Systemy nawigacji satelitarnej

Dzięki systemom nawigacji satelitarnej służby ratownicze mogą dokładnie wyznaczyć w bardzo krótkim czasie lokalizację miejsca katastrofy lub wypadku, zlokalizować siły i środki, monitorować poszczególne pojazdy podczas akcji ratunkowej oraz wyznaczać optymalne trasy przyjazdu w zależności od rozmieszczenia sił i środków. Systemy nawigacji satelitarnej umożliwiają monitorowanie ruchu pojazdów oraz prognozowanie natężenia ruchu, co przekłada się na możliwość wcześniejszego udrażniania dróg lub wyboru optymalnej trasy przejazdu. Obecnie część powyższych funkcjonalności może być realizowana za pomocą smartfonów z odbiornikiem GPS i powszechnie dostępną aplikacją Google Maps, dzięki której można wyznaczać optymalną trasę przejazdu z uwzględnieniem natężenia ruchu ulicznego. 

Połączenie systemów nawigacji satelitarnej z systemami informacji przestrzennej oraz technologiami teledetekcyjnymi jest powszechnie wykorzystywane podczas klęsk żywiołowych. Wykorzystując powyższe technologie tworzone są mapy obszarów klęski żywiołowej, które pomagają w akcjach ratowniczych czego przykładem są opracowania geoinformacyjne wykonane np. podczas tsunami w regionie Oceanu Indyjskiego w 2004 roku czy huraganu Karina w Zatoce Meksykańskiej w 2005 roku. Z lewej strony znajduje się rysunek przedstawiający mapy pre-katastrofalne (12 czerwca 2001 r.) oraz po-katastrofalne (po wystąpieniu tsunami, 29 grudnia 2004 r.) dla obszaru Aceh, Sumatra (terytorium Indonezji) opracowane w ramach aktywacji Międzynarodowej Karty Przestrzeni Kosmicznej i Kataklizmów (International Charter Space & Major Disasters) w technologii geoinformacyjnej, w tym również z zastosowaniem systemów nawigacji satelitarnej. 

Systemy nawigacji satelitarnej znajdują również szerokie zastosowanie w monitoringu trzęsień ziemi. Wykorzystując precyzyjne dane pochodzące ze specjalistycznych odbiorników GPS, naukowcy mają możliwość analizowania ruchów tektonicznych w czasie i przemieszczeń poziomych gruntów związanych z trzęsieniami ziemi. Z kolei w meteorologii urządzenia GPS służą do oceny zawartości pary wodnej w wyniku analizy transmisji danych GPS przez atmosferę. Dzięki temu można uzyskać dane wspomagające prognozowanie burz oraz powodzi.

Najpowszechniej dzisiaj wykorzystywanym globalnym systemem nawigacji satelitarnej jest amerykański system GPS (ang. Global Positioning System), jednak część dostępnych w Europie odbiorników śledzi także satelity rosyjskiego systemu GLONASS. Ponadto w budowie jest system europejski Galileo, którego wstępna operacyjność osiągnięta została w 2022 roku.

System nawigacji satelitarnej GPS został stworzony przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych i obejmuje swoim zasięgiem całą kulę ziemską. System składa się z trzech segmentów: kosmicznego (31 satelitów orbitujących wokół Ziemi), naziemnego (stacje nadzoru na Ziemi) oraz użytkownika (odbiorniki sygnału). Ze względów strategicznych do 2000 roku istniały dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz dostęp precyzyjny dla sił zbrojnych Stanów Zjednoczonych. Dostęp standardowy dawał możliwość pomiarów z dokładnością rzędu kilku metrów, ale nawet ten sygnał był zakłócany błędem pseudolosowym (SA – Selective Availability), stąd też dokładność ustalenia pozycji spadała do około 100 metrów. 1 maja 2000 roku prezydent USA Bill Clinton nakazał wyłączenie mechanizmu SA, dzięki czemu dokładność sygnału dla odbiorców cywilnych wzrosła do około 4-12 metrów. Rysunek z prawej strony przedstawia konstelację systemu GPS (źródło: NASA). 

