Спутниковая навигационная система глонасс – ГЛОНАСС

Какая система навигации лучше: ГЛОНАСС или GPS

Многие автовладельцы используют навигаторы в своих автомобилях. При этом некоторые из них не знают о существовании двух различных спутниковых систем – российской ГЛОНАСС и американской GPS. Из этой статьи вы узнаете, в чем же их отличия и какой спутниковой навигации следует отдать предпочтение.

Как работает навигационная система

Содержание статьи

Навигационная система в основном используется для того, чтобы определить местоположение объекта (в данном случае автомобиля) и скорость его движения. Иногда от неё требуется и определение некоторых других параметров, например, высоты над уровнем моря.

Вычисляет она эти параметры, устанавливая расстояние между самим навигатором и каждым из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. Как правило, для эффективной работы системы необходима синхронизация с четырьмя спутниками. По изменению этих расстояний она и определяет координаты объекта и другие характеристики движения. Спутники ГЛОНАСС не синхронизируются с вращением Земли, из-за чего обеспечивается их стабильность на большом промежутке времени.

Видео: ГлоНаСС vs GPS

Что лучше ГЛОНАСС или GPS и в чем их разница

Системы навигации в первую очередь предполагали их использование в военных целях, и только потом стали доступны для обычных граждан. Очевидно, что военным необходимо использовать разработки своего государства, потому что иностранная система навигации может быть отключена властями этой страны в случае возникновения конфликтной ситуации. Более того, в России призывают использовать систему ГЛОНАСС и в повседневной жизни военным и государственным служащим.

В повседневной жизни обычному автомобилисту и вовсе не стоит переживать по поводу выбора навигационной системы. И ГЛОНАСС, и GPS обеспечивают качество навигации, достаточное для использования в житейских целях. На северных территориях России и других государств, расположенных в северных широтах, спутники ГЛОНАСС работают эффективнее, из-за того, что их траектории передвижения находятся выше над Землей. То есть в Заполярье , в скандинавских странах ГЛОНАСС эффективнее и это  признали шведы еще в 2011 году. В других регионах GPS немного точнее ГЛОНАСС в определение местоположения. По  данным Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга  ошибки GPS составляли от 2 до 8 метров, ошибки ГЛОНАСС от 4 до 8 метров.  Но GPS, чтобы определить местоположение нужно поймать от 6 до 11 спутников, ГЛОНАСС хватит 6-7 спутников.

Также следует учесть, что система GPS появилась на 8 лет раньше и ушла в солидный отрыв в 90-ые года. И за последнее десятилетие ГЛОНАСС этот отрыв сократила почти полностью , а к 2020 году разработчики  обещают, что ГЛОНАСС не будет ни в чем уступать GPS.

На большинство современных устройств  для навигации устанавливается комбинированная система, которая поддерживает как российскую спутниковую систему, так и американскую. Именно такие устройства являются наиболее точными и обладают самой низкой ошибкой в определении координат автомобиля. Также возрастает и стабильность принимаемых сигналов, ведь такой аппарат может «увидеть» больше спутников. С другой стороны, цены на такие навигаторы намного выше односистемных аналогов. Оно и понятно – в них встраиваются два чипа, способные принимать сигналы от каждого типа спутников.

Видео: тест GPS и GPS+ГЛОНАСС приемников Redpower CarPad3

Таким образом, наиболее точными и надежными навигаторами являются двухсистемные устройства. Однако их преимущества связаны с одним существенным недостатком – стоимостью. Поэтому при выборе навигатора нужно подумать – а нужна ли настолько высокая точность в условиях каждодневного использования? Также для простого автолюбителя не очень важно, какой навигационной системой пользоваться – российской или американской. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не дадут вам заблудиться и доставят к желаемому месту назначения.

avtomotoprof.ru

Спутниковые навигационные системы на морском судне

В настоящее время активно эксплуатируются спутниковые навигационные системы GPS и Глонасс. Американская Global Positioning System (GPS) развилась из навигационной системы NAVSTAR и начала функционировать в 70-х годах, первоначально имея исключительно военное применение.

Параллельно в СССР развивалась глобальная навигационная спутниковая система (Глонасс). Принцип действия и характеристики обеих систем примерно одинаковы. Обе эти системы являются государственными и контролируются военными ведомствами.

Системы GPS и Глонасс составляют основу существующей Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), Global Navigation Satellite System (GNSS). ГНСС является спутниковой системой для многоцелевого использования для определения местоположения, времени и скорости по всему миру.
Она включает приемники пользователей, одно или более созвездий спутников, наземные сегменты и инфраструктуру управления. ГНСС постоянно развивается и совершенствуется. В Резолюции ИМО А.860(20) 1997 года разработаны морские требования к будущей ГНСС.

Работа спутниковых навигационных систем основана на использовании среднеорбитальных спутников на круговых орбитах высотой примерно 20000 км. В GPS имеется 24 спутника на шести орбитах по 4 спутника на каждой, а в Глонасс — 24 спутника на четырех орбитах по 6 спутников на орбите.

 

Принцип измерения координат в GNSS

 

Принцип определения координат основан на измерении задержки распространения радиоволн от спутника до навигационного приемника. Спутник постоянно передает радиосигнал, содержащий точное время и положение спутника в пространстве. Приемник измеряет задержку распространения радиосигнала Δt1, что позволяет вычислить так называемое псевдорасстояние до спутника d1=cΔt1,

где c — скорость света (см. рис. 30.1). Линия пересечения сферы радиусом d1 с центром в точке положения спутника с поверхностью Земли,а это будет окружность, даст совокупность возможных положений приемника.

Если таким же образом измерить задержку радиосигнала At? от второго спутника и построить сферу радиусом d2=cΔt2, то можно получить вторую окружность возможных положений при обсервации второго спутника.
Пересечение этих окружностей даст две точки возможных положений приемника на поверхности Земли. Для устранения неоднозначности требуется обсервация третьего спутника.

В GNSS для передач данных спутниками используются два частотных поддиапазона. L1 и L2. В GPS все спутники передают на одной паре частот fL1=1575,42 МГц и fL2=1227,60 MГu. В Глонасс каждый спутник передает на своей паре частот в диапазонах fL1 = 1502,5625-1615,5 МГц и fL2= 1246,4375-1256,5 МГц.

Для разделения сигналов от разных спутников и использования на спутниках передатчиков сравнительно малой мощности применяются так называемые сложные сигналы в виде псевдослучайных последовательностей (ПСП) с большим периодом повторения. Для таких сигналов информационная «единица» данных представляется некоторой псевдослучайной последовательностью с гораздо большей тактовой частотой, а «ноль» — соответственно ее инверсным значением. В результате ширина спектра сигнала многократно расширяется.

