מערכת ניווט לוויינית

מערכת ניווט לוויינית גלובלית (באנגלית: Global Navigation Satellite System או GNSS) היא שם כללי למערכות ניווט המשתמשות בגלי רדיו שמשודרים ממספר לוויינים בחלל למציאת קואורדינטות מיקום בכדור הארץ. בנוסף, המערכת מספקת מידע אודות מהירות וזמן ברמת דיוק של עשרות מיליארדיות השנייה.

כדי לקבל את המיקום די בקבלת אות משלושה לוויינים, או לחלופין ניתן גם לקבל אותות מתחנות רדיו רבות, אך לפתרון מיטבי המתמודד עם שגיאת תזמון צריך לקבל אות מארבעה לוויינים לפחות. לרוב, על מנת להשיג כיסוי גאוגרפי יותר רחב של המערכת היא תכיל יותר מארבעה לוויינים בממערך לוויינים. חלק ממערכות נתמכות על ידי תחנות קרקע - פסאודולייט.

המערכת הראשונה "טרנזיט" הופעלה על ידי חיל הים של ארצות הברית בשנת 1964 והיא פעלה עד לשנת 1993. במהלך שנות ה-70 של המאה ה-20 בברית המועצות הופעלו מערכות ציקלון לצרכים צבאיים וציקדה לצרכים אזרחיים. הם התבססו על אותם הלויינים אך למערכת צבאיות היו מערכות קרקעיות שתמכו בהגדלת דיוק המערכת.

נכון לפברואר 2016, מערכות הניווט הלווייניות של ארצות הברית (GPS) של רוסיה (GLONASS) ושל האיחוד האירופי (גלילאו) היו היחידות שפעילות במלואן וניתן באמצעותן להגיע לדיוק של מטרים בודדים. מערכות הניווט נוספות BeiDou הסינית, QZSS היפנית וIRNSS ההודית הופעלו בהמשך.

ניתן לקבל מדידות ממספר מערכות ניווט לוויניות שונות ולשלבן יחד באלגוריתם ניווט, לצורך שיפור הדיוק לצורך הגדלת הזמינות ויתירות^[1].

GPS - מערכת ניווט אמריקאית, בשליטה אזרחית למחצה. פריסה עולמית.
גלילאו - מערכת הניווט אירופאית, בשליטה אזרחית מלאה. פריסה עולמית.
GLONASS - מערכת ניווט רוסית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה עולמית.
BeiDou - מערכת ניווט סינית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה עולמית.
QZSS - מערכת ניווט יפנית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה אזורית.
IRNSS - מערכת ניווט הודית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה אזורית.

מערכות אלו, שמספר הלוויינים המרכיב אותן קטן, נקראות DGPS ‏(Differential GPS) או SBAS ‏(Satellite Based Augmentation System), ונועדו להרחיב ולשפר את רמת הקליטה והדיוק של מערכת ה-GPS האמריקאית הקיימת. הן מורכבות בעיקר מלוויינים נוספים בחלל, ותחנות קרקע, שמיקומן הגאוגרפי ידוע ברמת דיוק גבוהה מאוד. תחנות הקרקע מנטרות באופן קבוע את ההפרש בין מיקומן הבדוק, למיקום המחושב המתקבל על ידי שימוש בלווייני ה-GPS, ושולחות ללוויינים, אחת לתקופת זמן קצרה, "פקטורי תיקוני סטייה" מעודכנים. בעת קליטת אותות מהלוויינים הללו, נשלחים גם "פקטורי תיקון הסטייה" הללו, המאפשרים לתוכנות הניווט, לתקן בהתאם את המיקום הנקלט. שימוש במערכות הרחבה אלו מדייקות את מציאת המיקום לסנטימטרים בודדים.

המערכות העיקריות הן:

WAAS - מערכת אמריקאית שנועדה במקור לשמש את חיל האוויר האמריקאי, אך חופשית כיום גם לקליטה אזרחית. למערכת שני לוויינים בחלל.
EGNOS - מערכת אירופאית ובה שלושה לוויינים בחלל.
MSAS - מערכת יפנית, ובה שני לוויינים בחלל.
QZSS - מערכת יפנית עתידית, ובה שלושה לוויינים בחלל.

מרבית השימוש במערכות אלו הוא צבאי עבור כלי רכב, כלי טיס ואמצעי לחימה מתקדמים (טילים ומשגרים), אך כיום במכשירים אזרחיים רבים יש שימוש במערכות אלו (לרוב GPS).