Nisi siguran u razlike između GPS-a, ГЛОНАСС-a, Galilea i ostalih? Onda si na pravom mestu! I mene to interesuje, pa ću zato pokušati detaljno da objasnim pet najvećih globalnih navigacionih satelitskih sistema (GNSS) ponaosob i kažem ponešto o svim ključnim razlikama između vodećih navigaciona sistema.
O ovoj temi ne znam (skoro) ništa. Ipak, malo sam bolji od proseka, jer pišući godinama o satelitima hteo-nehteo sretao sam se povremeno ali redovno sa mrežama vojnih i civilnih komunikacionih mreža. Lično, više su me interesovale vojne (špijunske) mreže, ali danas nećemo o njima. Najpre treba da rasčistimo nešto što najčešće buni većinu a to je: U čemu je razlika između GNSS-a i GPS-a?
Mnoge ljude zbunjuje GNSS i GPS tehnologija. Dobar način razmišljanja o Globalnim Navigacionim Satelitskim Sistemima (GNSS) jeste kao o okosnici (ili temeljnoj tehnologiji) koja stoji iza GPS-a. Globalni Sistem Pozicioniranja (GPS) je GNSS konstelacija, ali GNSS nije uvek GPS. GPS je samo jedna od 5 GNSS konstelacija koje se trenutno koriste diljem sveta.
Pet GNSS konstelacija uključuje GPS (SAD), QZSS (Japan), BEIDOU (Kina), GALILEO (EU) i ГЛОНАСС (Rusija). U ovom postu ću detaljno obraditi svaku od ovih satelitskih konstelacija.
Na 99% relevantnih sajtova možeš da pročitaš gluposti ovog tipa: Glavni razlog za postojanje 5 satelitskih konstelacija je dostupnost i redundantnost. Jer ako jedan sistem pokvari (sic!), druga GNSS konstelacija može da pomogne u preuzimanju. Greške sistema se ne događaju često, ali utešno je znati da postoje rezervne opcije... i tako dalje. Ovo jeste tehnički moguće – to znam – ali je suštinski dibidus netačno, jer svi navedeni sistemi imaju svoju prevashodno strogu vojnu, kako Amerikanci pežorativno kažu, 'odbrambenu' funkciju[1], a mi civili se samo grebemo o deo usluga koju te mreže pružaju[2]. To je posebna tema i o njoj pričam samo devojkama i ponekom prijatelju, a ovde ćemo se baviti čokoladiranom pričom.
Dakle, koja je razlika između 5 glavnih konstelacija? Pogledajmo svaku pobliže...
Ako je tačno da slika govori više nego stotinu reči, onda je ovo dobro objašnjenje šta je GNSS a šta GPS.
1. GPS
GPS predstavlja pionira u svetu GNSS-a. To je najstariji GNSS sistem, koji je počeo s radom 1978. godine, a dostupan je za globalnu upotrebu od 1994. godine.
GPS je nastao iz potrebe za nezavisnim vojnim navigacionim sistemom. Ministarstvo obrane Sjedinjenih Država (DoD) prvo je to shvatilo, te je 1978. lansiran prvi prototip satelita a puna konstelacija od 24 satelita postala je operativna 1993. Mnogo složenih tehničkih rešenja je korišćeno u sistemu kako bi se osigurala visoka tačnost, a takođe i kako bi se osigurao od ometanja i pokušaja lažiranja. Pet ili šest godina kasnije, GPS je postao (prerađen i oslabljen) dostupan i civilnim potrebama, i to po izričitoj naredbi predsednika R. Regana.
Američki GPS trenutno ima 31 operativni satelit u šest orbita, na visini od 20.180 km. Ova visina je poznata kao MEO (Medium Earth Orbit), a svi GPS sateliti kruže oko Zemlje dva puta dnevno. Idealno bi bilo da osoba na zemlji koja koristi GPS bude u bilo kojem trenutku vidljiva za makar četiri GPS satelita. Moj GPS u kolima ima opciju da u svakom trenutku mogu da vidim sa koliko satelita sam u kontaktu.
Valja napomenuti da se broj operativnih satelita u orbiti za svaki od ovih sistema često mijenja jer se neprestano lansiraju novi.
Dalje, bilo bi dobro da kažem nešto o najvažnijoj osobini svakog GNSS-a, a to je poziciona preciznost. Tačnost pozicije GPS-a iznosi do 5 metara pod otvorenim nebom, što je prilično dobro. I godinama, čak decenijama, to je bio standard koga su se svi ostali satelitski navigacioni sistemi trudili da se drže.
Zanimljivo je da je tokom 90-ih Vlada Sjedinjenih Država degradirala kvalitet GPS-a u programu pod nazivom 'Selektivna dostupnost'; ovo je prekinuto početkom maja 2000. u skladu sa zakonom koji je potpisao predsjednik B. Clinton.