Такой способ позволяет принимать сигнал от спутника при отношении сигнал/шум значительно меньше единицы за счет накопления энергии полезного сигнала в приемнике. Однако, при этом необходимо знание этой псевдослучайной последовательности или кода. Без точного знания кода невозможно осуществить демодуляцию принимаемого сигнала.

В системе GPS есть два кода — короткий (С/А-код) для коммерческого применения и длинный (Р-код) для военных целей. С 1 мая 2000 года американская сторона рассекретила Р-код из-за того, что Российская Глонасс позволяла получить такую же точность. В Глонасс точный код не засекречен и постоянно может быть использован в гражданских целях. Горизонтальная погрешность определения местоположения спутниковых навигационных систем Глонасс и GPS в штатном режиме не превышает 33 метров с вероятностью 95%. В остальных 5% случаев абсолютная погрешность не превышает 100 метров.

В дифференциальном режиме погрешность составляет не более 10 метров с вероятностью 95%. Совместное использование GPS/Глонасс позволяет получить более высокую точность. Известно, что из-за различия в углах наклонения орбит спутников Гтонасс дает лучшие точностные характеристики в высоких шиpoтax, a GPS — в средних широтах.
Европейским Союзом в настоящее время разрабатывается собственная спутниковая навигационная система Галилео, аналогичная системам GPS и Глонасс. Начало эксплуатации системы Галилео планируется с 2008 года. Совместное использование ресурсов всех космических навигационных систем повысить точность и достоверность определения местоположения подвижных объектов любого типа — морских, воздушных, сухопутных.

 

 

Источники ошибок в GNSS

Основными факторами, которые определяют точность определения местонахождения, являются следующие.

1. Неоднородность ионосферных и тропосферных слоев Земной атмосферы. Точность измерений зависит от постоянства скорости распространения радиоволн. Однако из-за различного рода нсоднородностей в атмосфере скорость может меняться. В результате возникают ошибки в определении расстояний до спутников. Абсолютные ошибки, вызванные влиянием атмосферы составляют порядка 5 метров (для ионосферных ошибок) и 1 метра (для тропосферных ошибок.

 

2. Многолучевость распространения радиоволн. Приемник GPS принимает не только радиоволны по прямому направлению, но и отраженный от каких-либо объектов — рельефа, самолетов, крупных зданий и т.д. Отраженные сигналы создают дополнительные помехи, влияющие на точность измерения.

 

Рис.30.2. Хорошее и плохое разведение спутников при обсервации

 

 

3. Ошибки синхронизации. Для точного измерения задержки сигнала от спутника необходима синхронизация приемника. На спутниках имеется атомный эталон частоты, который синхронизирует приемник GPS. Нестабильность атомного эталона обуславливаем ошибку в измерении задержки прохождения cигнала и точность позиционирования порядка 1,5 метров.

 

4. Эфемеричсские ошибки вызваны неточностью расчета положения спутника в пространстве. Их влияние составляет порядка 2,5 метров при определении положения приемника.

 

5. Геометрическое разведение спутников. Если спутники, па которые производится обсервация находятся под углами близкими к прямым, то точка пересечения окружностей может быть вычислена с меньшей погрешностью, чем в случае, когда спутники находятся под острыми углами. Хорошее взаимное положение (разведение) (Good dilution) спутников позволяет получить меньшую погрешность, чем плохое разведение (Poor dilution) (рис. 30.2).

 

6. Солнечная активность. Вспышки па Солнце, которые сопровождаются выбросами гигантских масс солнечного вещества, порождают резкие изменения свойств магнитосферы и ионосферы Земли. Такие вспышки повгоряются с цикличностью примерно 11 лет при относительно спокойном состоянии Солнца между ними. В периоды солнечной активности ошибки возрастают.

 

Рис.30.3. Источники ошибок в GNSS

 

7. Избирательная возможность путем засекречивания кодов. Преднамеренно точность измерений может ухудшаться путем засекречивания точного кода. Коммерческий короткий код позволяет получить точность примерно на порядок хуже, чем длинный код для военных применений.
При вычислении координат особое значение приобретает используемая геодезическая координатная система. В различных геодезических системах точки с одними и теми же координатами могут отстоять на сотни мет- ров. GPS для расчета координат использует систему WGS84 (World Geodetic System), а Глонасс — Советскую геоцентрическую систему параметров Земли 1990 года PZ90.

 

 

Дифференциальный режим GPS/Глонасс

Спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS не позволяют обеспечить в штатном режиме точность, необходимую для безопасной навигации судов на подходах к портам и в узкостях с ограничением свободы маневрирования судов. В этой зоне точность регламентируется Резолюцией ИМО А.815(19) 1995 года по Всемирной радионавигационной системе. Эта точность не должна быть хуже 10 метров с вероятностью 95%.

Другим недостатком спутниковых навигационных систем является неспособность в настоящее время обеспечивать оперативное оповещение потребителей о нарушениях в работе систем или их элементов, которые про- исходят пока довольно часто.
Наиболее рациональным путем устранения указанных недостатков и улучшения точностных характеристик систем Глонасс и GPS, необходимых для расширения их функциональных возможностей, является применение дифференциального режима работы.

Сущность дифференциального режима поясняется следующим образом. Ошибки в спутниковых навигационных системах для измерений, сделанных в данное время и данном месте, носят, главным образом, систематический характер.
Поэтому, если привязаться к какой-либо точке на берегу с точно известным географическим положением и измерить се местоположение с помощью навигационного приемника GPS/Глонасс, то можно получить некоторое значение поправки. Это значение поправки следует далее ввести в полученное измерение местоположения судна.

Различают два метода использования поправок. Первый метод (называемый дифференциалом положений) базируется на вычислении разности расчетного положения и точно известного положения опорной точки. Роль опорной точки выполняет опорная (или контролыю-коррегирующая) станция. Однако в данном методе необходимо при обсервации на судне использовать те же спутники, что и на опорной станции.

Другой метод (дифференциал псевдорасстояний) предполагает получение ошибок вычисления псевдорасстояний для каждого спутника. Достоинством данного метода является независимый от опорной станции выбор «созвездия» на судне благодаря наличию поправок псевдодальностей по всем спутникам.
Данный метод практически используется в дифференциальном режиме. Коррекции псевдорасстояний рассчитываются на береговой опорной станции и передаются в диапазоне средних волн 285-325 кГц для всех заинтересованных пользователей. Интервал передачи поправок составляет не более 5-10 секунд. Поправки вводятся в судовой приемник GPS и учитываются при расчете местоположения судна.

Погрешности определения места увеличиваются с увеличением расстояния от опорной станции и при старении дифференциальных поправок, но не должны превышать 10 метров в рабочей зоне с вероятностью 0,95.

 

Рис.30.4. Дифференциальный метод измерения координат

 

В дифференциальном режиме одновременно повышается надежность работы системы за счет оперативного извещения всех пользователей о возможных нарушениях в спутниковой системе.

