GNSS: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε.

Εισαγωγή

Πριν εξετάσουμε την ιστορία του Παγκόσμιου Δορυφορικού Συστήματος Πλοήγησης (GNSS, GNSS · στο εξής αναφερόμενο ως GNSS) ή κινηματική σε πραγματικό χρόνο (RTK ή Real Time Kinematic)

Αυτή είναι μια βασική επισκόπηση του συστήματος δορυφορικής πλοήγησης όπως το γνωρίζουμε, αλλά σήμερα το κάνουμε ένα βήμα παραπέρα για να συζητήσουμε ένα προηγμένο σύστημα δορυφορικής πλοήγησης γνωστό ως GNSS. Κάθε δορυφορικό σύστημα πλοήγησης με παγκόσμια δυνατότητα κάλυψης ονομάζεται παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης ή GNSS. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Το GNSS έχει ένα μυστικό όπλο...

Μια τεχνολογία στην οποία βασίζεται συχνά το GNSS είναι η κινηματική σε πραγματικό χρόνο, ή RTK. Η κινηματική σε πραγματικό χρόνο είναι μια παγκόσμια τεχνική εντοπισμού δορυφόρων που βοηθά το GNSS να βελτιώσει την αξιοπιστία και την ακρίβεια των δεδομένων στόχου. Όσον αφορά την τοποθέτηση, την τοποθέτηση και τη μέγιστη ακρίβεια, ο συνδυασμός GNSS με RTK αυξάνει ένα επίπεδο ακρίβειας σε αντίθεση με οτιδήποτε άλλο. Το RTK ενισχύει το σήμα φάσης που ανταλλάσσεται μεταξύ του πομπού και του δέκτη, παρέχοντας έτσι ακρίβεια επιπέδου εκατοστού και διόρθωση σήματος σε πραγματικό χρόνο.

Τι είναι το GNSS ή το παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης;

Τα παγκόσμια δορυφορικά συστήματα πλοήγησης αναπτύχθηκαν αρχικά από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ, όταν η τεχνολογία ονομαζόταν Global Positioning System, ή GPS, και μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μόνο από τον αμερικανικό στρατό. Με την πάροδο του χρόνου, η τεχνολογία GPS έγινε διαθέσιμη σε όλους σε αυτόν τον πλανήτη. Τώρα που κάθε smartphone εξοπλισμένο με GPS είναι εύκολα προσβάσιμο σε όλους, οι κυβερνήσεις αρκετών χωρών αποφάσισαν να οδηγήσουν αυτήν την τεχνολογία σε ένα πιο προηγμένο, ακριβές και μακροπρόθεσμο επίπεδο. Έτσι, η εμφάνιση παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης ή GNSS έχει γίνει επίσημο φαινόμενο για τους καταναλωτές του ιδιωτικού τομέα.

Επί του παρόντος, εκτός από τις Ηνωμένες Πολιτείες, το GLONASS της Ρωσίας και το Galileo της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι τα δύο κύρια επιχειρησιακά GNSS που λειτουργούν στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Με την έλευση της τεχνολογίας GNSS, άρχισαν να λειτουργούν πολλές βοηθητικές τεχνολογίες, γνωστές ως Regional Navigation Systems. Η τεχνολογική ιδέα είναι η ίδια με αυτή του GNSS, αλλά καλύπτει λιγότερες γεωγραφικές περιοχές.

Πώς λειτουργεί το παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης ή το GNSS;​​

Οι δορυφόροι GNSS έχουν δύο κύματα φορέα καταγεγραμμένους στη ζώνη L, συγκεκριμένα L1 (1575,42 MHz) και L2 (1227,60 MHz). Ο κύριος σκοπός αυτών των δύο μηκών κύματος είναι η μετάδοση σημάτων από έναν συνδεδεμένο δορυφόρο στην επιφάνεια της γης. Σύμφωνα με την Techopedia, η χρήση της τεχνολογίας ζώνης L μπορεί να μειώσει τα γενικά έξοδα παρέχοντας παράλληλα μια αξιόπιστη σύνδεση που είναι λιγότερο επιρρεπής σε διακοπές. Η εισαγωγή ζωνών L με σωστή τοποθέτηση κεραίας προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα για γεωργικά drones

Από την άλλη πλευρά, οι δέκτες GNSS που βρίσκονται στην επιφάνεια της γης αποτελούνται από κεραία και μονάδα επεξεργασίας. Ο σκοπός της κεραίας είναι να λαμβάνει κωδικοποιημένα σήματα από συνδεδεμένους δορυφόρους και το έργο της μονάδας επεξεργασίας είναι να αποκωδικοποιεί τα σήματα σε σημαντικές πληροφορίες.

Σημείωση: Για τον προσδιορισμό της θέσης ενός δέκτη, το GNSS πρέπει να συλλέγει δεδομένα από τουλάχιστον τρεις ξεχωριστούς δορυφόρους.

