Satelitnú navigáciu používajú vodiči, cyklisti, turisti - dokonca aj ranní bežci idú po vlastnej trase pomocou satelitov. Namiesto toho, aby sa okoloidúci pýtali, ako nájsť ten správny dom, väčšina ľudí radšej vytiahne smartfón a položí túto otázku spoločnosti GLONASS alebo GPS. Napriek tomu, že moduly satelitnej navigácie sú nainštalované v každom smartfóne a vo väčšine športových hodiniek, iba jeden z desiatich ľudí rozumie tomu, ako tento systém funguje a ako nájsť ten pravý v mori zariadení s funkciami GPS / GLONASS.

Ako funguje satelitný navigačný systém

Skratka GPS znamená Global Positioning System: „globálny systém určovania polohy“, ak je doslovne preložený. Myšlienka používať satelity na nízkej obežnej dráhe na určovanie súradníc pozemských objektov sa objavila v päťdesiatych rokoch minulého storočia, tesne po tom, čo Sovietsky zväz vypustil prvý umelý satelit. Americkí vedci sledovali satelitný signál a zistili, že jeho frekvencia sa mení, keď sa satelit priblíži alebo ustúpi. Preto, keď poznáte svoje presné súradnice na Zemi, môžete vypočítať presnú polohu satelitu. Toto pozorovanie dalo impulz k vývoju globálneho systému výpočtu súradníc.

Flotila sa pôvodne začala zaujímať o objav - začal sa vývoj námorného laboratória, ale postupom času sa rozhodlo vytvoriť jednotný systém pre všetky vojenské sily. Prvý satelit GPS bol vypustený na obežnú dráhu v roku 1978. Teraz signály prenáša asi tridsať satelitov. Keď navigačný systém začal fungovať, americké vojenské oddelenia darovali všetkým obyvateľom planéty - otvorili bezplatný prístup k satelitom, aby každý mohol zadarmo používať globálny polohovací systém, ak existuje prijímač.

Po Američanoch Roskosmos vytvoril svoj vlastný systém: prvý satelit GLONASS vstúpil na obežnú dráhu v roku 1982. GLONASS je globálny navigačný satelitný systém, ktorý funguje na rovnakom princípe ako americký. Teraz je na obežnej dráhe 24 ruských satelitov, ktoré poskytujú koordináciu.

Ak chcete použiť jeden zo systémov alebo lepšie dva súčasne, potrebujete prijímač, ktorý bude prijímať signály zo satelitov, a tiež počítač na dekódovanie týchto signálov: poloha objektu sa vypočíta na základe intervalov medzi prijatými signály. Presnosť výpočtov je plus mínus 5 m.

Čím viac satelitov zariadenie „vidí“, tým viac viac informácií môže poskytnúť. Na určenie súradníc potrebuje navigátor iba vidieť dva satelity, ale ak nájde aspoň štyri satelity, zariadenie bude schopné hlásiť napríklad rýchlosť objektu. Moderné navigačné zariadenia preto čítajú stále viac parametrov:

• Geografické súradnice objektu.
• Rýchlosť jeho pohybu.
• Nadmorská výška.

Aké chyby sa môžu vyskytnúť pri prevádzke systému GPS / GLONASS

Satelitná navigácia je dobrá, pretože je k dispozícii nepretržite odkiaľkoľvek na svete. Nech ste kdekoľvek, ak máte prijímač, môžete určiť súradnice a vytvoriť trasu. V praxi však môže byť signál satelitov rušený fyzickými prekážkami alebo katastrofami počasia: ak idete podzemným tunelom a zhora zúri aj búrka, signál sa nemusí dostať k prijímaču.