Već rekoh da GPS uslugu strogo kontroliše vlada Sjedinjenih Država, koja može da selektivno uskrati pristup sistemu, kao što se, recimo, dogodilo 1999. godine indijskoj vojsci tokom Kargilskog rata s Pakistanom, ili redukovati uslugu u bilo kom trenutku. Kao rezultat toga, nekoliko zemalja je prosto bilo primorano da razvije svoje globalne ili regionalne satelitske navigacionr sisteme. Ruski globalni pozicioni satelitski sistem GLONASS razvijen je istovremeno sa GPS-om, ali je patio od nepotpune pokrivenosti globusa sve do sredine 2000-ih.[3] GLONASS danas može da se doda GPS uređajima, omogućavajući većem broju satelita da se uključe omogućavajući brže i tačnije fiksiranje položaja, do dva metra. Kineski navigacijski satelitski sustav BeiDou započeo je da pruža globalne usluge 2018, a svoju punu implementaciju završio je 2020. Tu su i navigacioni satelitski sistem Galileo Evropske unije i indijski NavIC. Japanski Kvazi-zenitni satelitski sistem (QZSS) je sistem za povećanje efikasnosti GPS-a u Aziji i Okeaniji, sa satelitskom navigacijom nezavisnom od GPS-a.
Kada je 2000. ukinuta selektivna dostupnost, GPS je imao preciznost od oko 5 metara. GPS prijemnici koji koriste L5 frekvencije[4] mogu da imaju i znatno veću tačnost, kažu i do 30 cm, dok korisnici visoke klase (obično inženjerske i geodetske aplikacije) mogu imati tačnost i do dva cm, pa čak i submilimetarsku tačnost za dugotrajna merenja. Od maja 2021. 16 GPS satelita emituje L5 signale, a signali se smatraju predoperativnim, a planirano je da do otprilike 2027. godine počnu da ga koristi 24 satelita.
Za sada, GPS radi u frekventnom pojasu koji se naziva L-Band, delu radio spektra između 1 i 2 GHz. L-Band je odabran iz nekoliko razloga, uključujući:
- Jonosfersko kašnjenje je značajnije na nižim frekvencijama;
- Pojednostavljenje dizajna antene;
- Smanjenje utjecaj atmosferskog vremena na širenje GPS signala;
Danas je GPS najprecizniji navigacioni sistem na svetu. Najnovija generacija GPS satelita koristi rubidijumske satove koji su precizni do ±5 delova u 1011. Ovi satovi su sinhronizovani još preciznijim zemaljskim cezijumskim satovima.
Američki GPS sistem. Za 43 godine postojanja, lansirano je 77 satelita raznih generacija. Kaže se da je samo prva konstelacija koštala preko \(12 milijardi, a da godišnja eksploatacija košta preko \)750 miliona.
Jedan od dvotonskih GPS satelita tipa GPS-2R predstavljao je treći stupanj razvoja druge generacije GPS satelita. Bili su bolji, precizniji i 33% jeftiniji od prethodnih satelita. Lansirano ih je 8 a poslednji 2009.
Vizuelni primer konstelacije od 24 GPS satelita paralelno sa kretanjem Zemlje. Vidi se broj satelita koji u svakom trenutku pokriva odabranu tačku na površini.
2. ГЛОНАСС
GLONASS je skraćenica od GLObalnog NAvigacionog Satelitskog Sistema (rus. Глобальная навигационная спутниковая система), a u vlasništvu je Ruske federacije. Prvi GLONASS satelit lansiran je u oktobru 1982. – samo 4 godine nakon što su SAD lansirale svoje GPS satelite.
Međutim, vredno je napomenuti da je konstelacija GLONASS satelita bila u potpunosti operativna 1995. godine, ali je ubrzo nakon toga ukinuta zbog problema s financiranjem. Tek kasnih 90-ih ovaj sistem je ponovno postao jedan od glavnih prioriteta zemlje, tako da je to danas najskuplji program 'Roskosmosa', jedući približno trećinu godišnjeg budžeta.
Do 2010. GLONASS je uspeo da pokrije celokupnu rusku teritoriju, a do 2011. svih 24 satelita iz konstelacije ponovo je postalo potpuno funkcionalno. No, imaj na umu da američki GPS radi kao globalni sistem od 1993. godine – GLONASS bi morao dobro da zapne ako bi ćeleo da konkuriše već uspostavljenom sistemu koji su svi koristili. Do tada, ruski sistem ipak ima globalnu pokrivenost.
Na mnogo načina GPS i GLONASS su praktički iste stvari. GLONASS sateliti se nalaze na visini od 19.130 km, što je ni 1000 km niže od GPS satelita. U svemiru je to potpuno zanemarljivo.