Κάθε δορυφόρος GNSS περιστρέφεται γύρω από τη Γη σε διάστημα 11 ωρών 58 λεπτών και 2 δευτερολέπτων. Οι πληροφορίες ώρας που μεταδίδονται από τον δορυφόρο μεταδίδονται χρησιμοποιώντας κωδικούς, έτσι ώστε ο δέκτης να μπορεί να καθορίσει το χρονικό διάστημα κατά το οποίο μεταδόθηκε ο κωδικός.

Τα σήματα που μεταδίδονται από τον δορυφόρο περιέχουν κωδικοποιημένα δεδομένα που βοηθούν τους δέκτες να εντοπίσουν με ακρίβεια τη θέση του και ο ίδιος ο δέκτης τοποθετείται ακριβώς σύμφωνα με τη θέση του δορυφόρου.

Ο δέκτης IC υπολογίζει τη χρονική διαφορά μεταξύ του χρόνου μετάδοσης και του χρόνου λήψης του κωδικοποιημένου σήματος. Μόλις ο δέκτης τοποθετηθεί ακριβώς σε σχέση με τον δορυφόρο, η μονάδα επεξεργασίας μεταφράζει τη θέση του δέκτη σε γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος και υψόμετρο. Έτσι, με βάση αυτήν την απλή ιδέα, κάθε GNSS λειτουργεί στην επιφάνεια αυτού του πλανήτη.

Εφαρμογές παγκόσμιων δορυφορικών υπηρεσιών πλοήγησης

Η έλευση της τεχνολογίας GNSS άλλαξε την έννοια της παρακολούθησης θέσεων με υψηλό βαθμό ακρίβεια και ευρύ φάσμα κάλυψης. Υπάρχουν αρκετές σημαντικές εφαρμογές GNSS που βοήθησαν τον κόσμο να δει ένα καλύτερο μέλλον.

GNSS για πλοήγηση

Μεταξύ όλων των άλλων τεχνολογιών, η έννοια του GNSS είχε σημαντικό αντίκτυπο στην τεχνολογία πλοήγησης. Πρόσφατα, το GNSS ενσωματώθηκε στην αυτοκινητοβιομηχανία, τώρα σχεδόν κάθε αυτοκινητοβιομηχανία ενσωματώνει την τεχνολογία GNSS στα μοντέλα των αυτοκινήτων τους. Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας GNSS βοηθά τον οδηγό να περιηγηθεί εύκολα σε άγνωστες διαδρομές για να εξερευνήσει τους δρόμους του κόσμου.

Η χρήση του GNSS στα συστήματα πλοήγησης δεν περιορίζεται στα αυτοκίνητα, καθώς η τεχνολογία χρησιμοποιείται πλέον ευρέως και στα αεροσκάφη. Η προκαταρκτική χαρτογράφηση του εδάφους και η ενημέρωση του εδάφους σε πραγματικό χρόνο από το GNSS επιτρέπουν στους πιλότους να αποφεύγουν συγκρούσεις στην εναέρια κυκλοφορία. Επιπλέον, το GNSS που χρησιμοποιείται στα πιλοτήρια αεροσκαφών χρησιμοποιεί επίσης τεχνολογίες όπως το WAAS ή το GBAS (LAAS) για τη βελτίωση της ακρίβειας της κατεύθυνσης.

Τι είναι το WAAS;

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά βοηθήματα επίγειας πλοήγησης, το σύστημα αύξησης ευρείας περιοχής (WAAS) παρέχει υπηρεσίες πλοήγησης σε όλο το Εθνικό Σύστημα Εναέριου Χώρου ή για συντομία NAS). Το WAAS παρέχει πρόσθετες πληροφορίες στους δέκτες GPS / WAAS για τη βελτίωση της ακρίβειας και της ακεραιότητας των εκτιμήσεων της τρέχουσας θέσης.

Τι είναι το GBAS ή το LAAS;

Ιστορικά, η Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Αεροπορίας (FAA) κάποτε αναφέρθηκε σε αυτό που σήμερα αποκαλούμε GBAS, LAAS. Σύμφωνα με την ιστοσελίδα της Federal Aviation Administration, το Ground-Based Augmentation System (GBAS) είναι ένα σύστημα που παρέχει διαφορικές διορθώσεις και παρακολούθηση της ακεραιότητας των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης (GNSS).

Εκτός από το ευρύ φάσμα εφαρμογών του GNSS σε αυτοκίνητα και αεροσκάφη, το GNSS χρησιμοποιείται επίσης για την πλοήγηση σε σκάφη / γιοτ και πλοία στην επιφάνεια του νερού.

Σημείωση: τα πλοία χρησιμοποιούν επίσης ένα λειτουργικό μπλοκ GNSS που ονομάζεται "Man Overboard" ή συντομογραφία. ΟΧΛΟΣ. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει στο πλήρωμα του πλοίου να εντοπίσει τη θέση ενός ατόμου που έχει πέσει στη θάλασσα.

