Capitolul I Consideratii generale

2

Consideratii generale

Sistemul de Pozitionare Globala (GPS)

Sistemul de Pozitionare Globala este un sistem de navigatie radio cu ajutorul satelitilor,

dezvoltat de Departamentul Apararii al SUA la inceputul anilor 1970. Acest sistem a fost

dezvoltat, initial, ca un sistem militar. In acest moment sistemul GPS este disponibil pe tot

Globul, tuturor utilizatorilor ce dispun de receptoare specifice si, foarte important, este practic

independent de conditiile meteo.

Sistemul GPS consta dintr-o constelatie

de 24 de sateliti operationali, dispusi pe 6 planuri

orbitale, astfel incat este permisa receptionarea

simultana, in orice punct de pe Glob si in orice

moment al zilei, a cel putin 4 sateliti.

Fig. 1 – Dispunerea satelitilor pe cele 6

planuri orbitale

Segmentele sistemului GPS

Sistemul GPS este alcatuit din trei segmente principale: segmentul spatial, segmentul de

control si segmentul utilizator.

Segmentul spatial este

alcatuit din totalitatea satelitilor

NAVSTAR-GPS, care transmit

continuu pe doua frecvente semnale

de timp sincrone, parametrii

necesari pozitionarii (efemeride) si

informatii suplimentare (starea de

operationalitate a satelitilor, etc).

Fig. 2 – Segmentele sistemului GPS

Capitolul I Consideratii generale

3

Segmentul de control are rolul de a

monitoriza si controla starea sistemului GPS.

Acest segment include statia principala de

control (MCS- Master Control Station), situata

la baza americana Falcon Air Force in Colorado

Springs si statiile de monitorizare distribuite

uniform pe continente: Falcon AFB, Hawaii,

Kwajalein, Diego Garcia si Ascension.

Impreuna ele formeaza Sistemul Operational de

Control (OCS).

Fig. 3 – Dispunerea statiilor de monitorizare si control

Segmentul utilizator este alcatuit din totalitatea receptoarelor si a programelor de

prelucrare utilizate in pozitionarea GPS absoluta sau relativa.

GPS: Ideea de baza

Sistemul GPS este un sistem „one-way-ranging” (masurarea unidirectionala a distantei),

deoarece semnalele sunt transmise numai de la satelit spre receptor. Masuratoarea principala

efectuata este durata timpului in care semnalul parcurge distanta satelit-receptor. Aceasta durata

este transformata intr-o masuratoare de distanta cu ajutorul vitezei de propagare a semnalului:

PR = c • τ unde :

PR –(pseudo) distanta parcursa de semnal;

c –viteza de propagare a semnalului;

τ –timpul de parcurgere a traseului satelit-receptor.

Determinarea marimii PR este afectata de erorile sistematice provocate de nesincronizarea

ceasului satelitului cu cel al receptorului. Din acest motiv distantele PR astfel determinate se mai

numesc si pseudodistante.

Servicii de pozitionare GPS

Sistemul GPS furnizeaza informatii utilizatorilor prin intermediul a doua servicii de

pozitionare:

� Serviciul de Pozitionare Standard (SPS), disponibil continuu pe tot Globul,

oricarui utilizator GPS, fara o plata directa. Precizia de pozitionare proiectata a fi

obtinuta este de circa ±100m orizontal si ±300m vertical.

Capitolul I Consideratii generale

4

� Serviciul de Pozitionare Precisa (PPS), disponibil continuu, pe tot Globul, numai

utilizatorilor autorizati de catre DoD. Precizia de pozitionare proiectata a fi

obtinuta este de circa ±1m orizontal si ±3m vertical.

Metode de pozitionare GPS

Inainte de a face o clasificare a metodelor de masurare este necesara explicarea notiunilor

de „static” si „cinematic”.

