Δορυφορικό σύστημα εντοπισμού γεωγραφικής θέσης (GPS, Glonass, Galileo, Compass)

Με τον όρο δορυφορικό σύστημα εντοπισμού θέσης(στίγματος) εννοείται ένα σύστημα προσδιορισμού των απόλυτων και σχετικών συντεταγμένων σημείων (επί της Γης, στην ξηρά, στη θάλασσα ή επάνω από τη Γη) με την επεξεργασία μετρήσεων προς και/ή από τεχνητούς δορυφόρους.

GPS
Το GPS (Global Positioning System), Παγκόσμιο Σύστημα Στιγματοθέτησης, ή Θεσιθεσίας είναι παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού γεωγραφικής θέσης, ακίνητου ή κινούμενου χρήστη, το οποίο βασίζεται σε ένα “πλέγμα” εικοσιτεσσάρων δορυφόρων της Γης, εφοδιασμένων με ειδικές συσκευές εντοπισμού, οι οποίες ονομάζονται “πομποδέκτες GPS”. Οι πομποδέκτες αυτοί παρέχουν ακριβείς πληροφορίες για τη θέση ενός σημείου, το υψόμετρό του, την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης του. Επίσης, σε συνδυασμό με ειδικό λογισμικό χαρτογράφησης μπορούν να απεικονίσουν γραφικά τις πληροφορίες αυτές.
Το σύστημα ξεκίνησε από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ και ονομάστηκε NAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System). Το δορυφορικό αυτό σύστημα ρυθμίζεται καθημερινά από τη Βάση Πολεμικής Αεροπορίας Σρίβερ (Schriever) με κόστος 400 εκατομμύρια δολάρια το χρόνο.
To GPS λοιπόν είναι ένα δορυφορικό δίκτυο από 24 δορυφόρους που περιστρέφονται πάνω από τα κεφάλια μας σε απόσταση περίπου 20.000 χιλιομέτρων, δύο φορές το 24ωρο και με ταχύτητα 3,1 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Οι έξι από τους 24 δορυφόρους λειτουργούν ως εφεδρικοί ενώ οι υπόλοιποι 18 διαγράφουν έξι διαφορετικές τροχιές σε τριάδες. Κάθε δορυφόρος του GPS αντικαθίσταται κάθε περίπου δέκα χρόνια. Το βάρος του καθενός κυμαίνεται στα περίπου 900 κιλά, το μήκος του στα πέντε μέτρα ενώ η ισχύς του πομπού τους δεν ξεπερνά τα 50Watt.
Οι συσκευές/δέκτες GPS λαμβάνουν το σήμα από τουλάχιστον τριών δορυφόρων ώστε να εντοπιστεί η θέση του χρήστη και όσο περισσότερους δορυφόρους βλέπει μια συσκευή GPS τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια του στίγματος. Η επικοινωνία της συσκευής με τους δορυφόρους πραγματοποιείται με ραδιοφωνικά σήματα υψηλής συχνότητας σε δύο κανάλια, ένα για πολιτική χρήση και το κωδικοποιημένο για στρατιωτική. Το πολιτικό σήμα περιέχει τρία είδη δεδομένων, τα Almanac, Ephemeris, καθώς και τον ψευδοτυχαίο (pseudorandom) κωδικό.
H παραμικρή χρονική απόκλιση ανάμεσα στους δορυφόρους και την συσκευή GPS μπορεί να επιφέρει την απόδοση λανθασμένου συμπεράσματος-στίγματος. Για αυτό το λόγο οι δορυφόροι είναι εξοπλισμένοι με ατομικά ρολόγια, τα οποία έχουν ως βάση το ρουβίδιο ή το καίσιο, ώστε να εξασφαλίζουν τρομακτική ακρίβεια αφού χάνουν μόλις ένα δευτερόλεπτο κάθε 300.000 χρόνια. Οι συσκευές GPS μπορεί να μην διαθέτουν ατομικά ρολόγια, ωστόσο οι μηχανισμοί τους είναι ακριβής σε ικανοποιητικό βαθμό αποφεύγοντας μεγάλες αποκλίσεις. Επιπλέον η ώρα τους ρυθμίζεται από τους δορυφόρους κάθε φορά που η συσκευή έρχεται σε επαφή μαζί τους. Σε εξειδικευμένες περιπτώσεις που απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια σχετικά με τον προσδιορισμό της θέσης υπάρχουν επίγεια δίκτυα γνωστά ως DGPS (Differential GPS) ή SBAS (Satellite Navigation Augmentation Systems) αποτελούμενα από σταθμούς και γεωστατικούς δορυφόρους που λαμβάνουν το ίδιο σήμα με τον δέκτη και όταν χρειάζεται διορθώνουν τον χρόνο και συνεπώς την απόσταση.
