מאת: רומן בוקצין, אירינה ברונפמן ופרופסור יעקב גוון SCE. מערכות ניווט באמצעות לוויינים הינן מערכות המשתמשות בגלי רדיו המשודרים מלוויינים, הנמצאים במסלול (Medium Earth Orbit) בגבהים של קרוב ל-20000 ק”מ מעל כדור הארץ, למציאת שיעורים (קואורדינטות) מדויקים על פני כדה”א ברמת דיוק של מטרים בודדים. תחום זה פותח תחילה למטרות צבאיות בלבד, אך כיום השימוש במערכות הניווט הלווייני הינו בהיקף נרחב ביותר, בין היתר: ניווט בדרכים, תחבורה יבשתית, אווירית, ימית, בצבא, תקשורת, אנרגיה, הגנה אזרחית ועוד.
חלוצת הניווט הלווייני ומפעילת המערכות היחידות הפעילות (פעילות מלאה) הינה ארה”ב, אשר פיתחה והפעילה את מערכת ה-GPS, ויותר מאוחר רוסיה עם מערכת ה-GLONASS.
אולם, מעצמות מסוימות: האיחוד האירופאי, הסינים, ההודים והיפנים, עובדים על פיתוח ושיגור מערכות ניווט עצמאיות באמצעות לוויינים למניעת התלות במערכת ה-GPS מסיבות צבאיות וכלכליות.
מערכת ה-GPS
מערכת ה- (Global Positioning System) הינה מערכת ניווט לוויינית של ארה”ב, המורכבת מלוויינים המספקים מידע על מיקום וזמן בכל מקום על פני כדה”א בו קיים קו ראייה לשמיים, (Line Of Sight), עם הלוויינים. מערכת זו פותחה ע”י משרד ההגנה האמריקאי בשנת 1978 על מנת להתגבר על הקשיים במערכות הניווט שהיו קיימות אז ולשפרן. מערכת ה-GPS נכנסה לשימוש מלא בשנת 1994.
כיום מסתובבים סביב כדה”א, בגובה של 20200 ק”מ, 32 לווייני GPS, מתוכם 24 לוויינים פעילים, והשאר כגיבוי, וכולם נעים ב-6 מסלולי MEO שונים. כל לוויין מקיף את כדה”א פעמיים ביום. הלוויינים מסודרים במסלולים קבועים וידועים מראש, כך שיספקו כיסוי טוב לכל נקודה ונקודה על פני כדה”א בכל פרק זמן. מבנה זה של הלוויינים יוצר מצב בו ניתן לראות 5-8 לוויינים בכל נקודה ובכל זמן על פני כדה”א, ולכן הכיסוי הוא כלל עולמי.
עיקרון הפעולה של
מערכת ה-GPS
מערכת הניווט הלווייני מבוססת על העיקרון של מקלט בעל מיקום לא ידוע, אותו אנו שואפים למצוא, ומשדרים בעלי מיקום ידוע. מיקומו של המקלט, יחד עם מהירותו, יכולים להתקבל מתוך אותות המשודרים על ידי המשדרים ונקלטים על ידי המקלט.
השיטה בה עובדים מקלטי ה-GPS היא טריאנגולציה. שיטה זו מחפשת את מיקומו של עצם על ידי מציאת מרחקו מכל אחת משלוש נקודות לפחות בעלות מיקום ידוע ולאחר מכן ביצוע חיתוך של שלושת המרחקים לקבלת מיקומו של העצם. כאשר מדובר על GPS, העצם, שאת מיקומו ומהירותו אנו מחפשים, הוא המקלט. מקלט ה-GPS משמש כמעט תמיד כאמצעי עזר למדידת מיקום או מהירות של העצם הנושא אותו. שלוש הנקודות או יותר בעלות המיקום הידוע הן הלוויינים, מתוך מערכת הלוויינים של ה-GPS. לווייני ה-GPS למעשה משדרים למקלט מידע בשני תדרים קבועים – L1=1.575GHz ו-L2=1.227GHz. כאשר התדר הראשון נועד למשתמשים אזרחיים והתדר השני משדר מידע מוצפן ודורש קוד פענוח, והוא נועד לשימוש צבאי ושל כוחות הביטחון.
מרחק המקלט מכל אחד מהלוויינים נמצא באופן הבא: הלוויין שולח לעבר כדה”א רצף של נתונים בקצב נמוך של 50bps מאופננים בתדר הגל הנושא (L1/L2). הנתונים הללו כוללים מידע על זהות הלוויין הממוספר מ-1 עד 32, לפי כמות הלוויינים הקיימים, המסלול שלו, איפה בדיוק נמצא בפרק הזמן הנתון, ואת הזמן המדויק שלו. בכל לוויין קיימים שעונים אטומיים מאוד מדויקים ומסונכרנים בין כל מערך הניווט של ה-GPS, על פיהם ניתן לדעת את הזמן עד דיוק של 0.6ns. מקלט ה-GPS קולט את האות מן הלוויין ומחשב את פרק הזמן אשר היה דרוש לאותו אות כדי להגיע אליו. פרק זמן זה מכונה Time Of Arrival
(). כיוון שמהירותו של האות ידועה ושווה כמעט למהירות האור, הרי שמכפלת פרק הזמן במהירותו תניב את המרחק שעבר האות: 
בפועל, יש צורך למצוא את שלושת הקואורדינטות (שיעורים) של המקלט ואת שגיאות השעון שלו, ולכן יש צורך בלפחות 4 לוויינים לפיתרון מערכת משוואות עם 4 נעלמים למציאת המיקום. בהנחה ואחד הנעלמים ידוע (לדוגמא, גובה הנווט), מספיקים שלושה לוויינים.
מערכת ה-GPS מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים: הלוויינים, הנווטים (המקלטים למציאת המיקום) ותת-מערכת הבקרה שנמצאת באזורים מסוימים על פני כדה”א ונועדה לבקר ולשלוט על לווייני ומערכת ה-GPS. תת-מערכת הבקרה מורכבת מתחנות קרקעיות הממוקמות באזורים שונים על פני כדה”א ומטרתן לפקח על מסלול הלוויינים ולתקן שגיאות המצטברות בעיקר בגלל שינויים קלים במסלול הלוויינים ושינויים אקראיים במקדם הדיאלקטרי של שכבות האטמוספרה.
עיקרון הפעולה של סיוע מתחנות קבועות של ה-GPS – תחנות DGPS
ה-DGPS ( הדיפרנציאלי) הוא, למעשה, שיפור של ה-GPS ונועד לספק דיוק מיקום משופר. ה-DGPS משתמשת ברשת של תחנות קבועות הפזורות במספר מיקומים על פני כדה”א, ומיקומם העצמי ידוע בדיוק. אלה תחנות ייחוס קרקעיות למקלטים. תחנות אלה מקבלות מהלוויינים את אותות השידור, מתוכם התחנה מפענחת את המיקום המשוער של עצמה על סמך הלוויינים. מאחר ומיקומה העצמי ידוע, ניתן לחשב את הסטייה המתקבלת מנתוני הלוויינים. לאחר חישוב הסטייה, התחנה הקרקעית משדרת למקלטי ה-GPS את אות ה”תיקון” – זהו ההפרש בין הערך הנקוב לערך הנמדד ע”י הלוויינים, וכך המקלט יכול לתקן את מיקומו העצמי באותה הסטייה כפי שמוצג באיור 3. בזכות תחנות אלה ניתן להגיע לדיוק משופר של פחות ממטר.
WAAS
ה- (Wide Area Augmentation System) היא מערכת של ארה”ב לשיפור ביצועי ה-GPS בהיבטי הדיוק, האמינות והזמינות. ה-WAAS משתמשת ברשת של תחנות ייחוס קרקעיות הממוקמות באזור צפון אמריקה והוואי ובמספר לוויינים גאוסטציונריים, המערכת מודדת שינויים מזעריים באותות לווייני ה-GPS בחצי הכדור המערבי. המדידות מתחנות הייחוס הקרקעיות מנותבות לתחנות הבקרה הראשיות, אשר ממפות את תיקוני השגיאה שהתקבלו ושולחות הודעת תיקון ללווייני
ה- (GEO נייחים במסלול מעל קו המשווה בגובה 36000 ק”מ). פעולה זו מתבצעת כל 5 שניות. לווייני ה-WAAS משדרים את האות המתוקן למקלטי ה-GPS התומכים ב-WAAS, אשר מבצעים חישוב המיקום לשיפור רמת הדיוק.
מערכת ה-WAAS נותנת דיוק של עד 7.5 מטר אנכי ואופק הרבה יותר מדוייק, בלפחות 95% מהזמן. בפועל באזורים הקרובים לתחנות הייחוס של ה-WAAS (ארה”ב, קנדה ואלסקה) נמדד דיוק מיקום אנכי ואופקי של כמטר אחד.
אמינותה של מערכת ניווט נבחנת גם ביכולת שלה לספק אזהרה בזמן, כאשר האות מעביר נתונים שגויים העלולים ליצור מצב מסוכן (הונאה). מערכת ה-WAAS מזהה שגיאות ברשת ה-GPS או ה-WAAS ומתריעה למשתמשים בתוך כ-6 שניות.
זמינות הינה ההסתברות שמערכת הניווט מקיימת את תנאי האמינות והדיוק. לפני הופעת ה-WAAS, מערכת ה-GPS הרגילה יכלה להיות לא זמינה לתקופה של עד 4 ימים בשנה. לשם השוואה מערכת ה-WAAS זמינה
ב-99.999% באזורי השירות, כלומר מושבתת לזמן של קצת פחות מ-6 דקות בשנה.
מערכת ה-GLONASS הרוסית
ה- (GLObal Navigation Satellite System) הינה מערכת ניווט לוויינית רוסית. הלוויינים הראשונים של GLONASS שוגרו ב-1982, אך רק ב-1996 המערכת נכנסה לפעילות מלאה. כיום בדומה ל-GPS המערכת מורכבת מ-21 לוויינים פעילים ו-3 לווייני גיבוי, כולם במסלול MEO. הלוויינים מסודרים ב-3 מישורי הקפה סביב כדה”א בגובה של 19300 ק”מ. מערכות הבקרה של ה-GLONASS ממוקמות בשטחי רוסיה. אורך חייהם של לווייני ה-GLONASS הראשונים היה כ-3 שנים בלבד והם גרמו להפרעות רבות לשרותי הרדיו אסטרונומיה. עקב המצב הכלכלי החמור של רוסיה נוצר מצב שבשנת 2002 היו פעילים רק 8 לוויינים, והמערכת לא יכלה לספק ניווט גלובלי.
בשנת 2005 החלה תוכנית GLONASS-M ששדרגה את אורך חיי הלוויינים ל-8 שנים, ושוגרו לוויינים נוספים. נכון לשנת 2008, היו בחלל 18 לוויינים פעילים. בשנת 2008 שיפרו את אורך חיי הלוויינים החדשים
ל-12 שנים כל אחד ובמסגרת תוכנית GLONASS-K שוגרו מספר לוויינים משוכללים לחלל. משנת 2011 מכסה המערכת את כל שטח רוסיה וכ-90% משטח כדה”א עם כ-25 לוויינים, ובאוקטובר 2013 מתוכנן לשגר עוד 2 לוויינים. בנוסף, עד שנת 2020 מתוכנן לבנות עוד 15 לוויינים מסוג GLONASS-M ו-22 לוויינים מסוג GLONASS-K.
EGNOS – שירותים של האיחוד האירופאי
שירות הניווט הלווייני האירופאי EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) היא מערכת שמפעילה סוכנות החלל האירופאית, הנציבות האירופאית וחברת ה-EUROCONTROL לשיפור הדיוק של לווייני הניווט של מערכת ה-GPS (כל עוד מערכת ה-GALILEO העתידית לא נכנסה במלואה לפעולה). המערכת כוללת משיבים ייעודיים על 3 לווייני GEO, המשרתים את אירופה, והיא מסוגלת להעלות את דיוק המיקום של מקלטי ה-GPS פי-10, עד לרמת דיוק של 2 מטרים.
מערכת EGNOS פתוחה לשימוש הציבור ללא הגבלה. נתוני התיקון משודרים על תדר ה-GPS ולא נדרש מקלט נוסף כדי “להנאות” משרות זה. חנוכת השירות הרשמית התקיימה ב-1 באוקטובר 2009.
המערכת כוללת מקטע חללי וקרקעי, המשולבים לכדי מערכת אחידה, ועושה שימוש ב-3 לווייני, GEO המכסים אזור נרחב באירופה, במזרח התיכון ובאפריקה. בכל לוויין משיב מיוחד המוקדש למערכת ה-EGNOS. מהלווינים משודר המידע על תדר לווייני ה-GPS הנקלט במכשירים אזרחיים נפוצים, בלא צורך בחומרה נוספת לקליטתו.
למערכת כ-40 תחנות קרקע, המרכזות ומעבדות את נתוני הבקרה ומכינות אותם לשידור מיידי. המערכת מורכבת מתחנות קליטה וייחוס דיפרנציאלי המכונות Reference & Integrity Monitoring Stations
(). תחנות הייחוס הקרקעיות מצוידות במקלטי GPS מיוחדים ושעונים אטומיים לביצוע ניטור רציף של שידורי ה-GPS וחישוב התיקונים הנדרשים לשם שיפור הדיוק. מערכות שידור משדרות את הנתונים אל לווייני התקשורת של המערכת, והם בתורם משדרים את הנתונים למשתמשי הקצה. קיימת תקשורת בין EGNOS ל-WAAS של ארה”ב – דבר המשפר את ביצועי המערכות.
GALILEO – מערכת ניווט לוויינית של האיחוד האירופאי
בשנת 2002 נתחם הסכם בין האיחוד האירופאי וסוכנות החלל האירופאית, ESA, על הקמת חלופה אירופאית משוכללת למערכת ה-GPS. עלות המערכת כ-4 מיליארד דולר. בשנת 2005 שוגר לוויין ה-MEO הראשון של מערכת ה-GALILEO, ובשנת 2008 שוגר הלוויין השני. שיגור שני הלוויינים הניסויים הללו נועד להבטיח את שמירת התדרים שהוקצו למערכת ע”י ITU. בשנת 2011 שוגרו שניים מתוך ארבעה לוויינים מבצעיים ראשונים שנועדו לספק איכון מיקום. שני לוויינים נוספים שוגרו ב-2012. כיום רק 4 לוויינים פעילים, אבל מערכת ה-GALILEO תתחיל לפעול רק ב-2014 ותעניק שרותי ניווט עולמיים מלאים רק בשנת 2020.
מערכת ה-GALILEO מיועדת לשמש כמערכת ניווט בהפעלה אזרחית בלבד (בניגוד ל-GPS ול-GLONASS, שאותן מפעילים בצורה מיוחדת למטרות צבאיות וביטחוניות). המערכת תציע שילוב מלא עם שתי המערכות של ארה”ב ורוסיה על מנת להגדיל את זמינות האותות מהלוויינים ולהשיג שיפור בדיוק המדידה בכל העולם.
לווייני GALILEO ישדרו בו זמנית בשני תחומי תדרים הפתוחים לכלל המשתמשים, דבר שיספק דיוק מיקום של כ-1 מטר לכולם. המערכת תכלול פריסה של 27 לוויינים פעילים ו-3 לוויינים לגיבוי, שינועו ב-3 מסלולי MEO בגובה של 23220 ק”מ סביב כדה”א.
למערכת GALILEO יהיו שתי מערכות בקרה קרקעיות, הממוקמות באירופה, אשר נועדו לסנכרן ולתקן גורמי שגיאה מהלוויינים ולשלוח בחזרה ללוויינים את אותות התיקון. חידוש נוסף במערכת GALILEO הוא יכולת חיפוש והצלה גלובליות, Search And Rescue
(). יכולת זו מבוססת על מערכת
ה-COSPAS-SARSAT המבצעית. על מנת לאפשר את היכולת הזו, לווייני GALILEO יצוידו במשדר, אשר יעביר את אותות המצוקה מהמקלט המחפש עזרה למרכזי תיאום והצלה אזוריים, שישתמשו במידע זה. במקביל המערכת שולחת אות תגובה למקלט במצוקה ומודיעה לו שהמצב שלו זוהה ושהעזרה בדרך. תכונה זו הינה שדרוג משמעותי בהשוואה למערכות קיימות אחרות, שכן מספקת משוב למשתמש, בניגוד לאחרות שמתפקדות כ”פאסיביות” בלבד.
