อธิบายกลุ่มดาว GNSS: เปรียบเทียบ GPS, GLONASS, Galileo และ BeiDou

กลุ่มดาว GNSS คืออะไร?

กลุ่มดาว GNSSคือกลุ่มดาวเทียมที่ประกอบเป็นระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก (GNSS) แต่ละระบบ ระบบ GNSS เป็นบริการครบชุด ได้แก่ ดาวเทียม ส่วนควบคุมภาคพื้นที่ตรวจติดตามและอัปเดต และข้อกำหนดสัญญาณที่เครื่องรับใช้คำนวณการระบุตำแหน่ง การนำทาง และเวลา (PNT)

ปัจจุบันสี่กลุ่มดาวครอบคลุมทั่วโลก ได้แก่ GPS, GLONASS, Galileo และ BeiDou อีกสองระบบ QZSS และ NavIC ให้บริการเฉพาะภูมิภาค และระบบเสริมผ่านดาวเทียม (SBAS) เพิ่มข้อมูลแก้ไขและความสมบูรณ์ของสัญญาณ คำว่า GPS มักถูกใช้เรียกทั้งหมด แต่ GPS เป็นเพียงระบบสหรัฐฯ บทความGNSS เทียบกับ GPSครอบคลุมคำศัพท์ ส่วนบทความนี้เปรียบเทียบตัวกลุ่มดาว

ดาวเทียมแต่ละดวงส่งวงโคจร (อีเฟเมอริส) และเวลานาฬิกาแม่นยำ เครื่องรับวัดเวลาเดินทางสัญญาณจากอย่างน้อยสี่ดวงเพื่อแก้พิกัดสามค่าและความคลาดเคลื่อนนาฬิกาของตนเอง

GPS, GLONASS, Galileo และ BeiDou เปรียบเทียบกันอย่างไร?

กลุ่มดาวทั่วโลกสี่ระบบต่างกันหลัก ๆ ที่ความสูงวงโคจร จำนวนระนาบวงโคจร การออกแบบสัญญาณ และผู้ดำเนินการ แต่ทั้งหมดให้ความแม่นยำแบบเดี่ยวใกล้เคียงกันที่ไม่กี่เมตร

โครงสร้างพื้นฐานกลุ่มดาว GPS มี 24 ตำแหน่งวงโคจร และโดยปกติมีดาวเทียมใช้งานราว 30 ดวง GLONASS ออกแบบสำหรับ 24 ดวง Galileo สำหรับ 24 ดวงพร้อมดาวสำรองใช้งาน และ BeiDou-3 ใช้ดาววงโคจรปานกลาง 24 ดวงร่วมกับดาววงโคจรค้างฟ้าเอียง (IGSO) และค้างฟ้า (GEO) ซึ่งเน้นครอบคลุมเอเชียแปซิฟิก จำนวนจริงเปลี่ยนตามการปล่อยและปลดระวาง จึงควรตรวจหน้าสถานะของผู้ดำเนินการเพื่อดูจำนวนปัจจุบัน

GPS คืออะไรและประดิษฐ์เมื่อใด?

GPS (Global Positioning System) เป็นระบบระบุตำแหน่งดาวเทียมของรัฐบาลสหรัฐอเมริกาและดำเนินการโดยกองทัพอวกาศสหรัฐฯ เริ่มพัฒนาปี 1973 ปล่อยดาวเทียม GPS ดวงแรกปี 1978 และประกาศความสามารถปฏิบัติการเต็มรูปแบบปี 1995

สำหรับช่างสำรวจ มีสองเหตุการณ์สำคัญ ในเดือนพฤษภาคม 2000 สหรัฐฯ ปิด Selective Availability ซึ่งจงใจลดความแม่นยำพลเรือน ทำให้เครื่องรับ GPS ต้นทศวรรษ 2000 ดีขึ้นทันทีจากประมาณ 100 m เป็นราว 10 m แบบเดี่ยว ต่อมาเพิ่มสัญญาณพลเรือนสมัยใหม่ L2C และ L5 และดาวเทียม GPS III ส่งสัญญาณ L1C ใหม่ที่ออกแบบให้ทำงานร่วมกับ Galileo