Για να εντοπίσει μια συσκευή GPS το στίγμα της -χωρίς ή σε χάρτες που βρίσκονται αποθηκευμένοι στην μνήμη της- συγκρίνει το χρονικό διάστημα που μεσολάβησε ανάμεσα στον χρόνο αποστολής του σήματος από τον δορυφόρο και της λήψης του από την ίδια. Με την βοήθεια ενός αλγοριθμικού software στην μνήμη της το οποίο συσχετίζει τις αποστάσεις από τρεις δορυφόρους. Εκτός από την θέση του, ο χρήστης μιας συσκευής GPS μπορεί να μάθει την ταχύτητα με την οποία κινείται, την απόσταση από ένα άλλο σημείο καθώς και διάφορες άλλες πληροφορίες. Προσοχή! Ξεκαθαρίζουμε πως ο δέκτης, δηλαδή μία συσκευή GPS, απλά λαμβάνει σήμα από τους δορυφόρους χωρίς αυτή να στέλνει.

Glonass
Παράλληλα με το GPS, η Πρώην Σοβιετική Ένωση προχώρησε στη δημιουργία ενός παρόμοιου συστήματος προσδιορισμού θέσης με την ονομασία GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System). Αρχικά, ο χαρακτήρας του συστήματος GLONASS ήταν στρατιωτικός, αντίστοιχος με το GPS, και κάλυπτε τις ανάγκες της Πρώην Σοβιετικής Ένωσης και των συμμαχικών αυτής χωρών. Με τη διάλυση της Σοβιετικής Ένωσης και τις αλλαγές σε πολιτικό επίπεδο, η χρήση του συστήματος GLONASS άρχισε να επεκτείνεται και έξω από τα σύνορα της Σοβιετικής Ένωσης.
Έχει σχεδιαστεί σε τρία τροχιακά επίπεδα και αυτή τη στιγμή υπάρχουν σε τροχιά 12 δορυφόροι σε πλήρη επιχειρησιακή δραστηριότητα. Η τελευταία εκτόξευση στα πλαίσια επέκτασης του συστήματος με τη νέα σειρά Μ πραγματοποιήθηκε στις 25/12/2006 με τρεις δορυφόρους και αναμένονται κι άλλες στα επόμενα χρόνια για να ολοκληρωθεί ο σχηματισμός των 24 δορυφόρων το 2009 με τη σειρά Μ, όπως έχει εκτιμηθεί.
Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει μια σημαντική προσπάθεια για την συνεργασία των συστημάτων GPS και GLONASS, η οποία δίνει μεγαλύτερη κάλυψη στην επιφάνεια της γης για τους χρήστες των συστημάτων αυτών και μεγαλύτερο πλήθος παρατηρούμενων δορυφόρων όταν οι δορυφόροι του GPS περιορίζονται.
Η συνεργασία αυτή έγκειται στο γεγονός της πλήρους συμβατότητας των δυο συστημάτων καθώς το μεν GLONASS χρησιμοποιεί την τεχνολογία FDMA με έναν κοινό κώδικα σε διαφορετικές φέρουσες συχνότητες ενώ το GPS και το GALILEO υποστηρίζουν την τεχνολογία CDMA με την εκπομπή διαφορετικών κωδίκων στην ίδια συχνότητα.

