Systémy GNSS

Satelitní navigační systémy je možné dělit podle několika hledisek. Jedním ze základních rozdělení satelitních navigačních systému je na systémy globální (GNSS – Global Navigation Satellite System) a regionální (RNSS – Regional Navigation Satellite System).

V současné době jsou v plné operační dostupnosti (FOC – Full Operational Capability) pouze dva globální satelitní navigační systémy a to americký systém GPS a ruský systém GLONASS. Ve vývoji a tedy pouze ve fázi počáteční operační dostupnosti (IOC – Initial Operational Capability) je společný evropský projekt satelitní navigace Galileo a čínský projekt Compass.

Všechny GNSS se skládají ze třech základních systémových částí:

• kosmický segment

• řídicí segmentu a

• uživatelský segmentu

2.1 Kosmický segment GNSS

Kosmický segment je tvořen konstelaci umělých družic Země, které se pohybují po předem známých oběžných drahách. Konstelace družic kosmického segmentu je dána:

• celkovým počtem družic na orbitech

• počtem orbitální rovin

• počtem slotů v orbitální rovině

• tvarem a výškou orbit

• inklinaci orbit

• orientaci orbit vůči Zemi

• oběžnou dobou družice.

Parametry oběžných drah každé družice jsou popsány v tzv. efemeridách. Na základě efemerid je možné určit polohu družice v definovaném čase.

Družice vysílají směrem k Zemi signály (dále jen signály). Jednotlivé GNSS systémy se liší v tom, kolik družic jejich kosmický segment má, na jakých oběžných drahách jsou družice rozmístěny a na počtu a skladbě signálů, které družice vysílají.

Kosmický segment je vždy navržený tak, aby zajistil co nejlepší pokrytí zemského povrch signály z družic.

Podle nastavených parametrů a instrukci generuje družice řídicího segmentu nosnou vlnu signálu s dálkoměrným kódem pro pilotní signály. Pokud se jedná o tzv. datový signál, je navigační zpráva signálu získáván z paměti družice, do které ji nahrála některá ze specializovaných stanic řídicího segmentu.

2.2 Řídicí segment GNSS

Řídicí segment je tvořen stanicemi, které zajišťuji, provoz celého navigačního systému. Stanice řídicího segmentu všech GNSS musí, plnit obdobné úkolu jako jsou;

• monitorování konstelace družic,

• monitorování signálů družic,

• sestavování navigačních zpráv družic,

• udržovat systémový čas GNSS

• zajišťovat komunikaci s družicemi.

Řídicí segment v neposlední řadě také komunikuje směrem k uživatelskému segmentu, kterému přes různé komunikační kanály, např. email, web sděluje informace o plánovaném stavu kosmického segmentu. Další významnou funkci řídicího segmentu je garantování stanovených standardů a deklarovaných výkonnostních parametrů služeb pro uživatelský segment, ke kterým se zavázal provozovatel GNSS systému.

Řídicí segment se skládá ze sítě pozemních stanic a komunikační infrastruktury.

Stanice řídicího segmentu, které lze rozdělit do několika skupin, podle činnosti, které vykonávají.

• Řídicí stanice (MCS angl. Main Control Station) – je centrální uzel řídicího segmentu, který slouží k plánování provozu systému, plánováni údržby systému a řízení systému. Data získána z ostatních stanic řídicího segmentu jsou odesílané právě do řídicí stanice systému, kde jsou následně zpracovávaná. Zpracovaná data jsou základem pro sestavení obsahu navigačních zpráv. Ty jsou následně distribuované přes ULS stanice k jednotlivým družicím konstelace. Řídicí segment většinou spravuje také systémový čas daného GNSS systému.

• Stanice pro systémový čas GNSS – stanice pro odvození systémového času GNSS systému v případě, že tuto činnost nevykonává řídicí stanice systému.

• Stanice pro komunikaci s družicemi (ULS z angl. Up-link Stations) – stanice slouží k nahrávání dat na družice.

• Povelové stanice a stanice pro telemetrické sledování družic (TT&C z angl. Telemetry, Tracking and Command/Control) – stanice slouží k předávání povelů a získávání telemetrických dat družic. Získána telemetrická data družic jsou předávána do řídicí stanice. Řídicí stanice prostřednictví TT&C stanic řídí celou konstelaci družic.

• Monitorovací stanice (MS z angl. Monitor Station) – stanice slouží pro získávání signálů vysílaných družicemi daného GNSS. Získaná data jsou předávána řídicí stanici.

• Komunikační infrastruktura zahrnuje, jak komunikaci mezi jednotlivými stanicemi řídicího segmentu, tak komunikační rozhraní mezi řídicím a kosmickým segmentem. Komunikace mezi kosmickým a řídicím segmentem je zajišťována k tomu vyhrazenými stanicemi řídicího segmentu (ULS a TT&C).

2.3 Uživatelský segment GNSS

Uživatelský segment je tvořen uživateli vybavenými GNSS přijímači, kteří mohou určovat svou polohu, čas, rychlost a zrychlení. Společně s polohou a časem jsou uživatelé informování o integritě GNSS systému.

Všechny GNSS systému rozlišují různé typy uživatelů. Minimálně jsou vždy odlišené dva typy, které lze nazvat obecně jako

• autorizované uživatelé a
• neautorizované uživatelé.

Rozlišování jednotlivých uživatelů je řešeno na úrovni signálů družic. Kombinace signálů družic tvoří různé typy služeb, které pak mohou oprávnění uživatele, vybavení vhodným GNSS přístrojem, používat. Přesnost lokalizace a navigace, závisí právě na druhu služby, se kterou jejich přístroj umí pracovat. Primárním účelem rozdělení uživatelů bylo zajistit různou mírů přesnosti v lokalizaci a navigaci.