Globalni navigacioni satelitski sistemi (GNSS; engl. -{global navigation satellite systems, GNSS}-), standardni generički termin za satelitske navigacione sisteme (satnav; engl. -{satellite navigation systems, satnav}-) koji pružaju autonomno geoprostorno pozicioniranje s globalnom pokrivenošću. GNSS omogućuje malim elektronskim prijemnicima determinaciju njihove lokacije (longitude, latitude i altitude) s odmakom od samo nekoliko metara koristeći vremenske signale koje duž linije vida transmituje radio sa satelita. Prijemnici računaju precizno vreme i poziciju koji se mogu koristiti u naučnim eksperimentima.
Jedini potpuno operativni GNSS do 2009. godine bio je američki NAVSTAR Globalni pozicioni sistem (GPS). Ruski GLONASS jeste GNSS u procesu pripreme za punu operativnost. Pozicijski sistem Galileo Evropske unije nalazi se u fazi implementacije s planiranom operativnošću do 2020. godine. Narodna Republika Kina naznačila je kako će proširiti svoj regionalni navigacioni sistem Beidou u globalni navigacioni sistem -{COMPASS}-.
Globalna pokrivenost postignuta je konstelacijom od oko 30 satelita u srednjoj Zemljinoj orbiti (engl. -{medium Earth orbit, MEO}-) u različitim orbitalnim ravninama. Aktualni sistemi koriste orbitalne inklinacije od >50° te orbitalne periode od 11 sati 58 minuta (visina 20.200 km / 12.500 milja).
Klasifikacija GNSS-a
GNSS koji pruža praćenje s naprednom tučnošću i integritetom korisnim za civilnu navigaciju klasifikovani su na sledeći način:"A Beginner’s Guide to GNSS in Europe" (PDF). IFATCA. GNSS-1 jeste sistem prve generacije i kombinacija postojećih satelitskih navigacionih sistema (GPS-a i GLONASS-a) sa SBAS-om (engl. -{Satellite Based Augmentation Systems}-, Satelitski bazirani augmentacijski sistemi) ili GBAS-om (engl. -{Ground Based Augmentation Systems}-, Zemaljski bazirani augmentacijski sistemi). U SAD-u je satelitska bazirana komponenta WAAS (engl. -{Wide Area Augmentation System}-, Širokopodručni augmentacijski sistem), u Evropi to je EGNOS (engl. -{European Geostationary Navigation Overlay Service}-, Evropska geostacionarna navigacijska prekrivajuća služba), a u Japanu to je MSAS (engl. -{Multi-Functional Satellite Augmentation System}-, Multifunkcionalni satelitski augmentacijski sistem). Zemaljsku baziranu augmentaciju pružaju sistemi poput LAAS-a (engl. -{Local Area Augmentation System}-, Lokalnopodručni augmentacijski sistem). GNSS-2 jesu sistemi druge generacije koji nezavisno pružaju podršku potpunim civilnim satelitskim navigacionim sistemima, na primer evropskom pozicijskom sistemu Galileo. Ovi sistemi će omogućiti praćenje s tačnošću i integritetom potrebnim za civilnu navigaciju. Ovaj se sistem sastoji od frekvencija L1 i L2 za civilnu uporabu i L5 za integritet sistema. Trenutno je u toku razvoj kako bi GPS pružio frekvencije L2 i L5 za civilnu upotrebu, te tako postao sistem GNSS-2. Sržni satelitski navigacioni sistemi, trenutačno GPS, Galileo i GLONASS. Globalni satelitski bazirani augmentacijski sistemi (SBAS) jesu Omnistar i StarFire. Regionalni SBAS-ovi uključuju WAAS (SAD), EGNOS (EU), MSAS (Japan) i GAGAN (Indija). Regionalni satelitski navigacioni sistemi jesu QZSS (Japan), IRNSS (Indija) i Beidou (Kina). Kontinentalni zemaljski bazirani augmentacijski sistemi (GBAS), na primer australski GRAS i nacionalni DGPS (engl. -{Differential GPS}-, Diferencijalni GPS) američkog Ministarstva transporta. Regionalni GBAS, primer je mreža CORS. Lokalni GBAS tipifikovan jednom GPS referentnom stanicom koja upravlja RTK (engl. -{Real Time Kinematic}-, Realnovremenska kinematika) korekcijama.