Galileo
To Galileo είναι ένα σύστημα παγκόσμιας δορυφορικής πλοήγησης (GNSS) υπό κατασκευή από την Ευρωπαϊκή Ένωση και τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος. Το εγχείρημα των 5 δισεκατομμυρίων ευρώ έχει πάρει την ονομασία του από τον Ιταλό αστρονόμο Γαλιλαίο Γαλιλέι. Ένας από τους στόχους του Galileo είναι η παροχή ενός συστήματος εντοπισμού θέσης υψηλής ακρίβειας στο οποίο μπορούν να βασιστούν τα ευρωπαϊκά κράτη, ανεξαρτητοποιώντας τα έτσι από τα αντίστοιχα συστήματα GLONASS (Ρωσία), GPS (ΗΠΑ) και Compass (Κίνα), τα οποία μπορούν να απενεργοποιηθούν εν καιρώ πολέμου ή συρράξεων.
Όταν μπει σε λειτουργία, θα χρησιμοποιεί δύο κέντρα επιχειρήσεων εδάφους, κοντά στο Μόναχο της Γερμανίας και στο Φουτσίνο της Ιταλίας. Τον Δεκέμβριο του 2010 η Πράγα αναδείχτηκε ως η πόλη στην οποία θα στεγάζεται το αρχηγείο του εγχειρήματος Galileo, μετά από ψηφοφορία στις Βρυξέλλες από υπουργούς της Ευρώπης.
Στις 21 Οκτωβρίου 2011, οι πρώτοι δύο από τους τέσσερεις εν λειτουργία δορυφόρους εκτοξεύθηκαν ώστε να επικυρωθεί το σύστημα. Οι επόμενοι δύο ακολούθησαν στις 12 Οκτωβρίου 2012, καθιστώντας «δυνατό να δοκιμαστεί το Galileo από άκρη σε άκρη». Μόλις αυτή η φάση Επικύρωσης Σε Τροχιά (In-Orbit Validation, IOV) θα ολοκληρωθεί, επιπρόσθετοι δορυφόροι θα εκτοξευθούν ώστε να επιτευχθεί Αρχική Δυνατότητα Λειτουργικότητας (Initial Operational Capability, IOC) στα μέσα της δεκαετίας. Η πλήρης ολοκλήρωση του συστήματος 30 δορυφόρων Galileo (27 υπό λειτουργία και τρεις ενεργοί ανταλλακτικοί) προβλέπεται ως το 2019.
Οι βασικές υπηρεσίες πλόήγησης θα είναι δωρεάν. Το Galileo προορίζεται να παρέχει μετρήσεις οριζόντιας και κάθετης θέσης με ακρίβεια 1 μέτρου και καλύτερες υπηρεσίες εντοπισμού θέσης σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη από ότι άλλα συστήματα εντοπισμού θέσης. Ως ένα ακόμη χαρακτηριστικό, το Galileo θα παρέχει μια μοναδική λειτουργία αναζήτησης και διάσωσης (search and resque, SAR). Οι δορυφόροι θα είναι εξοπλισμένοι με έναν αναμεταδότη ο οποίος θα μεταδίδει το σήματα κινδύνου από τον πομπό του χρήστη στο Κέντρο Συντονισμού Διάσωσης, το οποίο έπειτα θα κινήει την επιχείρηση διάσωσης. Την ίδια στιγμή, το σύστημα θα παρέχει ένα σήμα στους χρήστες, πληροφωρόντας τους ότι η κατάστασή τους έχει ανιχνευθεί και ότι βοήθεια είναι καθοδόν. Αυτό το τελευταίο χαρακτηριστικό είναι καινούργιο και θεωρείται ένα μεγάλο βήμα μπροστά σε σχέση με τα υπάρχοντα συστήματα πλοήγησης GPS και GLONASS, τα οποία δεν παρέχουν ανάδραση στον χρήστη.

Compass (Beidou)
Χαρακτηρίζεται η κινεζική απάντηση στο αμερικανικό σύστημα δορυφορικής πλοήγησης GPS. Όπως επιβεβαίωσε το Πεκίνο, από την Τρίτη το Beidou βρίσκεται σε λειτουργία στέλνοντας δεδομένα τοποθεσίας, χρόνου και πλοήγησης στην Κίνα και στις «γύρω περιοχές», σύμφωνα με εκπρόσωπο του συστήματος, και διευκολύνοντας τις κινεζικές ένοπλες δυνάμεις να απεξαρτηθούν από αντίστοιχες ξένες τεχνολογίες.