Принцип действия дифференциальной системы иллюстрируется на рис. 30.4. На береговой станции измеряются координаты с помощью приемника GPS и сравниваются с точно известными координатами положения приемника. На основании этого рассчитываются поправки, которые необходимо ввести в измеренные координаты на судне.

Поправки передаются в диапазоне средних волн. Прием поправок возможен на расстояниях примерно 50 — 250 м. миль от передающей станции. Для передач используется класс излучения G1D при модуляции с минимальным сдвигом (MSK). На судне должен быть установлен приемник дифференциальных поправок и приемник GPS с входом дифференциальных поправок.

Дифференциальный режим является наиболее перспективным для обеспечения плавания в узкостях, каналах и подходах к портам, а также позволяет успешно решить следующие специальные навигационные задачи:

— обеспечение высокоточного судовождения на внутренних водных путях;

— рыбный промысел в прибрежных водах, узкостях и в районах со сложной навигационной обстановкой;

— геодезические и другие научные исследования;

— прокладка кабелей и трубопроводов как в прибрежных водах, так и в открытом море;

— добыча полезных ископаемых и проведение необходимых изыскательских работ и др.

В настоящее время в более чем 20-ти странах эксплуатируются более 200 опорных станций дифференциальной подсистемы GPS/Глонасс.
Список и координаты опорных станций приведены в ALRS, vol 8, Satellite Navigation Systems.

 

 

ГНСС Galileo

Глобальная спутниковая навигационная система Galileo — масштабный западноевропейский проект, разрабатываемый Европейским космическим агентством в сотрудничестве с Европейским союзом.
Проект Galileo обеспечит Европу собственной глобальной спутниковой навигационной системой, позволяющей с высокой точностью определять местоположение объекта и гарантирующей глобальное покрытие.
Она будет обеспечивать перспективные потребности авиационного, морского, железнодорожного и автомобильного транспорта Европейского союза, а также других стран. С ее помощью можно будет точно устанавливать местонахождение воздушного или морского судна, регулировать транспортные потоки, проводить спасательные операции.

 

Европейская система спутниковой навигации Галилео

 

Создаваемая система Galileo станет третьей в мире по счету глобальной системой космического позиционирования. Сейчас только США (система GPS) и Россия (система Глонасс) обладают подобными космическими сетями, позволяющими определять с помощью системы спутников точное местонахождение объекта на Земле.

Политическое значение этого проекта заключается в том, что Galileo станет конкурентом американской системы GPS и подорвет монополию США в этой области. Вашингтон предпринял перед ЕС ряд шагов, призывая его опереться на американскую систему.
Однако после многих колебаний и согласований страны ЕС на саммите в Барселоне все же решили сделать ставку на Galileo. Пo словам одного из руководителей Европейской комиссии, собственная спутниковая система позволит Европе сохранить свою автономность, суверенитет и технический потенциал.

Какими причинами обусловлено создание новой системы глобального позиционирования? Пользователи спутниковой навигации в Европе сегодня для определения своего положения не имеют альтернативы помимо существующих систем GPS и Глонасс. Но военные операторы обеих указанных систем не гарантируют постоянного и непрерывного предоставления услуг.
В то же время спутниковая навигация уже сегодня стала обычным способом определения местоположения на море, а в ближайшем будущем следует ожидать его столь же широкого распространения на суше и в воздухе. И если завтра сигнал по каким-то причинам будет отключен, то штурманам морских судов придется вернуться к традиционным методам навигации с использованием секстантов и навигационных таблиц.
А еще через несколько лет зависимость от ГНСС станет такова, что последствия исчезновения сигнала могут оказаться еще более серьезными, и затронут уже не только экономическую эффективность использования транспортных средств, но и их безопасность. Поэтому в начале 1990-х годов Европейский Союз посчитал необходимым наличие собственной европейской глобальной спутниковой навигационной системы.

Система Galileo будет предоставлять беспрецедентную для гражданских средств точность позиционирования до 1 м в режиме реального времени, гарантировать доступ к сервису при всех обстоятельствах, за исключением особо экстремальных, и информировать пользователя в течение нескольких секунд об отказе любого спутника. Это делает се незаменимой при решении таких задач, как управление движением поездов или посадкой самолетов, где обеспечение безопасности особенно критично.

Развертывание Galileo позволит странам Евросоюза провести существенные усовершенствования в системах управления движением всех видов транспорта, а также в коммерческих, индустриальных и других стратегических областях.

С технической точки зрения система Galileo представляет собой флотилию из тридцати (27 действующих и 3 резервных) спутников, работающих в том же диапазоне частот, что и американская система GPS. Орбиты спутников — круговые высотой 23616 км и наклонением 56°. Это наклонение чуть выше, чем у спутников системы GPS (55°), но значительно меньше, чем в системе Глонасс (64,8°).
Тем не менее, их сигналы будут обеспечивать надежное покрытие поверхности Земли вплоть до широты 75° (мыс Нордкап — северная конечность Норвегии) и даже в более высоких широтах.
Большое число аппаратов, оптимизация их размещения на орбитах и наличие трех активных резервных спутников, гарантируют, что даже потеря одного из них не будет заметна для пользователя. Еще одно заявленное преимущество системы Galileo — возможность точного определения положения объектов в крупных городах, где здания экранируют сигнал со спутников, находящихся низко над горизонтом. Она достигается за счет того, что число аппаратов, доступных для использования при позиционировании, в два раза больше минимально необходимого.

Для осуществления контроля функционирования спутников и управления навигационной системой на территории Европы предполагается построить два специализированных центра управления GCC (Galileo Control Centre).
Сюда будет стекаться информация, передаваемая двадцатью наземными станциями слежения GSS (Galileo Sensor Station). Центры GCC также будут осуществлять синхронизацию шкал времени на всех спутниках и наземных станциях.
Обмен данными между центром управления и космическим сегментом будет осуществляться с помощью пяти передающих станций, работающих в S-диапазоне, и 10 станций, работающих в С-диапазоне.

 

sea-library.ru

Как работает спутниковая навигационная система GPS и ГЛОНАСС?

Облетая нашу планету, навигационные спутники непрерывно шлют на нее потоки радиосигналов. Эти спутники принадлежат американской военно-морской навигационной спутниковой системе (ВМНСС), а с недавнего времени и американской глобальной системе нахождения местоположения (GSM).

Так же, как и российская глобальная система навигации ГЛОНАСС, Обе системы дают возможность кораблям на море днем и ночью с огромной точностью определять свои координаты.

