Ugrás a tartalomhoz

Geodéziai hálózatok 4., A GNSS alapjai

Dr. Busics György (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

4.3 Történeti áttekintés

4.3 Történeti áttekintés

4.3.1 A műholdas helymeghatározás kezdetei

A világűr közvetlen, emberi megismerésének kezdete néhány, ma már történelminek tekintett dátumhoz köthető. 1957. október 4-én indították az első mesterséges holdat, ezt tekintik az „űrkorszak” kezdetének. 1961. április 12-én indult az első ember a világűrbe. 1969. július 20-án lépett az első ember a Holdra. Folyamatosan üzemelő űrállomások létrehozásával és űrrepülőgépek rendszeres felbocsátásával a világűr tanulmányozása és hasznosítása több, mint fél évszázada tart.

A mesterséges holdak geodéziai alkalmazása szinte egyidős az űrtechnikával. Az első geodéziai mesterséges holdat 1962-ben bocsátották fel ANNA 1B néven (Army, Navy, NASA, Air-Force = ANNA), amely fényjeleket szabályozó jeladóval rendelkezett. Az első követő állomást 1957-ben helyezték üzembe New Mexicóban (USA). A megfigyelés módszere fotografikus-optikai volt, amikor a műhold felvillanó fényjeleit a csillagos háttérrel együtt lefényképezték, majd komparátoron kiértékelték. Ugyanebben az időszakban – elsősorban hadihajók és katonai repülőgépek navigációja céljából – kezdték kifejleszteni a Doppler-elvet felhasználó ún. NNSS (Navy Navigation Satellite System = NNSS) vagy másnéven TRANSIT rendszert, amelynek első holdját 1960-ban bocsátották föl. A GPS elődjének tekinthető TRANSIT rendszer elve a műhold és a megfigyelőállomás közötti távolság-változás mérésén alapult, amit a frekvencia-változásból, az ún. Doppler-csúszás elve alapján mértek meg. A Doppler-technika egyik jelentősége abban állt, hogy nemcsak obszervatóriumi, hanem terepi körülmények között is alkalmazható volt.

A TRANSIT rendszer teljes kiépítettségében hét darab, közel köralakú pályán, 1100 km magasságban keringő mesterséges holdból állt. A TRANSIT rendszer 1967-től polgári célra is felhasználhatóvá tették. A Doppler-technika széles körű alkalmazását elősegítette a hordozható terepi vevők megalkotása. 1974-ben jelent meg az első ilyen típusú vevő (JMR 1), majd 1982-ig sorozatban gyártottak hordozható műszereket (a JMR 2000 volt az utolsó). Az 1980-as években a régi TRANSIT-holdak pótlására korszerűbb műholdakat bocsátottak földkörüli pályára, az utolsót 1988-ban. A TRANSIT-rendszernek az 1990-es évek elején még több ezer felhasználója volt a kisebb hajók és repülőgépek navigátorai közül. Az amerikai katonai térképész szolgálat szerint geodéziai célra az abszolút helymeghatározásban 1 m körüli pontosság volt elérhető ezzel a rendszerrel, feltéve, hogy több napig mértek egy ponton. A Doppler-technikával relatív módszerrel néhány deciméteres pontosságot lehetett elérni. A Doppler-technika szerepét az ezredfordulóra a GPS technika vette át.

4.3.2 A GPS kialakulása és hazai alkalmazásának kezdetei

A TRANSIT rendszert sok kritika érte. A viszonylag kis számú, összesen hét darab műhold naponta szűk észlelési ablakot biztosított (15-20 perc/átvonulás), egy-egy átvonulásból a helymeghatározás pontossága 50 méter volt. Hosszú volt a várakozási idő a következő mérési lehetőségre. A műholdak alacsony, 1100 km-es pályamagassága zavart (perturbált) pályát eredményezett. A viszonylag alacsony (l50 Mhz, 400 Mhz) frekvenciát jelentősen zavarta az ionoszféra. Gyorsan mozgó objektumok navigációjára nem volt alkalmas. A szélső pontossági igényeket támasztó felhasználóknak sem felelt meg a (szub)méteres pontosság, ami csak több napos mérési kampányokkal volt elérhető.

