Глонасс принцип работы: Спутниковая система ГЛОНАСС. История и принцип работы

Принципы навигации

Основные элементы спутниковой системы навигации

Принцип работы системы навигации

Системы координат

Системы времени

Навигационные радиосигналы

Навигационное сообщение

Факторы, влияющие на снижение точности

Повышение точности навигации

Космический сегмент

Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника — формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Наземный сегмент

В состав наземного сегмента входят: космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.

Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как КА.

Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.

Пользовательский сегмент

В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей, предназначенная для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю в составе навигационного сигнала передается информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

На рисунке приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников. Цветными толстыми линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Цветные тонкие линии – это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – т.е. часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.

В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают, для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.

В действительности показания часов, которые входят в состав НАП, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников.

Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один — смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.

Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли, о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.

Геоцентрические системы координат — системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.

Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:

• радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),
• лазерная локация
  КА (SLR),
• доплеровские измерительные системы (DORIS),
• навигационные измерения КА ГЛОНАСС и других ГНСС.

Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.

В современных навигационных спутниковых системах используются различные, как правило национальные, системы координат:

Навигационная система	Система координат
Система координат ГЛОНАСС	ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года)
Система координат GPS	WGS-84 (World Geodetic System)
Система координат Galileo	GTRF (Galileo Terrestrial Referenfce Frame)
Система координат Beidou	CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000)
Система координат QZSS	JGS (Japanese geodetic system)
Система координат NavIC	WGS-84 (World Geodetic System)

В соответствии с решаемыми задачами используются два типа систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени основаны на суточном вращении Земли. Эталоном для построения шкал астрономического времени служат солнечные или звездные сутки, в зависимости от точки небесной сферы, по которой производится измерение времени.

Всемирное время UT (Universal Time) — среднее солнечное время на гринвическом меридиане.

Всемирное координированное время UTC синхронизировано с атомным временем и является международным стандартом, на котором базируется гражданское время.

Атомное время (TAI) — время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. В 1967 году на Генеральной конференции мер и весов было принято, что атомная секунда представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, не возмущённого внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 Гц.

Спутниковая радионавигационная система является пространственно-временной системой с зоной действия, охватывающей всё околоземное пространство, и функционирует в собственном системном времени. Важное место в ГНСС отводится проблеме временной синхронизации подсистем, которая важна и для обеспечения заданной последовательности излучения сигналов всех навигационных спутников. Она обусловливает возможность применения пассивных дальномерных (псевдодальномерных) методов измерений. Наземный командно-измерительный комплекс обеспечивает синхронизацию шкал времени всех

НКА путем их сверки и коррекции (непосредственной и алгоритмической).

Навигационных радиосигналы

При выборе типов и параметров сигналов, используемых в спутниковых радионавигационных системах, учитывается целый комплекс требований и условий. Сигналы должны обеспечивать высокую точность измерения времени прихода (задержки) сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятность правильного декодирования навигационного сообщения. Также сигналы должны иметь низкий уровень взаимной корреляции для того, чтобы сигналы разных НКА надежно различались

НАП. Кроме того, сигналы ГНСС должны максимально эффективно использовать отведенную полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, а также иметь высокую помехоустойчивость.

Почти все существующие навигационные спутниковые системы, за исключением индийской системы NAVIC, используют для передачи сигналов диапазон L. Система NAVIC будет излучать сигналы дополнительно и в S диапазоне.

Диапазоны, занимаемые различными навигационными спутниковыми системами

Виды модуляции

По мере развития спутниковых навигационных систем изменялись используемые виды модуляции радиосигналов.
В большинстве навигационных систем изначально использовались исключительно сигналы с бинарной (двухпозиционной) фазовой модуляцией – ФМ-2 (BPSK). В настоящее время в спутниковой навигации начался переход к новому классу модулирующих функций, получивших название BOC (Binary Offset Carrier)-сигналов.

Принципиальное отличие BOC-сигналов от сигналов с ФМ-2 состоит в том, что символ модулирующей ПСП BOC-сигнала представляет собой не прямоугольный видеоимпульс, а отрезок меандрового колебания, включающий в себя некоторое постоянное число периодов k. Поэтому сигналы с BOC-модуляцией часто называют меандровыми шумоподобными сигналами.

Использование сигналов с BOC-модуляцией повышает потенциальную точность измерения и разрешающую способность по задержке. Одновременно с этим, уменьшается уровень взаимных помех при совместном функционировании навигационных систем, использующих традиционные и новые сигналы.