Tento problém bol vyriešený technológiou A-GPS: predpokladá, že prijímač používa alternatívne komunikačné kanály k serveru. To zase používa údaje prijaté zo satelitov. Vďaka tomu môžete navigačný systém používať v uzavretých priestoroch, v tuneloch, v zlom počasí. Technológia A-GPS je navrhnutá pre smartfóny a ďalšie osobné zariadenia, preto pri výbere navigátora alebo smartfónu skontrolujte, či podporuje tento štandard. Môžete si byť teda istí, že vás prístroj v rozhodujúcej chvíli nesklame.

Majitelia smartfónov sa niekedy sťažujú, že navigátor nepracuje presne alebo sa pravidelne „vypína“, neurčuje súradnice. Spravidla je to spôsobené tým, že vo väčšine smartfónov je funkcia GPS / GLONASS v predvolenom nastavení zakázaná. Zariadenie na výpočet súradníc používa mobilné veže alebo bezdrôtový internet. Problém je vyriešený nastavením smartfónu a aktiváciou požadovanej metódy určovania súradníc. Možno budete musieť kalibrovať kompas alebo resetovať navigátor.

Typy navigátorov

• Automobilový priemysel Navigačný systém viazaný na satelity GLONASS alebo ich americké náprotivky môže byť súčasťou palubného počítača automobilu, častejšie sa však kupujú samostatné zariadenia. Nielenže určujú súradnice auta, ale umožňujú vám ľahký prístup z bodu A do bodu B, ale tiež chránia pred krádežou. Aj keď votrelci ukradnú auto, môže ho sledovať maják. Výhodou špeciálnych zariadení pre automobily je, že zabezpečujú inštaláciu antény - vďaka anténe môžete zosilniť signál GLONASS.
• Turista. Ak je možné do automobilového navigátora nainštalovať špeciálnu sadu máp, potom sú na cestovné zariadenia kladené prísnejšie požiadavky: moderné modely umožňujú použitie rozšírenej sady máp. Najjednoduchším cestovným zariadením je však iba prijímač signálu s jednoduchým počítačom. Na mape nemusí ani označiť súradnice a potom je potrebná papierová mapa s navigačnou mriežkou. Teraz sa však takéto zariadenia kupujú len z ekonomických dôvodov.
• Smartfóny, tablety s prijímačom GPS / GLONASS. Smartfóny vám tiež umožňujú stiahnuť si rozšírenú sadu máp. Môžu byť použité ako automobilové a cestovné navigátory, hlavnou vecou je nainštalovať aplikáciu a stiahnuť potrebné mapy. Mnoho užitočných navigačných programov je bezplatných, niektoré však majú malú cenovku.

Navigačný softvér pre smartfóny

Jeden z najviac jednoduché programy určené pre tých, ktorí sa nechcú ponoriť do funkcionality: MapsWithMe. Umožňuje vám stiahnuť si mapu požadovanej oblasti zo siete, aby ste ju mohli použiť neskôr, aj keď nemáte internetové pripojenie. Program zobrazí polohu na mape, nájde objekty označené na tejto mape - dajú sa uložiť do záložiek a potom použiť rýchle vyhľadávanie. Týmto sa funkcionalita končí. Program používa iba vektorové mapy - ostatné formáty nie je možné načítať.

Majitelia zariadení s Androidom môžu používať program OsmAnd. Je vhodný pre vodičov a turistov, pretože vám umožňuje automaticky naplánovať trasu pozdĺž ciest alebo horských chodníkov. Navigátor GLONASS vás prevedie po trase hlasové povely... Okrem vektorových máp môžete použiť aj rastrové mapy, označovať trasové body a zaznamenávať stopy.

Najbližšou alternatívou k OsmAnd je aplikácia Locus Map. Je vhodný pre peších turistov, pretože pripomína klasické turistické navigačné zariadenie, ktoré sa používalo pred príchodom smartfónov. Používa vektorové aj rastrové mapy.

