La navegación por satélite es utilizada por conductores, ciclistas, turistas, incluso los corredores matutinos siguen su propia ruta utilizando satélites. En lugar de preguntar a los transeúntes cómo encontrar la casa adecuada, la mayoría de la gente prefiere sacar un teléfono inteligente y hacer esta pregunta a GLONASS o GPS. A pesar de que los módulos de navegación por satélite están instalados en todos los teléfonos inteligentes y en la mayoría de los relojes deportivos, solo una de cada diez personas comprende cómo funciona este sistema y cómo encontrar el adecuado en el mar de dispositivos con funciones GPS / GLONASS.

Cómo funciona el sistema de navegación por satélite

La abreviatura GPS significa Sistema de posicionamiento global: "sistema de posicionamiento global", literalmente traducido. La idea de utilizar satélites en órbita cercana a la Tierra para determinar las coordenadas de los objetos terrestres apareció en la década de 1950, justo después de que la Unión Soviética lanzara el primer satélite artificial. Los científicos estadounidenses rastrearon la señal del satélite y encontraron que su frecuencia cambia a medida que el satélite se acerca o retrocede. Por lo tanto, conociendo sus coordenadas exactas en la Tierra, puede calcular la ubicación exacta del satélite. Esta observación dio impulso al desarrollo de un sistema de cálculo de coordenadas global.

Inicialmente, la flota se interesó en el descubrimiento: el laboratorio naval comenzó el desarrollo, pero con el tiempo se decidió crear sistema unificado para todas las fuerzas militares. El primer satélite GPS se puso en órbita en 1978. Ahora las señales son transmitidas por una treintena de satélites. Cuando el sistema de navegación comenzó a funcionar, los departamentos militares de EE. UU. Hicieron un regalo a todos los habitantes del planeta: abrieron el acceso gratuito a los satélites, para que todos puedan usar el Sistema de posicionamiento global de forma gratuita, si hubiera un receptor.

Siguiendo a los estadounidenses, Roskosmos creó su propio sistema: el primer satélite GLONASS entró en órbita en 1982. GLONASS es un sistema global de navegación por satélite que funciona según el mismo principio que el estadounidense. Ahora en órbita hay 24 satélites rusos que proporcionan coordinación.

Para utilizar uno de los sistemas, o mejor dos al mismo tiempo, se necesita un receptor que reciba señales de satélites, así como una computadora para decodificar estas señales: la ubicación del objeto se calcula en base a los intervalos entre los recibidos señales. La precisión de los cálculos es de más o menos 5 m.

Cuantos más satélites "ve" el dispositivo, más más información puede proporcionar. Para determinar las coordenadas, el navegador solo necesita ver dos satélites, pero si encuentra al menos cuatro satélites, el dispositivo podrá informar, por ejemplo, la velocidad del objeto. Por lo tanto, los dispositivos de navegación modernos leen cada vez más parámetros:

• Coordenadas geográficas del objeto.
• La velocidad de su movimiento.
• Altitud sobre el nivel del mar.

Qué errores pueden ocurrir en el funcionamiento del GPS / GLONASS

La navegación por satélite es buena porque está disponible las 24 horas desde cualquier lugar del mundo. Estés donde estés, si tienes un receptor, puedes determinar las coordenadas y construir una ruta. Sin embargo, en la práctica, la señal de los satélites puede verse obstaculizada por obstáculos físicos o desastres climáticos: si está conduciendo a través de un túnel subterráneo y también hay una tormenta desde arriba, es posible que la señal no “acabe” con el receptor.

Este problema se solucionó gracias a la tecnología A-GPS: asume que el receptor utiliza canales de comunicación alternativos al servidor. Eso, a su vez, utiliza datos recibidos de satélites. Gracias a esto, puede utilizar el sistema de navegación en interiores, en túneles, con mal tiempo. La tecnología A-GPS está diseñada para teléfonos inteligentes y otros dispositivos personales, por lo tanto, al elegir un navegador o teléfono inteligente, verifique si es compatible con este estándar. De modo que puede estar seguro de que el dispositivo no le defraudará en un momento crucial.

Los propietarios de teléfonos inteligentes a veces se quejan de que el navegador no funciona con precisión o que periódicamente se "apaga", no determina las coordenadas. Como regla general, esto se debe al hecho de que en la mayoría de los teléfonos inteligentes la función GPS / GLONASS está desactivada por defecto. El dispositivo utiliza torres de telefonía móvil o internet inalámbrico para calcular las coordenadas. El problema se resuelve configurando el teléfono inteligente, activando el método deseado para determinar las coordenadas. Es posible que también deba calibrar la brújula o restablecer su navegador.

Tipos de navegantes

• Automotor. Un sistema de navegación vinculado a los satélites GLONASS o sus homólogos estadounidenses puede ser parte de la computadora a bordo de un automóvil, pero con mayor frecuencia se compran dispositivos separados. No solo determinan las coordenadas del automóvil y le permiten ir fácilmente del punto A al punto B, sino que también lo protegen contra el robo. Incluso si los intrusos roban un automóvil, puede ser rastreado por una baliza. La ventaja de los dispositivos especiales para automóviles es que permiten la instalación de una antena; debido a la antena, puede amplificar la señal GLONASS.
• Turista. Si se puede instalar un conjunto especial de mapas en un navegador de automóvil, se imponen requisitos más estrictos a los dispositivos de viaje: los modelos modernos permiten el uso de un conjunto ampliado de mapas. Sin embargo, el dispositivo de viaje más simple es solo un receptor de señal con una computadora simple. Es posible que ni siquiera marque las coordenadas en el mapa, y luego se requiere un mapa de papel con una cuadrícula de navegación. Sin embargo, ahora tales dispositivos se compran solo por razones de economía.
• Smartphones, tablets con receptor GPS / GLONASS. Los teléfonos inteligentes también le permiten descargar un conjunto extendido de mapas. Se pueden utilizar como navegadores de coche y viajes, lo principal es instalar la aplicación y descargar los mapas necesarios. Muchos de los programas de navegación útiles son gratuitos, pero algunos tienen un precio reducido.

Software de navegación para teléfonos inteligentes

Uno de los mas programas simples diseñado para aquellos que no quieren profundizar en la funcionalidad: MapsWithMe. Le permite descargar un mapa de la región deseada de la red para usarlo más tarde, incluso si no hay conexión a Internet. El programa mostrará la ubicación en el mapa, encontrará los objetos marcados en este mapa; se pueden guardar en marcadores y luego usar una búsqueda rápida. Este es el final de la funcionalidad. El programa utiliza solo mapas vectoriales; no se pueden cargar otros formatos.

Los propietarios de dispositivos Android pueden utilizar el programa OsmAnd. Es adecuado para conductores y excursionistas, ya que le permite crear automáticamente una ruta a lo largo de carreteras o senderos de montaña. El navegador GLONASS te guiará a lo largo de la ruta. comandos de voz... Además de los mapas vectoriales, puede utilizar mapas ráster, así como marcar waypoints y grabar tracks.

La alternativa más cercana a OsmAnd es la aplicación Locus Map. Es adecuado para excursionistas, ya que se asemeja al clásico dispositivo de navegación para turistas que se usaba antes de la llegada de los teléfonos inteligentes. Utiliza mapas vectoriales y ráster.

Dispositivos turísticos

Los teléfonos inteligentes y las tabletas pueden reemplazar un dispositivo GPS / GLONASS dedicado para el turismo, pero esta solución tiene sus inconvenientes. Por un lado, si tiene un teléfono inteligente, no necesita comprar ningún dispositivo adicional. Es fácil trabajar con el mapa en la gran pantalla brillante, la elección de aplicaciones es amplia; hemos indicado solo algunos programas, es imposible cubrir todas las propuestas. Pero el teléfono inteligente también tiene desventajas:

• Se descarga rápidamente. En promedio, el dispositivo funciona durante un día, y menos aún en el modo de búsqueda constante de coordenadas.
• Requiere un manejo cuidadoso. Por supuesto, hay teléfonos inteligentes seguros, pero además del hecho de que son caros, la confiabilidad de un teléfono inteligente de este tipo aún no se puede comparar con un dispositivo GLONASS turístico especial. Puede ser completamente impermeable.

Para caminatas de varios días en la naturaleza, se han desarrollado dispositivos especializados, en estuches impermeables y con baterías potentes. Sin embargo, al elegir un dispositivo de este tipo, es importante aclarar que admite mapas vectoriales y ráster. Un mapa ráster es una imagen anclada a coordenadas. Puede tomar un mapa de papel, escanearlo, vincularlo a las coordenadas GLONASS y obtendrá un mapa ráster. Los mapas vectoriales no son una imagen, sino un conjunto de objetos que el programa coloca en la imagen. El sistema le permite iniciar una búsqueda por objetos, pero es difícil crear un esquema de este tipo por su cuenta.