Каждый спутник принимает с наземных станций управления навигационную информацию, которая передается обратно пользователям в составе навигационного сообщения. Навигационное сообщение содержит разные типы информации, необходимые для того, чтобы определить местоположение пользователя и синхронизовать его шкалу времени с национальным эталоном.

Типы информации навигационного сообщения

• Эфемеридная информация, необходимая для вычисления координат спутника с достаточной точностью
• Погрешность расхождения бортовой шкалы времени относительно системной шкалы времени для учета смещения времени КА при навигационных измерениях
• Расхождение между шкалой времени навигационной системы и национальной шкалой времени, для решения задачи синхронизации потребителей
• Признаки пригодности с информацией о состоянии спутника для оперативного исключения спутников с выявленными отказами из навигационного решения
• Альманах с информацией об орбитах и состоянии всех КА в группировке для долгосрочного грубого прогноза движения спутников и планирования измерений
• Параметры модели ионосферы, необходимые одночастотным приемникам для компенсации погрешностей навигационных измерений, связанных с задержкой распространения сигналов в ионосфере
• Параметры вращения Земли для точного пересчета координат потребителя в разных системах координат

Признаки пригодности обновляются в течение нескольких секунд при обнаружении отказа. Параметры эфемерид и времени, как правило, обновляются не чаще, чем 1 раз в полчаса. При этом период обновления для разных систем сильно отличается и может достигать четырех часов, в то время как альманах обновляется не чаще, чем 1 раз в день.

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию и передается в виде потока ЦИ. Изначально во всех навигационных спутниковых системах использовалась структура вида «суперкадр/кадр/строка/слово». При этой структуре поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров, суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк.
В соответствии со структурой «суперкадр/кадр/строка/слово» формировались сигналы системы Baidou, Galileo (кроме E6), GPS (LNAV данные, L1), сигналы ГЛОНАСС с частотным разделением. В зависимости от системы, размеры суперкадров, кадров и строк могут отличаться, но принцип формирования остается похожим.

В настоящее время в большинстве сигналов используется гибкая строковая структура. В этой структуре навигационное сообщение формируется в виде переменного потока строк различных типов. Каждый тип строки имеет свою уникальную структуру и содержит определённый тип информации (указаны выше). НАП выделяет из потока очередную строку, определяет её тип и в соответствии с типом выделяет информацию, содержащуюся в этой строке.

Гибкая строковая структура навигационного сообщения позволяет гораздо эффективнее использовать пропускную способность канала передачи данных. Но главным достоинством навигационного сообщения с гибкой строковой структурой является возможность её эволюционной модернизации при соблюдении принципа обратной совместимости. Для этого в ИКД для разработчиков НАП специально указывается, что если НАП в навигационном сообщении встречает строки неизвестных ей типов, то она должна их игнорировать. Это позволяет добавлять в процессе модернизации ГНСС к ранее существовавшим типам строк строки с новыми типами. НАП, выпущенная ранее, игнорирует строки с новыми типами и, следовательно, не использует те новации, которые вводятся в процессе модернизации ГНСС, но при этом её работоспособность не нарушается.
Сообщения сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением имеют строковую структуру.

На точность определения потребителем своих координат, скорости движения и времени влияет множество факторов, которые можно разделить на три категории:

1. Системные погрешности, вносимые аппаратурой космического комплекса

   Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры спутника и наземного комплекса управления ГНСС, обусловлены в основном несовершенством частотно-временного и эфемеридного обеспечения.

2. Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала от КА до потребителя

   Погрешности обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере Земли от скорости их распространения в вакууме, а также зависимостью скорости от физических свойств различных слоёв атмосферы.

3. Погрешности, возникающие в АП

   Аппаратурные погрешности подразделяются на систематическую погрешность аппаратурной задержки радиосигнала в АП и флуктуационные погрешности, обусловленные шумами и динамикой потребителя.

Кроме того, на точность НВОсущественно влияет взаимное расположение навигационных спутников и потребителя.
Количественной характеристикой погрешности определения местоположения и поправки показаний часов, связанной с особенностями пространственного положения спутника и потребителя, служит так называемый геометрический фактор Γ_Σ или коэффициент геометрии. В англоязычной литературе используется обозначение GDOP — Geometrical Delusion of Precision.
Геометрический фактор Γ_Σ показывает во сколько раз происходит уменьшение точности измерений и зависит от следующих параметров:

• Г_п — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС в пространстве.
  Соответствует PDOP — Position Delusion of Precision.
• Г_г — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по горизонтали.
  Соответствует HDOP — Horizontal Delusion of Precision.
• Г_в — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по вертикали.
  Соответствует VDOP — Vertical Delusion of Precision.
• Г_т — геометрический фактор точности определения поправки показаний часов потребителя ГНСС.
  Соответствует TDOP — Time Delusion of Precision.

