Melyik a jobb: glonass, gps vagy galileo? Glonass vagy gps – az A glonass előnyei és hátrányai

A műholdas navigációt sofőrök, kerékpárosok, turisták használják – még a reggeli kocogók is saját útvonalukat követik műholdak segítségével. Ahelyett, hogy megkérdezné a járókelőket, hogyan találják meg kívánt házat, a legtöbben inkább okostelefont vesznek és felteszik a GLONASS-nak vagy a GPS-nek ezt a kérdést. Annak ellenére, hogy a műholdas navigációs modulok minden okostelefonba és a legtöbb sportórába be vannak építve, csak minden tizedik ember érti, hogyan működik ez a rendszer, és hogyan lehet megtalálni a megfelelőt a GPS / GLONASS funkciókkal rendelkező készülékek tengerében.

Hogyan működik a műholdas navigációs rendszer

A GPS rövidítés a Global Positioning System rövidítése: "globális helymeghatározó rendszer" szó szerinti fordításban. A földi objektumok koordinátáinak meghatározására az alacsony föld körüli pályán lévő műholdak alkalmazása az 1950-es években jelent meg, közvetlenül azután, hogy a Szovjetunió felbocsátotta az első mesterséges műholdat. Amerikai tudósok követték a műhold jelét, és megállapították, hogy frekvenciája a műhold közeledtével vagy távolodásával változik. Ezért a pontos koordináták ismeretében a Földön ki tudja számítani a műhold pontos helyét. Ez a megfigyelés lendületet adott egy globális koordináta-számítási rendszer kidolgozásához.

Kezdetben a flotta érdeklődött a felfedezés iránt - a haditengerészeti laboratórium megkezdte a fejlesztést, de idővel úgy döntöttek, hogy egyetlen rendszert hoznak létre az összes fegyveres erő számára. Az első GPS műholdat 1978-ban bocsátották pályára. Jelenleg mintegy harminc műhold továbbítja a jeleket. Amikor a navigációs rendszer működni kezdett, az amerikai katonai osztályok ajándékot adtak a bolygó minden lakójának - ingyenes hozzáférést nyitottak a műholdakhoz, így mindenki ingyenesen használhatja a Globális Helymeghatározó Rendszert, ha volt vevő.

Az amerikaiakat követve a Roskosmos létrehozta saját rendszerét: az első GLONASS műhold 1982-ben lépett pályára. GLONASS – Globális Navigáció műholdas rendszer, amely ugyanazon az elven működik, mint az amerikai. Jelenleg 24 orosz műhold kering a pályán, amelyek koordinációt biztosítanak.

Az egyik rendszer, vagy jobb esetben kettő egyidejű használatához szükség van egy vevőre, amely fogadja a műholdak jeleit, valamint egy számítógépre, amely dekódolja ezeket a jeleket: az objektum helyének kiszámítása a vett jelek közötti intervallumok alapján történik. jeleket. A számítások pontossága plusz-mínusz 5 m.

Minél több műholdat „lát” a készülék, annál több információt tud nyújtani. A koordináták meghatározásához a navigátornak csak két műholdat kell látnia, de ha legalább négy műholdat talál, akkor a készülék képes lesz például az objektum sebességéről is jelentést készíteni. Ezért a modern navigációs eszközök egyre több paramétert olvasnak:

Az objektum földrajzi koordinátái.
Mozgása sebessége.
Tengerszint feletti magasság.

Milyen hibák fordulhatnak elő a GPS / GLONASS működésében

A műholdas navigáció azért jó, mert a világ bármely pontjáról éjjel-nappal elérhető. Bárhol is tartózkodik, ha van vevője, meghatározhatja a koordinátákat, és útvonalat építhet. A gyakorlatban azonban a műholdak jelét fizikai akadályok vagy időjárási katasztrófák akadályozhatják: ha földalatti alagúton haladunk, és fentről is vihar tombol, előfordulhat, hogy nem jut el a jel a vevőhöz.

Ezt a problémát az A-GPS technológia megoldotta: feltételezi, hogy a vevő alternatív kommunikációs csatornákat használ a szerver felé. Ez viszont a műholdakról vett adatokat használja fel. Ennek köszönhetően használhatja a navigációs rendszert beltérben, alagutakban, rossz időben. Az A-GPS technológiát okostelefonokhoz és egyéb személyes eszközökhöz tervezték, ezért navigátor vagy okostelefon kiválasztásakor ellenőrizze, hogy támogatja-e ezt a szabványt. Így biztos lehet benne, hogy a készülék nem hagy cserben egy döntő pillanatban.

Az okostelefon-tulajdonosok néha panaszkodnak, hogy a navigátor nem működik pontosan, vagy időnként "kikapcsol", nem határozza meg a koordinátákat. Ez általában annak a ténynek köszönhető, hogy a legtöbb okostelefonban a GPS / GLONASS funkció alapértelmezés szerint le van tiltva. A készülék sejttornyokat, ill vezeték nélküli internet... A problémát az okostelefon beállításával, a koordináták meghatározására szolgáló kívánt módszer aktiválásával oldja meg. Előfordulhat, hogy kalibrálnia kell az iránytűt vagy vissza kell állítania a navigátort.

A navigátorok típusai

Autóipari. A GLONASS műholdakhoz vagy amerikai megfelelőikhez kapcsolódó navigációs rendszer része lehet fedélzeti számítógép auto, de gyakrabban vásárolnak külön eszközöket. Nemcsak az autó koordinátáit határozzák meg, és lehetővé teszik, hogy könnyen eljuthasson A pontból B pontba, hanem védenek a lopás ellen is. Még ha a behatolók el is lopnak egy autót, egy jeladó nyomon követheti. Az autókhoz készült speciális eszközök előnye, hogy antenna felszerelését biztosítják - az antenna miatt erősítheti a GLONASS jelet.
Turista. Ha egy speciális térképkészlet telepíthető az autós navigátorba, akkor az utazási eszközökre szigorúbb követelmények vonatkoznak: a modern modellek kiterjesztett térképkészlet használatát teszik lehetővé. A legegyszerűbb utazási eszköz azonban csak egy jelvevő egy egyszerű számítógéppel. Lehet, hogy még a koordinátákat sem jelöli be a térképen, és akkor egy papírtérképre lenne szükség, ahol van egy navigációs rács. Most azonban csak takarékossági okokból vásárolnak ilyen eszközöket.
Okostelefonok, táblagépek GPS/GLONASS-vevővel. Az okostelefonok bővített térképkészlet letöltését is lehetővé teszik. Autós és utazási navigátorként is használhatók, a lényeg az alkalmazás telepítése és a szükséges térképek letöltése. A hasznos navigációs szoftverek nagy része ingyenes, de némelyikhez kis ár tartozik.

Navigációs szoftver okostelefonokhoz

Az egyik legtöbb egyszerű programok azoknak készült, akik nem akarnak elmélyülni a funkciókban: MapsWithMe. Lehetővé teszi a kívánt régió térképének letöltését a hálózatról, hogy később felhasználhassa, még akkor is, ha nincs internetkapcsolat. A program megmutatja a helyet a térképen, megkeresi a térképen megjelölt objektumokat - könyvjelzők közé menthetők és később felhasználhatók gyors keresés... Ez a funkcionalitás vége. A program csak vektoros térképeket használ – más formátumok nem tölthetők be.

Az Android készülékek tulajdonosai használhatják az OsmAnd programot. Alkalmas sofőrök és túrázók számára, mivel lehetővé teszi az útvonal automatikus megtervezését utak vagy hegyi ösvények mentén. A GLONASS navigátor végigvezeti Önt az útvonalon hangutasítások... A vektoros térképek mellett használhatunk raszteres térképeket, valamint útpontokat jelölhetünk meg és nyomvonalakat rögzíthetünk.

Az OsmAnd legközelebbi alternatívája a Locus Map alkalmazás. Kirándulók számára alkalmas, mivel hasonlít a klasszikus turisztikai navigációs készülékre, amelyet az okostelefonok megjelenése előtt használtak. Vektoros és raszteres térképeket is használ.

Turisztikai eszközök

Az okostelefonok és táblagépek helyettesíthetik a dedikált GPS / GLONASS eszközt a turizmus számára, de ennek a megoldásnak vannak hátrányai. Egyrészt, ha van okostelefonod, nem kell további eszközöket vásárolnod. Könnyű dolgozni a térképpel a nagy fényerejű képernyőn, széles az alkalmazások választéka - csak néhány programot jelöltünk meg, lehetetlen az összes javaslatot lefedni. De az okostelefonnak vannak hátrányai is:

Gyorsan lemerül. Átlagosan a készülék egy napig működik, és még kevesebbet állandó koordinátakeresés módban.
Gondos kezelést igényel. Természetesen vannak biztonságos okostelefonok, de amellett, hogy drágák, egy ilyen okostelefon megbízhatósága még mindig nem hasonlítható össze egy speciális turisztikai GLONASS eszközzel. Teljesen vízálló lehet.