Osim toga, GLONASS sateliti takođe koriste Zemljinu srednju orbitu (MEO) i mogu da naprave 2,125 revolucija oko Zemlje u jednom danu. Oni su u stanju da naprave jednu revoluciju 30 minuta brže od GPS satelita, ali samo zato što su nešto bliži Zemlji.
U stvarnoj upotrebi to ne znači apsolutno ništa. Jedina stvar od koje bi mogli da kao potencijalni korisnici imamo koristi je činjenica da GLONASS sateliti nude raspon preciznosti od 4,5 do 7 metara. Ali čak i to znači da su ponekad precizniji od GPS-a, a drugi put ne. U praktičnoj upotrebi ljudi obično smatraju da je GLONASS nešto manje tačan od GPS-a.
Danas konstelacija sadrži 24 operativna satelita, dok joj je za pokrivenost samo Rusije bilo dovoljno 18. Da bi se odredila tačna pozicija, prijemnik mora da se nađe u dometu najmanje 4 satelita.
Satelite je počela da pravi kompanija 'Rešetnjov' iz Zelenogorska (danas je to korporacija 'Paljot' iz Omska), i za ovih tridesetak godina bilo ih je tri generacije: GLONASS (od 1982.), GLONAS-M (od 2003.) i GLONASS-K (od 2011.). Najnovija verzije, GLONASS-K2, ući će u servis ove godine. Svaki satelit ima GRAU oznaku 11F654, i svaki ima i vojnu oznaku 'Kosmos-...'. Prva generacija satelita je imala visinu od 7,8 m i sa solarnim panelima širinu od 7,2 m, a težinu od oko 1260 kg.
Evolucija GLONASS-a.
Pokrivenost planete GLONASS satelitima
Jedan od prvih vojnih uređaja iz 2003, koji je kombinovao GPS i GLONASS. Desno je kombinovani personalni spasilački uređaj.
- GALILEO
Galileo je najmlađi od svih ovih navigacionih sistema i to je projekat koji preko kosmičke agencije ESA razvija Evropska unija. Centar agencije zadužene za upravljanje nalazi se u Pragu., a operativni centri u Italiji i Nemačkoj. Čitav projekat vredi preko €10 milijardi. Treba napomenuti da bi Galileo trebao trebao da bude u potpunosti operativan do kraja 2020. godine, s ukupno 30 satelita u konstelaciji. Danas je 22 u upotrebi, 1 nije dostupan, 3 su pokvarena a 2 su na testiranju.
Od tih 30, 24 bi trebalo da bude potpuno operativna satelita, a preostalih 6 bi trebali da budu rezervni. Prvi probni Galileo satelit (GIOVE-A) lansiran je 2005, ali nismo videli stvarni operativni satelit u orbiti sve do 2011. Sam navigacioni sistem postao je operativan tek u decembru 2016. godine.
Galileo sateliti nalaze se na visini od 23.222 km, što je više od GPS-a i GLONASS-a. Zbog toga im je potrebno više vremena da završe jedan krug (oko 14 sati), što znači da mogu da naprave samo 1,7 orbita u razdoblju od 24 sata.
Glavna svrha Galilea je da osigura sistem visoke preciznosti nezavistan od GPS-a i GLONASS-a, tako da se evropske zemlje ne moraju da oslanjaju na američke ili ruske satelite. Također Galileo sateliti nude bolju preciznost i od GLONASS-a i od GPS-a – procjenjuje se da civilni korisnici dobijaju horizontalno i vertikalno pozicioniranje unutar 1 metra, što je prilično impresivno.
Evropski sateliti takođe nude bolje usluge pozicioniranja na višim geografskim širinama u odnosu na GPS i GLONASS, što je jedna od njihovih glavnih prednosti. Osim toga, Galileo je besplatan i zapravo pouzdaniji u urbanim sredinama, gde visoke zgrade lako mogu da blokiraju satelitske signale. Korištenje kombinacije GPS-a i Galilea izvrsno je za kretanje po nepoznatim gradovima, naročito u Evropi.
Galileo je u Sjedinjenim Državama dostupan od kraja 2018, ali ga je moguće koristiti ili ne u zavisnosti od čipa u telefonu. Postoji na tone različitih proizvođača pametnih telefona, i oni su praktički ti koji odlučuju koji će GNSS vaš telefon moći da koristi. Prednost je to što većina novijih uređaja može videti sve satelite, osiguravajući da je navigacija vašeg telefona što preciznija.
Svi Galileo sateliti su opremljeni retroreflektorima koji omogućavaju da sateliti budu praćeni od strane međunarodnih stanica za lasersko merenje. Satellite laser ranging sistem služi za validaciju satelitskih orbita, određivanje parametara Zemljine rotacije i kombinovanje solucija laserskog i mikrotalasnog osmatranja
Orbite navigacionih satelita, sa brzinama, visinom i periodom rotacije.