Существующие в настоящее время ГНСС GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Однако существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и др.

Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений.

Дифференциальный режим предполагает использование одного или более базовых приёмников, размещённых в точках с известными координатами, которые одновременно с приёмником потребителя (подвижным, или мобильным) осуществляют приём сигналов одних и тех же спутников.

Повышение точности навигационных определений достигается за счёт того, что ошибки измерения навигационных параметров потребительского и базовых приёмников являются коррелированными. При формировании разностей измеряемых параметров большая часть таких погрешностей компенсируется.

В основе дифференциального метода лежит знание координат опорной точки – ККС или системы опорных станций, относительно которых могут быть вычислены поправки к определению псевдодальностей до навигационных спутников. Если эти поправки учесть в АП, то точность расчета, в частности, координат может быть повышена в десятки раз.

Для обеспечения дифференциального режима для большого региона – например, для России, стран Европы, США — передача корректирующих дифференциальных поправок осуществляется при помощи геостационарных спутников. Системы, реализующие такой подход, получили название широкозонные дифференциальные системы.

Подробнее о системах функциональных дополнений ГНСС, которые предоставляют потребителям дополнительную корректирующую информацию, смотрите в разделе «Функциональные дополнения».

Что такое ГЛОНАСС (GLONASS) или Глобальная навигационная спутниковая система для автомобиля и как работает – Советы TehnObzor

Автор Александр Шаман На чтение 5 мин Опубликовано 18.02.2023 Обновлено 18.02.2023

Аннотация

1. Что такое ГЛОНАСС (GLONASS)
2. Принцип работы ГЛОНАСС
3. Разница между ГЛОНАСС и GPS
4. GLONASS для автомобиля
5. Сферы применения
6. Принцип работы GPS и ГЛОНАСС – видео

Будущее спутниковой системы ГЛОНАСС (GLONASS) расписано даже на долгосрочную перспективу. Так что такое ГЛОНАСС в чём отличие от GPS и как работает технология на автомобиле. Разбираемся в статье.

Что такое ГЛОНАСС (GLONASS)

ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система, на англ GLONASS) – это Российская навигационная система, которая функционирует благодаря 24-спутникам и довольно точно информирует о расположении объекта в пространстве (допустима минимальная погрешность).

Создана система в 1976 году, сначала, как и GPS, технология разрабатывалась исключительно для военных целей. Однако с течением времени ГЛОНАСС расширила сферы функционирования. К 2010 году она полностью покрыла территорию РФ, а в 2011 году глобально охватила Землю.

Первый из 24 спутников ГЛОНАСС был запущен в 1982 году, а к 1995 году навигационная система заработала с максимальной продуктивностью.

Спутники ГЛОНАСС работают на 12 различных частотах и могут «совещаться» между собой – передавать друг другу информацию. Каждый спутник способен определять собственное положение, производя расчёты орбитальных расстояний, подобно GPS. В каждой орбитальной плоскости насчитывается по 8 спутников.

Благодаря этим спутникам, прогнозируется погода, определяются местоположения всевозможных объектов, уточняется время, измеряется скорость. Области применения навигационной системы ГЛОНАСС охватывают автомобильную промышленность, строительство, геодезию, сельское хозяйство и прочие сферы.

Версии системы:

• ГЛОНАСС-М (вывели на орбиту важные для картографии спутники, 2003 год).
• ГЛОНАСС-К (спутники добавили ещё одну частоту, 2011 год).
• ГЛОНАСС-К2 (ещё разрабатывается, запустят не раньше 2025 года).
• ГЛОНАСС-КМ (разрабатываются, запуск планируется не раньше 2025 года).

Принцип работы ГЛОНАСС

Принцип работы ГЛОНАСС прост, есть спутники, антенны и приёмники. Информация собирается, хранится, анализируется и передаётся.

В случае с автомобилями потребительскими приёмниками выступают навигаторы, трекеры и маячки. Конечно, система не идеальна, и есть погрешности в точности расчётов.