การใช้ GPS ปัจจุบันไปไกลกว่านำทาง ทั้งสำรวจ นำทางเครื่องจักร เกษตรแม่นยำ ให้เวลาระบบโทรคมนาคมและไฟฟ้า และวิทยาศาสตร์ เว็บไซต์ข้อมูลทางการของรัฐบาลสหรัฐฯ คือ gps.gov สำหรับรายละเอียดสัญญาณ ดูคู่มือความถี่ GPS L1, L2 และ L5

ระบบ GLONASS คืออะไร?

ระบบ GLONASS เป็นระบบนำทางดาวเทียมทั่วโลกของรัสเซีย ออกแบบสำหรับดาวเทียม 24 ดวงในสามระนาบวงโคจรที่ประมาณ 19,100 km และมุมเอียง 64.8°

มุมเอียงสูงกว่าทำให้ดาวเทียม GLONASS มีรูปทรงเรขาคณิตดีกว่าในละติจูดสูง ระบบจึงมีประโยชน์เป็นพิเศษในสแกนดิเนเวีย แคนาดา และรัสเซียเอง กลุ่มดาวครบในปี 1995 ลดลงในทศวรรษถัดมา และกลับมาครอบคลุมทั่วโลกเต็มรูปแบบในปี 2011

ความต่างทางเทคนิคหลักคือโครงสร้างสัญญาณ ดาวเทียม GLONASS ดั้งเดิมใช้การแบ่งความถี่ (FDMA) แต่ละดวงส่งบนความถี่ต่างกันเล็กน้อยรอบ 1602 MHz (L1) และ 1246 MHz (L2) ทำให้เกิดอคติระหว่างช่องที่ระบบ RTK ต้องจัดการ โดยเฉพาะเมื่อเครื่องรับฐานและโรเวอร์มาจากคนละผู้ผลิต ดาวเทียม GLONASS รุ่นใหม่ยังส่งสัญญาณแบ่งรหัส (CDMA) เช่น L3OC ใกล้ 1202 MHz ซึ่งออกแบบคล้ายระบบอื่น

เมื่อเปรียบเทียบ GPS กับ GLONASS ความแม่นยำแบบเดี่ยวโดยรวมใกล้เคียงกัน คุณค่าของดาวเทียม GLONASS สำหรับช่างสำรวจคือเรขาคณิตเพิ่มเติม ไม่ใช่ระดับความแม่นยำที่ต่างออกไป

ระบบนำทาง Galileo คืออะไร?

ระบบนำทาง Galileo เป็นระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกพลเรือนของสหภาพยุโรป มีดาวเทียมในสามระนาบวงโคจรที่ประมาณ 23,200 km และมุมเอียง 56° บางครั้งเรียก EU GPS หรือระบบ Galileo GPS แต่เป็นระบบอิสระที่มีดาวเทียม ส่วนภาคพื้น และมาตราเวลาของตนเอง

โครงการ EU Galileo นำโดยคณะกรรมาธิการยุโรป โดยองค์การอวกาศยุโรป (ESA) รับผิดชอบออกแบบและจัดซื้อ ปัจจุบันหน่วยงานสหภาพยุโรปสำหรับโครงการอวกาศ (EUSPA) จัดการให้บริการ และเผยแพร่สถานะที่ euspa.europa.eu บริการเริ่มต้น Galileo เริ่มเดือนธันวาคม 2016

คุณสมบัติหลักของระบบนำทางดาวเทียม Galileo สำหรับผู้ใช้มืออาชีพ:

• สี่ย่านสัญญาณ: E1 (1575.42 MHz ร่วมกับ GPS L1), E5a (1176.45 MHz ร่วมกับ GPS L5), E5b (1207.14 MHz) และ E6 (1278.75 MHz) E5a และ E5b รวมเป็นสัญญาณย่านกว้าง E5 AltBOC ซึ่งมีชื่อด้านสัญญาณรบกวนต่ำและต้านมัลติพาธสูง
• High Accuracy Service (HAS): ข้อมูลแก้ไขวงโคจรและนาฬิกาแม่นยำฟรี ส่งบน E6 และออนไลน์ ประกาศบริการเริ่มต้นปี 2023 และตั้งเป้าความแม่นยำแนวราบระดับเดซิเมตร
• นาฬิกาแม่นยำ: นาฬิกาไฮโดรเจนเมเซอร์แบบแพสซีฟและรูบิเดียมบนดาวเทียมแต่ละดวง

เมื่อเทียบ Galileo กับ GPS สัญญาณ Galileo เป็นแบบสมัยใหม่ตั้งแต่เริ่ม ขณะที่ GPS ยังทยอยแทนดาวเทียมเก่า สำหรับทีมสำรวจ ประโยชน์จริงของกลุ่มดาว Galileo คือมีดาวเทียมคุณภาพสูงให้เห็นเพิ่มขึ้น

BeiDou คืออะไร และเทียบกับ GPS อย่างไร?

BeiDou (BDS) เป็นระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกของจีน รุ่นที่สาม BDS-3 เริ่มบริการทั่วโลกในปี 2020 และรวมดาวเทียมวงโคจรปานกลางกับดาวเทียม IGSO และ GEO

ดาวเทียม GEO และ IGSO อยู่เหนือเอเชียและแปซิฟิกตะวันตก ทำให้ BeiDou มักมีดาวเทียมที่เห็นมากที่สุดในภูมิภาคนี้ ส่วนพื้นที่อื่นใช้ดาวเทียม MEO ทั่วโลกของระบบ BDS-3 ส่งสัญญาณเดิม B1I และ B3I พร้อมสัญญาณใหม่ B1C (1575.42 MHz) และ B2a (1176.45 MHz) ที่ใช้ความถี่กลางร่วมกับ GPS L1 และ L5 BeiDou ยังมีบริการที่ระบบอื่นไม่มี เช่น สื่อสารข้อความสั้นและข้อมูลแก้ไขการระบุตำแหน่งจุดละเอียด PPP-B2b ในเอเชียแปซิฟิก

เมื่อเทียบ BeiDou กับ GPS ความแม่นยำแบบเดี่ยวทั่วโลกใกล้เคียงกัน สิ่งที่ผู้ซื้อต้องตัดสินใจไม่ใช่เลือกตัวใด แต่คือเครื่องรับติดตามได้ทั้งคู่หรือไม่ เพราะ GPS และ BeiDou ร่วมกันให้เรขาคณิตดีกว่าใช้ระบบเดียวมากในเอเชียตะวันออก

ระบบภูมิภาคและระบบเสริมใดช่วยเพิ่มความสามารถ GNSS?

นอกเหนือจากสี่ระบบทั่วโลก กลุ่มดาวภูมิภาคและ SBAS เพิ่มความพร้อมใช้งานและความแม่นยำในพื้นที่เฉพาะ

เครื่องรับครบย่านใช้ทั้งหมดนี้ได้ เช่น เสาอากาศอัจฉริยะ S20สำหรับยานพาหนะของเราระบุ GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS, NavIC และ SBAS

ทำไมเครื่องรับ GNSS หลายกลุ่มดาวจึงสำคัญต่องานสำรวจ?

เครื่องรับ GNSS หลายกลุ่มดาวสำคัญเพราะดาวเทียมมากขึ้นจากหลายทิศหมายถึงเริ่มต้น RTK เร็วขึ้น Fixed เชื่อถือได้กว่า และได้ผลใช้งานในพื้นที่ที่เครื่องรับ GPS อย่างเดียวทำไม่ได้

ใต้ท้องฟ้าเปิด เครื่องรับ GPS อย่างเดียวมักเห็นดาวเทียมราว 8 ถึง 12 ดวง เมื่อใช้กลุ่มดาวทั่วโลกทั้งสี่ เครื่องรับ GNSS ระดับงานสำรวจมักติดตาม 30 ถึง 40 ดวงหรือมากกว่า วิศวกรเราเห็นความต่างชัดที่สุดในสี่สถานการณ์:

• ช่องอาคารสูงและมุมอาคาร ซึ่งท้องฟ้าครึ่งหนึ่งถูกบัง
• ใต้ต้นไม้และขอบแปลง ซึ่งสัญญาณอ่อนลงและสะท้อน
• บ่อเหมืองเปิดและหุบเขา ซึ่งภูมิประเทศบังดาวเทียมมุมต่ำ
• วันทำงานยาว ซึ่งเรขาคณิตของระบบเดียวมีช่วงไม่ดี

สิ่งที่ดาวเทียมเพิ่มทำไม่ได้คือใช้แทนข้อมูลแก้ไข GNSS หลายระบบแบบเดี่ยวยังอยู่ระดับเมตร งานเซนติเมตรต้องใช้ RTK, RTK แบบเครือข่ายผ่าน NTRIP หรือประมวลผลภายหลัง ตามที่อธิบายในคู่มือ NTRIP และ CORS การติดตามหลายกลุ่มดาวยังเป็นประโยชน์กับผู้ใช้อื่น ทั้ง GNSS สำหรับระบบ ADAS ในรถ โดรน และเครื่องรับให้เวลา ต่างมีความพร้อมใช้งานเพิ่มจากดาวเทียมมากขึ้น

วิธีเลือกเครื่องรับและเสาอากาศ GNSS สำหรับทุกกลุ่มดาว

เลือกเครื่องรับและเสาอากาศที่ติดตามกลุ่มดาวทั่วโลกทั้งสี่อย่างน้อยสองย่านความถี่ โดยควรเป็นสามย่าน และยืนยันว่าระบบคำนวณ RTK ใช้ทุกระบบในคำตอบจริง

1. ตรวจกลุ่มดาวและสัญญาณ มองหา GPS, GLONASS, Galileo และ BeiDou พร้อมสัญญาณสมัยใหม่ เช่น L5, E5a/E5b และ B2a ไม่ใช่เพียง L1/L2
2. ตรวจเสาอากาศ สถานีฐานและจุด CORS ต้องมีเสาอากาศครบย่านที่ศูนย์เฟสเสถียรและปฏิเสธมัลติพาธดี
3. ตรวจรูปแบบข้อมูลแก้ไข ฐานหรือเครือข่ายต้องส่งข้อความ RTCM 3 MSM หลายกลุ่มดาว มิฉะนั้นโรเวอร์ใช้ดาวเทียมทั้งหมดไม่ได้
4. ทดสอบในพื้นที่ทำงานจริง เปรียบเทียบเวลาหา Fixed และอัตรา Fixed ใต้ต้นไม้หรือใกล้อาคาร ไม่ใช่เพียงลานจอดรถโล่ง

เครื่องรับสัญญาณ GNSS RTK E1ของเราใช้ระบบครบกลุ่มดาว 1408 ช่องสัญญาณ และทำงานเป็นฐาน โรเวอร์วิทยุ หรือโรเวอร์เครือข่าย สำหรับฐานคงที่ เสาอากาศ GNSS งานยีออเดซี SA102 ติดตาม GPS, BDS, GLONASS, Galileo, QZSS, SBAS และ L-Band พร้อม Galileo E1, E5a, E5b และ AltBOC ทีมที่ทำงานในพื้นที่ CORS ครอบคลุมใช้ โรเวอร์ RTK แบบเครือข่าย Mini หนัก 409 g ได้ ซึ่งมีระบบ 1408 ช่องสัญญาณเดียวกัน คู่มือซื้อเครื่องรับสัญญาณ GNSS RTKของเราครอบคลุมเกณฑ์อื่น และคุณสามารถขอใบเสนอราคาสำหรับชุดครบ

คำถามที่พบบ่อย