Istorija i teorija thumb|Tačnost navigacionih sistema
Rani prethodnici bili su zemaljski bazirani sistemi DECCA, LORAN i Omega koji su koristili terestričke dugotalasne radiotransmitore umesto satelita. Ovi pozicioni sistemi emituju radijski puls sa poznate „gospodarske” lokacije nakon čega uslede ponovljeni pulsevi s brojnih „robovskih” stanica. Kašnjenje između primanja i slanja signala na robovima pažljivo se nadzire što omogućava prijemnicima da uporede kašnjenja između primanja i kašnjenja između slanja. Iz ovoga se može determinisati udaljenost do svakog roba čime se dobija fiks.
Prvi satelitski navigacioni sistem bio je Transit, sistem koji je razvila američka vojska u 1960-ima. Delovanje Transita bazirano je na Doplerovom efektu: sateliti su putovali na poznatim putanjama te su emitovali signale na poznatim frekvencijama. Primljena frekvencija malo će se razlikovati od emitovane frekvencije zbog kretanja satelita u odnosu na prijemnik. Praćenjem ove frekvencijske razlike u kratkom vremenskom intervalu, prijamnik može da odredi svoju lokaciju u odnosu na jednu ili drugu stranu satelita, pa nekoliko takvih merenja kombinovanih s preciznim poznavanjem orbite satelita može da fiksira pojedinu poziciju.Jury, H, 1973, Application of the Kalman Filter to Real-time Navigation using Synchronous Satellites, Proceedings of the 10th International Symposium on Space Technology and Science, Tokyo, 945-952.
Deo informacija koje satelit emituje u orbiti uključuje njegove precizne orbitalne podatke. Kako bi osigurali tačnost, Pomorska opservatorija SAD (USNO) kontinuirano promatra precizne orbite ovih satelita. Kako orbita satelita sa vremenom pokazuje devijacije, USNO šalje ažurirane informacije svakom satelitu. Naknadna emitovanja sa ažuriranog satelita sadrže najnovije pouzdane informacije o svojoj orbiti.
Moderni sistemi su direktniji od prethodnih. Satelit emituje signal koji sadrži orbitalne podatke (iz kojih se može izračunati pozicija satelita) te precizno vreme transmisije signala. Orbitalni podaci transmituju se u vidu poruka koje se superimponiraju na kod koji služi kao vremenska referenca. Satelit koristi atomski sat radi održavanja sinhronizacije svih satelita u konstelaciji. Prijemnik uspoređuje vreme emitovanja enkodirano u transmisiji s vremenom recepcije merenim unutrašnjim satom, te stoga meri vreme putovanja do satelita. Nekoliko takvih merenja može se učiniti istodobno s različitim satelitima čime je omogućeno da se kontinuirani fiks generiše u realnom vremenu.
Svakim merenjem udaljenosti, bez obzira na korišteni sistem, prijemnik se smešta na sfernu opnu na određenoj udaljenosti izmerenoj sa emitera. Uzimanjem nekoliko takvih merenja, te traženjem tačke gde se ona susreću, generiše se fiks. U slučaju prijemnika koji se brzo kreću, pozicija signala se pomiče zajedno sa signalom primljenim s nekoliko satelita. Štaviše, radijski signali malo usporavaju prilikom prolaska kroz jonosferu, a to usporavanje varira sa uglom prijemnika prema satelitu, jer time se menja udaljenost kroz jonosferu. Osnovni proračun stoga pokušava da odredi najkraću direktnu liniju tangencijalnu na četiri spljoštene sferične opne centrirane u četiri satelita. Satelitski navigacioni prijemnici redukuju pogreške korištenjem kombinacija signala iz više satelita i više korelatora da bi zatim koristili tehnike poput Kalmanove filtracije radi kombinovanja šumnih, parcijalnih i kontinuirano menjanih podataka u jedinstvenu procenu za poziciju, vreme i brzinu.
Civilna i vojna upotreba Glavni članak: Primene GNSS-a
Originalna motivacija za satelitsku navigaciju bila je primena u vojne svrhe. Satelitska navigacija (engl. -{satellite navigation}-) omogućila je dosad nemoguću preciznost u isporuci oružja na ciljeve, uveliko povećavši njihovu letalnost i istovremeno redukujući nenamerne žrtve zbog pogrešno navođenog oružja. (vidi: pametna bomba). Satelitska navigacija takođe omogućuje usmeravanje snaga i njihovo lociranje mnogo jednostavnije, smanjujući ratnu maglu.
thumb|right|Satelitska navigacija pomoću laptopa i GPS prijemnika Na te se načine satelitska navigacija može smatrati multiplikatorom sile. Posebno se to odnosi na činjenicu da mogućnost redukovanja nenamernih žrtava ima posebne prednosti u ratovima gde odnosi s javnošću čine važan aspekat ratovanja. Zbog tih je razloga satelitski navigacioni sistem esencijalno sredstvo svake aspiracijske vojne sile.
