Tehnologia GNSS vs GPS: cunoașteți diferențele cheie

de
Tweet
Share
Share
Pin

Tehnologii GNSS și GPS: O Analiză Comparativă Detaliată

Sistemele GNSS (Sistem Global de Navigație prin Satelit) și GPS (Sistem de Poziționare Globală) colaborează strâns pentru a spori exactitatea și eficiența. Navigația modernă a devenit o componentă fundamentală a vieții noastre, aceste tehnologii fiind larg utilizate în diverse sectoare pentru a obține măsurători precise.

Tehnologia de navigație avansată nu doar facilitează măsurarea exactă a distanțelor și unghiurilor, ci și optimizează utilizarea acestor date în numeroase domenii. Sectoarele cartografice și de topografie sunt printre cele mai importante beneficiare ale tehnologiei GPS, apreciind precizia, rapiditatea și reducerea necesarului de resurse umane. În plus, controlul terestru și dronele sunt frecvent utilizate de companiile de construcții pentru a gestiona șantierele, ducând la o productivitate sporită.

Deși inițial navigarea prin satelit a fost concepută pentru aplicații militare, în prezent, utilizările sale s-au extins considerabil, acoperind sectoarele private și publice din domenii diverse, precum construcțiile, știința și multe altele. Majoritatea persoanelor sunt familiare cu GPS-ul, un instrument esențial în explorarea locurilor noi. Cu toate acestea, termenul GNSS este mai puțin cunoscut.

Acest articol vă va introduce în lumea GNSS, analizând diferențele cheie dintre GPS și GNSS. În cele din urmă, vom discuta care dintre cele două tehnologii este mai adaptabilă, mai fiabilă și mai precisă pentru diferitele scenarii de utilizare. Să începem!

Ce este GNSS?

GNSS, sau Sistemul Global de Navigație prin Satelit, implică o rețea extinsă de sateliți operați de diferite țări. Acești sateliți transmit semnale din spațiu, furnizând date de sincronizare și poziționare către receptoarele GNSS de pe Pământ, care le folosesc pentru a stabili locația exactă. Acești sateliți formează constelații, termen prin care GNSS se referă și la ansamblul de sateliți. Sistemele GNSS sunt utilizate în transporturi diverse (terestre, aeriene, feroviare și maritime), precum și în stații spațiale.

Navigația, poziționarea și sincronizarea sunt vitale în domenii precum topografia, răspunsul la urgențe, minerit, agricultura de precizie, finanțe, aplicarea legii, cercetarea științifică și telecomunicații. Performanța GNSS poate fi îmbunătățită prin sisteme regionale de augmentare bazate pe satelit, cum ar fi Serviciul european de suprapunere de navigație geostaționară (EGNOS).

Exemple de sisteme GNSS includ: GPS NAVSTAR din SUA, Galileo din Europa, sistemul de navigație prin satelit BeiDou din China și Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) din Rusia.

EGNOS contribuie la creșterea fiabilității și preciziei informațiilor GPS prin furnizarea de date despre integritatea semnalelor și corectarea erorilor de măsurare. Performanța sistemelor GNSS este evaluată în funcție de patru criterii principale:

  • Precizia: Diferența dintre viteza, timpul sau poziția măsurată și valorile reale.
  • Continuitatea: Capacitatea unui sistem de a funcționa neîntrerupt.
  • Integritatea: Abilitatea unui sistem de a oferi un nivel de încredere în datele de poziționare și de a emite alarme.
  • Disponibilitatea: Procentul de timp în care un semnal îndeplinește criteriile de acuratețe, continuitate și integritate.

Tehnologia GNSS necesită cel puțin patru sateliți pentru a calcula locația prin calcule complexe de trilaterație. În prezent, sateliții în spațiu sunt definiți prin trei segmente:

  • Segmentul spațial: Constelațiile de sateliți care orbitează la altitudini cuprinse între 20.000 și 37.000 km deasupra suprafeței Pământului.
  • Segmentul de control: Rețeaua de stații de încărcare a datelor, stații de monitorizare și stații de control principale amplasate global.
  • Segmentul de utilizator: Echipamentele care primesc semnale de la sateliți și determină o poziție bazată pe locația orbitală a acestora și timp.

Ce este GPS-ul?

Sistemul de Poziționare Globală (GPS) este un sistem de navigație radio folosit în aer, pe uscat și pe mare pentru a stabili locația exactă, viteza, timpul și alte date, indiferent de condițiile meteorologice.

GPS-ul a fost dezvoltat inițial în 1978 ca prototip de către Departamentul de Apărare al SUA și a devenit complet operațional în 1993, cu o constelație de 24 de sateliți.

GPS-ul este deținut de guvernul Statelor Unite și este administrat de Forța Spațială a SUA. Deși creat și controlat de SUA, sistemul este accesibil tuturor celor care dețin un receptor GPS, beneficiind atât oficialii militari, cât și utilizatorii comerciali și civili din întreaga lume.

GPS-ul este o tehnologie GNSS care furnizează date de timp și poziție geografică unui receptor. Funcționează pe orice dispozitiv cu conexiune bună la internet, fără a necesita ca utilizatorii să transmită date.

Îmbunătățirea continuă este prioritară în tehnologie, ceea ce a dus la modernizarea GPS-ului, prin implementarea sistemului de control operațional de ultimă generație și a sateliților bloc IIIA GPS.

GPS-ul este structurat în trei componente principale: sateliți, receptoare și stații terestre:

  • Sateliții: Transmit semnale, funcționând ca puncte de referință în constelații.
  • Stațiile terestre: Utilizează radarul pentru a monitoriza poziția sateliților.
  • Receptorul: Un dispozitiv prezent în telefoane, mașini etc., care caută semnale de la sateliți și calculează distanța față de o locație dorită.

GNSS vs. GPS: Funcționalitate

Cum funcționează GNSS?

Deși sistemele GNSS variază în design și vechime, funcționarea lor este similară. Satelitul emite două unde în banda L (L1 și L2), care transmit date către Pământ.

Receptoarele GNSS au o antenă și o unitate de procesare. Antena preia semnalele de la sateliți, iar unitatea de procesare le interpretează. Pentru a determina locația cu precizie, sistemul necesită informații de la cel puțin patru sateliți.

Sateliții GNSS orbitează Pământul aproximativ la fiecare 11 ore, 58 de minute și 2 secunde, transmițând semnale codificate care conțin un marcaj de timp și detalii despre orbită. Aceste semnale permit receptorului să calculeze locațiile sateliților și să ajusteze poziționarea.

Receptorul calculează diferența de timp dintre recepția și transmisia semnalului pentru a determina distanța exactă și furnizează rezultate sub formă de înălțime, longitudine și latitudine.

Cum funcționează GPS-ul?

GPS-ul utilizează o tehnică de trilaterație, colectând semnale de la sateliți pentru a oferi informații despre locație. Sateliții care orbitează Pământul trimit semnale, care sunt citite și interpretate de dispozitivele GPS aflate la suprafața Pământului sau în apropierea acesteia.

Pentru o locație precisă, un dispozitiv GPS trebuie să primească semnale de la cel puțin patru sateliți. Fiecare satelit înconjoară Pământul de două ori pe zi, transmițând un semnal unic, un marcaj de timp și parametri orbitali.

Deoarece un dispozitiv GPS determină doar distanța față de satelit, semnalele de la un singur satelit nu sunt suficiente pentru a stabili o locație precisă.

La fel ca GNSS, GPS are trei segmente: spațiu, control și utilizator:

  • Segmentul spațial: Format din peste 30 de sateliți pe orbită, operați de Forțele Spațiale ale SUA, care transmit semnale radio către stațiile terestre.
  • Segmentul de control: Cuprinde stații de monitorizare, antene la sol și un control principal global, asigurând funcționarea corectă a sateliților GPS.
  • Segmentul de utilizator: Include toți cei care se bazează pe sateliții GPS pentru măsurarea poziției, navigație și determinarea timpului.

