נא להמתין להופעת התפריט



 
כתבות ומאמרים
הקטן טקסט הגדל טקסט טקסט רגיל

מערכת ניווט לווינית עולמית

מערכת ניווט לווינית עולמית GNSS - Global Navigation Satellite SYstem הוא מונח המשמש לתאור מערכות לוויניות המספקות מידע לגבי מיקום מרחבי בכיסוי כלל עולמי. תחום זה עובר בשנים האחרונות פיתוח מואץ ושירותים כאלה זוכים לביקוש רב במישור הפרטי , המסחרי, הממשלתי והצבאי.
מערכות הניווט הלוויניות פותחו תחילה לשימושים צבאיים , אבל כיום הן משמשות כאמור בהיקף נרחב את הציבור הרחב במספר רב של ישומים, ביניהם : ניווט דרכים, חקלאות, דגה, סביבה, אנשים עם מוגבלויות, הגנה אזרחית, יחוס בזמן, מדע, פנאי, פרוייקטים ניסיוניים, רכבת, תעופה, תעבודה אזרחית, שיט, צבא, בטחון, אנרגיה, תקשורת, חברות מסחריות והנדסה אזרחית ועוד .
כיום קיימת למעשה רק מערכת GNSS אחת בלבד בעולם והיא המערכת האמריקאית המוכרת בשם NavStar GPS ', כש GPS הם ראשי תיבות של Global Positioning System ( מערכת מיקום עולמית) .
כיום נמצאות בשלבי פיתוח מתקדמים מערכות אחרות במדינות שונות האמורות להתחרות או להחליף את המערכת האמריקאית. מדינות רבות מעוניינות להקים לעצמן מערכות ניווט לוויניות עצמאיות מזו האמריקאית מסיבות צבאיות וכלכליות . בין המדינות הללו ניתן להצביע בעיקר על רוסיה, הודו וסין .
בכל מקרה, אין ספק שבפן האזרחי לפחות, מערכות הניווט הלוויניות תורמות תרומה חסרת תקדים לשיפור החיים על פני כדור הארץ

מערכת הניווט ההקרקעית הראשונה נוסדה במהלך מלחמת העולם הראשונה ונועדה לשימוש ציי ים . היא כללה תחנות איתות רדיו שהוקמו לאורך החופים . ספינות שהיו בטווח הקליהט של אותות אלה יכלו לכן לקבוע את מיקומם היחסי על המפה באמצעות ביצוע חישובים מסויימים.
במלחמת העולם השניה שוכללה השיטה והצי האמריקאי הפעיל מערכת חדשה שנודעה בשם LORAN, ראשי תיבות של Long Range Aid to Navigation , או סיוע ארוך טווח לניווט . מערכת זו השתמשה במשדרי רדיו בתדרים נמוכים. משדרים אלה היו לוקטים את הפרשי הזמן של אותות שנקלטו משלוש תחנות (או יותר) ולפי הנתונים שהתקבלו ניתן היהי לחשב את המיקום של ספינה מסויימת. המערכת היתה בשימוש הציה אמריקאי והצי הבריטי ועד היום משתמשים בגירסה משופרת של המערכת המוכרת בשם LORAN-C.

שתי המערכות שצוינו למעלה היו דו-מימדיות בלבד. בשנות השישים פיתח הצי האמריקאי מערכת ניווט לווינית ראשונה תלת מימדית שנודעה בשם TRANSIT. המערכת התבססה על אפקט דופלר ולווינים שחגו במסלולים ידועים שידרו אותות בתדר מסוים. התדר שהתקבל היה שונה מתדר השידור בשל תנועתיות הלווין ביחס למקלט .באמצעות מעקב אחרי התדר לפרק זמן קצר המקלט היה מסוגל לחשב את מיקומו ביחס לצד אחד או אחר של הלווין ומספר מדידות כאלה יכלו לסייע לקביעת המיקום של המקלט. מערכת זו הפכה לבסיס של כל מערכות הניווט הלוויניות שנמצאות בשימוש כיום.

אז איך זה עובד בכלל ?

הניווט הלוויני בצורתו הנוכחית הושק בתחילת שנות התשעים של המאה שעברה. תחילה הוא פותח , כאמור, לשימושים צבאיים בלבד אבל בהדרגה הורחב השימוש במערכות לשימושים אזרחיים.
ב 8 בדצמבר 1993 הפעיל הצבא האמריאי לראשונה את מערכת הניווט הלווינית שלו ו NAVSTAR שנחנכה רשמית רק ב 24 באפריל 1995 . מערכת זו כללה 24 לווינים.
מערכת ניווט לוויני מאפשרת לכל אחד המצויד במקלט מתאים לקבל מידע על המקום והזמן שלו במרחב כדור הארץ באופן מדויק ביותר. המערכת מתבססת על לווינים גיאוסטציונריים המשדרים אותות בלעדיים להם. אותות אלה מציינים את הזמן המדויק בו עזבו האותות את הלווין. המקלט קולט את האות מהלווין, מזהה את הלוווין ממנו הגיע האות ומחשב את הזמן שלקח לאות להגיע מהלווין למקלט . אז הוא גם מחשב את המרחק בינו לבין הלווין. על מנת לקבוע את המיקום המדויק המקלט חייב לקבל אותות דומים מארבעה לווינים נוספים.