GNSS ima širok raspon upotrebe te se koristi za sledeće delatnosti: Navigacija, s rasponom od ličnih priručnih uređaja za planinarenje do uređaja prikladnih za automobile, kamione, brodove i vazduhoplove Vremenski transfer i sinhronizacija Usluge bazirane na lokaciji kao što je napredni 911 Geodezija Unos podataka u geografski informacioni sistem Traganje i spašavanje Geofizičke nauke Uređaji za lociranje korišteni u upravljanju divljim svetom Lociranje pokretnina, na primer u upravljanju voznim parkom Naplata cestarine Mediji bazirani na lokaciji
Valja primetiti kako je sposobnost dostave satelitskih navigacionih signala takođe sposobnost uskraćivanja njihove dostupnosti. Operator satelitskog navigacionog sistema ima potencijalnu sposobnost degradiranja ili eliminisanja satelitskih navigacionih usluga nad nekom teritorijom.
Globalni navigacioni sistemi Operativni GPS Glavni članak: Global Positioning System
Američki globalni pozicioni sistem (GPS) od 2007. godine jedini je potpuno funkcionalni i potpuno dostupni globalni navigacioni satelitski sistem. Sastoji se od 32 satelita u srednjoj Zemljinoj orbiti postavljenih u šest različitih orbitalnih ravni, a tačan broj satelita varira kako se stariji sateliti ukidaju i zamenjuju. Operativan od 1978. godine, globalno dostupan od 1994. godine, GPS je trenutno najkorišćeniji satelitski navigacioni sistem na svetu.
U razvoju GLONASS Glavni članak: GLONASS Bivša sovjetska, a sada ruska -{GLObalnaja NAvigacionaja Sputnikovaja Sistema}- (GLObalni NAvigacioni Satelitski Sistem) ili GLONASS bila je potpuno funkcionalna navigacijska konstelacija ali je nakon pada Sovjetskog Saveza prekinuto održavanje što je dovelo do rupa u pokrivenosti te samo parcijalnoj dostupnosti. Ruska Federacija obavezala se da obnovi sistem na punu globalnu dostupnost do 2010. godine uz pomoć Indije koja sudeluje u ponovnoj uspostavi ovog sistema.
Galileo Glavni članak: Galileo (satelitski navigacioni sistem) Evropska unija i Evropska svemirska agencija dogovorile su se u martu 2002. da će uvesti vlastitu alternativu GPS-u koja će se zvati pozicioni sistem Galileo. Uz troškove od oko 2,4 milijarde"Boost to Galileo sat-nav system". BBC News. 25. kolovoza 2006. Preuzeto 10. lipnja 2008. britanskih funti pokretanje sistema planirano je za 2012. godinu. Prvi eksperimentalni satelit lansiran je 28. decembra 2005. godine. Očekuje se da će Galileo biti kompatibilan sa modernizovanim GPS-om. Prijemnici će moći da kombinuju signale dobijene sa Galileovih i GPS-ovih satelita radi znatnog povećanja tačnosti.
Compass Glavni članak: Compass Kina je naznačila da namerava da proširi svoj regionalni navigacioni sistem nazvan Beidou ili Veliki krčag u globalni navigacioni sistem. Kineska službena novinska agencija Sinhua nazivala je ovaj program Compass. Predloženo je da sistem Compass koristi 30 satelita u srednjoj Zemljinoj orbiti te pet geostacionarnih satelita. Objavivši kako je voljna da surađuje sa ostalim zemljama u stvaranju Compassa, nejasno je kako ovaj predloženi program utiče na kineski angažman u internacionalnom pozicionom sistemu Galileo.
Poređenje različitih GNSS-a Sistem Zemlja Kodiranje Orbitalna visina i period Broj satelita Status GPS SAD CDMA 20,200 km, 12,0h ≥ 24 operativan GLONASS Rusija FDMA 19,100 km, 11,3h 20 operativan uz restrikcije, CDMA u pripremi Galileo Evropa CDMA 23,222 km, 14,1h ≥ 27 u pripremi Compass Kina CDMA 21,150 km, 12,6h 35China to send third navigation satellite into orbit u pripremi
Regionalni navigacioni sistemi -{Beidou}- 1 Glavni članak: -{Beidou}- Kineska regionalna mreža za koju je planirano da se proširi u globalni navigacioni sistem -{COMPASS}-.
DORIS Glavni članak: -{Doris}- Doplerova orbitografija i radio-pozicioniranje integrisano satelitom ( - -{DORIS}-) naziv je za francuski precizni navigacioni sistem.
IRNSS Glavni članak: -{IRNSS}-