Global and regional navigation satellite systems space segment monitoring

Ricardo Alcobia dos Santos Pato

Key information

Authors:

Ricardo Alcobia dos Santos Pato (Ricardo Alcobia dos Santos Pato)

Supervisors:

José Eduardo Charters Ribeiro da Cunha Sanguino (José Eduardo Charters Ribeiro da Cunha Sanguino)

Published in

June 15, 2023

Abstract

Um sistema global de navegação por satélite, GNSS, pode ser descrito como um sistema que consiste numa rede de satélites que transmitem, de forma periódica e através de sinais de ondas de rádio, os seus parâmetros orbitais e informação temporal, sendo estes utilizados na determinação da posição e em medidas de navegação, a nível mundial. Atualmente, estes sistemas assumem um papel fundamental e surgem como uma necessidade básica no quotidiano da vida humana, na medida em que possuem a capacidade de providenciar serviços que integram numa ampla panóplia de aplicações. Neste momento existem quatro GNSS operacionais: o sistema GPS dos Estados Unidos da América, o sistema GLONASS da Rússia, o sistema Galileo da Europa e o sistema BeiDou proveniente da China. Adicionalmente, existem dois sistemas regionais que são importantes salientar: o sistema QZSS do Japão e o sistema IRNSS desenvolvido na Índia. Cada GNSS define o seu respetivo sistema de coordenadas e escala temporal, assim como possui as suas características de frequência e de sinal. Cada sistema também utiliza um algoritmo base na determinação das posições dos satélites referentes à constelação. Este trabalho enfatiza a importância de analisar, em tempo real, as constelações de satélites dos sistemas mencionados anteriormente. Desta forma, foram desenvolvidas três aplicações a funcionar num website que mostram as posições e as órbitas desferidas pelos satélites, bem como a variação dos ângulos de azimute e de elevação, e dos fatores de diluição de precisão em relação a um ponto de observação proveniente de uma região do globo. A Global Navigation Satellite System (GNSS) can be described as a system that consists of a constellation of satellites which broadcast, in a periodic way and through radio-wave signals, their own timing and orbital information that is used for navigation and positioning measurements at a global level. Nowadays these systems represent an integral part and a basic necessity of the daily human lives, in the sense that they are capable of supporting a wide range of applications, from our everyday smartphone navigation and tracking services, to controlling aerial traffic, managing maritime and terrestrial transportation, land surveying, law enforcement, emergency response, precise agriculture and many other industries. Currently there are four GNSS operating: the United States’ GPS, Russia’s GLONASS, Europe’s Galileo and the Chinese BeiDou system. Besides these, there are also two regional systems that are worth highlighting, Japan’s QZSS and India’s IRNSS. Each system defines its own reference coordinate frame and time scale, has its own frequency and signal characteristics, and also, employs a base algorithm that is used for computing the satellite’s position. This work emphasizes the importance of monitoring the status of the mentioned systems’ constellations in real-time, having been developed a website platform with three working applications, that not only shows the satellites’ positions and orbital displacement in time, but also plots the variation of the azimuth and elevation angles and estimates the dilution of precision factors for any specific region of the globe.