Технология состоит из трёх основных элементов:

1. Спутники (запущенные на орбиту – космический элемент).
2. Антенны/станции (координация с земли – управляющий элемент).
3. Приёмники (устройства потребителей – пользовательский элемент).

Все три элемента работают по проверенной схеме. Сначала замеряется широта, долгота, высота и время определения этих параметров для конкретного объекта. Затем данные отправляются на пользовательские приёмники (навигаторы, смартфоны и т. д).

Приёмники, в свою очередь, анализируя полученные данные, вычисляют расстояние до спутников (обычно до четырёх), благодаря чему определяется расположение устройства на карте.

Основные недостатки ГЛОНАСС:

• Спутники периодически могут предоставлять однотипную информацию.
• На сигнал может влиять погода, рельеф и постройки (отражение сигнала от объектов).
• Существует также искусственное занижение точности, ради безопасности.
• Некачественные приборы мониторинга.

Разница между ГЛОНАСС и GPS

Обе технологии во многом схожи: разрабатывались практически одновременно по аналогичным сценариям. Количество спутников, которые служат для идентичных целей также одинаковое.

Различия между ГЛОНАСС и GPS:

1. Спутники перемещаются по разному количеству орбит (ГЛОНАСС – по 3, GPS – по 6).
2. Зона покрытия (ГЛОНАСС – 2/3 земли, GPS – полный охват).
3. Сигнал ГЛОНАСС стабильнее, но GPS точнее.

GLONASS для автомобиля

Систему ГЛОНАСС для контроля транспорта можно описать, как возможность отслеживания какого-либо транспортного средства удалённо, благодаря спутникам. В этом смысле ГЛОНАСС эффективнее GPS.

Когда бизнес, имеющий автопарк, использует систему ГЛОНАСС на авто, то оптимизируется весь процесс работы. На сегодняшний день мониторинг (отслеживание) транспортных средств становится всё более востребованным. Это стало возможно благодаря невысокой стоимости и удобству эксплуатации навигационных технологий.

С помощью ГЛОНАСС можно обеспечить безопасность груза и надёжную связь с водителем автомобиля, контролировать расход топлива, длительность стоянки, температурные показатели и скоростной режим, следить за перемещениями и прокладывать маршруты.

Благодаря мониторингу, транспортные компании экономят деньги: бензин не сливается, машина не используется в личных целях, продлевается срок эксплуатации авто и т. д.

Благодаря навигации, можно предотвращать правонарушения и вовремя реагировать на чрезвычайные ситуации, да и обнаружить автомобиль при угоне с помощью ГЛОНАСС будет гораздо проще.

Сферы применения

Система GPS ГЛОНАСС получила широкое распространение среди владельцев не только автомобилей, но смартфонов и умных часов, поскольку предлагает достаточно точные данные, если речь идёт о навигации.

Вот основные сферы использования ГЛОНАСС:

• В смартфонах и носимых гаджетах.
• На автомобилях в личных целях.
• Пассажирские и грузовые перевозки.
• Службы такси и перевозки людей.
• Транспортировка опасных грузов.
• Муниципальный транспорт.
• Сельскохозяйственная техника.

Есть у Глобальной навигационной спутниковой системы и долгосрочные перспективы, так как работает технология повсеместно, эффективно, и её можно использовать почти из любой точки планеты, с любого устройства.

Принцип работы GPS и ГЛОНАСС – видео

Александр Шаман

Пишет Александр уже на протяжении почти двух десятилетий. Первоначально для местных СМИ собирал новости в области технологий. Его любовь к научной фантастике разбудила огромную жажду знаний. Пытаясь понять, как это работает и может ли работать лучше, он настолько увлекается, словно погружается в транс. За это, среди коллег в TehnObzor он и получил прозвище — Шаман.

Глобальные навигационные спутниковые системы | Гидро Интернэшнл

В этой статье кратко представлены текущее состояние и будущее развитие четырех глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Этими четырьмя системами являются американская система глобального позиционирования (GPS), российская Глонасс, европейская Galileo и китайская BeiDou Compass. Все четыре системы предлагают или будут предлагать гражданские навигационные услуги (публично открытые), а также навигационные услуги с ограниченным доступом, что означает для GPS, Глонасс и, скорее всего, для Compass также военные услуги. Европейская система Galileo будет предлагать так называемые публично регулируемые услуги (PRS) для использования правительством.