Hoy en día es difícil encontrar un campo de desarrollo socioeconómico en el que no se puedan utilizar los servicios de navegación por satélite. Lo más urgente sigue siendo el uso de tecnologías GLONASS en la industria del transporte, incluido el transporte marítimo y fluvial, el transporte aéreo y terrestre. Al mismo tiempo, según los expertos, alrededor del 80% de los equipos de navegación se utilizan en el transporte por carretera.

TRANSPORTE DE TIERRA

Una de las principales áreas de aplicación de la navegación por satélite es la monitorización de vehículos. Este servicio es de suma importancia para las empresas industriales, de construcción y de transporte. El equipo de navegación que recibe señales del sistema GLONASS permite determinar la ubicación del vehículo, las lecturas de los sensores de medición pueden garantizar tanto la seguridad del tráfico de pasajeros como la conveniencia y optimización de la operación de vehículos comerciales, excluyendo su uso inapropiado . La implementación del sistema permite a los propietarios de flotas de vehículos reducir sus costos de mantenimiento en un 20-30% en 4-6 meses.

Una de las tecnologías implementadas en Rusia basada en la navegación por satélite es el Sistema de Transporte Inteligente (ITS). Incluye monitorear el transporte de carga peligrosa, voluminosa y pesada, monitorear el régimen de trabajo y descanso de los conductores, administrar y despachar el tráfico de pasajeros, informar a los pasajeros del transporte urbano.

La eficacia del uso de los servicios de navegación por satélite en el transporte terrestre puede evaluarse mediante criterios tales como:

• reducir el número de accidentes viales, así como el número de muertos y heridos en accidentes viales, reduciendo el tiempo de respuesta a los accidentes viales;
• reducir el tiempo de viaje, aumentar el atractivo del transporte público;
• mejorar la calidad de los fondos presupuestarios de gasto.

Según los expertos, debido a la introducción de sistemas de transporte inteligentes, el PIB de Rusia puede crecer entre un 4% y un 5% anual.

Transporte municipal y público de las regiones de Altai, Krasnodar, Krasnoyarsk, Stavropol, Khabarovsk, Astrakhan, Belgorod, Vologda, Kaluga, Kurgan, Magadan, Moscú, Nizhny Novgorod, Novosibirsk, Penza, Saratov, Tambov, Tyumen, Moscú, las repúblicas de Mordovia, Tartaristán, Chuvashia. En Rusia en su conjunto, los elementos ITS se han implementado y operan de manera efectiva en más de 100 ciudades.

BÚSQUEDA Y RESCATE

El equipo que recibe señales de los satélites de navegación está instalado en vehículos de ambulancia atención médica, así como vehículos del Ministerio de Situaciones de Emergencia. El soporte en tiempo coordinado basado en datos satelitales permite que los equipos médicos y los rescatistas lleguen a los sitios de emergencia más rápidamente para ayudar a las víctimas. Con la ayuda de GLONASS, se realiza un seguimiento de la ubicación y el movimiento de los grupos de bomberos.

Uno de los ejemplos ilustrativos del uso de la navegación global por satélite en aras de salvar vidas humanas es el sistema ERA-GLONASS (respuesta de emergencia en caso de accidentes). Su tarea principal es determinar el hecho de un accidente de tráfico y transferir datos al servidor de respuesta. En caso de accidente automovilístico, el terminal de navegación y telecomunicaciones instalado en él determina automáticamente las coordenadas, establece comunicación con el centro servidor del sistema de monitorización y transmite datos sobre el accidente a través de los canales. comunicación celular operador. Estos datos permiten determinar la naturaleza y gravedad de un accidente y realizar una respuesta inmediata en ambulancias. El uso de datos del Sistema Global de Navegación por Satélite a través de ERA-GLONASS puede reducir significativamente la tasa de muerte por lesiones resultantes de accidentes de tráfico.

Otra área de aplicación de GLONASS en interés de salvar vidas humanas es la combinación de la navegación por satélite global con el Sistema Internacional de Búsqueda y Rescate COSPAS-SARSAT. Esta función se proporciona en la nave espacial de navegación de última generación "Glonass-K". Ya en la etapa de pruebas de vuelo, el satélite Glonass-K No. 11 en marzo de 2012 transmitió una señal de socorro sobre el helicóptero canadiense accidentado a través del repetidor de este sistema, gracias a lo cual la tripulación fue rescatada.

NAVEGACION PERSONAL

Los conjuntos de chips con receptores de navegación de señales GLONASS se utilizan en teléfonos inteligentes, tabletas, cámaras digitales, dispositivos de fitness, rastreadores portátiles, computadoras portátiles, navegadores, relojes, gafas y otros dispositivos. La navegación personal se está convirtiendo en la principal aplicación de la tecnología de navegación por satélite.

El uso de tecnologías GNSS ha contribuido a la aparición de deportes y actividades al aire libre completamente nuevos. Un ejemplo de esto es el geocaching, un juego turístico que utiliza sistemas de navegación por satélite, cuyo propósito es encontrar cachés ocultos por otros participantes en el juego. Otro deporte nuevo del geoetiquetado son las carreras de campo a través en coordenadas de satélite predeterminadas.

Un área prometedora de aplicación de las tecnologías GLONASS es sistemas sociales brindar asistencia a personas con discapacidades o niños pequeños. Usando un equipo de navegación con una interfaz de voz, una persona ciega puede determinar su camino a una tienda, clínica, etc. Los propietarios de dichos dispositivos pueden, en caso de peligro o un fuerte deterioro de la salud, llamar a la asistencia de emergencia presionando el botón de pánico. Un rastreador satelital individual puede ayudar a los padres a rastrear la ubicación de sus hijos en línea para monitorear su seguridad.

AVIACIÓN

En la aviación, los receptores de navegación están integrados en los sistemas de navegación aérea de a bordo que proporcionan rutas de navegación y aproximaciones para el aterrizaje en condiciones meteorológicas difíciles. La navegación por satélite es de gran importancia para el aterrizaje de pequeñas aeronaves en aeródromos no equipados. Los sistemas de navegación basados ​​en GLONASS aumentan la seguridad de la navegación de helicópteros, aumentan la precisión de navegación de los vehículos aéreos no tripulados.

TRANSPORTE DE AGUA

El uso de tecnologías GNSS para uso marino / fluvial en Rusia tiende a ser del 100%. La capacidad del mercado ruso se estima en 18.560 unidades de transporte por agua, incluidas las embarcaciones fluviales y marítimas de carga y pasajeros. Las tecnologías GLONASS se utilizan en navegación para navegar barcos y maniobrar en condiciones difíciles (esclusas, puertos, canales, estrechos, condiciones de hielo), navegación en vías navegables interiores, monitoreo y contabilidad de flotas y operaciones de rescate.

El aumento del volumen de tráfico a lo largo de la Ruta del Mar del Norte, que puede reducir significativamente el tiempo de entrega de mercancías desde la región Asia-Pacífico a Europa, conduce a un aumento de la intensidad del transporte marítimo en una zona con condiciones climáticas extremadamente adversas. En condiciones de tormentas y nieblas densas, es difícil garantizar la seguridad del tráfico de embarcaciones sin navegación por satélite.

GEODESIA Y CARTOGRAFIA

Las tecnologías GLONASS se utilizan en el catastro de la ciudad y la tierra, planificación y gestión del desarrollo de territorios, para la actualización de mapas topográficos. El uso de tecnologías GLONASS acelera y reduce el costo del proceso de creación de mapas y su actualización; en algunos casos, no hay necesidad de costosas fotografías aéreas o laboriosos levantamientos topográficos. V Federación Rusa el volumen actual del mercado de equipos geodésicos basados ​​en GNSS se estima en 2,3 mil unidades.

MEDIO AMBIENTE

La comunidad científica utiliza activamente los datos de navegación para la observación y la investigación de la Tierra. GLONASS contribuye al desarrollo de métodos y herramientas destinados a resolver problemas fundamentales de geodinámica, conformar el sistema de coordenadas de la Tierra, construir un modelo de la Tierra, medir mareas, corrientes y nivel del mar, determinar y sincronizar el tiempo, localizar derrames de petróleo, recuperar tierras después vertido de residuos peligrosos.

Las señales de navegación de la nave espacial GLONASS juegan un papel importante en el estudio de los procesos sísmicos. Con la ayuda de datos satelitales, con mayor precisión que a través de equipos terrestres, es posible registrar los procesos de desplazamiento de las placas tectónicas. Además, las perturbaciones en la ionosfera registradas por los satélites de navegación proporcionan a los científicos datos sobre los movimientos de aproximación de la corteza terrestre. Así, la navegación global por satélite permite predecir terremotos y minimizar sus consecuencias para los humanos. Las tecnologías GLONASS también están ayudando a monitorear carreteras y ferrocarriles en áreas propensas a avalanchas en áreas montañosas.