Od aprila 2018, sva nova vozila prodata u Evropi moraju da podržavaju eCall, automatski sistem za slučaj opasnosti, koji biranjem broja 112 prenose podatke o položaju dobijene preko Galilea u centar za pružanje pomoći.
4. BEIDOU
Danas ništa što je 'globalno' ne može da prođe bez Kineza, pa je tako i sa GNSS. Njihov globalni navigacioni sistem se zove BeiDou[5] (北斗卫星导航系统) i sadrži dve odvojene konstelacije. Prvi sistem, poznat kao BeiDou-1, započeo je s radom 2000. godine a činila su ga samo tri satelita koja su pokrivala samo Kinu[6]. Sistem je funkcionisao samo do kraja 2012. Druga generacija sistema, zvanično poznata kao BeiDou-2 (ili COMPASS), započela je 2011. kao parcijalna konstelacija od 10 satelita. Tokom sledeće dve godine sistem je pokrivao mušterije azijsko-pacifičkog regiona.
Kina je 2015. lansirala treću generaciju sistema BeiDou (BeiDou-3) radi globalne pokrivenosti. Prvi BDS-3 satelit lansiran je 30. marta 2015. godine. Krajem decembra 2018. satelitski sistem BeiDou počeo je da pruža globalne usluge. 35. i poslednji satelit BDS-3 lansiran je u orbitu u junu 2020. godine. 2016. je obećavano da će BeiDou-3 dostići milimetarsku preciznost (nakon naknadne obrade).
Prema pisanju glavnog vladinog časopisa na engleskom jeziku, 'China Daily', 2015, petnaest godina nakon što je satelitski sistem lansiran, ostvarivao je godišnji promet od \(31,5 milijardi za velike kompanije kao što su China Aerospace Science and Industry Corporation, AutoNavi Holdings Ltd. i China North Industries Group Corp. Industrija koja se oslanjala na BeiDou je rasla u proseku za preko 20% godišnje, kako bi prema podacima najveće novinske agencije 'Xinhua' 2020. godine dosegla \)64 milijarde.
Izveštaji domaće industrije predviđaju da će vrednost robe, koja je (vrednost) direktno generisana i pokretana sistemom Beidou, biti do 2025. vredna \(156,22 milijarde, odn. \)467 milijardi do 2035. godine.
Za 20 godina postojanja, BeiDou je lansirao 59 satelita, od čega je trenutno 35 u orbiti. Globalno, preciznost je oko 3,6 m, dok je na njihovom terenu 2,6 m.
BeiDou-3 ima 35 satelita: 5 satelita BeiDou-G je u geostacionarnoj orbiti (GEO), 27 satelita BeiDou-M u srednjoj orbiti (MEO) i 3 satelita BeiDou-I u nagnutoj geosinhronoj orbiti (IGSO).
[1] Kontrolom, podešavanjem i lansiranjem satelita sistema bavi se jedinica iz vojne baze u Koloradu, koja se zove Drugi operativni skavadron (2SOPS) i deo je jedinice Američkih kosmičkih snaga, koja se zove 'Space Delta 8'
[2] Ja za navigaciju kola & bajsa koristim GARMIN. On prema prospektu može standardno da koristi dva satelitska sistema, najčešće GPS+Glonass, mada piše da se prebaci i na GPS+Galileo. Suštinski, to znači da moj uređaj može da koristi usluge većeg broja satelita.
[3] Sećam se da su SAD tražile od Rusa da im dozvole da postave svoje kontrolne i telemetrijske stanice širom teritorije Rusije kako bi GPS imao globalnu pokrivenost. I normalno su dobili dozvole. Međutim, kada su posle nekoliko godina Rusi tražili uzvratnu uslugu, da oni postave svoje stanice po teritoriji SAD, dobili su express šut-kartu. Kada je Putin zapretio da je im uskratiti uslugu i pozatvarati njihove stanice svi su skočili kako se Rusi suprotstavljaju globalizaciji i tehnološkom razvoju. Ne sećam se kako se to završilo...
[4] Frekvencija je 1176,45 MHz. Koriste je savremeni sateliti tipa 'Blok IIF' i noviji.
[5] Na kineskom jeziku, to je sazvežđe Velikog medveda, pomoću koga se lako pronalazi Severnjača, zvezda bitna za navigaciju i orijentaciju uopšte.
[6] Ideju za navigacioni sistem je još 80-ih godina dao njihov inženjer C. Fengyun. Međutim, kada su Ameri 1996. tokom krize koju su izazvali oko Tajvana zapretili da će im zabraniti pristup GPS-u, sudbina BeiDoua je bila osigurana.
