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 la bonne maison, la plupart des gens préfèrent sortir un smartphone et poser cette question au GLONASS ou au 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", littéralement traduit. L'idée d'utiliser des satellites en orbite proche de la Terre 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 s'approche 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 global de calcul de coordonnées.

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 système unifié pour toutes les forces militaires. 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 est un système mondial de navigation par satellite qui fonctionne sur le même principe que celui 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 Plus d'information peut fournir. 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 se produire 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 de téléphonie cellulaire ou Internet sans fil pour calculer les coordonnées. 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 l'ordinateur de bord d'une voiture, mais le plus souvent, des appareils séparés sont achetés. 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 vous 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, puis utiliser une 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 à 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.

Aujourd'hui, il est difficile de trouver un domaine de développement socio-économique, dans lequel les services de navigation par satellite ne pourraient pas être utilisés. Le plus urgent reste l'utilisation des technologies GLONASS dans l'industrie des transports, y compris le transport maritime et fluvial, le transport aérien et terrestre. Dans le même temps, selon les experts, environ 80% des équipements de navigation sont utilisés dans le transport routier.

TRANSPORT TERRESTRE

L'un des principaux domaines d'application de la navigation par satellite est la surveillance des véhicules. Ce service est le plus important pour les entreprises industrielles, de construction, de transport. Les équipements de navigation qui reçoivent des signaux du système GLONASS permettent de déterminer l'emplacement du véhicule, les lectures des capteurs de mesure peuvent assurer à la fois la sécurité du trafic de passagers et la commodité et l'optimisation du fonctionnement des véhicules utilitaires, exclure son utilisation inappropriée . La mise en place du système permet aux propriétaires de flottes de véhicules de réduire leurs coûts de maintenance de 20 à 30 % en 4 à 6 mois.

L'une des technologies mises en œuvre en Russie sur la base de la navigation par satellite est le système de transport intelligent (ITS). Il comprend la surveillance du transport de marchandises dangereuses, surdimensionnées et lourdes, la surveillance du régime de travail et de repos des conducteurs, la gestion et la répartition du trafic passagers, l'information des passagers sur les transports urbains.

L'efficacité de l'utilisation des services de navigation par satellite dans les transports terrestres peut être évaluée par des critères tels que :

• réduire le nombre d'accidents de la route, ainsi que le nombre de morts et de blessés dans les accidents de la route, en réduisant le temps de réponse aux accidents de la route ;
• réduire les temps de trajet, accroître l'attractivité des transports publics ;
• améliorer la qualité des dépenses des fonds du budget.

Selon les experts, grâce à l'introduction de systèmes de transport intelligents, le PIB de la Russie peut croître de 4 à 5 % par an.

Transports municipaux et publics de l'Altaï, Krasnodar, Krasnoïarsk, Stavropol, Territoires de Khabarovsk, Astrakhan, Belgorod, Vologda, Kaluga, Kurgan, Magadan, Moscou, Nijni Novgorod, Novossibirsk, Penza, , Saratov, Tambov, Tioumen régions, Moscou, les républiques de Mordovie, Tatarstan, Tchouvachie. Dans l'ensemble de la Russie, des éléments STI ont été mis en œuvre et fonctionnent efficacement dans plus de 100 villes.

CHERCHER ET SAUVER

L'équipement qui reçoit les signaux des satellites de navigation est installé sur les véhicules d'ambulance soins médicaux, ainsi que des véhicules du ministère des Situations d'urgence. Une assistance coordonnée dans le temps basée sur des données satellitaires permet aux équipes médicales et aux secouristes d'arriver plus rapidement sur les sites d'urgence pour porter assistance aux victimes. À l'aide de GLONASS, l'emplacement et le mouvement des groupes de pompiers sont suivis.

