Технологія GNSS проти GPS: знайте ключові відмінності

Автор

Сучасні системи глобального позиціонування, зокрема GNSS і GPS, тісно взаємодіють, підвищуючи точність і продуктивність навігації.

Навігаційні технології стали невід’ємною частиною нашого життя, знайшовши широке застосування в різноманітних галузях для отримання високоточних даних.

Ці технології не лише дозволяють точно вимірювати відстані та кути, але й ефективно застосовувати ці дані в різних сферах.

Картографія та геодезія одними з перших почали використовувати GPS, оцінивши його точність, швидкість і зниження потреби в людських ресурсах.

Будівельні компанії активно використовують наземне керування та дрони, що сприяє оптимізації робочих процесів та підвищенню продуктивності.

Хоча спочатку супутникова навігація використовувалася у військових цілях, сьогодні її застосування значно розширилося, охоплюючи приватний і державний сектори в таких сферах, як будівництво, наука тощо.

Більшість з нас знайомі з GPS, але термін GNSS може бути менш поширеним.

У цій статті ми детально розглянемо, що таке GNSS, та порівняємо його з GPS, щоб визначити, яка з цих систем є більш гнучкою, надійною і точною для конкретних потреб.

Отже, почнімо!

Що таке GNSS?

GNSS (Глобальна навігаційна супутникова система) — це комплексна система, що об’єднує супутники різних країн для передачі сигналів і даних про час і позиціонування на приймачі GNSS на Землі. Приймачі, в свою чергу, обробляють ці дані для визначення точного місцезнаходження.

Супутники, які обертаються навколо Землі, формують так звані сузір’я. GNSS може використовуватися у різних видах транспорту, а також на космічних станціях та в інших сферах.

Навігація, позиціонування та хронометраж є важливими для геодезії, реагування на надзвичайні ситуації, гірничої справи, точного землеробства, фінансів, правоохоронних органів, наукових досліджень, телекомунікацій та багатьох інших галузей. Продуктивність GNSS може бути покращена за допомогою регіональних супутникових систем, таких як EGNOS.

До GNSS відносяться американська NAVSTAR GPS, європейська Galileo, китайська BeiDou та російська ГЛОНАСС.

EGNOS підвищує надійність і точність GPS-даних, надаючи інформацію про цілісність сигналів і виправляючи помилки вимірювання. Фактична продуктивність GNSS оцінюється за такими чотирма критеріями:

  • Точність: відмінність між виміряними і фактичними значеннями швидкості, часу або положення.
  • Безперервність: здатність системи працювати без збоїв.
  • Цілісність: можливість системи надавати довіру до даних позиціонування.
  • Доступність: відсоток часу, протягом якого сигнал відповідає критеріям точності, безперервності та цілісності.

Для обчислення місцезнаходження за допомогою тріангуляції технологіям GNSS потрібно щонайменше чотири супутники. Сучасні системи GNSS поділяються на три сегменти.

Основні складові GNSS:

  • Космічний сегмент: сузір’я супутників, що обертаються на висоті від 20 000 до 37 000 км над Землею.
  • Контрольний сегмент: мережа станцій завантаження даних, моніторингових станцій та головних центрів управління, розташованих по всьому світу.
  • Сегмент користувача: обладнання, що приймає сигнали від супутників і обчислює позицію на основі їх орбітального розташування і часу.

Що таке GPS?

Глобальна система позиціонування (GPS) — це радіонавігаційна система, що використовується в повітрі, на суші та на морі для визначення точного місцезнаходження, швидкості, часу та інших параметрів, незалежно від погодних умов.

GPS була розроблена Міністерством оборони США в 1978 році і повністю запрацювала у 1993 році з 24 супутниками.

GPS належить уряду США та управляється Космічними силами США. Ця система використовується не лише військовими, а й комерційними та цивільними користувачами по всьому світу. GPS доступна для всіх, хто має GPS-приймач.

GPS є різновидом GNSS і надає дані про час і геолокацію GPS-приймачу. Вона не вимагає від користувача передачі даних і може гнучко працювати на будь-якому пристрої з підключенням до Інтернету.