Принцип действия и GSM и ГЛОНАСС основан на том, что на борту корабля специальный приемник ловит радиоволны, посылаемые навигационными спутниками на определенных частотах. Сигналы с приемника непрерывно поступают в компьютер. Компьютер их обрабатывает, дополняя информацией о времени передачи каждого сигнала и положения навигационного спутника на орбите. (Такая информация попадает на ВМНСС-спутники от наземных станций слежения, а GSM-спутники и спутники ГЛОНАСС у себя на борту имеют приборы отсчета времени и орбиты).

Затем навигационный компьютер на корабле определяет расстояние между ними и летящим в небесах спутником. Эти вычисления компьютер повторяет через определенные промежутки времени и в конечном итоге получает данные о широте и долготе, то есть свои координаты.

Триангуляция в GPS и GLONASS

Двигаясь по орбите и посылая на Землю сигналы через определенные интервалы (t1—14), спутник как бы образует в небе невидимые радиоклинья или сектора. Зная длину дуги сектора и длины его боковых сторон, можно вычислить точку, где находится вершина угла этого сектора. Это и будет местоположение приемника. Еще необходимо сделать поправки на кривизну земной поверхности, как показано на рисунке сверху.

Поправка на кривизну земной поверхности

Из-за кривизны земной поверхности истинное положение корабля несколько отличается от спутниковых данных. Чтобы исправить погрешность, компьютеры строят кривые линии (параболы) от высот над уровнем моря С j и Сп и находят среднюю точку между ними. Точка пересечения этих высот и парабол — Р дает истинное значение координат.

Цепь передачи команд в GPS

Сигналы времени и орбитальные данные передаются на спутник с наземной станции слежения (рисунок выше, справа). Спутник ретранслирует эти сигналы на корабельный приемник, а компьютер использует их для вычисления долготы и широты.

Слежение за спутниками

Станции спутникового слежения должны определять наибольшее удаление спутника от поверхности Земли, среднее удаление, угол наклона его орбиты по отношению к земной оси, самую низкую точку удаления (перигей), время прохождения этой точки и другие параметры.

information-technology.ru

РОССИЙСКАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА — Мегаобучалка

Навигационные системы, использующие искусственные спутники Земли, становятся основным средством наземной, воздушной и морской навигаций.

Первым шагом в этом направлении было создание низкоорбитальных спутниковых систем: отечественной «Цикады» и американской «Транзит». Следующим этапом явилась реализация программ по созданию глобальных навигационных спутниковых систем — российской ГЛОНАСС и американской NAVSTAR (GPS). Обе они сейчас находятся в эксплуатации.

Основными требованиями к навигационным системам являются высокая точность местоопределения, глобальность действия, а также получение навигационного радиосигнала в любое время суток. К важнейшим качествам современных навигационных средств относятся их независимость от погодных условий, надежность работы и возможность свободного доступа неограниченному числу пользователей.

Всем этим требованиям соответствует система ГЛОНАСС, обладающая более высокой точностью и оперативностью, чем ранее развернутые низкоорбитальные системы. Установка на борту навигационных спутников атомных стандартов частоты позволяет использовать эту систему и для измерений в интересах службы времени.

ГЛОНАСС дает возможность пользователю определять координаты местоположения, скорость движения и точное время. Каждый спутник (всего их в орбитальной группировке 24) непрерывно излучает навигационный радиосигнал. Аппаратура пользователя одновременно принимает сигналы от четырех ИСЗ ГЛОНАСС и автоматически определяет беззапросным способом дальность до этих спутников и скорость их движения. При необходимости определить только две координаты объекта (горизонтальные, например на поверхности моря) навигационной аппаратуре пользователя достаточно сигналов от трех спутников. По результатам этих измерений и с помощью цифровой информации, передаваемой со спутников, после ее обработки автоматически решается навигационная задача:

определяются местоположение пользователя и другие параметры. При этом навигационная задача может быть решена с момента первого включения аппаратуры в течение нескольких минут, с последующим определением через каждую секунду.

Навигационная информация незаменима при геодезических работах, составлении земельных кадастров, прокладке коммуникаций. Она необходима геологам при разработке и обустройстве нефтяных и газовых месторождений, в том числе и на прибрежных шельфах.

Система ГЛОНАСС открыла новые возможности для научных исследований и решения прикладных задач. Этот перечень может быть достаточно широким — от определения смещения горных массивов, литосферных плит, сейсмических измерений до прецизионных измерений в интересах геодинамики и радиоастрономии, синхронизации шкал времени удаленных друг от друга объектов.

Еще одна область применения навигационной информации — организация поисково-спасательных работ.

В системе ГЛОНАСС принято частотное разделение каналов. Каждый спутник в диапазоне 1600 МГц излучает навигационный радиосигнал на своей несущей частоте, отличной от частот других ИСЗ.

Навигационные данные могут выводиться на табло в виде числовых значений координат, скорости и времени, а также отображаться на электронных картах в графическом изображении маршрута движения.

Системы координат могут выбираться пользователями в зависимости от их потребностей.

В состав системы ГЛОНАСС входит, как уже отмечалось, орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте 19100 км. Они были запущены и будут запускаться для восполнения группировки с космодрома «Байконур» ракетой-носителем тяжелого класса «Протон» со специальным разгонным блоком по три спутника сразу. Причем масса каждого из них составляет более 13000 кг. Спутники расположены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 120°. В каждой плоскости находится восемь ИСЗ, которые удалены друг от друга на 45° по широте. Период обращения каждого спутника вокруг Земли — 11 ч 15 мин.

Такое построение орбитальной группировки позволяет создать оптимальные условия для непрерывного и глобального обеспечения всей поверхности Земли радионавигационными сигналами. Это дает возможность пользователю со среднеквадратической ошибкой около 20 м устанавливать свои координаты и с погрешностью не хуже чем 15 см/с определять скорость.

Для этого на каждом спутнике имеется навигационный комплекс, который формирует навигационное сообщение и излучает его на Землю со скоростью 50 бит/с. Излучаемый радионавигационный сигнал содержит эфемериды спутника (данные о его местоположении на орбите на каждый момент времени), служебные данные, информацию об исправности бортового комплекса.

«Сердцем» бортового комплекса является высокостабильный генератор с относительным уходом частоты за сутки 5^-10с. Он служит основным источником для создания бортовой шкалы времени и обеспечивает синхронизацию всех процессов, проходящих в системе ГЛОНАСС. Важнейшую роль играет также бортовая ЭВМ, которая «запоминает» и обрабатывает принимаемую с наземных пунктов управления информацию и обеспечивает выполнение программы работы специальных бортовых систем.

В передаваемом с борта сигнале содержится информация о положении всех других спутников на орбите. Эта информация включает в себя начальные условия движения ИСЗ, что позволяет пользователю с помощью навигационной аппаратуры выбирать оптимальные созвездия спутников для точного определения своего местоположения.

Управление спутниками осуществляется с наземного комплекса. В него входят Центр управления, расположенный под Москвой, и станции измерения и контроля, рассредоточенные на территории России: в Москве, Санкт-Петербурге, Енисейске, Комсомольске-на-Амуре.