La masuratorile statice receptoarele sunt fixe in intervalul de timp afectat masuratorilor,

iar rezultatele sunt deduse ulterior din masuratori succesive efectuate de receptori la anumite

intervale de timp prestabilite, denumite „epoci de masurare”, de regula comune tuturor

receptoarelor implicate intr-o sesiune de lucru.

La masuratorile cinematice o parte din receptoare sunt in miscare (rover), iar rezultatele

sunt obtinute dintr-o singura epoca, sau cateva epoci de masurare in fiecare punct. Spre deosebire

de metoda statica, trebuie sa existe in permanenta o legatura continua spre minim patru sateliti

din constelatia initiala.

� Determinarea pozitiei unui singur punct

Daca dispunem de un singur receptor se poate determina doar pozitia unui punct izolat.

Datorita numeroaselor surse de erori precizia de determinare este limitata. Ca masuratori intra in

atentie doar masurarea pseudodistantelor cu ajutorul codurilor, deci este suficient sa dispunem de

un receptor cu caracteristici tipice de navigatie.

Pozitionarea unui punct izolat poate avea loc cu receptorul fix (masurare statica) sau cu

receptorul mobil (masurare cinematica). Pentru a obtine o solutie in timp real trebuie sa dispunem

de minim patru pseudodistante masurate concomitent spre patru sateliti, necesare la determinarea

celor patru necunoscute ( 3 coordonate carteziene X, Y, Z si eroarea de timp ∆t).

� Determinari relative ale pozitiilor punctelor

Aceste determinari implica doua receptoare GPS care urmaresc simultan aceiasi sateliti,

pentru a determina coordonatele lor relative. Dintre cele doua receptoare unul este considerat fix.

Pentru celalat receptor coordonatele sunt necunoscute. Pozitia acestui receptor este determinata

in functie de coordonatele punctului care a fost tinut fix.

� Metoda statica de masurare

La aceasta metoda receptoarele din statia de referinta si din statiile noi sunt stationate pe

parcursul unei sesiuni de lucru. Durata unei sesiuni depinde de lungimea bazei care se masoara, de

Capitolul I Consideratii generale

5

geometria constelatiei satelitare si de numarul satelitilor receptionati, ea putand varia pentru o

baza de 1-15km intre 30 minute si 2 ore.

� Metoda cinematica de masurare

Procedeul cinematic de masurare este o metoda de determinare a pozitiilor punctelor cu

un timp foarte scurt de observatie in fiecare punct.

Fig. 4 – Metoda cinematica de masurare Fig. 5 – Metoda „stop-and-go”

Dupa initializarea masuratorilor unul din receptoare ramane fix, iar celelalte sunt mobile,

fiind deplasate spre punctele noi, cu conditia sa fie asigurat in permanenta contactul spre

minimum 4 sateliti pe care s-a facut initializarea.

Miscarea receptorului se poate face continuu sau, pentru sporirea preciziei, se stationeaza

o perioada foarte scurta in punctele noi. In aceasta situatie vorbim de metoda „stop-and-go”.

� Metoda pseudo-cinematica de masurare („re-occupation”)

Receptorul din statia de referinta ramane fix, iar receptorul mobil este transportat la

punctele noi, care sunt stationate pentru o perioada de 3-5 minute. Dupa minimum o ora, timpul

necesar schimbarii constelatiei satelitare, punctele sunt restationate pentru 3-5 minute.

� Masuratoti diferentiale (DGPS/ RTK GPS)

O determinare cinematica imbunatatita pentru un singur punct si in timp real se obtine

prin masuratori diferentiale. Sunt folosite doua receptoare, unul tinut fix intr-o statie de referinta

cu coordonate cunoscute si al doilea mobil, efectuandu-se concomitent masuratori de distante spre

minim patru sateliti identici.

Pozitionarea absoluta diferentiala este o tehnica de pozitionare prin care se determina

pozitia unui receptor, de regula mobil, pe baza observatiilor directe spre sateliti si a unor corectii

(diferentiale) transmise (in timp real) de la un alt receptor fix, numit si receptor-baza.