З метою технологічного прогресу, GPS постійно модернізується і впроваджує нові покоління систем контролю та супутників GPS Block IIIA.

GPS складається з трьох основних частин: супутників, приймачів і наземних станцій. Ось їхні функції:

  • Супутники: передають сигнали з космічної орбіти.
  • Наземні станції: контролюють положення супутників за допомогою радіолокаційних систем.
  • Приймач: пристрій, що приймає сигнали від супутників і визначає відстань до потрібного місця.

GNSS проти GPS: принцип роботи

Як працює GNSS?

GNSS різних типів можуть відрізнятися за конструкцією і віком, але принцип їхньої роботи залишається ідентичним. Супутники передають дві хвилі в L-діапазоні, L1 і L2, які несуть дані із супутника на Землю.

Приймачі GNSS складаються з антени та процесора. Антена приймає сигнали, а процесор їх обробляє. Для точного визначення положення потрібно щонайменше чотири супутники.

Супутники GNSS обертаються навколо Землі кожні 11 годин 58 хвилин і 2 секунди. Кожен супутник передає кодовані сигнали, що містять позначки часу та дані про орбіту. Ця інформація використовується для обчислення положення супутників та точного позиціонування.

Приймач обчислює різницю між часом отримання сигналу та часом його передачі, визначаючи точну відстань. Результати обчислень подаються у вигляді висоти, довготи та широти.

Як працює GPS?

GPS працює за принципом тріангуляції, збираючи сигнали від супутників для надання користувачеві інформації про місцезнаходження. Супутники GPS надсилають сигнали, що обробляються GPS-пристроєм на Землі.

Для точного визначення місцезнаходження, GPS-пристрій повинен зчитувати сигнали мінімум від чотирьох супутників. Кожен супутник обертається навколо Землі двічі на день, надсилаючи унікальні сигнали, позначки часу та дані про орбіту.

Оскільки GPS-пристрій надає інформацію про відстань до супутника, окремий супутник не може визначити точне положення.

GPS, як і GNSS, має три сегменти: космічний, контрольний та призначений для користувача.

  • Космічний сегмент: понад 30 супутників на орбіті, що управляються Космічними силами США і передають радіосигнали.
  • Контрольний сегмент: резервні системи, станції моніторингу, наземні антени та головний центр управління.
  • Сегмент користувача: всі, хто використовує GPS для вимірювання положення, навігації та часу.

GNSS проти GPS: переваги та обмеження

Переваги GNSS

GNSS поєднує в собі три і більше супутників з різних країн для точного позиціонування. Ось деякі переваги цієї системи:

  • Доступ до різних глобальних навігаційних систем, що підвищує надійність і доступність сигналу.
  • Точні дані про час, необхідні для розробки мереж IoT.
  • Покращена навігація та зменшення часу до першого визначення місцезнаходження (TTFF).
  • Економія часу і коштів завдяки точному позиціонуванню.
  • Безперебійний зв’язок у будь-яких умовах (ліси, печери, густонаселені місця тощо).
  • Автоматичне виключення несправних супутників для надання оптимального навігаційного рішення.

Обмеження GNSS

  • Потреба в додаткових системах для забезпечення точності при посадці.
  • Вертикальна точність не перевищує 10 метрів.
  • Доповнені системи розгортаються для забезпечення доступності, точності, безперервності та цілісності.
  • Вплив на операторів повітряних суден, пілотів, служби управління повітряним рухом та інший персонал.
  • Залежність безпеки навігації від точності баз даних.

Переваги GPS

  • Простота використання.
  • Низька вартість.
  • 100% покриття Землі.
  • Економія палива завдяки точності навігації.
  • Можливість пошуку готелів, заправних станцій, магазинів.
  • Легка інтеграція з різними пристроями.
  • Надійна система відстеження.

Обмеження GPS

  • GPS-чип швидко розряджає акумулятор.
  • Не працює в приміщеннях або під водою.
  • Точність залежить від якості сигналу супутника.
  • Обмежена кількість супутників впливає на точність позиціонування.
  • Нестабільна робота під час геомагнітних бур або інших атмосферних явищ.
  • Необхідність прямої видимості неба для роботи геодезичного обладнання.
  • Можливість неточностей у відображенні маршруту або місцезнаходження.

