bit će predstavljeni ove godine; planirano je lansiranje šest satelita istovremeno. Grafikon 1 prikazuje razvoj GLONASS orbitalne konstelacije do 2012.god:
Grafikon 1. Razvoj GLONASS konstalacije do 2012. godine
GLONASS PLUS GPS Sredinom devedesetih Dr. Javad Ashjaee osnovao je firmu Ashtech u kojoj je okupio grupu priznatih ruskih znanstvenika. Njihov cilj bio je stvaranje satelitskog uređaja koji bi mogao primati signale s oba sustava satelita. Pokušaj je bio uspješan, tako da je Ashtech predstavio jenofrekvencijski uređaj krajem devedesetih. Nakon toga Dr. Ashjaee napušta Ashtech i osniva firmu Javad Positioning Systems. 2000.–te godine Topcon kupuje Javad Positioning Systems. Tijekom kupovine, Topcon preuzima cijeli moskovski istraživački tim znanstvenika. Topcon je tako osnovao svoj novi tehnološki centar nazvan Topcon ATC (Advanced
Technology Center). Uz obavezu ruske vlade da će dovesti GLONASS konstelaciju u fazu pune operativnosti (24 satelita) i s mogućnosti korištenja budućeg europskog satelitskog sustava Galileo, ova grupa znanstvenika se usredotočila na budući razvoj pozicione tehnologije. Koristeći sve prednosti novih tehnologija, Topcon, kao i ostali proizvođači satelitskih uređaja, planiraju uključiti primanje signala sa svih postojećih i buduće lansiranih satelita. To uključuje praćenje nove GPS L5 frekvencije, civilne frekvencije L2C, treće GLONASS frekvencije i budućih Galileo signala.
GLONASS SIGNALI
Postavlja se pitanje: postoje li uređaji koji primaju samo GLONASS signale. Odgovor je - postoje, ali trenutno nema dovoljno GLONASS satelita da bi takvi uređaji mogli odrediti svoju poziciju. Stvarna prednost GLONASS sustava je u kombiniranju s GPS sustavom., kako bi se dobili dodatni satelitski signali.
Danas korisnici mogu primati signale s oba sustava, s uređajima koje proizvodi Topcon. Takvi uređaji omogućavaju dobivanje signala sa 13 ili više satelita – istovremeno. Na slici 1 je terensko računalo na kojem je vidljiv raspored korištenih satelita: crveno – GLONASS sateliti, plavo – GPS sateliti.
Slika 1. Terensko računalo
Da bi napravili usporedbu uređaja koji prate samo GPS signale i onih koji imaju mogućnost praćenja oba sustava, pogledajmo grafikon 2. Kao što grafikon prikazuje bilo je vidljivo pet GLONASS satelita uz prosječno sedam GPS satelita.
Grafikon 2. Dostupnost satelitskih signala tijekom dana Razmotrimo da li je tih dodatnih pet GLONASS satelita donijelo poboljšanja u određivanju pozicije, odnosno u točnosti određivanja pozicije. Može se uočiti da je kombinirano korištenje GPS+GLONASS signala, komparirano s korištenjem samo GPS signala, rezultiralo je 30 postotnim povećanjem vremena kada je mjerenje moguće napraviti i 60 postotnim povećanjem mjesta (lokacija) gdje je mjerenje uopće moglo biti izvršeno.
Tablica 3. Pokazatelji točnosti Tablica 3. pokazuje da su pokazatelji točnosti (GDOP, PDOP, TDOP, HDOP i VDOP), u vremenu kad su primani signali s GLONASS satelita, bili niži - što je dodatna prednost za precizno pozicioniranje. Dodavanje drugog civilnog koda na GLONASS-M satelite također je veliki plus za ruski sustav. Drugi civilni kod prvo je planiran za GPS Block IIR satelite koji će biti nazvani Block IIR-M sateliti. Međutim zbog zakašnjenja u rasporedu lansiranja to je odgođeno. 22. lipnja 2004. lansiran je novi GPS satelit. Bio je to GPS IIR-12 (SVN60, PRN 23), bez drugog civilnog koda. Lansiranjem tog satelita konstelacija GPS satelita je puna. Za iduće proljeće predviđeno je lansiranje slijedeće generacije GPS satelita ( Block IIR-M ) koji će imati drugi civilni kod (L2C). Ovaj dodatni civilni kod ima mali utjecaj na precizne aplikacije koje se koriste u geodeziji, ali će imati značajan utjecaj na jednofrekvencijske uređaje koji se koriste za GIS. Nova L5 frekvencija planira se dodati postojećim L1 i L2 frekvencijama. Dodavanje L5 frekvencije, što se predviđa nakon 2010. godine, donijeti će dodatne prednosti u jačini signala, a time i dodatnoj točnosti uređaja koji se koriste u preciznim aplikacijama (geodezija, građevina).
PREDNOST KORIŠTENJA VELIKOG BROJA SATELITA
Budući da vlada Ruske Federacije pruža podršku razvoju GLONASS sustava, on je opstao i dalje se unapređuje. Rusko ministarstvo obrane je
odgovorno za nesmetano funkcioniranje GLONASS sustava. Svrha programa modernizacije je napraviti konstelaciju kompatibilnu s GPS i budućim Galileo sustavom. Drugi civilni kod dodan je na GLONASS-M satelite koji su već u orbiti, a treća frekvencija će biti uključena u buduće GLONASS-K satelite. Mogućnost istovremenog lansiranja šest satelita znatno će skratiti period popunjavanja konstelacije GLONASS sustava.
ZAKLJUČAK
Geodeti danas mogu iskoristiti prednost korištenja oba sustava u svom svakodnevnom radu. Ta prednost je naročito vidljiva u dobivanju preciznih rezultata u određivanju pozicije u područjima u kojima je teško primati signale sa satelita (gradska i šumska područja). Dolaskom Galileo sustava satelita precizno određivanje pozicije bit će još više unaprijeđeno i poboljšano. Nestrpljivo čekamo 2008. godinu kada su predviđena lansiranja prvih europskih satelita !!!
Literatura: http://www.topconpositioning.com http://gibs.leipzig.ifag.de James P. Reilly, PhD: A review of the evolution of the Russian GLONASS system