A hajózásban és a légi közlekedésben is magától értetődő a használatuk. Vannak olyan területek is a mindennapi életben, ahol szintén fontos, bár kevéssé ismert a globális helymeghatározás szerepe. A precíziós földművelés során a kombájnok ezt használják a betakarításra kijelölt terület határainak betartására, hálózatok földrajzilag elkülönülő részeinek szinkron működése is GNSS eszközökön alapul, de fontos a szerepe például a bankkártya tranzakciók vagy az energiaelosztás területén is. GNSS (Global Navigation Satellite System – globális helymeghatározó műholdrendszer) a gyűjtőneve azoknak a SAT alapú navigációs rendszereknek, melyek autonóm földrajzi helymeghatározásra alkalmasak a Föld teljes felszínén.

 

Több ilyen rendszer van a megvalósítás fázisában, vagy rendelkezik már a szükséges műholdakkal és földi állomásokkal, néhány közülük globális, mások még csak lokális pozícióadatokat szolgáltatnak. Jelen írásunkban szeretnénk ezeket a rendszereket áttekinteni, és bemutatnánk néhány olyan eszközt (vevőmodulokat, „okos” antennákat és időzítő modulokat), melyek kihasználva a fenti SAT rendszerek közti interoperabilitást, a pontosság tekintetében számos előnyös tulajdonággal rendelkeznek a hagyományos GPS alapú vevőegységekkel szemben.

 

GNSS rendszerek

 

GPS

A GPS rendszert az Egyesült Államok kormánya hozta létre eredetileg katonai alkamazásra 24 aktív műhold alkalmazásával. 1994-től volt teljesen működőképes, ekkor már civil és üzleti célokra is a Föld teljes területét lefedve ingyen asználható mindazok számára, akik rendelkeznek a megfelelő GPS vevőegységgel. Mára több, mint 30 műhold és számos földi kiszolgáló létesítmény tartozik hozzá.

 

Glonass

A Glonass Oroszország globális műholdas helymeghatározó rendszere, ma az egyetlen igazi alternatívája az amerikai GPS rendszernek, mind lefedettség, mind pontosság tekintetében. A fejlesztése 1976-ban indult és 2010 óta teljesen működőképes 24 műholddal, melyből 18 szükséges Oroszország területének 100%-os lefedettségéhez.

 

Galileo

A Galileo projekt az Európai Unió által tervezett, még fejlesztés alatt álló saját globális műholdas helymeghatározó rendszer fejlesztésére irányul, mely az EU tagállamok számára nyújt az amerikai GPS, az orosz Glonass és a kínai Beidou rendszerektől független, autonóm helymeghatározást akár azokra az esetekre, ha az egyes országok közt kialakuló konfliktusok a GPS szolgáltatás korlátozását eredményeznék. Manapság csak néhány teszt műhold kering, azonban a 2019-ben várható végleges rendszer működését 30 műholdból fogja biztosítani. A méter nagyságrendű pontosság és a magas földrajzi szélességen történő navigálás problémáinak kiküszöbölése mellett kutatás-mentési funkcióval is felruházzák a rendszert,  mely egyedülálló módon a felhasználó számára is küld információt a segítségkérés vételének és a segítség útba indításának nyugtázásával.

 

Beidou és Compass

Ezeket a rendszereket Kína fejleszti. A Beidou egy már működő regionális rendszer, mely kezdetben három, később tíz műholddal biztosít helymeghatározást elsősorban kínai felhasználók számára Kína és a közeli területek lefedettségével. A Beidou-II, más néven Compass azonban már globális rendszer lesz, 35 műholddal várhatóan 2020 körül áll rendszerbe.

 

Quasi-Zenith Satellite System

Több, Japán feletti pályán mozgó műholdból áll. Fő feladata, hogy Japán hegyes völgyes területén biztosítson kiegészítő lehetőséget a GPS vétel számára, elsősorban olyan helyeken, ahonnan csak a magas röppályákon keringő műholdak látszanak. Az amerikai GPS rendszer jeleinek  felhasználásával, Japán lefedettségét a három kvázi-zenit műhold segítségével biztosítva, a GPS jelek minősége és vétele javul és a pozícionálás pontossága egy nagyságrenddel növekszik.

 

GNSS modulok (konkurens multi-GNSS vétel)

 

A műholdas navigációs rendszerek működésének minőségét négy fő kritérium határozza meg:

Pontosság - A maximálisan megengedett eltérés a mért és valós földrajzi koordináták, sebesség és irányértékek között

Integritás - A rendszer azon képessége, hogy miként marad megbízható és hogyan reagál abnormális körülmények közt.

Folytonosság - A rendszer folytonos, megszakításoktól mentes működésre való képessége 

Elérhetőség - Az a maximális időintervallum, mely alatt a jel megfelel a pontosság, az integritás és a folytonosság kritériumainak.

