Wnioski płynące z doświadczeń z satelitarnymi systemami nawigacyjnymi prowadzą nieuchronnie o wniosku że niezbędny jest ogólnoświatowy cywilny system nawigacji, określany jako Global Navigation Satellite System (GNSS).
Nikogo nie trzeba przekonywać o zaletach nawigacji satelitarnej, a istniejące systemy satelitarne są właściwie przeznaczone do zastosowań wojskowych. Nie mają szybko działającego kanału rezerwowego i są zbyt "ciche", co czyni je nieodpornymi na zakłócenia, szczególnie te o charakterze kataklizmu. Ponadto są pod kontrolą rządów poszczególnych krajów, co oznacza że w przypadku konfliktu dostęp do nich może ulec ograniczeniu. To samo zresztą może nastąpić w wyniku braku perspektywy większych konfliktów - przykładem może być marna kondycja rosyjskiego GLONASSa.
Idea cywilnego satelitarnego systemu nawigacyjnego, zdolnego zastąpić wszystkie dotychczasowe systemy radionawigacyjne, wyszła od krajów europejskich. Główną przyczyną była ograniczona przydatność amerykańskiego GPS Navstar w roli podstawowego środka nawigacji dla lotnictwa komunikacyjnego. Poza tym niepoślednie znaczenie ma niechęć do odgrywania roli ubogiego krewnego u nogawki Wuja Sama.
Pierwszy etap tworzenia wspólnego systemu jest określany jako GNSS-1. Koncepcja systemu zakłada eliminację typowych niedomagań GPS poprzez zwielokrotnienie źródeł informacji pozycyjnej, zapewnienie nieprzerwanego dopływu danych korekcyjnych oraz możliwość stałego monitoringu jakości danych pozycyjnych (w dotychczasowych GPS użytkownik może oceniać tylko spójność danych otrzymanych przez odbiornik (RAIM - Receiver Autonomous Integrity Monitoring)).
W GNSS można wyodrębnić segment danych nawigacyjnych, segment danych korekcyjnych, segment użytkownika i segment kontrolno - sterujący. Oczywiście podział ten jest czysto umowny, ponieważ segmenty te składają się z wielu systemów technicznych, częściowo dublujących się funkcją i obszarem działania, aczkolwiek różnych pod względem zasięgu, konstrukcji i zasady działania.
GNSS-1 bazuje na istniejących segmentach orbitalnych GPS Navstar i rosyjskiego systemu GLONASS.
W roku 1996 w Institute of Navigation zorganizowano eksperyment nazwaną IGEX-98 (International GLONASS Experiment), polegający na zorganizowaniu sieci zbierającej dane pozycyjne GLONASS ze stacji w ponad 30 krajach. Celem eksperymentu była ocena danych pozycyjnych, uzyskiwanych przez dłuższy czas w różnych punktach globu, dokładne określenie orbit satelitów GLONASS i opracowanie oprogramowania do konwersji czasu i systemów odniesienia.
W roku 1998 zostały rozmieszczone na orbicie trzy zmodernizirowane satelity nowej serii GLONASS-M. Modyfikacje dotyczą poprawy stabilności wzorców czasu i zgodności danych między GLONASS a GPS. Pozwoli to na uproszczenie dwusystemowych odbiorników nawigacyjnych oraz użycie rosyjskiego systemu jako komponentu w dalszych etapach (tzw. GNSS-2).
Integralną częścią GNSS-1 jest system danych różnicowych (DGPS - Differential Global Positioning System). Działanie systemu różnicowego opiera się na tym, że błędy obserwowane przez dwa odbiorniki znajdujące się w tym samym obszarze są skorelowane. Stacje referencyjne GPS mają o znanych koordynatach przestrzennych na bieżąco porównują swoje współrzędne z pozycją otrzymaną na podstawie pomiarów sygnału satelitów. Stacje różnicowe poprzez kanał łączności komunikują się z pokładowym odbiornikiem nawigacyjnym, który uwzględnia poprawkę dla poszczególnych satelitów.
Segment różnicowy GNSS-1 składa się z kilku niezależnych komponentów, różniących się zasięgiem, dokładnością oraz zastosowaniem danych korekcyjnych. Na dokładność korekcji wpływa tu głównie wielkość obszaru obsługiwanego przez jedną stację różnicową. Ogólnie komponenty te wchodzą w skład sieci różnicowych dalekiego (WAAS - Wide Area Augmentation System) i lokalnego (LAAS - Local Area Augmentation System) zasięgu.
