Globala satellitnavigeringssystem (GNSS) och GPS samverkar för att förbättra precisionen och effektiviteten i positionering och navigation.
Moderna navigationssystem har integrerats i vardagen. Dessa tekniker nyttjas flitigt inom varierande branscher för att uppnå noggranna mätningar.
Avancerad navigationsteknik mäter inte bara avstånd och vinklar med stor precision utan tillämpar även dessa data i olika verksamheter.
Kart- och lantmäterisektorn var tidigt ute med att anamma GPS-teknik, vilken är mer exakt, snabbare och kräver mindre manuella resurser.
Markstyrning och drönare är vanliga verktyg inom markarbeten för att öka effektiviteten och produktiviteten på arbetsplatser.
Trots att satellitnavigering ursprungligen utvecklades för militära ändamål, har dess användningsområden breddats markant. Idag nyttjas tekniken inom både privata och offentliga sektorer i en mängd olika marknadssegment, inklusive bygg, forskning och mycket mer.
De flesta känner till GPS, som kan spara mycket tid vid utforskning av okända platser. GNSS är däremot en mindre bekant term.
I denna artikel kommer vi att introducera GNSS och undersöka skillnaderna mellan GPS och GNSS. Slutligen kommer vi att diskutera vilken teknik som är mest flexibel, pålitlig och exakt för olika användningsområden.
Låt oss börja!
Vad är GNSS?
GNSS, eller Global Navigation Satellite System, innefattar flera satellitsystem som drivs av olika länder. Dessa system sänder ut signaler från rymden, innehållande tids- och positionsdata till GNSS-mottagare på jorden. Mottagarna använder sedan dessa data för att fastställa exakt position.
Satelliterna som kretsar runt jorden utgör det som kallas konstellationer. GNSS refererar därmed till dessa satellitkonstellationer. Tekniken har bred användning inom områden som transport, rymdstationer, järnväg, kollektivtrafik, väg, sjöfart och flyg.
Navigering, positionering och tidssynkronisering är fundamentalt inom områden som lantmäteri, räddningstjänst, gruvdrift, precisionsjordbruk, finans, brottsbekämpning, vetenskaplig forskning och telekommunikation. GNSS prestanda kan förbättras genom regionala satellitbaserade förstärkningssystem, som till exempel European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS).
Exempel på GNSS inkluderar USA:s NAVSTAR GPS, Europas Galileo, Kinas BeiDou Navigation Satellite System och Rysslands Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS).
EGNOS bidrar till att öka GPS-informationens tillförlitlighet och noggrannhet genom att tillhandahålla data om signalintegritet och korrigera mätfel. Prestandan hos ett GNSS mäts huvudsakligen utifrån fyra kriterier:
- Noggrannhet: Skillnaden mellan uppmätt och faktisk hastighet, tid eller position.
- Kontinuitet: Systemets förmåga att fungera utan avbrott.
- Integritet: Systemets förmåga att ge en tillförlitlighetsnivå för positionsdata och larma vid fel.
- Tillgänglighet: Hur ofta systemet uppfyller kriterierna för noggrannhet, kontinuitet och integritet.
GNSS-tekniken kräver minst fyra satelliter för att beräkna en position genom komplex trilaterationsberäkning. Idag definieras tekniken av tre huvudsegment.
Följande är viktiga komponenter i GNSS-tekniken:
- Rymdsegmentet: Satellitkonstellationerna som kretsar runt jorden på höjder mellan 20 000 och 37 000 km.
- Kontrollsegmentet: Nätverket av dataöverföringsstationer, övervakningsstationer och centrala kontrollstationer runt om i världen.
- Användarsegmentet: Utrustningen som tar emot signaler från satelliterna och fastställer en position baserat på satelliternas omloppsbana och tidsinformation.
Vad är GPS?
Global Positioning System (GPS) är ett radionavigeringssystem som används till lands, till sjöss och i luften för att bestämma exakt position, hastighet, tid och mer, oberoende av väderförhållanden.
GPS utvecklades ursprungligen 1978 som en prototyp av det amerikanska försvarsdepartementet. Det blev fullt operativt 1993 med en komplett konstellation bestående av 24 satelliter.
GPS ägs av den amerikanska regeringen och opereras av US Space Force. GPS används inte bara av militären utan också av kommersiella och civila användare över hela världen. Trots att det är USA som skapade och styr GPS är systemet tillgängligt för alla med en GPS-mottagare.
GPS är en typ av GNSS-teknik som ger tids- och geolokaliseringsdata till en GPS-mottagare. Användaren behöver inte överföra data, utan systemet fungerar flexibelt med vilken enhet som helst som har en internetanslutning.