L'un des exemples illustratifs de l'utilisation de la navigation mondiale par satellite dans l'intérêt de sauver des vies humaines est le système ERA-GLONASS (intervention d'urgence en cas d'accident). Sa tâche principale est de déterminer le fait d'un accident de la circulation et de transférer les données vers le serveur de réponse. En cas d'accident de voiture, le terminal de navigation et de télécommunication installé sur celui-ci détermine automatiquement les coordonnées, établit la communication avec le centre serveur du système de surveillance et transmet les données sur l'accident via les canaux communication cellulaire opérateur. Ces données permettent de déterminer la nature et la gravité d'un accident et d'effectuer une intervention immédiate par les ambulances. L'utilisation des données du système mondial de navigation par satellite via ERA-GLONASS peut réduire considérablement le taux de mortalité par blessures résultant d'accidents de la route.

Un autre domaine d'application de GLONASS dans l'intérêt de sauver des vies humaines est la combinaison de la navigation mondiale par satellite avec le système international de recherche et de sauvetage COSPAS-SARSAT. Cette fonction est fournie sur le vaisseau spatial de navigation de dernière génération "Glonass-K". Déjà au stade des essais en vol, le satellite Glonass-K n°11 a transmis en mars 2012 un signal de détresse concernant l'hélicoptère canadien écrasé via le répéteur de ce système, grâce auquel l'équipage a été secouru.

NAVIGATION PERSONNELLE

Les chipsets avec récepteurs de navigation des signaux GLONASS sont utilisés dans les smartphones, tablettes, Caméras digitales, appareils de fitness, trackers portables, ordinateurs portables, navigateurs, montres, lunettes et autres appareils. La navigation personnelle devient la principale application de la technologie de navigation par satellite.

L'utilisation des technologies GNSS a contribué à l'émergence de toutes nouvelles activités sportives et de plein air. Un exemple en est le géocaching - un jeu touristique utilisant des systèmes de navigation par satellite, dont le but est de trouver des caches cachées par d'autres participants au jeu. Un autre nouveau sport de géolocalisation est la course de cross-country à des coordonnées satellites prédéterminées.

Un domaine d'application prometteur des technologies GLONASS est systèmes sociaux venir en aide aux personnes handicapées ou aux jeunes enfants. À l'aide d'un équipement de navigation doté d'une interface vocale, une personne aveugle peut déterminer son chemin vers un magasin, une clinique, etc. Les propriétaires de tels appareils peuvent, en cas de danger ou de détérioration brutale de l'état de santé, appeler les secours en appuyant sur le bouton panique. Un tracker satellite individuel peut aider les parents à suivre l'emplacement de leur enfant en ligne afin de surveiller leur sécurité.

AVIATION

Dans l'aviation, les récepteurs de navigation sont intégrés aux systèmes embarqués d'aide à la navigation aérienne, qui assurent la navigation routière et les approches d'atterrissage dans des conditions météorologiques difficiles. La navigation par satellite est d'une grande importance pour l'atterrissage de petits aéronefs sur des aérodromes non équipés. Les systèmes de navigation basés sur GLONASS augmentent la sécurité de la navigation des hélicoptères, augmentent la précision de la navigation des véhicules aériens sans pilote.

LE TRANSPORT DE L'EAU

L'utilisation des technologies GNSS pour une utilisation marine / fluviale en Russie a tendance à être de 100 %. La capacité du marché russe est estimée à 18 560 unités de transport fluvial, y compris les navires de charge et de passagers fluviaux et maritimes. Les technologies GLONASS sont utilisées dans la navigation pour la navigation des navires et les manœuvres dans des conditions difficiles (écluses, ports, canaux, détroits, conditions de glace), la navigation sur les voies navigables, la surveillance et la comptabilité de la flotte et les opérations de sauvetage.

La croissance du volume du trafic le long de la route maritime du Nord, qui peut réduire considérablement le délai de livraison des marchandises de la région Asie-Pacifique vers l'Europe, entraîne une augmentation de l'intensité du transport maritime dans une zone aux conditions climatiques extrêmement difficiles. Dans des conditions d'orages et de brouillards denses, il est difficile d'assurer la sécurité du trafic maritime sans navigation par satellite.

GEODESIE ET ​​CARTOGRAPHIE

Les technologies GLONASS sont utilisées dans le cadastre urbain et foncier, la planification et la gestion de l'aménagement des territoires, pour la mise à jour des cartes topographiques. L'utilisation des technologies GLONASS accélère et réduit le coût du processus de création de cartes et de leur mise à jour - dans certains cas, il n'y a pas besoin de photographie aérienne coûteuse ou de relevé topographique laborieux. V Fédération Russe le volume actuel du marché des équipements géodésiques basés sur le GNSS est estimé à 2,3 mille unités.

ENVIRONNEMENT

La communauté scientifique utilise activement les données de navigation pour les observations et la recherche de la Terre. GLONASS contribue au développement de méthodes et d'outils destinés à résoudre des problèmes fondamentaux de géodynamique, former le système de coordonnées de la Terre, construire un modèle de la Terre, mesurer les marées, les courants et le niveau de la mer, déterminer et synchroniser le temps, localiser les marées noires, récupérer des terres après déverser des déchets dangereux.

Les signaux de navigation du vaisseau spatial GLONASS jouent un rôle important dans l'étude des processus sismiques. A l'aide de données satellitaires, plus précisément qu'au moyen d'équipements au sol, il est possible d'enregistrer les processus de déplacement des plaques tectoniques. De plus, les perturbations de l'ionosphère enregistrées par les satellites de navigation fournissent aux scientifiques des données sur les mouvements d'approche de la croûte terrestre. Ainsi, la navigation globale par satellite permet de prévoir les séismes et de minimiser leurs conséquences pour l'homme. Les technologies GLONASS aident également à surveiller les routes et les voies ferrées dans les zones sujettes aux avalanches dans les zones montagneuses.

NAVIGATION ESPACE

Dans l'industrie spatiale, les technologies GLONASS sont utilisées pour suivre les lanceurs, déterminer de haute précision les orbites des engins spatiaux, déterminer l'orientation de l'engin spatial par rapport au Soleil, pour une observation, un contrôle et une désignation de cible précis des systèmes de défense antimissile.

En particulier, l'équipement de navigation par satellite GLONASS ou GLONASS / GPS est équipé du lanceur Proton-M, du lanceur Soyouz, des étages supérieurs Breeze, Fregat, DM, et du vaisseau spatial Meteor-M, "Ionosphere", "Kanopus-ST ", "Kondor-E", "Bars-M", "Lomonosov", ainsi que des complexes ferroviaires mobiles utilisés pour transporter des fusées porteuses et des composants propulseurs.

Dans l'industrie spatiale un grand nombre de les projets nécessitent une connaissance de haute précision des orbites des engins spatiaux dans la résolution de problèmes de télédétection de la Terre, de reconnaissance, de cartographie, de surveillance des glaces, de situations d'urgence, ainsi que dans le domaine de l'étude de la Terre et des océans du monde, la construction d'une dynamique de haute précision modèle du géoïde, modèles dynamiques de haute précision de l'ionosphère et de l'atmosphère. Dans le même temps, la précision de la connaissance de la position des objets est requise au niveau des unités de centimètres ; des méthodes spéciales de traitement des mesures du système GLONASS à partir de récepteurs situés à bord de l'engin spatial permettent également de résoudre avec succès ce problème. .

CONSTRUCTION

En Russie, les technologies GLONASS sont utilisées pour surveiller les équipements de construction, ainsi que pour surveiller le déplacement de la chaussée, surveiller les déformations d'objets fixes linéaires, dans les systèmes de contrôle des équipements de construction routière.

Les services de navigation par satellite aident à déterminer l'emplacement d'objets géographiques avec une précision centimétrique lors de la pose d'oléoducs et de gazoducs, de lignes électriques, pour clarifier les paramètres du terrain lors de la construction de bâtiments et de structures, de la construction de routes. Selon des experts nationaux et étrangers, l'utilisation de GLONASS augmente l'efficacité des travaux de construction et de cadastre de 30 à 40%.

L'utilisation des services GLONASS vous permet de transférer rapidement des informations sur l'état des ouvrages d'art complexes, des objets potentiellement dangereux, tels que des barrages, des ponts, des tunnels, des entreprises industrielles, des centrales nucléaires. À l'aide de la surveillance par satellite, les spécialistes reçoivent en temps voulu des informations sur la nécessité de diagnostics supplémentaires de ces structures et de leur réparation.