Turistické zariadenia

Smartfóny a tablety môžu v cestovnom ruchu nahradiť vyhradené zariadenie GPS / GLONASS, ale toto riešenie má svoje nevýhody. Na jednej strane, ak máte smartphone, nemusíte kupovať žiadne ďalšie zariadenia. S mapou sa ľahko pracuje na veľkej jasnej obrazovke, výber aplikácií je široký - naznačili sme iba niekoľko programov, nie je možné pokryť všetky návrhy. Smartfón má však aj nevýhody:

• Rýchlo sa vybíja. V priemere zariadenie pracuje jeden deň a ešte menej v režime neustáleho hľadania súradníc.
• Vyžaduje starostlivé zaobchádzanie. Samozrejme, existujú bezpečné smartfóny, ale okrem toho, že sú drahé, spoľahlivosť takéhoto smartfónu sa stále nedá porovnať so špeciálnym turistickým zariadením GLONASS. Môže byť úplne vodotesný.

Na viacdňové túry v divočine boli vyvinuté špecializované zariadenia vo vodotesných puzdrách a s výkonnými batériami. Pri výbere takéhoto zariadenia je však dôležité objasniť, že podporuje vektorové aj rastrové mapy. Rastrová mapa je obrázok ukotvený na súradniciach. Môžete si vziať papierovú mapu, naskenovať ju, prepojiť so súradnicami GLONASS - a získate rastrovú mapu. Vektorové mapy nie sú obrázkom, ale súborom objektov, ktoré program umiestni na obrázok. Systém vám umožňuje začať vyhľadávanie podľa objektov, ale je ťažké vytvoriť takú schému sami.

Dnes je ťažké nájsť oblasť sociálno-ekonomického rozvoja, v ktorej by nebolo možné využívať služby satelitnej navigácie. Najnaliehavejším zostáva používanie technológií GLONASS v dopravnom priemysle vrátane námornej a riečnej lodnej dopravy, leteckej a pozemnej dopravy. Zároveň je podľa odborníkov v cestnej doprave využívaných asi 80% navigačných zariadení.

POZEMNÁ DOPRAVA

Jednou z hlavných oblastí použitia satelitnej navigácie je monitorovanie vozidla. Táto služba je najdôležitejšia pre priemyselné, stavebné a dopravné spoločnosti. Navigačné zariadenie, ktoré prijíma signály zo systému GLONASS, umožňuje určiť polohu vozidla, údaje z meracích senzorov môžu zaistiť bezpečnosť prepravy osôb, pohodlie a optimalizáciu prevádzky úžitkových vozidiel a vylúčiť jeho nevhodné používať. Implementácia systému umožňuje majiteľom vozových parkov znížiť náklady na údržbu o 20-30% za 4-6 mesiacov.

Jednou z technológií implementovaných v Rusku na základe satelitnej navigácie je inteligentný dopravný systém (ITS). Zahŕňa monitorovanie prepravy nebezpečného, ​​nadrozmerného a ťažkého nákladu, monitorovanie režimu práce a odpočinku vodičov, riadenie a dispečing osobnej dopravy, informovanie cestujúcich o mestskej doprave.

Účinnosť využívania služieb satelitnej navigácie v pozemnej doprave možno hodnotiť podľa týchto kritérií:

• zníženie počtu dopravných nehôd, ako aj počtu úmrtí a zranení pri dopravných nehodách, skrátenie času reakcie na dopravné nehody;
• skrátenie času cestovania, zvýšenie atraktivity verejnej dopravy;
• zlepšenie kvality vynakladania rozpočtových prostriedkov.

Podľa expertov vďaka zavedeniu inteligentných dopravných systémov môže rast HDP Ruska dosiahnuť 4-5% ročne.

Mestská a verejná doprava Altaj, Krasnodar, Krasnojarsk, Stavropol, Khabarovské územia, Astrachaň, Belgorod, Vologda, Kaluga, Kurgan, Magadan, Moskva, Nižný Novgorod, Novosibirsk, Penza,, Saratov, Tambov, Ťumeňské oblasti, Moskva, republiky Mordovia, Tatarstan, Čuvashia. V Rusku ako celku boli prvky IDS implementované a efektívne fungujú vo viac ako 100 mestách.

