GNSS: ทุกสิ่งที่คุณต้องรู้

บทนำ

ก่อนที่เราจะดูประวัติของระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก (GNSS, GNSS; ต่อไปนี้จะเรียกว่า GNSS) หรือ real-time kinematics (RTK หรือ Real Time Kinematic)

นี่เป็นภาพรวมพื้นฐานของระบบนำทางด้วยดาวเทียมอย่างที่เราทราบ แต่วันนี้เราก้าวไปอีกขั้นเพื่อหารือเกี่ยวกับระบบนำทางด้วยดาวเทียมขั้นสูงที่เรียกว่า GNSS ระบบนำทางด้วยดาวเทียมใด ๆ ที่มีความสามารถในการครอบคลุมทั่วโลกเรียกว่าระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกหรือ GNSS แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด GNSS มีอาวุธลับ...

เทคโนโลยีหนึ่งที่ GNSS มักใช้คือจลนศาสตร์แบบเรียลไทม์หรือ RTK จลนศาสตร์แบบเรียลไทม์เป็นเทคนิคการระบุตำแหน่งดาวเทียมทั่วโลกที่ช่วยให้ GNSS ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของข้อมูลเป้าหมาย เมื่อพูดถึงการวางตำแหน่ง การวางตำแหน่ง และความแม่นยำสูงสุด การรวมกันของ GNSS กับ RTK จะเพิ่มระดับความแม่นยำที่ไม่เหมือนใคร RTK ขยายสัญญาณเฟสที่แลกเปลี่ยนระหว่างตัวส่งและตัวรับ ดังนั้นจึงให้ความแม่นยำระดับเซนติเมตรและการแก้ไขสัญญาณแบบเรียลไทม์

GNSS หรือระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกคืออะไร?

ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกได้รับการพัฒนาโดยกองทัพอากาศสหรัฐ เมื่อเทคโนโลยีนี้เรียกว่า Global Positioning System หรือ GPS และสามารถใช้ได้โดยกองทัพสหรัฐเท่านั้นเมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยี GPS ก็มีให้ทุกคนบนโลกใบนี้ ตอนนี้สมาร์ทโฟนทุกเครื่องที่ติดตั้ง GPS สามารถเข้าถึงได้ง่ายสำหรับทุกคน รัฐบาลของหลายประเทศได้ตัดสินใจที่จะนำเทคโนโลยีนี้ไปสู่ระดับที่สูงขึ้น แม่นยำ และในระยะยาวมากขึ้น ดังนั้นการเกิดขึ้นของระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกหรือ GNSS จึงกลายเป็นปรากฏการณ์อย่างเป็นทางการสำหรับผู้บริโภคภาคเอกชน

ในปัจจุบัน นอกจากสหรัฐอเมริกาแล้ว GLONASS ของรัสเซียและกาลิเลโอของสหภาพยุโรปยังเป็น GNSS หลักที่ปฏิบัติการอยู่สองแห่งที่ปฏิบัติการบนพื้นผิวโลกของเรา ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยี GNSS เทคโนโลยีอำนวยความสะดวกมากมายที่รู้จักกันในชื่อ Regional Navigation Systems เริ่มทำงาน แนวคิดด้านเทคโนโลยีเหมือนกับของ GNSS แต่ครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิศาสตร์น้อยกว่า

ระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกหรือ GNSS ทำงานอย่างไร?​​​​

ดาวเทียม GNSS มีคลื่นพาหะสองคลื่นที่บันทึกไว้ในแบนด์ L คือ L1 (1575.42 MHz) และ L2 (1227.60 MHz) วัตถุประสงค์หลักของความยาวคลื่นทั้งสองนี้คือการส่งสัญญาณจากดาวเทียมที่เชื่อมต่อไปยังพื้นผิวโลก ตาม Techopedia การใช้เทคโนโลยี L-band สามารถลดค่าใช้จ่ายในขณะที่ให้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ซึ่งมีแนวโน้มที่จะหยุดชะงักน้อยลง การแนะนำแถบ L ที่มีตำแหน่งเสาอากาศที่ถูกต้องมีประโยชน์หลายประการสำหรับ โดรนเพื่อการเกษตร

ในทางกลับกัน เครื่องรับ GNSS ที่ตั้งอยู่บนพื้นผิวโลกประกอบด้วยเสาอากาศและหน่วยประมวลผล จุดประสงค์ของเสาอากาศคือการรับสัญญาณที่เข้ารหัสจากดาวเทียมที่เชื่อมต่อ และภารกิจของหน่วยประมวลผลคือการถอดรหัสสัญญาณให้เป็นข้อมูลที่มีความหมาย

หมายเหตุ: ในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องรับหนึ่งเครื่อง GNSS ต้องรวบรวมข้อมูลจากดาวเทียมแยกกันอย่างน้อยสามดวง

