GNSS פירושו מערכת ניווט לוויינית עולמית — המונח הכולל המתייחס לקבוצות הלוויינים המשדרות אותות מדויקים של תזמון ומיקום למקלטנים בכל מקום על פני כדור הארץ. כאשר אנשים אומרים “GPS”, הם מתכוונים בדרך כלל ל-GNSS כמערכת שלמה, אך ה-GPS הוא רק אחת מכמה מערכות.

GNSS לעומת GPS: מה ההבדל?

GPS (Global Positioning System) הוא מערך הלוויינים האמריקאי. GNSS כולל את ה-GPS, את ה-GLONASS הרוסי, את ה-Galileo של האיחוד האירופי ואת ה-BeiDou הסיני, וכן מערכות אזוריות כגון ה-NavIC ההודי וה-QZSS היפני. השימוש במספר מערכי לוויינים במקביל מאפשר למקלט לקלוט יותר לוויינים נראים, לקבל קביעת מיקום מהירה יותר ולהיות עמיד יותר בפני הפרעות.

מערכת	מפעיל	מסלולים	האותות שבהם נעשה שימוש
GPS	ארצות הברית	~24+ MEO	הקומה התחתונה / הקומה העליונה / הקומה החמישית
GLONASS	רוסיה	בערך 24 שלי	ראשון / שני / שלישי
גלילאו	האיחוד האירופי	בערך 24 שלי	מזרח / מזרח / מזרח
BeiDou (BDS)	סין	כ-30 MEO + GEO	אורח עסקי / אורח עסקי / אורח עסקי

מבט מקרוב על ארבע מערכות ה-GNSS העולמיות

מערכת מיקום גלובלית (GPS)

מערכת ה-GPS, המופעלת על ידי כוח החלל של ארצות הברית, היא המערכת היחידה שהשיגה כיסוי עולמי, רציף ובכל תנאי מזג אוויר, עם אישור ליציבות שירות לטווח ארוך מגופים כגון הארגון הבינלאומי לתעופה אזרחית (ICAO). המרכיב החללי שלה מורכב כיום מכ-31 לוויינים מבצעיים במסלול בינוני סביב כדור הארץ (MEO) בגובה של כ-20,200 ק"מ.

לווייני GPS משודרגים (בלוק IIF ו-III) תומכים באופן מלא בשלושה תדרים אזרחיים: L1 C/A, L2C ו-L5, כאשר פס ה-L5 תוכנן במיוחד למען בטיחות התעופה, ומציע עמידות משופרת בפני תופעות "מסלול רב" והפרעות. היתרון העיקרי של ה-GPS טמון בתפקידו כנקודת ייחוס עולמית דה פקטו — כמעט כל המקלטים המסחריים נותנים עדיפות למעקב אחריו. המגבלה שלו היא שדיוק שירות המיקום הסטנדרטי (SPS) (אופקי ~4 מ', אנכי ~8 מ', רמת ביטחון 95%) עלול להיות מושפע מחולשת האות; למרות השבתתו הקבועה של ה-Selective Availability (SA), אותות ה-GPS נותרים חלשים יחסית ונוטים לאבד את הנעילה בתוך מבנים או בקניונים עירוניים עמוקים.

GLONASS

GLONASS, המנוהלת על ידי התאגיד הממשלתי הרוסי לחלל (Roscosmos), מפעילה כיום כ-24 לוויינים תפעוליים במסלול MEO בגובה של כ-19,100 ק"מ, עם נטיית מסלול של 64.8°. שיפוע גבוה זה מעניק ל-GLONASS יתרון מובהק בקווי רוחב גבוהים (מעל 60° צפון), כגון בסקנדינביה, בסיביר ובארכיפלג הארקטי הקנדי, שם נראות הלוויינים טובה משמעותית מזו של ה-GPS ו-Galileo.

בניגוד למערכות אחרות המשתמשות בטכנולוגיית CDMA (Code Division Multiple Access), מערכת GLONASS עושה שימוש ב- גישה מרובה בחלוקת תדרים (FDMA) בתדרי L1 ו-L2 — כל לווין משדר בתדר שונה. תכנון זה מספק, בתיאוריה, עמידות טובה יותר בפני הפרעות בפס צר. עם זאת, ארכיטקטורת ה-FDMA גם מגדילה את המורכבות של החלק הקדמי של המקלט ואת צריכת החשמל. בנוסף, לשעוני האטום של רובידיום ב-GLONASS יש יציבות תדר נמוכה מעט מזו של שעוני הצזיום ב-GPS, מה שמביא לירידה קלה בדיוק התזמון בטווח הארוך.

גלילאו

"גלילאו" היא מערכת ניווט אזרחית עולמית בהובלת האיחוד האירופי (סוכנות החלל האירופית (ESA) והנציבות האירופית). כיום פועלים במערכת כ-24 לוויינים בעלי יכולת תפעולית מלאה (FOC) במסלול MEO בגובה של כ-23,222 ק"מ, מעט גבוה יותר מזה של ה-GPS. המאפיין הבולט ביותר שלה הוא היותה המערכת הראשונה המציעה שירות דיוק גבוה (HAS) עולמי בחינם —באמצעות תדר ה-E6, הוא משדר נתוני תיקון המאפשרים דיוק מיקום אופקי בזמן אמת של כ-20 ס"מ (בעזרת מקלט התומך ב-HAS), ללא צורך בתחנות דיפרנציאליות קרקעיות. עיצוב האות של גלילאו הוא מהמתקדמים ביותר: תדר ה-E1 תואם ל-GPS L1, בעוד שתדרי ה-E5a וה-E5b מספקים אפנון AltBOC בפס רחב עם דיכוי מסלולים מרובים מעולה.