PÁTRACIE A ZÁCHRANNÉ

Zariadenie, ktoré prijíma signály z navigačných satelitov, je nainštalované na vozidlách záchrannej služby zdravotná starostlivosť, ako aj vozidlá ministerstva pre mimoriadne situácie. Vďaka koordinovanej časovej podpore na základe satelitných údajov môžu lekárske tímy a záchranári rýchlejšie prísť na núdzové miesta, aby pomohli obetiam. Pomocou GLONASS je sledované umiestnenie a pohyb skupín hasičov.

Jedným z názorných príkladov použitia globálnej satelitnej navigácie v záujme záchrany ľudských životov je systém ERA-GLONASS (núdzová reakcia v prípade nehôd). Jeho hlavnou úlohou je zistiť skutočnosť o dopravnej nehode a preniesť údaje na server odpovedí. V prípade autonehody navigačný a telekomunikačný terminál, ktorý je na ňom nainštalovaný, automaticky určí súradnice, nadviaže komunikáciu so serverovým strediskom monitorovacieho systému a prostredníctvom kanálov prenáša údaje o nehode. bunkové operátor. Tieto údaje umožňujú určiť povahu a závažnosť nehody a vykonať okamžitú reakciu záchranných služieb. Využívanie údajov z globálneho navigačného satelitného systému prostredníctvom systému ERA-GLONASS môže výrazne znížiť úmrtnosť na následky zranení spôsobených dopravnými nehodami.

Ďalšou oblasťou aplikácie GLONASS v záujme záchrany ľudských životov je kombinácia globálnej satelitnej navigácie s medzinárodným vyhľadávacím a záchranným systémom COSPAS-SARSAT. Táto funkcia je k dispozícii na navigačnej kozmickej lodi najnovšej generácie „Glonass-K“. Už v štádiu letových skúšok satelit Glonass-K č. 11 v marci 2012 vysielal cez opakovač tohto systému núdzový signál o havarovanej kanadskej helikoptére, vďaka čomu sa posádke podarilo zachrániť.

OSOBNÁ NAVIGÁCIA

Čipové sady s navigačnými prijímačmi signálov GLONASS sa používajú v smartfónoch, tabletoch, digitálne fotoaparáty, fitness zariadenia, nositeľné sledovače, prenosné počítače, navigátory, hodinky, okuliare a ďalšie zariadenia. Osobná navigácia sa stáva hlavnou oblasťou použitia technológií satelitnej navigácie.

Využívanie technológií GNSS prispelo k vzniku úplne nových športových a outdoorových aktivít. Príkladom toho je geocaching - turistická hra využívajúca satelitné navigačné systémy, ktorej účelom je nájsť kešky ukryté ostatnými účastníkmi hry. Ďalším novým športom geografického označovania sú bežecké preteky na vopred určených satelitných súradniciach.

Sľubnou oblasťou použitia technológií GLONASS je sociálnych systémov poskytovanie pomoci ľuďom so zdravotným postihnutím alebo malým deťom. Pomocou navigačného zariadenia s hlasovým rozhraním môže nevidomý určiť cestu do obchodu, na kliniku atď. Majitelia takýchto zariadení môžu v prípade nebezpečenstva alebo prudkého zhoršenia zdravia privolať núdzovú pomoc stlačením tlačidla paniky. Individuálny satelitný sledovač môže rodičom pomôcť sledovať polohu ich dieťaťa online a monitorovať tak ich bezpečnosť.

LETECKO

V letectve sú navigačné prijímače integrované do leteckých leteckých navigačných systémov, ktoré poskytujú navigáciu po trase a pristátie v ťažkých meteorologických podmienkach. Satelitná navigácia má veľký význam pre pristátie malých lietadiel na nevybavených letiskách. Navigačné systémy založené na GLONASS zvyšujú bezpečnosť navigácie helikoptérami, zvyšujú presnosť navigácie leteckých dopravných prostriedkov bez posádky.