Основной принцип спутниковой навигации, называемый автономным позиционированием или позиционированием по одной точке, состоит в измерении с помощью приемника на Земле или вблизи нее расстояний от трех спутников до приемника, каждый раз путем наблюдения времени прохождения радиосигнала, передаваемого спутником. Три расстояния до объектов или точек с известными координатами положения — спутников — позволяют нам определить положение пользовательского приемника геометрически в трех измерениях. С этой целью наземный сегмент системы, обычно состоящий из станций по всему миру, координаты положения которых точно установлены, а также с использованием радиосигналов, передаваемых спутниками, определяет положение спутников, прогнозирует их впереди и загружает информацию на спутники, чтобы они могли передавать эту информацию пользователям по всему миру.

Осталось одно осложнение. Пользовательский приемник обычно не оснащен точными часами, такими как атомный эталон (который есть на борту спутника). Когда часы пользовательского приемника опережают время, измеренные расстояния систематически оказываются слишком большими, но все на одинаковую величину. Эта проблема решается одновременным наблюдением как минимум за четвертым спутником. Имея четыре расстояния до спутников в известных позициях, пользовательский приемник может определить свое трехмерное положение, а также смещение своих часов по отношению к системному времени. В результате точность определения местоположения составляет порядка 5-10 метров (с GPS) при благоприятных обстоятельствах, то есть при открытом небе и отсутствии высоких препятствий, таких как здания, блокирующие обзор.

Высокоточное позиционирование
Автономное позиционирование обеспечивает в лучшем случае точность на уровне метра. А этого явно недостаточно для профессиональных высококлассных приложений, таких как геодезия и гидрография. Поскольку многие источники ошибок, такие как орбита спутника и атмосфера, во многом одинаково влияют на измерения, выполняемые приемниками, расположенными относительно близко друг к другу, высокоточные приложения требуют относительного позиционирования. Положение пользовательского (или подвижного) приемника определяется относительно так называемого эталонного приемника (обычно в месте с известными координатами положения) или даже всей сети эталонных приемников. Таким образом, а также используя гораздо более точные наблюдения за фазой несущей, точность определения местоположения может быть повышена до дециметрового и даже сантиметрового уровня. Разрешение неоднозначности цикла фазы несущей является ключом к такой высокой точности.

Глобальная система позиционирования (GPS)
Глобальная система позиционирования (GPS) была разработана Министерством обороны США (DoD) и эксплуатируется ВВС США (USAF). Первый спутник был запущен в феврале 1978 года. Различные поколения спутников GPS: Block I, II, IIA, IIR, IIR-M и в настоящее время IIF (см. рис. 1). Первый блочный спутник IIF был запущен в мае прошлого года и запущен в эксплуатацию в августе. Планируется запуск еще одиннадцати спутников блока IIF. Спутники GPS третьего поколения (блок III) планируется запустить с 2014 года.

Наземный сегмент GPS изначально состоял из пяти станций (по всему миру) и одной на мысе Канаверал. Тем временем было добавлено шесть наземных станций. Береговая охрана США является основным контактным лицом для гражданских пользователей: веб-сайт 1.

GPS полностью функционирует, в настоящее время на орбите находится 31 спутник (11 IIA, 12 IIR, 7 IIR-M и 1 IIF), вместо номинального 24 созвездия. На рис. 2 показано количество активных спутников GPS на орбите в зависимости от времени с 19 февраля.78, до сегодняшнего дня. До сих пор в созвездии с более чем 24 спутниками, как правило, более новые спутники летали в тандеме, бок о бок, со старыми спутниками (которые более склонны к сбоям в ближайшем будущем), в результате чего, с геометрической точки зрения, эффективно группировка из 24 спутников. В январе 2010 года ВВС США начали перепозиционирование спутников GPS в качестве перехода к тому, что они называют созвездием 24+3. Это изменение политики было вызвано, по крайней мере частично, желанием улучшить спутниковую видимость для военных операций США и их союзников в Афганистане и Ираке, где гористая местность может препятствовать приему сигнала для войск на земле. Переход будет завершен к июню этого года.