מערכות קיימות ומתוכננות ברחבי העולם

GPS - Global Positioning System

המערכת האמריקאית GPS כוללת עשרים אורבעה לווינים החגים במסלולים מעגליים במרחק של 20,200 ק"מ מפני כדור הארץ . בכל רגע נתון ניתן להיות בקשר עם ששה לווינים של המערכת בכל מקום בעולם והשידורים של לווינים אלה הם ללא הפסקה כשהם משדרים בשני תדרים ב L-band.
על כל המערכת הזו מפקח מרכז בקרה הממוקם בבסיס חיל האויר האמריקא שרייבר שבקולורדו, חמש תחנות מעקב נוספות ועוד שלוש אנטנות הממוקמות ברחבי העולם.תחנות המעקב עוקבות אחרי הלווינים איתם יש להן קשר "עין" , אוספות את המידע מלווינים אלה ומשגרות את הנתונים אל מרכז הבקרה המחשבות במדויק את מסלולי הלווינים . אז המערכת מעודכנת מחדש והמידע משוגר בתחום S-band לכל הלווינים במערכת באמצעות תחנות הקרקע.

בשנת 2003 הקימה חברת בואינג האמריקאית מרכז בקרה חדש שנועד לפתח, לשלב, לבחון ולתחזק את מערכת החומרה והתוכנה של מערכת ניווט משודרגת שמכונה GPS II. המערכת כוללת גם אפשרות לתמוך במערכת הניווט המתקדמת יותר GPS IIF וגירסאות נוספות של המערכת.

בצד המשתמשים מדובר במקלטים או מעבדים, אנטנות ויחידות בקרה או תצוגה המאפשרות מפעילים מוטסים, מושטים או קרקעיים לקלוט אותות מלוויני GPS ולחשב את המיקום המדוייק בכל רגע ובכל מזג אויר. המערכתיכטלחה להכיל כמות בלתי מוגבלת של משתמשים מבלי לחשוף את מיקומם.
לווין מערכת GPS

מערכת GPS פועלת בשתי רמות : שירות מיקום סטנדרטי SPS - standard positionig Service ושירות מיקום מדוייק PPS - Precise Positioning Service. שירות ה PPS משמש בדרך כוחות צבא בעוד שבשירות SPS רמת הדיוק היא פחותה באופן מכוון על מנת להגן על האינטרסים הביטחוניים של ארצות הברית. מערכך לוויני ה GPS שוגר במלואו באמצעות טילי DELTA מבסיס חיל האויר האמריקאי בקייפ קנבראל ( ראו כתב הנוספת באתר) שבפלורידה .


GLONASS - Global Navigation Satellites System

מערכת הניווט הלווינית הרוסית GLONAAS הושקה בין השנים 1982 ו 1985 ופותחה במקור לשימוש הצבא הרוסי על מנת לספק מידע מדויק לגבי מיקום ומהירות של כוחות צבא וטיווח של מערכות טילים בליסטיים. זו מערכת "דור שני" הוקמה לאחר מערכת קודמת שכונתה בשם TSIKADA. המערכת הנוכחית כוללת 24 לווינים כשעשרים מהם פעילים ושלושה משמשים עתודה בחלל.

כיום המערכת הרוסית אינה זמינה במלואה והיא מספקת כיסוי חלקי בלבד. עם זאת קיימות תוכניות לשקם את המערכת ולהביאה לכיסוי מלא עד שנת 2011 על מנת לספק כיוסי כלל עולמי. במהלך 2007 צפויים שיוגרים של שמונה לווינים חדשים במערכת ולווינים נוספים, מדור חדש של המערכת, ישוגרו במהלך שנת 2008.
בשנת 2004 הודיעה סוכנות החלל הרוסית שהיא מתחילה לשתף פעולה עם סוכנות החלל של הודו ISRO בשיקום המערכת הרוסית . כמו כן הוסכם עם ארצות הברית, שהמערכת הרוסית תעבור שינויים ושיפורים על מנת שתוכל לשגר אותות בתצורה של מערכת ה GPSוכן של מערכת הניווט הירופית המתוכננת המוכרת בשם גלילאו. תהליך השידרוג טרם הושלם.