Наземный комплекс управления контролирует правильность функционирования орбитальной группировки, измеряет параметры орбит ИСЗ, передает на спутники программу работ и специальную информацию.

Передача информации на наземный комплекс управления и передача навигационной информации пользователям производится по разным радиоканалам.

Для того, чтобы все процессы в такой сложной системе происходили в одной шкале времени, в состав аппаратуры Центра управления включен центральный синхронизатор. Его основа — высокостабильный водородный генератор частоты, обеспечивающий на порядок более высокую суточную относительную нестабильность, чем генератор, который установлен на спутнике. Таким образом, бортовые шкалы времени системы ГЛОНАСС синхронизируются с центральным синхронизатором, а через него — и с государственным эталоном частоты и времени.

Такое построение системы позволяет пользователю получать широкий набор сервисных услуг, помимо определения своих координат и поправки времени. При этом режим работы пользователя — беззапросный, что делает возможным одновременное применение неограниченного числа приемников сигналов системы ГЛОНАСС.

Для пользователей системы ГЛОНАСС российскими предприятиями разработана и выпускается навигационная аппаратура в нескольких модификациях, рассчитанная на массовое производство и применение в различных условиях. В комплект аппаратуры пользователя входят приемник, антенна, процессор и устройство индикации общим весом 1,5—2,5 кг.

Приемники аппаратуры — многоканальные, могут принимать одновременно сигналы от 6—12 спутников, находящихся в зоне видимости пользователя. Кроме того, они могут настраиваться на передатчики системы NAVSTAR. Все это позволяет выбрать оптимальное созвездие спутников для повышения точности измерений.

Массогабаритные характеристики отечественной аппаратуры близки к зарубежным аналогам и позволяют использовать ее на личных автомобилях, на яхтах, а также в геологических партиях.

Несмотря на высокую точность определения местонахождения объектов, получаемую в настоящее время с помощью

системы ГЛОНАСС, широко развернуты работы, направленные на дальнейшее повышение ее технических характеристик и устойчивости функционирования в различных условиях. Одно из таких направлений связано с использованием режима дифференциальных навигационных определений.

Внимание к дифференциальному режиму вызвано необходимостью обеспечивать решение некоторых задач, например, определения координат с точностью до нескольких сантиметров.

В основе дифференциального метода лежит формирование разности отсчетов, что и определило его название — дифференциальный.

Сущность метода заключается в том, что наземные опорные станции, координаты которых известны, с высокой точностью осуществляют непрерывные измерения параметров спутников ГЛОНАСС, находящихся в зоне видимости. В результате обработки полученных данных эти станции вырабатывают дифференциальные поправки и передают их в навигационную аппаратуру пользователя, которая использует их для компенсаций систематических погрешностей в своих измерениях.

Практическим стимулом применения этого режима была необходимость использования спутниковых навигационных систем для посадки самолетов. Поэтому современная аппаратура пользователя может работать в дифференциальном режиме.

В настоящее время в дифференциальном режиме в сочетании со специальными техническими измерениями и программно-математическими методами удается достигать точностей до нескольких сантиметров.

По оперативности и точности аппаратура системы ГЛОНАСС находится на уровне лучших мировых аналогов. Это стало возможным благодаря использованию последних достижений в развитии элементной базы с высокой степенью быстродействия и интеграции.

Тем не менее, к сожалению, по количеству модификаций отечественная аппаратура пользователя не столь разнообразна, как зарубежная. Объясняется это, прежде всего, недостаточным финансированием разработчиков и заводов-изготовителей серийной аппаратуры. Этим не замедлили воспользоваться зарубежные фирмы, прежде всего в США. В России и государствах СНГ появилась дешевая аппаратура пользователя нового поколения. В результате произошло смещение спроса в пользу зарубежных образцов, а отечественной технике приходится вести нелегкую конкурентную борьбу.

Однако несмотря на это, близкий научно-технический уровень российской и американской систем навигации вызывает интерес к сотрудничеству. По предложению российской и американской сторон в международных организациях по авиации (ИКАО) и морского флота (ИМО) рассматривается вопрос о совместном использовании систем ГЛОНАСС и NAVSTAR. Это дало бы возможность повысить точность получения навигационной информации, так как пользователи могли бы выбирать оптимальное созвездие из большего числа видимых спутников, доходящего до 16—20, и пользоваться приемниками с числом каналов 12 и более.

Совмещение глобальных систем навигации, несомненно, ведет к большей достоверности навигационных определений за счет избыточности навигационных спутников в зоне видимости пользователя. А это позволит расширить рамки использования систем, в том числе для такой сложной операции, как заход самолетов на посадку, что привлечет дополнительное число пользователей.

В настоящее время постоянно растут требования пользователей к навигационному обеспечению. Это учитывают предприятия-разработчики ГЛОНАСС, в числе которых такие известные коллективы, как НПО прикладной механики, Российский НИИ космического приборостроения, Российский институт радионавигации и времени. Их усилия направлены на то, чтобы еще больше повысить точность навигационных определений, поднять надежность и срок службы бортового комплекса и аппаратуры пользователя, добиться большей совместимости ГЛОНАССа с другими радиотехническими системами.

Несомненно, высокий научно-технический потенциал отечественных разработчиков, их сотрудничество в международном масштабе приведут к новому качественному скачку в глобальной навигации.