Inom tekniken är kontinuerlig utveckling av nya koncept prioriterat. Därför moderniseras GPS för att uppfylla de ständigt ökande kraven. Nästa generations operativa kontrollsystem och GPS-block IIIA-satelliter håller på att implementeras.
GPS består av tre delar: satelliter, mottagare och markstationer. Låt oss undersöka funktionerna för var och en:
- Satelliter: Fungerar som ”stjärnor” i konstellationerna och sänder ut signaler.
- Markstationer: Använder radar för att säkerställa att satelliterna befinner sig på den beräknade positionen.
- Mottagare: Enheter i telefoner, bilar med mera som konstant söker efter satellitsignaler. Mottagaren avgör avståndet till en position man vill lokalisera.
GNSS vs GPS: Funktionssätt
Hur fungerar GNSS?
Även om GNSS varierar i design och ålder, är funktionen densamma. Satelliten sänder ut två vågor i L-bandet, L1 och L2. Dessa bärvågor överför data från satelliten till jorden.
GNSS-mottagare består av en antenn och en processorenhet. Antennen tar emot signaler från satelliterna medan processorenheten behandlar signalerna. Minst fyra satelliter behövs för att korrekt information ska samlas in för att fastställa positionen.
GNSS-satelliter kretsar runt jorden en gång var 11:e timme, 58:e minut och 2 sekunder. Varje satellit sänder kodade signaler som innehåller en tidsstämpel och information om omloppsbanan. Signalerna innehåller data som en mottagare behöver för att beräkna satellitens positioner och justera för att få exakt positionering.
Mottagaren beräknar tidsskillnaden mellan mottagning och sändning av signalen för att fastställa avståndet. Resultatet ges som höjd, longitud och latitud.
Hur fungerar GPS?
GPS använder en trilaterationsteknik som samlar signaler från satelliter för att ge användaren positionsinformation. Satelliter som kretsar runt jorden skickar signaler som läses och tolkas av en GPS-mottagare som är placerad nära jordytan.
En GPS-enhet behöver ta emot signaler från minst fyra satelliter för att ge en exakt position. Varje satellit kretsar runt jorden två gånger om dagen och sänder en unik signal med information om tid och omloppsparametrar.
En enskild satellit kan inte ge en exakt position eftersom en GPS-enhet ger information om avståndet till satelliten.
Liksom GNSS-konstellationer består GPS också av tre segment: rymd-, kontroll- och användarsegment.
- Rymdsegmentet: 30+ satelliter i omloppsbana som opereras av US Space Force. Satelliterna sänder ut radiosignaler till övervaknings- och kontrollstationer på jorden.
- Kontrollsegmentet: Inkluderar reservsystem, flera övervakningsstationer, markantenner och centrala kontrollstationer över hela världen. Detta säkerställer att GPS-satelliter fungerar korrekt och befinner sig i rätt position.
- Användarsegmentet: Alla som använder GPS-satelliter för att mäta position, navigera eller bestämma tid.
GNSS vs GPS: Fördelar och begränsningar
Fördelar med GNSS
GNSS använder tre eller fler satelliter från olika länder för att ge exakt information. Här är några av fördelarna med GNSS:
- Alla globala navigationssystem är tillgängliga kontinuerligt. Om ett system är otillgängligt på grund av atmosfäriska störningar, kan ett annat ta över. Detta ger GNSS bättre tillgänglighet.
- GNSS levererar exakt tidsinformation som används i utvecklingen av IoT-nätverk.
- Genom att utnyttja flera satellitkonstellationer förbättras navigationslösningarna och tiden till första fix (TTFF).
- GNSS sparar tid och pengar genom att ge exakta positioner.
- Ger oavbruten anslutning i svårtillgängliga miljöer som skogar, grottor och tätbebyggda områden.
- GNSS-mottagare kan automatiskt ta bort felaktiga satelliter från navigationslistan för att ge optimal lösning.
Begränsningar med GNSS
Följande är några begränsningar med GNSS:
- Förstärkningssystem behövs för att stödja precisionsapplikationer.
- Vertikal noggrannhet är begränsad till cirka 10 meter.
- Förstärkningssystem krävs för att uppfylla kraven på tillgänglighet, noggrannhet, kontinuitet och integritet.
- Systemet kan påverka flygoperatörer, piloter, flygtrafikledning och tillsynspersonal.
- Säkerheten i navigeringen är beroende av databasernas noggrannhet.
Fördelar med GPS
- Enkel att använda
- Låg kostnad
- 100% global täckning
- Bränslebesparing tack vare precisionen
- Hjälper att hitta närliggande hotell, bensinstationer, butiker etc.
- Lätt att integrera i olika enheter
- Ger stabila spårningsfunktioner
Begränsningar med GPS
- GPS-chippet kan snabbt tömma batteriet i enheten.
