Tartalom
A tananyag ezen fejezetében a különböző típusú műholdas helymeghatározó rendszerekről, ezen belül részletesebben az amerikai GPS-ről, a műholdas helymeghatározás során fellépő távolság- és időmérési problémák matematikai és fizikai alapjairól, a gyakorlatban alkalmazott mérési módszerekről és a vevőkészülékek típusairól, valamint a műholdas helymeghatározás közeljövőben várható fejlődési irányairól összefoglaló áttekintést kaphat az olvasó..
A múlt század közepén fejlesztették ki a rádiójelek terjedési idejének mérésén alapuló távolságmérési technikát. Az alapötlet szerint, ha egy adóállomásról kisugárzott és egy vevőberendezéshez beérkezett rádiójel haladási idejét ismerjük, akkor az adó és a vevő közötti távolságot is meg tudjuk határozni, mert a rádióhullámok terjedési sebessége a fénysebességgel egyezik meg, azaz 300000 km másodpercenként és ezt megszorozva a terjedési idővel megkapjuk a keresett távolságot. A pontos időmérés alapkövetelmény, mert egy másodperc egymilliomod része alatt a jel kb. 300 méteres távolságot tesz meg. A megfelelő pontosságú helyzet-meghatározáshoz az időmérés pontosságát legalább egy nanoszekundumban határozták meg.
Hogyan határozható meg a vett rádiójelek alapján a pozíciónk?
Egy ismert A helyen lévő adó rádiójeleit venni tudjuk készülékünkkel és az adó koordinátáit beprogramoztuk a speciális vevőnkbe. A távolság kiszámítása után helyzetünk még nem meghatározott, de tudjuk, hogy pozíciónk a vevőtől, mint középponttól, a kiszámított sugarú körvonalon található. Mérjük meg távolságunkat egy másik B adóállomástól is, ekkor a lehetséges pozícióink száma kettőre, a két körvonal metszéspontjaira: P,Q szűkül.
Egy harmadik C adótól is megmérve a távolságunkat a pontos pozíciónk már egyértelműen meghatározható.
A kezdeti rádiónavigációs rendszerek alapját ezek a földfelszín ismert pontjain elhelyezkedő A,B,C, stb. rádióállomások jelentették. A távolság mérésére különböző trükkös megoldásokat dolgoztak ki a késleltetési idők és fázisszögek kimérésével (pl. a LORAN rendszerben[18]). De a földi irányadókra épülő rendszerek mindegyikének közös problémája, hogy a rádióadók vételi körzete és vételi lehetőségei korlátozottak, esetlegesek és lényegében az adók és a meghatározandó pont közel azonos síkban való elhelyezkedését vették alapul. (Egy adótól 4 kilométerre 3000 méter magasságban szálló repülőn ugyanazt az adatot mérjük, mint az adóval azonos tengerszint feletti magasságon, 5 kilométerre levő járművön.) Ez a hajózásban még elmegy, de a repülésben már nem.
Az előbbiekben említett problémák (korlátozott lefedettség, csak vízszintes pozíció) megoldására a rádióadókat műholdakra telepítették, amelyek kellően nagy magasságú pályáikról biztosítják a globális lefedettséget, vagyis a Föld bármely pontján megfelelő számú műholdjel vételét.
A rendszer alapelve megegyezik a földi rádiónavigációs rendszer elvével, a különbségek a következőkben foglalhatók össze:
• képes háromdimenziós helymeghatározásra,
• a műholdak helyzete folyamatosan változik (nem állandó, mint a földi rádióadóknál), pillanatnyi pozíciójuk ismeretének pontossága befolyásolja a meghatározni kívánt helyzet pontosságát.
Az első műholdas rendszerek egyike a Transit volt, melynek fejlesztése és kiépítése során szerzett tapasztalatok nagyban hozzájárultak a manapság is használatos helymeghatározó rendszerek (GPS, GLONASS) születéséhez és működéséhez.
[18] LORAN (LOng RAnge Navigation): 1950-es években kiépített rádiónavigációs rendszer. A rendszer minden láncszeme legalább négy adóból áll, kb. 800 km-es útvonalat fed le és a láncszemek hálózata alkotja a teljes rendszert, pl. az USA nyugati partján a navigációt két láncszemmel biztosították. Nem globális rendszer, csak a földfelszín 5 %-án tette lehetővé a navigációt. Pontossága kb. 250 méter.