Pseudodistantele masurate de receptorul mobil sunt corectate pe baza corectiilor diferentiale

obtinute de la receptorul de baza, iar apoi are loc o pozitionare absoluta (punctuala).

Capitolul I Consideratii generale

6

Corectiile transmise de receptorul baza pot fi corectii de pseudodistante (PRC- Pseudo-

Range-Corrections) si corectii de variatie a pseudodistantelor (RRC- Range_rate_corrections).

GLONASS

Introducere

� Scurt istoric

Abrevierea GLONASS deriva din denumirea rusa ” Global’naya Navigatsionnaya

Sputnikovaya Sistema ” a carei traducere in romana este ”Sistem de navigatie prin satelit”.

Dezvoltarea sistemului GLONASS a inceput in 1976, avand ca scop realizarea unei acoperiri

globale pana in 1991.

Coordonat de fortele militare ruse, GLONASS este un sistem militar. Din aceasta cauza nu

au fost facute publice informatii detaliate. In mai 1988 un document cu detaliile tehnice ale

GLONASS a fost facut public si astfel Rusia a oferit lumii posibilitatea de a folosi liber semnalele

de navigatie GLONASS.

� Capacitate operationala

GLONASS a fost oficial declarat operational pe 24 septembrie 1993, insa constelatia de 24

de sateliti a fost completa pentru prima data pe data de 18 ianuarie 1996. Aceasta zi poate fi

considerata ziua de capacitate operationala deplina a GLONASS intrucat numarul satelitilor

disponibili a scazut considerabil intre 1996 si 1998 din cauza lipsei finantarii. Acest numar a atins

minimul in 2001 cand existau doar 6 pana la 8 sateliti disponibili.

Servicii GLONASS

� Serviciul de Pozitionare Standard

Trebuie mentionat faptul ca ”Serviciul de Pozitionare Standard” nu este o denumire

oficiala. Celelalte denumiri utilizate sunt ”serviciul de pozitionare de precizie standard” sau

”serviciul de precizie scazuta”. In cadrul acestui serviciu doar semnalul de precizie standard (C/A-

code) este disponibil.

Sistemul GLONASS ofera o precizie intre 13 si 100 m orizontal si intre 22 si 156 m

vertical.

� Serviciul de Pozitionare Precisa

In cazul acestui serviciu este disponibil semnalul de precizie ridicata (P-code). Acesta este

un semnal militar, semnal care, desi nu este criptat, nu a fost facut public.

Nu se cunosc foarte multe despre acest serviciu. Apare notiunea de ”Anti-spoofing” care

consta in dezactivarea semnalului P sau folosirea unui semnal criptat pentru a face imposibil

accesul utilizatorilor civili la acest semnal.

Capitolul I Consideratii generale

7

Segmentele sistemului GLONASS

� Segmentul spatial

Constelatia

Satelitii GLONASS au orbite circulare cu o altitudine de circa 19100km. Constelatia

completa consta in 24 de sateliti, dispusi in trei planuri orbitale, din care 21 sunt considerati

sateliti activi. Aceasta constelatie asigura ca minimum 5 sateliti sa fie vizibili simultan in aproape

orice punct de pe suprafata Pamantului (99%).

� Segmentul de control

Principalele sarcini ale sistemului de control sunt:

- Urmarirea satelitilor pentru determinarea orbitelor

- Trimiterea mesajelor de navigatie catre sateliti

- Sincronizarea satelitilor din punct de vedere al timpului

- Controlul diferentei dintre sistemul de timp al GLONASS si UTC.

Centru de control este un complex militar aflat sub conducerea Fortelor Spatiale Ruse

situat in Centrul Spatial Krasnoznamensk, la circa 70km SV de Moscova. Toate operatiile si

functiile sistemului GLONASS sunt programate si coordonate de la acest centru de control.