VODNÁ DOPRAVA

Využívanie technológií GNSS na námorné / riečne využitie v Rusku býva 100%. Kapacita ruského trhu sa odhaduje na 18 560 jednotiek vodnej dopravy vrátane nákladných a osobných riečnych a námorných plavidiel. Technológie GLONASS sa používajú v navigácii na navigáciu lodí a manévrovanie v ťažkých podmienkach (plavebné komory, prístavy, kanály, prielivy, ľadové podmienky), navigáciu na vnútrozemských vodných cestách, monitorovanie a účtovanie flotily a záchranné operácie.

Rast objemu dopravy pozdĺž Severnej morskej cesty, ktorý môže výrazne skrátiť čas dodania tovaru z ázijsko-tichomorského regiónu do Európy, vedie k zvýšeniu intenzity lodnej dopravy v oblasti s extrémne drsnými klimatickými podmienkami. V podmienkach búrok a hustých hmiel je ťažké zaistiť bezpečnosť plavby bez satelitnej navigácie.

GEODÉZIA A KARTOGRAFIA

Technológie GLONASS sa používajú v mestskom a pozemkovom katastri, plánovaní a riadení rozvoja území, na aktualizáciu topografických máp. Použitie technológií GLONASS urýchľuje a znižuje náklady na proces vytvárania máp a ich aktualizáciu - v niektorých prípadoch nie je potrebná drahá letecká fotografia ani namáhavý topografický prieskum. V. Ruská federácia súčasný objem trhu s geodetickými zariadeniami založenými na GNSS sa odhaduje na 2,3 tisíc jednotiek.

ŽIVOTNÉ PROSTREDIE

Vedecká komunita aktívne používa navigačné údaje na pozorovania a štúdie Zeme. GLONASS prispieva k vývoju metód a nástrojov určených na riešenie základných problémov geodynamiky, formovanie súradnicového systému Zeme, budovanie modelu Zeme, meranie prílivu a odlivu, prúdov a hladiny mora, určovanie a synchronizáciu času, lokalizáciu únikov ropy, rekultiváciu zeme po skládkovanie nebezpečného odpadu.

Navigačné signály z kozmických lodí GLONASS hrajú dôležitú úlohu pri štúdiu seizmických procesov. Pomocou satelitných údajov, presnejšie ako prostredníctvom pozemných zariadení, je možné zaznamenať procesy posunu tektonických dosiek. Poruchy v ionosfére zaznamenané navigačnými satelitmi navyše poskytujú vedcom údaje o blížiacich sa pohyboch zemskej kôry. Globálna satelitná navigácia teda umožňuje predpovedať zemetrasenia a minimalizovať ich dôsledky pre ľudí. Technológie GLONASS tiež pomáhajú monitorovať cesty a železnice v lavínových oblastiach v horských oblastiach.

PRIESTOROVÁ NAVIGÁCIA

V kozmickom priemysle sa technológie GLONASS používajú na sledovanie nosných rakiet, vysoko presné určovanie dráh kozmických lodí, určovanie orientácie kozmickej lode voči Slnku, na presné pozorovanie, ovládanie a určenie cieľa protiraketových obranných systémov.

Najmä zariadenie na satelitnú navigáciu GLONASS alebo GLONASS / GPS je vybavené nosnou raketou Proton-M, nosnou raketou Sojuz, hornými stupňami DM Breeze, Fregat, DM a kozmickou loďou Meteor-M „Ionosphere“, „Kanopus-ST "," Kondor-E "," Bars-M "," Lomonosov ", ako aj železničné mobilné komplexy používané na prepravu nosných rakiet a súčastí hnacieho plynu.

