Satelitní systémy

SatNav in a nutshell

Simple idea
 TOF + trilateration
Smart calculations
 Technical challenges

2
Basic idea
3
Implementation
4
History

1957 Sputnik
 JHU APL – Doppler shift
5
History

Transit
 US Navy, 5(7) satellites
 Proof + technologies
 1967 civilian use
 Time gaps in coverage
 Slow + long observation needed
 2D
 Not efficient for higher velocities
 Not possible to use more satellites
 In use until 1996
6
History

Timation
 US Navy, 27 satellites
 Precise quartz clock
 later first atomic clock
 Easily jammed
 2D only
 Last 2 satellites were used as first GPS prototypes
7
History

621B
 1963 US Air force
 3D
 1972 – pseudorandom noise for jam resistancy
 Needed continuous ground to sattelite data link
8
History

1968 – NAVSEG 621B
 Group cooperation
○ John Hopkins Applied Physics Laboratory
○ Naval Research Laboratory
○ Army-SECOR (Sequential Correlation of Range)
 Resolve and decide
○ How many satellites?
○ Which altitude?
○ What would be the signal codes?
○ What would be the modulation techniques?
○ Cost?
 September 1973 NAVSTAR GPS
9
Navstar GPS
Orbit + prediction from Transit
 Clock from Timation
 Signal structure from 621B


Launch in 1978 … 10m accuracy
10
Navstar GPS

1974-79 first tests using Timation satellites
 First atomic clock in space

1978-85 Block I
 design life: 3y, real life: 10+y
 Tested on vehicles and carry-on devices
11
Navstar GPS

původně jen pro armádu, ale obhájilo se i civilní
využití
 sestřelení korejského letadla nad SSSR v září 1983

úmyslné znepřesnění pomocí „SA“
(typ. 100 m vertikálně, 50 m horizontálně)
 dočasně vypnuto při válce v Zálivu 1990-1991
 zcela zrušeno v květnu 2000
 P(Y) code – encrypted (L1 + L2 freq. at 1227.6 MHz)
 C/A code – free use (L1 freq. at 1575.42 MHz)
12
Vypnutí SA
13
GPS orbit
6 MEO drah - 60° mezera
 aspoň 4 satelity v dráze

 aspoň 4 viditelné na každém místě na zemi
odklon 55° od rovníku
 prosinec 2014 – 30 pracujících satelitů

 +2 záložní; postupně vypuštěno 68
14
GPS error
ionosférické efekty
5m
posuny v drahách satelitů
2.5 m
chyba hodin
2m
multipath effect
1m
troposférické efekty
0.5 m
výpočetní chyby
1m
15
Differential GPS
nominální přesnost 15 m
 C/A code 100 m


dopočítání ze známých souřadnic pozemních
stanic
 přesnost zvýšena na cca 10 m
16
Další systémy - Globální
CNSS / Compass / Beidou II
 Galileo
 GLONASS

17
Pomocné systémy
EGNOS
 GAGAN
 MSAS
 WAAS

18
Pomocné systémy
19
Pomocné systémy
20
Regionální systémy
Beidou
 DORIS
 IRNSS
 QZSS

21
Real systems

Global
 Navstar GPS (USA)
 Galileo (Europe)

Regional
 Beidou (China)
 IRNSS (India)

Compass (China)
GLONASS (Russia)
DORIS (France)
QZSS (Japan)
Augmentation supplements
 EGNOS
 MSAS
GAGAN
WAAS
22
CNSS / Compass / Beidou-II
China
 From Dec. 2011, 10 satellites, precision 25m
 Planned to be operational by 2020

 5 GEO + 30 MEO
 10m, 20ns, 0.2m/s accuracy
23
Galileo
EU
 From 2011 first 2 satellites
 Planned to be operational by 2014

 27 + 3 spare MEO, 56°
24
Galileo

Initial Operational Phase – 2014
 Open Service: positioning, velocity, timing 4/8m h/v
 Public Regulated Service: encrypted for authorised
use in crisis time

Full Operation Capability Phase – 2019-2020
 Search-and-Rescue Service: improve and extend
COSPAS-SARSAT
 Safety-of-Life Service: integrity of system warnings
 Commercial Service: centimetre accuracy, data
transfer for commercial purposes
25