GNSS για τοπογραφία και γεωλογική χαρτογράφηση

Η γεωδαιτική επισκόπηση και η γεωλογική χαρτογράφηση είναι μια άλλη σημαντική εφαρμογή του GNSS. Οι περισσότεροι δέκτες GNSS χρησιμοποιούν δεδομένα σήματος που παράγονται στη συχνότητα κύματος L1 για να εκτελέσουν γεωλογική χαρτογράφηση. Είναι εξοπλισμένο με έναν ταλαντωτή κρυστάλλου ακριβείας που βοηθά το κύμα να μειώσει τα σφάλματα του ρολογιού κατά τη χαρτογράφηση. Οι ερευνητές μπορούν επίσης να κάνουν μετρήσεις υψηλής ακρίβειας υπολογίζοντας την κατάλληλη μετατόπιση μεταξύ αισθητήρων GNSS.

Για παράδειγμα, εάν μια περιοχή που παραμορφώνεται ενεργά (ας πούμε ένα ηφαίστειο) περιβάλλεται από πολλούς σταθμούς λήψης, τότε το GNSS μπορεί να είναι χρήσιμο για την ανίχνευση κάθε είδους παραμόρφωσης ή κίνησης του εδάφους.

Εφαρμογές GNSS σε άλλες βιομηχανίες

Εκτός από τις παραπάνω εφαρμογές GNSS, σημαντικές περιλαμβάνουν επίσης:

  1. Κινητός δορυφόρος
  2. Υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης και ακρίβειας βάσει τοποθεσίας
  3. Βελτίωση πρόβλεψης καιρού
  4. Φωτογραφική γεωκωδικοποίηση
  5. Μάρκετινγκ και άλλα

Συσκευή αδρανειακής μέτρησης ή αισθητήρες INS

Η μονάδα αδρανειακής μέτρησης (IMU) παίζει ζωτικό ρόλο στα παγκόσμια δορυφορικά συστήματα πλοήγησης. Όπως συζητήθηκε παραπάνω, το σύστημα GNSS συλλέγει σήματα δεδομένων από τουλάχιστον τρεις από τους δορυφόρους σε τροχιά, όπου κάθε σήμα που λαμβάνεται από τους δέκτες είναι απίστευτα ακριβές.

Ωστόσο, εάν το σήμα εμποδίζεται από οποιαδήποτε εμπόδια όπως δέντρα, ογκόλιθοι ή κτίρια, το σήμα δεν μπορεί πλέον να παρέχει ακριβή τοποθέτηση. Η αδρανειακή μονάδα μέτρησης είναι ένα είδος αδρανειακού αισθητήρα που υπολογίζει την περιστροφή και την επιτάχυνση ενός κινούμενου σώματος για να καθορίσει τη θέση του στο χώρο.

Ας προχωρήσουμε λίγο στις λεπτομέρειες

Η IMU αποτελείται από 6 επιπλέον αισθητήρες που βρίσκονται κατά μήκος τριών άλλων ορθογώνιων αξόνων, όπου καθένα από αυτά αποτελείται επίσης από ένα επιταχυνσιόμετρο και ένα γυροσκόπιο. Το καθήκον του επιταχυνσιόμετρου είναι να μετρήσει τη γραμμική επιτάχυνση ενός κινούμενου σώματος, ενώ το γυροσκόπιο μετρά την επιτάχυνση της περιστροφής. Έτσι, υπολογίζοντας τις τιμές αυτών των δύο αισθητήρων, το σύστημα μπορεί εύκολα να προσδιορίσει την ακριβή θέση του κινούμενου σώματος. Παράλληλα, το GNSS και το IMU παρέχουν στους τελικούς χρήστες πιο ισχυρές και ακριβείς λύσεις πλοήγησης.

Συνοψίζοντας

Χάρη στις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, πολλές έννοιες και τεχνολογίες έχουν αλλάξει σημαντικά τον αγωνιστικό χώρο για ρομποτική, δορυφορικές επικοινωνίες και πλοήγηση όπως τις γνωρίζουμε. Το Παγκόσμιο Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης είναι ένας βασικός παίκτης μεταξύ των καινοτόμων τεχνολογιών που έχουν βελτιώσει την καθημερινή ζωή όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Επιπλέον, το RTK παρέχει στο GNSS ακρίβεια σε εκατοστό με διορθώσεις σήματος σε πραγματικό χρόνο. Ο συνδυασμός GNSS και RTK παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια και την υψηλότερη ποιότητα παρακολούθησης που χρειάζεστε. Άλλωστε, το GNSS και το RTK είναι ο πιο ισχυρός συνδυασμός στην αγορά σήμερα.

Σε αυτήν την επισκόπηση, ερευνήσαμε όλους τους πιθανούς τομείς για το GNSS και συζητήσαμε λεπτομερώς τις έννοιες, τις αρχές λειτουργίας και τις εφαρμογές του. Ελπίζουμε ότι το υλικό που παρουσιάστηκε να σας έχει ενημερώσει πλήρως για την τεχνολογία GNSS, να σας διαφωτίσει και να σας εμπνεύσει να επιτύχετε τους στόχους σας. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας.

.