המערכת נמצאת בשליטה מלאה של הרשויות האזרחיות, דבר המונע התערבות צבאית אפשרית במתן השירות. עם זאת, פריסת "גלילאו" סבלה מעיכובים רבים, ובין השנים 2016 ל-2017 חלו תקלות מוקדמות בשעוני הרובידיום של מספר לוויינים. אף על פי שאמצעי הגיבוי הצליחו להקל על הבעיה, חששות אלה בנוגע לאמינות המערכת בשלביה המוקדמים הותירו מחלוקת מסוימת לגבי רמת הבגרות של המערכת.

מערכת הניווט הלוויינית BeiDou (BDS)

מערכת ה-BDS, המופעלת על ידי המשרד הסיני לניווט לווייני, היא המערכת הגלובלית היחידה המשתמשת ב- מערכת לוויינים היברידית—הכוללת כ-24 לווייני MEO (בגובה של כ-21,500 ק"מ), 3 לווייני מסלול גיאוסנכרוני מוטה (IGSO) ו-3 לווייני מסלול גיאוסטציונרי (GEO), ובסך הכל כ-30 חלליות תפעוליות. תכנון זה מעניק ל-BDS יתרון בולט ב- אזור אסיה-פסיפיק (70°E–140°E, 5°N–55°N), שם מספר הלוויינים הנראים מגיע בדרך כלל ל-12–16, הרבה מעבר ל-6–10 של ה-GPS, ודיוק המיקום האזורי יכול להיות טוב מ-2.5 מ' (אופקי, 95%). יתר על כן, הלוויינים במסלול GEO נושאים מכשיר ייחודי תקשורת באמצעות הודעות קצרות פונקציה — שאינה קיימת במערכות GNSS אחרות — המאפשרת למשתמשים לשלוח הודעות טקסט באורך של עד כ-1,000 תווים סיניים (באמצעות מסופים ייעודיים) באזורים שבהם אין כיסוי סלולרי קרקעי, דבר בעל ערך רב בתרחישים ימיים, מדבריים ובמצבי חירום.

מצד שני, ל-BDS יש רשת תחנות מעקב קרקעיות עולמית פחות צפופה בהשוואה ל-GPS ול-Galileo, מה שמפחית מעט את דיוק קביעת המסלול באזורים המרוחקים מאסיה-פסיפיק, כגון דרום אמריקה ומרכז-מערב אפריקה. כתוצאה מכך, אף שדיוק המיקום הממוצע העולמי של ה-BDS (כ-2.5–4 מ' אופקית) דומה לזה של ה-GPS, עקביות הביצועים שלו באזורים הפריפריאליים הללו עדיין אינה מפותחת כמו זו של ה-GPS.

GPS בהקשר: נקודת הייחוס שלפיה נמדדים כל האחרים

כמערכת הניווט הגלובלית הראשונה שהייתה מבצעית במלואה, ה-GPS קבעה את הסטנדרטים הטכניים והתפעוליים שאליהם התאימו מערכות מאוחרות יותר. אות ה-L1 C/A שלה נותר הקוד האזרחי הנעקב ביותר, והפצת הזמן האוניברסלי המתואם (UTC) באמצעות מצפה הכוכבים הימי של ארצות הברית משמשת כנקודת ייחוס זמן עיקרית לאינספור יישומים. בעוד שמערכות חדשות יותר הציגו תכונות מתקדמות — כגון ה-HAS של גלילאו או יכולת העברת הודעות קצרות של BeiDou — ה-GPS שומר על מעמדו כעמוד השדרה הבלתי נפרד של מערכת ה-GNSS, פשוט משום שהוא נתמך באופן אוניברסלי על ידי כל מקלט מסחרי וזוכה לאמון בזכות עשרות שנים של שירות רציף. במקביל, התשתית המתיישנת שלו (למרות שהיא עוברת מודרניזציה מתמדת) וההסתמכות על מפעיל צבאי יחיד פירושם שעבור משתמשים קריטיים רבים, ה-GPS לבדו כבר אינו מספיק — ומכאן ההסתמכות הגוברת על מקלטים התומכים במספר קונסטלציות.

כיצד מערכת GNSS מספקת מיקום, ניווט ותזמון (PNT)

כל לוויין נושא שעון אטומי ומשדר את מיקומו ואת השעה. מקלט מודד את זמן המעוף של האותות המגיעים מלפחות ארבעה לוויינים, ומחשב את מיקומו באמצעות שיטת טרילטרציה. אותה מדידת זמן מדויקת משמשת גם כבסיס למערכות PNT ברשתות חשמל, רשתות תקשורת ומערכות פיננסיות.

מדוע אותות GNSS פגיעים

אותות GNSS אזרחיים מגיעים לקרקע בעוצמה של כ−130 dBm — עוצמה חלשה בהרבה מרעש. עובדה זו מקלה על שיבושם באמצעות חסימה או זיוף. לפיכך, PNT מובטח תלוי באנטנות נגד חסימה ובטכנולוגיית עמידות האות.

בחירת מקלט GNSS

מקלטים מודרניים עוקבים אחר מספר קבוצות לוויינים ותדרים (כולל L5/E5/B2 לשיפור הדיוק). בסביבות תחרותיות או קריטיות לבטיחות, יש לשלב את המקלט עם טכנולוגיית אנטנות CRPA המסוגלת לבטל הפרעות. עיינו ב- מדריך תדרי ה-GNSS שלנו לפרטים על התדרים.

נושאים קשורים: השוואה בין GPS, GLONASS ו-Galileo · כיצד פועלת הגנה מפני שיבוש ב-GNSS.