Vo vesmírnom priemysle veľké množstvo projekty vyžadujú veľmi presné znalosti o dráhach vesmírnych lodí pri riešení problémov diaľkového prieskumu Zeme, prieskumu, mapovania, monitorovania ľadu, núdzových situácií, ako aj v oblasti štúdia Zeme a svetových oceánov, budovania vysoko presnej dynamiky model geoidu, vysoko presné dynamické modely ionosféry a atmosféry. Zároveň sa vyžaduje presnosť znalosti polohy predmetov na úrovni jednotiek centimetrov; špeciálne metódy spracovania meraní systému GLONASS z prijímačov umiestnených na palube kozmickej lode umožňujú úspešne vyriešiť aj tento problém .

STAVBA

V Rusku sa technológie GLONASS používajú na monitorovanie stavebných zariadení, ako aj na monitorovanie posunu vozovky, monitorovanie deformácií lineárnych stacionárnych predmetov v riadiacich systémoch zariadení na stavbu ciest.

Satelitné navigačné služby pomáhajú pri určovaní polohy geografických objektov s centimetrovou presnosťou pri kladení ropovodov a plynovodov, elektrických vedení, pri objasňovaní parametrov terénu pri výstavbe budov a štruktúr, stavbe ciest. Podľa domácich i zahraničných odborníkov zvyšuje používanie GLONASS efektivitu stavebných a katastrálnych prác o 30-40%.

Využívanie služieb GLONASS vám umožňuje rýchlo prenášať informácie o stave zložitých inžinierskych štruktúr, potenciálne nebezpečných objektov, ako sú priehrady, mosty, tunely, priemyselné podniky, jadrové elektrárne. S pomocou satelitného monitorovania dostávajú špecialisti včasné informácie o potrebe dodatočnej diagnostiky týchto štruktúr a ich oprave.

KOMUNIKAČNÉ SYSTÉMY

GLONASS sa používa na dočasné zaznamenávanie peňažných transakcií pri obchodovaní s akciami, menami a komoditami. Nepretržitý a presný spôsob registrácie prevodov a možnosti ich sledovania je chrbticou fungovania medzinárodných obchodných systémov pre medzibankové obchodovanie. Najväčšie investičné banky používajú GLONASS na synchronizáciu počítačových sietí svojich divízií po celom Rusku. United Exchange MICEX-RTS používa časové signály GLONASS na presné zaznamenávanie cenových ponúk pri transakciách. Zariadenie GLONASS, používané v záujme telekomunikačnej infraštruktúry, poskytuje riešenie problémov synchronizácie komunikačných sietí.

ZBRAŇ

Systém GLONASS je obzvlášť dôležitý pre efektívne riešenie úloh ozbrojenými silami a špeciálnymi spotrebiteľmi. Systém sa používa na riešenie úloh koordinovanej časovej podpory všetkých typov a vetiev vojsk vrátane zvýšenia účinnosti použitia vysoko presných zbraní, bezpilotných lietadiel a operačného velenia a riadenia vojsk.

Systém GLONASS je najväčší navigačný systém, ktorý vám umožňuje sledovať polohu rôznych predmetov. Projekt zahájený v roku 1982 sa dodnes aktívne rozvíja a zdokonaľuje. Okrem toho prebiehajú práce na technickej podpore spoločnosti GLONASS a na infraštruktúre, ktorá umožňuje úplné využitie systému viac z ľudí. Ak teda prvé roky existencie komplexu slúžila navigácia pomocou satelitov hlavne pri riešení vojenských problémov, dnes je GLONASS technologickým nástrojom určovania polohy, ktorý sa stal povinným v živote miliónov civilných používateľov.

Globálne satelitné navigačné systémy

Vzhľadom na technologickú náročnosť globálneho určovania satelitov dnes tomuto názvu môžu úplne zodpovedať iba dva systémy - GLONASS a GPS. Prvá je ruská a druhá je ovocím amerických vývojárov. Z technického hľadiska je GLONASS komplex špecializovaného hardvérového zariadenia umiestneného na obežnej dráhe aj na zemi.