A GPS fogalmának kialakulása az 1970-es évek közepére-végére tehető. A GPS kialakulásánál nem elhanyagolható a katonai szempontok említése. Az 1970-es években az akkori két nagyhatalom (USA, SZU) éles szembenállása mindkét felet a rakétatechnika fejlesztésére és ennek folyományaként a rakéták és más harci járművek gyors, pontos helymeghatározásának és navigációjának megoldására késztette. Az új műholdas navigációs rendszerrel szemben elvárták a nap 24 órájában való rendelkezésre állást, az addiginál pontosabb helymeghatározást és navigációt bárhol a Földön, az időjárástól függetlenül. A csúcstechnológiák alkalmazása az időmérésben, a kódolásban, a jeltovábbításban és a számítástechnikában lehetővé tette egy ilyen rendszer kiépítését lényegében párhuzamosan az USA-ban és az akkori Szovjetunióban. Az amerikai fejlesztés 1973-ban indult és 1994-ben nyilvánították teljes kiépítésűnek a rendszert.

1978 és 1980 között bocsátották fel az amerikai NAVSTAR l-6 jelű GPS mesterséges holdakat. Az első amerikai kísérleti GPS vevő a MITES (Miniature Interferometer Terminal for Earth Surveying) 1979-ben készült a MIT-ben (Massachusetts Institute of Technology).1985-ben készültek el az első, sorozatban gyártott, kód- és fázismérésre alkalmas polgári célú GPS vevők (Trimble TI 4000). A műholdak rendszerének kialakítása számos nehézség (Challenger katasztrófa) ellenére folytatódott és 1994-ben elérte a gyakorlati szempontból megkívánt teljes kiépítettségi szintet.

Magyarországon a GPS-ről, mint egy lehetséges helymeghatározó rendszerről az 1981-es kozmikus geodéziai szemináriumon hangzott el az első nyilvános előadás. 1989-ben, Hollandiából érkezett kölcsönvevőkkel történtek az első hazai, kísérleti jellegű GPS mérések. 1990 elején a Magyar Honvédség térképész szolgálata vásárolta az első két geodéziai GPS vevőt, amit még abban az évben a FÖMI három vevője követett. Ezeket a vevőket bevonták az akkor még folyó negyedrendű alappontlétesítési munkálatokba. A GPS technika révén, mintegy 4000 negyedrendű pont meghatározásával sikerült gyorsan befejezni az országos hálózat kiépítését, ami a kárpótlási terepi munkák megalapozásának feltétele volt. Mozgásvizsgálati programok indultak GPS technikára alapozva.

1991. november 2-4. között nemzetközi támogatással (EUREF East kampány) Trimble SST típusú kétfrekvenciás műszerrel öt magyarországi ponton történtek GPS mérések a nyugat-európai GPS hálózathoz való csatlakozás érdekében. Közvetlenül ezután (1991. november 5-8. között) egy 24 pontból álló ún. kerethálózat mérésére került sor. A GPS mérésekből számított koordináták 1994-ben váltak hivatalossá. 1992-ben a magyar honvédség is létrehozott egy 38 pontból álló katonai GPS hálózatot (KGPSH).

A gyakorlati geodéziai igények kielégítésére egy átlagosan 10 km-es ponttávolságú GPS hálózatot terveztek, pontjainak kiválasztását 1994-ben végezték. Az Országos GPS Hálózat (OGPSH) mérésére három ütemben, 1995-ben, 1996-ban és 1997-ben került sor, két-három hetes mérési kampányokban.

1997-ben telepítették a penci Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumban (KGO) az első hazai folyamatosan üzemelő vevőt, az ún. permanens állomást. Több, mint tíz évnek kellett eltelnie, amíg további permanens állomások telepítésével 2009 végére teljesen kiépült a hazai aktív GNSS hálózat. A www.gnss.hu honlapon elérhetők a GNSS Szolgáltató Központ termékei, szolgáltatásai, amelyek egyre bővülnek. Részletesebben a 5. modul 2. fejezetben illetve a Műholdas helymeghatározás című tantárgyban foglalkozunk az ún. GNSS infrastruktúrával.