Global Navigation Satellite Systems – GNSS – är ett samlingsnamn för satellitbaserade navigations- och positionsbestämningssystem.
Satellitbaserade navigationssystem som har – eller kommer att få – global täckning är det amerikanska Navstar Global Positioning System (GPS), det ryska Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Glonass), det europeiska Galileo och det kinesiska Compass.
Dessutom finns ett antal regionala satellitbaserade stödsystem.
Navstar GPS
GPS (Global Positioning System) var det första GNSS som utvecklades, med början på 1970-talet. GPS förvaltas och utvecklas av USA och var ursprungligen avsett för militära tillämpningar. Idag har dock teknikspridningen och massmarknaden för GPS gjort det allt viktigare att garantera även civila tillämpningar. Som ett led i detta beslöt USA år 2000 att ta bort ”Selective Availability”, en medveten störning av GPS-signalen som tidigare skulle garantera att den amerikanska militären hade tillgång till högre precision än övriga användare.
GPS-systemet är designat för att garantera tillgång till minst fyra satelliter oavsett var man befinner sig på jorden. Minst fyra satelliter är också minimikravet för att en GPS-mottagare ska kunna bestämma sina fyra grundläggande parametrar: tredimensionella koordinater i GPS-referenssystemet WGS 84, samt mottagarklockans fel.
Beskrivning av systemet
GPS normala satellitkonstellation innebär att minst 24 satelliter är i drift, jämnt fördelade över sex separata banplan cirka 20 000 km över jordytan. GPS-satelliterna sänder ut så kallade navigationsmeddelanden på två separata frekvenser, L1 och L2, vilka båda ligger i L-bandet inom det ultrahöga frekvensspektrumet (cirka 1-2 GHz). Meddelandet består av en radiosignal som är modulerade med satellitspecifika koder, vilket gör att en GPS-mottagare snabbt kan identifiera vilken satellit signalen kommer ifrån.
Kontroll av systemet
GPS-satelliterna kontrolleras och styrs via ett antal markstationer, i huvudsak utplacerade längs ekvatorn. Markstationerna följer satelliternas banor och kan vid behov korrigera dessa. Markstationerna styr dessutom vilken information som GPS-satelliterna ska sända ut i navigationsmeddelandet, det vill säga de kodade signalerna.
Modernisering av GPS
Sedan millennieskiftet pågår modernisering av GPS, vilket bland annat innebär att nya satelliter med utsändning av ytterligare signaler – bland annat L2C, som är en ny civilt tillgänglig kod på L2, och den nya frekvensen L5 – ersätter de äldre.
Glonass
Glonass är ett ryskt satellitnavigeringssystem, som – liksom GPS – ursprungligen var avsett för militära tillämpningar. Idag kan det också användas av civila användare, framför allt i kombination med GPS.
Glonass (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) är ett ryskt GNSS som i dagsläget är det enda tillgängliga alternativet till GPS med avseende på global täckning och precision.
Glonass skiljer sig något från GPS med avseende på satellitkonstellation och signaler. Satelliterna är fördelade över tre banplan på cirka 19 000 km höjd över jordytan.
Satellitbanorna har en högre inklination – vilket man beskriva som den latitud som satelliterna vänder vid – jämfört med GPS, vilket innebär en något bättre täckning på nordliga breddgrader (till exempel i Sverige).
Glonass motsvarighet till referenssystemet WGS 84 heter PZ-90.02.
Galileo
Galileo är ett europeiskt satellitnavigeringssystem under uppbyggnad. Till skillnad från GPS och Glonass ska Galileo ytterst vara under civil kontroll, via EU och European Space Agency.
Galileo ska vara kompatibelt med GPS och Glonass och bestå av 30 satelliter när det är fullt utbyggt.
Förutom rena navigationssignaler som är tillgängliga för alla användare, så omfattar Galileo även särskilda tjänster. Ett exempel är så kallade Search and Rescue-funktioner, som ska möjliggöra kommunikation vid räddningsuppdrag.
Planen är för närvarande att ha skjutit upp 18 satelliter till 2015 och 30 satelliter till 2020.
Övriga GNSS och satellitbaserade stödsystem
Det finns idag ett antal satellitbaserade stödsystem vars syfte är att förbättra egenskaper hos vissa satellitnavigeringssystem, till exempel i fråga om precision, tillförlitlighet och tillgänglighet.
Den engelskspråkiga beteckningen på sådana stödsystem är SBAS – Satellite-Based Augmentation System.
SBAS-konceptet bygger på en eller flera satelliter som fungerar som ”extra” GNSS- satelliter med vanliga navigationsmeddelanden. Dessutom sänder de ut ytterligare information, till exempel om felkällor för ett givet GNSS eller hur stort navigationsfelet varit i närtid. Denna information uppdateras fortlöpande genom att ett antal markstationer kontinuerligt kvalitetskontrollerar satellitsignaler från ett givet GNSS, och därefter skickar den bearbetade informationen till stödsatelliterna för utsändning.
Stödsatelliterna går i många fall i geostationära banor för att optimera tillgängligheten regionalt, till exempel över en kontinent. Exempel på den här typen av stödsystem är europeiska EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), amerikanska WAAS (Wide Area Augmentation System), samt japanska QZSS (Quasi-Zenith Satellite System).
Det pågår även utveckling av autonoma GNSS som i först hand är avsedda för regional användning, till exempel kinesiska BeiDou och indiska IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System). BeiDou, som tidigare även har kallats Compass, sägs omfatta cirka 35 satelliter när systemet är fullt utbyggt och kommer då också att vara tillgängligt för global användning.