ШТУРМАНСКАЯ ПОДГОТОВКА К ПОЛЕТУ

megaobuchalka.ru

Аппаратура потребителя

АО «Российские космические системы» — ведущее предприятие России, специализирующееся на разработке, изготовлении, авторском сопровождении и эксплуатации космических информационных систем. ФГУП НИИ КП — разработка и сопровождение программно-математической модели бортовых устройств КА «ГЛОНАСС», «ГЛОНАСС-М» и «ГЛОНАСС-К» для наземной отработки в составе наземного отработочного комплекса. Научно-производственная фирма «Гейзер» — разработка и внедрение систем связи, телематики и информационной безопасности, разработка навигационных комплексов и методов навигационно-временного обеспечения с использованием спутниковых технологий ГЛОНАСС/GPS, сертификационные испытания оборудования ГЛОНАСС/GPS и многое другое. Транзас является одним из ведущих производителей высокотехнологичной продукции. Спектр продукции включает береговые системы безопасности судоходства, морское и авиационное бортового оборудование, интегрированные навигационные комплексы, широкий спектр морских и авиационных тренажеров, аэронавигационное обеспечение. Компания «Геокосмос» — освоение и применение в производстве, продвижение и поставка современных технологий и средств создания цифровых моделей местности и инженерных объектов: спутниковые методы определения координат с постобработкой и в реальном времени (RTK), безотражательные электронные тахеометры, роботизированные электронные тахеометры, воздушные и наземные лазерные сканирующие системы. НПП «Транснавигация» является головной организацией Министерства Транспорта Российской Федерации по вопросам научно-технического сопровождения подпрограммы «Внедрение и использование спутниковых навигационных систем в интересах транспорта» на наземном автомобильном и городском электрическом транспорте в рамках Федеральной целевой программы «Глобальная Навигационная Система». М2М телематика — предлагает решения для мониторинга транспорта, спутникового слежения и GPS мониторинга объектов для государственных, муниципальных и корпоративных заказчиков. ОАО Ижевский радиозавод разрабатывает и производит: автомобильные навигаторы, навигационные системы, навигационное оборудование, навигационные приемники. Московское конструкторское бюро «КомпасПлюс» — российское предприятие по разработке и производству радионавигационной аппаратуры ЗАО КБ «НАВИС» — создание технологий и оборудования, использующих сигналы СНС ГЛОНАСС и GPS, навигационного оборудования для морских, авиационных и наземных применений, оборудования частотно-временной синхронизации для систем связи, технологического оборудования имитации сигналов СНС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и их функциональных дополнений типа WAAS, и др. ФГУП «Морсвязьспутник» является головной организацией в РФ в области разработки и внедрения нормативных актов, обеспечивающих безопасность мореплавания за счет рационального использования технических средств судовождения и связи, а также является уполномоченной организацией по внедрению и функционированию Глобальной Морской Системы Связи при Бедствии (ГМССБ) в Российской Федерации. Предприятие отвечает за проведение единой технической политики в области технических средств судовождения и связи на морском транспорте путем непосредственного участия в разработке технических заданий, проведения натурных испытаний и внедрения. Группа компаний «Навигатор» — научно-производственный холдинг, обеспечивающий полный цикл бизнеса от разработки программно-аппаратных решений до пуска-наладки и сопровождения системы спутникового мониторинга на базе заказчика по всей территории Российской Федерации и стран СНГ. НИИМА «ПРОГРЕСС» — разработчик и производитель ГЛОНАСС/GPS навигационных приемников, микроэлектронной аппаратуры. НПО «ПРОГРЕСС» — производство аппаратуры спутниковой навигации ГЛОНАСС. АО «Российский институт радионавигации и времени» — создание систем и средств координатно-временного обеспечения. SPIRIT Telecom занимается разработкой программно-аппаратных решений, применяемых в системах спутниковой навигации Глонасс+GPS и КВ модемах. НПП «ТЕРМОТЕХ» осуществляет деятельность в сфере разработки, внедрения и сопровождения информационно-навигационых систем. Gecko Systems — финская компания, специализирующаяся на разработке и изготовлении высококачественных мультинавигационных следящих устройств. Компания также предоставляет решения по аппаратным и программным средствам и их механизмам в соответствии с требованиями заказчика и комплексные решения для отслеживания перевозок особо важных грузов на транспорте, а также отслеживания имущества и в целях наблюдения. КБ «ГеоСтар навигация» — инновационная компания, сфокусирована на разработках совмещенных навигационных приемников для рынка телематических услуг. ФГУП НТЦ «Интернавигация» — научно-технический центр «Интернавигация» является исполнительным органом Межгосударственного Совета «Радионавигация» и Межведомственной комиссии «Интернавигация». Информационно — консалтинговые услуги в области спутниковой навигации, консультации по вопросам стандартизации в области навигационных систем, сертификация навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (НАП ГНСС), высокоточные измерения навигационных и временных характеристик. Компания «ВНИИРА-НАВИГАТОР» — разработка систем навигации, посадки и управления воздушным движением, систем раннего предупреждения близости земли, интегрированных комплексов бортового оборудования, а так же бортового оборудования спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Компания «Радиома» — профессиональное оборудование радиосвязи диапазонов КВ, авиационного диапазона, УКВ, 300МГц, ДЦВ,транковые системы связи; системы определения местоположения и отображения подвижных объектов и передачи их параметров на диспетчерский центр,системы визуализации состояния и управления подвижными объектами,навигационные приемники GPS и ГЛОНАСС. НАВГЕОКОМ — российское дочернее предприятие Leica Geosystems. Компания специализируется на продвижении геодезического оборудования и технологий спутниковой навигации, лазерного сканирования и оптико-электронных измерений, которые необходимы для решения задач геодезии, добычи полезных ископаемых, строительства, транспорта и многих других отраслей народного хозяйства. Филиалы НАВГЕОКОМ находятся в 14 городах России. Компания «Глобальная Навигация, Телематика, Время» — российская негосударственная компания, занимающаяся реализацией систем координатно-временного обеспечения, средств глобальной мобильной и стационарной мультисервисной спутниковой системы связи «Globalstar» в России и странах СНГ. Исследовательская компания «Современные Телекоммуникации» — одна из ведущих исследовательских компаний России на рынке телекоммуникаций и навигационных технологий. Novacom Wireless разрабатывает и производит оборудование и программное обеспечение на основе технологий спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS, передачи данных по сетям связи для мониторинга и управления любыми движущимися объектами различного назначения: транспортные средства, катера, яхты, люди, животные. Novacom Wireless предлагает навигационно-информационные системы, системы контроля транспорта, автомобильные и персональные трекеры. Trimble — мировой лидер в области технологий определения местоположения, предусматривающих сочетание систем спутниковой и инерциальной навигации, оптико-электронных приборов и средств беспроводной связи с прикладным программным обеспечением и дополнительными сервисами. Javad занимается выпуском большого спектра GPS и ГНСС приемников самого различного назначения. Приемники Javad находит применение в самых различных отраслях человеческой деятельности – в геодезии, авиации, морской навигации, землеустройстве, и многих других. Leica Geosystems занимается разработкой и производством оборудования для геодезии, топографии, картографии и изысканий. Компания специализируется на системных решениях, позволяющих использовать возможности технологий спутниковой навигации, лазерного сканирования, оптико-электронных измерений в строительстве, нефтегазовой отрасли, градостроительстве, на транспорте и др. Septentrio разрабатывает и производит микроэлектронные платы осуществляющие прием и обработку дальномерных сигналов спутниковой навигации и предназначенные для использованния в навигационных и геодезических системах. NovAtel является одним из мировых лидеров в области разработки, производства и внедрения технологий, компонентов и комплексов, связанных с Глобальными Навигационными Спутниковыми Системами. SkyWave Mobile Communications разрабатывает и производит спутниковые и двухрежимные терминалы (с поддержкой спутниковой и сотовой связи), а также предоставляет услуги доступа к спутниковой сети для надежного и экономичного слежения и контроля над недвижимым и движимым имуществом. Topcon — производитель профессионального GNSS-оборудования для геодезии и ГИС.