Новые спутники GPS предлагают дополнительные сигналы, которые представляют особый интерес для профессиональных и требовательных пользователей. GPS представляет собой двойную систему, предназначенную как для военных, так и для гражданских целей. Первоначальная установка предлагает сигналы на двух радиочастотах (L1 и L2) для военных приложений, тогда как для гражданских приложений есть только одна (сигнал L1). Однако с помощью так называемых бескодовых и полубескодовых методов измерения гражданские приемники также могут выполнять двухчастотные измерения. Но измерения на частоте L2 обычно подвержены большему шуму, а отслеживание менее надежно, чем на частоте L1. Начиная с блочных спутников IIR-M, а затем с IIF’ов, также передается L2-сигнал с гражданским кодом (L2C) (в настоящее время с 8 спутников на орбите). На практике это означает, что L2-производительность становится похожей на L1-производительность. Полная группировка (24 спутника), передающих этот дополнительный (L2C) гражданский сигнал, ожидается примерно в 2016 году. Традиционные военные сигналы на L1 и L2 (на которые в настоящее время полагаются гражданские двухчастотные приемники с помощью полубескодовых методов измерения) будут обеспечиваться, по крайней мере, до тех пор, пока 2020.

Начиная со спутников блока IIF (в настоящее время первый на орбите), предлагается дополнительный высокопроизводительный гражданский сигнал на отдельной частоте, а именно L5. На рис. 3 показан снимок данных, недавно собранных в Делфте (январь 2011 г.) для этого конкретного спутника блока IIF. На графике показан шум измерения кода псевдодальности вместе с эффектами многолучевости (в метрах, синим цветом) в зависимости от времени. Шум — с точки зрения стандартного отклонения — ниже уровня 10 см для кода L5 на средних и больших высотах. Зеленая линия показывает угол места спутника; наблюдался полный проход от горизонта почти прямо над головой, обратно к горизонту.

Сигнал L5 предназначен для высокоточных и целостных приложений. Оба сигнала L1 и L5 расположены в диапазонах авиационных частот (тогда как L2 нет), и это позволит использовать двухчастотный диапазон и позиционирование в авиации. Ожидается, что полная группировка из 24 спутников, передающих также на L5, будет достигнута примерно в 2019 году. Первый спутник был запущен 19 октября.82. С осени 2003 г. запускаются спутники второго поколения («Глонасс-М»). Последний запуск трех спутников в декабре 2010 года не удался. Спутники третьего поколения (Глонасс-К) ожидаются с этого года. Они будут предлагать гражданские сигналы на трех частотах.

Наземный сегмент Глонасс ограничен, в основном станциями в пределах России. Контактным лицом Глонасс является Российское космическое агентство: веб-сайт 2.

У Глонасс были трудные времена; он достиг созвездия с 24 спутниками за 1996, но в 2001 году сократилось до 6 спутников. С тех пор система постоянно перестраивалась, и в настоящее время Глонасс близок к полной работоспособности. У него 23 действующих спутника, два неработающих запасных и еще один с недавним отказом навигационной полезной нагрузки.

Сигналы Глонасс настроены иначе. В то время как спутники GPS передают на одной и той же несущей радиочастоте, но с разным двоичным кодом для каждого спутника (принцип, называемый множественным доступом с кодовым разделением каналов, CDMA), спутники Глонасс передают на немного разных радиочастотах (известных как множественный доступ с частотным разделением каналов, ФДМА). Это влияет на конструкцию приемника (внешнего интерфейса) и на обработку неоднозначностей цикла фазы несущей при обработке данных.

Спутники Глонасс (К) нового поколения будут также передавать сигналы CDMA, наряду с традиционными сигналами FDMA. Предоставление сигналов CDMA Глонасс, с точки зрения пользовательского оборудования и программного обеспечения, позволит значительно упростить интеграцию Глонасс с другими GNSS.

Galileo
Система Galileo разрабатывается Европейской комиссией (ЕК) и Европейским космическим агентством (ЕКА). К настоящему времени запущено два прототипа спутников: GIOVE-A в декабре 2005 г. и GIOVE-B в апреле 2008 г. Следующим шагом является запуск четырех спутников, ожидаемый в этом и следующем году, для проверки на орбите (IOV) система. Контракт на 14 действующих спутников был заключен в январе 2010 года. Эти спутники должны полететь к 2014 году. Присуждение следующих 18 спутников пока остается открытым. С полной группировкой у Галилео должно быть 30 спутников на орбите (27 плюс 3 активных запасных). Для окончательной полной эксплуатационной готовности (FOC) Galileo была указана дата 2016 года.

Наземный сегмент Galileo будет состоять из всемирной сети, насчитывающей около 40 станций. Полезными веб-сайтами на Galileo являются веб-сайт 3 Европейского агентства GNSS и ESA: веб-сайт 4.