ดาวเทียม GNSS แต่ละดวงโคจรรอบโลกในช่วงเวลา 11 ชั่วโมง 58 นาที 2 วินาที ข้อมูลเวลาที่ส่งโดยดาวเทียมจะถูกส่งโดยใช้รหัสเพื่อให้ผู้รับสามารถกำหนดช่วงเวลาระหว่างที่ส่งรหัสได้

สัญญาณที่ส่งจากดาวเทียมมีข้อมูลที่เข้ารหัสที่ช่วยให้ผู้รับระบุตำแหน่งของมัน และตัวรับเองก็วางตำแหน่งตัวเองตามตำแหน่งของดาวเทียม

ตัวรับสัญญาณ IC คำนวณความแตกต่างของเวลาระหว่างเวลาออกอากาศและเวลารับสัญญาณที่เข้ารหัส เมื่อเครื่องรับอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กับดาวเทียมแล้ว หน่วยประมวลผลจะแปลตำแหน่งของเครื่องรับในแง่ของละติจูด ลองจิจูด และระดับความสูง ดังนั้น ตามแนวคิดง่ายๆ นี้ GNSS ทุกเครื่องจึงทำงานบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงนี้

การประยุกต์ใช้บริการดาวเทียมนำทางทั่วโลก

การถือกำเนิดของเทคโนโลยี GNSS ได้เปลี่ยนแนวคิดของการติดตามตำแหน่งด้วยระดับสูงของ ความแม่นยำและความครอบคลุมที่หลากหลาย มีแอปพลิเคชั่น GNSS ที่สำคัญหลายตัวที่ช่วยให้โลกมองเห็นอนาคตที่ดีขึ้น

GNSS สำหรับการนำทาง

ในบรรดาเทคโนโลยีอื่น ๆ ทั้งหมด แนวคิดของ GNSS มีผลกระทบอย่างมากต่อเทคโนโลยีการนำทาง เมื่อเร็วๆ นี้ GNSS ได้ถูกรวมเข้ากับอุตสาหกรรมยานยนต์ ตอนนี้บริษัทยานยนต์แทบทุกแห่งกำลังรวมเทคโนโลยี GNSS เข้ากับรถยนต์รุ่นต่างๆ ของพวกเขา การผสานรวมเทคโนโลยี GNSS ช่วยให้ผู้ขับขี่สามารถนำทางไปยังเส้นทางที่ไม่รู้จักเพื่อสำรวจถนนในโลกได้อย่างง่ายดาย

การใช้ GNSS ในระบบนำทางไม่ได้จำกัดอยู่แค่ในรถยนต์เท่านั้น เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบินเช่นกัน การทำแผนที่ภูมิประเทศเบื้องต้นและการอัปเดตภูมิประเทศแบบเรียลไทม์จาก GNSS ช่วยให้นักบินหลีกเลี่ยงการชนกันในการจราจรทางอากาศ นอกจากนี้ GNSS ที่ใช้ในห้องนักบินยังใช้เทคโนโลยีเช่น WAAS หรือ GBAS (LAAS) เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการมุ่งหน้า

WAAS คืออะไร?

ต่างจากเครื่องช่วยนำทางภาคพื้นดินแบบดั้งเดิม ระบบขยายพื้นที่กว้าง (WAAS) ให้บริการนำทางทั่วทั้งระบบน่านฟ้าแห่งชาติ ตามรายงานของ Federal Aviation Administration ระบบหรือ NAS เรียกสั้น ๆ ว่า WAAS ให้ข้อมูลเพิ่มเติมแก่เครื่องรับ GPS / WAAS เพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความสมบูรณ์ของการประมาณตำแหน่งปัจจุบัน

GBAS หรือ LAAS คืออะไร?

ในอดีต Federal Aviation Administration (FAA) เคยอ้างถึงสิ่งที่เราเรียกว่า GBAS, LAAS ตามเว็บไซต์ของ Federal Aviation Administration ระบบเสริมบนพื้นดิน (GBAS) เป็นระบบที่ให้การแก้ไขส่วนต่างและการตรวจสอบความสมบูรณ์ของระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก (GNSS)

นอกเหนือจากการใช้งาน GNSS ที่หลากหลายในรถยนต์และเครื่องบินแล้ว GNSS ยังใช้เพื่อนำทางเรือ / เรือยอทช์และเรือบนผิวน้ำ

หมายเหตุ: เรือรบยังใช้บล็อกการทำงาน GNSS ที่เรียกว่า "Man Overboard" หรือตัวย่อ ม็อบ คุณลักษณะนี้ช่วยให้ลูกเรือของเรือระบุตำแหน่งของบุคคลที่ตกน้ำได้