System nawigacji satelitarnej GLONASS (os. ГЛОНАСС, Глобальная навигационная спутниковая система) jest to rosyjski satelitarny system nawigacyjny, który swoim zasięgiem obejmuje całą kulę ziemską. Budowa systemu rozpoczęła się w latach 70. XX wieku w ZSRR. System GLONASS pod względem struktury oraz zadań działa na podobnej zasadzie jak system GPS. GLONASS składa się z trzech segmentów: kosmicznego (28 satelitów z czego 23 satelity znajdują się w fazie operacyjnej), kontroli (stacje kontroli) oraz użytkownika (odbiornik sygnału). System GLONASS charakteryzuje się lepszym pokryciem satelitami wyższych szerokości geograficznych (powyżej 60°) niż w przypadku GPS, dlatego też na tych szerokościach dostarcza dokładniejszy sygnał. W ramach systemu GLONASS działają dwa tryby użytkowania: precyzyjny (wykorzystywany przez armię rosyjską) oraz standardowy (przeznaczony do użytku cywilnego). Do niedawna odbiorniki systemu GLONASS były produkcji rosyjskiej typu wojskowego lub okrętowego. Obecnie wiele firm dostarczających odbiorniki nawigacji satelitarnej produkuje odbiorniki GLONASS.

System nawigacji satelitarnej Galileo jest to Europejski System Nawigacji Satelitarnej, który w odróżnieniu od systemów GPS oraz GLONASS jest systemem cywilnym. Pomysł budowy europejskiego systemu nawigacji satelitarnej pojawił się w latach 80. XX wieku w odpowiedzi na brak zaufania do istniejących systemów, które mogły być w każdej chwili wyłączone lub zakłócone przez Departament Obrony USA lub Ministerstwo Obrony ZSRR. Obecnie system Galileo składa się z 28 satelitów. Niemal wszystkie satelity znajdują się na 3 kołowych orbitach na wysokości 23 222 km nad Ziemią i przy nachyleniu orbit 56 stopni do równika. Pozostała para satelitów została omyłkowo umieszczona na nieprawidłowych orbitach (wynik błędu rakiety nośnej Sojuz) i jest obecnie wykorzystywana do poszukiwań i ratownictwa. Nie stanowi ona operacyjnych członków konstelacji Galileo. Z lewej strony znajduje się rysunek przedstawiający satelitę konstelacji Galileo (źródło: ESA). 

System Galileo dostarcza 5 serwisów w zależności od grupy odbiorców, w których są oferowane inne dokładności pozycjonowania. Oprócz bezpłatnego Serwisu Otwartego, dostępnego dla każdego użytkownika, system Galileo oferuje odpłatny Serwis Komercyjny gwarantujący dostęp do dwu dodatkowych zaszyfrowanych sygnałów zapewniających większą przepustowość danych i większą dokładność lokalizacji oraz Serwis Regulowany Publicznie (PRS – Public Regulated Service) o kontrolowanym dostępie, przeznaczony dla użytkowników z dziedziny administracji publicznej, bezpieczeństwa i zarządzania kryzysowego, w szczególności Państwowej Straży Pożarnej, Policji, Państwowego Ratownictwa Medycznego, Centrów Zarządzania Kryzysowego, Straży Granicznej, Służby Celnej, służb poszukiwawczo-ratowniczych, organizacji humanitarnych. Jako jedyna z usług Galileo serwis PRS jest oparty wyłącznie o kodowane sygnały gwarantujące wiarygodność i ciągłość pracy dzięki zabezpieczeniu przed działaniem systemów zakłócających i próbami przejęcia (fałszowania) sygnału oraz zapewnieniu nieograniczonego geograficznie i nieprzerwanego dostępu do sygnałów lokalizacyjnych i czasu nawet w przypadku zablokowania innych usług Galileo. Organem odpowiedzialnym za zarządzanie i nadzór nad użytkownikami PRS w Polsce jest CPA Polska (Competent PRS Authority) w strukturach Ministerstwa Spraw Wewnętrznych i Administracji.

Dnia 15 grudnia 2016 roku uruchomiono oficjalnie pierwsze usługi systemu Galileo. Infrastruktura segmentu kosmicznego oraz naziemnego są gotowe do działania operacyjnego. Na chwilę obecną sygnały nie będą dostępne nieprzerwanie, zaś będą wykorzystywane w połączeniu z innymi systemami nawigacji satelitarnej np. GPS.