NAVEGACION ESPACIAL

En la industria espacial, las tecnologías GLONASS se utilizan para rastrear vehículos de lanzamiento, determinación de alta precisión de las órbitas de las naves espaciales, determinar la orientación de la nave espacial en relación con el Sol, para la observación precisa, el control y la designación de objetivos de los sistemas de defensa antimisiles.

En particular, el equipo de navegación por satélite GLONASS o GLONASS / GPS está equipado con el vehículo de lanzamiento Proton-M, el vehículo de lanzamiento Soyuz, las etapas superiores Breeze, Fregat, DM y la nave espacial Meteor-M, "Ionosphere", "Kanopus-ST "," Kondor-E "," Bars-M "," Lomonosov ", así como complejos ferroviarios móviles utilizados para transportar cohetes portadores y componentes propulsores.

En la industria espacial un gran número de Los proyectos requieren un conocimiento de alta precisión de las órbitas de las naves espaciales para resolver problemas de teledetección de la Tierra, reconocimiento, mapeo, monitoreo de hielo, situaciones de emergencia, así como en el campo del estudio de la Tierra y los océanos del mundo, construyendo una dinámica de alta precisión. modelo del geoide, modelos dinámicos de alta precisión de la ionosfera y la atmósfera. Al mismo tiempo, se requiere la precisión del conocimiento de la posición de los objetos a nivel de unidades de centímetros; los métodos especiales de procesamiento de mediciones del sistema GLONASS de los receptores ubicados a bordo de la nave espacial también permiten resolver con éxito este problema. .

CONSTRUCCIÓN

En Rusia, las tecnologías GLONASS se utilizan para monitorear equipos de construcción, así como monitorear el desplazamiento de la carretera, monitorear deformaciones de objetos lineales estacionarios, en sistemas de control para equipos de construcción de carreteras.

Los servicios de navegación por satélite ayudan a determinar la ubicación de objetos geográficos con precisión centimétrica al colocar oleoductos y gasoductos, líneas eléctricas, para aclarar los parámetros del terreno durante la construcción de edificios y estructuras, construcción de carreteras. Según expertos nacionales y extranjeros, el uso de GLONASS aumenta la eficiencia de la construcción y el trabajo catastral en un 30-40%.

El uso de los servicios GLONASS le permite transferir rápidamente información sobre el estado de estructuras de ingeniería complejas, objetos potencialmente peligrosos, como presas, puentes, túneles, empresas industriales, plantas de energía nuclear. Con la ayuda del monitoreo satelital, los especialistas reciben información oportuna sobre la necesidad de diagnósticos adicionales de estas estructuras y su reparación.

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN

GLONASS se utiliza para el registro temporal de transacciones monetarias en el comercio de acciones, divisas y productos básicos. Una forma continua y precisa de registrar transferencias y la capacidad de rastrearlas es la columna vertebral del funcionamiento de los sistemas comerciales internacionales para el comercio interbancario. Los mayores bancos de inversión utilizan GLONASS para sincronizar las redes informáticas de sus divisiones en toda Rusia. United Exchange MICEX-RTS utiliza señales GLONASS temporales para registrar cotizaciones con precisión al realizar transacciones. Los equipos GLONASS, utilizados en interés de la infraestructura de telecomunicaciones, brindan una solución a los problemas de sincronización de las redes de comunicaciones.

ARMA

El sistema GLONASS es de particular importancia para la solución eficaz de tareas por parte de las Fuerzas Armadas y consumidores especiales. El sistema se utiliza para resolver las tareas de apoyo en tiempo coordinado de todo tipo y rama de tropas, incluso para aumentar la eficiencia del uso de armas de alta precisión, aeronaves no tripuladas y comando operativo y control de tropas.

El sistema GLONASS es el sistema de navegación más grande que le permite rastrear la ubicación de varios objetos. El proyecto, lanzado en 1982, se está desarrollando y mejorando activamente hasta el día de hoy. Además, se está trabajando tanto en el soporte técnico de GLONASS como en la infraestructura que permite utilizar el sistema en todos más de la gente. Entonces, si los primeros años de existencia del complejo, la navegación por satélite se utilizó principalmente en la resolución de problemas militares, hoy GLONASS es una herramienta de posicionamiento tecnológico que se ha vuelto obligatoria en la vida de millones de usuarios civiles.

Sistemas globales de navegación por satélite

Debido a la complejidad tecnológica del posicionamiento global por satélite, hoy en día solo dos sistemas pueden corresponder completamente a este nombre: GLONASS y GPS. El primero es ruso y el segundo es fruto de desarrolladores estadounidenses. Desde un punto de vista técnico, GLONASS es un complejo de equipos de hardware especializados ubicados tanto en órbita como en tierra.

Para la comunicación con satélites, se utilizan sensores y receptores especiales que leen señales y forman datos de ubicación sobre su base. Para calcular los parámetros de tiempo se utilizan unos especiales, que se utilizan para determinar la posición del objeto, teniendo en cuenta la emisión y procesamiento de ondas de radio. La reducción de errores permite un cálculo más confiable de los parámetros de posicionamiento.

Funciones de navegación por satélite

La gama de tareas de los sistemas globales de navegación por satélite incluye determinar la ubicación exacta de los objetos terrestres. Además de la ubicación geográfica, los sistemas globales de navegación por satélite permiten tener en cuenta el tiempo, la ruta, la velocidad y otros parámetros. Estas tareas se realizan mediante satélites ubicados en diferentes puntos sobre la superficie terrestre.

El uso de la navegación global no se limita a la industria del transporte. Los satélites ayudan en las operaciones de búsqueda y rescate, trabajos geodésicos y de construcción, y la coordinación y mantenimiento de otras estaciones espaciales y vehículos no pueden prescindir de ellos. La industria militar tampoco se queda sin el apoyo de un sistema de objetivos similares, proporcionando una señal protegida diseñada específicamente para equipos autorizados del Departamento de Defensa.

Sistema GLONASS

El sistema comenzó a funcionar plenamente recién en 2010, aunque desde 1995 se han hecho intentos de poner el complejo en funcionamiento activo. En muchos aspectos, los problemas estaban asociados con la baja durabilidad de los satélites utilizados.

Actualmente GLONASS son 24 satélites que operan en diferentes puntos de la órbita. En general, la infraestructura de navegación puede estar representada por tres componentes: el complejo de control (proporciona el control de la constelación en órbita), así como la navegación. medios tecnicos usuarios.

Los 24 satélites, cada uno con su propia altitud constante, se dividen en varias categorías. Hay 12 satélites por hemisferio. Por medio de las órbitas de los satélites sobre la superficie terrestre, se forma una cuadrícula, debido a cuyas señales se determinan las coordenadas exactas. Además, el satélite GLONASS tiene varias instalaciones de respaldo. También están cada uno en su propia órbita y no están inactivos. Sus tareas incluyen expandir la cobertura en una región específica y reemplazar satélites defectuosos.

Sistema GPS

El análogo estadounidense de GLONASS es el sistema GPS, que también comenzó a funcionar en la década de 1980, pero solo a partir del 2000 la precisión en la determinación de las coordenadas lo hizo posible. amplio uso entre los consumidores. Hoy dia satélites gps garantizar una precisión de hasta 2-3 m. Retraso en el desarrollo de las capacidades de navegación largo tiempo se debió a restricciones de posicionamiento artificial. Sin embargo, su eliminación permitió determinar las coordenadas con la máxima precisión. Incluso bajo la condición de sincronización con receptores en miniatura, se logra un resultado correspondiente a GLONASS.

Diferencias entre GLONASS y GPS

Existen varias diferencias entre los sistemas de navegación. En particular, existe una diferencia en la naturaleza de la ubicación y el movimiento de los satélites en órbitas. En el complejo GLONASS, se mueven a lo largo de tres planos (ocho satélites para cada uno) y el sistema GPS permite trabajar en seis planos (aproximadamente cuatro por plano). Por lo tanto, el sistema ruso proporciona una cobertura más amplia del territorio terrestre, lo que se refleja en una mayor precisión. Sin embargo, en la práctica, la "vida" a corto plazo de los satélites domésticos no permite utilizar todo el potencial del sistema GLONASS. El GPS, a su vez, mantiene una alta precisión debido a la abundancia de satélites. Sin embargo, el complejo ruso introduce regularmente nuevos satélites, tanto para uso específico como como soporte de respaldo.

También aplicar diferentes métodos codificación de señales: los estadounidenses usan el código CDMA y GLONASS usa FDMA. Al calcular los datos para el posicionamiento de los receptores, el sistema de satélite ruso proporciona un modelo más complejo. Como resultado, el uso de GLONASS requiere un alto consumo de energía, lo que se refleja en las dimensiones de los dispositivos.

¿Qué permiten las capacidades de GLONASS?

Entre las tareas básicas del sistema está determinar las coordenadas de un objeto capaz de interactuar con GLONASS. El GPS en este sentido realiza tareas similares. En particular, se calculan los parámetros del movimiento de objetos terrestres, marinos y aéreos. En pocos segundos, un vehículo provisto de un navegador adecuado puede calcular las características de su propio movimiento.

Al mismo tiempo, el uso de la navegación global ya se ha convertido en obligatorio para determinadas categorías de transporte. Si en la década de 2000 la difusión del posicionamiento por satélite estaba relacionada con el control de determinados objetos estratégicos, hoy en día los barcos y aeronaves, el transporte público, etc. se suministran con receptores. En un futuro próximo, no se descarta que todos los coches privados deban ser provistos con navegadores GLONASS.

Qué dispositivos funcionan con GLONASS

El sistema es capaz de brindar un servicio global continuo a todas las categorías de consumidores sin excepción, independientemente de las condiciones climáticas, territoriales y de tiempo. Al igual que los servicios del sistema GPS, el navegador GLONASS se proporciona de forma gratuita en cualquier parte del mundo.

Entre los dispositivos que tienen la capacidad de recibir señales de satélite, no solo hay ayudas a la navegación a bordo y receptores GPS, sino también Celulares... Los datos sobre la ubicación, la dirección y la velocidad del movimiento se envían a un servidor especial a través de las redes de los operadores GSM. Al utilizar las capacidades de la navegación por satélite, ayuda programa especial GLONASS y varias aplicaciones que se ocupan del procesamiento de mapas.

Receptores combinados

La expansión territorial de la navegación por satélite ha llevado a la fusión de los dos sistemas desde el punto de vista del consumidor. En la práctica, los dispositivos GLONASS a menudo se complementan con GPS y viceversa, lo que mejora la precisión del posicionamiento y la sincronización. Técnicamente, esto se hace a través de dos sensores integrados en un navegador. A partir de esta idea, se están produciendo receptores combinados que funcionan simultáneamente con GLONASS, GPS y equipos relacionados.

Además de mejorar la precisión de la determinación, tal simbiosis hace posible rastrear la ubicación cuando los satélites de uno de los sistemas no son capturados. El número mínimo de objetos orbitales, cuya "visibilidad" es necesaria para que el navegador funcione, es de tres unidades. Entonces, si, por ejemplo, el programa GLONASS deja de estar disponible, los satélites gps acudirán al rescate.

Otros sistemas de navegación por satélite

La Unión Europea, así como India y China están desarrollando proyectos de escala similar a GLONASS y GPS. planea implementar el sistema Galileo, compuesto por 30 satélites, que logrará una precisión insuperable. India planea lanzar el sistema IRNSS utilizando siete satélites. El complejo de navegación está orientado al uso doméstico. El sistema de brújula de los desarrolladores chinos debe constar de dos segmentos. El primero incluirá 5 satélites y el segundo 30. En consecuencia, los autores del proyecto asumen dos formatos de servicio.

Sistemas de navegación por satélite GLONASS y GPS. Parte 1

E. Povalyaev, S. Khutornaya

Sistemas de navegación por satélite GLONASS y GPS. Parte 1

Llamamos su atención sobre una serie de artículos dedicados a los sistemas de navegación por radio por satélite Glonass (sistema global de navegación por satélite) y GPS (Sistema de posicionamiento global). El primer artículo del ciclo analiza los problemas de construcción y funcionamiento de sistemas, la estructura y funciones de los equipos de consumo (receptores), los algoritmos para resolver el problema de navegación y las perspectivas de desarrollo de sistemas.

Desde la antigüedad, los viajeros se han planteado la pregunta: ¿cómo determinar su ubicación en la Tierra? Los navegantes antiguos se guiaban por las estrellas que indicaban la dirección del movimiento: conociendo la velocidad promedio y el tiempo de viaje, era posible navegar en el espacio y determinar la distancia hasta el destino final. Sin embargo, las condiciones climáticas no siempre jugaron a favor de los investigadores, por lo que no fue difícil desviarse del rumbo. Con la llegada de la brújula, la tarea se ha vuelto mucho más sencilla. El viajero ya dependía menos del clima.

La era de la radio abrió nuevas oportunidades para el hombre. Con el advenimiento de estaciones de radar Cuando fue posible medir los parámetros de movimiento y la ubicación relativa de un objeto por el rayo de radar reflejado desde su superficie, surgió la pregunta sobre la posibilidad de medir los parámetros del movimiento del objeto por la señal emitida. En 1957, en la URSS, un grupo de científicos dirigido por V.A. Kotelnikova confirmó experimentalmente la posibilidad de determinar los parámetros de movimiento de un satélite terrestre artificial (AES) basándose en los resultados de la medición del desplazamiento de frecuencia Doppler de la señal emitida por este satélite. Pero, lo más importante, se estableció la posibilidad de resolver el problema inverso: encontrar las coordenadas del receptor a partir del desplazamiento Doppler medido de la señal emitida por el satélite, si se conocen los parámetros de movimiento y las coordenadas de este satélite. Al moverse en órbita, el satélite emite una señal una cierta frecuencia, cuya denominación se conoce en el lado receptor (consumidor). Se conoce la posición del satélite en cada momento del tiempo, más precisamente, se puede calcular en base a la información almacenada en la señal del satélite. El usuario, midiendo la frecuencia de la señal que le llega, la compara con la referencia y así calcula el desplazamiento de frecuencia Doppler debido al movimiento del satélite. Las mediciones se realizan de forma continua, lo que le permite componer una especie de función de cambio de frecuencia Doppler. En un momento determinado, la frecuencia se vuelve igual a cero y luego cambia de signo. En el momento en que la frecuencia Doppler es igual a cero, el consumidor está en la línea, que es la normal al vector de movimiento del satélite. Utilizando la dependencia de la pendiente de la curva de frecuencia Doppler de la distancia entre el consumidor y el satélite y midiendo el momento en el tiempo en que la frecuencia Doppler es igual a cero, se pueden calcular las coordenadas del consumidor.

Así, el satélite terrestre artificial se convierte en una estación de referencia de radionavegación, cuyas coordenadas cambian en el tiempo debido al movimiento del satélite en órbita, pero pueden calcularse con anticipación en cualquier momento debido a la información de efemérides incrustada en la señal de navegación por satélite. .

En 1958-1959. en la Academia de Ingeniería de la Fuerza Aérea de Leningrado (LVVIA). A.F. Mozhaisky, el Instituto de Astronomía Teórica de la Academia de Ciencias de la URSS, el Instituto de Electromecánica de la Academia de Ciencias de la URSS, dos institutos de investigación naval y el Instituto de Investigación y Desarrollo de Gorki realizaron investigaciones sobre el tema "Sputnik", que más tarde se convirtió la base para la construcción del primer sistema nacional de navegación por satélite de órbita baja "Tsikada". Y en 1963 se comenzó a trabajar en la construcción de este sistema. En 1967, se puso en órbita el primer satélite de navegación nacional Kosmos-192. Un rasgo característico de los sistemas de radionavegación por satélite de primera generación es el uso de satélites de órbita baja y el uso de una señal de un satélite visible en el momento para medir los parámetros de navegación de un objeto. Posteriormente, los satélites del sistema Tsikada fueron equipados con equipos de recepción para detectar objetos en peligro.

Paralelamente, tras el exitoso lanzamiento del primer satélite terrestre artificial por parte de la URSS, en Estados Unidos en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, se está trabajando en relación con la posibilidad de medir los parámetros de la señal emitida. por el satélite. Las mediciones se utilizan para calcular los parámetros del movimiento del satélite en relación con el punto de observación terrestre. La solución al problema inverso es cuestión de tiempo.

Sobre la base de estos estudios en 1964 en los EE.UU. se creó el sistema de radionavegación por satélite Doppler de la primera generación "Transit". Su objetivo principal es proporcionar soporte de navegación para el lanzamiento de misiles balísticos Polaris desde submarinos. El director del Laboratorio de Física Aplicada, R. Kershner, es considerado el padre del sistema. El sistema estuvo disponible para uso comercial en 1967. Al igual que en el sistema Tsikada, en el sistema Transit, las coordenadas de la fuente se calculan a partir del desplazamiento Doppler de la frecuencia de la señal de uno de los 7 satélites visibles. Los sistemas AES tienen órbitas polares circulares con una altitud de ~ 1100 km sobre la superficie de la Tierra, el período orbital de los satélites de "tránsito" es de 107 minutos. La precisión del cálculo de las coordenadas de la fuente en los sistemas de primera generación depende en gran medida del error en la determinación de la velocidad de la fuente. Entonces, si la velocidad de un objeto se determina con un error de 0.5 m, esto, a su vez, conducirá a un error al determinar las coordenadas de ~ 500 m. Para un objeto estacionario, este valor disminuye a 50 m.

Además, el funcionamiento continuo no es posible en estos sistemas. Debido a que los sistemas son de órbita baja, el tiempo durante el cual el satélite está en el campo de visión del usuario no supera una hora. Además, el tiempo entre el paso de varios satélites de la zona de visibilidad del consumidor depende de la latitud geográfica en la que se encuentre, pudiendo oscilar entre 35 y 90 minutos. Reducir este intervalo aumentando el número de satélites es imposible, porque todos los satélites emiten señales a la misma frecuencia.

En consecuencia, los sistemas de navegación por satélite de la segunda generación tienen una serie de desventajas importantes. En primer lugar, no hay suficiente precisión para determinar las coordenadas de los objetos dinámicos. Otra desventaja es la falta de continuidad en las mediciones.

Uno de los principales problemas que surgen en el desarrollo de sistemas de satélite que proporcionan definiciones de navegación para varios satélites es la sincronización mutua de señales (escalas de tiempo) de los satélites con la precisión requerida. Un desajuste de 10 ns de los generadores de referencia del satélite conduce a un error en la determinación de las coordenadas del consumidor 10-15 m. El segundo problema al que se enfrentaron los desarrolladores al crear sistemas de navegación por satélite de alta órbita fue la determinación y predicción de alta precisión de los parámetros de las órbitas de los satélites. El equipo receptor, midiendo los retardos de la señal de diferentes satélites, calcula las coordenadas del consumidor.

Para estos fines, en 1967, la Marina de los EE. UU. Desarrolló un programa según el cual se lanzó el satélite TIMATION-I, y en 1969, el satélite TIMATION-II. A bordo de estos satélites se utilizaron osciladores de cristal... Al mismo tiempo, la Fuerza Aérea de los EE. UU. Estaba ejecutando su programa paralelo para usar señales de código de pseudo ruido de banda ancha (PRN). Las propiedades de correlación de dicho código hacen posible utilizar una frecuencia de señal para todos los satélites, con división de código de señales de diferentes satélites. Más tarde, en 1973, los dos programas se fusionaron en uno común bajo el nombre "Navstar-GPS". En 1996, se completó la implementación del sistema. Actualmente hay 28 satélites activos disponibles.

En la URSS, las pruebas de vuelo del sistema de navegación por satélite de alta órbita GLONASS comenzaron en 1982 con el lanzamiento del satélite Kosmos-1413. El principal desarrollador y creador del sistema en su conjunto y del segmento espacial es NPO Applied Mechanics (Krasnoyarsk), y para las naves espaciales de navegación, PO Polet (Omsk). RNIIKP es el principal desarrollador de complejos de ingeniería de radio; El Instituto Ruso de Radio Navegación y Tiempo fue designado responsable de la creación del complejo temporal, el sistema de sincronización y el equipo de navegación para los consumidores.

Sistema de radionavegación por satélite en red (SRNSS) Glonass

El sistema Glonass está diseñado para la navegación operativa global de objetos móviles de superficie. El SRNSS fue desarrollado por orden del Ministerio de Defensa. Por su estructura, Glonass, al igual que el GPS, se considera un sistema de doble acción, es decir, se puede utilizar tanto con fines militares como civiles.

El sistema en su conjunto incluye tres partes funcionales (en la literatura profesional, estas partes se denominan segmentos) (Fig. 1).

Figura 1. Segmentos de los sistemas de navegación de órbita alta Glonass y GPS

• segmento espacial, que incluye una constelación orbital de satélites terrestres artificiales (en otras palabras, naves espaciales de navegación);
• segmento de control, complejo de control terrestre (GCC) de la constelación orbital de naves espaciales;
• equipos de los usuarios del sistema.

De estas tres partes, la última, el equipo de usuario, es la más numerosa. El sistema Glonass no es exigente, por lo que no importa el número de usuarios del sistema. Además de la función principal, las definiciones de navegación, el sistema permite una sincronización mutua de alta precisión de los estándares de frecuencia y tiempo en objetos terrestres remotos y referencias geodésicas mutuas. Además, se puede utilizar para determinar la orientación de un objeto en función de las mediciones realizadas a partir de cuatro receptores de señales de satélites de navegación.

En el sistema Glonass, las naves espaciales de navegación (NSA), que giran en una órbita geoestacionaria circular a una altitud de ~ 19100 km, se utilizan como estación de referencia de radionavegación (Fig. 2). El período de revolución del satélite alrededor de la Tierra es, en promedio, de 11 horas y 45 minutos. El tiempo de funcionamiento del satélite es de 5 años, durante los cuales los parámetros de su órbita no deben diferir de los valores nominales en más de un 5%. El satélite en sí es un contenedor sellado con un diámetro de 1,35 my una longitud de 7,84 m, dentro del cual se colocan varios tipos de equipos. Todos los sistemas funcionan con paneles solares. La masa total del satélite es de 1415 kg. El equipo a bordo incluye: un transmisor de navegación a bordo, un cronizador (reloj), un complejo de control a bordo, un sistema de orientación y estabilización, etc.

Figura 2. Segmento espacial de los sistemas GLONASS y GPS

Figura 3. Segmento del complejo de control terrestre del sistema Glonass

Figura 4. Segmento del complejo de control terrestre del sistema GPS

El segmento del complejo de control terrestre del sistema GLONASS realiza las siguientes funciones:

• efemérides y soporte de frecuencia de tiempo;
• seguimiento del campo de la navegación por radio;
• monitorización radiotelemétrica de NSA;
• comando y programa de radio control de la NSA.

Para sincronizar las escalas de tiempo de varios satélites con la precisión requerida, se utilizan estándares de frecuencia de cesio con una inestabilidad relativa del orden de 10-13 a bordo del satélite. El complejo de control terrestre utiliza un estándar de hidrógeno con una inestabilidad relativa de 10-14. Además, el GCC incluye medios para corregir las escalas de tiempo de los satélites en relación con la escala de referencia con un error de 3-5 ns.

El segmento terrestre proporciona soporte para efemérides por satélite. Esto significa que los parámetros del movimiento de los satélites se determinan en tierra y los valores de estos parámetros se predicen durante un período de tiempo predeterminado. Los parámetros y su pronóstico se incluyen en el mensaje de navegación transmitido por el satélite junto con la transmisión de la señal de navegación. Esto también incluye las correcciones de frecuencia de tiempo de la escala de tiempo a bordo del satélite en relación con la hora del sistema. La medición y predicción de los parámetros del movimiento del satélite se realiza en el Centro Balístico del sistema en base a los resultados de las mediciones de trayectoria de la distancia al satélite y su velocidad radial.

Sistema de satélite de navegación por radio de red GPS

Sistema GPS estadounidense por su funcionalidad es similar al sistema doméstico Glonass. Su objetivo principal es la determinación de alta precisión de las coordenadas del consumidor, que componen el vector de velocidad, y la vinculación a la escala de tiempo del sistema. Al igual que el nacional, el sistema GPS fue desarrollado para el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y está bajo su control. Según el documento de control de interfaz, los principales desarrolladores del sistema son:

• en el segmento espacial: División Espacial Internacional de Rockwell, División Espacial Astro de Martin Marietta;
• por segmento de gestión: IBM, Federal System Company;
• por segmento de consumidores: Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.

Al igual que el sistema Glonass, el GPS consta de un segmento espacial, un complejo de medición de comandos terrestres y un segmento de consumidores.

Como se mencionó anteriormente, la constelación orbital GPS consta de 28 naves espaciales de navegación. Todos ellos se encuentran en órbitas circulares con un período de revolución alrededor de la Tierra igual a 12 horas. La altitud orbital de cada satélite es de ~ 20 000 km. Los sistemas de GPS por satélite experimentaron una serie de mejoras que afectaron a su rendimiento general. Mesa 1 muestra breves características nave espacial utilizada en el sistema.

Cuadro 1. Características de las naves espaciales utilizadas en el sistema GPS

Tipo NKA	Masa en órbita	Potencia de las fuentes de energía, W	Vida activa estimada	Año de lanzamiento de la primera NSA
Bloque-I	525	440	-	1978
Bloque II	844	710	5	1989
Bloque-IIR	1094	1250	7,5	1997
Bloque-IIF	-	-	14–15	2001–2002

Tabla 2. Características comparativas de los sistemas GLONASS y GPS

Índice	GLONASS	GPS
El número de naves espaciales en una constelación orbital completa.	24	24
Planos orbitales	3	6
El número de naves espaciales en cada avión.	8	4
Inclinación de la órbita	64,8º	55º
Altitud orbital, km	19 130	20 180
Período orbital del satélite	11 horas 15 minutos 44 s	11 horas 58 minutos 00 s
Sistema coordinado	PZ-90	WGS-84
Masa de la nave espacial de navegación, kg	1450	1055
Energía solar, W	1250	450
Vida activa, años	3	7,5
Medios para poner en órbita naves espaciales	"Proton-K / DM"	Delta 2
El número de naves espaciales lanzadas en un lanzamiento.	3	1
Cosmódromo	Baikonur (Kazajstán)	cabo Cañaveral
Tiempo de referencia	UTC (SU)	UTC (NO)
Método de acceso	FDMA	CDMA
Frecuencia de carga: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Polarización	Del lado derecho	Del lado derecho
Tipo de secuencia PN	secuencia m	Código de oro
Número de puntos de código: C / A PAG	511 51 1000	1023 2,35x1014
Tasa de codificación, Mbps: C / A PAG	0,511 5,11	1,023 10,23
Nivel de interferencia de radio dentro del sistema, dB	-48	-21,6
Estructura del mensaje de navegación
Tasa de transferencia, bit / s	50	50
Tipo de modulación	BPSK (Manchester)	BPSK NRZ
Longitud del supercuadro, min.	2.5 (5 cuadros)	12,5 (25 fotogramas)
Longitud del cuadro, s	30 (15 líneas)	30 (5 líneas)
Longitud de la cuerda, s	2	6

Al diseñar el sistema en su conjunto y la NSA en particular, se presta mucha atención a las cuestiones del funcionamiento autónomo. Así, la nave espacial de la primera generación (Bloque-I) aseguró el funcionamiento normal del sistema (es decir, sin errores significativos en la determinación de las coordenadas) sin la intervención del segmento de control durante 3-4 días. En los dispositivos Block-II, este período se incrementó a 14 días. En la nueva modificación del satélite, Block-IIR permite un funcionamiento autónomo durante 180 días sin ajustar los parámetros de la órbita desde tierra, utilizando solo un complejo autónomo para la sincronización mutua de satélites. Se supone que los dispositivos Block-IIF deben usarse en lugar del Block-IIR usado.

Estructura de las señales de radio de navegación del sistema Glonass

El sistema Glonass utiliza señales de multiplexación por división de frecuencia (FDMA) emitidas por cada satélite: dos señales codificadas por desplazamiento de fase. La frecuencia de la primera señal está en el rango L1 ~ 1600 MHz, y la frecuencia de la segunda está en el rango L2 ~ 1250 MHz. Los valores nominales de las frecuencias de funcionamiento de las señales de radio transmitidas en las bandas L1 y L2 se determinan mediante la expresión:

f k1 = f 1 + kD f 1
f k2 = f 2 + kD f 2 k = 0,1, ..., 24, (1)

donde k = 0,1, ..., 24 - números de letras (canales) de las frecuencias de trabajo de los satélites;

f 1 = 1602 MHz; D f 1 = 9/16 = 0,5625 MHz;
f 2 = 1246 MHz; Df 2 = 7/16 = 0,4375 MHz.

Para cada satélite, las frecuencias de funcionamiento de las señales en las bandas L1 y L2 son coherentes y se forman a partir de una referencia de frecuencia. La relación de las frecuencias operativas de la portadora de cada satélite:

D f k1 / D f k2 = 7/9.

El valor nominal de la frecuencia del generador de a bordo, desde el punto de vista de un observador en la superficie de la Tierra, es de 5,0 MHz.

En la banda L1, cada satélite del sistema Glonass emite 2 portadoras a la misma frecuencia, desplazadas entre sí en fase 90º (Fig. 5).

Figura 5. Diagrama vectorial de las señales portadoras de los sistemas GLONASS y GPS

Una de las portadoras se somete a modulación por desplazamiento de fase a 180º. La señal moduladora se obtiene sumando tres señales binarias módulo 2 (Fig.6):

• un código de rango aproximado transmitido a una velocidad de 511 Kbit / s (figura 6c);
• secuencias de datos de navegación transmitidos a una velocidad de 50 bit / s (figura 6a);
• onda de meandro, transmitida a una velocidad de 100 bit / s (Fig. 6b).

Figura 6. Estructura de la señal GLONASS

La señal en el rango L1 (similar al código C / A en GPS) está disponible para todos los consumidores dentro del rango de visibilidad de la nave espacial. La señal L2 está destinada a fines militares y no se ha revelado su estructura.

La composición y estructura de los mensajes de navegación de los satélites del sistema Glonass.

El mensaje de navegación se forma en forma de líneas de seguimiento continuo, cada una con una duración de 2 s. En la primera parte de la línea (intervalo 1,7 s) se transmiten datos de navegación, y en la segunda parte (0,3 s) - Sello de tiempo. Es una secuencia pseudoaleatoria abreviada de 30 símbolos con una frecuencia de reloj de 100 bps.

Los mensajes de navegación de los satélites Glonass son necesarios para que los usuarios determinen la navegación y planifiquen sesiones de comunicación con satélites. Según su contenido, los mensajes de navegación se dividen en información operativa y no operativa.

La información operativa se refiere al satélite desde el que se recibió. La información operativa incluye:

• digitalización de marcas de tiempo;
• la diferencia relativa entre la frecuencia de la portadora del satélite y el valor nominal;
• información de efemérides.

El tiempo de vinculación de la información de efemérides y las correcciones de frecuencia-tiempo, que tienen una frecuencia de media hora desde el comienzo del día, le permiten determinar con precisión las coordenadas geográficas y la velocidad del satélite.

La información no operativa contiene un almanaque, que incluye:

• datos sobre el estado de todos los satélites del sistema;
• cambio de la escala de tiempo del satélite en relación con la escala del sistema;
• parámetros de las órbitas de todos los satélites del sistema;
• corrección a la escala de tiempo del sistema Glonass.

La elección de la "constelación" óptima de la nave espacial y el pronóstico del desplazamiento Doppler de la frecuencia portadora se asegura mediante el análisis del almanaque del sistema.

Los mensajes de navegación de los satélites GLONASS están estructurados en forma de supercuadros de 2,5 minutos. Una supertrama consta de cinco fotogramas con una duración de 30 s. Cada cuadro contiene 15 líneas con una duración de 2 s. De los 2 s de duración de la línea, la marca de tiempo toma los últimos 0,3 s. El resto de la línea contiene 85 caracteres de información digital transmitida a 50 Hz.

Como parte de cada trama, se transmite la cantidad completa de información operativa y parte del almanaque del sistema. El almanaque completo está contenido en todo el supercuadro. En este caso, la información de supertrama contenida en las líneas 1 a 4 se refiere al satélite desde el que se recibe (parte operativa) y no cambia dentro de la supertrama.

Estructura de las señales de radio de navegación GPS

El GPS utiliza multiplexación por división de código (CDMA), por lo que todos los satélites transmiten señales a la misma frecuencia. Cada satélite GPS emite dos señales codificadas por desplazamiento de fase. La frecuencia de la primera señal es L1 = 1575,42 MHz y la segunda - L2 = 1227,6 MHz. La señal de la portadora L1 está modulada por dos secuencias binarias, cada una de las cuales se forma sumando el código de rango módulo 2 y el sistema transmitido y los datos de navegación generados a una velocidad de 50 bit / s. En la frecuencia L1, se transmiten dos componentes en cuadratura, secuencias binarias de clave bifásica. La primera secuencia es la suma del módulo 2 del código de rango preciso P o del código Y clasificado y los datos de navegación. La segunda secuencia es también la suma del módulo 2 del código C / A (abierto) aproximado y la misma secuencia de datos de navegación.

La señal de radio en la frecuencia L2 es bifásica codificada solo por una de las dos secuencias consideradas anteriormente. La elección de la secuencia de modulación se realiza mediante comando desde tierra.

Cada satélite utiliza sus propios códigos de telémetro C / A y P (Y), lo que permite la separación de las señales del satélite. En el proceso de formación de un código P (Y) de rango preciso, se forman simultáneamente marcas de tiempo de la señal del satélite.

Composición y estructura de los mensajes de navegación de los satélites del sistema GPS

La división estructural de la información de navegación de los satélites GPS se realiza en supertramas, tramas, subtramas y palabras. Un supertrama se forma a partir de 25 fotogramas y tarda 750 segundos (12,5 minutos). Una trama se transmite en 30 segundos y tiene un tamaño de 1500 bits. La trama se divide en 5 subtramas de 300 bits cada una y se transmite en un intervalo de 6 s. El comienzo de cada subtrama denota una marca de tiempo correspondiente al comienzo / final del siguiente intervalo de tiempo del sistema GPS de 6 s. Una subtrama consta de 10 palabras de 30 bits. En cada palabra, los 6 bits menos significativos son bits de verificación.

En las subtramas 1ª, 2ª y 3ª, se transmiten datos sobre los parámetros de corrección del reloj y datos sobre las efemérides de la nave espacial con la que se establece la comunicación. El contenido y la estructura de estas subtramas permanecen sin cambios en todas las páginas de la supertrama. Las subtramas 4 y 5 contienen información sobre la configuración y el estado de todas las naves espaciales del sistema, almanaques de naves espaciales, mensajes especiales, parámetros que describen la relación entre la hora GPS y UTC, etc.

Algoritmos para recibir y medir parámetros de señales de radionavegación por satélite

El segmento de consumidores de sistemas GPS y GLONASS incluye receptores de señales satelitales. El problema de la navegación se resuelve midiendo los parámetros de estas señales. El receptor se puede dividir en tres partes funcionales:

• parte de radiofrecuencia;
• correlacionador digital;
• UPC.

Desde la salida del dispositivo alimentador de antena (antena), la señal pasa a la parte de radiofrecuencia (Fig. 7). La tarea principal de esta parte es la amplificación de la señal de entrada, el filtrado, la conversión de frecuencia y la conversión de analógico a digital. Además, la frecuencia de reloj para la parte digital del receptor proviene de la parte de RF del receptor. Desde la salida de la parte de radiofrecuencia, las muestras digitales de la señal de entrada se alimentan a la entrada del correlacionador digital.

Figura 7. Estructura del receptor generalizada

En el correlador, el espectro de la señal se transfiere a la frecuencia "cero". Esto se hace multiplicando la señal de entrada del correlador con la oscilación armónica de referencia en los canales en fase y en cuadratura. Además, el resultado de la multiplicación se somete a un procesamiento de correlación al multiplicar con el código de alineación de referencia y acumular durante el período del código de alineación. Como resultado, obtenemos las integrales de correlación I y Q. Las lecturas de las integrales de correlación se envían al procesador para su posterior procesamiento y cierre de los bucles PLL (bucle de bloqueo de fase) y CVD (circuito de seguimiento de retardo). Las mediciones de los parámetros de la señal en el receptor no se realizan directamente por la señal de entrada, sino por su copia exacta formada por los sistemas PLL y CVD. Las integrales de correlación I y Q le permiten estimar el grado de "similitud" (correlación) de las señales de referencia y de entrada. La tarea del correlador, además de la formación de las integrales I y Q, es formar una señal de referencia de acuerdo con las acciones de control (códigos de control) provenientes del procesador. Además, en algunos receptores, el correlador genera las medidas necesarias de las señales de referencia y las transfiere al procesador para su posterior procesamiento. Al mismo tiempo, dado que las señales de referencia en el correlacionador se forman de acuerdo con los códigos de control provenientes del procesador, las medidas necesarias de las señales de referencia se pueden realizar directamente en el procesador, procesando los códigos de control en consecuencia, lo cual se hace en muchos receptores modernos.

¿Qué parámetros de señal mide el correlador (procesador)?

El rango para las mediciones de ingeniería de radio se caracteriza por el tiempo de propagación de la señal desde el objeto de medición hasta el punto de medición. En los sistemas de navegación GPS / GLONASS, la emisión de señales está sincronizada con la escala de tiempo del sistema, más precisamente, con la escala de tiempo del satélite que emite esta señal. Al mismo tiempo, el consumidor tiene información sobre la discrepancia entre la escala de tiempo del satélite y el sistema. La información digital transmitida desde el satélite permite establecer el momento de emisión de un determinado fragmento de la señal (sello de tiempo) por parte del satélite en la hora del sistema. El momento de recibir este fragmento está determinado por la escala de tiempo del receptor. La escala de tiempo del receptor (consumidor) se forma utilizando estándares de frecuencia de cuarzo, por lo tanto, hay una "deriva" constante de la escala de tiempo del receptor en relación con la escala de tiempo del sistema. La diferencia entre el momento de recibir un fragmento de la señal, medido en la escala de tiempo del receptor, y el momento de su emisión por el satélite, medido en la escala del satélite, multiplicado por la velocidad de la luz, se denomina pseudodistancia. . ¿Por qué pseudo-rango? Porque difiere del rango real en una cantidad igual al producto de la velocidad de la luz y la "deriva" de la escala de tiempo del receptor en relación con la escala de tiempo del sistema. Al resolver el problema de navegación, este parámetro se determina junto con las coordenadas del consumidor (receptor).

Las integrales de correlación formadas en el correlacionador permiten rastrear la modulación de la señal de satélite mediante símbolos de información y calcular el sello de tiempo en la señal de entrada. Las marcas de tiempo siguen a intervalos de 6 s para GPS y 2 s para GLONASS y forman una especie de escala de 6 (2) segundos. Dentro de una división de esta escala, los períodos del código de rango forman una escala de 1 ms. Un milisegundo se divide, a su vez, en elementos separados (chips, en terminología GPS): para GPS - 1023, para GLONASS - 511. Así, los elementos del código del telémetro permiten determinar el alcance al satélite con un error de ~ 300 m) Para una determinación más precisa, es necesario conocer la fase del generador de códigos de rango. Los esquemas para construir los generadores de referencia del correlacionador permiten determinar su fase con una precisión de 0.01 período, que es una precisión para determinar el pseudo rango de 3 m.

Basado en mediciones de los parámetros de la referencia. oscilación armónica, formados por el sistema PLL, determinan la frecuencia y fase de la oscilación de la portadora del satélite. Su deriva en relación con el valor nominal dará el desplazamiento de frecuencia Doppler, que se utiliza para estimar la velocidad del usuario en relación con el satélite. Además, las mediciones de la fase de la portadora se pueden utilizar para refinar el alcance al satélite con un error de varios milímetros.

Para determinar las coordenadas del consumidor, es necesario conocer las coordenadas de los satélites (al menos 4) y la distancia del consumidor a cada uno. satélite visible... Para que el consumidor determine las coordenadas de los satélites, las señales de navegación emitidas por ellos se modelan mediante mensajes sobre los parámetros de su movimiento. En el equipo del consumidor se extraen estos mensajes y se determinan las coordenadas de los satélites en el momento deseado.

Las coordenadas y componentes del vector de velocidad cambian muy rápidamente, por lo tanto, los mensajes sobre los parámetros del movimiento de los satélites contienen información no sobre sus coordenadas y componentes del vector de velocidad, sino sobre los parámetros de un determinado modelo que se aproxima a la trayectoria de la nave espacial en un intervalo de tiempo suficientemente grande (alrededor de 30 minutos). Los parámetros del modelo de aproximación cambian con bastante lentitud y pueden considerarse constantes durante el intervalo de aproximación.

Los parámetros del modelo aproximado se incluyen en los mensajes de navegación de los satélites. El sistema GPS utiliza el modelo de movimiento kepleriano con elementos osculantes. En este caso, la trayectoria de vuelo de la nave espacial se divide en secciones de aproximación con una duración de una hora. En el centro de cada sección, se establece un momento nodal de tiempo, cuyo valor se comunica al consumidor de la información de navegación. Además, se informa al consumidor sobre los parámetros del modelo de los elementos osculadores en el punto nodal en el tiempo, así como los parámetros de funciones que aproximan los cambios en los parámetros del modelo de los elementos osculadores en el tiempo, tanto en el elemento nodal anterior y siguiente.

En el equipo del consumidor, se asigna un intervalo de tiempo entre el momento en el que es necesario determinar la posición del satélite y el momento nodal. Luego, utilizando las funciones de aproximación y sus parámetros, extraídos del mensaje de navegación, se calculan los valores de los parámetros del modelo de los elementos osculadores en el momento requerido. En la última etapa, utilizando las fórmulas habituales del modelo keplerio, se determinan las coordenadas y componentes del vector de velocidad del satélite.

El sistema Glonass utiliza modelos de movimiento diferencial para determinar la posición exacta del satélite. En estos modelos, las coordenadas y componentes del vector de velocidad del satélite se determinan mediante la integración numérica de las ecuaciones diferenciales del movimiento de la nave espacial, teniendo en cuenta un número finito de fuerzas que actúan sobre la nave espacial. Las condiciones iniciales de integración se establecen en el momento nodal del tiempo ubicado en el medio del intervalo de aproximación.

Como se mencionó anteriormente, para determinar las coordenadas del consumidor, es necesario conocer las coordenadas de los satélites (al menos 4) y la distancia del consumidor a cada satélite visible, que se determina en el receptor de navegación con una precisión de aproximadamente 1 m. Por conveniencia, considere el caso "plano" más simple que se muestra en la Fig. ... ocho.

Figura 8. Determinación de las coordenadas del consumidor.

Cada satélite (Fig. 8) se puede representar como un emisor puntual. En este caso, el frente de la onda electromagnética será esférico. El punto de intersección de las dos esferas será aquel en el que se ubique el consumidor.

La altitud de las órbitas de los satélites es de unos 20.000 km. Por tanto, el segundo punto de intersección de los círculos puede descartarse debido a información a priori, ya que se encuentra muy lejos en el espacio.