מערכת ה-BEIDOU
(COMPASS) הסינית
מערכת ניווט לוויינית המפותחת ע”י סין ונועדה בשלב ראשוני להעניק שירותי ניווט ומידע גיאוגרפי למדינות מזרח אסיה ללא תלות במערכות ניווט אחרות. מערכת ניווט אזורית BeiDou-1 פותחה לראשונה בשנת 2000 כאשר סין שיגרה 9 לוויינים. בשנת 2004 התחילו הסינים לשתף פעולה עם האירופאים בפרוייקט GALILEO ולמדו הרבה. מאוחר יותר פרשו, כי האירופאים לא הסכימו לשלח לווייני GALILEO באמצאות משלחים סינים וב-2007 הרחיבו את ה-BEIDOU למערכת משוכללת ביותר שתתחרה ב-GPS וב-GALILEO. זהו הדור השני של מערכת הניווט הסינית הנקראת Bei-Dou-2 או COMPASS. זו תהיה מערכת ניווט גלובלית שתכסה את כלל כדה”א עם 35 לוויינים: 5 לווייני
GEO, לווייני GEO עם זווית נטייה, כך שיכסו גם את אזורי הקטבים, ו-27 לווייני MEO בגובה של כ-21500 ק”מ.
המערכת האזורית החלה את פעילותה כבר בשנת 2011 עם 10 לוויינים בחלל ומציעה שירותים ללקוחות באזור אסיה כבר מדצמבר 2012. השנה, מחודש יוני, החליטה ממשלת פקיסטן כי צבאה יתחיל להשתמש
ב-COMPASS במקום ב-GPS. עד שנת 2020 צפויה COMPASS לתת שירותים לכלל הלקוחות המעוניינים בעולם.
מערכת ה-COMPASS, אמנם, מבטיחה דיוק מיקום מרבי של כ-10 מטרים, דיוק מהירות של 0.2 מטר לשנייה וזמן של 50 ננו שנייה, אך השירותים הצבאיים יהיו משופרים יותר ויאפשרו באמצאות קוד מסוים דיוק רב יותר, עד ל-10 ס”מ כפי שפורסם, ללא תלות בטכנולוגיות איכון זרות. אחת היכולות הצבאיות העיקריות של מערכת ה-COMPASS תהיה זיהוי ועקיבה, שיוכלו לשמש מטוסים ללא טייס לתקוף מטרות עוינות. בשלב מאוחר יותר, מערכת COMPASS תאפשר ניווט טילים בליסטים אל המטרות שלהם. בשוק האזרחי המערכת תשרת בעיקר את ענפי התחבורה, התקשורת, הדייג ועוד.
למערכת ה-COMPASS קיימת בקרה קרקעית המורכבת מתחנות בסיס, Master Control Stations (), תחנות בקרה על הלוויינים, Upload Station (), ורשת בקרה המופצת בכל העולם (MS). מטרת ה-MCS לאסוף את כל הנתונים המתקבלים מה-MS, לעבד אותם ולייצר הודעות תיקון שגיאות וסנכרון ללווייני מערכת ה-COMPASS הנשלחות באמצעות תחנות ה-US.
מערכת ה-IRNSS ההודית
בשנת 2006 אישרה ממשלת הודו תוכנית לפיתוח מערכת ניווט לוויינית אזורית בלבד. מערכת ה-IRNSS תהיה פעילה רק בשטח הודו ועד כ-1500 ק”מ מ חוץ לגבולותיה וצפויה להיכנס לשימוש מלא ב-2016.
מערכת ה- (Indian Regional Navigation Satellite System) תכלול רק 7 לוויינים ותחנות קרקע מרוכזות בהודו. 3 לוויינים יוצבו במסלול GEO מעל המזרח הרחוק ב-340,83 ו-E132, ושאר הלוויינים יוצבו במסלול GEO עם זווית נטייה של 29 מעלות ביחס לקו המשווה: 2 ב-E55 ו-2
ב-E111. מאחר וכל הלוויינים מוצבים במסלול כמעט GEO, יהיה בינם לבין התחנה הקרקעית קשר רדיו רציף. יתרון נוסף של המערכת ההודית הוא בכמות הלוויינים המועטה בחלל לצורך הניווט. האותות במערכת ישודרו בתדרי S-Band ו-L-Band מ-1GHz ל-4GHz. ה-IRNSS תוכל לפעול עבור שרות אזרחי בדיוק של 10 עד 20 מטר ובאמצאות אותות מוצפנים עבור שירותים צבאיים בדיוק טוב יותר, ותשמש גם לבקרת טילים.
מערכת ה-QZSS היפנית
מערכת ניווט עתידית יפנית
(Quasi-Zenith Satellite System) תמנה רק 3 לוויינים אזוריים במסלולי GEO עם זוויות נטייה כך, שחלק ניכר מן הזמן יחוגו מעל ליפן ויספקו שירותי מיקום כהרחבה של שירותי ה-GPS הקיימים באזורי המזרח הרחוק. הלוויין הראשון MICHIBIKI שולח בספטמבר 2010, וחלו עיקובים בבניית הלוויינים האחרים. ב-2013 נחתם חוזה עם חברת מיצובישי אלקטריק לבנייה ולהרחבת המערכת ל-4 לוויינים. ההשקה המלאה צפויה עד סוף שנת 2017. תחנות הפיקוח הקרקעיות ימוקמו ביפן ובמספר מדינות במזרח הרחוק. ה-QZSS תשמש גם ליישומים ניידים, כדי לספק שירותים מבוססי תקשורת, כגון: וידאו, אודיו ונתונים. אולם, בכל הקשור לשירותי המיקום ה-QZSS יספק דיוק מוגבל במידה ויעבוד במצב עצמאי. לכן המערכת נתפסת כשירות הרחבה אזורי של לווייני ה-GPS. מערכת הQZSS תהיה מסוגלת לעבוד יחד עם הלוויין הגאוסטציונארי של יפן, MTSAT (בדומה למערכת ה-WASS האמריקאית), ולספק שירותי מיקום מדויקים יותר.
תחזיות וסיכום
ניתן לראות כי מספר מדינות בעולם שואפות ליצירת רשת ניווט לווייני עצמאית למטרות שונות,כגון: צבאיות, הגנה ואזרחיות, גם ללא תלות במערכת הניווט GPS הקיימת עכשיו.
כיום המערכת הגלובלית השולטת היא ה-GPS ורוב העולם תלוי בארה”ב למטרות ניווט לווייני. מספר לווייני הניווט כ-32 במסלול MEO ומספר לווייני GEO במסגרת שיפורי ה-WAAS. כיום פועל הדור השני של לווייני ה-GPS. מערכת ה-GLONASS הרוסית פחות משוכללת וכמעט גלובלית במסגרת תוכנית GLONASS-K. לשתי המערכות יש תת מערכות צבאיות, אשר הינן יותר משוכללות ומדויקות. מערכת ה-GALILEO של האיחוד האירופאי נמצאת בשלבי הקמה ומאוד משתפת פעולה עם ה-GPS ובמקצת עם ה-GLONASS. מערכת ה-GALILEO איננה פעילה עדיין וכוללת רק 4 לווייני GEO הפועלים במסגרת שרותי
ה-EGNOS. מערכת ה-COMPASS הסינית מאוד התפתחה וכוללת יותר מ-10 לווייני ניווט המסוגלים לתת שרות אזורי במזרח הרחוק למטרות אזרחיות, ושרות מדויק ביותר למטרות צבאיות. ה-IRNSS ההודית נמצאת בשלבי הקמה ותהיה אזורית בלבד, אבל עצמאית למטרות אזרחיות וגם צבאיות. ה-QZSS היפנית מפעילה רק לוויין נסויי מתוך 4 לווייני המערכת.
בעתיד הקרוב עד 2020 צפויות מערכות הניווט הלווייני בעולם להשתפר בדיוק ובביצועים הודות לתחרות בין המעצמות. מתוכנן הדור השלישי של לווייני
ה-GPS והראשון מבין 32 לווייני ה-MEO המשוכללים הנבנים ע”י חברת Lockheed Martin ישולח ב-2014.