BEIDOU-2 - Big Dipper

מערכת זו קוצעה בתחילת שנות השמונים של המאה שעברה והיא התבססה על שיפור לעומת מערכת ה GPS האמריקאית בכך שלצורך איכון המיקום יש צורך אך ורק שנתונים משני לווינים בלבד. לאחר שבדיקות הוכיחו שהתיאוריה אכן נכומה הוחל בעבודות פיתוח של מהערכת בשנת 1993. שני הלווינים הניסוניים הראשונים שוגרו בשנת 2000 וכן נעשו תכנונים לשגר שני לווינים נוספים שישמשו לעתודה. שני הלווינים הראשונים משדרים ללא הפסקה אותות ליבשת אסיה . המקלטים בצד המשתמשים קולטים את האותות, משדרים אותם בחזרה ללווינים ואלה מחזירים אותם אל תחנות הבקרה הקרקעיות. המערכת פעלה כשורה אבל עם הזמן נתגלו שתי מגבלות תפעוליות : ראשית, המשתמש היה חייב לשגר אות מהמכשיר על מנת לדעת את מיקומו ושנית, המערכת כללה מרכז בקרה אחד בלבד שבמקרה של פגיעה מצד אויב כלשהוא היה משבית את כל המערכת.למרות זאת המערכת החדשה הוכיחה, שניתן להסתמך על שני לווינים לבד בהשוואה למערכות אחרות.

על מנת להפוך את המעכרת זמינה לשימושים אזרחיים , בשנת 2003 הוקמה חברה בשם BD Star Navigation שתכננה להחיל ביצור מקלטים מתאימים. בסוף שנת 2005 נבדקה המערכת המסחרית החדשה ואושרה לשימשו בכלי שיט סיניים ( בעיקר לספינות שעסקו בדיג).
אבל למרות כל ההתקדמותש הושגה בפרוייקט, נעשה שימוש גם היום במערכת ה NAVSTAR על מנת לקבל נתונים על המיקום המדוייק וכתוצאה מכך הוחל בשת 2006 בפיתוח מערכת חדשה בשם BEIDOU-2 , או בשמה החדש COMPASS.


IRNSS - Indian Regional Navigational satellite System

בשנת 2006 אשרה ממשלת הודו תוכנית לפיתוח מערכת ניווט לווינית אזורית מקורית שתופעל על ידי ממשלת הודו. המפתחים של המערתכ מקווים להגיע לדיוק בטווח של עשרים מטריםברחבי הודו. המערכת צפויה להכנס לשימוש בעוד שש עד שבע שנים . היא תכלול שבעה לווינים ותחנת קרקע . שלושה לווינים יוצבו במסלול מעבר גיאוסטציונרי ואילו ארבעת הלוויניםה אחרים יוצבו במסלול גיאוסטציונרי מוטה ב 29 מעלות ביחס למישור קוי המשווה. פירושו של דבר, שלכל שבעת הלווינים יהיה קשר רדיו בלתי פוסק עם מרכז הבקרה. האותות במערכת ישודרו ב S-band.

Galileo

מערכת הניווט הלווינית האירופית המכונה גלילאו אמורה להבנות על ידי the European Satellite Navigation Industries ( מקודם : Galileo Indsudtries) עבור הקהילה אריופית וסוכנות החלל האירופית ESA כחלופה למערכת הניווט הלווינית האמריקאית GPS והמערכת הרוסית GLONASS. חברת Galileo Operating Company,תאגיד שהוקם לתפעל את כל המערכת Galileo היה אמור לפעול מטולוז שבצרפת עם מרכזי בקרה נוספים במינכן, לונדון, רומא ומדריד ב 18 במאי 2007 המליצה נציבת התעבורה של הקהילה, שהקהילה תקח לידיה את ניהול המערכת מהזכניינת הפרטית הנ"ל.

מערכת Galileo נועדה לספק מדידות מדוייקות לכל המשתמשים בה לעומת המערכת האמריקאית והרוסית : , מיקום מדויק יותר במקומות גבוהים ומערכת מיקום עצמאית עליה יוכלו לסמוך כל מדינות אירופה אפילו בעתות מלחמה ואי הסמה פוליטית עם ארה"ב או רוסיה . המערכת היתה אמורה להתחיל לפעול בשנת 2011–12, איחור של שלוש עד ארבע שנים על המועד המקורי שתוכנן.
אבל גם מועד זה מוטל כיום בספק לאחר שהתברר שבקהילה האירופית אין הסכמה לגבי אופן המימון של הפרוייקט , שעלותו המזוערת לשנים 2007-1013 נאמדת ב 3.4 מיליארד יורו לשנים 2007-2013.

פרט למדינות אירופה שותפות לפרוייקט גלילו המדינות הבאות : סין, ישראל, אוקראינה, הודו, מרוקו, ערב הסעודית ודרום קוריאה וייתכן מאוד שקבוצת מדינות מדרום אמריקה עשויות להצטרף לפרוייקט האירופי.
 


© כל הזכויות שמורות * All trademarks are the property of their respective owners