www.glonass-iac.ru

Спутниковая система ГЛОНАСС

Содержание

1. Исторические сведения…………………………………….………..3

2. Структура спутниковых радионавигационных систем…………6

2.1. Подсистема космических аппаратов………………………………7

2.2. Наземный командно-измерительный комплекс………………….8

2.3. Навигационная аппаратура потребителей СРНС………..………9

2.4. Взаимодействие подсистем СРНС в процессе определения

текущих координат спутников…………………………………..………9

3. Основные навигационные характеристики НС…………….……10

4. Решение навигационной задачи……………………………………..13

5. СРНС ГЛОНАСС………………………………………………………14

5.1. Структура и основные характеристики……………………………14

5.2. Назначение и состав подсистемы контроля и управления……..16

5.2.1. Центр управления системой……………………………………..16

5.2.2. Контрольные станции…………………………………………….17

5.2.3. Эфемеридное обеспечение………………………………………..18

5.2.4. Особенности формирования эфемеридной

информации в ГЛОНАСС……………………………………………….18

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………..19

1. Исторические сведения

Развитие отечественной спутниковой радионавигационной системы (СРНС) ГЛОНАСС имеет уже практически сорокалетнюю историю, начало которой положено, как чаще всего считают, запуском 4 октября 1957 г. в Со­ветском Союзе первого в истории человечества искусственного спутника Зем­ли (ИСЗ). Измерения доплеровского сдвига частоты передатчика этого ИСЗ на пункте наблюдения с известными координатами позволили определить параметры движения этого спутника.

Обратная задача была очевидной: по измерениям того же доплеровского сдвига при известных координатах ИСЗ найти координаты пункта наблюдения.

Научные основы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме «Спутник» (1958—1959 гг.). Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточности применения и независимости от погодных условий.

Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к опытно-конструк­торским работам над первой отечественной низкоорбитальной системой, по­лучившей в дальнейшем название «Цикада».

В 1979 г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поко­ления «Цикада» в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномерным распреде­лением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в сред­нем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС и определять плановые координаты своего места при продолжительности нави­гационного сеанса до 5 … 6 мин.

В ходе испытаний было установлено, что основной вклад в погрешность навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутниками собственных эфемерид, которые определяются и закладываются на спутники средствами наземного комплекса управления. Поэтому наряду с совершенст­вованием бортовых систем спутника и корабельной приемоиндикаторной ап­паратуры, разработчиками системы серьезное внимание было уделено вопро­сам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников.

Была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средствами наземно-комплексного управления, разработаны методики прогнозирования, учитывающие все гармоники в разложении геопотенциала.

Проведены работы по уточнению координат измерительных средств и вычислению коэффициентов согласующей модели геопотенциала, предназначенной специ­ально для определения и прогнозирования параметров навигационных орбит. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала собст­венных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в на­стоящее время на интервале суточного прогноза величину » 70 … 80 м, а среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своего ме­стоположения уменьшилась до 80 … 100 м.

Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно изготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры «Шхуна» и «Челн». В дальнейшем спутники системы «Цикада» были дооборудованы прием­ной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедст­вия на частотах 121 и 406 Мгц. Эти сигналы принимаются спутниками систе­мы «Цикада» и ретранслируются на специальные наземные станции, где про­изводится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самоле­тов и др.).

Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» образуют системы «Коспас». Совместно с американо-франко-ка­надской системой «Сарсат» они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже несколько тысяч спасенных жизней.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигацион­ных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутни­ковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навига­ционной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потре­бителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и косми­ческих кораблей.

Выполнить требования всех указанных классов потребителей низкоорби­тальные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли. Перспективная спутниковая навигационная система должна обеспечи­вать потребителю в любой момент времени возможность определять три про­странственные координаты, вектор скорости и точное время. Для получения потребителей трех пространственных координат беззапросным методом требу­ется проведение измерений навигационного параметра не менее чем до четы­рех спутников, при этом одновременно с тремя координатами местоположения потребитель определяет и расхождение собственных часов относительно шка­лы времени спутниковой системы.

Исходя из принципа навигационных определений, выбрана структура спутниковой системы, которая обеспечивает одновременную в любой момент времени радиовидимость потребителей, находящимся в любой точке Земли, не менее четырех спутников, при минимальной общем их количестве в системе. Это обстоятельство ограничило высоту орбиты навигационных спутников 20 тыс. км, (дальнейшее увеличение высоты не ведет к расширению зоны радиообзора, а, следовательно, и к уменьшению необходимого количества спутников в системе). Для гарантированной видимости потребителем не менее четырех спутников, их количество в системе должно составлять 18, однако оно было увеличено до 24-х с целью повышения точности определения собственных координат и скорости потребителя путем предоставления ему возможности выбора из числа видимых спутников четверки, обеспечивающей наивысшую точность.

Одной из центральных проблем создания спутниковой системы, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам, является проблема взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекуд), поскольку рассинхронизация излучаемых спутниками навигационных сигналов в 10 нс вызывает дополнительную погрешность в определении местоположения потребителя до 10 … 15 м.

Решение задачи высокоточной синхронизации бортовых шкал времен потребовало установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты с относительной нестабильностью 1•10¹³ и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 1×10¹⁴ , а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3 … 5 нс.

С помощью этих средств и специального математического обеспечения производится определение расхождений бортовых шкал времени с наземной шкалой и их прогнозирование для каждого спутника системы. Результат прогноза в виде поправок к спутниковым часам относительно наземных закладываются на соответствующие спутники и передаются ими в составе цифровой информации навигационного сигнала. Потребителями таким образом устанавливается единая шкала времени. Расхождение этой шкалы с наземной шкалой времени системы не превышает 15 … 20 нс.

Второй проблемой создания высокоорбитальной навигационной систем является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников.

Достижение необходимой точности эфемерид навигационных спутнике потребовало проведения большого объема работ по учету факторов второго порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее по

mirznanii.com

это… Глобальные навигационные спутниковые системы. Что такое ГЛОНАСС и чем он отличается от GPS

Система ГЛОНАСС является крупнейшим навигационным комплексом, который позволяет отслеживать местоположение различных объектов. Проект, запущенный в 1982 г., по сей день активно развивается и совершенствуется. Причем работа ведется как над техническим обеспечением ГЛОНАСС, так и над инфраструктурой, позволяющей использовать систему все большему количеству людей. Так, если первые годы существования комплекса навигация посредством спутников использовалась преимущественно в решении военных задач, то сегодня ГЛОНАСС – это технологичный инструмент позиционирования, который стал обязательным в жизнедеятельности миллионов гражданских пользователей.

Глобальные системы спутниковой навигации

Ввиду технологической сложности реализации проектов глобального спутникового позиционирования на сегодняшний день полностью соответствовать этому названию могут лишь две системы – ГЛОНАСС и GPS. Первая является российской, а вторая – плодом американских разработчиков. С технической точки зрения ГЛОНАСС – это комплекс специализированного аппаратного оснащения, расположенного и на орбите, и на земле.