GNSS проти GPS: застосування

Застосування GNSS

Технологію GNSS спочатку розробляли для військових, але згодом її застосування розширилося.

  • Автомобільна промисловість: навігаційні карти, місцезнаходження, швидкість, найближчі об’єкти.
  • Аеронавігація: рухомі карти, автопілот для навігації за маршрутом.
  • Морська навігація: визначення місцезнаходження в океанах, морях та озерах, автоматичне керування човнами.
  • Будівництво, сільське господарство та гірнича справа: керування важкою технікою.
  • Велосипедні поїздки та перегони.
  • Альпінізм та туризм: визначення положення.
  • Допомога людям із вадами зору.
  • Космічні кораблі: навігація.

Застосування GPS

GPS широко використовується у різних сферах:

  • Авіація: інформація про місцезнаходження літаків в реальному часі.
  • Морська навігація: точні навігаційні програми для капітанів.
  • Сільське господарство: GPS-приймачі на сільськогосподарській техніці.
  • Геодезія.
  • Військова сфера.
  • Фінансові послуги.
  • Телекомунікації.
  • Керування великогабаритним транспортом.
  • Громадські служби.
  • Визначення позиції.
  • Пошук місць поблизу.
  • Пошуки скарбів.
  • Індивідуальні подорожі.

І багато іншого.

GNSS проти GPS: відмінності

GPS – це основний інструмент для пошуку будь-якого місця. Завдяки GPS ви можете ділитися своїм місцезнаходженням. Проте будь-які перешкоди сигналу можуть унеможливити доступ до місцезнаходження.

GNSS схожа на GPS, але має більш гнучкий та надійний доступ до місць навіть при перешкодах. Вона включає в себе GPS, BeiDou, Galileo, ГЛОНАСС та інші сузір’я. Тому її називають міжнародною супутниковою системою. GNSS використовує декілька супутників GPS з різних країн для визначення точного місцезнаходження.

Розглянемо основні відмінності між цими технологіями:

Критерій GNSS GPS
Орбітальна висота Об’єднує орбітальні висоти різних супутників, наприклад, 19 100 км для ГЛОНАСС і 20 200 для GPS. Супутники GPS літають на висоті 20 200 км з періодом обертання 12 годин.
Точність Надає більш точну інформацію з похибкою до сантиметра або міліметра. Надає менш точну інформацію через атмосферні умови, блокування сигналу тощо. Точність коливається від 4,9 м до 16 футів.
Країна походження Включає GPS (США), ГЛОНАСС (Росія), Galileo (Європа) та BeiDou (Китай). Розроблена в США.
Супутники 31 супутник від GPS, 24 від ГЛОНАСС, 26 від Galileo і 48 від BeiDou. 21 супутник на орбіті.
Період обертання ГЛОНАСС: 11 год 16 хв; Galileo: 14 год 5 хв; BeiDou: 12 год 38 хв; NAVIC: 23 год 56 хв. 12 годин.
Статус Статус кожної навігаційної системи різний. Система GPS працює.
Рівень потужності сигналу 125 дБм, відрізняється залежно від супутників з різних країн. Постійно 125 дБм.

GNSS надає більш точні дані, оскільки поєднує інформацію з різних супутників. GPS є спеціальним постачальником даних, що контролюється урядом США.

Висновок

GPS є типом GNSS і першою глобальною навігаційною системою. Часто термін GPS використовується для позначення будь-якої супутникової навігаційної системи. Обидві системи схожі у своїх операціях, але різняться за стилем роботи.

GNSS та GPS застосовуються в різних галузях, де потрібна точна і безперервна інформація про час та місцезнаходження, наприклад, транспорт, морська навігація, мобільний зв’язок, сільське господарство, легка атлетика та багато іншого.

Вам також може бути цікаво дізнатися про найкраще програмне забезпечення для зміни місцезнаходження GPS для пристроїв iOS.