Οι Κινέζοι εργάζονταν πάνω στο σύστημα από το 2000, ενώ μόλις στις αρχές του μήνα έθεσαν σε τροχιά το δέκατο δορυφόρο του Beidou. Aλλοι έξι δορυφόροι θα ταξιδέψουν στο διάστημα έως το 2012 προκειμένου το σύστημα να επεκταθεί στο μεγαλύτερο τμήμα της Ασίας. Απώτερος στόχος είναι 35 δορυφόροι να προσφέρουν παγκόσμια κάλυψη έως το 2020.
Παρότι το σύστημα πιστεύεται ότι δεν είναι τόσο ακριβές όσο το GPS, η πρόοδος που έχει επιτύχει η Κίνα στο συγκεκριμένο κλάδο από το 2009, φαίνεται πως προκαλεί θαυμασμό αλλά και ανησυχία.
«Αν και η Κίνα έχει πολύ δρόμο μπροστά της έως ότου αποκτήσει συνεχή στρατηγική κάλυψη σε πραγματικό χρόνο -ακόμη και σε θαλάσσιο περιβάλλον σε περιφερειακό επίπεδο- διαθέτει πλέον συχνή και αξιόπιστη κάλυψη στατικών στόχων και τουλάχιστον μια βασική ικανότητα να εντοπίζει, να ακολουθεί και να στοχεύει σκάφη στη θάλασσα», γράφουν σε πρόσφατη έκθεσή τους στην Επιθεώρηση Στρατηγικών Μελετών οι Έρικ Χαγκτ και Μάθιου Ντέρνιν.
«Βάσει δυνατοτήτων και μόνο, με ένα διαστημικό αναγνωριστικό σύστημα ως ραχοκοκαλιά, η Κίνα αποκτά ξεκάθαρα μεγαλύτερη ικανότητα όχι μόνο να αμυνθεί έναντι εισβαλλόντων αεροπλανοφόρων, αλλά και να κάνει χρήση ισχύος.»
Το Beidou, που σημαίνει Μεγάλη Aρκτος, υπόσχεται στους χρήστες του αξιόπιστα δεδομένα προσδιορισμού θέσης με ακρίβεια 10 μέτρων, ταχύτητας με ακρίβεια 0,2 μέτρων ανά δευτερόλεπτο και συγχρονισμού ρολογιών με ακρίβεια 0,02 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου. Ο κινεζικός στρατός θα έχει πρόσβαση σε ακόμη πιο αξιόπιστα δεδομένα, κάτι ωστόσο που οι δημιουργοί του συστήματος υποβαθμίζουν προτιμώντας να τονίζουν τα οφέλη του Beidou για το ευρύ κοινό.
Σύμφωνα με τον εκπρόσωπο της China Aerospace Science and Technology Corp. που το ανέπτυξε, το «κινεζικό GPS», το οποίο είναι συμβατό με τα υπόλοιπα μεγάλα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης, θα προσφέρει στους πολίτες δωρεάν υπηρεσίες που, όπως και στην περίπτωση του GPS, θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέσω εφαρμογών διαθέσιμων στο εμπόριο.

Πηγή: https://www.caroto.gr/2009/02/11/gps-%ce%b3%ce%b5%cf%89%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%b9%ce%ba%ce%ae%cf%82-%ce%b8%ce%ad%cf%83%ce%b7%cf%82-%cf%83%cf%8d%cf%83%cf%84%ce%b7%ce%bc%ce%b1-%ce%b5%ce%bd%cf%84%ce%bf%cf%80%ce%b9%cf%83%ce%bc%ce%bf/ & https://el.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System & https://www.landmark.com.gr/%CE%B2%CE%B1%CF%83%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82-%CE%B1%CF%81%CF%87%CE%AD%CF%82-gps/%CF%84%CE%BF-%CF%83%CF%8D%CF%83%CF%84%CE%B7%CE%BC%CE%B1-glonass/ & https://el.wikipedia.org/wiki/Galileo & https://www.naftemporiki.gr/story/309532/se-leitourgia-to-kineziko-gps-beidou