Для связи со спутниками используются специальные датчики и приемники, считывающие сигналы и формирующие на их основе данные о местоположении. Для расчета временных параметров применяются специальные атомные часы. Они служат для определения положения объекта с учетом трансляции и обработки радиоволн. Сокращение погрешностей позволяет обеспечивать более достоверный расчет параметров позиционирования.

Функции спутниковой навигации

В спектр задач глобальных систем спутниковой навигации входит определение точного местоположения наземных объектов. Помимо географического положения, глобальные навигационные спутниковые системы позволяют учитывать время, путь следования, скорость и другие параметры. Реализуются эти задачи посредством спутников, находящихся в разных точках над земной поверхностью.

Применение глобальной навигации используется не только в транспортной отрасли. Спутники помогают в поисково-спасательных операциях, выполнении геодезических и строительных работ, а также без них не обходится координация и обслуживание других космических станций и аппаратов. Военная отрасль также не остается без поддержки системы GPS. ГЛОНАСС-навигатор для подобных целей обеспечивает защищенный сигнал, предназначенный специально для авторизованной аппаратуры Министерства обороны.

Система ГЛОНАСС

Полноценную работу система начала лишь в 2010 г., хотя попытки ввести комплекс в активную работу предпринимались с 1995 г. Во многом проблемы были связаны с низкой долговечностью используемых спутников.

На данный момент ГЛОНАСС — это 24 спутника, которые работают в разных точках орбиты. В целом навигационную инфраструктуру можно представить тремя компонентами: космические аппараты, управляющий комплекс (обеспечивает контроль группировки на орбите), а также навигационные технические средства пользователей.

24 спутника, каждый из которых имеет свою постоянную высоту, распределены на несколько категорий. На каждое полушарие приходится по 12 спутников. Посредством спутниковых орбит над поверхностью земли формируется сетка, за счет сигналов которой определяются точные координаты. Помимо этого, спутниковый ГЛОНАСС имеет и несколько резервных объектов. Они также находятся каждый на своей орбите и не бездействуют. В круг их задач входит расширение покрытия над конкретным регионом и замена выходящих из строя спутников.

Система GPS

Американский аналог ГЛОНАСС – это система GPS, которая начинала свою работу также в 1980-е, но только с 2000 года точность определения координат сделал возможным ее широкое распространение среди потребителей. На сегодняшний день спутники gps гарантируют точность до 2-3 м. Задержка в развитии возможностей навигации долгое время была обусловлена ограничениями позиционирования искусственного характера. Тем не менее их снятие позволило с максимальной точностью определять координаты. Даже при условии синхронизации с миниатюрными приемниками достигается результат, соответствующий ГЛОНАСС.

Отличия между ГЛОНАСС и GPS

Между навигационными системами выделяется несколько отличий. В частности, есть разница в характере расстановки и движении спутников на орбитах. В комплексе ГЛОНАСС они движутся по трем плоскостям (по восемь спутников на каждую), а в системе GPS предусматривается работа в шести плоскостях (примерно по четыре на плоскость). Таким образом, российская система обеспечивает более широкий охват наземной территории, что отражается и в более высокой точности. Однако на практике краткосрочная «жизнь» отечественных спутников не позволяет использовать весь потенциал системы ГЛОНАСС. GPS, в свою очередь, поддерживает высокую точность за счет избыточного количества спутников. Тем не менее российский комплекс регулярно вводит новые спутники, как для целевого использования так и в качестве резервной поддержки.

Также применяются разные методы кодирования сигнала – американцы используют код CDMA, а в ГЛОНАСС – FDMA. При расчете приемниками данных для позиционирования российская спутниковая система предусматривает более сложную модель. В результате для использования ГЛОНАСС необходимо высокое потребление энергии, что отражается в габаритах устройств.

Что позволяют возможности ГЛОНАСС?

Среди базовых задач системы — определение координат объекта, способного взаимодействовать со спутниками ГЛОНАСС. GPS в этом смысле выполняет схожие задачи. В частности, рассчитываются параметры движения наземных, морских и воздушных объектов. За несколько секунд транспортное средство, обеспеченное соответствующим навигатором может вычислить характеристики собственного движения.

При этом использование глобальной навигации уже стало обязательным для отдельных категорий транспорта. Если в 2000-х распространение спутникового позиционирования относилось к контролю определенных стратегических объектов, то сегодня приемниками снабжаются морские и авиационные суда, общественный транспорт и т. д. В скором будущем не исключено и обязательное обеспечение ГЛОНАСС-навигаторами всех частных автомобилей.

Какие устройства работают с ГЛОНАСС

Система способна обеспечивать непрерывное глобальное обслуживание всех без исключения категорий потребителей независимо от климатических, территориальных и временных условий. Как и услуги системы GPS, ГЛОНАСС навигатор предоставляется бесплатно и в любой точке планеты.

Среди устройств, которые имеют возможность приема спутниковых сигналов, значатся не только бортовые навигационные средства и GPS-приемники, но также и сотовые телефоны. Данные о местоположении, направлении и скорости движения отправляются на специальный сервер по сетям GSM-операторов. В использовании возможностей спутниковой навигации помогает специальная программа ГЛОНАСС и различные приложения, которые занимаются обработкой карт.

Комбинированные приемники

Территориальное расширение спутниковой навигации обусловило сращивание двух систем с точки зрения потребителя. На практике устройства ГЛОНАСС нередко дополняются GPS и наоборот, что повышает точность позиционирования и временных параметров. Технически это реализуется посредством двух датчиков, интегрированных в один навигатор. На основе этой идеи и производятся совмещенные приемники, работающие одновременно с системами ГЛОНАСС, GPS и сопутствующей аппаратурой.

Кроме повышения точности определения географических координат такой симбиоз делает возможным отслеживание местоположения, когда спутники одной из систем не улавливаются. Минимальное количество орбитальных объектов, «видимость» которых требуется для работы навигатора, составляет три единицы. Так, если, например, программа ГЛОНАСС становится недоступной, то на помощь придут спутники gps.

Другие системы спутниковой навигации

Разработкой проектов, схожих по масштабам с ГЛОНАСС и GPS, занимается Европейский союз, а также Индия и Китай. Европейское космическое агентство планирует реализовать систему Galileo, состоящую из 30 спутников, что позволит добиться непревзойденной точности. В Индии планируется запуск системы IRNSS, работающей посредством семи спутников. Навигационный комплекс ориентируется на внутригосударственное использование. Система Compass от китайских разработчиков должна состоять из двух сегментов. Первый будет включать 5 спутников, а второй – 30. Соответственно, авторы проекта предполагают два формата обслуживания.

fb.ru