GNSS vs GPS: Avantaje și Dezavantaje

Avantajele GNSS

GNSS include o rețea de sateliți din diverse țări pentru a oferi informații corecte și precise. Iată câteva avantaje:

  • Disponibilitatea continuă: Sistemele de navigație globală sunt accesibile în permanență. Dacă un sistem întâmpină probleme din cauza condițiilor atmosferice, altele pot interveni.
  • Date precise de sincronizare: Utilizate pentru dezvoltarea rețelelor IoT de înaltă precizie.
  • Navigație îmbunătățită: Fiind o constelație de sateliți, GNSS îmbunătățește Time To First Fix (TTFF), oferind soluții de navigare mai rapide.
  • Eficiență economică și temporală: Prin precizia locației furnizate de dispozitivele GNSS, se economisește timp și resurse financiare.
  • Conectivitate neîntreruptă: Disponibilă în diverse medii, cum ar fi păduri, peșteri și zone dens populate.
  • Management inteligent al semnalelor: Receptoarele GNSS elimină automat sateliții cu probleme din lista de navigare pentru a optimiza performanța.

Dezavantajele GNSS

Iată câteva limitări ale GNSS:

  • Sisteme avansate: Sunt necesare sisteme îmbunătățite pentru a sprijini abordările de precizie.
  • Precizie verticală: Precizia verticală este mai mică, depășind 10 metri.
  • Cerinte de performanta: Sistemele îmbunătățite sunt necesare pentru a satisface cerințele de disponibilitate, precizie, continuitate și integritate.
  • Impact sectorial: GNSS afectează operatorii de aeronave, piloții, serviciile de trafic aerian și personalul de reglementare.
  • Dependența de baze de date: Siguranța navigației depinde de acuratețea bazelor de date.

Avantajele GPS-ului

  • Utilizare simplă: Tehnologia este intuitivă și ușor de utilizat.
  • Costuri reduse: Sistemele GPS sunt accesibile și eficiente din punct de vedere al costurilor.
  • Acoperire globală: GPS-ul acoperă 100% din suprafața Pământului.
  • Economie de combustibil: Datorită preciziei, se poate reduce consumul de combustibil.
  • Funcționalitate extinsă: GPS-ul facilitează localizarea hotelurilor, benzinăriilor, magazinelor și altor locații de interes.
  • Integrare ușoară: GPS-ul poate fi integrat simplu în diverse dispozitive.
  • Sistem de urmărire eficient: GPS oferă un sistem de urmărire fiabil.

Dezavantajele GPS-ului

  • Consum de energie: Cipul GPS poate consuma rapid bateria dispozitivelor.
  • Limitări de penetrare: Semnalul GPS nu pătrunde prin pereți solizi, nefiind eficient în interior sau sub apă.
  • Dependența de semnal: Precizia depinde de calitatea semnalului satelitului.
  • Variabilitatea poziției: Poziția poate varia în funcție de numărul de sateliți disponibili.
  • Sensibilitatea la condiții atmosferice: Condițiile atmosferice severe pot afecta accesul la semnal.
  • Cerințe de vizibilitate: Echipamentele de topografie necesită o vedere clară a cerului pentru a recepționa semnale.
  • Posibile inexactități: Uneori, informațiile furnizate de GPS pot fi incorecte, afișând locații sau rute eronate.

GNSS vs. GPS: Aplicații

Aplicații GNSS

Tehnologia GNSS, dezvoltată inițial pentru scopuri militare, și-a extins aplicațiile în diverse domenii:

  • Industria auto: Mașinile sunt dotate cu sisteme GNSS care oferă hărți dinamice, informații despre locație, direcție, viteză, restaurante din apropiere și multe altele.
  • Aviație: Sistemele de navigație aeriană utilizează afișaje de hartă în mișcare și sunt conectate la pilotul automat pentru navigare.
  • Navigația maritimă: Navele și bărcile folosesc GNSS pentru a localiza poziția pe oceane, mări și lacuri și pentru autoghidaj.
  • Construcții, agricultură și minerit: Tehnologia GNSS este utilizată pentru a ghida echipamentele grele.
  • Sport: Bicicliștii folosesc GNSS în timpul competițiilor.
  • Drumeții: Alpiniștii, pietonii și drumeții folosesc GNSS pentru a-și cunoaște poziția.
  • Asistență pentru persoane cu deficiențe de vedere: Tehnologia GNSS este disponibilă și pentru persoanele cu deficiențe de vedere.
  • Explorare spațială: Navele spațiale folosesc GNSS ca instrument de navigație.