 

Ahhoz, hogy a GPS vevő megfelelően működjön minimálisan négy szatellit egyszerre való láthatósága a feltétel, azonban a lehető legjobb jelminőség hat vagy nyolc műhold egyidejű vételét igényli. Nem minden helyen és időben van lehetőség erre, elsősorban zavaró tereptárgyak és objektumok ( hegyek, magas épületek, fák ) közelében nehezebb megfelelő számú kapcsolatot létesíteni. A különböző GNSS rendszerek egyidejű használatával sokkal több műhold áll rendelkezésre a lehető legpontosabb pozíció meghatározásra.

 

Így például kombinált GNSS vevők használatakor a 24 GPS műhold mellett a Glonass műholdak is rendelkezésre állnak, mely precízebb jeleket eredményez, valamint kiküszöbölhető a GPS rendszerben a magas földrajzi szélességen történő navigálás problémája is, amikor a GPS holdak egy része a vevőegység horizontja alatt van. A kombinált GNSS vevők a különböző globális műholdas helymeghatározó rendszerek jeleinek kombinációit detektálják, léteznek GPS+Glonass és későbbi használathoz GPS+Galileo rendszerek, melyek jelentősen csökkentik az első pozíció meghatározás idejét (TTFF – time to first fix). 

 

A fentiek gyakorlati alkalmazásához az Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH számos megoldást kínál partnerétől a Locosys cégtől, mely a minőségi GNSS eszközök egyik vezető gyártója és a minőség iránti elkötelezettségét mutatja az TS16949:2009 autóipari minőségügyi rendszerben történő gyártás. A vevő modulok alkalmasak például mobil (autó, motor és hajó) és fix (hétvégi házak) riasztórendszerek kiegészítéseként, emberek és állatok, valamint szállítmányok útvonalát rögzítő  nyomkövető rendszerek alapjaként.

 

A gyártó a modulokban Mediatek, CSR (SiRF) és ST Micro chipseteket használ. A Mediatek és a SiRFstarV eszközök támogatják a konkurens multi-GNSS vételt (GPS, Glonass, Beidou, Galileo, QZSS), melynek eredménye a nagypontosságú helymeghatározás mind városi, mind külterületi környezetben. Az AECQ100 tanúsítvánnyal rendelkező STMicro chipeket elsősorban fejlettebb autóipari  alkalmazásokba építik. A firmware programozást a gyár maga végzi, ezért minden szükséges fejlesztőeszköz és szoftver platform a felhasználók rendelkezésére áll. Olcsóbb, kisebb igényű applikációkhoz a firmware ROM-ban tárolódik, komplexebb feladatokra FLASH memóriák használatosak.

 

GNSS „okos” antennák

 

Az úgynevezett „okos” antennák áramkör szintű GNSS vevőt és beágyazott patch antennát tartalmaznak közös tokozásban. A Locosys által készített eszközök Mediatek chipsetet használnak. Az antenna egy időben 66 műhold vételére alkalmas, ezáltal még sűrű lombozat mellett, és erősen beépített városi környezetben is precíz helymeghatározást tesz lehetővé, gyors TTFF idő és másodperc nagyságrendű navigáció frissítés jellemzi, kis fogyasztás mellett.

 

GPS alapú időzítés

 

A pozíció meghatározás mellett a műholdas navigációs rendszerek még egy fontos adatot szolgáltatnak, az időt. Minden egyes szatellit rendelkezik egy vagy több atomórával, és a kibocsátott GPS jelek tartalmazzák az időre vonatkozó információt is. A vevőegységek dekódolják ezt a jelet és szinkronizálják magukat. Rendkívül drága atomórák üzemeltetése helyett GNSS vevőkkel precíz időinformációhoz juthatunk, mely nagyon nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Kommunikációs, forgalomirányító, pénzügyi és energia elosztó rendszerek mind igénylik a precíz időzítést és szinkronizálást, a GPS alapú időzítés pedig rendkívül olcsón teszi lehetővé ezt.

 

Számítógépes hálózatok számára időalapot, bankkártya műveletek számára időbélyeget, vagy rádióállomások szinkronizálását legköltséghatékonyabban így lehet biztosítani. Földrajzilag távol helyezkedő elemekből felépülő elosztott hálózatok működtetéséhez is pontos időzítés szükséges, így például az energiatermelő és elosztó cégek számára is feltétlenül szükséges a szinkronizálás a villamos hálózatban esetlegesen fellépő hibák egyes hálózati szegmensekben való lokalizálására. A Locosys időzítő modulja lehet egy megoldás, ez a kis méretű (16 x 12.2 x 2.2 mm) elem UART/CAN BUS/USB interfésszel rendelkezik.

 

TMC modul

 

A TMC modul egy olyan eszköz, mely az FM rádiófrekvencián sugárzott RDS-információkból kiszűri a valós idejű, közúti forgalmi adatokra vonatkozó, TMC (Traffic Message Channel – Forgalmi Üzenet) jeleket, majd továbbítja azokat a navigációs készüléknek. A LOCOSYS TMC-1009 RDS kisméretű modul a TMC funkció könnyű integrálhatóságát biztosítja mobil navigációs rendszerek és hordozható készülékek számára. A TMC-1009 könnyen dekódolja és az AdvanceTCM protokoll segítségével a TMC információkat és AScII szövegként küldi ezt tovább a navigáció számára.