- Tränger inte igenom väggar, vilket begränsar användning inomhus och under vatten.
- Noggrannheten är beroende av satelliternas signalkvalitet.
- Positionen påverkas om antalet satelliter är begränsat.
- Geomagnetiska stormar eller andra atmosfäriska störningar kan påverka signalen.
- Lantmäteriutrustning kräver fri sikt mot himlen för att ta emot signaler.
- Felaktigheter kan leda till att användare leds fel.
GNSS vs. GPS: Användningsområden
Användningsområden för GNSS
GNSS-tekniken utvecklades ursprungligen under 1900-talet för militärt bruk. Tekniken används nu inom en rad applikationer:
- Bilar utrustas med GNSS som visar kartor, plats, riktning, hastighet och närliggande platser.
- Flygplan använder GNSS i navigeringssystem och autopiloter.
- Fartyg använder GNSS för att navigera på hav, sjöar och andra vatten. Tekniken kan även styra båtar automatiskt.
- Tung utrustning inom konstruktion, precisionsjordbruk och gruvdrift använder GNSS för maskinstyrning.
- Cyklister använder GNSS för navigering och spårning.
- Vandrare och klättrare använder tekniken för att veta sin position.
- GNSS-teknik underlättar navigering för synskadade.
- Rymdfarkoster använder GNSS som ett navigeringsverktyg.
Användningsområden för GPS
GPS har en mängd användningsområden runt om i världen. Några exempel:
- Flygindustrin använder GPS för att visa flygplanets position i realtid.
- Sjöfarten använder GPS för navigering.
- Lantbrukare använder GPS-mottagare på sin jordbruksutrustning.
- Lantmäteri
- Militära tillämpningar
- Finansiella tjänster
- Telekommunikation
- Navigering av tunga fordon
- Sociala aktiviteter
- Positionering
- Hitta närliggande platser
- Geocaching
- Resor på egen hand
Och så vidare.
GNSS vs GPS: Skillnader
GPS är känt som ett verktyg som hjälper till att hitta platser, restauranger och adresser. Du kan även dela din plats med andra. Men signalstörningar kan hindra åtkomst till platsinformation.
GNSS har liknande funktioner som GPS men ger mer flexibel och tillförlitlig åtkomst till platser, även under störningar. GNSS inkluderar GPS, Baidu, Galileo, GLONASS och andra konstellationssystem. Därför kallas det för ett internationellt system med flera konstellationer. GNSS utnyttjar flera satelliter från olika länder för att navigera.
Låt oss undersöka de viktigaste skillnaderna mellan de två teknikerna:
| Kriterier | GNSS | GPS |
| Omloppshöjd | Kombinerar omloppshöjden för olika satelliter, t.ex. 19 100 km för GLONASS och 20 200 för GPS. | GPS-satelliter kretsar på en höjd av 20 200 km. |
| Noggrannhet | Ger resultat med precision på centimeter- eller millimeternivå. | Ger mindre exakt information då den påverkas av atmosfäriska förhållanden och signalblockering. Noggrannheten är mellan 4.9 och 16 fot. |
| Ursprungsland | Inkluderar GPS (USA), GLONASS (Ryssland), Galileo (Europa) och BeiDou (Kina) | En typ av GNSS-system utvecklat i USA |
| Satelliter | 31 från GPS, 24 från GLONASS, 26 från Galileo och 48 från BeiDou | 21 i omloppsbana |
| Omloppstid | Olika omloppstider: GLONASS (11 timmar och 16 minuter), Galileo (14 timmar och 5 minuter), BeiDou (12 timmar och 38 minuter), NAVIC (23 timmar och 56 minuter) | 12 timmar |
| Status | Olika för de olika systemen, t.ex. GLONASS i drift, BeiDou har 22 operationella satelliter. | GPS är i drift |
| Signal | GNSS signalstyrka är 125 dBm och varierar beroende på satellitsystem. | Konstant 125 dBm signalstyrka. |
GNSS ger mer exakta data genom att kombinera information från flera satelliter i olika länder. GPS är en specifik dataleverantör som kontrolleras och underhålls av den amerikanska regeringen.
Slutsats
GPS är en typ av GNSS och var det första globala satellitnavigationssystemet. Termen GPS används ofta i dagligt tal för att beskriva alla satellitnavigationssystem. Båda teknikerna fungerar liknande men skiljer sig åt i sin implementering.
GNSS och GPS används inom en mängd olika områden där det behövs kontinuerlig och exakt tid- och positionsinformation, som transport, sjöfart, mobil kommunikation, jordbruk och idrott.
Du kanske också är intresserad av att lära dig mer om programvara för GPS-platsväxlare för iOS-enheter.