Pap László

III. Technikai megoldások a műholdas globális helymeghatározó rendszer kifejlesztése előtt

Az alábbiakban a hagyományos helymeghatározó rendszerek részleteivel nem foglalkozunk, csak a műholdas globális helymeghatározó rendszer előzményeinek tekinthető rádiós módszereket mutatjuk be. Ilyenek a földfelszíni OMEGA, LORAN-C és a rádiós iránymérő rendszerek, valamint a műholdas TRANSIT rendszer.

Az OMEGA rendszert az amerikai haditengerészet navigációjának támogatására hozták létre a 70-es évek elején. Teljes kiépítésben a rendszer nyolc földi állomással működött (Norvégia, Libéria, Reunion-sziget, Argentína, Ausztrália, Japán, Irak, Dakota, Hawaii) a 10,2-13,6 kHz frekvenciákon (22,1-29,4 km hullámhosszal). A rendszer a felhasználó helyzetét a hiperbolikus navigációs elv alapján mérte. A távolságok különbségét a különböző adóállomásokról beérkező jelek fázisai közötti különbségek mérésével határozta meg. A rendszer kb. 3,6-7,2 km pontossággal volt képes az óceánokon közlekedő hajók helyzetének azonosítására. Szolgáltatásait a Föld bármely pontján igénybe lehetett venni. Bár 1991-ben még 26 500 felhasználója volt, 1997 szeptemberében működését leállították.

A LORAN-C rendszert tengeri és légi navigáció céljára építették ki. Működése az 50-es évek elején indult meg elsősorban a tengerpart menti navigáció támogatására. A rendszer szolgáltatásai, az azonos felépítésű orosz CSAJKA rendszerrel együtt, a Föld felszínének jelentős részén, Európában és Amerikában voltak elérhetők. A rendszer egyes alrendszerei (láncai) egy úgynevezett mester és 2-5 másodlagos adóállomásból épültek fel. A rendszer a 90-110 kHz-es frekvenciatartományban működött, az egyes adókban igen pontos atomi órák biztosították a szinkronitást. Az adó által kisugárzott impulzusok beérkezési ideje a vevőbe az adó és a vevő közötti távolságtól függ. A vevő az egyes adókból származó impulzusok beérkezési ideje közötti különbségeket mérte, és ennek alapján határozta meg a vevő és az egyes adók közötti távolság különbségét. Ezekből az adatokból a vevő a hiperbolikus navigáció elvét alkalmazva határozta meg a felhasználó földrajzi helyzetét. Az időkülönbség mérésén alapuló helymeghatározás pontossága tipikusan 500 méter volt, és a rendszer képes volt a felhasználó mozgási sebességének meghatározására is. Mivel a LORAN-C rendszer egyes adóállomásain igen pontos órákat helyeztek el, a rendszer arra is alkalmas volt, hogy a pontos időre vonatkozó információkat eljuttassa a felhasználókhoz (erre épült például a távközlési rendszer szinkronizációja). A rendszerhez 2000-ben világszerte 28 alrendszer (lánc) tartozott, a felhasználók száma pedig elérte az 1,3 milliót (ebből 84% hajózási, 14% civil repülési és 4% civil földi közlekedési alkalmazás).

A rádiós iránymérő rendszerek a helymeghatározást iránymérés alapján végzik. A rádiós iránymérés alapelve a II. világháború óta jól ismert, az adók irányát az irányított antennával felszerelt vevő az antenna elforgatásával (vagy az antenna iránykarakterisztikájának elforgatásával) képes meghatározni. A rendszer elsősorban a hajók part menti navigációját támogatja, az egyes adók úgy funkcionálnak, mint a világítótornyok, amelyek az ókortól kezdve segítették a hajók part menti irányítását. A rádiós iránymérő rendszerek igen népszerűek, ma is körülbelül 200 adóállomás működik az USA partvidékén, hatótávolságuk eléri a 360 kilométert.

A TRANSIT rendszer, a nagy pontosságú műholdas globális helymeghatározó rendszer első változata 1967-ben kezdte meg nyilvános szolgáltatásait. Eredetileg a tengeralattjárókról indítható ballisztikus rakéták irányítása céljából fejlesztették ki, de később elsősorban navigációs és geodéziai célokat szolgált. A rendszer összesen hat, 1100 km magasságban poláris pályán keringő műholdat használt, és a 150 és 400 MHz-es frekvenciatartományban működött. A vevő helyzetét a vevő és a műholdak relatív sebességének mérésével, azaz a Doppler-elv alkalmazásával határozta meg. A helyzet azonosításán kívül a rendszer alkalmas volt a felhasználó sebességének mérésére is. A TRANSIT rendszer legnagyobb hátránya, hogy a műholdak viszonylag alacsony száma miatt a helymeghatározási szolgáltatás időben nem volt folytonos (a 80-dik szélességi körön 30 percet, az Egyenlítőn 110 percet kellet várni két mérés között). Az időbeli megszorítások miatt a rendszert elsősorban lassú járművek navigációjára és geodéziai vizsgálatokra használták. Mérési pontossága egy frekvencián 500 méter, két frekvencián 25 méter volt, de differenciálisan elérhette az 1-2 métert is. A TRANSIT rendszer tette lehetővé a Föld felszínének első globális felmérését. Bár a rendszer felhasználóinak a száma 1991-ben 90 000 volt, jelentőségét erősen csökkentette a műholdas globális helymeghatározó rendszer bevezetése, így 1999 decemberében szolgáltatásait megszüntették.