BeiDou-Compass
Навигационная спутниковая система BeiDou (Compass) разрабатывается правительством Китая (Китайское национальное управление GNSS и приложений). , КНАГА). Первый спутник на средней околоземной орбите (MEO) был запущен в апреле 2007 года. В настоящее время система насчитывает семь спутников на орбите (в прошлом году было запущено несколько). Планы предусматривают запуск еще семи спутников к 2012 году, в результате чего группировка из 14 спутников будет обеспечивать региональное обслуживание Азиатско-Тихоокеанского региона. Согласно плану, система будет состоять из 27 спутников, дополненных пятью геостационарными спутниками и тремя наклонными геосинхронными спутниками, всего к 2020 году будет 35 спутников. Китайский язык.

Выпуск документа управления интерфейсом (ICD) для Compass еще не завершен. Этот документ содержит все необходимые сведения о сигнале и обычно является основой для создания оборудования производителем приемников.

Outlook
Когда к концу десятилетия четыре Глобальные навигационные спутниковые системы будут полностью введены в эксплуатацию, пользователи на Земле смогут получать сигналы на нескольких частотах в L-диапазоне электромагнитного (ЭМ) спектра, от 1,1 до 1,6. ГГц, с более чем 110 спутников. Тогда в поле зрения должно быть в среднем около 30 спутников на высоте более 10 градусов в любой точке Земли.

Благодаря этим системам, предлагающим сигналы дальности в аналогичных диапазонах радиочастот, не возникает серьезных препятствий при разработке и производстве приемников с несколькими GNSS или, скорее, при производстве одного пользовательского приемника, который может выполнять все четыре из них: GPS, Глонасс, Галилей и Компас.

В частности, GPS и Глонасс разрабатывают системы с тремя частотами, а также Galileo и Compass планируют предлагать сигналы на трех частотах. Ранжирование на нескольких частотах позволяет пользователю обрабатывать ионосферные ошибки на основе самих измерений и, как правило, расширяет возможности разрешения неоднозначностей фазового цикла несущей.

Исследования показали, что разрешение неоднозначности на длинных базовых линиях улучшается при переходе от двухчастотного к трехчастотному диапазону, хотя это улучшение весьма незначительно. С другой стороны, большое количество спутников, одновременно находящихся в поле зрения, может обеспечить практичную и надежную кинематику реального времени (RTK) GPS на коротких базах (обычно 5-10 км), используя вместо этого только одночастотное (и, следовательно, менее дорогое) оборудование.

Стоит ли оставаться в курсе гидрографии?

Оставайтесь на карте благодаря нашим профессионально подготовленным информационным бюллетеням.

Мы предоставляем образовательные идеи, новости отрасли и вдохновляющие истории из мира гидрографии, чтобы помочь вам учиться, развиваться и уверенно ориентироваться в своей области. Не пропустите — подпишитесь сегодня и убедитесь, что вы всегда будете в курсе, образованы и вдохновлены последними достижениями в области гидрографических технологий и исследований.

Выберите свой информационный бюллетень(и)

Кристиан ТиберийАвтор

Делфтский технологический университетАвтор

НидерландыАвтор

Сравнение характеристик

, плюсы/минусы, какой лучше для навигации

ГЛОНАСС и GPS — это спутниковые системы, которые изначально разрабатывались для военных целей. Постепенно их перевели в гражданское использование для определения координат с помощью навигационных программ.

Система GPS существует во всем мире достаточно давно и не имела аналогов до 2000 года. Позже на навигационный рынок вышла российская альтернатива – система ГЛОНАСС. Он активно обновляется и на данный момент является прямым конкурентом американской разработки.

GPS и ГЛОНАСС имеют много общего, но есть несколько ключевых различий, которые их отличают.

Содержание

• Основные различия между ГЛОНАСС и GPS
• Сравнение функций GPS и ГЛОНАСС
• Точность сигнала позиционирования
• Преимущества одновременного использования ГЛОНАСС и GPS
• Когда лучше использовать ГЛОНАСС 

Основные отличия ГЛОНАСС от GPS

Обе спутниковые системы различаются по своим параметрам:

• Номер спутников. Навигационные данные собираются и передаются с помощью 24 спутников, выведенных на орбиту в обеих системах. На случай непредвиденных отказов основных спутников на орбиту выведено несколько резервных аппаратов. Основное отличие ГЛОНАСС от GPS в том, что при необходимости США могут расширить количество активных спутников до 48, а российская система такой возможности не дает.
• Расположение спутников. GPS основан на 6 самолетах; каждая плоскость включает в себя 4 устройства. Спутники вращаются вместе с Землей. В ГЛОНАСС вращение происходит вне зависимости от движения Земли, 8 спутников расположены в трех плоскостях.
• Частота передачи сигнала. Различные частоты разделяют все сигналы, передаваемые спутниковым оборудованием, во избежание конфликтов. Однако некоторые частоты американского оборудования GPS максимально приближены к частотам ГЛОНАСС.