GNSS สำหรับการสำรวจและการทำแผนที่ทางธรณีวิทยา

การสำรวจทางธรณีวิทยาและการทำแผนที่ทางธรณีวิทยาเป็นอีกหนึ่งการใช้งานที่สำคัญของ GNSS เครื่องรับ GNSS ส่วนใหญ่ใช้ข้อมูลสัญญาณที่สร้างขึ้นที่ความถี่คลื่น L1 เพื่อทำแผนที่ทางธรณีวิทยา มาพร้อมกับคริสตัลออสซิลเลเตอร์ที่แม่นยำซึ่งช่วยให้คลื่นลดข้อผิดพลาดของนาฬิกาเมื่อทำแผนที่ นักวิจัยยังสามารถทำการวัดที่แม่นยำสูงด้วยการคำนวณออฟเซ็ตที่เหมาะสมระหว่างเซ็นเซอร์ GNSS

ตัวอย่างเช่น หากพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนรูปอย่างแข็งขัน (เช่น ภูเขาไฟ) ล้อมรอบด้วยสถานีรับหลายแห่ง GNSS ก็มีประโยชน์ในการตรวจจับชนิดใดก็ได้ ของการเสียรูปหรือการเคลื่อนที่ของพื้นดิน

แอปพลิเคชัน GNSS ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ

นอกเหนือจากแอปพลิเคชัน GNSS ข้างต้นแล้ว แอปพลิเคชันที่สำคัญยังรวมถึง:

1. ดาวเทียมเคลื่อนที่
2. บริการฉุกเฉินและความแม่นยำตามสถานที่
3. การปรับปรุงการพยากรณ์อากาศ
4. ภาพถ่ายทางภูมิศาสตร์
5. การตลาดและอื่น ๆ

อุปกรณ์วัดแรงเฉื่อยหรือเซ็นเซอร์ INS

หน่วยวัดแรงเฉื่อย (IMU) มีบทบาทสำคัญในระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ระบบ GNSS จะรวบรวมสัญญาณข้อมูลจากดาวเทียมอย่างน้อยสามดวงในวงโคจร โดยที่ทุกสัญญาณที่เครื่องรับได้รับนั้นแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อ

อย่างไรก็ตาม หากสัญญาณถูกกีดขวางโดยสิ่งกีดขวาง เช่น ต้นไม้ หิน หรืออาคาร สัญญาณจะไม่สามารถระบุตำแหน่งที่ถูกต้องได้อีกต่อไป หน่วยวัดเฉื่อยเป็นเซนเซอร์เฉื่อยชนิดหนึ่งที่คำนวณการหมุนและความเร่งของวัตถุที่เคลื่อนที่เพื่อกำหนดตำแหน่งในอวกาศ

มาดูรายละเอียดกันอีกหน่อย

IMU ประกอบด้วยเซ็นเซอร์เพิ่มเติม 6 ตัวซึ่งตั้งอยู่ตามแกนตั้งฉากอีกสามแกนโดยที่ แต่ละตัวยังประกอบด้วยมาตรความเร่งและไจโรสโคป งานของมาตรความเร่งคือการวัดความเร่งเชิงเส้นของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ในขณะที่ไจโรสโคปจะวัดความเร่งของการหมุน ดังนั้นด้วยการคำนวณค่าของเซ็นเซอร์ทั้งสองนี้ ระบบจึงสามารถกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ได้อย่างง่ายดาย พร้อมกัน GNSS และ IMU มอบโซลูชันการนำทางที่ทรงพลังและแม่นยำยิ่งขึ้นแก่ผู้ใช้ปลายทาง

เพื่อสรุป

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเมื่อเร็ว ๆ นี้ แนวคิดและเทคโนโลยีจำนวนมากได้เปลี่ยนสนามเด็กเล่นสำหรับหุ่นยนต์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และการนำทางอย่างที่เราทราบ Global Navigation Satellite System เป็นผู้เล่นหลักในเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งได้ปรับปรุงชีวิตประจำวันอย่างที่เราทราบกันในปัจจุบัน ยิ่งไปกว่านั้น RTK ยังให้ GNSS ที่มีความแม่นยำระดับเซนติเมตรพร้อมการแก้ไขสัญญาณแบบเรียลไทม์ การรวม GNSS และ RTK เข้าด้วยกันจะทำให้มีความแม่นยำสูงสุดและคุณภาพการติดตามสูงสุดที่คุณต้องการ ท้ายที่สุด GNSS และ RTK เป็นส่วนผสมที่ทรงพลังที่สุดในตลาดปัจจุบัน

ในภาพรวมนี้ เราได้สำรวจพื้นที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับ GNSS และอภิปรายในรายละเอียดเกี่ยวกับแนวคิด หลักการทำงาน และการใช้งาน เราหวังว่าเนื้อหาที่นำเสนอจะแจ้งให้คุณทราบอย่างครบถ้วนเกี่ยวกับเทคโนโลยี GNSS ให้ความกระจ่างและเป็นแรงบันดาลใจให้คุณบรรลุเป้าหมาย ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ.