Глонасс что такое: Система ГЛОНАСС в машине: принцип контроля транспорта

Содержание

ГЛОНАСС и GPS: какие отличия и что выбрать

Долгое время созданная в США система глобального геопозиционирования GPS была единственной доступной рядовым пользователям. Но даже с учетом того, что точность гражданских приборов была изначально ниже по сравнению с военными аналогами, ее с головой хватало и для навигации, и для отслеживания координат автомобилей.

Однако еще в Советском Союзе была разработана собственная система определения координат, известная сегодня как ГЛОНАСС. Несмотря на сходный принцип работы (используется расчет временных интервалов между сигналами от спутников), ГЛОНАСС имеет серьезные практические отличия от GPS, обусловленные и условиями разработки, и практической реализацией.

  • ГЛОНАСС отличается большей точностью в условиях северных регионов. Это объясняется тем, что значительные войсковые группировки СССР, а впоследствии и России, были расположены именно на севере страны. Поэтому и механика ГЛОНАСС рассчитывалась с учетом точности в таких условиях.
  • Для бесперебойной работы системе ГЛОНАССне требуются корректирующие станции. Для обеспечения точности GPS, спутники которой неподвижны относительно Земли, необходима цепочка геостационарных станций, отслеживающих неизбежные отклонения. В свою очередь, спутники ГЛОНАСС подвижны относительно Земли, поэтому проблема корректировки координат отсутствует изначально.

Для гражданского применения эта разница ощутима. Например, в Швеции еще 10 лет назад активно применялась именно ГЛОНАСС, несмотря на большое количество уже существовавшей аппаратуры под GPS. Немалая часть территории этой страны лежит на широтах российского Севера, и преимущества ГЛОНАСС в таких условиях очевидны: чем меньше склонение спутника к горизонту, тем при равной точности оценки временных интервалов между их сигналами (задаваемой аппаратурой навигатора) вернее можно рассчитать координаты и скорость движения.

Так что же лучше?

Достаточно оценить современный рынок телематических систем, чтобы получить правильный ответ на этот вопрос. Используя в навигационной или охранной системе подключение к спутникам GPS и ГЛОНАСС одновременно, можно добиться трех главных преимуществ.

  • Высокая точность. Система, анализируя текущие данные, может выбрать наиболее верные из имеющихся. Например, на широте Москвы максимальную точность сейчас обеспечивает GPS, в то время как в Мурманске по этому параметру лидером станет ГЛОНАСС.
  • Максимальная надежность. Обе системы работают на разных каналах, поэтому, столкнувшись с преднамеренным глушением или посторонним засорением помехами эфира в диапазоне GPS (как в более распространенном), система сохранит возможность геопозиционирования по сети ГЛОНАСС.
  • Независимость. Так как и GPS, и ГЛОНАСС изначально являются военными системами, пользователь может столкнуться с лишением доступа к одной из сетей. Для этого разработчику достаточно ввести программные ограничения в реализацию протокола связи. Для российского потребителя ГЛОНАСС становится в какой-то мере резервным способом работы в случае недоступности GPS.

Именно поэтому системы «Цезарь Сателлит», предлагаемые нами, во всех модификациях используют именно двойное геопозиционирование, дополненное отслеживанием координат по базовым станциям сотовой связи.

Как работает действительно надежное геопозиционирование

Рассмотрим работу надежной системы отслеживания GPS/ГЛОНАСС на примере Cesar Tracker A.

Система находится в спящем режиме, не передавая данные в сотовую сеть и отключив приемники GPS и ГЛОНАСС. Это необходимо для максимально возможного сбережения ресурса встроенного аккумулятора, соответственно, обеспечения наибольшей автономности системы, защищающей Ваш автомобиль. В большинстве случаев аккумулятора хватает на 2 года работы. Если Вам нужно обнаружить местонахождение своего автомобиля, например при угоне, необходимо обратиться в центр безопасности «Цезарь Сателлит». Наши сотрудники переводят систему в активное состояние и получают данные о местонахождении авто.

Во время перехода в активный режим одновременно происходят три независимых процесса:

  • Срабатывает приемник GPS, анализируя координаты по своей программе геопозиционирования. Если за заданный промежуток времени обнаружено менее трех спутников, то система считается недоступной. Аналогично происходит определение координат по ГЛОНАСС-каналу.
  • Трекер сравнивает данные от обеих систем. Если в каждой было обнаружено достаточное количество спутников, трекер выбирает данные, которые считает более достоверными и точными. Это особенно актуально при активном радиоэлектронном противодействии – глушении или подмене сигнала GPS.
  • GSM-модуль обрабатывает данные геопозиционирования по LBS (базовым станциям сотовой связи). Этот способ считается наименее точным и используется, только если и GPS, и ГЛОНАСС недоступны.

Таким образом, современная система отслеживания имеет тройную надежность, применяя три системы геопозиционирования отдельно. Но, естественно, максимальную точность обеспечивает именно поддержка GPS/ГЛОНАСС в конструкции трекера.

Применение в системах мониторинга

В отличие от маяков-закладок системы мониторинга, применяемые на коммерческом транспорте, осуществляют постоянное отслеживание местоположения автомобиля и его текущей скорости. При таком применении преимущества двойного геопозиционирования GPS/ГЛОНАСС раскрываются еще полнее. Дублирование систем позволяет:

  • поддерживать мониторинг при кратковременных проблемах с приемом сигнала от GPS или ГЛОНАСС;
  • сохранять высокую точность независимо от направления рейса. Применяя систему наподобие CS Logistic GLONASS PRO, можно уверенно осуществлять рейсы от Чукотки до Ростова-на-Дону, сохраняя полный контроль над транспортом на протяжении всего маршрута;
  • защищать коммерческий транспорт от вскрытия и угона. Серверы «Цезарь Сателлит» в режиме реального времени получают информацию о времени и точном месте автомобиля;
  • эффективно противодействовать угонщикам. Система сохраняет во внутренней памяти максимально возможный объем данных даже при полной недоступности канала связи с сервером. Информация начинает передаваться при малейшем прерывании глушения радиоэфира.

Выбирая систему GPS/ГЛОНАСС, Вы обеспечиваете себе наилучшие сервисные и охранные возможности в сравнении с системами, использующими только один из способов геопозиционирования.

История развития ГЛОНАСС

Впервые предложение по использованию спутников для навигации было сделано проф. В.С. Шебшаевичем в 1957г. Эта возможность была открыта им при исследовании приложений радиоастрономических методов в самолетовождении. После этого в целом ряде советских институтов были проведены исследования, посвященные вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточного применения и независимости от погодных условий. Данные исследования были использованы в 1963г. при опытно-конструкторских работах над первой отечественной низкоорбитальной системой «Цикада». В 1967г. был выведен на орбиту первый навигационный отечественный спутник «Космос-192». Навигационный спутник обеспечивал непрерывное излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 МГц в течение всего времени активного существования.

Система «Цикада» была сдана в эксплуатацию в составе четырех спутников в 1979 г. Навигационные спутники были выведены на круговые орбиты высотой 1000 км с наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей орбит вдоль экватора. Система «Цикада» позволяла потребителю в среднем через каждые 1.5–2 часа входить в радиоконтакт с одним из спутников и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5-6 мин. Навигационная система «Цикада» использовала беззапросные измерения дальности от потребителя до навигационных спутников. Наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной навигационной аппаратуры, серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников.

В дальнейшем спутники системы «Цикада» были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, оснащенных специальными радиобуями. Их сигналы принимались спутниками системы «Цикада» и ретранслировались на специальные наземные станции, где производилось вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.). Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» входили в систему «Коспас», которая совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» образует единую службу поиска и спасения «Коспас-Сарсат», на счету которой уже несколько тысяч спасенных жизней. Создавалась КНС «Цикада» (и ее модернизация «Цикада-М») для навигационного обеспечения военных потребителей и эксплуатировалась с 1976 года. После 2008 года потребители КНС «Цикада» и «Цикада-М» были переведены на обслуживание ГЛОНАСС, и эксплуатация этих систем была прекращена. Выполнить требования большого числа потребителей низкоорбитальные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям подавляющего состава потенциальных потребителей.

На основе проведенных многосторонних исследований отечественными специалистами была выбрана штатная орбитальная группировка ГЛОНАСС из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19100 км, наклонения – 64,8° и периода – 11 часов 15 минут 44 секунды. Значение периода позволило создать устойчивую орбитальную систему, не требующую, в отличие от орбит GPS, для своего поддержания корректирующих импульсов практически в течение всего срока активного существования. Номинальное наклонение обеспечивает стопроцентную доступность навигации на территории РФ даже при условии выхода из орбитальной группировки нескольких КА.

Были решены две проблемы создания высокоорбитальной навигационной системы. Первая проблема — взаимная синхронизация спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд). Эта проблема была решена с помощью установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты с относительной нестабильностью 10-13 и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 10-14, а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3-5 наносекунд. Второй проблемой является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников. Данная проблема была решена с помощью проведения научных работ по учету факторов второго порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее полюсов и т.п.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 г. запуском спутника «Космос-1413». Система ГЛОНАСС была принята в опытную эксплуатацию в 1993 г. В 1995 г. развернута орбитальная группировка полного состава (24 КА «Глонасс» первого поколения) и начата штатная эксплуатация системы. Большим недостатком было практически отсутствие гражданской навигационной аппаратуры и соответственно гражданских потребителей системы, на что необходимо было обратить серьезное внимание.

Однако далее орбитальная группировка ГЛОНАСС, как и система в целом, в связи с экономическими проблемами в 90-е годы достаточно быстро деградировала. К 2002 году орбитальная группировка системы ГЛОНАСС насчитывала только 7 КА, что не могло обеспечить территорию России навигационными сигналами системы ГЛОНАСС хотя бы с умеренной доступностью. Точностные характеристики уступали более чем на порядок системе GPS, срок активного существования КА составлял 3-4 года.

Ситуацию с деградацией системы ГЛОНАСС удалось переломить за счет разработки и открытия в 2002 году федеральной целевой программы, в ходе реализации которой были достигнуты следующие основные цели:

  1. Система ГЛОНАСС сохранена, прошла этап модернизации и развернута до штатного состава в составе КА «Глонасс-М». В мире в настоящее время имеется две штатно функционирующие глобальные навигационные системы: GPS и ГЛОНАСС.
  2. Проведена модернизация наземного комплекса управления, который обеспечивает управление орбитальной группировкой (ОГ) и в совокупности с КА ОГ обеспечивает точностные характеристики системы на уровне, сопоставимом с системой GPS.
  3. Проведены существенные модернизации средств государственного эталона времени и частоты и средств определения параметров вращения Земли.
  4. Созданы опытные образцы функциональных дополнений глобальных навигационных систем, разработано большое количество образцов базовых приемоизмерительных модулей, навигационно-временной аппаратуры и систем на их основе.

В настоящее время появляется широкий спектр задач навигационного и координатно-временного обеспечения, условий и областей применения спутниковых навигационных технологий, требующих дальнейшего совершенствования системы ГЛОНАСС, включая навигационную аппаратуру потребителей. В первую очередь это относится к высокоточным применениям системы ГЛОНАСС, для реализации которых требуется обеспечение дециметрового и сантиметрового уровней точности в реальном масштабе времени, а также к применениям, связанным с обеспечением безопасности при эксплуатации авиационного, морского и наземного транспорта. Требуется повышение оперативности навигационных решений и устойчивости системы ГЛОНАСС к воздействию помех. Существует значительное количество применений, где предъявляются требования обеспечения миниатюризации и высокой чувствительности навигационной приемной аппаратуры.

Для обеспечения решения новых задач в рамках новых условий, в соответствии Постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2012 года № 189 в 2012 году была открыта федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» (далее — Программа).

С 2012 года система развивается в рамках данной Программы, в рамках которой предусматривается:

  • Поддержание системы ГЛОНАСС с гарантированными характеристиками навигационного поля на конкурентоспособном уровне.
  • Развитие системы ГЛОНАСС в направлении улучшения ее тактико-технических характеристик с целью достижения ее паритета с иностранными системами навигационного обеспечения, лидирующих позиций Российской Федерации в области спутниковой навигации.
  • Обеспечение использования системы ГЛОНАСС, как на территории Российской Федерации, так и за рубежом.

Уровень совершенства тактико-технических характеристик системы определяется рядом направлений развития системы, основными из которых являются:

  1. Развитие структуры орбитальной группировки ГЛОНАСС в части ее расширения и создания дополнений на других орбитах.
  2. Переход к использованию навигационного космического аппарата нового поколения «Глонасс-К2»с повышенными тактико-техническими характеристиками.
  3. Развитие наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС, включая совершенствование эфемеридно-временного комплекса системы ГЛОНАСС.
  4. Создание и развитие функциональных дополнений:
  • широкозонной системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ-КФД) навигационных полей ГНСС, создаваемой в рамках ОКР «КФД-В»;
  • глобальной дополняющей системы высокоточного определения навигационной и эфемеридно-временной информации (СВО ЭВИ) в реальном времени для гражданских потребителей, создаваемой в рамках ОКР «Сигал».

Развитие системы ГЛОНАСС в целях обеспечения постоянно растущих требований потребителей и конкурентоспособности системы в основном определяется тактико-техническими характеристиками космического сегмента ГЛОНАСС. История развитие КА системы ГЛОНАСС и характеристики в настоящее время и в ближайшей перспективе даны в приведенной ниже таблице.

Характеристики
КА «Глонасс»
КА «Глонасс-М»
КА «Глонасс-К»
КА «Глонасс-К2»
Годы развертывания 1982-2005 2003-2016 2011-2018 после 2017
Состояние Выведен из эксплуатации В эксплуатации В разработке на основе проведенных ЛИ В разработке
Параметры орбиты (рассматриваются вопросы развития ОГ ГЛОНАСС после 2020 года)

круговая
высота — 19100 км
наклонение — 64,8°
период обращения — 11 ч 15 мин 44 с

Количество КА в ОГ (по целевому назначению) 24
Количество орбитальных плоскостей 3
Количество КА в каждой плоскости 8
Используемые средства выведения   РН «Союз-2.1б», РН «Протон-М»
Гарантированный срок активного существования, лет 3.5 7 10 10
Масса КА, кг 1500 1415 935 1600
Габариты КА, м   2,71х3,05х2,71 2,53х3,01х1,43 2,53х6,01х1,43
Энергопотребление, Вт   1400 1270 4370
Тип исполнения КА герметизированный герметизированный негерметизированный негерметизированный
Суточная нестабильность БСУ, в соответствии с ТЗ / фактическая 5*10-13 / 1*10-13 1*10-13 / 5*10-14 1*10-13 / 5*10-14 1*10-14 / 5*10-15
Тип сигналов FDMA в основном FDMA (CDMA на КА 755-761) FDMA и CDMA FDMA и CDMA
Сигналы с открытым доступом (для сигналов FDMA приведено значение центральной частоты) L1OF (1602 МГц) L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
начиная с №755: L3OC (1202 МГц)
L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
L3OC (1202 МГц)
начиная с №17Л: L2OC (1248 МГц)
L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
L1OC (1600 МГц)
L2OC (1248 МГц)
L3OC (1202 МГц)
Сигналы с санкционированным доступом L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
начиная с №17Л: L2SC (1248 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SC (1600 МГц)
L2SC (1248 МГц)
Наличие межспутниковых линий связи:

радио
оптическая




+

+

+
+
Наличие системы поиска и спасания + +
Наверх

Что такое ГЛОНАСС? ГЛОНАСС в геодезии

15 октября 2018

ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система.

Основоположником идеи использования спутников в навигации по праву считается профессор Шебшевич В.С. Она была озвучена им в 1957 году. Главной целью метода было обеспечение точности навигационных определений вне зависимости от погодных условий и времени суток.

Для достижения цели, в шестидесятых годах прошлого столетия, стала разрабатываться первая низкоорбитальная спутниковая система Цикада, которая была сдана и введена в эксплуатацию в 1979 году. Система Цикада включала в себя четыре навигационных спутника, выведенных на круговые орбиты высотой 1 000 километров, имевшие наклонение 83 градуса и равномерно распределенными вдоль экватора.

Получение плановых координат объекта осуществлялось посредством 5-6 минутного навигационного сеанса от спутников системы. При этом в качестве исходных данных использовались «беззапросные» дальности от объекта до спутников.

Успешный опыт использования системы Цикада для целей морской и воздушной навигации повлек за собой необходимость создания более мощной и универсальной навигационной спутниковой системы.

Так зародился проект ГЛОНАСС.

Стартом разработки и создания спутниковой системы ГЛОНАСС считается Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР от декабря 1976 года.

Геометрия системы для покрытия максимальной площади поверхности земного шара задумывалась следующим образом – на три спутниковых орбиты, имеющих наклонение 64,8 градуса, должно быть выведено 24 спутника (по 8 спутников на каждую орбиту). Средняя высота орбит спутниковой группировки ГЛОНАСС составляет 19 100 километров.

Для исключения необходимости использования корректирующих импульсов в системе использован период, имеющий значение 11 часов 15 минут 44 секунды.


Так как требования к точности спутниковых методов определений координат были высоки, разработчики системы ГЛОНАСС столкнулись с двумя серьезными проблемами.

Проблема номер один заключалась в необходимости взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды. Проблемой номер два была необходимость чрезвычайно точного прогнозирования (предопределения) параметров орбит спутников системы.

Для решения первой проблемы на космических аппаратах (спутниках) были установлены высокостабильные цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью 10-13. Наземный сегмент системы включал в себя водородный стандарт с относительной нестабильностью 10-14, а также средства сличения шкал с погрешностью 3-5 наносекунд.

Для решения второй проблемы пришлось провести ряд научных работ по учету светового давления, неравномерности вращения Земли, движения полюсов и прочих факторов второго порядка малости.

Запуск первого спутника «Ураган» навигационной системы ГЛОНАСС пришелся на 12-е октября 1982 года. По прошествии почти десяти лет, в апреле 1991 года система насчитывала уже 12 спутников, а 1995 год является годом полного развертывания системы, состоящей из 24 спутников первого поколения.

В 90-е годы финансирование и полноценная поддержка спутниковой системы ГЛОНАСС практически отсутствовали. Кроме того, срок службы спутников ГЛОНАСС первого поколения составлял всего 3-4 года. Как следствие – к 2002 году в спутниковой группировке осталось всего-навсего 7 космических аппаратов. Таким образом, система не могла обеспечить навигационные запросы даже на территории России, хотя геометрия системы подразумевает обеспечение навигационных решений в любой точке планеты.

В том же 2002 году открывается федеральная целевая программа по сохранению, поддержанию и дополнению спутниковой системы ГЛОНАСС, благодаря которой систему удалось спасти. С 2002 года система регулярно дополнялась спутниками нового поколения «ГЛОНАСС -М», была проведена модернизация наземного сегмента системы, а также средств государственного эталона времени и частоты. Усовершенствованы средства определений параметров вращения Земли. В течение нескольких лет достигнут уровень точности решений, сопоставимый с точностью американской системы GPS (NAVSTAR).

3 марта 2012 года выходит Постановление Правительства за номером 189 об открытии федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы».

В рамках программы предусмотрено:

  • постоянная поддержка необходимого количества спутников системы;
  • обеспечение конкурентоспособных точностных характеристик решений системы и их улучшение;
  • совершенствование космических аппаратов (спутников) системы;
  • совершенствование наземного комплекса управления системы;
  • создание и развитие функциональных дополнений системы, включая широкозонную систему дифференциальной коррекции и мониторинга навигационных полей ГНСС, а также глобальную дополняющую систему высокоточного определения навигационной и эфемеридно-временной информации в реальном времени для гражданских потребителей.

По состоянию на 2018 год система ГЛОНАСС полностью развернута и функционирует. На орбитах находятся 26 навигационных спутников нового поколения «ГЛОНАСС-М» и «ГЛОНАСС-К».


Помимо системы ГЛОНАСС в настоящее время полноценно функционирует американская спутниковая система GPS, активно развертываются такие системы как китайская BeiDou, европейская Galileo и индийская IRNSS.

На сегодняшний день система ГЛОНАСС используется в таких направлениях, как:

  • мониторинг и навигация наземного транспорта;
  • поисковые и спасательные операции;
  • персональная навигация;
  • авиационная навигация;
  • мониторинг и навигация водного транспорта;
  • геодезия и картография;
  • геодинамические наблюдения и исследования;
  • космическая навигация;
  • мониторинг и сопровождение строительства;
  • сельское хозяйство;
  • системы связи;
  • вооружение и оборона.

В этой статье мы сделаем акцент на применении спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС в геодезической области.

Есть два основных метода получения координат с помощью спутниковых систем – абсолютный и относительный (дифференциальный). То есть, вне зависимости от того, какая спутниковая система используется (ГЛОНАСС, GPS, BeiDou, Galileo, IRNSS) эти методы являются неизменными.

Абсолютный метод спутниковых определений заключается в использовании одного лишь приемника спутниковых сигналов (ГНСС-приемника), который регистрирует дальности до спутников системы (например, ГЛОНАСС). Далее решается пространственная линейная засечка, результатом которой будет определение координат объекта (приемника). Точность определения координат абсолютным методом составляет несколько метров (как правило, не хуже 15-ти) и используется, в основном, в навигации.

При относительном (дифференциальном) методе используются, как минимум, два приемника спутниковых сигналов (ГНСС-приемники), один из которых расположен на точке с известными координатами, а второй установлен на определяемой точке. Первый традиционно называют опорным (базовым), а второй – подвижным (ровером).

В дифференциальном методе, по мере наблюдений, базовым приемником определяются разности между измеренными координатами и их известными значениями. Это позволяет сформировать поправки к измерениям на неизвестной точке, выполненным роверным приемником. В этом случае решение (определение координат неизвестной точки) осуществляется мгновенно и такой метод еще называют – «получение координат в реальном времени» (RTK). Точность дифференциального метода выше точности абсолютного метода за счет возможности исключения целого ряда погрешностей, присущих одиночному приемнику.

В относительном методе с постобработкой «сырые» спутниковые измерения регистрируются одновременно на известной и определяемой точке, а затем накопленные данные совместно обрабатываются в специальной офисной программе. В результате постобработки определяются параметры вектора, соединяющего опорную и определяемую точки. После задания опорной точке известных координат могут быть вычислены координаты определяемой точки. Такая методика спутниковых наблюдений и последующая обработка данных позволяет добиться точности определения координат на уровне первых миллиметров. Такой метод называют статическим или просто – «Статика».

Геодезия – точная наука, поэтому требования к точности спутниковых определений в геодезии высоки и допуски редко превышают несколько сантиметров.

Для выполнения спутниковых определений в геодезии используются современные ГНСС-приемники, способные принимать сигналы от спутниковых систем: российской ГЛОНАСС, американской GPS, китайской BeiDou, европейской Galileo и других.

Космические аппараты спутниковых систем передают сигналы на двух и более частотах (L1, L2 и т.д.). Современные геодезические ГНСС-приемники, имея многоканальные платы, способны принимать множество этих сигналов. Это значительно повышает точность, надежность и скорость определения координат, в том числе за счет исключения влияния ионосферы на скорость распространения сигналов.

Геодезические ГНСС-приемники имеют два основных типа конструкции – антенна интегрирована с приемником в едином корпусе (моноблок) и раздельное (модульное) решение, когда антенна соединяется с приемником кабелем.


Центром приема спутниковых сигналов будет являться фазовый центр антенны. Поэтому, для определения координат неизвестной точки, над ней надо точно располагать именно антенну ГНСС-приемника (в случае, если используется раздельное решение) или приемник с антенной, в случае, если используется конструкция-моноблок.

В геодезии, в основном, используют два метода спутниковых определений – это «Статика» и «RTK», которые были описаны выше. В первом случае достигается точность первых миллиметров, во втором – сантиметров. Однако «Статика» требует постобработки, а в режиме «RTK» координаты неизвестной точки будут определены практически мгновенно. Поэтому «Статику» резонней использовать для создания сетей сгущения и закладки базисов, а «RTK» для набора пикетажа (съемки точек) и выполнения разбивочных работ.

При этом нужно понимать, что для получения координат обоими методами необходимо с опорной и с определяемой точки принимать сигналы от одних и тех же спутников. Важно их количество и удачное геометрическое расположение на небосводе. Также, немаловажную роль играет удаление определяемой точки от опорной, так как ошибка определения координат будет расти линейно с увеличением расстояния.

Минимальное количество одновременно наблюдаемых спутников для режима «Статика» — четыре, для RTK – пять. Кроме того, сигналы от спутников, расположенных близко к горизонту, искажены сильнее и вносят погрешности в вычисления координат. Для работы в «Статике» рекомендовано удаление от базовой станции (опорной точки) не более, чем на 50-80 км, для «RTK» — не более 30 для двухчастотных ГНСС-приемников.

Итак, чем же полезен ГЛОНАСС в геодезии?

Как было перечислено выше, на точность и качество определения координат спутниковыми методами влияют такие факторы, как количество наблюдаемых спутников и геометрия их расположения.

Допустим, работы выполняются в условиях плотной городской застройки. В этом случае велика вероятность, что ГНСС-приемник будет расположен близко к стене какого-либо здания или находиться на улице между домов. Соответственно, часть небосвода будет для него закрыта. Если приемник способен принимать сигналы одной лишь спутниковой системы (например, GPS), то он «будет видеть» малое количество спутников этой группировки и вероятность получения решения в связи с этим снизится. Однако, если ГНСС-приемник является мульти-системным и способен принимать сигналы спутников, например, системы ГЛОНАСС, то в этом случае, он сможет получить решение, которое невозможно было получить при использовании только одной спутниковой группировки.

Это же распространяется на объекты с густой растительностью, где приходится устанавливать ГНСС-приемники на просеках или под кронами деревьев.

Более того, даже при работе на открытой местности, наличие «избыточных» спутников может пригодиться. Если сигналы некоторых наблюдаемых спутников сильно искажены, то в ходе постобработки их можно исключить из совместного решения. Тут и пригодится избыточность при наборе измерений!

Частенько ГЛОНАСС выручает при выполнении работ в северной части земного шара. Дело в том, что орбиты по которым перемещаются спутники ГЛОНАСС имеют больший наклон к экватору и расположены ближе к северному полюсу. При выполнении работ в северных широтах геометрия расположения спутников ГЛОНАСС будет лучше.

В современных геодезических ГНСС-приемниках реализованы технологии, позволяющие работать как от нескольких спутниковых систем одновременно, так и по одной из них выборочно, например, только по ГЛОНАСС.

Это может быть очень актуально, если владельцы спутниковой системы GPS по какой-то причине ограничат точность принимаемых сигналов для гражданских пользователей. ГЛОНАСС придет на помощь.

В нашей организации Вы сможете купить самое современное ГНСС-оборудование ведущих мировых брендов, а также отечественного производства. Менеджеры нашей компании подберут оборудование непосредственно для Ваших нужд, а технические специалисты ответят на все Ваши вопросы и, при необходимости, проведут полноценное обучение по работе с ним.

Война и мир системы ГЛОНАСС

Спутниковые системы глобальной навигации создавались в США и СССР для решения военных задач.

Люди в погонах по обе стороны океана пытались повысить точность появившегося у них после войны дальнобойного ракетного вооружения. Первые ракеты управлялись по радио, а для определения их координат использовались специальные антенны, установленные по трассе полета.

Это решение для военных подходило мало. С развитием автономных систем управления, рассчитывающих с помощью акселерометров положение объекта относительно точки старта, от систем радиоуправления отказались, но вскоре стало ясно, что автономная система накапливает ошибку — и чем дальше полет, тем она больше. Для ядерного боевого блока баллистической ракеты отклонение в сотни метров несущественно, а вот для обычного вооружения такой промах сводит эффективность применения на нет.

Решение этой сугубо военной задачи дало человечеству глобальные спутниковые системы навигации: американскую GPS и российскую ГЛОНАСС. Сегодня они существуют как нечто само собой разумеющееся для обычных граждан, которые, не задумываясь над военной природой этих систем, каждый день используют их для поездок на машине, заказа такси, слежки за домашними питомцами и еще сотен разных дел. Так, незаметно для обитателей Земли, летающие на высоте 20 тысяч километров спутники стали одной из частей критической инфраструктуры, без которой все сложнее представить себе жизнь развитых стран, а экономический эффект их использования не поддается подсчету. Но ГЛОНАСС может намного больше.

На начало 2019 года в России насчитывалось 3,2 миллиона машин, оснащенных системой «ЭРА ГЛОНАСС». Система фиксирует ДТП и вызывает тревожные службы, тем самым спасая жизнь пострадавших, когда счет идет на минуты. Это стало возможно благодаря точному определению при помощи ГЛОНАСС координат ДТП — человеку больше не нужно самостоятельно вызывать «скорую», система это сделает за него, даже если он находится без сознания.

На начало 2019 года в России было 3,2 миллиона автомобилей, оснащенных системой «ЭРА ГЛОНАСС». Она фиксирует ДТП и вызывает экстренные службы

Россия по масштабам внедрения подобных систем — один из мировых лидеров и, вероятно, будет еще долго удерживать пальму первенства. Учитывая, что ни одна новая машина не может официально продаваться в нашей стране без этой системы, через несколько лет ее присутствие в авто станет нормой. Но уже сейчас она спасает сотни жизней.

За время работы «ЭРА ГЛОНАСС» было принято 2 451 000 экстренных вызовов, из которых 16 602 вызова были произведены в автоматическом режиме при тяжелых ДТП, когда пассажиры были без сознания или в шоковом состоянии. Более 700 человек были спасены только благодаря работе системы.

ГЛОНАСС повысит и безопасность полетов. В России уже тестируется функциональное дополнение ГЛОНАСС — система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ-КФД), которая позволит самолетам заходить на посадку на аэродромах, не оборудованных современными курсоглиссадными системами.

Система собирает данные ГЛОНАСС, вносит корректировку для повышения точности и передает данные в том же диапазоне и формате, что и обычные сигналы ГЛОНАСС. Экипаж может получать информацию о положении самолета с точностью до 1 метра по одному из регулярных каналов навигационного приемника. В результате возможна посадка по приборам даже на самых небольших взлетно-посадочных полосах, которых очень много в регионах России. На многих из них финансово нерационально устанавливать дорогие курсоглиссадные системы — эта инвестиция никогда не окупится. Благодаря системе ГЛОНАСС они не будут уступать в безопасности более крупным аэродромам.

Оборудование для СДКМ-КФД стоит в среднем в 30 раз дешевле и может применяться для захода на посадку при видимости не менее 300 метров. Кроме того, российская система имеет важное преимущество над действующими иностранными аналогами. В отличие от американской системы WAAS и европейской EGNOS, СДКМ-КФД может работать одновременно с GPS и ГЛОНАСС, что повышает точность и надежность системы.

На основе ГЛОНАСС в России создается сеть высокоточной навигации Национальная сеть высокоточного позиционирования (НСВП). Она станет одной из крупнейших в мире наряду с такими глобальными лидерами, как Sapos, OmniStar, Starfire (Navcom).

В основе НСВП более тысячи корректирующих наземных станций по всей стране. Они в режиме реального времени передают поправки к сигналам ГЛОНАСС, повышая его точность до сантиметров.

НСВП позволит автоматизировать многие процессы — от работы дорожной и сельскохозяйственной техники до геодезии и управления железнодорожным транспортом.

Представить современные беспилотники без спутниковых навигационных систем невозможно. Даже полупрофессиональные квадрокоптеры имеют функцию управления по сигналу GPS/ГЛОНАСС. Без подобной системы автоматического управления эти устройства просто не получили бы такое распространение. Именно спутниковая навигация позволяет управлять и контролировать аппараты вне зоны видимости оператора, который, задав контрольные точки полета, может сконцентрироваться на управлении работы камерой или другой полезной нагрузки.

При переходе на массовое использование беспилотников в повседневной жизни ГЛОНАСС становится основой системы координации полетов. Время, когда в воздухе будут находиться одновременно сотни и тысячи аппаратов, не за горами, и в России ведется разработка сразу нескольких систем для обеспечения их безопасного применения. В основе каждой из них — система ГЛОНАСС.

Еще одна малоизвестная сфера, где применяется ГЛОНАСС, — мониторинг особо важных объектов. Это мосты, высотные здания, атомные станции, плотины и многие другие важные объекты.

С помощью специальной коррекции сигналов и сети датчиков подобные системы позволяют выявлять минимальные изменения в геометрии даже очень масштабных объектов, что может помочь предотвратить крайне серьезные последствия. В России уже несколько сооружений оснащены подобной системой мониторинга и с каждым годом их становится все больше.

Что такое ГЛОНАСС?

ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) — российская спутниковая система навигации. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли.

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников.  Сейчас в орбитальной группировке ГЛОНАСС  24 спутника, 2 из которых — резервные.

Распоряжением Президента Российской Федерации от 18 февраля 1999 г. № 38-рп система ГЛОНАСС определена как система двойного назначения, применяемая не только в интересах обороны и безопасности РФ, но и в социально-экономических целях. Таким образом, было положено начало «гражданской» ГЛОНАСС.

Федеральное космическое агентство (Роскосмос) является координатором, и вместе с другими министерствами и ведомствами выступает в качестве государственного заказчика по ФЦП «Глобальная навигационная система». Эта программа направлена на дальнейшее развитие и эффективное использование глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС за счет внедрения передовых технологий спутниковой навигации в интересах социально-экономического развития страны и обеспечения национальной безопасности, а также сохранение Россией лидирующих позиций в области спутниковой навигации.

ФЦП «Глобальная навигационная система» утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 20 августа 2001 года № 587. Федеральное космическое агентство совместно с Министерством обороны РФ является государственным заказчиком по подпрограмме «Обеспечение функционирования и развития системы ГЛОНАСС».

В настоящее время происходит активная коммерциализация технологий ГЛОНАСС. Заинтересованность руководства РФ в развитии отечественной навигационной системы способствует созданию массового навигационного рынка услуг и оборудования. В частности, в соответствии с распоряжением Правительства РФ реализуется проект федерального сетевого оператора ОАО «Навигационно-информационные системы» —  «ЭРА-ГЛОНАСС»: предназначенный для экстренного реагирования при авариях и основанный на применении технологий российской спутниковой навигационной системы.

Распоряжением N731-р от 14 мая 2010 года Правительство РФ определило ОАО «Навигационно-информационные системы» («НИС-ГЛОНАСС») единственным исполнителем размещаемого Роскосмосом государственного заказа на реализацию проекта создания системы экстренного реагирования при авариях «ЭРА-ГЛОНАСС» на базе многофункциональных приемных устройств отечественного производства.

«НИС ГЛОНАСС» создаёт условия для массового использования и распространения технологии ГЛОНАСС на российском и зарубежных рынках, обеспечивает эксплуатацию навигационной инфраструктуры в целях предоставления и развития операторских услуг на основе спутниковой навигации, содействует повышению конкурентоспособности ГЛОНАСС. 
Заголовок:  Что такое ГЛОНАСС?

ГЛОНАСС и GPS — в чем разница?

Основы принципов спутниковой навигации были заложены ещё в пятидесятые годы, после запуска первого советского искусственного спутника. Наблюдая сигнал, транслируемый спутником, группа американских учёных под руководством Ричарда Кершнера обнаружила, что частота принимаемого сигнала возрастает с приближением спутника и, напротив, уменьшается по мере его отдаления (эффект Доплера).

Такое наблюдение натолкнуло ученых на мысль о том, что точное знание расположения наземного объекта делает возможным измерение месторасположения и скорости спутника. Соответственно, точное знание положения спутника позволяет определить координаты и скорость перемещения наземного объекта.

Тем не менее, впервые практическая реализация идей американских специалистов и ученых СССР, занятых в разработке теории позиционирования, состоялась только в 1982 году после запуска первого спутника, которому предстояло войти в глобальную систему позиционирования (ГЛОНАСС).

ГЛОНАСС

ГЛОНАСС — одна из двух существующих глобальных систем спутниковой навигации, начало разработок которой было положено еще в 1976 году, после чего, в связи с отсутствием достаточного финансирования, программа была свернута. Полноценная реализация и запуск проекта ГЛОНАСС состоялись в 2009 году, после развала Союза. На сегодня российский ГЛОНАСС и американская GPS являются основными действующими системами глобальной спутниковой навигации.

Основное назначение ГЛОНАСС — оперативная доставка навигационно-временной информации пользователям наземного, космического, воздушного и морского базирования. Обеспечение доступа к гражданским сигналам GLONASS предоставляется потребителям на бесплатной основе без любых ограничений в любой точке земного шара. Обеспечение обмена информацией осуществляется 24-мя спутниками, перемещающимися по 3-м орбитальным траекториям на высотах порядка 19100 км. Основанная на тех же физических принципах, что и американский аналог ГЛОНАСС — система NAVSTAR GPS, — ГЛОНАСС обеспечивает погрешность измерений в 3-6 метров. GPS работает несколько точнее, обеспечивая доступ сигнала с точностью — 2…4 м.

Развитие проекта ГЛОНАСС находится в юрисдикции агентства «Роскосмос».

GPS

GPS (Джи Пи Эс, англ. Global Positioning System) — американская спутниковая система навигации, транслирующая полезные данные о времени и расстояниях и позволяющая определить месторасположения объекта в пределах глобальной координатной системы WGS 84. Разработка системы, ее реализация и ввод в эксплуатацию в 1993 году проводились согласно инструкциям Министерства обороны США.

Сегодня система GPS-навигации, как и ГЛОНАСС, доступна для использования гражданскими потребителями. Для обеспечения работы информационного канала достаточно приобрести GPS-навигатор или аналогичный аппарат с GPS-приёмником.

ГЛОНАСС или GPS?

В отличие от системы слежения NAVSTAR GPS, спутники, обеспечивающие работу системы GLONASS, не демонстрирует резонанса (работают асинхронно) с вращением Земли. Благодаря этому удается достичь большей стабильности транслируемого сигнала. Еще одно преимущество системы ГЛОНАСС раскрывается благодаря правильно подобранным параметрам орбиты (высоте, углу наклона и периоду): GLONASS способен обеспечивать надежную трансляцию сигнала в южных и полярных широтах — там, где трансляция GPS-сигнала оказывается крайне затруднена или невозможна.

Несмотря на ряд серьезных практических преимуществ ГЛОНАСС, реальная ситуация на рынке услуг заставляет большинство пользователь все же пока отдавать предпочтение GPS. В первую очередь это связано:

  • со значительно более доступной стоимостью коммуникаторов c поддержкой GPS;
  • полнейшим отсутствием (в отличие от GPS-сервисов) программных продуктов, позволяющих устанавливать ГЛОНАСС на коммуникаторах и смартфонах;
  • внушительному потенциалу программного обеспечения для GPS-систем навигации, позволяющему значительно расширить спектр применения последних.

GPS способна обеспечить доступ к полезным данным в любом месте земного шара (за исключением области Приполярья) практически в любых погодных условиях.

ГЛОНАСС: что это такое

Ничто на Гавайских островах не предвещало сюрпризов, когда в воскресенье, в 13:25 по московскому времени, с Байконура стартовала ракета-носитель. «Протон-М» должен был вывести на орбиту три аппарата «Глонасс-М» для пополнения группы спутников российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС. Спутники должны были выйти на орбиту к 16:27 МСК, но разгонный блок ДМ-3 с ними упал в Тихий океан в районе Гавайев.

Версии причин катастрофы как всегда в таких случаях сменяют одна другую. В понедельник обсуждалась «человеческая ошибка» в программном обеспечении полета, 7-го числа прошла версия о «лишней тонне ракетного топлива» (эту версию явно составлял человек, далекий от космоса).

Если бы эти три вошли в строй, ГЛОНАСС располагал бы 24-мя действующими спутниками. Первый был выведен на орбиту в далеком советском октябре 1982 года. Однако в эксплуатацию система была введена лишь в сентябре 1995-го года, 13 лет спустя. Ее целью и тогда были 24 спутника на орбите. Без них система не может действовать, как задумано. В декабре 95-го на орбите были эти 24 спутника, но к 2001-ом их осталось только шесть. Тогда число спутников сократилось из-за короткого срока службы (первые спутники типа «Глонасс» работали всего четыре с половиной года) и нехватки финансирования.

Кстати, программа ГЛОНАСС финансируется из госбюджета. Ее клиентами могут выступать не только индивидуальные пользователи навигаторов, но и государственные организации и, что особенно важно, военные. На сегодняшний день в мире в полном объеме функционирует только одна навигационная система: американская GPS. При этом многие виды боевой техники, включая самолеты и ракеты, используют сигналы глобальной навигации.

Это и объясняет, среди прочего, стремление каждой страны с достаточными ресурсами и амбициями создать свою, независимую систему. Китай уже вывел пять спутников в рамках программы «Бэйдоу» («Северный ковш» – так по-китайски называется созвездие Большой медведицы), а к 2020-му планирует вывести 30. ЕС планирует ввести в строй свою систему «Галилео» в 2014-2016 годах. Она, как и «Бэйдоу», будет состоять из 30-ти спутников.

Как собственно происходит определение местоположения с помощью этой системы? Спутники постоянно излучают высокочастотный радиосигнал, который и принимают навигаторы на Земле. По задержке этого сигнала можно определить расстояние между точкой приема и спутником, с которого он подается.

Спутниковый сигнал несет в себе три составляющие: псевдослучайный код, эфемериды и альманах. Псевдослучайный код определяет спутник, с которого принят сигнал. Эфемериды сообщают координаты данного спутника в пространстве. Каждый спутник получает их с Земли – из центра управления полетом – и ретранслирует их в своем сигнале. Альманах несет информацию о положении и состоянии спутников. Спутники, используемые в военных целях, передают отдельный закодированный сигнал.

Если одновременно принимать сигналы с трех или более разных спутников, можно определить точку приема на поверхности Земли. Триангуляция позволяет сделать это довольно точно, если три точки сигнала разнесены в пространстве на достаточные углы. Здесь речь о трех источниках сигнала, но в ГЛОНАССе их должно быть минимум 24 для нормальной работы. Почему так?

Дело в том, что спутники видны не постоянно. Их вращение над Землей совершается с периодом в 11-12 часов, и каждый из них уходит за горизонт часть этого времени. К тому же, чем больше спутников, тем точнее определение точки на поверхности Земли. Сигнал от спутников принимается с разной силой в разных точках, и чтобы покрыть большие территории надежным сигналом, нужны не три, а гораздо большее число спутников. Отсюда эти цифры: 24 в ГЛОНАССе и 30 в других системах.

Основные параметры качества работы системы навигации – это надежность (процент времени, в которое есть стабильный сигнал от спутника) и точность определения. У ГЛОНАССа она составляет 4,46-8,38 м по широте и долготе, а у действующей ныне GPS – 2,00-8,76 м. Как видно, ГЛОНАСС, даже при условии стабильного покрытия территории, требующего 24-х спутников, уступает по точности GPS. Это как раз и говорит о том, что его основное назначение не конкуренция с GPS за глобальные рынки (министр обороны Сергей Иванов так и заявлял официально), а создание независимой системы.

Что касается пользователей, то на практике навигаторы ГЛОНАССа сейчас отдельно не используются. Они как правило сочетаются с GPS в одном приборе. При этом электроника, принимающая и обсчитывающая сигналы ГЛОНАССа, гораздо больше по размерам и энергопотреблению, чем чипы GPS.

По некоторым сведениям, длина антенны ГЛОНАССа в три раза больше, чем у GPS. Все это позволяет сказать, что недостающие сейчас на орбите три спутника – это не единственное, что нужно для продажи устройств ГЛОНАССа на потребительском рынке. Предстоит разработать электронику, отвечающую современным потребительским стандартам.

Дмитрий Крылов, PhD, независимый эксперт по инновационным технологиям

Что лучше всего подходит для приложений слежения?

За последние несколько лет стало доступно множество наборов микросхем, которые могут отслеживать группировки спутников в дополнение к GPS. От клиентов часто задают вопрос: что лучше всего подходит для моего приложения, GPS или ГЛОНАСС? Быстрый ответ: «Используйте их оба». К сожалению, чем больше созвездий вы добавите, тем выше будет цена. В этой короткой статье я рассмотрю некоторые из основных различий между этими технологиями и опишу различные варианты, доступные дизайнеру.Мы надеемся, что это станет хорошей отправной точкой в ​​поисках лучшего решения для отслеживания вашего приложения.

Краткий обзор спутниковых технологий

Давайте сделаем шаг назад и посмотрим на технологию в целом. Группа спутников, передающих информацию о местоположении, называется созвездием. Спутники транслируют сигналы на Землю, и, вычисляя разницу во времени приема сигналов от разных спутников, приемник может определить, где он находится.Положение спутников известно и предоставляется в сигналах, которые они транслируют. Глобальная система позиционирования (GPS) — самая старая из таких группировок. Он был разработан военными США и начал действовать в 1995 году. Он называется Global, потому что вы можете принимать сигналы от этого созвездия в любой точке мира. Напротив, QZSS — это японская региональная система, охватывающая только Азию и Океанию. Для приложений слежения важно, чтобы ваш приемник мог «видеть» (или принимать сигналы) как минимум 4 спутника, чтобы иметь возможность вычислять широту, долготу и высоту.Если одна из этих переменных известна, требуется меньше спутников. Здесь важно понимать, что чем больше спутников ваш приемник может «видеть», тем меньше вероятность того, что он потеряет отслеживание.

Различия между GPS и ГЛОНАСС

Теперь, когда у нас есть представление о том, как работает система и что нам нужно для отслеживания, давайте сравним GPS с российской системой ГЛОНАСС. Что касается GPS, США обязались поддерживать как минимум 24 работающих спутника GPS в 95% случаев.За последние несколько лет стабильно работал 31 спутник. Созвездие ГЛОНАСС также было завершено в 1995 году, но в конце 1990-х годов стало неполным из-за потери спутников. При Владимире Путине проект ГЛОНАСС стал приоритетным и получил существенное увеличение финансирования. К октябрю 2011 года была восстановлена ​​полная группировка из 24 спутников, что обеспечило глобальный охват. С точки зрения точности позиционирования GPS в целом немного лучше, чем ГЛОНАСС, но из-за различного позиционирования спутников ГЛОНАСС ГЛОНАСС имеет лучшую точность в высоких широтах (далеко на севере или на юге).

Доступные модули GPS

Итак, если у вашего продукта всегда будет беспрепятственный обзор неба или вы хотите самое дешевое решение, я бы порекомендовал GPS. Telit предлагает множество модулей GPS с отличными характеристиками. Их самый маленький модуль GPS, SE880, составляет всего 4,7 x 4,7 мм без антенны.

Модули Telit не поставляются со встроенной антенной, поэтому для клиентов, которые хотели бы иметь полное решение, мы предлагаем модули Antenova, такие как M10478-A1, который составляет 13.8 x 9,5 мм и включает бортовую антенну.

Доступные модули GPS + ГЛОНАСС

Для приложений в городских условиях, где высокие здания могут закрывать часть неба, я всегда рекомендую решение, которое использует преимущества спутников GPS и ГЛОНАСС. Проезжая между высокими зданиями, вы понимаете, что это ограничивает количество спутников, которые будут видны приемнику. Если вы полагаетесь только на одно созвездие, то на таком небольшом участке неба может не быть видно 4 спутников, что затрудняет определение местоположения.Когда вы добавляете второе созвездие, вы удваиваете свои шансы получить исправление в этой среде.

Telit предлагает несколько модулей GPS + ГЛОНАСС, которые легко объединяют информацию от обоих созвездий. SE868-V2 — популярный выбор из-за его занимаемой площади 11 x 11 мм. Помимо GPS и ГЛОНАСС, он также готов работать с QZSS, Galileo (Европа) и Compass (ранее BeiDou, Китай), поэтому в вашем дизайне можно будет использовать эти созвездия в будущем.

Antenova также предлагает M10478-A3, который имеет такую ​​же площадь основания 13,8 x 9,5 мм и охватывает как GPS, так и ГЛОНАСС, но включает в себя бортовую антенну.

Symmetry предлагает гораздо больше модулей позиционирования в дополнение к этим продуктам, а также оценочные комплекты, чтобы сократить время разработки. Мы также предлагаем антенны в дополнение к этим модулям и можем помочь выбрать правильный модуль и антенну для вашей конструкции. Чтобы получить помощь в выборе модулей и антенн, позвоните нам по телефону (310) 536-6190 или свяжитесь с нами через Интернет.

Автор: Cobus Heukelman

Что такое ГЛОНАСС и чем он отличается от GPS? — Гаджеты для использования

Что ж, возможно, вы уже сталкивались с терминами GPS и ГЛОНАСС, особенно при изучении спецификаций мобильных телефонов. Хотя большинство людей хорошо знакомы с GPS, не многие из них знают о ГЛОНАСС.

Начнем с того, что GPS и ГЛОНАСС — это две разные космические спутниковые навигационные системы, которые предназначены для обеспечения геолокации и времени по всему земному шару и обычно используются для отслеживания местоположения и навигации.Сказав это, что такое ГЛОНАСС? А чем он отличается от GPS? Поговорим о том же подробнее.

Что такое ГЛОНАСС?

Термин ГЛОНАСС означает Глобальная навигационная спутниковая система или Глобальная навигационная спутниковая система . Его разработка была начата Советским Союзом еще в 1976 году.

Хотя ГЛОНАСС служит той же цели, что и GPS, он принадлежит и управляется Россией. Примечательно, что это самая дорогостоящая программа Федерального космического агентства России на сегодняшний день, на которую, по данным за 2010 год, уходит почти треть его бюджета.

Что такое GPS?

Как вы понимаете, GPS означает Global Positioning System — космическая спутниковая навигационная система, которая предоставляет информацию о местоположении и времени в любых погодных условиях, по аналогии с ГЛОНАСС.

На самом деле, изначально он предназначался для военных, но позже стал доступен для гражданского использования в 1980-х годах. На данный момент он поддерживается и контролируется правительством США и доступен всем, у кого есть GPS-приемник.

GPS против ГЛОНАСС — в чем отличия?

Количество спутников

Для начала, ГЛОНАСС использует в общей сложности 24 рабочих спутника, которые вращаются вокруг Земли на трех орбитальных уровнях в диапазоне высот 1900–2000 км. Они совершают около двух оборотов вокруг Земли за день под углом 64,8 градуса от экватора.

Космический сегмент ГЛОНАСС Космический сегмент GPS

Тогда как GPS, с другой стороны, использует 31 спутник, 24 из которых работают одновременно.Эти спутники работают в 6 различных орбитальных плоскостях на высоте 21150 км под углом 55 градусов к экватору.

Дополнительные семь присутствуют, чтобы заполнить пробел на случай, если какой-либо из действующих спутников выйдет из строя или нуждается в обслуживании. На данный момент США запустили более 72 спутников с официальным числом целей 33, но не все остаются работоспособными.

Технология

Как уже отмечалось, и GPS, и ГЛОНАСС используют разные методы.Чтобы быть более конкретным, GPS использует канализацию с кодовым разделением каналов, а ГЛОНАСС полагается на разделение каналов с частотным разделением.

Если углубиться в детали, то спутники GPS используют кодирование CDMA и передают в диапазонах 1575,42 МГц (сигнал L1 — гражданский) и 1227,6 МГц (сигнал L2 — военный). Каждый спутник передает одну и ту же частоту с уникальным кодом в качестве идентификатора для каждого спутника.

Напротив, спутники ГЛОНАСС используют кодирование FDMA и передают в диапазонах 1602 МГц (сигнал L1 — гражданский) и 1246 МГц (сигнал L2 — военный).Каждый спутник передает один и тот же код, но на разных частотах вблизи соответствующих диапазонов. Здесь L2 — это зашифрованный сигнал, доступ к которому может получить только уполномоченный персонал (военные) или агентства.

Что лучше?

Что касается точности позиционирования, было бы неправильно называть любой из них лучшим. В любом случае, ГЛОНАСС имеет лучшее покрытие в высоких широтах (в основном в России и северных широтах), где сигналы GPS труднодоступны.

Напротив, GPS имеет высокое покрытие на низких и средних широтах и, следовательно, дает гораздо лучшую точность, чем ГЛОНАСС.Это дает ему преимущество перед последним, поскольку он охватывает регион, в котором проживает большая часть населения мира.

При этом точность значительно снижается при навигации в городах из-за высотных зданий и инфраструктуры или из-за плохой погоды. В таких ситуациях ГЛОНАСС используется вместе с GPS для повышения точности позиционирования.

Как ГЛОНАСС и GPS работают вместе?

Устройства с чипами GPS и ГЛОНАСС обеспечивают комбинированный доступ примерно к 55 спутникам.Это приводит к повышению точности определения местоположения, надежности и скорости. Эта комбинация также упоминается как двухъядерное устройство на основе местоположения. По-видимому, это помогает пользователям в ситуациях, когда спутники, основанные на одной системе, могут быть недоступны или заблокированы из-за некоторых внешних препятствий, включая здания, инфраструктуру или облака.

Заключение

Итак, это все о том, что такое ГЛОНАСС и чем он отличается от GPS. Все включено, GPS, несомненно, более доступен и лучше работает в большинстве частей мира.Однако ГЛОНАСС не менее важен для повышения точности, особенно в густонаселенных городских районах.

Тем не менее, ваш телефон поддерживает обе навигационные системы? Дайте нам знать в комментариях ниже. Кроме того, не стесняйтесь обращаться к нам в случае каких-либо сомнений или вопросов. Чтобы узнать больше о том, как вспомогательные GPS и ГЛОНАСС помогают в навигации на смартфонах, щелкните здесь.

«Что такое ГЛОНАСС и чем он отличается от GPS?», 5 из 5 на основе оценок 1.

GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo: преимущества установки Multi-GNSS

Поскольку Интернет вещей (IoT) связывает постоянный поток информации между людьми и процессами, управляющими миром вокруг нас, глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) обеспечивают важные функции, включая синхронизацию и определение местоположения, которые необходимы для повседневной работы устройств. дневные операции.

Глобальные навигационные спутниковые системы

используют спутниковую технологию для определения географического положения подключенных устройств. GNSS — это всеобъемлющий термин для категории глобальных систем, включая GPS, ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo. И когда одновременно используется более одного созвездия, преимущества этих систем объединяются. Глобальным системам помогают региональные системы дополнений: WAAS в Северной и Южной Америке, EGNOS в Европе, GAGAN в Индии и MSAS в Японии.Эти системы предоставляют данные, необходимые для безопасной навигации самолета. Каждая региональная система предлагает уникальные преимущества в широком диапазоне частот. Региональные системы, такие как QZSS и NavIC, предоставляют дополнительные услуги для своих географических регионов.

Технологии Интернета вещей позволяют использовать все, от носимых устройств отслеживания состояния до интеллектуального управления зданием, определения местоположения транспортных средств и отслеживания посылок.

Системы

GNSS поддерживают приложения IoT, предоставляя данные о местоположении и скорости подключенного устройства.Они также предоставляют точную информацию о времени — важный компонент в построении синхронизированной высокоточной сети IoT.

Когда владельцы бизнеса и операторы используют несколько созвездий GNSS одновременно, они могут повысить доступность навигационного решения, повысить точность определения местоположения, ускорить работу и, в конечном итоге, сэкономить время и деньги. Все это ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе количества систем для использования в IoT.

По мере роста глобального спроса на возможности подключения компании могут ожидать большей интеграции технологий GNSS в 2020 году.Какие платформы GNSS доступны сегодня и чем они отличаются?

4 Системы GNSS и их уникальные особенности

GPS (США)

Хотя GPS и GNSS часто используются как взаимозаменяемые, Глобальная система позиционирования (GPS) является наиболее часто используемой системой спутниковой навигации в мире, работающей с 32 спутников на шести орбитальных плоскостях. Первоначально разработанный в Соединенных Штатах для использования в военных целях, теперь мы видим GPS во всем: от автомобильной навигации до бизнес-тегов в социальных сетях, а также в сельском хозяйстве и картографии.Высокоточная многочастотная система GPS с использованием методов PPP или RTK может определять пространственные местоположения до 10 сантиметров или меньше.

ГЛОНАСС (Россия)

Как и GPS, ГЛОНАСС была разработана в 1970-х годах как российская военная система позиционирования. Коммерческие приложения, такие как передача данных о местоположении и прогнозы погоды, начались в 1980-х годах с развертывания 24 спутников на трех орбитальных плоскостях.

BeiDou (Китай)

С 2000 года китайская навигационная спутниковая система BeiDou (BDS) постоянно расширяется, чтобы потенциально обогнать GPS в коммерческом глобальном использовании.В настоящее время в своем третьем поколении он утверждает, что обеспечивает точность на уровне миллиметра, которая превосходит другие системы. Однако, имея всего 22 действующих спутника, BeiDou находится в небольшом недостатке с точки зрения точности по сравнению с GPS и ГЛОНАСС. Ожидайте больше спутников и повышение точности к 2020 году.

Галилео (ЕС)

Разработанная Европейским Союзом в 2011 году, система Galileo в настоящее время управляет 14 спутниками и предназначена для обеспечения более точного определения местоположения на более высоких широтах, чем другие системы GNSS.Ожидается, что к 2020 году Galileo будет конкурировать с глобальным охватом GPS с использованием 24 спутников в шести орбитальных плоскостях. В настоящее время Galileo оказывает услуги по реагированию на чрезвычайные ситуации и делает дороги и железные дороги Европы безопасными для всех.

4 преимущества одновременного использования нескольких спутниковых приемников спутниковой связи

Современные модули позиционирования и синхронизации разработаны для одновременного использования преимуществ нескольких созвездий GNSS. Объединение нескольких спутниковых систем улучшает доступность сигналов, дает операторам больший доступ и увеличивает точность.Недавние тесты вождения, сочетающие GPS и ГЛОНАСС, показали заметное улучшение как точности, так и производительности по сравнению с результатами одной системы.

Если вы ориентируетесь в густонаселенном городе, обширной пустыне или густом лесу, использование нескольких систем GNSS поможет вам оставаться на связи и сосредоточиться.

Отрасли и предприятия могут в любой конфигурации добиться следующих преимуществ:

  1. Добавленная безопасность. В маловероятном случае отказа спутника приемники GNSS автоматически удаляют его из навигационного решения.
  2. Несколько путей. Доступ к нескольким спутникам увеличивает видимость в регионах с естественными или искусственными препятствиями (городские каньоны создаются высокими, сгруппированными зданиями и могут серьезно влиять на точность одночастотной GNSS), а также улучшает время до первого исправления (TTFF), то есть показатель времени необходим для того, чтобы подключенное к GNSS устройство могло определить свое местоположение.
  3. Перспективы будущего. Интеграция систем — это форма, ориентированная на будущее, поскольку изменения в каждой системе отражают изменения на рынке с разной скоростью.
  4. Повышенная целостность данных . Galileo обеспечивает повышенные функции безопасности для морской, железнодорожной, логистической и автомобильной промышленности. Разделение нескольких систем, таких как Galileo, с GPS, дает более широкую сеть с точки зрения досягаемости, позиционирования и точности.

В поисках подходящих решений для нескольких созвездий будущего

Telit предлагает множество решений для тех, кто интересуется, какие услуги существуют для использования сигналов от нескольких созвездий GNSS.Telit — одна из немногих компаний IoT, использующих для своих клиентов несколько решений GNSS. Наше семейство модулей Jupiter SL869 дает клиентам возможность включать измерения сигналов от различных технологий GNSS в режиме реального времени. Протестируйте один из наших модулей GNSS в своем приложении.

Китайский BeiDou готов бросить вызов GPS, ГЛОНАСС и Galileo

Как спутники вращаются вокруг Земли?

По существу существует три типа околоземных орбит: низкая околоземная орбита (НОО), средняя околоземная орбита (СОО) и высокая околоземная орбита (ВОО), которая включает геостационарную экваториальную орбиту (ГСО).

LEO начинается чуть выше верхней границы атмосферы, в то время как HEO начинается примерно на одной десятой пути к Луне. Скорость, с которой спутник вращается вокруг Земли, определяется гравитационным притяжением Земли, следовательно, чем дальше от Земли находится спутник, тем медленнее он будет двигаться.

Спутники погоды и связи, как правило, работают на ВЭО, дальше от поверхности Земли. Навигационные и специальные спутники, предназначенные для мониторинга определенных регионов, как правило, используют MEO.Научные спутники, такие как флот Системы наблюдения за Землей НАСА, будут иметь низкую околоземную орбиту.

Прокрутите, чтобы сравнить высоту орбиты китайской навигационной спутниковой системы BeiDou (BDS) с американской системой глобального позиционирования (GPS), российской глобальной навигационной спутниковой системой (Glonass) и системой Galileo Европейского союза.

Трехэтапная стратегия развития

Национальное космическое управление Китая сообщает, что BDS была разработана в три этапа.

Наземная система дополнения

К концу 2019 года в Китае было 155 базовых опорных станций и более 2200 региональных станций, работающих по всей стране для обеспечения точности системы. Базовые опорные станции предоставляют услуги навигации в реальном времени на уровне метра и дециметра, в то время как региональные станции могут предлагать услуги на уровне сантиметра. Здесь мы рассмотрим распространение базовых опорных станций в Китае.

Базовые опорные станции

Насколько точен BDS по сравнению с ГЛОНАСС, GPS и Galileo?

BeiDou GPS Галилео Глонасс

Оборот рынка

За последние 10 лет в индустрии спутниковой навигации в Китае произошел бум.Согласно официальному документу, опубликованному правительством Китая в этом году, общая стоимость услуг на основе навигации и позиционирования в Китае достигла 345 миллиардов юаней (49,8 миллиарда долларов США) к 2019 году, и в них было занято более 500000 человек через связанные компании или учреждения.

Креативный директор Даррен Лонг.

Источники: официальный сайт BeiDou; Международная система мониторинга и оценки GNSS; Европейское космическое агентство; Земная обсерватория НАСА; Китайская ассоциация глобальных навигационных спутниковых систем и служб геолокации; Исследовательский центр тестирования и оценки Китайского управления спутниковой навигации; Информационно-аналитический центр позиционирования, навигации и хронометража, Королев, Россия; Официальный сайт GPS

Российская глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС в апреле вышла из строя и UNAVCO | Основные моменты | Основные

  • Главные следователи: Сотрудники УНАВКО
  • Дата: 1 апреля 2014 г.
  • Расположение: Штаб-квартира UNAVCO в Боулдере, штат Колорадо,

Авторы Генри Берглунд, Фредерик Блюм и Селия Шиффман
15 декабря 2014


Обзор сбоя системы ГЛОНАСС

Российская глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС вышла из строя на 10 часов, начиная с 21:00 UTC 1 апреля 2014 года, что затронуло значительное количество приемников GNSS, эксплуатируемых UNAVCO и нашими сотрудниками.Многие станции GNSS используют как GPS, так и ГЛОНАСС для повышения точности и надежности приложений реального времени. Однако ошибка в широковещательном навигационном сообщении ГЛОНАСС привела к тому, что некоторые приемники полностью не смогли отслеживать сигналы ГЛОНАСС, а в некоторых случаях сигналы GPS в течение нескольких часов.


Влияние на данные UNAVCO

Отключение системы ГЛОНАСС совпало с землетрясением Mw 8.2 в Писагуа, и хотя сотрудники отдела разработки и тестирования UNAVCO знали об отключении системы ГЛОНАСС, пока это происходило, степень воздействия на отслеживание GPS не стала ясна, пока мы не начали обрабатывать данные, записанные во время землетрясение.UNAVCO и другие глобальные аналитические центры смогли точно оценить ежедневные позиции на пораженных участках, несмотря на некоторые недостающие данные. Однако кинематические решения во время события могли быть прерваны на нескольких участках с затронутыми приемниками.

Большинство приемников UNAVCO отслеживают только спутники GPS и, таким образом, не пострадали от отключения. Новые приемники GNSS с несколькими созвездиями, которые могут отслеживать GPS, ГЛОНАСС, и более новые созвездия GNSS, такие как Galileo, столкнулись с некоторыми проблемами отслеживания.Производители приемников используют собственное программное обеспечение для автономного мониторинга целостности приемников (RAIM) для распознавания и исключения ошибочных данных, которые должны включать, когда спутники передают неверную орбитальную информацию. Некоторые приемники смогли распознать ошибку в эфемеридах ГЛОНАСС и исключить наблюдения ГЛОНАСС во время отключения, в то время как некоторые приемники не смогли исключить ошибочные данные и вычислили неточные оценки местоположения и смещения часов приемника. Мы делаем вывод, что ошибочные оценки смещения часов — это то, что не позволило подмножеству приемников отслеживать во время отключения.

  • Рисунок 1. Если количество эпох, записанных сайтом в архиве UNAVCO, не соответствовало прогнозируемому количеству эпох на 1 и / или 2 апреля, сайты были помечены как отсутствующие эпохи. Эта гистограмма показывает … Читать дальше »
  • Рис. 2. Из-за сбоя системы ГЛОНАСС была нарушена обработка потоков данных RTCM от приемников NetR9 в новозеландской сети GeoNet.Обработка была восстановлена, когда операторы сети отключили слежение за ГЛОНАСС (красная пунктирная линия) …. Читать дальше »
  • Рис. 3. Анализ воздействия отключения ГЛОНАСС 1 апреля 2014 г. на объекты с поддержкой GNSS в архиве UNAVCO. Желтыми и красными кружками отмечены станции, на которых отслеживание приемника было прервано в течение времени … Читать дальше »

Отдел разработки и тестирования UNAVCO и сотрудники Международной службы GNSS (IGS) и GNS New Zealand проанализировали данные, собранные с 316 приемников с поддержкой ГЛОНАСС в нашем архиве, а также с 79 сайтов из GeoNet NZ.Результаты показывают, что отслеживание как ГЛОНАСС, так и GPS было затронуто в ряде пунктов, в зависимости от типа приемника и способности программного обеспечения RAIM обнаруживать ошибку. Сеть Новой Зеландии использует исключительно приемники с поддержкой GNSS, и поэтому значительная часть их сети пострадала во время отключения.

Проблемы и причина сбоя

Причина и продолжительность отключения не были публично объяснены центром управления ГЛОНАСС.Предполагается, что была допущена ошибка программирования и потребовалось несколько часов, прежде чем можно было внести исправления, как из-за сложности сообщений, так и из-за процедуры, используемой для загрузки исправлений на каждый из 24 спутников.

До этого сбоя сообщество GPS не сталкивалось с отказом целого созвездия. Использование нескольких созвездий было предназначено для обеспечения избыточности в таком случае; Тот факт, что отказ одного созвездия может вызвать полный отказ системы, выявил критический недостаток конструкции приемников GNSS.Производители в настоящее время усиленно работают над разработкой нового микропрограммного обеспечения с улучшенными алгоритмами RAIM, чтобы гарантировать, что подобные сбои не могут произойти в будущем. Анализ UNAVCO поведения глобальной популяции приемников GNSS является важным вкладом в эти усилия.

Ссылки по теме

  • Плакат мастерской IGS 2014
  • Доступ к данным, обсуждаемым в этой подборке
  • Плакат AGU 2014: Blume, F., Berglund, H., Ромеро, И., и Д’Анастасио, Э. (2014), Влияние сбоя ГЛОНАСС 1 апреля 2014 года на приемники GNSS, Аннотация G13A-0508, представленная на осеннем совещании 2014 года, AGU, Сан-Франциско, Калифорния, 15- 19 декабря
  • г.

Карта:


Анализ воздействия отключения ГЛОНАСС 1 апреля 2014 г. на объекты с поддержкой GNSS в архиве UNAVCO. Желтыми и красными кружками отмечены станции, на которых было прервано слежение за приемником в период, когда ГЛОНАСС передавал незаконные навигационные сообщения.Щелкните здесь, чтобы просмотреть глобальную интерактивную версию этой карты, созданной Генри Берглундом, UNAVCO.

Точная передача времени ГЛОНАСС для генерации скоординированного универсального времени

Пространственные методы, используемые в настоящее время для точной передачи времени, основаны на GPS, TWSTFT и ГЛОНАСС. Международное бюро мер и весов (BIPM) уполномочено генерировать всемирное координированное время (UTC), которое ежемесячно публикуется в Циркуляре T BIPM .В 2009 году Международный консультативный комитет по времени и частоте (CCTF) рекомендовал использовать мультитехники в передаче времени для обеспечения точности, точности и надежности в UTC. Чтобы дополнить существующие связи времени GPS и TWSTFT, в ноябре 2009 года первые две связи времени ГЛОНАСС были введены во всемирную сеть связи времени UTC. К ноябрю 2011 года при вычислении всемирного координированного времени используется 6 привязок времени ГЛОНАСС. В рамках приложения при вычислении UTC мы устанавливаем технические особенности передачи времени ГЛОНАСС: краткосрочную и долгосрочную стабильность, процесс калибровки и, в частности, влияние множественных частотных смещений ГЛОНАСС.Затем мы обрисовываем в общих чертах различные соображения для будущих разработок, включая использование P-кодов и информации о фазе несущей.

1. Введение

ГЛОНАСС (от GLObal NAvigation Satellite System, сокращенно GLN) — это спутниковая навигационная система на основе радио, эксплуатируемая Космическими войсками России с целью обеспечения трехмерного позиционирования в реальном времени в любую погоду. , измерение скорости и хронометраж по всему миру. Полностью развернутая группировка GLN состоит из 24 спутников в трех орбитальных плоскостях, из которых восходящие узлы разнесены на 120 °.Восемь спутников равномерно распределены в каждой плоскости. Первый спутник был запущен 12 октября 1982 года, а создание группировки было завершено в 1995 году, хотя до последних лет она не всегда поддерживалась в хорошем состоянии.

Что касается нынешних и будущих методов точной передачи времени, GLN сопоставим с другими глобальными навигационными спутниковыми системами (GNSS): Глобальной системой позиционирования (GPS) США, будущей китайской навигационной системой Compass и системой позиционирования Galileo. Европейского Союза.

Чтобы гарантировать точность и надежность генерации всемирного координированного времени, незаменима стратегия мультитехнической передачи времени всемирного координированного времени. За последние два десятилетия много усилий было направлено на внедрение GLN в UTC. Однако более ранние исследования GLN [1–9] оставались на экспериментальной стадии, потому что было всего несколько работающих приемников времени GLN, группировка GLN была неполной и оставались нерешенными технические вопросы; среди них основная трудность заключалась в множественных частотных искажениях номеров GLN.

Ситуация значительно улучшилась за последние годы. По состоянию на 2008 год в лабораториях UTC работало 15 приемников времени GLN (см. Таблицу 9), и они использовались для резервного копирования обычных каналов GPS и TWSTFT. Недавние исследования [10–12] устранили последние оставшиеся проблемы, и первыми двумя связями времени GLN, которые должны были быть включены в генерацию UTC, были SU-PTB и UME-PTB, которые были введены в ноябре 2009 г. ( Circular T 263 ) [10–15]. На рисунке 1 показано состояние методов передачи времени, использованных в UTC в ноябре 2011 г. (циркуляр T 287).Здесь GLN & GPS означает комбинацию данных измерений кода GLN и GPS.


В этом исследовании мы исследуем приемники, доступные в настоящее время для передачи времени UTC. Данные численных тестов были собраны в основном с использованием приемников 3S Navigation и AOS TTS GPS / GLN. Вывод, полученный в этом исследовании, применим к этим двум типам приемников. Численный анализ проводился с использованием пакета программ BIPM UTC / TAI Tsoft с обычной ежемесячной процедурой.Когда исследование было парафировано, в банке данных UTC не было данных приемника TTS4. Недавно у нас есть пара данных приемника TTS4, и мы начинаем их изучать. Что касается приемников Septentrio, то в настоящее время нет доступного программного обеспечения для преобразования измерений приемника в формат CCTF CGGTS, используемый при передаче кода времени UTC. Приемники TTS-4 и Septentrio в этом исследовании не исследуются.

В следующем разделе мы описываем технические особенности использования GLN в UTC, а затем в Разделе 3 мы представляем различные текущие исследования на BIPM и, наконец, заключение.

В более ранней публикации [16] мы кратко сообщали о применении номера GLN при передаче времени и частоты UTC / TAI. В этой статье, однако, мы подробно рассматриваем этот вопрос; в частности, мы обсуждаем влияние частотных смещений GLN во временных связях UTC / TAI. Для читателей, которые не знакомы с концепцией точных методов передачи времени GNSS, обратитесь к [16], в котором дается простое объяснение передачи времени GNSS CV и AV, и к [17], где подробно обсуждается AV.

2. Использование номера GLN для передачи времени UTC

Номер GLN распределяет три кода, которые могут использоваться для передачи времени: L1C, L1P и L2P. Код L1C разрешен для использования в гражданских приложениях в ICD ГЛОНАСС [18]. Хотя измерения обычно выполняются приемниками, коды P1 и P2 в основном не предназначены для использования в гражданских целях [18]. Четвертый код, L3P, свободный от ионосферных задержек, формируется из линейной комбинации L1P и L2P. P-коды имеют более высокое качество, чем C-код, и поэтому логически можно было бы ожидать, что они будут иметь очевидные преимущества при передаче во времени.Однако этого не наблюдалось ни в наших предыдущих исследованиях с использованием приемников 3S Navigation [6], ни в недавних оценках с использованием новейших приемников TTS-3 [19]. В настоящее время мы не знаем точной причины. На рисунке 2 показано сравнение стандартного отклонения остатков сглаживания ( σ ) временных линий CV с использованием кодов GLN на разных расстояниях между 1200 и 9200 км. Здесь все данные измерений L1C, L1P и L2P были скорректированы с использованием точной информации об орбите и ионосфере IGS.Данные CGGTTS были собраны в 2004 г. с приемников 3S, расположенных в AOS (Польша), VSL (Нидерланды) и CSIR (Южная Африка). Видно, что средние значения в таблице, полученные с использованием данных L1C и L1P, хорошо согласуются друг с другом в пределах σ , что означает, что та же калибровка применяется в той же полосе частот. Стандартное отклонение, полученное с помощью кода L1C, статистически не больше, чем с использованием P-кодов, и действительно для больших расстояний результаты кода L1C немного лучше, чем у P-кодов.Аналогичные результаты были получены в более поздних тестах с использованием приемников TTS [19].


Аналитические центры IGS не предоставили точных поправок для спутниковых часов GLN (CODE аналитического центра IGS недавно объявил о доступности часов GLN, которые нам необходимо проверить перед использованием для вычисления UTC). следовательно, метод All in View (AV) [17] в настоящее время неприменим для GLN. В сегодняшней передаче времени GLN: (1) Common View (CV) по-прежнему полезен для устранения влияния спутниковых часов и уменьшения неопределенностей задержки орбиты и атмосферы; (2) уровень техники использования P-кодов не показывает очевидных преимуществ по сравнению с кодом L1C, поскольку неожиданные смещения и шумы могут ухудшить качество данных P-кода.Требуется дальнейшее изучение.

Таким образом, настоящее исследование сосредоточено на передаче времени CV кода L1C и его применении в UTC. В следующих обсуждениях, поскольку кратковременный шум измерения временной линии L1C составляет от 0,7 до 1,5 нс, как показано в таблицах 2–8 и на рисунках 3–7 в следующих разделах, возмущающие эффекты, включая влияние частотных смещений с величиной намного меньше, чем шум измерения, скажем 0,3 нс или меньше, будет считаться незначительным в исследовании.




Прежде чем номер GLN можно будет использовать в UTC, необходимо прояснить следующие моменты: (1) использование точных орбитальных и ионосферных поправок, (2) систематические ошибки из-за нескольких номеров GLN PRN и / или частот, (3) краткосрочная и долгосрочная стабильность, (4) калибровка и ее долгосрочное изменение.

Первый момент полностью обсуждался в более ранних исследованиях, таких как [4–6]. Несколько аналитических центров, в том числе IGS, ESA (Европейское космическое агентство) и IAC (Информационно-аналитический центр, Российская Федерация), предоставляют регулярные обновления точных эфемерид спутников GLN [14].В настоящее время мы используем продукты эфемеридов IAC и карты ионосферы IGS для вычисления точных поправок на орбиту и ионосферу.

В следующих разделах мы обсудим три оставшихся момента на основе тестовых данных CGGTTS L1C от UTC 1005 до UTC 1110 (с мая 2010 года по октябрь 2011 года), предполагая, что все необработанные измерения были скорректированы с учетом точных орбит и задержек в атмосфере.

2.1. PRN и частотные смещения во временных связях CV

В отличие от GPS, спутники GLN разделены на группы в соответствии с используемыми частотами.Ранние исследования, основанные на определенных физических соображениях и на приемниках GLN первого поколения, например, 3S Navigation, рассматривали вопрос о так называемых частотных смещениях, мешающих передаче времени CV [3, 4], и предлагали предварительную коррекцию каждой частоты GLN для данные, которые будут использоваться для вычисления UTC. Однако более позднее исследование в 2005 г., основанное также на приемниках 3S [5, 6], и недавнее исследование в 2009 г., основанное на приемниках GLN нового поколения, например, TTS3 [10, 12], показали, хотя подробные результаты не было опубликовано, что влияние смещений незначительно по сравнению с шумом измерения (от 1 нс до 1.5 нс). Этот вывод означал, что в принципе метод передачи времени GLN CV может использоваться непосредственно в качестве GPS без необходимости корректировки частотного смещения для вычисления UTC; то есть, сравнивая усиление и сложность вычисления, не стоит делать поправки на частотное смещение при ежемесячном вычислении UTC. Дальнейшие исследования, соответствующие P-кодам как GLN, так и GPS, можно найти в [11].

Мы оцениваем PRN и / или частотные смещения, основываясь на наиболее приемлемой гипотезе, например, [3], что разные частоты, излучаемые разными спутниками через разные каналы приемника, вызывают разные смещения, которые нарушают временную передачу CV GLN.Важно установить, являются ли смещения значительно ниже шума измерения и, следовательно, пренебрежимо малыми, или, альтернативно, требуется калибровка или коррекция для каждой частоты во временной связи GLN CV.

2.1.1. PRN и частоты номеров GLN

По состоянию на середину 2010 года система GLN включает 20 спутников, работающих с кодом L1C. В таблице 1 перечислены рабочие номера GLN PRN, наблюдаемые с помощью приемников TTS-2 и TTS-3. Всего 20 рабочих PRN записываются с использованием приемников TTS-3 и только 11 PRN с использованием приемников TTS-2.Еще один PRN, 09, указан в официальном каталоге [18] как работающий только в L1C, но не наблюдаемый приемниками TTS. В таблице 1 спутники перечислены в порядке частотных кодов. Всего один или два спутника излучают 11 кодированных частот. Исключая PRN 03, в типичном месячном файле данных UTC с использованием приемника TTS-3 в среднем содержится около 900 наблюдений L1C.

3 9040TS 9040TS -2 9040 ТС 2 9040 3

PRN Fr. код N Приемник

GLN 11 0 904 TTS-3
GLN 15 9040TS 9040

GLN 01 1 900 TTS-3 / TTS-2
GLN 05 1 906 TTS-3 / TTS 9039 9044
GLN 20 2 901 TTS-3 / TTS-2

GLN 24 2 912
9040TS
GLN 13 −2 944 TTS-3

GLN 19 3 21 90TS-2 21 90TS-2 21 90TS-2 407 GLN 23 3 903 TTS-3

GLN 18 -3 920 TTS-3 TTS-3 TTS-3

GLN 17 4 895 TTS-3 / TTS-2
GLN 21 4

GLN 02 −4 893 TTS-3

GLN 03 5
GLN 07 5 885 TTS-3 / TTS-2

GLN 04 6 851 9040TS-2
GLN 08 6 902 TTS-3 / TTS2

GLN 10 -7 915 TTS-3
GLN 14

(a)

PRN

11 0 1602.0 750 −7.204 0,963
15 0 744 −7,083 0,920
160407 01 0,995
05 1 733 −6,518 0,896
20 2 1603.125 7409 740071 0,968
24 2 745 −7,175 1.016
13 −2 19 3 1603,6875 754 −5,559 0,928
23 3 730 −5,851 1,040
759 −5.724 0.906
22 −3 732 −5.800 1.034
1.031
21 4 736 −8.277 1.070
02 −4 1599.7500 328 0,983
03 5 1604.8125 220 −6.206 1.081
07 5 7226 6 1605,375 710 −6,727 0,931
08 6 720 −6,907 0625 753 −4,706 0,888
14 −7 748 −4,823 0,966
−7 0625 5625 .375

Fr Fr ′ / МГц / нс / нс

753 −4,76 0,65
−4 1599.7500 751 −5,33 0,98
−5,33 0,98
−3
−2 1600.8750 757 −6,79 0,98
0 1602,0 750 −7,14 0,66 0,66 727 −6,70 0,67
2 1603,125 740 −7,12 0,70
3 4 1604,25 745 −8,28 0,74
5 1604,8125 220 −6,16 0,74 6,16 0,74
710 −6,81 0,71


9033 9033 9033 9033
9040 y
9032 9 σ / нс смещение откалибровано 9040

Усиление

1005 1,199 1.073 11%
100409199 1,110 7%
1009 1,260 1,150 9%
9120

Базовая линия Расстояние / км σ / ns raw link 9120 ns raw link 9120 ns raw link

AOS-PTB 500 1.721 1,381 20%
NIS-PTB 3000 1,338 1,276 5%
OP-PTB

9064 OP-PTB
902 1,150 9%
SG-PTB 6300 2,500 2,557 −2%
UME-PTB 1900 1900 403 0

−9.988 365

PRN Fr. / нс / нс

11 0 700 −8,699 0,639
0 0,649
01 1 683 −8.809 0,743
05 1 693 −8,507 0,684
20 2 691 −8,673 691 −8,673 9040 9 9040 696 −8,578 0,760
13 −2 711 −8,857 0,711
19 3 701 701 701833 0,627
23 3 685 −8,700 0,751
18 −3 703 684 −9,730 0,698
17 4 703 −10,495 0,756
21 4 0,701
02 −4 692 −8,927 0,674
03 5 200 −8,8409 200 −8,871 663 −8,811 0,686
04 6 663 −9,895 0,673
08 6 880 0,735
10 −7 708 −9,329 0,744
14 −7 713 −9409
9040

Период ггмм σ / нс необработанное звено σ / нс смещение 1.252 1,254 0%
1008 1.068 1.043 2%
1009 1.066 1109 1,150 1,177 −2%

9040 0,906

9040 9 1 Среднее 2

11 0 0 0.963 0 0,639 0,0 0,0
15 0 0 0,920 0 0,649 1 0,995 −0,110 0,743 0,4 −0,1
05 1 0,565 0,896 −0,176 0,684 0.133 0,968 0,026 0,691 0,0 −0,1
24 2 −0,092 1,016 −0,247 9040 −2 0,411 0,975 −0,158 0,711 0,4 −0,2
19 3 1,524 0,928 −0.502 0,627 1,4 −0,3
23 3 1,353 1,077 −0,001 0,751
−1,657 0,690 1,4 −1,3
22 −3 1,404 1,034 −1,031 0,698 -1.204 1.031 −2.164 0.756 −1.1 −1.9
21 4 −1.073 1.070 −4 1,755 0,983 −0,596 0,674 1,8 −0,6
03 5 0,998 1,081 9040.172 0,613 1,0 -0,3
07 5 0,963 1,017 −0,480 0,686
−1,196 0,673 0,3 −1,4
08 6 0,176 1,069 −1,549 0,735 9040 2.498 0,888 −0,630 0,744 2,4 −0,7
14 −7 2.260 0,966 −0,747
9027 −0.6 ± 1,6 ± 1,3 1,6

YYMM AOS-PTB / ns SU-PTB / ns UME-PTB / ns UME-PTB −0,2 ± 1,4 0,0 ± 1,4
1001 −1,4 ± 1,6 −0,3 ± 1,6 −0,4 ± 1,4
0912 −1,0 ± 1,5 −0,2 ± 1,6 −0,4 ± 1,4
0911 −0,7 ± 1,6 −0,4 ± 1,6
0910 −0,9 ± 1,4 −0,3 ± 1,6
0909 −0.4 ± 1,6 −0,4 ± 1,6 −0,0 ± 1,4
0908 −0,4 ± 1,6 −0,4 ± 1,6 −0,6 ± 1,4
0907 −04 −0,7 ± 1,6 −0,6 ± 1,4
0906 −0,2 ± 1,6 −0,3 ± 1,6 −0,7 ± 1,4
0905 −0,040 ± 1,6 −0,0 ± 1,4

Среднее −0.6 −0,3 −0,3
σ 0,4 0,2 0,3





903




903 98



9040 GPS GLN TW

AOS
CH
IT
903
LDS
MIKE
NICT








шек
NPL
OP
PTB



9040
SG
SP
9040
TL
UME
VSL
ZA 1.2. Смещения PRN и частот

Наш главный интерес — влияние так называемых частотных смещений на временные связи CV. Согласно предыдущим исследованиям, мы сначала предполагаем, что частотные смещения существуют и физически вызваны частотами GLN, в значительной степени зависят от приемника и являются постоянными. Таким образом, частотные смещения должны быть универсальными и могут быть скорректированы при передаче времени UTC. Мы фокусируем наш анализ на базовых показателях SU-PTB и OP-PTB, потому что оба являются ссылками в формате UTC, а для последних у нас также есть ссылки PPP и TW GPS, которые являются более точными и предоставляют хорошие справочные данные для оценки ссылок GLN.Все три лаборатории оснащены приемниками ТТС-3. Чтобы изучить физическую причину (ы) частотных смещений, мы поступили следующим образом: (i) сначала мы разбили файл необработанных данных, содержащий все PRN, на подфайлы для каждого PRN, а затем вычислили ссылки с одним PRN; (ii) затем мы сравниваем ссылки с одним PRN с каналом PPP GPS, чтобы вычислить частотные смещения и использовать их для калибровки необработанных данных канала; (iii) мы изучаем, есть ли выигрыш, сравнивая временные отклонения и различия с GPS PPP и TW; (iv) наконец, мы применяем «частотные смещения», полученные за месяц базового уровня, для «калибровки» необработанных данных за другие месяцы и других базовых показателей, чтобы увидеть, являются ли смещения «универсальными» (независимо от получателей, месяцев и местоположений. ).

На рисунке 3 показано смещение GLN PRN 11 L1C, вычисленное путем сравнения канала OP-PTB CV с каналом GPS PPP для набора данных UTC 1009. Смещение PRN 11 составляет -7,20 нс ± 0,96 нс, включая калибровку. разница между GPS PPP и GLN L1C. Важен не размер смещения, а то, зависит ли оно в значительной степени от частоты номера GLN, приемника и времени.

В таблице 2 (a) перечислены смещения PRN в каналах CV относительно PPP GPS для базового OP-PTB (набор данных 1009).Наблюдая за соотношением между смещениями и частотами, таблица 2 (b) и соответствующий рисунок 4 показывают значения в порядке возрастания номинальных частот. Количество общих точек сравнения ( N ) обычно составляет около 750, за исключением 220 для PRN 03. Стандартное отклонение () смещения, определенного для каждого PRN, немного меньше, чем шум измерения в Код GLN L1C (обычно от 1 нс до 1,5 нс, как упоминалось ранее).

В таблицах 2 (a) и 2 (b) и на Рисунке 4 видно, что стандартное отклонение частотного смещения (см.подпись к рисунку 3) составляет около 0,7 нс, в то время как максимальная разница между ними составляет 3,5 нс, что больше, чем шум измерения. С другой стороны, различия между PRN, использующими одну и ту же частоту, в основном меньше 0,3 нс, что намного меньше, чем шум измерения. Это будет означать, что смещения зависят от частотных кодов, но от спутников.

Мы также оценили так называемые частотные смещения, используя другие ссылки, такие как P3 и TW, и результаты почти такие же, как те, которые перечислены в таблице 2; то есть стандартное отклонение в основном связано с шумом в L1C.Кажется, что нет очевидной корреляции между амплитудами смещений и номинальными частотами.

2.1.3. Поправки на частотные смещения при передаче во времени CV GLN

Ожидается, что применение поправок на частотное смещение к необработанным измерениям GLN должно привести к значительному снижению уровня шума и повышению краткосрочной стабильности линии связи. На Фигуре 5, Фигуре 5 (a) показан канал GLN L1C OP-PTB 1009, где все частотные смещения были скорректированы; На рисунке 5 (b) показано сравнение временных отклонений временных связей до и после коррекции частотных смещений, рассчитанных для 1009 месяцев по всемирному координированному времени.

Рисунок 5 (c) представляет собой сравнение временных отклонений данных 1109 (один год после 1009) с поправками на смещение и без них. Подобно рисунку 5 (b), улучшение стабильности передачи времени наблюдается для времени усреднения от 2 до 3 часов. Отклонение времени — это показатель стабильности времени в ссылке. Сравнивая отклонения по времени, оцененные до и после корректировки смещения, на рисунках 5 (b) и 5 ​​(c) видно, что после исправления небольшие холмики, примерно через 2-3 часа усреднения на нескорректированном графике, исчезают.Если предположить, что траектория спутника GLN в среднем симметрична относительно наблюдателей, 2-3 часа соответствуют половине времени наблюдаемого пролета спутника. Результаты показывают улучшение качества передачи времени при среднем времени на 2-3 часа. Как следствие, временное отклонение набора данных за один месяц немного улучшается для времени усреднения в пределах одного дня.

Стандартное отклонение остатков сглаживания также является показателем прироста. Если частотные смещения постоянны для этой базовой линии, они должны быть применимы к необработанным данным за другие периоды.Мы использовали поправки на частотное смещение, перечисленные в таблице 2 (а), на основе данных 1009, чтобы исправить необработанные данные 1005, 1008 и 1109 для той же базовой линии, OP-PTB. Результат представлен в Таблице 3. Значительный прирост от 7% до 11% наблюдается в течение 4 месяцев от 1005 до 1009. Прирост кажется сниженным со временем, если мы сравним 9% в 1009 и 4% в 1109, один год. после 1009. Эти 4%, вероятно, являются физическим выигрышем из-за аппаратной задержки между различными частотами, которая влияет на временные каналы CV.Учитывая 1,2 нс, 4% от 48 пс. Очевидно, что 48 пс численно пренебрежимо мало для передачи времени кода GNSS.

Поскольку используется один и тот же тип приемника TTS3 (следовательно, аппаратная задержка для той же частоты аналогична, если не равна), мы можем дополнительно предположить, что частотные поправки, полученные от OP-PTB, могут использоваться для других приемников в AOS, NIS, SU, UME и SG. Мы можем ожидать глобального прироста около 9%. В таблице 4 перечислены результаты, полученные для пяти базовых линий на разных расстояниях.Две ссылки не показывают улучшения после исправления: SG-PTB (-2%) и UME-PTB (0%), а три ссылки (AOS-PTB, OP-PTB и NIS-PTB) показывают заметное снижение. при стандартных отклонениях остатков сглаживания в среднем 11%. У нас может быть два объяснения этого противоречивого результата. (1) Набор поправок смещения применим только для конкретной пары приемников, то есть зависит от базовой линии. Прирост на 11% — случайность. (2) Частотные смещения зависят не только от приемника, но и от какого-то неизвестного фактора, который является общим для AOS, OP и NIS, но не для SG и UME.Влияние ионосферы зависит от местоположения, направления и частоты. Одним из таких факторов может быть остаточное влияние ионосферной поправки IGS, используемой в этом исследовании. Однако требуется дальнейшее расследование.

2.1.4. Случай связи UTC SU-PTB

Мы можем использовать тот же метод для изучения связи GLN UTC SU-PTB. Поскольку для этой базовой линии не существует ни данных PPP GPS, ни данных TW, мы должны использовать GPS C / A в качестве эталона для вычисления так называемых частотных смещений.

В таблице 5 перечислены частотные смещения, вычисленные для номера GLN SU-PTB 1009 со ссылкой на GPS C / A.Поскольку мы предполагаем, что частотные смещения зависят от приемника, следовательно, постоянны во времени, мы можем применить эти значения, полученные из данных GLN SU-PTB за период 1009, чтобы исправить соответствующие данные для 1008 и 1005, а также для 1109.

Рисунок 6 (a ) показана временная связь SU-PTB 1109, а на рисунке 6 (b) показаны временные отклонения до и после коррекции частотных смещений на той же базовой линии на 1009. На рисунке 6 (c) показана связь 1109, через год после 1009. В отличие от базового OP-PTB, рисунки 6 (b) и 6 (c) не показывают очевидного улучшения временного отклонения для времени усреднения в 2-3 часа.

Стандартные отклонения остатков сглаживания для месяцев 1005, 1008, 1009 и 1109 перечислены в таблице 6. Существует небольшое, статистически не значимое, отклонение стандартных отклонений, в среднем 1%. Принимая значение, 1% означает 12 пс. Данные 1005 и 1009 разделены 4 месяцами, а 1009 и 1109 — 12 месяцами. Выгоды от применения смещений к данным 1005 и 1109 составляют 0% и -2%, то есть нет выигрыша от применения так называемых поправок смещения частоты.Поправки на частотное смещение, полученные из 1009, могут быть на самом деле или полностью вызваны не частотным смещением, а, по крайней мере частично, некоторыми другими частотно-зависимыми смещениями. Для этого базового уровня кажется, что частотные смещения статистически не зависят от исходного уровня.

Согласно таблицам 3 и 6, усиление в среднем составляет около 0–4% или 0–50 пс для OP-PTB и SU-PTB соответственно. Даже если мы применим их для исправления частотных смещений, такие небольшие значения будут замаскированы шумом измерения и другими частотно-зависимыми смещениями.

2.1.5. Обсуждение

Предыдущие результаты не полностью подтверждают предыдущие исследования, обобщенные в начале Раздела 2.1 о том, что частотные смещения должны быть предварительно скорректированы для переноса времени UTC в пределах неопределенности L1C. Существуют ли другие частотно-зависимые (или независимые) факторы, помимо зависимых только от приемника, которые влияют на частотные смещения? Между прочим, отметим, что зависимость от приемника должна приводить к зависимости от базовой линии, потому что базовая линия состоит из пары приемников.

Давайте воспользуемся методом исключения, чтобы исследовать казавшуюся невозможной возможность.

Если смещения физически вызваны только частотами сигналов GLN, они должны быть постоянными во времени, изотропно эквивалентными и независимыми от приемников и базовых линий. Поскольку теперь у нас есть два набора частотных смещений, полученных из базовых показателей OP-PTB и SU-PTB (таблицы 2 и 5), оба вычисленных с использованием одного и того же набора данных UTC 1009, мы можем проверить эту гипотезу. В таблице 7 получается вычитанием смещения частоты «0» (PRN 11 и 15): от базового OP-PTB (таблица 2 (a)) и от SU-PTB (таблица 5).Среднее — это среднее значение различных PRN, использующих одну и ту же частоту. Чтобы сохранить предположение, значения Среднее 1 и Среднее 2 должны согласовываться друг с другом в пределах шума измерения (1 нс). Как видно из Таблицы 7, для более чем половины кодированных частот (Fr 3, −3, 4, −4, 5, 6 и −7) одинаковые значения не обнаруживаются для двух базовых линий. Например, для частоты (−7) разница между средним значением 1 и средним значением 2 составляет 3,1 нс, что намного больше, чем шум измерения.

Эта числовая оценка, основанная на двух линиях CV, не доказывает наличие влияния смещений, которые больше, чем шум измерения, и зависят от частот GLN. Опять же, мы не можем исключить влияние других частотно-зависимых факторов, включая влияние колебаний температуры. Учитывая, что выигрыш от применения поправок на частотное смещение не является значительным, а сложность вычислений такова, было решено [12] не использовать эти поправки при вычислении UTC.

2.2. Калибровка и долгосрочная стабильность привязки времени GLN

Метод привязки времени может использоваться в UTC только в том случае, если он откалиброван и его краткосрочная и долгосрочная стабильность доказана. В следующем исследовании мы используем GPS как ссылку.

В таблице 8 и на рисунке 7 представлены результаты десятилетнего сравнения и перечислены различия между каналами GPS AV C / A и ссылками GLN CV L1C на трех базовых уровнях UTC: AOS-PTB, SU-PTB и UME-PTB. с мая 2009 г. по февраль 2010 г.Все данные были собраны с использованием однотипных приемников (TTS-3). Необработанные данные GLN и GPS были скорректированы с использованием точных эфемеридных и ионосферных карт IGS / ESA. Каналы GLN были откалиброваны и согласованы с GPS в мае 2009 г. [10, 12]. Калибровка каналов GPS и GLN стабильна и идеально согласована. Средние значения различий составляют -0,3 нс и -0,6 нс со стандартными отклонениями от 0,2 до 0,4 нс и среднеквадратичным отклонением 0,4 и 0,7 нс. Данные GPS и GLN хорошо согласуются с погрешностями измерений.

Поскольку краткосрочная и долгосрочная стабильность GPS хорошо доказана, а GPS и GLN являются полностью независимыми системами, такая близкая согласованность между наборами данных демонстрирует, что метод передачи времени GLN так же стабилен, как и GPS, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. термины. Тот же вывод справедлив и для долговременных вариаций их калибровок (ср. [10, 12]).

2.3. Комбинация номеров GLN и GPS для передачи времени UTC

С января 2011 года комбинация каналов времени кода GLN L1C и GPS C / A используется для SU-PTB и UME-PTB при передаче времени UTC [21].Это первый раз, когда данные из разных GNSS объединены для привязки ко времени UTC. К концу 2011 года для расчета UTC используются 6 комбинированных ссылок. Дальнейшее обсуждение фокусируется на введении взвешенной комбинации.

Стратегия передачи времени по всемирному координированному времени до конца 2010 года представляла собой так называемый метод передачи времени первичный UTC , что означает, что для генерации всемирного координированного времени используются только «лучшие» методы, а другие хранятся в качестве резервных. Таким образом, каналы TWSTFT используются вместо каналов GNSS, а каналы GPS — вместо каналов GLN и так далее.Стратегия сосуществования нескольких технологий привела к быстрому увеличению уровня избыточности в банке данных UTC, при этом постоянно добавляются новые методы. Неизбежна тенденция к использованию мультитехник для передачи времени в формате UTC. По состоянию на 2008 г. насчитывалось 26 лабораторий UTC, эксплуатирующих многофункциональные устройства передачи времени [20]; из них 15 были оборудованы приемниками GPS и GLN. Таблица 9 суммирует доступность средств GNSS и TW в некоторых национальных лабораториях, вносящих вклад в UTC, где есть по крайней мере два метода передачи времени и частоты.

Как обсуждалось ранее (см. Таблицу 8 и Рисунок 7), калибровки каналов GPS и GLN хорошо согласуются друг с другом и стабильны со временем. Поэтому мы можем взять средние значения наборов данных CV кода GLN L1C и AV данных кода C / A GPS как (GPS C / A + GLN L1C) / 2 или, в зависимости от качества измерения GPS и GLN, принять взвешенную комбинацию как [ n × (GPS C / A) + m × (GLN L1C)] / ( n + m ), а именно, GLN и GPS, обозначающие комбинацию временной привязки с использованием данных GLN и GPS.Вот и веса GPS и GLN.

В численных тестах мы используем более точные PPP-каналы TW и GPS в качестве эталонов для оценки выигрыша. Оба доступны для базовой версии OP-PTB. В марте 2010 г. погрешность измерения линий PPP и TW GPS для этой базовой линии составляла соответственно 0,3 нс и 0,7 нс (TW несколько снизился с начала 2010 г. по сравнению с предыдущим условным значением 0,5 нс). Следует отметить, что использование GPS PPP в качестве эталона может несколько неблагоприятно сказаться на каналах GLN L1C CV, поскольку GPS и GLN являются независимыми системами, а GPS C / A и GPS PPP не являются полностью независимыми.Мы используем наборы данных UTC 1002, 1005 и 1009, а также набор долгосрочных данных за 15 месяцев 1007–1109. Мы также тестируем базовые показатели UTC SU-PTB и INPL-PTB, используя произвольно выбранные наборы данных UTC 1102 и 1110.

В таблице 10 показаны стандартные отклонения каналов только для GPS, только для GLN и комбинации каналов GLN и GPS относительно TW и GPS PPP. Вот стандартное отклонение одного метода, а σ — это стандартное отклонение GLN и GPS. Коэффициент усиления рассчитывается по уравнению ( σ σ ) / σ .Стандартные отклонения разностей временных линий только GPS, только GLN и GLN и GPS относительно TW составляют 1,240 нс, 1,369 нс и 1,215 нс, соответственно. Усредненный выигрыш в GLN и GPS по сравнению с только GLN и только GPS по отношению к TW составляет 6,5%. Аналогично, если взять PPP в качестве эталона, стандартные отклонения составляют 1,182 нс, 1,285 нс и 1,149 нс соответственно. Прирост по ППС составляет 7%. Таким образом, комбинация дает средний выигрыш в 7%. Зная погрешности измерения TW и PPP GPS, а также простоту вычисления комбинации, выигрыш здесь, следовательно, является консервативным, и операция заслуживает внимания.

  • 4 (GLN и GPS)
  • 4 σ σ ) / σ

  • По сравнению с Только GPS σ / нс Только GLN σ / нс (GLN и GPS)

    TW 1.240 1.369 1.215 6.5% 182 1,285 1,149 7%

    На рисунках 8 (a) и 8 (b) показано отклонение во времени временных связей только для GPS, только для GLN, и комбинация GLN и GPS для базовой линии SU-PTB 1102 и INPL-PTB 1110. Кратковременная стабильность связи только с GPS немного лучше, чем у линии только с GLN, вероятно, в результате преимущества техники AV. против резюме. Стабильность комбинированного решения GLN и GPS в краткосрочной перспективе лучше, чем стабильность только GPS и только GLN.Для времени усреднения более 20 часов три кривые отклонения во времени сходятся.