Это основные отличия ГЛОНАСС от GPS. По остальным параметрам оборудование работает по схожему принципу и имеет примерно такие же технические характеристики.

Сравнение характеристик GPS и ГЛОНАСС

GPS — спутниковая навигационная система, разработанная вооруженными силами США, со следующими основными характеристиками:

• Составление маршрута путешествия. Просто введите конечную точку вашего курса на приемнике, чтобы оборудование сгенерировало путь.
• Голосовые подсказки. По пути, особенно если вы за рулем, вы можете не отвлекаться на навигационное приложение, поскольку все подсказки о дорожном движении выполняются в голосовом режиме.
• Доступ к подробным картам местности через навигационные приложения (такие как Waze, Maps.me и другие).

Принцип работы ГЛОНАСС и его функциональность аналогичны GPS, но многое зависит от используемого вами оборудования. Точнее, навигационные приложения принимают, анализируют и преобразуют информацию со спутников в удобную для пользователя форму.

С точки зрения точности и GPS, и ГЛОНАСС обеспечивают одинаковый уровень точности определения фиксированных местоположений. Однако, когда дело доходит до отслеживания мобильных объектов, таких как транспортные средства или дроны, ГЛОНАСС превосходит GPS, поскольку для достижения того же уровня точности требуется меньше спутников, чем GPS. Кроме того, поскольку большее количество спутников означает более высокую точность позиционирования, доступ к обеим навигационным системам дает пользователям еще большее преимущество при отслеживании движущихся объектов.

Точность определения координат GPS выше за счет меньшей погрешности передачи сигнала. Местоположение точки в системе ГЛОНАСС определяется с точностью до 3-6 метров, а у системы GPS показатель около 2-4 метров. Если оборудование позволяет использовать сразу две спутниковые системы, погрешность снижается до 1-3 метров. В результате повышается точность определения текущего положения пользователя.

В системе ГЛОНАСС имеется технология, позволяющая уменьшить погрешность до 10 сантиметров. Разработчики оборудования обещают свести погрешность к минимуму в 2020 году.

Есть еще один существенный недостаток ГЛОНАСС: сигналы, передаваемые спутниковым оборудованием, недоступны во всех частях света. Этот недостаток также можно исправить путем строительства новых подстанций, внедрения новых технологических решений и так далее.

Большинство современных производителей спутникового оборудования наделяют свои устройства возможностью подключения сразу к двум спутниковым системам; в результате перекрываются все недостатки ГЛОНАСС и GPS. В настоящее время наиболее перспективным направлением развития навигационного оборудования является адаптация к поддержке сразу двух спутниковых систем.

Преимущества одновременного использования ГЛОНАСС и GPS

При одновременном использовании американской и российской навигационных систем можно добиться ряда следующих существенных преимуществ:

• Высокая точность определения местоположения пользователя. Оборудование, собирающее и анализирующее данные со спутника, выбирает наиболее точные параметры. Системы гарантируют разную точность в зависимости от того, где проживает человек. Например, в Москве эффективнее будет работать GPS, а в Мурманске свои координаты лучше определять с помощью системы ГЛОНАСС.

• Надежность полученных данных. В некоторых моментах происходит преднамеренное глушение потока данных. В результате оборудование GPS больше не получает правильную информацию. В таких случаях ваше навигационное приложение автоматически переключается на ГЛОНАСС, и у вас не возникает проблем с навигацией.

• Независимость от оборудования. Обе навигационные системы являются долговременными военными разработками; в результате рядовые пользователи часто сталкиваются с проблемой доступа к недоступной сети. Если в России GPS недоступен, вы можете легко подключиться к ГЛОНАСС и продолжать пользоваться оборудованием до восстановления доступа.

• Расходы. Когда дело доходит до стоимости, GPS традиционно был дешевле, чем ГЛОНАСС, но эта разница начинает уменьшаться по мере развития технологий и повышения конкурентоспособности цен.

• Наличие. Другим важным фактором является доступность — как упоминалось ранее, GPS покрывает только 80% земной поверхности, а ГЛОНАСС — полностью; что может быть особенно полезно в периоды, когда определенные области не получают адекватного покрытия ни одной из систем.

  No related posts.