Pierwszy z nich to system naziemnych stacji różnicowych (GBAS - Ground Based Augmentation System). Stacje GBAS pełnią rolę źródła danych referencyjnych o zasięgu lokalnym. W połączeniu z systemem zarządzania lotem spełniającym wymogi FANS-1/A, GBAS ma zapewnić możliwość wykonania podejścia do lądowania kategorii I. Istnieje kilka technicznych implementacji techniki GBAS: łącza radiowe VHF, pseudosatelity (stacje naziemne emitujące poprawki w postaci sygnału analogicznego do sygnałów rzeczywistych satelitów nawigacyjnych) oraz transmisja danych przez radar wtórny z modem S. Wspólne zastosowanie tych technik nosi nazwę Automatic Dependent Surveillance (ADS). Pełną zdolność operacyjną sieci GBAS w Europie przewiduje się na rok 2003 (wariant optymistyczny). Polska stacja referencyjna ma być zlokalizowana niedaleko Krakowa (na razie cisza).
Sieć naziemnych stacji różnicowych o zasięgu regionalnym określa się niekiedy jako GRAS (GNSS Regional Augmentation System). Określenie to odnosiło się pierwotnie do Australijskiego systemu rozpowszechniania danych różnicowych łączami VHF. Europejskim systemem typu regionalnego jest projekt Eurofix, bazujący na sieci zmodernizowanych stacji Loran.
Kolejnym komponentem segmentu różnicowego GNSS-1 jest system orbitalny, tzw. SBAS - Satellite Based Augmentation System. Obecnie pracujący EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) wykorzystuje sieć łączności satelitarnej Inmarsat. Wykorzystuje się technikę pseudosatelitów, polegającą na emisji poprawek w postaci sygnału analogicznego do sygnałów rzeczywistych satelitów nawigacyjnych; tak jakby satelita był precyzyjnie umieszczony nad określonym punktem na Ziemi.
Tak już w tej Europie wszystko poplątane, że nawet pseudosatelity są satelitami. Już widzę te dowcipy na temat krajów pseudosatelickich i pseudokrajów satelickich... Poprawki różnicowe są rozpowszechniane dla dwóch regionów, odpowiadających zasięgowi dwóch satelitów: IOR (Indian Ocean Region, na 64 stopniach długości geograficznej wschodniej), i AOR-E (Atlantic Ocean Region - East, na 15.5 stopni długości geograficznej zachodniej). Osiągnięto średnią dokładność wyznaczania pozycji około 10 m.
System danych różnicowych dalekiego zasięgu (WAAS) jest przeznaczony do wspomagania nawigacji lotniczej w obrębie dróg powietrznych tradycyjnych i RNAV. WAAS charakteryzuje się nieco odmienną konstrukcją niż systemy lokalne lub regionalne. Stacje referencyjne wyliczają poprawki dla dużych obszarów (np. USA do pełnego pokrycia terytorium i morskiej strefy ekonomicznej potrzebuje 35 stacji) i przekazują je do sieci rozpowszechniania danych. Lokalizacja stacji łączności niekoniecznie pokrywa się z położeniem stacji referencyjnych; zwiększa się zasięg kosztem dokładności. W charakterze środków łączności wykorzystuje się radiowe łącza krótkofalowe i radiolatarnie NDB.
W USA planuje się także wykorzystanie łącz satelitarnych. Podobne plany ma Japonia - ich MSAS (Multi - Satellite Augmentation System) jest czymś pośrednim między systemem regionalnym a systemem dalekiego zasięgu; pokrycie zależy od ilości własnych lub wydzierżawionych transponderów satelitarnych. Jego skalowalność zapewnia możliwość rozszerzenia usług na obszary powietrzne tych krajów azjatyckich, które zechcą uczestniczyć w programie.
Segment użytkownika GNSS-1 to zmodernizowane wielosystemowe odbiorniki nawigacyjne, bardziej niż dotychczas związane z systemem zarządzania lotem. Dużą uwagę zwraca się na integrację i kontrolę danych odbieranych od wszystkich komponentów zewnętrznych. System tem, lub raczej funkcję, określa się jako ABAS (Aircraft-Based Augmentation System).