מערכת ה-GPS-3 תעניק תיקון שגיאות ודיוק עד כדי מטר אחד שיושג באמצעות שילוח ע”י הלוויינים של 3 אותות חדשים L1C, L2C, ו-L בנוסף ל-L ו-L הקיימים. יתווספו גם פונקציות כמו עלומה כיוונית להגנה מפני חסימות, קשר רדיו בין לווייני ה-GPS, מחזרי LASER למדידת מרחקים, תת מערכת לחיפוש והצלה SAR, שיפור תת מערכת ה-WASS בשיתוף עם האיחוד האירופאי ותוספות צבאיות. מערכת ה-GPS-3 צפויה להיות פעילה גלובלית בסביבות שנת 2020. הרוסים גם יפתחו את מערכת ה-GLONASS לשימוש גלובלי אזרחי וצבאי באמצעות כ-32 לווייני MEO משוכללים. מערכת ה-GALILEO של האיחוד האירופאי משתפת פעולה עם ה-GPS ועד 2020 תפעל גלובלית למטרות אזרחיות בלבד ללא ערוצים צבאיים. ה-GALILEO תהיה מורכבת מ-30 לוויינים במסלול MEO וכ-3 לוויינים במסלול GEO, ותאפשר שרות עולמי אמין עם שכלולים רבים ודיוק המתקרב ל-1 מטר. מערכת ה-COMPASS הסינית תתפתח ממערכת אזורית למערכת גלובלית משוכללת שתכלול 35 לווייני ניווט עוד לפני 2020. ה-COMPASS תכלול ערוצים אזרחיים אמינים ומדויקים וערוצים צבאיים עוד יותר מדויקים עד דיוק של 10 ס”מ כפי שפרסמו הסינים, שישרתו את סין ובעלי בריתה, ותהווה התחרות ל-GPS. מערכת ה-IRNSS ההודית תהיה מערכת אזורית עצמאית עבור הודו וסביבותיה שתהיה פעילה מ-2016. ה-IRNSS תהיה מורכבת מ-7 לווייני GEO ו-GEO עם זוויות נטייה של 29 מעלות, כפי שמוצג באיור 5, ותמנה ערוצים אזרחיים וצבאיים מדויקים יותר. מערכת ה-QZSS היפנית תהיה מערכת אזורית הקשורה ל-GPS עבור מספר מדינות במזרח הרחוק והיא תהיה פעילה מ-2017.
ה-QZSS תהיה מורכבת מ-3 לוויינים במסלול GEO עם זוויות נטייה, תמנה רק ערוצים אזרחיים ותשתמש גם בשרותי GPS. ישראל, כתוצאה ממצבה
הגיאו-פוליטי קשורה ל-GPS, פעילה בפרוייקטים לפיתוח מערכות GALILEO ומאוד פעילה באפליקציות לניווט לווייני באמצעות ה-GPS, כגון ה-WAZE, שנרכשה לאחרונה ע”י חברת GOOGLE.
לקראת שנת 2020 צפויים למטרות ניווט לווייני בעולם יותר מ-120 לוויינים במסלול MEO וכ-20 לוויינים במסלול GEO ו-GEO עם זוויות נטייה. קשה לחזות לתקופות ארוכות יותר, אבל אם נהיה אופטימיים, יהיה תאום בין המערכות לניווט לווייני כך שכל משתמש בעולם יוכל להנאות ממערכת מאוד אמינה ומדויקת שתכיל גם פונקציות להצלת נפשות ולמזעור נזקי אסונות טבע. לאחרונה ה-NASA החלה בתכנון ראשוני של מערכת ניווט בין-כוכבי עבור חלליות ולוויינים סביב כוכבי לכת אחרים. המערכת תהיה מבוססת על קליטת פולסים בקרינת X מכוכבים מתים עם מיקום ידוע, במקום אותות מיקרוגל מלווייני ניווט קיימים. מקלטי המיקרוגל של GPS ומערכות אחרות יוחלפו לגלאי קרינת X בחלליות. דיוק המיקום הצפוי יהיה יותר טוב מ-1 ק”מ. מערכת ניסויית צפויה להיות מורכבת בתחנת החלל הבינלאומית ב-2017 ומערכות עתידיות כאלה יביאו תועלת בחקר החלל בעתיד הרחוק יותר.