    (a) Базовый SU-PTB для временных связей UTC1102
    (b) Базовый INPL-PTB для временных связей UTC1110
    (a) Базовый SU-PTB для временных связей UTC1102
    (b) Базовая линия INPL-PTB для временных связей UTC1110

    На рисунке 9 (a) показаны данные (GLN & GPS) для базовой линии UTC OP-PTB за период UTC 1009 (соответствует MJD 55437 — 55472). ).На рисунке 9 (b) сравниваются отклонения во времени между соответствующими линиями только GPS, только GLN и GLN и GPS. Сравнение показывает, что при усреднении времени до полудня комбинированная линия (GLN и GPS) намного более стабильна, чем данные любого из отдельных методов: менее шумная и менее смещенная.


    (a) Временная привязка OP-PTB комбинации (GLN и GPS) для UTC 1009
    (b) Сравнение временных отклонений для GPS-only, GLN-only и комбинированной связи GLN & GPS для OP-PTB 1005
    (a) Временная привязка OP-PTB комбинации (GLN и GPS) для UTC 1009
    (b) Сравнение временных отклонений для GPS-only, GLN-only и комбинированной связи GLN & GPS для OP-PTB 1005

    Чтобы сравнить долгосрочную стабильность, мы смотрим на данные только GPS, только GLN, а также данные GLN и GPS за 15-месячный период (1007–1109: MJD 55378–55834) для базовой линии UTC OP-PTB.На рисунке 10 показано сравнение соответствующих временных отклонений. После лучшего усреднения, основанного на увеличении количества точек данных, мы более четко видим, что стабильность объединенного канала GLN и GPS лучше, чем у отдельных методов, по крайней мере, для времени усреднения до 1 дня.


    Таким образом, комбинация приводит к улучшению краткосрочной стабильности для времени усреднения до 1 дня. Поэтому с января 2011 года для генерации UTC применяются комбинированные решения.Мы привели несколько примеров ссылок, основанных на комбинации двух полностью независимых методов, которые будут использоваться при передаче времени в формате UTC [21].

    3. Дальнейшее развитие системы передачи времени по номерам GLN

    Возможное использование кода P3, несомненно, заслуживает дальнейшего изучения. Другими открытыми проблемами являются использование фазы несущей, калибровка и запись необработанных данных. Мы кратко изложим наши соображения относительно предстоящих будущих исследований на BIPM.

    3.1. Использование GLN Carrier Phase

    Учитывая успех GPS PPP [22], GLN PPP, безусловно, заслуживает изучения.В настоящее время над этой темой работают несколько авторов [23], и пока нет достаточно хорошего решения, которое можно было бы использовать при передаче времени в формате UTC. В GNSS PPP P-коды и данные фазы несущей (CP) обрабатываются вместе. В отличие от PPP, мы исследуем другой подход, а именно посткомбинацию. Сначала мы вычисляем код и CP отдельно, а затем объединяем решения кода и CP.

    Одной из трудностей PPP является неоднозначность информации о фазе несущей. Кроме того, PPP полагается на геоцентрическую привязку Земли и связанные с ней величины, такие как геоцентрические координаты спутников в космосе и антенных центров приемников на земле, и обработка данных является сложной.

    Результатом временной привязки является разность часов (CD) между двумя главными часами на двух концах базовой линии. При сравнении часов CD определяется данными кода. Если мы сможем сгенерировать решение по фазе несущей, которое дает скорости для CD (RCD), мы можем использовать эти скорости для сглаживания CD с кодовым решением. Преимущество этого подхода состоит в том, что фаза несущей на два порядка точнее, чем код, который генерирует разность тактовых импульсов. Этот метод сглаживания не только точен, но и прост.Кроме того, устраняется неоднозначность простой разницы в решении CP, то есть в RCD, и упрощаются абсолютно определенные геоцентрические члены, необходимые в решении PPP / CP. Математически проблема состоит в том, чтобы сгладить серию измерений, используя ее производные. Поскольку метод (а именно, комбинированное сглаживание) и его применение к переносу времени полностью обсуждены в [24], мы не будем их здесь повторять.

    Изучение опции GLN RCD — постоянная деятельность BIPM.Один из способов получить разницу в скорости между двумя часами — это различить данные PPP [25]. В дальнейшем наш интерес заключается не в объединении кода GLN и данных GPS CP, а в методе объединения кода GLN L1C и информации CP GLN (или точнее RCD), который недоступен. В качестве имитационного теста мы используем GPS CP вместо GLN CP. В следующем обсуждении мы исследуем метод сглаживания кода GLN с помощью RCD и оценим потенциальный выигрыш и достижимую неопределенность, предполагая, что GLN CP так же точен, как GPS CP.Затем мы представляем результат комбинированного сглаживания GLN L1C и RCD, а именно, GLN RCD, преимущество которого заключается в поддержании калибровки, определенной GLN L1C, и краткосрочной стабильности, назначенной CP. Следует отметить, что нестабильности P-кодов и грубого кода L1C имеют один порядок величины, а CP — на два порядка точнее. Более ранние исследования с использованием данных GPS доказали, что использование УЗО для сглаживания грубых кодов или точных P-кодов дает тот же результат с точки зрения стабильности.Следующий численный тест показывает то же самое для данных GLN. Более подробную информацию можно найти в [25].

    В таблице 11 сравниваются временные связи с использованием TW, только GLN, GPS PPP и комбинированного сглаживания GLN © RCD для базовой OP-PTB с использованием набора данных UTC1005 (MJD 55313–55345). Средние значения, полученные для (TW- (только GLN)) и (TW-GLN © RCD), составляют 3,873 нс и 3,858 нс, соответственно. Разница между этими двумя результатами, 0,015 нс, значительно ниже шума измерения в GLN L1C, подтверждая, что метод GLN RCD сохраняет калибровку GLN L1C.Соответствующие стандартные отклонения составляют 1,346 нс и 0,497 нс; то есть шум измерения хорошо снижается. Это также подтверждается стандартным отклонением разницы (GPSPPP-GLN © RCD), которое составляет всего 0,1 нс. На рисунке 11 показано сравнение временных связей TW и GLN © RCD для базового OP-PTB.






    На рис. 12 показаны соответствующие отклонения во времени для каналов на основе только номеров GLN, GPS PPP и GLN © RCD для тех же базовых показателей и периода. Стабильность каналов GLN © RCD и GPS PPP практически идентична.В общем, характеристики объединенных данных сглаживания в долгосрочной перспективе преобладают по сравнению с характеристиками используемого кода, а CP доминирует в краткосрочной перспективе.


    3.2. Улучшение неопределенности калибровки

    Общая неопределенность в (UTC-UTC ( k )) во многом определяется неопределенностью калибровки переноса времени. В настоящее время наилучшая погрешность калибровки при передаче времени GNSS составляет 5 нс [15, 21]. Следовательно, ключевым фактором уменьшения неопределенности в продуктах UTC является улучшение калибровок GNSS.Была предложена схема калибровки BIPM с целью достижения погрешности калибровки менее 2 нс [26]. Пилотный проект по улучшению азиатских связей, организованный BIPM, продолжается, и ожидается значительное улучшение калибровки номеров GLN.

    3.3. Запись необработанных данных в формате CCTF GGTTS

    Формат данных CCTF GGTTS был разработан в начале 1980-х годов, когда GPS была внедрена в передачу времени с использованием доступных в то время приемников. С тех пор формат был обновлен, чтобы принимать данные GLN, но его основные характеристики остались неизменными, и он по-прежнему используется для облегчения вычисления UTC / TAI.Однако некоторые соглашения, определенные в GGTTS, в настоящее время устарели из-за постоянно развивающейся технологии производства приемников GNSS и внедрения новых методов передачи времени.

    Например, одним из основных устаревших пунктов в соглашении GGTTS является то, что для дуги слежения за 16 минут сбора данных записываются только 13 минут из них, а 3 минуты данных теряются. Кроме того, временные метки с фиксированным интервалом в 780 секунд и задержкой около 4 минут каждый день непрактичны для большинства пользователей.Данные округляются до 0,1 нс, и записываются только данные кода без информации CP. Таким образом, BIPM предусматривает реформу правил сбора необработанных данных и обновление формата GGTTS [27], чтобы учесть текущие и будущие улучшения в передаче времени и частоты номеров GLN.

    4. Заключение

    Чтобы гарантировать точность, точность и надежность генерации UTC, незаменима стратегия мультитехники для передачи времени UTC. Усилия по внедрению GLN в дополнение к GPS и TW при создании UTC начались в начале 1990-х годов, и в ноябре 2009 года первые два канала времени GLN были введены в сеть всемирного времени UTC.

    В этой статье мы представляем технические особенности передачи времени номера GLN, имеющие важное значение для производства UTC: исследование так называемых частотных смещений, краткосрочной и долгосрочной стабильности, процесса калибровки и преимуществ объединения номеров GLN и GPS. Мы также описываем различные текущие проекты на BIPM, в частности, касающиеся использования данных фазы несущей.

    Настоящее исследование сфокусировано на применении кода GLN L1C при генерации UTC, который обеспечивает краткосрочную стабильность от 1 нс до 1.5 нс. Погрешность калибровки составляет 5 нс, а долговременная стабильность примерно такая же, как для GPS. Комбинация кодов GLN L1C и GPS C / A имеет смысл для снижения краткосрочной стабильности и, в частности, для повышения точности и устойчивости каналов UTC.

    Причина так называемых частотных смещений авторам остается неясной. Хотя поправка на предполагаемые частотные смещения приводит к некоторому небольшому выигрышу для определенных базовых линий, эти выигрыши не наблюдаются повсеместно, и в ожидании дальнейших исследований было решено не применять такие поправки к линиям GLN, используемым при вычислении UTC.

    Обозначение

    Различия звеньев Среднее / нс σ / нс

    3.873 1,346
    TW-GLN RCD 324 3,858 0,497
    GPSPPP-GLN RCD 2870 −0,921
    [183] GPS: )
    UTC: Всемирное координированное время
    BIPM: Международное бюро мер и весов
    GLN: ГЛОНАСС (GLObal Navigation Satellite System)
    Глобальная система позиционирования
    GNSS: Глобальные навигационные спутниковые системы
    IGS: Международная служба GNSS
    TW: TWSTFT (двусторонняя спутниковая передача времени и частоты
    PRN: Сигнал псевдослучайного шума.Каждый спутник GPS передает уникальную кодовую последовательность (множественный доступ с кодовым разделением каналов) и может быть идентифицирован в соответствии с его номером PRN. Все спутники GLN передают одни и те же сигналы PRN, используя разные частоты (множественный доступ с частотным разделением каналов). В формате данных UTC / TAI (CGGTTS) PRN — это номинальный номер спутника GLN
    Fr: Частота или код частоты
    : Смещение временной задержки GLN PRN
    .
    P3: Передача времени (CV и / или AV) с использованием линейной комбинации измерений L1 и L2 для достижения измерений кода без ионосферы
    PPP: Передача времени с использованием метода точного позиционирования точки по фазе несущей [22]
    GLN и GPS: Передача времени, объединяющая коды GPS C / A и GLN L1C
    Прирост: В процентах, чтобы указать на улучшение качества передачи времени у.Коэффициент усиления по сравнению с σ вычисляется по уравнению
    CP: Фаза несущей
    CD: Разница часов
    RCD: Скорость CD
    Год и месяц (месяц вычисления UTC), например, 0910 для октября 2009 г. и 1005 для мая 2010 г.
    Аббревиатуры, используемые для национальных лабораторий UTC , Южная Африка) INPL:
    AOS: Астрогеодинамическая обсерватория, Боровец (Польша)
    CSIR: Национальный институт метрологии Южной Африки (NMISA
    Национальная физическая лаборатория, Иерусалим (Израиль)
    NIS: Национальный институт стандартов, Каир (Египет)
    OP: Observatoire de Paris (Франция)
    PTB:
    Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Брауншвейг и Берлин (Германия)
    SG: Агентство научных технологий и исследований () (Сингапур)
    SU: Институт физико-технических и радиотехнических измерений, Ростехнический институт Россия (ВНИИФТРИ), Москва, (Российская Федерация)
    УМЭ: Улусал Metroloji Enstitüsü / Национальный метрологический институт, Гебзе-Коджаэли (Турция)
    VSL: Голландский метрологический институт, Делфт (Нидерланды).
    Благодарность

    Авторы благодарны лабораториям UTC за данные, использованные в этом исследовании, и рецензентам за их конструктивные научные предложения.

    % PDF-1.4 % 511 0 объект > эндобдж xref 511 107 0000000016 00000 н. 0000004119 00000 н. 0000004311 00000 н. 0000004347 00000 п. 0000004662 00000 н. 0000004812 00000 н. 0000004959 00000 н. 0000004981 00000 н. 0000005138 00000 п. 0000005285 00000 н. 0000005307 00000 н. 0000005457 00000 н. 0000005604 00000 п. 0000005626 00000 н. 0000005788 00000 н. 0000005935 00000 н. 0000005957 00000 н. 0000006131 00000 п. 0000006276 00000 н. 0000006298 00000 н. 0000006449 00000 н. 0000006594 00000 н. 0000006616 00000 н. 0000006767 00000 н. 0000006912 00000 н. 0000006934 00000 п. 0000007094 00000 н. 0000007239 00000 н. 0000007261 00000 н. 0000007424 00000 н. 0000007569 00000 н. 0000007591 00000 н. 0000007752 00000 н. 0000007897 00000 п. 0000007919 00000 п. 0000008145 00000 н. 0000008326 00000 н. 0000008514 00000 н. 0000009040 00000 н. 0000009239 00000 п. 0000017246 00000 п. 0000017668 00000 п. 0000018196 00000 п. 0000018397 00000 п. 0000026669 00000 п. 0000027102 00000 п. 0000027297 00000 н. 0000027400 00000 н. 0000028466 00000 п. 0000029650 00000 п. 0000030311 00000 п. 0000031289 00000 п. 0000032269 00000 п. 0000033452 00000 п. 0000034223 00000 п. 0000035224 00000 п. 0000035414 00000 п. 0000036429 00000 н. 0000037238 00000 п. 0000037941 00000 п. 0000038755 00000 п. 0000038942 00000 п. 0000039404 00000 п. 0000039474 00000 п. 0000039883 00000 п. 0000040870 00000 п. 0000042053 00000 п. 0000042951 00000 п. 0000042988 00000 п. 0000043689 00000 п. 0000044100 00000 н. 0000045284 00000 п. 0000045378 00000 п. 0000046023 00000 п. 0000046211 00000 п. 0000046919 00000 п. 0000047434 00000 п. 0000052049 00000 п. 0000054742 00000 п. 0000059668 00000 н. 0000062229 00000 п. 0000062962 00000 н. 0000063385 00000 п.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *