Quel est le meilleur : glonass, gps ou galileo ? Glonass ou gps - les avantages et les inconvénients d'un glonass

La navigation par satellite est utilisée par les conducteurs, les cyclistes, les touristes - même les joggeurs du matin suivent leur propre itinéraire à l'aide de satellites. Au lieu de demander aux passants comment trouver maison désirée, la plupart préfèrent se procurer un smartphone et poser cette question GLONASS ou GPS. Malgré le fait que des modules de navigation par satellite soient installés dans chaque smartphone et dans la plupart des montres de sport, seule une personne sur dix comprend le fonctionnement de ce système et comment trouver le bon dans la mer d'appareils dotés de fonctions GPS / GLONASS.

Comment fonctionne le système de navigation par satellite

L'abréviation GPS signifie Global Positioning System : « système de positionnement global » si traduit littéralement. L'idée d'utiliser des satellites en orbite terrestre basse pour déterminer les coordonnées d'objets au sol est apparue dans les années 1950, juste après que l'Union soviétique a lancé le premier satellite artificiel. Des scientifiques américains ont suivi le signal du satellite et ont découvert que sa fréquence change à mesure que le satellite se rapproche ou s'éloigne. Par conséquent, connaissant vos coordonnées exactes sur Terre, vous pouvez calculer l'emplacement exact du satellite. Cette observation a donné une impulsion au développement d'un système de calcul de coordonnées globales.

Initialement, la flotte s'est intéressée à la découverte - le laboratoire naval a commencé le développement, mais au fil du temps, il a été décidé de créer un système unique pour toutes les forces armées. Le premier satellite GPS a été mis en orbite en 1978. Désormais, les signaux sont transmis par une trentaine de satellites. Lorsque le système de navigation a commencé à fonctionner, les départements militaires américains ont fait un cadeau à tous les habitants de la planète - ils ont ouvert l'accès gratuit aux satellites, afin que tout le monde puisse utiliser gratuitement le système de positionnement global, s'il y avait un récepteur.

Après les Américains, Roskosmos a créé son propre système : le premier satellite GLONASS est entré en orbite en 1982. GLONASS - Navigation globale système satellite, qui fonctionne sur le même principe que l'américain. Maintenant en orbite, il y a 24 satellites russes qui assurent la coordination.

Pour utiliser l'un des systèmes, ou mieux deux en même temps, il faut un récepteur qui recevra les signaux des satellites, ainsi qu'un ordinateur pour décoder ces signaux : la localisation de l'objet est calculée en fonction des intervalles entre les signaux. La précision des calculs est de plus ou moins 5 m.

Plus l'appareil "voit" de satellites, plus il peut fournir d'informations. Pour déterminer les coordonnées, le navigateur n'a besoin de voir que deux satellites, mais s'il trouve au moins quatre satellites, l'appareil pourra rapporter, par exemple, la vitesse de l'objet. Par conséquent, les appareils de navigation modernes lisent de plus en plus de paramètres :

Coordonnées géographiques de l'objet.
La vitesse de son mouvement.
Altitude au-dessus du niveau de la mer.

Quelles erreurs peuvent survenir dans le fonctionnement du GPS / GLONASS

La navigation par satellite est bonne car elle est disponible 24 heures sur 24 de n'importe où dans le monde. Où que vous soyez, si vous avez un récepteur, vous pouvez déterminer les coordonnées et construire un itinéraire. Cependant, dans la pratique, le signal des satellites peut être brouillé par des obstacles physiques ou des catastrophes météorologiques : si vous conduisez dans un tunnel souterrain et qu'un orage fait également rage d'en haut, le signal peut ne pas atteindre le récepteur.

Ce problème a été résolu grâce à la technologie A-GPS : elle suppose que le récepteur utilise des canaux de communication alternatifs au serveur. Cela, à son tour, utilise les données reçues des satellites. Grâce à cela, vous pouvez utiliser le système de navigation à l'intérieur, dans les tunnels, par mauvais temps. La technologie A-GPS est conçue pour les smartphones et autres appareils personnels. Par conséquent, lors du choix d'un navigateur ou d'un smartphone, vérifiez s'il prend en charge cette norme. Ainsi, vous pouvez être sûr que l'appareil ne vous laissera pas tomber à un moment crucial.

Les propriétaires de smartphones se plaignent parfois que le navigateur ne fonctionne pas avec précision ou "s'éteint" périodiquement, ne détermine pas les coordonnées. En règle générale, cela est dû au fait que dans la plupart des smartphones, la fonction GPS / GLONASS est désactivée par défaut. L'appareil utilise des tours cellulaires ou Internet sans fil... Le problème est résolu en configurant le smartphone, en activant la méthode souhaitée pour déterminer les coordonnées. Vous devrez peut-être également calibrer la boussole ou réinitialiser votre navigateur.

Types de navigateurs

Automobile. Un système de navigation lié aux satellites GLONASS ou à leurs homologues américains peut faire partie de ordinateur de bord auto, mais le plus souvent, ils achètent des appareils séparés. Ils déterminent non seulement les coordonnées de la voiture et vous permettent de vous rendre facilement d'un point A à un point B, mais protègent également contre le vol. Même si des intrus volent une voiture, elle peut être suivie par une balise. L'avantage des appareils spéciaux pour les voitures est qu'ils permettent l'installation d'une antenne - grâce à l'antenne, vous pouvez amplifier le signal GLONASS.
Touristique. Si un ensemble spécial de cartes peut être installé dans un navigateur de voiture, des exigences plus strictes sont imposées aux appareils de voyage : les modèles modernes permettent l'utilisation d'un ensemble étendu de cartes. Cependant, l'appareil de voyage le plus simple n'est qu'un récepteur de signaux avec un simple ordinateur. Il peut même ne pas marquer les coordonnées sur la carte, puis une carte papier avec une grille de navigation est requise. Cependant, maintenant, de tels appareils ne sont achetés que pour des raisons d'économie.
Smartphones, tablettes avec récepteur GPS / GLONASS. Les smartphones vous permettent également de télécharger un ensemble étendu de cartes. Ils peuvent être utilisés comme navigateurs de voiture et de voyage, l'essentiel est d'installer l'application et de télécharger les cartes nécessaires. La plupart des programmes de navigation utiles sont gratuits, mais certains ont un petit prix.

Logiciel de navigation pour smartphone

Un des plus programmes simples conçu pour ceux qui ne veulent pas se plonger dans la fonctionnalité : MapsWithMe. Il permet de télécharger une carte de la région souhaitée depuis le réseau afin de l'utiliser plus tard, même s'il n'y a pas de connexion Internet. Le programme affichera l'emplacement sur la carte, trouvera les objets marqués sur cette carte - ils peuvent être enregistrés dans des signets et utilisés plus tard recherche rapide... C'est la fin de la fonctionnalité. Le programme utilise uniquement des cartes vectorielles - les autres formats ne peuvent pas être chargés.

Les propriétaires d'appareils Android peuvent utiliser le programme OsmAnd. Il convient aux conducteurs et aux randonneurs, car il vous permet de créer automatiquement un itinéraire le long des routes ou des sentiers de montagne. Le navigateur GLONASS vous guidera tout au long de l'itinéraire commandes vocales... En plus des cartes vectorielles, vous pouvez utiliser des cartes raster, ainsi que marquer des points de cheminement et enregistrer des traces.

L'alternative la plus proche d'OsmAnd est l'application Locus Map. Il convient aux randonneurs car il ressemble à l'appareil de navigation touristique classique qui était utilisé avant l'avènement des smartphones. Utilise à la fois des cartes vectorielles et raster.

Dispositifs touristiques

Les smartphones et tablettes peuvent remplacer un appareil GPS/GLONASS dédié au tourisme, mais cette solution a ses inconvénients. D'une part, si vous possédez un smartphone, vous n'avez pas besoin d'acheter d'appareils supplémentaires. Il est facile de travailler avec la carte sur le grand écran lumineux, le choix des applications est large - nous n'avons indiqué que quelques programmes, il est impossible de couvrir toutes les propositions. Mais le smartphone a aussi des inconvénients :

Se décharge rapidement. En moyenne, l'appareil fonctionne pendant une journée, et encore moins en mode de recherche constante de coordonnées.
Nécessite une manipulation soigneuse. Bien sûr, il existe des smartphones sécurisés, mais outre le fait qu'ils soient chers, la fiabilité d'un tel smartphone ne peut toujours pas être comparée à un appareil touristique spécial GLONASS. Il peut être complètement étanche.

Pour les randonnées de plusieurs jours en pleine nature, des appareils spécialisés ont été développés, dans des boîtiers étanches et dotés de batteries puissantes. Cependant, lors du choix d'un tel périphérique, il est important de préciser qu'il prend en charge à la fois les cartes vectorielles et les cartes raster. Une carte raster est une image ancrée à des coordonnées. Vous pouvez prendre une carte papier, la scanner, la lier aux coordonnées GLONASS - et vous obtenez une carte raster. Les cartes vectorielles ne sont pas une image, mais un ensemble d'objets que le programme place sur l'image. Le système vous permet de lancer une recherche par objets, mais il est difficile de créer vous-même un tel schéma.

Systèmes de navigation par satellite GLONASS et GPS. Partie 1

E. Povalyaev, S. Khutornaya

Systèmes de navigation par satellite GLONASS et GPS. Partie 1

Nous attirons votre attention sur une série d'articles consacrés aux systèmes de radionavigation par satellite Glonass (système mondial de navigation par satellite) et GPS (Global Positioning System). Le premier article du cycle aborde les questions de construction et de fonctionnement des systèmes, la structure et les fonctions des équipements grand public (récepteurs), les algorithmes de résolution du problème de navigation et les perspectives de développement des systèmes.

Depuis l'Antiquité, les voyageurs se posent la question : comment déterminer leur localisation sur Terre ? Les navigateurs antiques étaient guidés par les étoiles indiquant la direction du mouvement : connaissant la vitesse moyenne et le temps de parcours, il était possible de naviguer dans l'espace et de déterminer la distance jusqu'à la destination finale. Cependant, les conditions météorologiques ne faisaient pas toujours le jeu des chercheurs, il n'était donc pas difficile de s'écarter de sa trajectoire. Avec l'avènement de la boussole, la tâche est devenue beaucoup plus facile. Le voyageur était déjà moins dépendant de la météo.

L'ère de la radio a ouvert de nouvelles possibilités à l'homme. Avec l'avènement des stations radar, lorsqu'il est devenu possible de mesurer les paramètres de mouvement et la localisation relative d'un objet par le faisceau radar réfléchi par sa surface, la question s'est posée de la possibilité de mesurer les paramètres du mouvement de l'objet par le rayonnement émis. signal. En 1957, en URSS, un groupe de scientifiques dirigé par V.A. Kotelnikova a confirmé expérimentalement la possibilité de déterminer les paramètres de mouvement d'un satellite terrestre artificiel (AES) sur la base des résultats de la mesure du décalage de fréquence Doppler du signal émis par ce satellite. Mais, plus important encore, la possibilité de résoudre le problème inverse a été établie - trouver les coordonnées du récepteur à partir du décalage Doppler mesuré du signal émis par le satellite, si les paramètres de mouvement et les coordonnées de ce satellite sont connus. Lorsqu'il se déplace en orbite, le satellite émet un signal d'une certaine fréquence dont la valeur nominale est connue du côté réception (consommateur). La position du satellite à chaque instant est connue, plus précisément, elle peut être calculée à partir des informations stockées dans le signal satellite. L'utilisateur, en mesurant la fréquence du signal qui lui est parvenu, la compare à la référence et calcule ainsi le décalage de fréquence Doppler dû au mouvement du satellite. Les mesures sont faites en continu, ce qui permet de composer une sorte de fonction de changement de fréquence Doppler. A un certain moment, la fréquence devient égale à zéro, puis change de signe. Au moment où la fréquence Doppler est égale à zéro, le consommateur est sur la ligne, qui est la normale au vecteur mouvement du satellite. En utilisant la dépendance de la pente de la courbe de fréquence Doppler sur la distance entre le consommateur et le satellite et en mesurant le moment où la fréquence Doppler est nulle, les coordonnées du consommateur peuvent être calculées.

Ainsi, un satellite terrestre artificiel devient une station de référence de radionavigation dont les coordonnées changent dans le temps en raison du mouvement du satellite en orbite, mais peuvent être calculées à l'avance à tout moment grâce aux informations éphémérides intégrées dans le signal de navigation du satellite.

En 1958-1959. à l'Académie d'ingénierie de l'armée de l'air de Leningrad (LVVIA). UN F. Mozhaisky, l'Institut d'astronomie théorique de l'Académie des sciences de l'URSS, l'Institut d'électromécanique de l'Académie des sciences de l'URSS, deux instituts de recherche navale et l'Institut de recherche Gorky pour la recherche et le développement ont mené des recherches sur le thème « Spoutnik », qui est devenu plus tard la base de la construction du premier système national de navigation par satellite en orbite basse "Tsikada". Et en 1963, les travaux ont commencé sur la construction de ce système. En 1967, le premier satellite de navigation domestique Kosmos-192 a été mis en orbite. Une caractéristique des systèmes de radionavigation par satellite de première génération est l'utilisation de satellites en orbite basse et l'utilisation d'un signal visible dans ce moment Satellite. Par la suite, les satellites du système Tsikada ont été équipés d'équipements de réception pour détecter les objets en détresse.

En parallèle, après le lancement réussi du premier satellite terrestre artificiel par l'URSS, aux USA, au Laboratoire de Physique Appliquée de l'Université Johns Hopkins, des travaux sont menés concernant la possibilité de mesurer les paramètres du signal émis par le satellite. Les mesures sont utilisées pour calculer les paramètres du mouvement du satellite par rapport au point d'observation au sol. La solution du problème inverse est une question de temps.

Sur la base de ces études en 1964 aux États-Unis, le système de radionavigation par satellite Doppler de la première génération "Transit" a été créé. Son objectif principal est de fournir un support de navigation pour le lancement de missiles balistiques Polaris à partir de sous-marins. Le directeur du Laboratoire de physique appliquée, R. Kershner, est considéré comme le père du système. Le système est devenu disponible pour un usage commercial en 1967. Tout comme dans le système Tsikada, dans le système Transit, les coordonnées de la source sont calculées à partir du décalage Doppler de la fréquence du signal de l'un des 7 satellites visibles... Les systèmes AES ont des orbites polaires circulaires à une altitude de ~ 1100 km au-dessus de la surface de la Terre, la période orbitale des satellites "Transit" est de 107 minutes. La précision du calcul des coordonnées de la source dans les systèmes de première génération dépend dans une large mesure de l'erreur dans la détermination de la vitesse de la source. Ainsi, si la vitesse d'un objet est déterminée avec une erreur de 0,5 m, cela entraînera à son tour une erreur dans la détermination des coordonnées de ~ 500 m.Pour un objet stationnaire, cette valeur diminue à 50 m.

De plus, un fonctionnement continu n'est pas possible dans ces systèmes. Du fait que les systèmes sont en orbite basse, le temps pendant lequel le satellite est dans le champ de vision de l'utilisateur n'excède pas une heure. De plus, le délai entre le passage des différents satellites de la zone de visibilité du consommateur dépend de la latitude géographique à laquelle il se trouve, et peut aller de 35 à 90 minutes. Réduire cet intervalle en augmentant le nombre de satellites est impossible, car tous les satellites émettent des signaux à la même fréquence.

Par conséquent, les systèmes de navigation par satellite de la deuxième génération présentent un certain nombre d'inconvénients importants. Tout d'abord, la précision de la détermination des coordonnées des objets dynamiques est insuffisante. Le manque de continuité dans les mesures peut également être attribué à l'inconvénient.

L'un des principaux problèmes posés par le développement de systèmes satellitaires fournissant des définitions de navigation pour plusieurs satellites est la synchronisation mutuelle des signaux (échelles de temps) des satellites avec la précision requise. Un décalage des générateurs de référence du satellite de 10 ns entraîne une erreur dans la détermination des coordonnées du consommateur 10-15 m. Le deuxième problème auquel les développeurs ont été confrontés lors de la création de systèmes de navigation par satellite en orbite haute était la détermination et la prédiction de haute précision des paramètres des orbites des satellites. L'équipement récepteur, en mesurant les retards des signaux provenant de différents satellites, calcule les coordonnées du consommateur.

À ces fins, en 1967, l'US Navy a développé un programme selon lequel le satellite TIMATION-I a été lancé, et en 1969 - le satellite TIMATION-II. Des oscillateurs à quartz ont été utilisés à bord de ces satellites. Dans le même temps, l'US Air Force menait son programme parallèle d'utilisation de signaux de pseudo-code de bruit (PRN) à large bande. Les propriétés de corrélation d'un tel code permettent d'utiliser une fréquence de signal pour tous les satellites, avec division en code des signaux de différents satellites. Plus tard, en 1973, les deux programmes ont été fusionnés en un seul commun sous le nom de "Navstar-GPS". En 1996, le déploiement du système était terminé. Il y a actuellement 28 satellites actifs disponibles.

En URSS, les essais en vol du système de navigation par satellite en orbite haute GLONASS ont commencé en 1982 avec le lancement du satellite Kosmos-1413. Le principal développeur et créateur du système dans son ensemble et du segment spatial est NPO Applied Mechanics (Krasnoyarsk) et pour les engins spatiaux de navigation - PO Polet (Omsk). Le développeur principal des complexes d'ingénierie radio est RNIIKP ; L'Institut russe de radionavigation et du temps a été nommé responsable de la création du complexe temporaire, du système de synchronisation et des équipements de navigation pour les consommateurs.

Système de radionavigation par satellite réseau (SRNSS) Glonass

Le système Glonass est conçu pour la navigation opérationnelle globale des objets mobiles de surface. Le SRNSS a été développé par arrêté du ministère de la Défense. De par sa structure, Glonass, tout comme le GPS, est considéré comme un système à double action, c'est-à-dire qu'il peut être utilisé à la fois à des fins militaires et civiles.

Le système dans son ensemble comprend trois parties fonctionnelles (dans la littérature professionnelle, ces parties sont appelées segments) (Fig. 1).

Figure 1. Segments des systèmes de navigation en orbite haute Glonass et GPS

segment spatial, qui comprend une constellation orbitale de satellites terrestres artificiels (en d'autres termes, des engins spatiaux de navigation);
segment de contrôle, complexe de contrôle au sol (GCC) de la constellation orbitale d'engins spatiaux ;
équipement des utilisateurs du système.

De ces trois parties, la dernière, l'équipement utilisateur, est la plus nombreuse. Le système Glonass n'est pas exigeant, donc le nombre d'utilisateurs du système n'a pas d'importance. En plus de la fonction principale - les définitions de navigation - le système permet une synchronisation mutuelle de haute précision des normes de fréquence et de temps sur des objets au sol distants et un référencement géodésique mutuel. De plus, il peut être utilisé pour déterminer l'orientation d'un objet à partir de mesures effectuées à partir de quatre récepteurs de signaux de satellites de navigation.

Dans le système Glonass, les engins spatiaux de navigation (NSA) sont utilisés comme station de référence de radionavigation, tournant sur une orbite géostationnaire circulaire à une altitude de ~ 19100 km (Fig. 2). La période de révolution du satellite autour de la Terre est, en moyenne, de 11 heures 45 minutes. La durée de fonctionnement du satellite est de 5 ans, période pendant laquelle les paramètres de son orbite ne doivent pas différer des valeurs nominales de plus de 5%. Le satellite lui-même est un conteneur scellé d'un diamètre de 1,35 m et d'une longueur de 7,84 m, à l'intérieur duquel sont placés divers types d'équipements. Tous les systèmes sont alimentés par panneaux solaires... La masse totale du satellite est de 1415 kg. L'équipement embarqué comprend : un émetteur de navigation embarqué, un chronomètre (horloge), un complexe de contrôle embarqué, un système d'orientation et de stabilisation, etc.

Figure 2. Segment spatial des systèmes GLONASS et GPS

Figure 3. Segment du complexe de contrôle au sol du système Glonass

Figure 4. Segment du complexe de contrôle au sol du système GPS

Le segment du complexe de contrôle au sol du système GLONASS remplit les fonctions suivantes :

éphémérides et support temps-fréquence ;
surveillance du domaine de la radionavigation;
surveillance radiotélémétrique de la NSA ;
commande et programme le contrôle radio de la NSA.

Pour synchroniser les échelles de temps des différents satellites avec la précision requise, des étalons de fréquence au césium avec une relative instabilité de l'ordre de 10-13 sont utilisés à bord du satellite. Le complexe de contrôle au sol utilise un étalon d'hydrogène avec une instabilité relative de 10-14. De plus, le GCC comprend des moyens pour corriger les échelles de temps du satellite par rapport à l'échelle de référence avec une erreur de 3 à 5 ns.

Le segment sol fournit le support des éphémérides satellites. Cela signifie que les paramètres du mouvement des satellites sont déterminés au sol et que les valeurs de ces paramètres sont prédites pour une période de temps prédéterminée. Les paramètres et leur prévision sont inclus dans le message de navigation transmis par le satellite en même temps que la transmission du signal de navigation. Cela inclut également les corrections temps-fréquence de l'échelle de temps embarquée du satellite par rapport à l'heure système. La mesure et la prédiction des paramètres du mouvement du satellite sont effectuées dans le centre balistique du système sur la base des résultats des mesures de trajectoire de la distance au satellite et de sa vitesse radiale.

Système de radionavigation par satellite de réseau GPS

système GPS américain par son Fonctionnalité est similaire au système Glonass domestique. Son objectif principal est la détermination de haute précision des coordonnées du consommateur, qui constituent le vecteur vitesse, et se lie à l'échelle de temps du système. Semblable au système national, le système GPS a été développé pour le département américain de la Défense et est sous son contrôle. Selon le document de contrôle de l'interface, les principaux développeurs du système sont :

dans le segment spatial - Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division ;
par segment de gestion - IBM, Federal System Company;
par segment de consommation - Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.

Comme le système Glonass, le GPS se compose d'un segment spatial, d'un complexe de commande et de mesure au sol et d'un segment consommateur.

Comme mentionné ci-dessus, la constellation orbitale GPS se compose de 28 engins spatiaux de navigation. Tous sont sur des orbites circulaires avec une période de révolution autour de la Terre égale à 12 heures. L'altitude orbitale de chaque satellite est d'environ 20 000 km. Les systèmes GPS par satellite ont subi un certain nombre d'améliorations qui ont affecté leur performance globale. Table 1 montre de brèves caractéristiques de l'engin spatial utilisé dans le système.

Tableau 1. Caractéristiques des engins spatiaux utilisés dans le système GPS

Type NKA	Masse en orbite	Puissance des sources d'alimentation, W	Durée de vie active estimée	Année de lancement de la première NSA
Bloc-I	525	440	-	1978
Bloc II	844	710	5	1989
Bloc-IIR	1094	1250	7,5	1997
Bloc-IIF	-	-	14–15	2001–2002

Tableau 2. Caractéristiques comparatives des systèmes GLONASS et GPS

Indice	GLONASS	GPS
Le nombre de vaisseaux spatiaux dans une constellation orbitale complète	24	24
Plans orbitaux	3	6
Le nombre de vaisseaux spatiaux dans chaque avion	8	4
Inclinaison de l'orbite	64.8º	55º
Altitude de l'orbite, km	19 130	20 180
Période orbitale du satellite	11 heures 15 minutes 44 s	11 heures 58 minutes 00 s
Système de coordonnées	PZ-90	WGS-84
Masse du vaisseau spatial de navigation, kg	1450	1055
Énergie solaire, W	1250	450
Vie active, années	3	7,5
Moyens de lancement d'engins spatiaux en orbite	"Proton-K / DM"	Delta 2
Le nombre de vaisseaux spatiaux lancés en un seul lancement	3	1
Cosmodrome	Baïkonour (Kazakhstan)	Cap Canaveral
Temps de référence	UTC (SU)	UTC (NON)
Méthode d'accès	AMRF	AMRC
Fréquence porteuse: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Polarisation	Côté droit	Côté droit
Type de séquence PN	séquence m	Code d'or
Nombre de points de code : CALIFORNIE P	511 51 1000	1023 2.35x1014
Taux d'encodage, Mbps : CALIFORNIE P	0,511 5,11	1,023 10,23
Niveau d'interférence radio intra-système, dB	-48	-21,6
Structure des messages de navigation
Taux de transfert, bit/s	50	50
Type de modulation	BPSK (Manchester)	BPSK NRZ
Longueur de supertrame, min.	2.5 (5 images)	12,5 (25 images)
Longueur du cadre, s	30 (15 lignes)	30 (5 lignes)
Longueur de chaîne, s	2	6

Lors de la conception du système dans son ensemble et de la NSA en particulier, une grande attention est accordée aux questions de fonctionnement autonome. Ainsi, le vaisseau spatial de première génération (Block-I) a assuré le fonctionnement normal du système (c'est-à-dire sans erreurs significatives dans la détermination des coordonnées) sans l'intervention du segment de contrôle pendant 3-4 jours. Dans les dispositifs Block-II, cette période a été portée à 14 jours. Dans la nouvelle modification de la NSA, Block-IIR permet un fonctionnement autonome pendant 180 jours sans ajuster les paramètres d'orbite depuis le sol, en utilisant uniquement un complexe autonome pour la synchronisation mutuelle des satellites. Les périphériques Block-IIF sont censés être utilisés à la place du Block-IIR utilisé.

Structure des signaux radio de navigation du système Glonass

Le système Glonass utilise des signaux de multiplexage par répartition en fréquence (FDMA) émis par chaque satellite - deux signaux à déphasage. La fréquence du premier signal est dans la plage L1 ~ 1600 MHz, et la fréquence du second est dans la plage L2 ~ 1250 MHz. Les valeurs nominales des fréquences de fonctionnement des signaux radio émis dans les bandes L1 et L2 sont déterminées par l'expression :

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

où k = 0,1, ..., 24 - nombres de lettres (canaux) des fréquences de travail des satellites;

f 1 = 1602 MHz; Df1 = 9/16 = 0,5625 MHz ;
f2 = 1246 MHz; Df2 = 7/16 = 0,4375 MHz.

Pour chaque satellite, les fréquences de fonctionnement des signaux dans les bandes L1 et L2 sont cohérentes et sont formées d'une référence de fréquence. Le rapport des fréquences de fonctionnement de la porteuse de chaque satellite :

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

La valeur nominale de la fréquence du générateur embarqué, du point de vue d'un observateur à la surface de la Terre, est de 5,0 MHz.

Dans la bande L1, chaque satellite du système Glonass émet 2 porteuses à la même fréquence, décalées l'une par rapport à l'autre en phase de 90º (Fig. 5).

Figure 5. Diagramme vectoriel des signaux porteurs des systèmes GLONASS et GPS

L'une des porteuses est soumise à une modulation par déplacement de phase à 180º. Le signal modulant est obtenu en additionnant trois signaux binaires modulo 2 (Fig. 6) :

un code de télémétrie grossier transmis à un débit de 511 Kbit/s (Fig. 6c) ;
des séquences de données de navigation transmises à un débit de 50 bit/s (Fig. 6a) ;
onde de méandre, transmise à une vitesse de 100 bit/s (Fig. 6b).

Figure 6. Structure du signal GLONASS

Le signal dans la plage L1 (similaire au code C / A du GPS) est disponible pour tous les consommateurs dans la plage de visibilité de l'engin spatial. Le signal L2 est destiné à un usage militaire et sa structure n'a pas été divulguée.

Composition et structure des messages de navigation des satellites du système Glonass

Le message de navigation se présente sous la forme de lignes qui se suivent en continu, chacune d'une durée de 2 s. La première partie de la ligne (intervalle 1,7 s) transmet les données de navigation et la seconde (0,3 s) - Horodatage. Il s'agit d'une séquence pseudo-aléatoire raccourcie de 30 symboles avec une fréquence d'horloge de 100 bps.

Les messages de navigation des satellites Glonass sont nécessaires aux utilisateurs pour les déterminations de navigation et la planification des sessions de communication avec les satellites. Selon leur contenu, les messages de navigation sont divisés en informations opérationnelles et non opérationnelles.

Les informations opérationnelles se réfèrent au satellite à partir duquel elles ont été reçues. Les informations opérationnelles comprennent :

numériser les horodatages ;
la différence relative de la fréquence porteuse du satellite par rapport à la valeur nominale ;
informations sur les éphémérides.

Le temps de liaison des informations éphémérides et les corrections fréquence-temps, qui ont une fréquence d'une demi-heure à partir du début de la journée, permettent de déterminer avec précision les coordonnées géographiques et la vitesse du satellite.

Les informations non opérationnelles contiennent un almanach, comprenant :

des données sur l'état de tous les satellites du système ;
décalage de l'échelle de temps du satellite par rapport à l'échelle du système ;
paramètres des orbites de tous les satellites du système ;
correction à l'échelle de temps du système Glonass.

Le choix de la "constellation" optimale de l'engin spatial et la prévision du décalage Doppler de la fréquence porteuse est assuré par l'analyse de l'almanach du système.

Les messages de navigation des satellites GLONASS sont structurés sous forme de supertrames de 2,5 minutes. Une supertrame se compose de cinq trames d'une durée de 30 s. Chaque trame contient 15 lignes d'une durée de 2 s. Sur les 2 s de durée de ligne, la dernière 0,3 s est prise par l'horodatage. Le reste de la ligne contient 85 caractères d'informations numériques transmises à 50 Hz.

Dans le cadre de chaque trame, la totalité des informations opérationnelles et une partie de l'almanach du système sont transmises. L'almanach complet est contenu dans toute la supertrame. Dans ce cas, les informations de supertrame contenues dans les lignes 1 à 4 se réfèrent au satellite dont elles proviennent (partie opérationnelle) et ne changent pas dans la supertrame.

Structure des signaux radio de navigation GPS

Le GPS utilise le multiplexage par répartition en code (CDMA), de sorte que tous les satellites transmettent des signaux à la même fréquence. Chaque satellite GPS émet deux signaux déphasés. La fréquence du premier signal est L1 = 1575,42 MHz et la seconde - L2 = 1227,6 MHz. Le signal porteur L1 est modulé par deux séquences binaires dont chacune est formée en sommant le code de télémétrie modulo 2 et les données système et navigation transmises générées à un débit de 50 bit/s. A la fréquence L1, deux composantes en quadrature sont transmises, des séquences binaires à clé biphasique. La première séquence est la somme modulo 2 du code de télémétrie précis P ou du code Y classé et des données de navigation. La deuxième séquence est également la somme modulo 2 du code grossier C/A (ouvert) et de la même séquence de données de navigation.

Le signal radio à la fréquence L2 est modulé en biphasique uniquement par l'une des deux séquences précédemment considérées. Le choix de la séquence modulante est effectué par commande depuis le sol.

Chaque satellite utilise ses propres codes télémétriques C/A et P (Y), ce qui permet de séparer signaux satellites... Lors du processus de formation d'un code de télémétrie P (Y) précis, des horodatages du signal satellite sont formés simultanément.

Composition et structure des messages de navigation des satellites du système GPS

La division structurelle des informations de navigation des satellites GPS est effectuée en supertrames, trames, sous-trames et mots. Une supertrame est formée de 25 images et prend 750 secondes (12,5 minutes). Une trame est transmise en 30 secondes et a une taille de 1500 bits. La trame est divisée en 5 sous-trames de 300 bits chacune et est transmise sur un intervalle de 6 s. Le début de chaque sous-trame désigne un horodatage correspondant au début/à la fin de l'intervalle de temps du système GPS suivant de 6 s. Une sous-trame se compose de 10 mots de 30 bits. Dans chaque mot, les 6 bits de poids faible sont des bits de contrôle.

Dans les 1ère, 2ème et 3ème sous-trames, des données sur les paramètres de correction d'horloge et des données sur les éphémérides de l'engin spatial avec lequel la communication est établie sont transmises. Le contenu et la structure de ces sous-trames restent inchangés sur toutes les pages de la super-trame. Les 4e et 5e sous-trames contiennent des informations sur la configuration et l'état de tous les engins spatiaux du système, les almanachs des engins spatiaux, messages spéciaux, des paramètres décrivant la relation entre l'heure GPS et l'UTC, etc.

Algorithmes de réception et de mesure des paramètres des signaux de radionavigation par satellite

Le segment des consommateurs de systèmes GPS et GLONASS comprend les récepteurs de signaux satellites. Le problème de navigation est résolu en mesurant les paramètres de ces signaux. Le récepteur peut être divisé en trois parties fonctionnelles :

partie radiofréquence;
numérique ~ corrélateur;
CPU.

A partir de la sortie du dispositif d'alimentation d'antenne (antenne), le signal va à la partie radiofréquence (Fig. 7). La tâche principale de cette partie est l'amplification du signal d'entrée, le filtrage, la conversion de fréquence et la conversion analogique-numérique. De plus, la partie radiofréquence du récepteur reçoit fréquence d'horloge pour la partie numérique du récepteur. A partir de la sortie de la partie radiofréquence, des échantillons numériques du signal d'entrée sont envoyés à l'entrée du corrélateur numérique.

Figure 7. Structure de récepteur généralisée

Dans le corrélateur, le spectre du signal est transféré à la fréquence "zéro". Ceci est réalisé en multipliant le signal d'entrée du corrélateur par l'oscillation harmonique de référence dans les canaux en phase et en quadrature. En outre, le résultat de la multiplication subit un traitement de corrélation en multipliant avec le code de télémétrie de référence et en s'accumulant sur la période du code de télémétrie. En conséquence, nous obtenons les intégrales de corrélation I et Q. Les lectures des intégrales de corrélation sont transmises au processeur pour un traitement ultérieur et la fermeture des boucles PLL (boucle à verrouillage de phase) et CVD (circuit de suivi de retard). Les mesures des paramètres du signal dans le récepteur sont effectuées non pas directement par le signal d'entrée, mais par sa copie exacte formée par les systèmes PLL et CVD. Les intégrales de corrélation I et Q permettent d'estimer le degré de "similitude" (corrélation) des signaux de référence et d'entrée. La tâche du corrélateur, en plus de former les intégrales I et Q, est de former un signal de référence en fonction des actions de contrôle (codes de contrôle) provenant du processeur. De plus, dans certains récepteurs, le corrélateur génère les mesures nécessaires des signaux de référence et les transfère au processeur pour un traitement ultérieur. En même temps, étant donné que les signaux de référence dans le corrélateur sont formés selon les codes de contrôle provenant du processeur, les mesures nécessaires des signaux de référence peuvent être effectuées directement dans le processeur, en traitant les codes de contrôle en conséquence, ce qui est fait dans de nombreux récepteurs modernes.

Quels paramètres de signal sont mesurés par le corrélateur (processeur) ?

La plage pour les mesures d'ingénierie radio est caractérisée par le temps de propagation du signal de l'objet de mesure au point de mesure. Dans les systèmes de navigation GPS/GLONASS, l'émission des signaux est synchronisée avec l'échelle de temps du système, plus précisément avec l'échelle de temps du satellite émettant ce signal. Dans le même temps, le consommateur dispose d'informations sur l'écart entre l'échelle de temps du satellite et celle du système. Les informations numériques transmises depuis le satellite permettent d'établir l'instant d'émission d'un certain fragment du signal (horodatage) par le satellite en temps système. Le moment de la réception de ce fragment est déterminé par l'échelle de temps du récepteur. L'échelle de temps du récepteur (consommateur) est formée à l'aide d'étalons de fréquence à quartz, il y a donc une « dérive » constante de l'échelle de temps du récepteur par rapport à l'échelle de temps du système. La différence entre l'instant de réception d'un fragment du signal, mesuré à l'échelle de temps du récepteur, et l'instant de son émission par le satellite, mesuré à l'échelle du satellite, multiplié par la vitesse de la lumière, s'appelle pseudo-distance. Pourquoi pseudo-portée ? Parce qu'elle diffère de la vraie portée d'une quantité égale au produit de la vitesse de la lumière et de la « dérive » de l'échelle de temps du récepteur par rapport à l'échelle de temps du système. Lors de la résolution du problème de navigation, ce paramètre est déterminé avec les coordonnées du consommateur (récepteur).

Des intégrales de corrélation formées dans le corrélateur permettent de suivre la modulation du signal satellite par des symboles d'information et de calculer l'horodatage dans le signal d'entrée. Les horodatages suivent à des intervalles de 6 s pour le GPS et de 2 s pour le GLONASS et forment une sorte d'échelle de 6 (2) secondes. A l'intérieur d'une division de cette échelle, les périodes du code de télémétrie forment une échelle de 1 ms. Une milliseconde est divisée, à son tour, en éléments distincts (puces, dans la terminologie GPS) : pour GPS - 1023, pour GLONASS - 511. Ainsi, les éléments du code télémètre permettent de déterminer la distance au satellite avec une erreur de ~ 300 m. Pour une détermination plus précise, il est nécessaire de connaître la phase du générateur de code du télémètre. Les circuits de construction des générateurs de référence du corrélateur permettent de déterminer sa phase avec une précision allant jusqu'à 0,01 période, ce qui est une précision de détermination de la pseudo-portée de 3 m.

Basé sur des mesures des paramètres de la référence oscillation harmonique, formé par le système PLL, déterminent la fréquence et la phase de l'oscillation porteuse du satellite. Sa dérive par rapport à la valeur nominale donnera le décalage de fréquence Doppler, qui permet d'estimer la vitesse de l'utilisateur par rapport au satellite. De plus, des mesures de phase de porteuse peuvent être utilisées pour affiner la distance jusqu'au satellite avec une erreur de plusieurs millimètres.

Pour déterminer les coordonnées du consommateur, il est nécessaire de connaître les coordonnées des satellites (au moins 4) et la distance du consommateur à chaque satellite visible. Afin que le consommateur puisse déterminer les coordonnées des satellites, les signaux de navigation émis par ceux-ci sont modélisés par des messages sur les paramètres de leur mouvement. Dans l'équipement du consommateur, ces messages sont extraits et les coordonnées des satellites sont déterminées à l'instant souhaité.

Les coordonnées et les composants du vecteur vitesse changent très rapidement, par conséquent, les messages sur les paramètres du mouvement des satellites contiennent des informations non pas sur leurs coordonnées et composants du vecteur vitesse, mais des informations sur les paramètres d'un certain modèle qui se rapproche de la trajectoire du mouvement de l'engin spatial sur un intervalle de temps suffisamment long (environ 30 minutes). Les paramètres du modèle d'approximation changent assez lentement, et ils peuvent être considérés comme constants sur l'intervalle d'approximation.

Les paramètres du modèle d'approximation sont inclus dans les messages de navigation des satellites. Le système GPS utilise le modèle de mouvement Keplerian avec des éléments osculateurs. Dans ce cas, la trajectoire de vol de l'engin spatial est divisée en tronçons d'approximation d'une durée d'une heure. Au centre de chaque tronçon est fixé un moment nodal dont la valeur est communiquée au consommateur d'informations de navigation. De plus, le consommateur est informé des paramètres du modèle des éléments osculateurs à l'instant nodal, ainsi que des paramètres de fonctions rapprochant les évolutions des paramètres du modèle des éléments osculateurs dans le temps, à la fois dans le élément nodal précédent et suivant.

Dans l'équipement du consommateur, un intervalle de temps est alloué entre l'instant temporel auquel la position du satellite doit être déterminée et l'instant nodal. Puis, à l'aide des fonctions d'approximation et de leurs paramètres extraits du message de navigation, les valeurs des paramètres du modèle des éléments osculateurs sont calculées au moment voulu. Au dernier stade, en utilisant les formules habituelles du modèle képlérien, les coordonnées et les composantes du vecteur vitesse du satellite sont déterminées.

Le système GLONASS utilise des modèles de mouvement différentiels pour déterminer la position exacte du satellite. Dans ces modèles, les coordonnées et les composantes du vecteur vitesse du satellite sont déterminées par intégration numérique des équations différentielles du mouvement de l'engin spatial, en tenant compte d'un nombre fini de forces agissant sur l'engin spatial. Les conditions initiales d'intégration sont fixées à l'instant nodal situé au milieu de l'intervalle d'approximation.

Comme mentionné ci-dessus, pour déterminer les coordonnées du consommateur, il est nécessaire de connaître les coordonnées des satellites (au moins 4) et la distance du consommateur à chaque satellite visible, qui est déterminée dans le récepteur de navigation avec une précision d'environ 1 m Pour plus de commodité, considérons le cas "plat" le plus simple illustré à la Fig. ... huit.

Figure 8. Détermination des coordonnées du consommateur

Chaque satellite (Fig. 8) peut être représenté comme un émetteur ponctuel. Dans ce cas, le front de l'onde électromagnétique sera sphérique. Le point d'intersection des deux sphères sera celui où se trouve le consommateur.

L'altitude des orbites des satellites est d'environ 20 000 km. Par conséquent, le deuxième point d'intersection des cercles peut être écarté en raison d'une information a priori, car il est situé loin dans l'espace.

Mode différentiel

Les systèmes de navigation par satellite permettent à l'utilisateur d'obtenir des coordonnées avec une précision de l'ordre de 10 à 15 m. Cependant, pour de nombreuses tâches, notamment pour la navigation dans les villes, une plus grande précision est requise. L'une des principales méthodes pour augmenter la précision de la détermination de la localisation d'un objet repose sur l'application du principe des mesures différentielles de navigation, connu en radionavigation.

Le mode différentiel DGPS (Differential GPS) vous permet de définir des coordonnées avec une précision de 3 m dans un environnement de navigation dynamique et jusqu'à 1 m dans des conditions stationnaires. Le mode différentiel est mis en œuvre à l'aide d'un récepteur de contrôle GPS appelé station de référence. Il est situé en un point dont les coordonnées sont connues, dans la même zone que le récepteur GPS principal. En comparant les coordonnées connues (obtenues à la suite d'un levé géodésique de précision) avec celles mesurées, la station de référence calcule des corrections, qui sont transmises aux consommateurs par radio dans un format prédéterminé.

L'équipement du consommateur reçoit des corrections différentielles de la station de référence et les prend en compte lors de la détermination de la localisation du consommateur.

Les résultats obtenus par la méthode différentielle dépendent fortement de la distance entre l'objet et la station de référence. L'application de cette méthode est la plus efficace lorsque les erreurs systématiques causées par des raisons externes (en relation avec le récepteur) sont répandues. Selon les données expérimentales, il est recommandé de localiser la station de référence à moins de 500 km de l'objet.

Actuellement, il existe de nombreux systèmes différentiels à large écart, régionaux et locaux.

En tant que systèmes étendus, il convient de noter des systèmes tels que le WAAS américain, l'EGNOS européen et le MSAS japonais. Ces systèmes utilisent des satellites géostationnaires pour transmettre des corrections à tous les clients dans leur zone de couverture.

Les systèmes régionaux sont destinés à soutenir la navigation de sections individuelles de la surface de la terre. En règle générale, les systèmes régionaux sont utilisés dans les grandes villes, sur les voies de transport et les rivières navigables, dans les ports et le long des côtes des mers et des océans. Le diamètre de la zone de travail du système régional est généralement de 500 à 2000 km. Il peut comprendre une ou plusieurs stations de référence.

Les systèmes locaux ont une portée maximale de 50 à 220 km. Ils comprennent généralement un station de base... Les systèmes locaux sont généralement classés selon leur mode d'utilisation : stations différentielles locales marines, aéronautiques et géodésiques.

Développement de la navigation par satellite

L'orientation générale de la modernisation des systèmes satellitaires GPS et Glonass est associée à l'augmentation de la précision des définitions de navigation, à l'amélioration du service fourni aux utilisateurs, à l'augmentation de la durée de vie et de la fiabilité des équipements embarqués des satellites, à l'amélioration de la compatibilité avec d'autres systèmes radio et au développement sous-systèmes différentiels. L'orientation générale du développement des systèmes GPS et Glonass coïncide, mais la dynamique et les résultats obtenus sont très différents.

L'amélioration du système GLONASS est prévue sur la base des satellites GLONASS-M de nouvelle génération. Ce satellite aura une durée de vie accrue et émettra un signal de navigation dans la bande L2 pour les applications civiles.

Une décision similaire a été prise aux États-Unis, où le 5 janvier 1999, il a annoncé l'allocation de 400 millions de dollars pour la modernisation du système GPS associé à la transmission du code C/A sur la fréquence L2 (1222,7 MHz) et l'introduction de la troisième porteuse L3 (1176, 45 MHz) sur les engins spatiaux qui seront lancés à partir de 2005. Le signal sur la fréquence L2 est destiné à être utilisé pour des besoins civils, non directement liés au danger pour la vie humaine. Il est proposé de commencer à mettre en œuvre cette décision en 2003. Il a été décidé d'utiliser le troisième signal civil sur la fréquence L3 pour les besoins de l'aviation civile.

Littérature

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Système mondial de radionavigation par satellite GLONASS / Ed. V.N. Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. M. : IPRZhR, 1998.
Lipkin I.A. Systèmes de navigation par satellite. M. : Vuzovskaya kniga, 2001.
Système mondial de navigation par satellite GLONASS. Document de contrôle des interfaces. M. : TRICOT VKS, 1995.
Document de contrôle d'interface : Segment spatial GPS NAVSTAR/Interfaces utilisateur de navigation (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

Il est encore difficile de croire qu'à notre époque de commerce « sauvage », il existe une capacité absolument gratuite (sous réserve de la disponibilité des moyens techniques) de déterminer votre emplacement n'importe où dans le monde. C'est l'une des plus grandes inventions du 20ème siècle ! Ce système de plusieurs milliards de dollars (il en existe aujourd'hui plusieurs) a été conçu principalement dans l'intérêt de la défense (et de la science), mais très peu de temps s'est écoulé et presque tout le monde a commencé à l'utiliser tous les jours. Par navigateur GPS, nous entendons un récepteur radio spécial pour déterminer les coordonnées géographiques de l'emplacement actuel (positionnement).

J'ai été incité à écrire ce message par la phrase d'un touriste bien connu dans les cercles étroits sur Navigateur Garmin Etrex 30x.
Voici une citation de son article : "Système satellite : GPS / GPS + Glonass / Mode démo. Cela ne vous fait-il pas penser que seul le Glonass ne peut pas être allumé ? Donc il n'y est pas. Les instructions ne disent rien à ce sujet. Vous pouvez prendre Garmin en un main pour rire. , et dans un autre smartphone avec Glonass, ouvrez l'écran d'affichage satellite et essayez d'en trouver des similaires. C'est juste de l'émulation, donc vous mettez GPS ou GPS + GLONASS pas important. "
Comment aimez-vous cette déclaration? Il suffit de ne pas jeter vos chaussons pour vérifier immédiatement. Puisque les concepts de "GPS", "GLONASS" et "Garmin" apparaissent ici, vous devrez révéler le sujet dans son intégralité.

1 - GPS
Le premier système de positionnement global était le système américain NAVSTAR, qui remonte à 1973. Déjà en 1978, le premier satellite a été lancé, ce qui peut être considéré comme le début de l'ère du système de positionnement global (GPS), et en 1993, la constellation orbitale se composait de 24 engins spatiaux (SC), mais seulement en 2000 (après la désactivation du mode d'accès sélectif) le fonctionnement normal a commencé pour les utilisateurs civils.
Les satellites NAVSTAR sont situés à une altitude de 20 200 km avec une inclinaison de 55° (dans six plans) et une période orbitale de 11 heures 58 minutes. Le GPS utilise le système géodésique mondial de 1984 (WGS-84), qui est devenu la norme mondiale pour les systèmes de coordonnées. TOUS les navigateurs déterminent l'emplacement (afficher les coordonnées) dans ce système par défaut.

La constellation se compose actuellement de 32 satellites. Le plus tôt dans le système date du 22 novembre 1993, le dernier (le plus récent) est le 9 décembre 2015.

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2 - GLONASS
Le système de navigation domestique a commencé en 1979 avec le système Cicada composé de quatre satellites. Le système GLONASS a été mis en service à titre expérimental en 1993. En 1995, une constellation orbitale complète a été déployée (24 engins spatiaux Glonass de première génération) et le système a commencé son fonctionnement normal. Depuis 2004, de nouveaux SC "Glonass-M" ont été lancés, qui diffusent deux signaux civils sur les fréquences L1 et L2.
Les satellites GLONASS sont situés à une altitude de 19 400 km avec une inclinaison de 64,8° (dans trois plans) et une période de 11 heures 15 minutes.

La constellation se compose actuellement de 24 satellites. La première dans le système date du 3 avril 2007, la dernière (la plus récente) est le 16 octobre 2017.

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Tableau avec le nombre de satellites GLONASS. Il existe un numéro GLONASS et un numéro COSMOS. Nos smartphones ont des numéros de satellite complètement différents. De 1 c'est GPS, de 68 - GLONASS.
De plus, ils sont même différents dans le navigateur et le smartphone.

Regardons maintenant le programme Orbitron. Dans l'après-midi du 4 avril, 10 satellites GLONASS ont "volé" dans le ciel d'Ijevsk.

Ou dans une autre vue - sur la carte. Il y a toutes les données sur chaque satellite.

La principale différence entre les deux systèmes est le signal et sa structure.
Le GPS utilise le multiplexage par division de code... Signal de code de précision standard (code C/A) transmis dans la bande L1 (1575,42 MHz). Les signaux sont modulés avec des séquences pseudo-aléatoires de deux types : C/A-code et P-code. C/A - Publicly Available Code - est un PRN avec une période de répétition de 1023 cycles et un taux de répétition des impulsions de 1,023 MHz.
Dans le système GLONASS, la division de fréquence des canaux... Tous les satellites utilisent la même séquence de codes pseudo-aléatoires pour transmettre des signaux gratuits, mais chaque satellite transmet à une fréquence différente en utilisant une division de fréquence de 15 canaux. Signaux radio de navigation par répartition en fréquence dans deux bandes : L1 (1,6 GHz) et L2 (1,25 GHz).
La structure du signal est également différente. Pour décrire le mouvement des satellites en orbite, fondamentalement différent modèles mathématiques... Pour le GPS, il s'agit d'un modèle en éléments osculateurs. Ce modèle suppose que la trajectoire du satellite est découpée en tronçons dans lesquels le mouvement est décrit par le modèle képlérien, dont les paramètres évoluent dans le temps. Le système GLONASS utilise un modèle de mouvement différentiel.
Maintenant à la question de la possibilité de combiner. L'année 2011 s'est déroulée sous les auspices du soutien du GLONASS. Lors de la conception des récepteurs, il était important de surmonter les problèmes d'incompatibilité entre la prise en charge matérielle du GLONASS et du GPS. C'est-à-dire que le signal GLONASS modulé en fréquence nécessitait une bande passante plus large que les signaux PCM utilisés par le GPS, des filtres passe-bande avec des centres de fréquence différents et des débits de puce différents. Pour économiser de l'énergie dans vos navigateurs, il est recommandé d'activer le mode "GPS uniquement".

3 - Garmin
Le fabricant américain d'appareils de navigation portables a acquis une renommée mondiale principalement grâce aux voyages Navigateurs GPS(GpsMap, eTrex, Oregon, Montana, séries Dakota) et des navigateurs automobiles, des montres de sport et des échosondeurs. Son siège est à Olath, Kansas. Depuis 2011, Garmin a commencé à vendre des navigateurs GPSMAP 62stc capables de recevoir et de traiter les signaux des satellites GPS et GLONASS. Cependant, les informations sur les fabricants de puces utilisées sont devenues un secret commercial.

L'utilisation de récepteurs à deux systèmes contribue à améliorer la qualité de la navigation dans des conditions réelles, tandis que la nature à deux systèmes n'affecte pas la précision de la détermination des coordonnées. Signal insuffisant des satellites d'un système à cet endroit et dans le temps donné compensée par des satellites d'un autre système. Nombre maximal Satellites "visibles" dans le ciel dans des conditions idéales : GPS - 13, GLONASS - 10. C'est pour cette raison que la plupart des récepteurs conventionnels (non géodésiques) sont à 24 canaux.

Voici les résultats des tests de 2016. Pour votre information - NAP-4 et NAP-5 utilisent respectivement les récepteurs de navigation de l'usine radio d'Ijevsk MNP-M7 et MNP-M9.1.

Conclusion. Les meilleurs résultats de précision de positionnement sur l'itinéraire de l'expérience ont été montrés par NAP-1, NAP-2, NAP-4. Tous les NAP ont une précision de positionnement suffisante pour une navigation en toute confiance dans tous les modes. Dans le même temps, la précision de positionnement en mode GPS et en mode combiné est légèrement meilleure qu'en mode GLONASS.
Les résultats du NAP-3 avec un logiciel expérimental en termes de précision de positionnement dans le plan dans tous les modes sont moins bons que ceux du même récepteur avec un logiciel standard (NAP-2). Il n'y a pas une telle différence dans la précision de la hauteur. L'exception est constituée d'erreurs importantes dans le mode combiné causées par une défaillance ponctuelle du fonctionnement du NAP, qui ont entraîné de fortes déviations.
Les résultats du NAP-5 sont généralement moins bons que ceux du NAP du même constructeur de la génération précédente (NAP-4). Il y a eu une légère amélioration de la précision du positionnement horizontal en mode GLONASS. ()

L'antenne du navigateur reçoit les signaux satellites et les transmet au récepteur qui les traite. Des puces pour appareils de navigation prenant en charge GPS + Glonass sont désormais produites par de nombreuses entreprises : Qualcomm (SiRFatlas V, drol_links chez Garmin, il y a un récepteur STA8088EXG de l'une des plus grandes sociétés européennes STMicroelectronics.

Conclusions pour les utilisateurs de Garmin Navigator :
1. Dans les navigateurs et les montres Garmin (après 2011), il est devenu possible de sélectionner (activer la réception et le traitement du signal) soit GPS, soit GPS + GLONASS. Séparément, GLONASS n'est pas fourni car il s'agit de Garmin (eh bien, comment les Américains n'incluront-ils que quelque chose de russe ?)
2. Dans des conditions idéales ou similaires (steppe, plaine), le deuxième système n'est pas nécessaire. Dans les montagnes, les villes et les latitudes septentrionales - très souhaitable. Mais la consommation d'énergie sera plus élevée.
3. Si les fabricants de smartphones ont pu « casser » cette fonctionnalité dans leurs appareils compacts, pourquoi Garmin a-t-il échoué ?
Bonne chance!

De nombreux propriétaires de voitures utilisent des navigateurs dans leurs véhicules. Cependant, certains d'entre eux ignorent l'existence de deux systèmes satellitaires différents - le GLONASS russe et le GPS américain. À partir de cet article, vous découvrirez quelles sont leurs différences et laquelle devrait être préférée.

Comment fonctionne le système de navigation

Le système de navigation est principalement utilisé pour déterminer l'emplacement d'un objet (dans ce cas, une voiture) et sa vitesse. Parfois, elle doit déterminer d'autres paramètres, par exemple la hauteur au-dessus du niveau de la mer.

Elle calcule ces paramètres, fixant la distance entre le navigateur lui-même et chacun des nombreux satellites situés en orbite terrestre. En règle générale, la synchronisation avec quatre satellites est nécessaire pour un fonctionnement efficace du système. En modifiant ces distances, il détermine les coordonnées de l'objet et d'autres caractéristiques du mouvement. Les satellites GLONASS ne sont pas synchronisés avec la rotation de la Terre, ce qui assure leur stabilité sur une longue période de temps.

Vidéo : Glonass contre GPS

Quoi de mieux que GLONASS ou GPS et quelle est la différence entre eux

Les systèmes de navigation ont principalement été utilisés à des fins militaires, et ce n'est qu'alors qu'ils sont devenus accessibles aux citoyens ordinaires. De toute évidence, les militaires doivent utiliser les développements de leur état, car un système de navigation étranger peut être désactivé par les autorités de ce pays en cas de situation de conflit. De plus, la Russie est encouragée à utiliser le système GLONASS dans Vie courante militaires et fonctionnaires.

Dans la vie de tous les jours, un automobiliste ordinaire ne devrait pas du tout se soucier du choix d'un système de navigation. Les deux GLONASS et fournissent une qualité de navigation suffisante pour une utilisation quotidienne. Dans les territoires du nord de la Russie et d'autres États situés aux latitudes septentrionales, les satellites GLONASS fonctionnent plus efficacement, du fait que leurs trajectoires sont plus hautes au-dessus de la Terre. C'est-à-dire que dans l'Arctique, dans les pays scandinaves, GLONASS est plus efficace, et cela a été reconnu par les Suédois en 2011. Dans d'autres régions, le GPS est légèrement plus précis que le GLONASS pour déterminer l'emplacement. Selon le système russe de correction différentielle et de surveillance, les erreurs GPS allaient de 2 à 8 mètres, les erreurs GLONASS de 4 à 8 mètres. Mais GPS, afin de déterminer l'emplacement, vous devez attraper de 6 à 11 satellites, GLONASS aura besoin de 6 à 7 satellites.

A noter également que le système GPS est apparu 8 ans plus tôt et a pris une solide avance dans les années 90. Et au cours de la dernière décennie, GLONASS a presque complètement réduit cet écart, et d'ici 2020, les développeurs promettent que GLONASS ne sera en rien inférieur au GPS.

La plupart des systèmes modernes sont équipés d'un système combiné prenant en charge à la fois le système satellitaire russe et le système américain. Ce sont ces appareils qui sont les plus précis et qui ont le moins d'erreurs dans la détermination des coordonnées du véhicule. La stabilité des signaux reçus augmente également, car un tel appareil peut "voir" plus de satellites. D'autre part, les prix de ces navigateurs sont beaucoup plus élevés que leurs homologues à système unique. C'est compréhensible - deux puces y sont intégrées, capables de recevoir des signaux de chaque type de satellites.

Vidéo : test des récepteurs GPS et GPS + GLONASS Redpower CarPad3

Ainsi, les navigateurs les plus précis et les plus fiables sont les appareils à double système. Cependant, leurs avantages sont associés à un inconvénient important - le coût. Par conséquent, lors du choix, vous devez penser - une précision aussi élevée est-elle nécessaire dans les conditions d'utilisation quotidienne? De plus, pour un simple passionné de voitures, le système de navigation à utiliser n'est pas très important - russe ou américain. Ni le GPS ni le GLONASS ne vous laisseront vous perdre et ne vous amèneront à la destination souhaitée.

Les cartes électroniques ont remplacé les cartes papier de la région, sur lesquelles la navigation s'effectue à l'aide du système satellitaire GPS. À partir de cet article, vous découvrirez quand la navigation par satellite est apparue, ce qu'elle est maintenant et ce qui l'attend dans un avenir proche.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les flottes américaine et britannique ont acquis un atout important - le système de navigation LORAN, qui utilise des balises radio. A la fin des hostilités, la technologie a été confiée aux navires civils des pays « pro-occidentaux ». Une décennie plus tard, l'URSS a mis en œuvre sa réponse - le système de navigation "Chaika", basé sur des balises radio, est toujours utilisé aujourd'hui.

Mais la navigation au sol présente des inconvénients importants : l'irrégularité du relief terrestre devient un obstacle, et l'influence de l'ionosphère affecte négativement le temps de transmission du signal. Si la distance entre la radiobalise de navigation et le navire est trop importante, l'erreur de détermination de position peut être mesurée en kilomètres, ce qui est inacceptable.

Les radiobalises au sol ont été remplacées par des systèmes de navigation par satellite à des fins militaires, dont le premier - l'American Transit (également appelé NAVSAT) - a été lancé en 1964. Six satellites en orbite basse ont assuré une précision de positionnement allant jusqu'à deux cents mètres.

En 1976, l'URSS a lancé un système de navigation militaire similaire "Cyclone", et trois ans plus tard - également un système civil appelé "Cicada". Le gros inconvénient des premiers systèmes de navigation par satellite était qu'ils ne pouvaient être utilisés que pendant une courte période, en l'espace d'une heure. Les satellites LEO, et même en petit nombre, n'étaient pas en mesure de fournir une large couverture de signal.

GPS contre GLONASS

En 1974, l'armée américaine a lancé le premier satellite du nouveau système de navigation NAVSTAR, qui a ensuite été renommé GPS (Global Positioning System), en orbite. Au milieu des années 1980, la technologie GPS a été autorisée à être utilisée par les navires et les avions civils, mais pendant longtemps, ils ont eu accès à un positionnement beaucoup moins précis que les militaires. Le vingt-quatrième satellite GPS, le dernier nécessaire pour couvrir entièrement la surface de la Terre, a été lancé en 1993.

En 1982, l'URSS a présenté sa réponse - c'était la technologie GLONASS (Global Navigation Satellite System). Le dernier 24e satellite GLONASS est entré en orbite en 1995, mais la courte durée de vie des satellites (trois à cinq ans) et le financement insuffisant du projet ont désactivé le système pendant près d'une décennie. Ce n'est qu'en 2010 que GLONASS a pu rétablir sa couverture mondiale.

Pour éviter de telles pannes, le GPS et le GLONASS utilisent désormais 31 satellites : 24 principaux et 7 de réserve, comme on dit, juste en cas d'incendie. Les satellites de navigation modernes volent à une altitude d'environ 20 000 km et parviennent à faire le tour de la Terre deux fois par jour.

Comment fonctionne le GPS

Le positionnement dans le réseau GPS s'effectue en mesurant la distance du récepteur à plusieurs satellites dont la localisation est précisément connue à l'heure actuelle. La distance au satellite est mesurée en multipliant le retard du signal par la vitesse de la lumière.
La communication avec le premier satellite ne fournit des informations que sur la plage d'emplacements possibles du récepteur. L'intersection de deux sphères donnera un cercle, trois - deux points et quatre - le seul point correct sur la carte. Notre planète est le plus souvent utilisée dans le rôle d'une des sphères, ce qui permet de positionner seulement trois satellites au lieu de quatre. En théorie, la précision du positionnement GPS peut atteindre 2 mètres (en pratique, l'erreur est bien plus importante).

Chaque satellite envoie au récepteur grand ensemble informations : heure exacte et sa correction, almanach, données éphémérides et paramètres ionosphériques. Un signal horaire précis est nécessaire pour mesurer le délai entre l'envoi et la réception.

Les satellites de navigation sont équipés d'horloges au césium très précises, tandis que les récepteurs sont équipés d'horloges à quartz beaucoup moins précises. Par conséquent, pour vérifier l'heure, un contact est établi avec un (quatrième) satellite supplémentaire.

Mais les horloges au césium peuvent aussi faire des erreurs, elles sont donc comparées aux horloges à hydrogène placées au sol. Pour chaque satellite du centre de contrôle du système de navigation, une correction de l'heure est calculée individuellement, qui est ensuite envoyée au récepteur avec l'heure exacte.

Un autre élément important du système de navigation par satellite est l'almanach, qui est un tableau des paramètres d'orbite des satellites pour un mois à l'avance. L'almanach, comme la correction de l'heure, est calculé au centre de contrôle.

Des satellites et des données éphémérides individuelles sont transmises, sur la base desquelles les déviations orbitales sont calculées. Et étant donné que la vitesse de la lumière n'est constante que dans le vide, le retard du signal dans l'ionosphère doit être pris en compte.

La transmission des données dans le réseau GPS s'effectue strictement à deux fréquences : 1575,42 MHz et 1224,60 MHz. Différents satellites diffusent le signal sur la même fréquence, mais utilisent la division de code CDMA. C'est-à-dire que le signal satellite n'est que du bruit, qui ne peut être décodé que s'il existe un code PRN correspondant.

L'approche ci-dessus permet de fournir une immunité élevée au bruit et d'utiliser une plage de fréquences étroite. Néanmoins, les récepteurs GPS doivent parfois rechercher des satellites pendant longtemps, ce qui est dû à un certain nombre de raisons.

Premièrement, le récepteur ne sait pas initialement où se trouve le satellite, il s'éloigne ou s'approche, et quel est le décalage de fréquence de son signal. Deuxièmement, le contact avec un satellite n'est considéré comme réussi que lorsqu'un ensemble complet d'informations en est reçu. Le taux de transfert de données dans le réseau GPS dépasse rarement 50 bps. Et dès que le signal est coupé en raison d'interférences radio, la recherche recommence.

L'avenir de la navigation par satellite

Aujourd'hui, le GPS et le GLONASS sont largement utilisés à des fins pacifiques et, en fait, sont interchangeables. Les dernières puces de navigation prennent en charge les deux normes de communication et se connectent aux satellites qu'elles trouvent en premier.

Le GPS américain et le GLONASS russe sont loin d'être les seuls systèmes de navigation par satellite au monde. Par exemple, la Chine, l'Inde et le Japon ont commencé à déployer leurs propres CLO appelés BeiDou, IRNSS et QZSS, respectivement, qui ne fonctionneront que dans leur propre pays et nécessiteront donc un nombre relativement faible de satellites.

Mais le plus grand intérêt, peut-être, est le projet Galileo, qui est développé par l'Union européenne et devrait être lancé à pleine capacité d'ici 2020. Initialement, Galileo était conçu comme un réseau purement européen, mais les pays du Moyen-Orient et d'Amérique du Sud ont déjà fait part de leur volonté de participer à sa création. Ainsi, une "troisième force" pourrait bientôt apparaître sur le marché mondial des CLO. Si ce système est également compatible avec les systèmes existants, et ce sera très probablement le cas, les consommateurs n'en bénéficieront que - la vitesse de recherche des satellites et la précision du positionnement devraient augmenter.