A többnapos vadonban tett túrákhoz speciális eszközöket fejlesztettek ki, vízálló tokban és erős akkumulátorral. Egy ilyen eszköz kiválasztásakor azonban fontos tisztázni, hogy támogatja a vektoros és raszteres térképeket is. A raszteres térkép egy koordinátákhoz rögzített kép. Elővehet egy papírtérképet, beszkennelheti, összekapcsolhatja a GLONASS koordinátákkal – és kap egy raszteres térképet. A vektortérképek nem egy kép, hanem objektumok halmaza, amelyeket a program a képre helyez. A rendszer lehetővé teszi az objektumok szerinti keresés indítását, de nehéz önállóan létrehozni egy ilyen sémát.

Műholdas navigációs rendszerek GLONASS és GPS. 1. rész

E. Povalyaev, S. Hutornaya

Műholdas navigációs rendszerek GLONASS és GPS. 1. rész

Figyelmébe ajánljuk a Glonass (globális navigációs műholdrendszer) és a GPS (globális helymeghatározó rendszer) műholdas rádiónavigációs rendszerekkel foglalkozó cikksorozatot. A ciklus első cikke a rendszerek felépítésének és működésének kérdéseit, a fogyasztói berendezések (vevőkészülékek) felépítését és funkcióit, a navigációs probléma megoldásának algoritmusait és a rendszerek fejlesztési kilátásait tárgyalja.

Az ókor óta az utazók azon töprengtek: hogyan határozzák meg helyüket a Földön? Az ókori navigátorokat a mozgás irányát jelző csillagok vezették: az átlagsebesség és az utazási idő ismeretében lehetett navigálni a térben és meghatározni a végcél távolságát. Az időjárási viszonyok azonban nem mindig játszottak a kutatók kezére, így nem volt nehéz letérni az irányról. Az iránytű megjelenésével a feladat sokkal könnyebbé vált. Az utazó már kevésbé függött az időjárástól.

A rádiózás korszaka új lehetőségeket nyitott az ember előtt. A radarállomások megjelenésével, amikor lehetővé vált egy objektum mozgási paramétereinek és relatív elhelyezkedésének mérése a felületéről visszaverődő radarsugárral, felmerült a kérdés, hogy lehet-e mérni az objektum mozgásának paramétereit a kibocsátott sugárral. jel. 1957-ben a Szovjetunióban egy tudóscsoport V.A. vezetésével. Kotelnikova kísérletileg megerősítette egy mesterséges földi műhold (AES) mozgási paramétereinek meghatározásának lehetőségét a műhold által kibocsátott jel Doppler-frekvenciaeltolódásának mérési eredményei alapján. De ami a legfontosabb, létrejött az inverz probléma megoldásának lehetősége - a vevő koordinátáinak megtalálása a műholdból kibocsátott jel mért Doppler-eltolásából, ha ismertek ennek a műholdnak a mozgási paraméterei és koordinátái. A műhold a pályán való mozgás során egy meghatározott frekvenciájú jelet bocsát ki, melynek névleges értéke a vevő oldalon (fogyasztó) ismert. A műhold helyzete minden időpillanatban ismert, pontosabban a műholdjelben tárolt információk alapján kiszámítható. A felhasználó a hozzá érkezett jel frekvenciáját megmérve összehasonlítja a referenciával, és így kiszámítja a műhold mozgásából adódó Doppler-frekvencia eltolódást. A mérések folyamatosan történnek, ami lehetővé teszi egyfajta Doppler frekvenciaváltó függvény összeállítását. Egy adott pillanatban a frekvencia nullával egyenlő, majd előjelet vált. Abban a pillanatban, amikor a Doppler-frekvencia egyenlő nullával, a fogyasztó a vonalon van, ami a műhold mozgásvektorának normális. A Doppler-frekvencia-görbe meredekségének a fogyasztó és a műhold közötti távolságtól való függését felhasználva, és megmérve azt az időpillanatot, amikor a Doppler-frekvencia nullával egyenlő, kiszámítható a fogyasztó koordinátái.

Így a mesterséges Földműhold rádiónavigációs referenciaállomássá válik, melynek koordinátái a műhold keringési pályán való mozgása miatt időben változnak, de a műholdba ágyazott efemerisz információ miatt minden pillanatra előre kiszámítható. navigációs jel.

1958-1959-ben. a Leningrádi Légierő Mérnöki Akadémián (LVVIA) őket. A.F. Mozhaisky, a Szovjetunió Tudományos Akadémia Elméleti Csillagászati Intézete, a Szovjetunió Tudományos Akadémia Elektromechanikai Intézete, két haditengerészeti kutatóintézet és a Gorkij Kutatási és Fejlesztési Kutatóintézet végzett kutatásokat a „Szputnyik” témában. , amely később az első hazai, alacsony pályán mozgó Tsikada navigációs műholdrendszer megépítésének alapja lett. És 1963-ban megkezdődött a rendszer felépítése. 1967-ben állították pályára az első hazai navigációs műholdat, a Kosmos-192-t. Az első generációs rádiónavigációs műholdrendszerek jellemző jellemzője az alacsony pályán járó műholdak használata és egy, a Ebben a pillanatban műhold. Ezt követően a "Tsikada" rendszer műholdait vevőberendezéssel látták el a bajba jutott tárgyak észlelésére.

Ezzel párhuzamosan, miután a Szovjetunió sikeresen elindította az első mesterséges földműholdat az USA-ban a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumában, a kibocsátott jel paramétereinek mérési lehetőségével kapcsolatos munka folyik. a műhold által. A mérések segítségével kiszámítják a műhold mozgásának paramétereit a földi megfigyelési ponthoz képest. Az inverz probléma megoldása idő kérdése.

E tanulmányok alapján 1964-ben az Egyesült Államokban létrehozták az első generációs „Transit” Doppler műholdas rádiónavigációs rendszert. Fő célja, hogy navigációs támogatást nyújtson a Polaris ballisztikus rakéták tengeralattjárókról történő kilövéséhez. Az Alkalmazott Fizikai Laboratórium igazgatóját, R. Kershnert a rendszer atyjának tekintik. A rendszer 1967-ben válik kereskedelmi használatra elérhetővé. Csakúgy, mint a Tsikada rendszerben, a Transit rendszerben is a forrás koordinátáit a jelfrekvencia Doppler-eltolásából számítják ki a 7. látható műholdak... Az AES rendszerek körkörös poláris pályákkal rendelkeznek, amelyek magassága ~ 1100 km a Föld felszíne felett, a "Transit" műholdak keringési ideje 107 perc. A forrás koordinátáinak kiszámításának pontossága az első generációs rendszerekben nagymértékben függ a forrás sebességének meghatározásában fellépő hibától. Tehát, ha az objektum sebességét 0,5 m-es hibával határozzuk meg, akkor ez viszont ~ 500 m hibához vezet a koordináták meghatározásakor. Álló objektum esetén ez az érték 50 m-re csökken.

Ráadásul ezekben a rendszerekben a folyamatos működés nem lehetséges. Tekintettel arra, hogy a rendszerek alacsony pályán vannak, az az idő, amíg a műhold a felhasználó látóterében van, nem haladja meg az egy órát. Ezen túlmenően, a fogyasztó láthatósági zónájában lévő különböző műholdak áthaladása közötti idő a földrajzi szélességtől függ, amelyen tartózkodik, és 35 és 90 perc között változhat. Ennek az intervallumnak a csökkentése a műholdak számának növelésével lehetetlen, mivel minden műhold azonos frekvencián bocsát ki jeleket.

Következésképpen a második generációs műholdas navigációs rendszereknek számos jelentős hátránya van. Először is, a dinamikus objektumok koordinátáinak meghatározása nem megfelelő. További hátrány a mérések folytonosságának hiánya.

A több műhold számára navigációs definíciót biztosító műholdrendszerek fejlesztése során felmerülő egyik fő probléma a műholdak jeleinek (időskáláinak) a szükséges pontosságú kölcsönös szinkronizálása. A műhold referenciagenerátorainak 10 ns-os eltérése hibához vezet a 10–15 m-es fogyasztó koordinátáinak meghatározásakor. A második probléma, amellyel a fejlesztők szembesültek a nagypályás műholdas navigációs rendszerek létrehozásakor, a műholdpályák paramétereinek nagy pontosságú meghatározása és előrejelzése volt. A vevőberendezés a különböző műholdaktól érkező jelek késleltetésének mérésével kiszámítja a fogyasztó koordinátáit.

Ebből a célból 1967-ben az amerikai haditengerészet kidolgozott egy programot, amely szerint a TIMATION-I műholdat, 1969-ben pedig a TIMATION-II műholdat indították el. Ezeken a műholdakon kvarcoszcillátorokat használtak. Ezzel egy időben az amerikai légierő párhuzamos programját futtatta a szélessávú pszeudozajkód (PRN) jelek használatára. Egy ilyen kód korrelációs tulajdonságai lehetővé teszik egy jelfrekvencia használatát az összes műhold számára, a különböző műholdaktól érkező jelek kódosztásával. Később, 1973-ban a két programot egy közös programba egyesítették, „Navstar-GPS” néven. 1996-ra a rendszer kiépítése befejeződött. Jelenleg 28 aktív műhold érhető el.

A Szovjetunióban a GLONASS nagypályás műholdas navigációs rendszer repülési tesztjei 1982-ben kezdődtek a Kosmos-1413 műhold fellövésével. A rendszer egészének és az űrszegmens fő fejlesztője és alkotója az NPO Applied Mechanics (Krasznojarszk), a navigációs űrhajók esetében pedig a PO Polet (Omszk). Az RNIIKP a rádiótechnikai komplexumok vezető fejlesztője; Az Orosz Rádiónavigációs és Időmérő Intézetet jelölték ki az ideiglenes komplexum, a szinkronizációs rendszer és a fogyasztók számára készült navigációs berendezések létrehozásáért.

Hálózati rádiónavigációs műholdrendszer (SRNSS) Glonass

A Glonass rendszer a felszíni mobil objektumok globális operatív navigációjára szolgál. Az SRNSS-t a Honvédelmi Minisztérium megrendelésére fejlesztették ki. Felépítésénél fogva a Glonass a GPS-hez hasonlóan kettős működésű rendszernek számít, vagyis katonai és polgári célokra egyaránt használható.

A rendszer egésze három funkcionális részből áll (a szakirodalomban ezeket a részeket szegmenseknek nevezik) (1. ábra).

1. ábra: Glonass és GPS magas pályán álló navigációs rendszerek szegmensei

űrszegmens, amely mesterséges földi műholdak (más szóval navigációs űrhajó) orbitális konstellációját foglalja magában;
űrhajók orbitális konstellációjának irányító szegmense, földi irányítási komplexuma (GCC);
rendszer felhasználói berendezései.

A három rész közül az utolsó, a felhasználói felszerelés a legtöbb. A Glonass rendszer nem igényes, így a rendszer felhasználóinak száma nem számít. A fő funkción – a navigációs definíciókon – túl a rendszer lehetővé teszi a frekvencia- és időszabványok nagy pontosságú kölcsönös szinkronizálását távoli földi objektumoknál, valamint a kölcsönös geodéziai hivatkozásokat. Ezenkívül a navigációs műholdak jeleinek négy vevőjével végzett mérések alapján egy objektum tájolásának meghatározására is használható.

A Glonass rendszerben a kör alakú geostacionárius pályán, ~ 19100 km magasságban forgó navigációs űrhajókat (NSA) használnak rádiónavigációs referenciaállomásként (2. ábra). A műhold Föld körüli forgási ideje átlagosan 11 óra 45 perc. A műhold működési ideje 5 év, ezalatt a pályája paraméterei nem térhetnek el 5%-nál nagyobb mértékben a névleges értékektől. Maga a műhold egy 1,35 m átmérőjű és 7,84 m hosszú lezárt konténer, amelyben különféle berendezések vannak elhelyezve. Minden rendszer áramellátása napelemek... A műhold össztömege 1415 kg. A fedélzeti berendezések tartalmazzák: egy fedélzeti navigációs adót, egy chronizert (óra), egy fedélzeti vezérlőkomplexumot, egy orientációs és stabilizáló rendszert stb.

2. ábra: GLONASS és GPS rendszerek űrszegmense

3. ábra A Glonass rendszer földi irányító komplexumának szegmense

4. ábra A GPS rendszer földi irányító komplexumának szegmense

A GLONASS rendszer földi vezérlőkomplexumának szegmense a következő funkciókat látja el:

efemerisz és idő-frekvencia támogatás;
a rádiónavigációs mező figyelése;
az NSA rádiótelemetriás monitorozása;
az NSA irányítási és programozási rádióvezérlése.

A különböző műholdak időskáláinak megfelelő pontosságú szinkronizálására a műhold fedélzetén 10-13 nagyságrendű relatív instabilitású céziumfrekvencia-standardokat használnak. A földi vezérlőkomplexum hidrogénstandardot használ, amelynek relatív instabilitása 10-14. Ezenkívül a GCC tartalmaz eszközöket a műhold időskáláinak a referenciaskálához viszonyított korrekciójára 3-5 ns hibával.

A földi szegmens műholdas efemerisz támogatást nyújt. Ez azt jelenti, hogy a műholdak mozgásának paramétereit a földön határozzák meg, és ezeknek a paramétereknek az értékeit előre meghatározott ideig jósolják. A paramétereket és azok előrejelzését a műhold által a navigációs jel továbbításával együtt továbbított navigációs üzenet tartalmazza. Ez magában foglalja a műhold fedélzeti időskálájának idő-frekvencia korrekcióit is a rendszeridőhöz képest. A műhold mozgásának paramétereinek mérése és előrejelzése a rendszer ballisztikus központjában történik a műhold távolságának és sugárirányú sebességének pályaméréseinek eredményei alapján.

GPS hálózati rádiónavigációs műholdrendszer

Amerikai saját GPS rendszer funkcionalitás hasonló a hazai Glonass rendszerhez. Fő célja a sebességvektort alkotó fogyasztói koordináták nagy pontosságú meghatározása és a rendszer időskálájához való kötés. A hazaihoz hasonlóan a GPS-rendszert az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma számára fejlesztették ki, és annak irányítása alatt áll. Az interfészvezérlő dokumentum szerint a rendszer fő fejlesztői:

az űrszegmensben - Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
menedzsment szegmens szerint - IBM, Federal System Company;
fogyasztói szegmens szerint - Rockwell International, Collins Aviation & Communication Division.

A Glonass rendszerhez hasonlóan a GPS is egy űrszegmensből, egy földi parancs-mérő komplexumból és egy fogyasztói szegmensből áll.

Mint fentebb említettük, a GPS orbitális konstellációja 28 navigációs űrhajóból áll. Mindegyik körkörös pályán kering, és a Föld körüli forgási ideje 12 óra. Az egyes műholdak keringési magassága ~ 20 000 km. A műholdas GPS-rendszerek számos fejlesztésen mentek keresztül, amelyek befolyásolták általános teljesítményüket. asztal Az 1. ábra a rendszerben használt űrhajó rövid jellemzőit mutatja be.

1. táblázat A GPS rendszerben használt űrhajók jellemzői

NSA típus	Tömeg a pályán	Az energiaforrások ereje, W	Becsült aktív élet	Az első NSA indulási éve
Blokk-I	525	440	-	1978
Blokk II	844	710	5	1989
Blokk-IIR	1094	1250	7,5	1997
Blokk-IIF	-	-	14–15	2001–2002

2. táblázat. A GLONASS és a GPS rendszerek összehasonlító jellemzői

Indikátor	GLONASS	GPS
Az űrhajók száma egy teljes orbitális konstellációban	24	24
Orbitális síkok	3	6
Az űrhajók száma minden síkban	8	4
Pályahajlás	64,8º	55º
Keringési magasság, km	19 130	20 180
Műholdas keringési periódus	11 óra 15 perc 44 s	11 óra 58 perc 00 s
Koordináta-rendszer	PZ-90	WGS-84
Navigációs űrhajó tömege, kg	1450	1055
Napelemek teljesítménye, W	1250	450
Aktív élet, évek	3	7,5
Eszközök űrhajók pályára állításához	"Proton-K / DM"	Delta 2
Az egy indítás során felbocsátott űrhajók száma	3	1
Űrrepülőtér	Bajkonur (Kazahsztán)	Cape Canaveral
Referencia idő	UTC (SU)	UTC (NO)
Hozzáférés módja	FDMA	CDMA
Vivőfrekvencia: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Polarizáció	Jobb oldali	Jobb oldali
PN sorozat típusa	m-sorozat	Arany kód
Kódpontok száma: C/A P	511 51 1000	1023 2,35x1014
Kódolási sebesség, Mbps: C/A P	0,511 5,11	1,023 10,23
Rendszeren belüli rádióinterferencia szint, dB	-48	-21,6
Navigációs üzenet szerkezete
Átviteli sebesség, bit/s	50	50
Moduláció típusa	BPSK (Manchester)	BPSK NRZ
Szuperváz hossza, min.	2,5 (5 képkocka)	12,5 (25 képkocka)
Kerethossz, s	30 (15 sor)	30 (5 sor)
Húrhossz, s	2	6

A rendszer egészének és különösen az NSA tervezésekor nagy figyelmet fordítanak az autonóm működés kérdéseire. Így az első generációs űrhajó (Block-I) 3-4 napig biztosította a rendszer normál működését (vagyis jelentősebb koordinátameghatározási hibák nélkül) a vezérlőszegmens beavatkozása nélkül. A Block-II eszközökben ezt az időtartamot 14 napra növelték. A műhold új módosításában a Block-IIR 180 napig autonóm működést tesz lehetővé a pályaparaméterek földről történő módosítása nélkül, csak egy autonóm komplexumot használva a műholdak kölcsönös szinkronizálására. A Block-IIF eszközöket a használt Block-IIR helyett kell használni.

A Glonass rendszer navigációs rádiójeleinek felépítése

A Glonass rendszer az egyes műholdak által kibocsátott frekvenciaosztásos multiplexelés (FDMA) jeleket használ – két fáziseltolásos jelet. Az első jel frekvenciája az L1 ~ 1600 MHz tartományba esik, a másodiké pedig az L2 ~ 1250 MHz tartományba esik. Az L1 és L2 sávban továbbított rádiójelek működési frekvenciájának névleges értékét a következő kifejezés határozza meg:

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

ahol k = 0,1, ..., 24 - a műholdak működési frekvenciájának betűinek (csatornáinak) száma;

f1 = 1602 MHz; Df1=9/16=0,5625 MHz;
f2=1246 MHz; Df 2 = 7/16 = 0,4375 MHz.

Minden műhold esetében az L1 és L2 sávban lévő jelek működési frekvenciái koherensek, és egyetlen frekvencia-referenciából alakulnak ki. Az egyes műholdak vivőjének működési frekvenciáinak aránya:

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

A fedélzeti generátor frekvenciájának névleges értéke a Föld felszínén lévő megfigyelő szempontjából 5,0 MHz.

Az L1 sávban a Glonass rendszer minden műholdja 2 vivőt bocsát ki azonos frekvencián, egymáshoz képest 90º-kal eltolva (5. ábra).

5. ábra A GLONASS és GPS rendszerek vivőjeleinek vektordiagramja

Az egyik vivőt 180°-os fáziseltolásos kulcsolásnak vetik alá. A moduláló jelet három bináris modulo 2 jel összeadásával kapjuk (6. ábra):

egy durva hatótávolságú kód, amelyet 511 Kbit/s sebességgel továbbítottak (6c. ábra);
50 bit/s sebességgel továbbított navigációs adatok sorozatai (6a. ábra);
100 bit/s sebességgel továbbított meander hullámforma (6b. ábra).

6. ábra A GLONASS jel felépítése

Az L1 tartományban lévő jel (hasonlóan a GPS C / A-kódjához) minden fogyasztó számára elérhető az űrhajó láthatósági tartományában. Az L2 jelet katonai célokra szánják, szerkezetét nem hozták nyilvánosságra.

A Glonass rendszer műholdjainak navigációs üzeneteinek összetétele és szerkezete

A navigációs üzenet folyamatosan követõ, egyenként 2 s idõtartamú sorok formájában jön létre. A sor első része (1,7 s intervallum) navigációs adatokat, a második (0,3 s) pedig időbélyeget továbbít. Ez egy 30 szimbólumból álló rövidített pszeudovéletlen sorozat, 100 bps órajellel.

A Glonass műholdak navigációs üzenetei szükségesek a felhasználók számára a navigációs meghatározásokhoz és a műholdakkal való kommunikációs munkamenetek megtervezéséhez. Tartalmuk szerint a navigációs üzenetek működési és nem működési információkra oszthatók.

A működési információ arra a műholdra vonatkozik, amelyről érkezett. A működési információk a következőket tartalmazzák:

időbélyegek digitalizálása;
a műhold vivőfrekvenciájának relatív különbsége a névleges értéktől;
efemerisz információk.

Az efemerisz információk kötési ideje és a frekvencia-idő korrekciók, amelyek a nap elejétől félórás gyakorisággal rendelkeznek, lehetővé teszik a földrajzi koordináták és a műhold sebességének pontos meghatározását.

A nem operatív információk almanachot tartalmaznak, beleértve:

adatok a rendszerben lévő összes műhold állapotáról;
a műholdas időskála eltolódása a rendszer léptékéhez képest;
a rendszerben lévő összes műhold pályájának paraméterei;
korrekció a Glonass rendszer időskálájához.

Az űrhajó optimális "konstellációjának" megválasztását és a vivőfrekvencia Doppler-eltolásának előrejelzését a rendszeralmanach elemzése biztosítja.

A GLONASS műholdak navigációs üzenetei 2,5 perces szuperkeretek formájában vannak felépítve. Egy szuperkeret öt képkockából áll, amelyek időtartama 30 másodperc. Minden képkocka 15 sort tartalmaz, amelyek időtartama 2 másodperc. A 2 mp-es sor időtartamából az utolsó 0,3 mp-et az időbélyeg veszi fel. A sor többi része 85 karaktert tartalmaz 50 Hz-en továbbított digitális információt.

Minden keret részeként a működési információ teljes mennyisége és a rendszeralmanach egy része továbbításra kerül. A teljes almanach az egész szuperkeretben megtalálható. Ebben az esetben az 1–4. sorokban található szuperkeret információ arra a műholdra vonatkozik, amelyről származik (működési rész), és nem változik a szuperkereten belül.

GPS-navigációs rádiójelek felépítése

A GPS kódosztásos multiplexelést (CDMA) használ, így minden műhold azonos frekvencián továbbítja a jeleket. Minden GPS-műhold két fáziseltolásos jelet bocsát ki. Az első jel frekvenciája L1 = 1575,42 MHz, a második - L2 = 1227,6 MHz. Az L1 vivőjelet két bináris szekvencia modulálja, amelyek mindegyike a modulo 2 távolságmérő kód és az 50 bit/s sebességgel generált továbbított rendszer- és navigációs adatok összegzésével jön létre. Az L1 frekvencián két kvadratúra komponens kerül átvitelre, kétfázisú kulcsú bináris sorozat. Az első szekvencia a pontos P tartománykód vagy osztályozott Y kód és a navigációs adatok modulo 2 összege. A második sorozat egyben a durva C / A (nyitott) kód modulo 2 összege és ugyanaz a navigációs adatsor.

Az L2 frekvencián lévő rádiójel csak az előzőleg vizsgált két szekvencia egyike által kétfázisú kulcsú. A modulációs szekvencia kiválasztása földi paranccsal történik.

Minden műhold saját C / A és P (Y) távolságmérő kódját használja, amely lehetővé teszi a szétválasztást műholdjelek... A pontos tartomány P (Y) kód kialakítása során a műholdjel időbélyegei egyidejűleg jönnek létre.

GPS műholdak navigációs üzeneteinek összetétele és szerkezete

A GPS-műholdak navigációs információinak szerkezeti felosztása szuperkeretekre, keretekre, alkeretekre és szavakra történik. 25 képkockából egy szuperkockát alakítanak ki, és 750 másodpercet vesz igénybe (12,5 perc). Egy keret 30 másodpercen belül kerül átvitelre, mérete 1500 bit. A keret 5, egyenként 300 bites alkeretre van felosztva, és 6 másodperces időközönként kerül átvitelre. Az egyes alkeretek eleje egy időbélyeget jelöl, amely megfelel a következő 6 másodperces GPS rendszeridőintervallum kezdetének/végének. Egy alkeret 10 30 bites szóból áll. Minden szóban a 6 legkisebb jelentőségű bit ellenőrző bit.

Az 1., 2. és 3. alkeretben az órakorrekciós paraméterekre vonatkozó adatok, valamint a kommunikációt létrehozó űrhajó efemeriszére vonatkozó adatok kerülnek továbbításra. Ezen alkeretek tartalma és szerkezete változatlan marad a szuperkeret összes oldalán. A 4. és 5. alkeret információkat tartalmaz a rendszerben lévő összes űrhajó konfigurációjáról és állapotáról, az űrhajók almanachjairól, speciális üzenetek, a GPS-idő és az UTC közötti kapcsolatot leíró paraméterek stb.

Algoritmusok műholdas rádiónavigációs jelek vételére és paramétereinek mérésére

A GPS és GLONASS rendszerek fogyasztóinak szegmense a műholdjelek vevőit foglalja magában. A navigációs probléma megoldása ezen jelek paramétereinek mérésével történik. A vevőegység három funkcionális részre osztható:

rádiófrekvenciás rész;
digitális ~ korrelátor;
CPU.

Az antenna adagoló eszköz (antenna) kimenetéről a jel a rádiófrekvenciás részre kerül (7. ábra). Ennek a résznek a fő feladata a bemeneti jel erősítése, szűrése, frekvenciaátalakítás és analóg-digitális átalakítás. Ezenkívül a vevő rádiófrekvenciás része veszi órajel frekvenciája a vevő digitális részének. A rádiófrekvenciás rész kimenetéről a bemeneti jel digitális mintái a digitális korrelátor bemenetére kerülnek.

7. ábra: Általánosított vevőstruktúra

A korrelátorban a jel spektruma átkerül a "nulla" frekvenciára. Ez úgy történik, hogy a korrelátor bemeneti jelét megszorozzuk a referencia harmonikus rezgéssel az azonos fázisú és a kvadratúra csatornákban. Továbbá a szorzás eredménye korrelációs feldolgozáson megy keresztül a referencia tartománykóddal való szorzással és a tartománykód periódusán halmozva. Ennek eredményeként megkapjuk az I és Q korrelációs integrálokat. A korrelációs integrálok leolvasása a processzorba kerül a PLL (phase-locked loop) és a CVD (delay tracking circuit) hurkok további feldolgozása és lezárása céljából. A vevőben lévő jelparaméterek mérése nem közvetlenül a bemeneti jel alapján történik, hanem annak pontos másolatával, amelyet a PLL és CVD rendszerek alkotnak. Az I és Q korrelációs integrálok lehetővé teszik a referencia- és bemeneti jelek "hasonlóságának" (korrelációjának) becslését. A korrelátor feladata az I és Q integrálok kialakítása mellett, hogy a processzortól érkező vezérlési műveleteknek (vezérlőkódoknak) megfelelően referenciajelet képezzen. Ezenkívül egyes vevőkészülékekben a korrelátor előállítja a referenciajelek szükséges méréseit, és továbbítja azokat a processzornak további feldolgozás céljából. Ugyanakkor, mivel a korrelátorban a referenciajelek a processzortól kapott vezérlőkódok szerint alakulnak ki, a referenciajelek szükséges mérései közvetlenül a processzorban végezhetők el, a vezérlőkódokat ennek megfelelően feldolgozva, ami sok esetben történik. modern vevőkészülékek.

Milyen jelparamétereket mér a korrelátor (processzor)?

A rádiótechnikai mérések tartományát a jel terjedési ideje a mérési objektumtól a mérési pontig jellemzi. A GPS / GLONASS navigációs rendszerekben a jelek kibocsátása szinkronizálva van a rendszer időskálájával, pontosabban a jelet kibocsátó műhold időskálájával. Ugyanakkor a fogyasztó információval rendelkezik a műhold és a rendszer időskálája közötti eltérésről. A műholdról továbbított digitális információ lehetővé teszi a jel egy bizonyos töredékének (időbélyegző) műhold általi kibocsátásának pillanatát a rendszeridőben. Ennek a töredéknek a vételének pillanatát a vevő időskálája határozza meg. A vevő (fogyasztó) időskálája kvarc frekvenciaszabványok segítségével kerül kialakításra, így a vevő időskálájának állandó "sodródása" van a rendszer időskálájához képest. A jel töredékének a vevő időskáláján mért vételi pillanata és a műhold általi kibocsátásának a műhold skáláján mért, fénysebesség szorzata közötti különbséget ún. pszeudorange. Miért pszeudo-tartomány? Mert a valós tartománytól annyiban tér el, mint a fénysebesség és a vevő időskálájának a rendszer időskálájához viszonyított "sodródása" szorzata. A navigációs probléma megoldása során ez a paraméter a fogyasztó (vevő) koordinátáival együtt kerül meghatározásra.

A korrelátorban kialakított korrelációs integrálok lehetővé teszik a műholdjel modulációjának információs szimbólumokkal történő nyomon követését és a bemeneti jelben lévő időbélyeg kiszámítását. Az időbélyegek 6 másodperces időközönként következnek a GPS-nél és 2 másodperces időközönként a GLONASS-nál, és egyfajta 6 (2) másodperces skálát alkotnak. A skála egy felosztásán belül a tartománykód periódusai egy 1 ms-os skálát alkotnak. Egy ezredmásodperc különálló elemekre (chipekre, GPS terminológiával) oszlik: GPS-nél - 1023, GLONASS-nál - 511. Így a távolságmérő kód elemei lehetővé teszik a műhold távolságának meghatározását ~ 300-as hibával. m. A pontosabb meghatározáshoz ismerni kell a tartománykód generátor fázisát. A korrelátor referenciagenerátorainak felépítésére szolgáló sémák lehetővé teszik annak fázisának meghatározását akár 0,01 periódusos pontossággal, ami 3 m-es pszeudotartomány meghatározásának pontossága.

A referencia paramétereinek mérése alapján harmonikus rezgés, amelyet a PLL rendszer alkot, meghatározzák a műhold vivőoszcillációjának frekvenciáját és fázisát. A névleges értékhez viszonyított eltolódása adja a Doppler-frekvencia eltolódást, amely a felhasználó műholdhoz viszonyított sebességének becslésére szolgál. Ezenkívül a vivőfázis mérések segítségével több milliméteres hibával finomítható a műhold hatótávolsága.

A fogyasztó koordinátáinak meghatározásához ismerni kell a műholdak koordinátáit (legalább 4) és a fogyasztótól az egyes látható műholdaktól való távolságot. Annak érdekében, hogy a fogyasztó meghatározhassa a műholdak koordinátáit, az általuk kibocsátott navigációs jeleket a mozgásuk paramétereiről szóló üzenetekkel modellezik. A fogyasztó berendezésében ezeket az üzeneteket kivonják, és a kívánt időpontban meghatározzák a műholdak koordinátáit.

A sebességvektor koordinátái és összetevői nagyon gyorsan változnak, ezért a műholdak mozgásának paramétereiről szóló üzenetek nem a koordinátáikról és a sebességvektor összetevőiről tartalmaznak információkat, hanem egy bizonyos modell paramétereiről, amelyek közelítik a pályát. az űrhajó mozgásának kellően hosszú időintervallumban (körülbelül 30 perc) keresztül. A közelítő modell paraméterei meglehetősen lassan változnak, és a közelítési intervallumon keresztül állandónak tekinthetők.

A közelítő modell paramétereit a műholdak navigációs üzenetei tartalmazzák. A GPS rendszer a Kepleri-féle mozgási modellt használja oszkuláló elemekkel. Ebben az esetben az űrhajó repülési pályája egy óra időtartamú közelítő szakaszokra oszlik. Az egyes szakaszok közepén egy csomóponti időpillanat van beállítva, amelynek értékét közöljük a navigációs információk fogyasztójával. Ezen túlmenően a fogyasztó a csomóponti időpontban értesül az oszkuláló elemek modelljének paramétereiről, valamint az oszkuláló elemek modelljének paramétereinek időbeni változását közelítő függvények paramétereiről, mind a a megelőző csomóponti elem és az azt követő.

A fogyasztó berendezésében egy időintervallum van kijelölve azon időpont között, amikor meg kell határozni a műhold helyzetét, és a csomóponti pillanat között. Ezután a navigációs üzenetből kinyert közelítő függvények és paramétereik felhasználásával a kívánt időpontban kiszámítják az oszkuláló elemek modelljének paramétereinek értékeit. Az utolsó szakaszban a Kepleri modell szokásos képletei segítségével meghatározzák a műhold sebességvektorának koordinátáit és összetevőit.

A GLONASS rendszer differenciális mozgási modelleket használ a műhold pontos helyzetének meghatározására. Ezekben a modellekben a műhold sebességvektorának koordinátáit és összetevőit az űrhajó mozgásának differenciálegyenleteinek numerikus integrálásával határozzák meg, figyelembe véve az űrjárműre ható, véges számú erőt. Az integráció kezdeti feltételei a közelítési intervallum közepén elhelyezkedő csomóponti időpillanatban vannak beállítva.

Mint fentebb említettük, a fogyasztó koordinátáinak meghatározásához ismerni kell a műholdak koordinátáit (legalább 4 db) és a fogyasztótól minden látható műholdtól mért távolságot, amit a navigációs vevőben kb. 1 m. A kényelem kedvéért vegye figyelembe az ábrán látható legegyszerűbb "lapos" tokot. nyolc.

8. ábra Fogyasztói koordináták meghatározása

Minden műhold (8. ábra) pontsugárzóként ábrázolható. Ebben az esetben az elektromágneses hullám eleje gömb alakú lesz. A két gömb metszéspontja az lesz, ahol a fogyasztó található.

A műhold pályáinak magassága körülbelül 20 000 km. Ezért a körök második metszéspontja az a priori információ miatt elvehető, mivel az a térben messze van.

Differenciál üzemmód

A műholdas navigációs rendszerek lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy 10-15 m-es nagyságrendű pontossággal kapja meg a koordinátákat, azonban számos feladathoz, különösen a városi navigációhoz, nagyobb pontosságra van szükség. Az objektum helymeghatározásának pontosságának növelésének egyik fő módszere a rádiónavigációban ismert differenciális navigációs mérések elvének alkalmazásán alapul.

Differenciál mód A DGPS (Differential GPS) lehetővé teszi, hogy dinamikus navigációs környezetben 3 m-es, álló körülmények között pedig 1 m pontosságú koordinátákat állítson be. A differenciális módot egy referenciaállomásnak nevezett GPS-vezérlő vevő segítségével valósítják meg. Egy ismert koordinátákkal rendelkező ponton található, ugyanazon a területen, mint a fő GPS-vevő. Az ismert (precíziós geodéziai felmérés eredményeként kapott) koordinátákat a mértekkel összevetve a referenciaállomás korrekciókat számít ki, melyeket előre meghatározott formátumban rádión továbbít a fogyasztóknak.

A fogyasztó berendezése differenciális korrekciókat kap a referencia állomástól, és azokat figyelembe veszi a fogyasztó helyének meghatározásakor.

A differenciális módszerrel kapott eredmények nagymértékben függnek az objektum és a referenciaállomás távolságától. A módszer alkalmazása akkor a leghatékonyabb, ha a külső (vevőhöz képest) szisztematikus hibák túlsúlyban vannak. A kísérleti adatok szerint a referenciaállomást az objektumtól legfeljebb 500 km-re javasolt elhelyezni.

Jelenleg számos nagy különbségű regionális és helyi differenciálrendszer létezik.

Széles zónás rendszerekként érdemes megemlíteni az olyan rendszereket, mint az amerikai WAAS, az európai EGNOS és a japán MSAS. Ezek a rendszerek geostacionárius műholdakat használnak a korrekciók továbbítására a lefedettségi területén lévő összes ügyfélhez.

A regionális rendszerek a földfelszín egyes szakaszainak navigációjának támogatására szolgálnak. A regionális rendszereket jellemzően nagyvárosokban, közlekedési útvonalakon és hajózható folyókon, kikötőkben, valamint a tengerek és óceánok partjain alkalmazzák. A regionális rendszer munkaterületének átmérője általában 500 és 2000 km között van. Tartalmazhat egy vagy több referenciaállomást.

A helyi rendszerek maximális hatótávolsága 50-220 km. Általában egyet tartalmaznak bázisállomás... A helyi rendszereket általában használatuk szerint osztályozzák: tengeri, légi közlekedési és geodéziai helyi differenciálállomások.

Műholdas navigáció fejlesztése

Mind a GPS, mind a Glonass műholdrendszerek korszerűsítésének általános iránya a navigációs definíciók pontosságának növelésével, a felhasználóknak nyújtott szolgáltatások javításával, a fedélzeti műholdberendezések élettartamának és megbízhatóságának növelésével, a többi rádiótechnikai rendszerekkel való kompatibilitás javításával és fejlesztésével függ össze. differenciális alrendszerek. A GPS és a Glonass rendszerek általános fejlesztési iránya egybeesik, de a dinamika és az elért eredmények nagyon eltérőek.

A GLONASS rendszer fejlesztése a tervek szerint az új generációs GLONASS-M műholdak alapján történik. Ennek a műholdnak megnövekedett élettartama lesz, és navigációs jelet bocsát ki az L2 sávban polgári alkalmazásokhoz.

Hasonló döntés született az Egyesült Államokban, ahol 1999. január 5-én 400 millió dollárt különítettek el a GPS-rendszer korszerűsítésére, amely a C / A-kód L2 frekvencián (1222,7 MHz) történő továbbításához kapcsolódik. ) és a harmadik hordozó L3 (1176, 45 MHz) bevezetése űrhajókon, amelyet 2005-től indítanak. Az L2 frekvencián lévő jelet polgári szükségletekre szánják, nem közvetlenül az emberi élet veszélyéhez. A javaslat végrehajtását 2003-ban kezdik meg. Úgy döntöttek, hogy a harmadik polgári jelzést az L3 frekvencián használják a polgári repülés igényeire.

Irodalom

Rádiótechnikai rendszerek. Szerk. Kazarinova Yu.M. M .: Felsőiskola, 1990.
Yu.A. Szolovjov Műholdas navigációs rendszerek. M .: Öko-trendek, 2000.
Globális műholdas rádiónavigációs rendszer GLONASS / Szerk. V.N. Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. M .: IPRZhR, 1998.
Lipkin I.A. Műholdas navigációs rendszerek. M .: Vuzovskaya kniga, 2001.
GLONASS globális navigációs műholdrendszer. Interfészvezérlő dokumentum. M .: KNITs VKS, 1995.
Interfész vezérlő dokumentum: NAVSTAR GPS térszegmens / Navigációs felhasználói felületek (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

Még mindig nehéz elhinni, hogy a mi "vad" kereskedelem korában teljesen ingyenes (a technikai eszközök rendelkezésre állásától függően) lehetőség van arra, hogy a világ bármely pontján meghatározzuk a tartózkodási helyét. Ez a 20. század egyik legnagyobb találmánya! Ez a több milliárd dolláros rendszer (ma már több is van) elsősorban a védelem (és a tudomány) érdekében született, de nagyon kevés idő telt el, és szinte mindenki mindennap használni kezdte. A gps navigátor alatt egy speciális rádióvevőt értünk az aktuális hely földrajzi koordinátáinak meghatározására (pozicionálás).

Ennek a bejegyzésnek a megírására egy szűk körökben ismert turista mondata késztetett Garmin navigátor Etrex 30x.
Íme egy idézet a cikkéből: "Műholdas rendszer: GPS / GPS + Glonass / Demo mód. Nem azt gondolod, hogy csak a Glonass-t nem lehet bekapcsolni? Szóval nincs. Az utasítások nem mondanak róla semmit. A Garmint beviheted egyik kezével a nevetés kedvéért. , és egy másik Glonass-os okostelefonba nyissa ki a műholdas kijelzőt, és próbáljon hasonlókat keresni. Ez csak emuláció, tehát nem számít, hogy GPS-t vagy GPS + GLONASS-t teszel rá."
Hogy tetszik ez a kijelentés? Csak ne rohanjon, hogy azonnal ellenőrizze a papucsát. Mivel itt megjelennek a „GPS”, „GLONASS” és „Garmin” fogalmak, a témát teljes egészében fel kell fednie.

1 - GPS
Az első globális helymeghatározó rendszer az amerikai NAVSTAR rendszer volt, amely 1973-ból származik. Már 1978-ban felbocsátották az első műholdat, amely a Global Positioning System (GPS) korszakának kezdetének tekinthető, 1993-ban pedig a pályakonstelláció 24 űrhajóból (SC) állt, de csak 2000-ben (a a szelektív hozzáférési mód) megkezdődött a normál működés a polgári felhasználók számára.
A NAVSTAR műholdak 20 200 km magasságban helyezkednek el, 55°-os dőlésszöggel (hat síkban), keringési periódusuk pedig 11 óra 58 perc. A GPS az 1984-es World Geodetic System-et (WGS-84) használja, amely a koordinátarendszerek világszintű szabványává vált. MINDEN navigátor alapértelmezés szerint meghatározza a helyet (koordináták megjelenítése) ebben a rendszerben.

A konstelláció jelenleg 32 műholdból áll. A rendszerben a legkorábbi 1993. november 22-től, a legkésőbbi (legkésőbbi) 2015. december 9-től.

()

2 - GLONASS
A hazai navigációs rendszer 1979-ben indult a négy műholdból álló Cicada rendszerrel. A GLONASS rendszert 1993-ban helyezték próbaüzembe. 1995-ben egy teljes orbitális konstellációt telepítettek (24 első generációs Glonass űrhajó), és a rendszer megkezdte normál működését. 2004 óta új SC "Glonass-M" került forgalomba, amely két polgári jelet sugároz az L1 és L2 frekvencián.
A GLONASS műholdak 19400 km magasságban helyezkednek el, 64,8°-os dőléssel (három síkban) és 11 óra 15 perc időtartammal.

A konstelláció jelenleg 24 műholdból áll. A rendszerben a legkorábbi 2007. április 3-tól, a legkésőbbi (legkésőbbi) 2017. október 16-tól.

()

Táblázat a GLONASS műholdak számával. Van egy GLONASS-szám és egy COSMOS-szám. Okostelefonjaink teljesen más műholdszámmal rendelkeznek. 1-től ez a GPS, 68-tól - GLONASS.
Sőt, még a navigátorban és az okostelefonban is különböznek.

Most nézzük az Orbitron programot. Április 4-én délután 10 GLONASS műhold "repült" az égen Izevszkben.

Vagy egy másik nézetben - a térképen. Minden műholdról minden adat megtalálható.

A fő különbség a két rendszer között a jel és annak szerkezete.
A GPS kódosztásos multiplexelést használ... Szabványos precíziós kód (C / A kód) jel az L1 sávban (1575,42 MHz). A jeleket kétféle pszeudo-véletlen szekvenciával modulálják: C / A-kód és P-kód. C / A - Nyilvánosan elérhető kód - egy PRN, amelynek ismétlési gyakorisága 1023 ciklus és 1,023 MHz impulzusismétlési frekvencia.
A GLONASS rendszerben a csatornák frekvenciaosztása... Minden műhold ugyanazt a pszeudo-véletlen kódsorozatot használja a szabad jelek továbbítására, azonban minden műhold más-más frekvencián sugároz 15 csatornás frekvenciaosztást használva. Frekvenciaosztásos navigációs rádiójelek két sávban: L1 (1,6 GHz) és L2 (1,25 GHz).
A jelszerkezet is más. Leírni a műholdak mozgását a pályán, alapvetően más matematikai modellek... A GPS esetében ez egy modell az oszkuláló elemekben. Ez a modell azt feltételezi, hogy a műhold pályája szakaszokra van felosztva, amelyekben a mozgásokat a Kepleri modell írja le, melynek paraméterei idővel változnak. A GLONASS rendszer differenciális mozgásmodellt használ.
Most pedig a kombinálás lehetőségének kérdéséhez. 2011 a GLONASS támogatásának égisze alatt zajlott. A vevők tervezésekor fontos volt a GLONASS és a GPS hardveres támogatása közötti inkompatibilitási problémák leküzdése. Vagyis a GLONASS FM jel szélesebb sávszélességet igényelt, mint a GPS által használt PCM jelek, különböző frekvenciaközéppontú és eltérő chipsebességű sávszűrők. A navigátorok energiamegtakarítása érdekében ajánlatos bekapcsolni a „Csak GPS” módot.

3 - Garmin
A hordozható navigációs készülékeket gyártó amerikai gyártó elsősorban az utazásoknak köszönhetően tett szert világhírre GPS-navigátorok(GpsMap, eTrex, Oregon, Montana, Dakota sorozat) és autós navigátorok, sportórák és visszhangszondák. Székhelye a kansasi Olathban található. 2011 óta a Garmin olyan GPSMAP 62stc navigátorokat forgalmaz, amelyek képesek a GPS és GLONASS műholdak jeleinek fogadására és feldolgozására. A felhasznált chipgyártók információi azonban üzleti titokká váltak.

A kétrendszerű vevők alkalmazása valós körülmények között segíti a navigáció minőségének javítását, míg a kétrendszerűség a koordináták meghatározásának pontosságát nem befolyásolja. Nem elegendő jel egy rendszer műholdjaitól ezen a helyen és befelé a megadott idő egy másik rendszer műholdjai kompenzálják. Maximális szám"látható" műholdak az égen ideális körülmények között: GPS - 13, GLONASS - 10. Ez az oka annak, hogy a legtöbb hagyományos (nem geodéziai) vevő 24 csatornás.

Íme a 2016-os teszteredmények. Tájékoztatásul - a NAP-4 és a NAP-5 az izevszki rádiómű MNP-M7 és MNP-M9.1 navigációs vevőit használja.

Következtetések. A kísérlet útvonalán a pozicionálási pontosság terén a legjobb eredményeket a NAP-1, NAP-2, NAP-4 mutatta. Minden NAP megfelelő helymeghatározási pontossággal rendelkezik a magabiztos navigációhoz minden módban. Ugyanakkor a helymeghatározási pontosság GPS módban és kombinált módban valamivel jobb, mint a GLONASS módban.
A kísérleti szoftverrel végzett NAP-3 eredményei a terv szerinti pozicionálási pontosság tekintetében minden módban rosszabbak, mint ugyanazon vevőé standard szoftverrel (NAP-2). A magassági pontosságban nincs ekkora különbség. Kivételt képeznek a kombinált módban előforduló nagy hibák, amelyeket a NAP működésének egyszeri meghibásodása okoz, ami erős eltérésekhez vezetett.
A NAP-5 eredményei általában rosszabbak, mint az előző generációs (NAP-4) ugyanazon gyártó NAP-é. A vízszintes pozicionálási pontosság enyhén javult GLONASS módban. ()

A navigátor antennája veszi a műholdjeleket, és továbbítja azokat a vevőnek, amely feldolgozza azokat. A GPS + Glonass-t támogató navigációs eszközök chipjeit ma már számos cég gyártja: Qualcomm (SiRFatlas V, drol_links A Garminyben van egy STA8088EXG vevő az egyik legnagyobb európai cégtől, az STMicroelectronicstól.

Következtetések Garmin Navigator felhasználók számára:
1. A navigátorokban és a Garmin órákban (2011 után) lehetővé vált a GPS vagy a GPS + GLONASS kiválasztása (jel vétel és feldolgozás bekapcsolása). Külön-külön a GLONASS-t nem biztosítják, mivel ez a Garmin (na, hogy az amerikaiak csak valami oroszt tartalmaznak?)
2. Ideális vagy hasonló körülmények között (sztyepp, síkság) a második rendszer nem szükséges. A hegyekben, a városban és az északi szélességeken - nagyon kívánatos. De az energiafogyasztás magasabb lesz.
3. Ha az okostelefongyártók ezt a funkciót „be tudták zsúfolni” kompakt készülékeikbe, miért bukott meg a Garmin?
Sok szerencsét!

Sok autótulajdonos használ navigátort járműveiben. Néhányuk azonban nem tud két különböző műholdrendszer – az orosz GLONASS és az amerikai GPS – létezéséről. Ebből a cikkből megtudhatja, mi a különbség köztük, és melyiket kell előnyben részesíteni.

Hogyan működik a navigációs rendszer

A navigációs rendszer elsősorban egy objektum (jelen esetben egy autó) helyzetének és sebességének meghatározására szolgál. Néha más paramétereket is meg kell határoznia, például a tengerszint feletti magasságot.

Ezeket a paramétereket úgy számítja ki, hogy beállítja a távolságot maga a navigátor és a Föld pályáján található több műhold között. A rendszer hatékony működéséhez általában négy műholddal való szinkronizálás szükséges. Ezen távolságok változtatásával meghatározza a tárgy koordinátáit és a mozgás egyéb jellemzőit. A GLONASS műholdak nincsenek szinkronban a Föld forgásával, ami hosszú időn keresztül biztosítja stabilitásukat.

Videó: Glonass vs GPS

Mi a jobb, mint a GLONASS vagy a GPS, és mi a különbség közöttük

A navigációs rendszerek elsősorban katonai célú felhasználásukat feltételezték, és csak ezután váltak elérhetővé az átlagpolgárok számára. Nyilvánvalóan a katonaságnak ki kell használnia az állam fejlesztéseit, mert egy külföldi navigációs rendszert konfliktushelyzet esetén az ország hatóságai kikapcsolhatnak. Ezenkívül Oroszországot arra ösztönzik, hogy használja a GLONASS rendszert Mindennapi élet katonai és köztisztviselők.

A mindennapi életben egy hétköznapi autósnak egyáltalán nem kell aggódnia a navigációs rendszer kiválasztása miatt. Mind a GLONASS, mind a mindennapi használatra megfelelő navigációs minőséget biztosít. Oroszország északi területein és más, az északi szélességi körökben található államokban a GLONASS műholdak hatékonyabban működnek, mivel pályájuk magasabban van a Föld felett. Vagyis az Északi-sarkvidéken, a skandináv országokban a GLONASS hatékonyabb, és ezt a svédek már 2011-ben felismerték. Más régiókban a GPS valamivel pontosabb a hely meghatározásában, mint a GLONASS. Az orosz differenciálkorrekciós és megfigyelési rendszer szerint a GPS-hibák 2-8 méter, a GLONASS-hibák 4-8 méter között mozogtak. De a GPS-nek a hely meghatározásához 6-11 műholdat kell elkapnia, a GLONASS-nak 6-7 műholdra van szüksége.

Azt is meg kell jegyezni, hogy a GPS-rendszer 8 évvel korábban jelent meg, és a 90-es években szilárd előnybe került. Az elmúlt évtizedben pedig a GLONASS szinte teljesen csökkentette ezt a különbséget, és 2020-ra a fejlesztők azt ígérik, hogy a GLONASS semmiben sem marad alább a GPS-nél.

A legtöbb modern kombinált rendszerrel van felszerelve, amely támogatja az orosz és az amerikai műholdas rendszert. Ezek az eszközök a legpontosabbak, és a legkisebb hibájuk van a jármű koordinátáinak meghatározásában. A vett jelek stabilitása is növekszik, mert egy ilyen eszköz több műholdat "láthat". Másrészt az ilyen navigátorok árai sokkal magasabbak, mint az egyrendszerű társaiké. Ez érthető - két chip van beléjük ágyazva, amelyek képesek jeleket fogadni minden típusú műholdról.

Videó: GPS és GPS + GLONASS vevők tesztje Redpower CarPad3

Így a legpontosabb és legmegbízhatóbb navigátorok a kétrendszerű eszközök. Előnyeik azonban egy jelentős hátránnyal járnak - a költségekkel. Ezért a választás során gondolkodnia kell - szükséges-e ilyen nagy pontosság a mindennapi használat körülményei között? Ezenkívül egy egyszerű autórajongó számára nem nagyon fontos, hogy melyik navigációs rendszert használja - orosz vagy amerikai. Sem a GPS, sem a GLONASS nem engedi, hogy eltévedjen, és elviszi a kívánt úti célhoz.

Az elektronikus térképek felváltották a terület papíralapú térképeit, amelyeken a navigáció a GPS műholdrendszer segítségével történik. Ebből a cikkből megtudhatja, mikor jelent meg a műholdas navigáció, mi ez most és mi vár rá a közeljövőben.

A második világháború alatt az amerikai és a brit flották jelentős ütőkártyát szereztek - a LORAN navigációs rendszert, amely rádiójeladókat használ. Az ellenségeskedés végén a technológiát a "nyugatbarát" országok polgári hajói kapták meg. Egy évtizeddel később a Szovjetunió üzembe helyezte válaszát - a rádiójeladókra épülő "Csaika" navigációs rendszert ma is használják.

A földi navigációnak azonban jelentős hátrányai vannak: a földi domborzat egyenetlenségei akadályt jelentenek, az ionoszféra hatása pedig negatívan befolyásolja a jelátviteli időt. Ha a navigációs rádiójeladó és a hajó közötti távolság túl nagy, akkor a helyzetmeghatározási hiba kilométerben mérhető, ami elfogadhatatlan.

A földi rádiójeladókat katonai célú műholdas navigációs rendszerek váltották fel, amelyek közül az elsőt - az American Transit (más néven NAVSAT) - 1964-ben indították útjára. Hat alacsony pályán keringő műhold akár kétszáz méteres helymeghatározási pontosságot biztosított.

1976-ban a Szovjetunió elindított egy hasonló katonai navigációs rendszert "Cyclone", majd három évvel később - egy civilt is, "Cicada" néven. A korai műholdas navigációs rendszerek nagy hátránya az volt, hogy csak rövid ideig, egy órán belül voltak használhatók. A LEO műholdak még kis számban sem voltak képesek széles jellefedettséget biztosítani.

GPS vs. GLONASS

1974-ben az amerikai hadsereg pályára állította az akkor új NAVSTAR navigációs rendszer első műholdját, amelyet később GPS-re (Global Positioning System) kereszteltek át. Az 1980-as évek közepén a GPS-technológiát polgári hajók és repülőgépek is használhatták, de sokáig ők is hozzáfértek a helymeghatározáshoz, amely időnként kevésbé pontos, mint a katonai. A huszonnegyedik GPS műholdat, az utolsót, amelyre a Föld felszínének teljes lefedéséhez szükséges, 1993-ban bocsátották fel.

1982-ben a Szovjetunió bemutatta a választ – ez volt a GLONASS technológia (Global Navigation Satellite System). Az utolsó, 24. GLONASS műhold 1995-ben állt pályára, de a műholdak rövid élettartama (három-öt év) és a projekt elégtelen finanszírozása csaknem egy évtizedre letiltotta a rendszert. A GLONASS világméretű lefedettsége csak 2010-ben állt helyre.

Az ilyen hibák elkerülése érdekében a GPS és a GLONASS is 31 műholdat használ: 24 fő és 7 tartalék műholdat, mint mondják, csak tűz esetén. A modern navigációs műholdak körülbelül 20 ezer km magasságban repülnek, és naponta kétszer képesek megkerülni a Földet.

Hogyan működik a GPS

A GPS-hálózatban a helymeghatározás a vevő és több műhold távolságának mérésével történik, amelyeknek a helye az adott időpontban pontosan ismert. A műhold távolságát úgy mérjük, hogy a jel késleltetését megszorozzuk a fénysebességgel.
Az első műholddal folytatott kommunikáció csak a vevő lehetséges helyeinek tartományáról ad információt. Két gömb metszéspontja egy kört ad, három - két pontot, és négy - az egyetlen igaz pontot a térképen. Bolygónkat leggyakrabban az egyik szféraként használják, ami lehetővé teszi, hogy négy helyett csak három műholdat helyezzünk el. Elméletileg a GPS helymeghatározási pontosság elérheti a 2 métert (a gyakorlatban sokkal nagyobb a hiba).

Minden műhold küld a vevőnek nagy készlet információk: pontos idő és korrekciója, almanach, efemerisz adatok és az ionoszféra paraméterei. Pontos időjel szükséges a küldés és a fogadás közötti késleltetés méréséhez.

A navigációs műholdak rendkívül pontos céziumórákkal, míg a vevőkészülékek sokkal kevésbé pontos kvarcórákkal vannak felszerelve. Ezért az idő ellenőrzéséhez egy további (negyedik) műholddal kell kapcsolatba lépni.

De a céziumórák is tévedhetnek, ezért a földre helyezett hidrogénórákhoz hasonlítják őket. A navigációs rendszer vezérlőközpontjában lévő minden műholdra egyedileg számítanak ki egy időkorrekciót, amelyet ezt követően a pontos idővel együtt elküldenek a vevőnek.

A műholdas navigációs rendszer másik fontos eleme az almanach, amely a műholdak pályaparamétereinek táblázata egy hónapra előre. Az almanach az időkorrekcióhoz hasonlóan a vezérlőközpontban kerül kiszámításra.

A műholdak és az egyedi efemerisz adatok továbbítása történik, ezek alapján számítják ki a pályaeltéréseket. És tekintettel arra, hogy a fény sebessége a vákuumon kívül sehol sem állandó, figyelembe kell venni a jel késését az ionoszférában.

A GPS-hálózatban az adatátvitel szigorúan két frekvencián történik: 1575,42 MHz és 1224,60 MHz. Különböző műholdak ugyanazon a frekvencián sugározzák a jelet, de CDMA kódosztást használnak. Vagyis a műhold jele csak zaj, amit csak akkor lehet dekódolni, ha van megfelelő PRN kód.

A fenti megközelítés lehetővé teszi nagy zajvédelem biztosítását és szűk frekvenciatartomány használatát. Ennek ellenére néha a GPS-vevőknek továbbra is sokáig kell műholdakat keresniük, aminek számos oka lehet.

Először is, a vevő kezdetben nem tudja, hol van a műhold, távolodik vagy közeledik, és mekkora a jelének frekvenciaeltolása. Másodszor, a műholddal való kapcsolatfelvétel csak akkor tekinthető sikeresnek, ha teljes információkészlet érkezik tőle. Az adatátviteli sebesség a GPS-hálózatban ritkán haladja meg az 50 bps-t. És amint a rádióinterferencia miatt a jel megszakad, a keresés újra kezdődik.

A műholdas navigáció jövője

Manapság a GPS-t és a GLONASS-t széles körben használják békés célokra, és valójában felcserélhetők. A legújabb navigációs chipek mindkét kommunikációs szabványt támogatják, és azokhoz a műholdakhoz csatlakoznak, amelyeket először találnak.

Az amerikai GPS és az orosz GLONASS messze nem az egyetlen műholdas navigációs rendszer a világon. Például Kína, India és Japán megkezdte saját BeiDou, IRNSS és QZSS elnevezésű CLO-k telepítését, amelyek csak saját országukon belül működnek, és ezért viszonylag kevés műholdat igényelnek.

De a legnagyobb érdeklődést talán az Európai Unió által fejlesztett Galileo projekt jelenti, amelyet 2020-ra teljes kapacitással el kellene indítani. A Galileo kezdetben tisztán európai hálózatnak készült, de a Közel-Kelet és Dél-Amerika országai már bejelentették, hogy részt kívánnak venni a létrehozásában. Tehát hamarosan megjelenhet egy "harmadik erő" a globális CLO-piacon. Ha ez a rendszer a meglévőkkel is kompatibilis, és nagy valószínűséggel így lesz, akkor a fogyasztók csak profitálnak belőle - a műholdak keresésének sebessége és a helymeghatározási pontosság növekednie kell.