DGPS

משדר של תחנת קרקע

DGPS (מערכת איכון עולמית דיפרנציאלית. מכונה גם SBAS) היא מערכת לדיוק המידע שמתקבל על ידי אותות לוויני ניווט, הפועלת באמצעות תחנות קרקע המשדרות את נתוני הסטייה באזורם באמצעות תחנות קרקע או באמצעות לוויינים גיאוסינכרונים, ובכך מעלים את רמת הדיוק האופקי והאנכי של האותות ממערכת ה GPS לטווח שבין מספר סנטימטרים (בתחנות קרקע) ועד בין מטר לשלשה (באמצעות לוויינים). השיטה הקרקעית מקומית ומוגבלת יותר ונועדה למדידות מדויקות וניווט ימי, ואילו השיטה הלווינית היא גלובלית יותר ומיועד לניווט אזרחי כללי וניווט אווירי.

משדרי קרקע

ברחבי העולם ישנן תחנות קרקעיות שמיקומן הגאוגרפי ידוע בדיוק גבוה מאד. תחנה קרקעית מקבלת מהלוויינים את המיקום המשוער של אותה תחנה והיות שמיקום התחנה ידוע, ניתן לדעת מה הסטייה שתתקבל על ידי מערכת הממח"ע (GPS) רגילה. אותה תחנה קרקעית משדרת "תיקון" למכשיר הממח"ע (GPS) וכך מתקבל דיוק גבוה יותר. כך ניתן לשפר את דיוק המדידה על פני מדידה רגילה ממקלט הממח"ע (GPS).

לשיטה זו קוראים מממח"ע (DGPS - ראשי תיבות של מערכת מיקום חובקת-עולם דִּיפֶרֶנְצְיָאלִית או באנגלית Differential Global Positioning System). בהסתמך על תחנות אלו אפשר להגיע לדיוק גבוה של כ-2-1 ס"מ, הדרוש למודדים מקצועיים.

בארצות הברית קיימת מערכת בשם NDGPS, שמורכבת מרשת של 85 תחנות קרקע. במקורה המערכת נועדה לניווט ימי באזור הקרוב ליבשה, ולאחר מכן היא התרחבה לכל אזור היבשה. כיום היא מנוהלת על ידי מחלקת הניווט של המרכז להגנת המולדת של ארצות הברית.

המערכת הקנדית דומה למערכת בארצות הברית היא בעיקר לשימוש ימי המכסה את החוף האטלנטי והאוקיינוס ​​השקט, כמו גם את האגמים הגדולים ואת נתיב מי סנט לורנס.

אוסטרליה מפעילה שלוש מערכות DGPS: הראשונה משמשת בעיקר לניווט ימי שמשודר בפס רחב, השנייה משמשת לסקרי קרקע וניווט קרקעי, והתיקונים משודרים בערוץ רדיו FM המסחרי. בעוד השלישית בנמל התעופה בסידני בשלבי בדיקות כרגע לדיוק נחיתת מטוסים (2011), כגיבוי למערכת נחיתת מכשירים לפחות עד 2015.

רשת DGPS האירופי פותחה בעיקר על ידי הממשלים הימיים הפיניים והשוודים, כדי לשפר את בטיחות בארכיפלג שבין שתי המדינות. בבריטניה ואירלנד, המערכת יושמה כעזר לניווט ימי, למלא את החלל שהשאירה פטירתו של מערכת ניווט Decca בשנת 2000. עם רשת של 12 משדרים ברחבי החוף ושלוש תחנות שליטה, המערכת הוקמה בשנת 1998 על ידי רשויות המגדלור הכלליות, והוכרזה כמבצעית בשנת 2002.

בישראל מפוזרות ברחבי הארץ 18 תחנות כאלו, שעיקר השירות שהן נותנות הן שירותי מדידה. ניתן להתעדכן במדידות שלהן דרך האינטרנט. לעתיד מתוכנן שתחנות אלה תספקנה מידע בזמן אמת, ובכך תאפשרנה להגיע לחישובים מדויקים ובכך לוותר על נקודות שילוש (הטריאנגולציה) הקיימות בשטח.

משדרי לוויינים

ארכיטקטורת המערכת

המערכת כוללת מקטע חללי וקרקעי, המשולבים לכדי מערכת אחודה.

בכל לוויין משיב (טרנספונדר) מיוחד המוקדש למערכת. מהלוויינים משודר המידע על תדר לווייני ה-GPS הנקלט במכשירים אזרחיים נפוצים, בלא צורך בחומרה נוספת לקליטתו.

למערכת תחנות ייחוס קרקעיות המרכזות ומעבדות את נתוני הבקרה ומכינות אותן לשידור מיידי. המערכת מורכבת מתחנות קליטה וייחוס דיפרנציאלי המכונות RIMS‏ (Reference & Integrity Monitoring Stations). תחנות הייחוס הקרקעיות מצוידות במקלטי GPS מיוחדים ושעונים אטומיים לביצוע ניטור רציף של שידורי ה-GPS וחישוב התיקונים הנדרשים לשם שיפור הדיוק. מערכות שידור משדרות את נתוני הסטיה אל לווייני התקשורת של המערכת, והם בתורם משדרים את הנתונים למשתמשי הקצה.

מערכות קיימות

קיימות היום ארבעה מערכות גלובליות עיקריות. WAAS הפועל בצפון אמריקה, EGNOS הפועל באירופה, MSAS היפני הפועל במזרח אסיה, ו-GAGAN ההודי הפועל במרכז אסיה.

WAAS

WAAS ‏ (Wide Area Augmentation System) בצפון אמריקה - פותח על ידי מנהל התעופה הפדרלי האמריקני, ונועד לסייע לפעילותם של מטוסים. למערכת שלשה לוויינים גיאוסינכרוניים ורשת תחנות קרקע בצפון אמריקה ובהוואי. רמת הדיוק של המערכת היא 1 מטר אנכי ו-1.5 מטר אופקי, ברוב ארצות הברית ובחלקים גדולים של קנדה ואלסקה. החל מחודש אוקטובר 2007 היו 38 תחנות קרקע: עשרים בארצות הברית, שבע באלסקה, ארבע בקנדה, אחד בהוואי, אחד בפוארטו ריקו, וחמש במקסיקו.

EGNOS

ערך מורחב – EGNOS

EGNOS באירופה - המערכת כוללת משיבים ייעודיים על ארבעה לוויינים גיאוסינכרוניים המכסים אזור נרחב באירופה, המזרח התיכון ואפריקה, ורשת של יותר מ-40 תחנות ייחוס קרקעיות (RIMS), המשרתים את אירופה, והיא מסוגלת להעלות את דיוק המקלטים פי 10, לרמת דיוק של 1.5 מטר. EGNOS גם משמשת כמערכת עזר לנחיתה, ותומכות בה בספטמבר 2014 למעלה מ-114 שדות תעופה באירופה. ישראל הצטרפה לפרויקט בינואר 2016. עם הקמת תחנת יחוס ראשונה בקמפוס הטכניון.

MSAS

ערך מורחב – MSAS

MSAS - במזרח אסיה. השימוש במערכת הגברה מסוג זה יכולה לשפר דיוק של מקלט GPS מטווח שגיאה של 20 מטרים לרמה של 1.5-2 מטרים.

GAGAN

ערך מורחב – GAGAN

GAGAN - במרחב ההודי. למערכת שלשה לוויינים גיאוסינכרוניים ו15 תחנות ייחוס קרקעיות. רמת הדיוק שלה עומדת על 3 מטר.