Modo diferencial

Los sistemas de navegación por satélite permiten al usuario obtener coordenadas con una precisión del orden de 10 a 15 m, sin embargo, para muchas tareas, especialmente para la navegación en ciudades, se requiere una mayor precisión. Uno de los principales métodos para aumentar la precisión en la determinación de la ubicación de un objeto se basa en la aplicación del principio de las medidas de navegación diferencial, conocido en la navegación por radio.

El modo diferencial DGPS (GPS diferencial) le permite establecer coordenadas con una precisión de 3 m en un entorno de navegación dinámica y hasta 1 m en condiciones estacionarias. El modo diferencial se implementa mediante un receptor de control GPS llamado estación de referencia. Está ubicado en un punto con coordenadas conocidas, en la misma zona que el receptor GPS principal. Comparando las coordenadas conocidas (obtenidas como resultado de un levantamiento geodésico de precisión) con las medidas, la estación de referencia calcula las correcciones, que son transmitidas a los consumidores por radio en un formato predeterminado.

El equipo del consumidor recibe correcciones diferenciales de la estación de referencia y las tiene en cuenta al determinar la ubicación del consumidor.

Los resultados obtenidos mediante el método diferencial dependen en gran medida de la distancia entre el objeto y la estación de referencia. La aplicación de este método es más eficaz cuando prevalecen los errores sistemáticos causados ​​por razones externas (en relación con el receptor). Según los datos experimentales, se recomienda ubicar la estación de referencia a no más de 500 km del objeto.

Actualmente, existen muchos sistemas diferenciales regionales y locales de gran brecha.

Como sistemas de área amplia, cabe señalar sistemas como el WAAS estadounidense, el EGNOS europeo y el MSAS japonés. Estos sistemas utilizan satélites geoestacionarios para transmitir correcciones a todos los clientes en su área de cobertura.

Los sistemas regionales están destinados a apoyar la navegación de secciones individuales de la superficie terrestre. Por lo general, los sistemas regionales se utilizan en las grandes ciudades, en las rutas de transporte y los ríos navegables, en los puertos y a lo largo de la costa y los océanos. El diámetro de la zona de trabajo del sistema regional suele ser de 500 a 2000 km. Puede incluir una o más estaciones de referencia.

Los sistemas locales tienen un alcance máximo de 50 a 220 km. Suelen incluir uno estación base... Los sistemas locales suelen clasificarse según la forma en que se utilizan: estaciones diferenciales locales marinas, aeronáuticas y geodésicas.

Desarrollo de la navegación por satélite

La dirección general de modernización de los sistemas satelitales GPS y Glonass está asociada con el aumento de la precisión de las definiciones de navegación, la mejora del servicio brindado a los usuarios, el aumento de la vida útil y la confiabilidad del equipo a bordo de los satélites, la mejora de la compatibilidad con otros sistemas de radio y el desarrollo subsistemas diferenciales. La dirección general de desarrollo de los sistemas GPS y Glonass coincide, pero la dinámica y los resultados obtenidos son muy diferentes.

Está previsto que la mejora del sistema GLONASS se lleve a cabo sobre la base de los satélites GLONASS-M de nueva generación. Este satélite tendrá una mayor vida útil y transmitirá una señal de navegación en la banda L2 para aplicaciones civiles.

Similar decisión se tomó en Estados Unidos, donde el 5 de enero de 1999 anunció la asignación de $ 400 millones para la modernización del sistema GPS asociado a la transmisión del código C / A en la frecuencia L2 (1222,7 MHz). y la introducción de la tercera portadora L3 (1176, 45 MHz) en naves espaciales que se lanzarán a partir de 2005. La señal en la frecuencia L2 está destinada a utilizarse para necesidades civiles no directamente relacionado con el peligro para la vida humana. Se propone comenzar a implementar esta decisión en 2003. Se decidió utilizar la tercera señal civil en la frecuencia L3 para las necesidades de la aviación civil.

Literatura

1. Sistemas de ingeniería de radio. Ed. Kazarinova Yu.M. M.: Escuela superior, 1990.
2. Yu.A. Soloviev Sistemas de navegación por satélite. M .: Eco-Tendencias, 2000.
3. Sistema global de radionavegación por satélite GLONASS / Ed. V.N. Kharisova, A.I. Perov, V.A. Boldin. M .: IPRZhR, 1998.
4. Lipkin I.A. Sistemas de navegación por satélite. M.: Vuzovskaya kniga, 2001.
5. Sistema global de navegación por satélite GLONASS. Documento de control de interfaz. M.: PUNTO VKS, 1995.
6. Documento de control de interfaz: Interfaces de usuario de navegación / segmento espacial GPS NAVSTAR (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

La idea de localizar objetos utilizando satélites terrestres artificiales se les ocurrió a los estadounidenses en la década de 1950. Sin embargo, los científicos fueron empujados por el satélite soviético.

El físico estadounidense Richard Kershner se dio cuenta de que si conoce las coordenadas en tierra, puede averiguar la velocidad de la nave espacial soviética. Este fue el comienzo del despliegue del programa, que más tarde se conoció como GPS, un sistema de posicionamiento global. En 1974, se puso en órbita el primer satélite estadounidense. Inicialmente, este proyecto estaba destinado a los departamentos militares.

Cómo funciona la geolocalización

Considere las características de la geolocalización usando el ejemplo de un rastreador convencional. Hasta la activación, el dispositivo está en modo de espera, el módulo GPS GLONASS está apagado. Esta opción se proporciona para conservar la energía de la batería y aumentar la vida útil de la batería del dispositivo.

Durante la activación, se inician tres procesos a la vez:

• el receptor GPS comienza a analizar las coordenadas utilizando el programa incorporado. Si en este momento se encuentran tres satélites, el sistema se considera no disponible. Lo mismo ocurre con GLONASS;
• si un rastreador (por ejemplo, un navegador) admite módulos de dos sistemas, entonces el dispositivo analiza la información recibida de ambos satélites. Luego lee la información que considera confiable;
• si en el momento adecuado las señales de ambos sistemas no están disponibles, se activa GSM. Pero los datos obtenidos de esta manera serán inexactos.

Por lo tanto, haciendo la pregunta: qué elegir: GPS o GLONASS, elija equipos con soporte para dos sistemas satelitales. Las deficiencias del trabajo de uno de ellos serán cubiertas por el otro. Por lo tanto, las señales de 18-20 satélites están disponibles para el receptor simultáneamente. Esto asegura un buen nivel de señal y estabilidad y minimiza los errores.

Costo del servicio de monitoreo GPS y GLONASS

Varios factores afectan el costo final del equipo:

• país del fabricante;
• qué sistemas de navegación se utilizan;
• materiales de calidad y funciones adicionales;
• mantenimiento del software.

La mayoría una opción económica- Equipo de fabricación china. El precio comienza a partir de 1000 rublos. Sin embargo, no se debe esperar un servicio de calidad. Por esa cantidad de dinero, el propietario recibirá una funcionalidad limitada y una vida útil corta.

El siguiente segmento de equipos son los fabricantes europeos. La cantidad comienza en 5,000 rublos, pero a cambio el comprador recibe un software estable y funciones avanzadas.

Los fabricantes rusos ofrecen equipos bastante rentables a un precio razonable. Los precios de los rastreadores domésticos comienzan en 2500 rublos.

Partida de gastos separada: cuota de suscripción y pago servicios adicionales... La tarifa mensual para las empresas nacionales es de 400 rublos. Los fabricantes europeos están abriendo opciones adicionales por una "moneda" extra.

También tendrá que pagar por la instalación del equipo. En promedio, la instalación en centro de servicio Costará 1.500 rublos.

Ventajas y desventajas de GLONASS y GPS

Ahora veamos los pros y los contras de cada sistema.

Los satélites GPS apenas aparecen en el hemisferio sur, mientras que GLONASS transmite señales a Moscú, Suecia y Noruega. La claridad de la señal es mejor para el sistema de EE. UU. Con 27 satélites activos. La diferencia en el error "juega en las manos" de los satélites estadounidenses. A modo de comparación: la inexactitud del GLONASS es de 2,8 m, para el GPS es de 1,8 m, sin embargo, esta es una cifra promedio. La pureza de los cálculos depende de la posición de los satélites en órbita. En algunos casos, las máquinas están alineadas de tal manera que aumenta el grado de error de cálculo. Esta situación ocurre con ambos sistemas.

Resumen

Entonces, ¿qué ganará la comparación GPS vs GLONASS? Estrictamente hablando, a los usuarios civiles no les importa qué satélites utilice su tecnología de navegación. Ambos sistemas son gratuitos y de código abierto. La integración mutua de sistemas será una decisión razonable de los desarrolladores. En este caso, la cantidad requerida de dispositivos estará en el "campo de visión" del rastreador incluso en condiciones climáticas adversas e interferencias en forma de edificios de gran altura.

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