Aplicații GPS

GPS-ul are numeroase aplicații în întreaga lume:

  • Aviație: GPS oferă poziția în timp real a aeronavelor pentru pasageri și piloți.
  • Industria maritimă: GPS furnizează aplicații de navigație precisă pentru căpitanii de nave.
  • Agricultură: Fermierii utilizează receptoare GPS pe echipamentele agricole.
  • Topografie
  • Militar
  • Servicii financiare
  • Telecomunicații
  • Ghidarea vehiculelor grele
  • Activități sociale
  • Localizarea pozițiilor și a locurilor din apropiere
  • Căutarea de comori
  • Călătorii individuale

Și multe altele.

GNSS vs GPS: Diferențe

GPS-ul este un instrument de bază pentru localizarea adreselor, restaurantelor și a altor locații. GPS-ul permite chiar și partajarea locațiilor în timp real. Cu toate acestea, în cazul unor interferențe în semnal, accesul la informații poate fi restricționat.

GNSS este un termen care acoperă operațiuni similare cu GPS-ul, dar oferă un acces mai fiabil și flexibil la locații, chiar și în timpul interferențelor. Acesta include GPS, Baidu, Galileo, GLONASS și alte sisteme. Din acest motiv, este denumit Sistemul Internațional de Sateliți Multi-Constelație. GNSS utilizează mai mulți sateliți GPS din diverse țări pentru a oferi navigare precisă.

Să analizăm mai detaliat principalele diferențe:

Criterii GNSS GPS
Altitudine orbitală Combină altitudinea orbitală a sateliților, cum ar fi 19.100 km pentru GLONASS și 20.200 km pentru GPS. Sateliții GPS zboară la o altitudine de 20.200 km, oferind informații precise cu o perioadă de 12 ore.
Precizia informațiilor Oferă informații mai precise, cu posibilitatea de precizie la nivel de centimetru sau milimetru. Oferă informații mai puțin precise, care pot fluctua din cauza condițiilor atmosferice sau blocajelor de semnal, cu o precizie de 4,9 m până la 16 ft.
Sisteme GNSS include GPS din SUA, GLONASS din Rusia, Galileo din Europa și BeiDou din China. Este un sistem GNSS dezvoltat în SUA.
Sateliți Are 31 de sateliți de la GPS, 24 de la GLONASS, 26 de la Galileo și 48 de la BeiDou. Are 21 de sateliți în orbită.
Perioada Perioada diferitelor sisteme de navigație este: GLONASS: 11 ore și 16 minute, Galileo: 14 ore și 5 minute, BeiDou: 12 ore și 38 de minute, NAVIC: 23 de ore și 56 de minute. Zboară pe orbite circulare cu o perioadă de 12 ore sau de două ori pe zi.
Stare Starea fiecărui sistem diferă, GLONASS este operațional, BeiDou are 22 de sateliți operaționali și alții în dezvoltare. GPS-ul este operațional.
Semnal Nivelul de putere al GNSS este de 125 dBm și variază în funcție de sateliții din diferite țări. Semnalul este constant la 125 dBm.

GNSS oferă date mai precise prin combinarea informațiilor de la sateliți din diverse țări, în timp ce GPS-ul este controlat și întreținut de guvernul SUA.

Concluzie

GPS-ul, fiind un tip de sistem GNSS, a fost primul sistem global de navigație prin satelit. De multe ori, GPS-ul este folosit ca termen generic pentru a descrie sistemele de navigație prin satelit. Deși ambele sisteme sunt similare în operațiuni, diferă în funcționalitatea lor.

Atât GNSS, cât și GPS-ul, sunt utilizate în numeroase domenii unde sunt necesare informații continue și precise despre timp și poziție, inclusiv transport, navigație maritimă, comunicații mobile, agricultură și sport.

Poate fi de asemenea interesant de explorat software-ul pentru schimbarea locației GPS pe dispozitivele iOS.