SYSTÈMES DE COMMUNICATION

GLONASS est utilisé pour l'enregistrement temporaire des transactions monétaires dans les transactions d'actions, de devises et de matières premières. Un moyen continu et précis d'enregistrer les transferts et la possibilité de les suivre est l'épine dorsale du fonctionnement des systèmes de négociation internationaux pour les transactions interbancaires. Les plus grandes banques d'investissement utilisent GLONASS pour synchroniser les réseaux informatiques de leurs divisions dans toute la Russie. United Exchange MICEX-RTS utilise des signaux GLONASS temporaires pour enregistrer avec précision les cotations lors des transactions. Les équipements GLONASS, utilisés dans l'intérêt des infrastructures de télécommunications, apportent une solution aux problèmes de synchronisation des réseaux de communication.

ARME

Le système GLONASS est particulièrement important pour la résolution efficace des tâches par les forces armées et les consommateurs spéciaux. Le système est utilisé pour résoudre les tâches de soutien en temps coordonné de tous les types et branches de troupes, notamment pour augmenter l'efficacité de l'utilisation d'armes de haute précision, d'avions sans pilote et de commandement et contrôle opérationnels des troupes.

Le système GLONASS est le plus grand système de navigation qui vous permet de suivre l'emplacement de divers objets. Le projet, lancé en 1982, se développe et s'améliore activement à ce jour. De plus, des travaux sont en cours à la fois sur le support technique de GLONASS et sur l'infrastructure qui permet au système d'être utilisé tous Suite de personnes. Ainsi, si les premières années de l'existence du complexe, la navigation par satellites était principalement utilisée pour résoudre des problèmes militaires, GLONASS est aujourd'hui un outil technologique de positionnement devenu incontournable dans la vie de millions d'utilisateurs civils.

Systèmes mondiaux de navigation par satellite

En raison de la complexité technologique du positionnement global par satellite, aujourd'hui, seuls deux systèmes peuvent pleinement correspondre à ce nom - GLONASS et GPS. Le premier est russe et le second est le fruit de développeurs américains. D'un point de vue technique, GLONASS est un complexe d'équipements matériels spécialisés situés à la fois en orbite et au sol.

Pour la communication avec les satellites, des capteurs et des récepteurs spéciaux sont utilisés qui lisent les signaux et forment des données de localisation sur leur base. Pour calculer les paramètres temporels, des paramètres spéciaux sont utilisés pour déterminer la position de l'objet en tenant compte de la diffusion et du traitement des ondes radio. La réduction des erreurs permet un calcul plus fiable des paramètres de positionnement.

Fonctionnalités de navigation par satellite

L'éventail des tâches des systèmes mondiaux de navigation par satellite comprend la détermination de l'emplacement exact des objets au sol. En plus de la localisation géographique, les systèmes mondiaux de navigation par satellite permettent de prendre en compte le temps, l'itinéraire, la vitesse et d'autres paramètres. Ces tâches sont réalisées au moyen de satellites situés à différents points au-dessus de la surface de la terre.

L'utilisation de la navigation mondiale ne se limite pas à l'industrie des transports. Les satellites aident aux opérations de recherche et de sauvetage, aux travaux de géodésie et de construction, ainsi qu'à la coordination et à la maintenance d'autres stations spatiales et véhicules ne peuvent s'en passer. L'industrie militaire n'est pas non plus laissée sans le soutien d'un système de cibles similaires, fournissant un signal protégé conçu spécifiquement pour les équipements autorisés du ministère de la Défense.

Système GLONASS

Le système n'a commencé à fonctionner pleinement qu'en 2010, bien que des tentatives de mise en service actif du complexe aient été faites depuis 1995. À bien des égards, les problèmes étaient liés à la faible durabilité des satellites utilisés.

À l'heure actuelle, GLONASS compte 24 satellites qui opèrent à différents points de l'orbite. En général, l'infrastructure de navigation peut être représentée par trois composants : le complexe de contrôle (assure le contrôle de la constellation en orbite), ainsi que la navigation moyens techniques utilisateurs.

Les 24 satellites, chacun avec sa propre altitude constante, sont divisés en plusieurs catégories. Il y a 12 satellites par hémisphère. Au moyen d'orbites de satellites au-dessus de la surface de la terre, une grille est formée, grâce aux signaux dont les coordonnées exactes sont déterminées. De plus, le satellite GLONASS dispose de plusieurs installations de sauvegarde. Ils sont également chacun dans leur propre orbite et ne sont pas inactifs. Leurs tâches comprennent l'extension de la couverture sur une région spécifique et le remplacement des satellites défaillants.

Système GPS

L'analogue américain de GLONASS est le système GPS, qui a également commencé ses travaux dans les années 1980, mais ce n'est que depuis 2000 que la précision de la détermination des coordonnées a permis large utilisation parmi les consommateurs. Aujourd'hui satellites gps garantir une précision allant jusqu'à 2-3 m. Retard dans le développement des capacités de navigation Longtempsétait due à des restrictions de positionnement artificielles. Néanmoins, leur suppression a permis de déterminer les coordonnées avec une précision maximale. Même dans des conditions de synchronisation avec des récepteurs miniatures, un résultat correspondant à GLONASS est obtenu.

Différences entre GLONASS et GPS

Il existe plusieurs différences entre les systèmes de navigation. En particulier, il existe une différence dans la nature du placement et du mouvement des satellites en orbite. Dans le complexe GLONASS, ils se déplacent le long de trois plans (huit satellites pour chacun), et le système GPS prévoit un travail dans six plans (environ quatre par plan). Ainsi, le système russe offre une couverture plus large du territoire terrestre, ce qui se traduit par une plus grande précision. Cependant, dans la pratique, la "vie" à court terme des satellites domestiques ne permet pas d'utiliser tout le potentiel du système GLONASS. Le GPS, à son tour, maintient une précision élevée en raison de l'abondance de satellites. Néanmoins, le complexe russe introduit régulièrement de nouveaux satellites, à la fois pour une utilisation ciblée et comme support de secours.

Appliquer également différentes méthodes codage du signal - Les Américains utilisent le code CDMA et GLONASS utilise le FDMA. Lors du calcul des données de positionnement par les récepteurs, le système satellitaire russe prévoit un modèle plus complexe. En conséquence, l'utilisation de GLONASS nécessite une consommation d'énergie élevée, ce qui se reflète dans les dimensions des appareils.

Que permettent les capacités de GLONASS ?

L'une des tâches de base du système consiste à déterminer les coordonnées d'un objet capable d'interagir avec GLONASS. Le GPS dans ce sens effectue des tâches similaires. En particulier, les paramètres du mouvement des objets terrestres, maritimes et aériens sont calculés. En quelques secondes, un véhicule muni d'un navigateur adapté peut calculer les caractéristiques de son propre mouvement.

Parallèlement, l'utilisation de la navigation globale est déjà devenue obligatoire pour certaines catégories de transports. Si dans les années 2000 la généralisation du positionnement par satellite était liée au contrôle de certains objets stratégiques, aujourd'hui les navires et avions, les transports publics, etc. Navigateurs du GLONASS.

Quels appareils fonctionnent avec GLONASS

Le système est capable de fournir un service mondial continu à toutes les catégories de consommateurs sans exception, quelles que soient les conditions climatiques, territoriales et temporelles. Comme les services du système GPS, le navigateur GLONASS est fourni gratuitement partout dans le monde.

Parmi les appareils capables de recevoir des signaux satellites, on trouve non seulement des aides à la navigation et des récepteurs GPS embarqués, mais aussi Téléphones portables... Les données sur l'emplacement, la direction et la vitesse de déplacement sont envoyées à un serveur spécial via les réseaux des opérateurs GSM. En utilisant les capacités de la navigation par satellite, il aide programme spécial GLONASS et diverses applications qui traitent du traitement des cartes.

Récepteurs combinés

L'expansion territoriale de la navigation par satellite a conduit à la fusion des deux systèmes du point de vue du consommateur. Dans la pratique, les appareils GLONASS sont souvent complétés par le GPS et vice versa, ce qui améliore la précision du positionnement et les paramètres de synchronisation. Techniquement, cela se fait grâce à deux capteurs intégrés dans un seul navigateur. Sur la base de cette idée, des récepteurs combinés sont produits qui fonctionnent simultanément avec le GLONASS, le GPS et les équipements associés.

En plus d'améliorer la précision de la détermination, une telle symbiose permet de suivre la localisation lorsque les satellites d'un des systèmes ne sont pas captés. Le nombre minimum d'objets orbitaux, dont la "visibilité" est nécessaire au fonctionnement du navigateur, est de trois unités. Ainsi, si, par exemple, le programme GLONASS devient indisponible, les satellites gps viendront à la rescousse.

Autres systèmes de navigation par satellite

L'Union européenne, ainsi que l'Inde et la Chine développent des projets d'envergure similaire à GLONASS et GPS. prévoit de mettre en œuvre le système Galileo, composé de 30 satellites, qui atteindra une précision inégalée. L'Inde prévoit de lancer le système IRNSS à l'aide de sept satellites. Le complexe de navigation est orienté vers un usage domestique. Le système de boussole des développeurs chinois devrait être composé de deux segments. Le premier comprendra 5 satellites et le second - 30. En conséquence, les auteurs du projet assument deux formats de service.

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 opportunités pour l'homme. Avec l'avènement de stations radars Lorsqu'il est devenu possible de mesurer les paramètres du 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 signal émis. 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 une certaine fréquence, dont la dénomination est connue du côté de la 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, le satellite artificiel de la Terre 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 embarquées 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 d'un satellite visible à l'instant pour mesurer les paramètres de navigation d'un objet. 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, mesurant les retards de signal 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. A bord de ces satellites ont été utilisés oscillateurs à cristal... Dans le même temps, l'US Air Force exécutait son programme parallèle pour utiliser des 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). RNIIKP est le principal développeur de complexes d'ingénierie radio ; 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, 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, des engins spatiaux de navigation (NSA), tournant sur une orbite géostationnaire circulaire à une altitude de ~ 19100 km, sont utilisés comme station de référence de radionavigation (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 des 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 à part entière 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 grand public.

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 brèves caractéristiques vaisseau 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 orbitale, 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 du satellite, 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 du vaisseau spatial. Le signal L2 est destiné à des fins militaires et sa structure n'a pas été divulguée.

La composition et la 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 de 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 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, vous 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 à partir duquel elles sont reçues (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 télémètre modulo 2 et les données système et navigation émises 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 la séparation des 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 fréquence d'horloge de la partie numérique du récepteur provient de la partie RF 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 envoyées au processeur pour un traitement ultérieur et la fermeture des boucles PLL (boucle à verrouillage de phase) et CVD (circuit de poursuite de retard). Les mesures des paramètres du signal dans le récepteur ne sont pas effectuées 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 se succèdent 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 de télémétrie. Les schémas de construction des générateurs de référence du corrélateur permettent de déterminer sa phase avec une précision de 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 chacun 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 composantes 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 composantes du vecteur vitesse, mais sur les paramètres d'un certain modèle qui se rapproche de la trajectoire de l'engin spatial sur un intervalle de temps suffisamment grand (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 au point nodal dans le temps, ainsi que des paramètres des fonctions qui approximent les changements des paramètres du modèle des éléments osculateurs dans le temps, à la fois en l'élément nodal précédent et le suivant.

Dans l'équipement du consommateur, un intervalle de temps est alloué entre l'instant temporel auquel il faut déterminer la position du satellite 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 transmettra 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 à la fréquence L2 est destiné à être utilisé pour besoins civils pas directement lié 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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4. Lipkin I.A. Systèmes de navigation par satellite. M. : Vuzovskaya kniga, 2001.
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L'idée de localiser des objets à l'aide de satellites terrestres artificiels est venue à l'esprit des Américains dans les années 1950. Cependant, les scientifiques ont été poussés par le satellite soviétique.

Le physicien américain Richard Kershner s'est rendu compte que si vous connaissez les coordonnées au sol, vous pouvez connaître la vitesse du vaisseau spatial soviétique. Ce fut le début du déploiement du programme, qui devint plus tard connu sous le nom de GPS - un système de positionnement global. En 1974, le premier satellite américain est mis en orbite. Initialement, ce projet était destiné aux départements militaires.

Comment fonctionne la géolocalisation

Considérons les fonctionnalités de la géolocalisation en utilisant l'exemple d'un tracker classique. Jusqu'au moment de l'activation, l'appareil est en mode veille, le module GPS GLONASS est éteint. Cette option est fournie pour économiser la batterie et augmenter la durée de vie de la batterie de l'appareil.

Lors de l'activation, trois processus sont lancés en même temps :

• le récepteur GPS commence à analyser les coordonnées à l'aide du programme intégré. Si à ce moment trois satellites sont trouvés, le système est considéré comme indisponible. La même chose se produit avec GLONASS ;
• si un tracker (par exemple, un navigateur) prend en charge les modules de deux systèmes, alors l'appareil analyse les informations reçues des deux satellites. Puis il lit les informations qu'il considère fiables ;
• si au bon moment les signaux des deux systèmes ne sont pas disponibles, alors le GSM est activé. Mais les données ainsi obtenues seront inexactes.

Par conséquent, en posant la question: que choisir - GPS ou GLONASS, choisissez un équipement prenant en charge deux systèmes satellites. Les lacunes du travail de l'un d'eux seront couvertes par l'autre. Ainsi, les signaux de 18 à 20 satellites sont disponibles simultanément pour le récepteur. Cela garantit un bon niveau et une bonne stabilité du signal et minimise les erreurs.

Coût du service de surveillance GPS et GLONASS

Plusieurs facteurs influent sur le coût final de l'équipement :

• pays du fabricant ;
• quels systèmes de navigation sont utilisés ;
• matériaux de qualité et fonctions supplémentaires;
• maintenance logiciel.

Plus une option budgétaire- Matériel de fabrication chinoise. Le prix commence à partir de 1000 roubles. Cependant, il ne faut pas s'attendre à un service de qualité. Pour ce genre d'argent, le propriétaire recevra des fonctionnalités limitées et une courte durée de vie.

Le prochain segment d'équipement est celui des fabricants européens. Le montant commence à 5 000 roubles, mais en retour, l'acheteur reçoit un logiciel stable et des fonctions avancées.

Les fabricants russes proposent des équipements assez économiques pour un prix raisonnable. Les prix des trackers nationaux commencent à 2500 roubles.

Poste de dépense séparé - frais d'abonnement et paiement des services supplémentaires... Les frais mensuels pour les entreprises nationales sont de 400 roubles. Les fabricants européens ouvrent des options supplémentaires pour une « pièce » supplémentaire.

Vous devrez également payer pour l'installation de l'équipement. En moyenne, l'installation dans centre de services coûtera 1 500 roubles.

Avantages et inconvénients du GLONASS et du GPS

Voyons maintenant les avantages et les inconvénients de chaque système.

Les satellites GPS apparaissent à peine dans l'hémisphère sud, tandis que GLONASS transmet des signaux vers Moscou, la Suède et la Norvège. La clarté du signal est meilleure pour le système américain avec 27 satellites actifs. La différence d'erreur « fait le jeu » des satellites américains. A titre de comparaison : l'imprécision du GLONASS est de 2,8 m, pour le GPS elle est de 1,8 m.Cependant, il s'agit d'un chiffre moyen. La pureté des calculs dépend de la position des satellites en orbite. Dans certains cas, les machines sont alignées de telle sorte que le degré d'erreur de calcul augmente. Cette situation se produit avec les deux systèmes.

Sommaire

Alors, qu'est-ce qui va gagner la comparaison GPS vs GLONASS ? À proprement parler, les utilisateurs civils ne se soucient pas des satellites utilisés par leur technologie de navigation. Les deux systèmes sont gratuits et open source. L'intégration mutuelle des systèmes sera une décision raisonnable des développeurs. Dans ce cas, le nombre requis d'appareils sera dans le "champ de vision" du tracker même dans des conditions météorologiques défavorables et des interférences sous la forme d'immeubles de grande hauteur.

GPS et GLONASS. Vidéos connexes