Rozwinięciem GNSS-1 ma być GNSS-2. Jak dotąd jego kształt jawi się dosyć mgliście. Konstelacja satelitów nawigacyjnych będzie obejmować satelity GPS Navstar typu II F, GLONASS M i nowe satelity europejskie o roboczej nazwie Galileo. Program budowy europejskiego satelity nawigacyjnego jest realizowany przez Belgię, Niemcy, Francję, Włochy, Wielką Brytanię, Holandię, Grecję, Hiszpanię i Portugalię. Techniczny strona projektu ma być realizowana przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) przy współpracy USA i Rosji. Finansowanie ma zapewnić Unia Europejska z udziałem kapitału prywatnego. Przypomina mi się pewien dowcip, krążący w tych sferach: Co to mianowicie jest wielbłąd? Otóż jest to koń wyścigowy zaprojektowany przez wspólną komisję europejską. Satelity Galileo mają operować w pasie orbit średnich (MEO), podobnie jak GPS i GLONASS. Pełna konstelacja będzie liczyć 21 albo 36 satelitów. Najprawdopodobniej sygnały satelitarne będą emitowane w pasmach E5 (1188-1215 MHz), E6 (1260-1300 MHz) i C1 (5010-5030 MHz). Dodatkowo przewiduje się emisje sygnału w typowych pasmach GPS (jeden kanał - L1) i GLONASS (oba kanały) dla zachowania kompatybilności z dotychczasowymi pokładowymi systemami nawigacyjnymi.
Wiadomo też że bardziej zaawansowane usługi GNSS-2 będą płatne. Takie postawienie sprawy ma na celu przyciągnięcie kapitału prywatnego. Za darmo będzie dostępny tylko tzw. serwis pierwszego poziomu. Przewiduje on podstawową informację pozycyjną do użytku lądowego, morskiego i dla ogólnie pojętego lotnictwa. Poziom drugi ma już ograniczony dostęp i jest przeznaczony do użytku profesjonalnego i komercyjnego. Przewiduje on informację o większej dokładności i gwarantowanej ciągłości, głównie dla geodezji komunikacji (w tym lotnictwa komunikacyjnego). Serwis poziomu trzeciego jest przeznaczony do zastosowań przemysłowych i komunikacyjnych, w których z przyczyn bezpieczeństwa niedopuszczalne są jakiekolwiek przerwy czy zakłócenia.
Innymi kwestiami do rozwiązania są pewne wątpliwości prawne. Na przykład międzynarodowa ochrona pasm radiowych wszystkich segmentów GNSS-2. Jeżeli GNSS ma zostać dopuszczony do użytku w roli wyłącznego żródła informacji nawigacyjnej, musi podlegać szczególnej ochronie. Nie jest tajemnicą że w większości krajów na świecie zakłócanie sygnałów GPS czy GLONASS nie jest nawet wykroczeniem. Nie to co zakłócanie odbioru Big Brothera albo innej telewizyjnej głupawki - to jest dopiero przestępstwo.
A należy zdać sobie sprawę że nie trzeba do tego wielkich środków. Sygnały satelitów nawigacyjnych nie mają dużej mocy - ich odbiór jest możliwy dzięki emisji w rozproszonym paśmie częstotliwości (tzw. spread spectrum). Wystarczy przez pewien czas w miarę udatnie naśladować sygnał satelity - i załatwione. Niby obwody RAIM powinny sobie z tym poradzić, ale jakoś nikt nie chce dać za to głowy.
Kolejna rzecz do załatwienia to sprawy bezpieczeństwa międzynarodowego. Taki superdokładny i wszędzie dostępny system nawigacyjny budzi pewne kontrowersje w kontekście terroryzmu albo konfliktów zbrojnych. Prezydent Stanów Zjednoczonych podchodzi z pewną obawą do możliwości niespodziewanej wizyty jakiegoś podrasowanego aparatu latającego w jego sypialni. Podobnie większość jego kolegów po fachu (z obu stron barykady). I trudno się im dziwić.
Z kolei kraje oficjalnie nie uznawane za demokratyczne nie zawsze muszą być zacofane technologicznie. Mają jakieś tam swoje ambicje i plany, mniej lub bardziej pokrętne. I przeważnie z rezerwą odnoszą się do perspektywy zbrojnego konfliktu z państwami NATO (czy tam czego innego, oczywiście demokratycznego). A tym bardziej do perspektywy póżniejszego podawania doodbytniczo demokracji pod ciśnieniem. Takie kraje lub grupy mogłyby chcieć wrzucić jakąś nie rzucającą się w oczy pigułę dokładnie do prezydenckiego nocnika, niekoniecznie nawet własnymi rękami. I także trudno się im dziwić.
olgaa11