Na komunikáciu so satelitmi sa používajú špeciálne senzory a prijímače, ktoré čítajú signály a na ich základe vytvárajú údaje o polohe. Na výpočet časových parametrov sa používajú špeciálne. Používajú sa na určenie polohy objektu s prihliadnutím na vysielanie a spracovanie rádiových vĺn. Zníženie chýb umožňuje spoľahlivejší výpočet parametrov určovania polohy.

Funkcie satelitnej navigácie

Rozsah úloh globálnych satelitných navigačných systémov zahŕňa určenie presnej polohy pozemných objektov. Globálne navigačné satelitné systémy umožňujú okrem geografickej polohy zohľadniť aj čas, trasu, rýchlosť a ďalšie parametre. Tieto úlohy sú realizované pomocou satelitov umiestnených v rôznych bodoch nad zemským povrchom.

Aplikácia globálnej navigácie sa používa nielen v dopravnom priemysle. Satelity pomáhajú pri pátracích a záchranných operáciách, geodetických a stavebných prácach a koordinácia a údržba ostatných vesmírnych staníc a vozidiel sa bez nich nezaobíde. Vojenský priemysel tiež nezostal bez podpory systému podobných cieľov, ktoré poskytujú chránený signál určený špeciálne pre autorizované zariadenia ministerstva obrany.

Systém GLONASS

Systém začal plne fungovať až v roku 2010, aj keď pokusy o uvedenie komplexu do aktívnej prevádzky sa vykonávajú od roku 1995. V mnohých ohľadoch boli problémy spojené s nízkou odolnosťou použitých satelitov.

V súčasnej dobe je GLONASS 24 satelitov, ktoré pôsobia v rôznych bodoch obežnej dráhy. Navigačnú infraštruktúru môžu vo všeobecnosti predstavovať tri komponenty: riadiaci komplex (poskytuje kontrolu nad súhvezdím na obežnej dráhe) a navigácia technické prostriedky používateľov.

24 satelitov, z ktorých každý má svoju konštantnú nadmorskú výšku, je rozdelených do niekoľkých kategórií. Na jednu pologuľu pripadá 12 satelitov. Prostredníctvom satelitných obežných dráh nad zemským povrchom sa vytvorí mriežka, vďaka ktorej signálom sú určené presné súradnice. Satelit GLONASS má navyše niekoľko záložných zariadení. Tiež sú každý na svojej vlastnej obežnej dráhe a nie sú nečinní. Medzi ich úlohy patrí rozšírenie pokrytia v konkrétnom regióne a nahradenie zlyhávajúcich satelitov.

GPS systém

Americkým analógom systému GLONASS je systém GPS, ktorý začal svoju činnosť aj v osemdesiatych rokoch minulého storočia, ale až od roku 2000 to umožnila presnosť určovania súradníc. široké využitie medzi spotrebiteľmi. Dnes satelity GPS zaručiť presnosť až do 2-3 m. Oneskorenie vo vývoji navigačných schopností dlho bolo kvôli umelým obmedzeniam polohovania. Napriek tomu ich odstránenie umožnilo určiť súradnice s maximálnou presnosťou. Aj za podmienky synchronizácie s miniatúrnymi prijímačmi sa dosiahne výsledok zodpovedajúci GLONASS.

Rozdiely medzi GLONASS a GPS

Medzi navigačnými systémami existuje niekoľko rozdielov. Rozdiel je najmä v charaktere umiestnenia a pohybu satelitov na obežných dráhach. V komplexe GLONASS sa pohybujú po troch rovinách (po osem satelitov pre každé) a systém GPS poskytuje prácu v šiestich rovinách (približne štyri v každom lietadle). Ruský systém teda poskytuje širšie pokrytie suchozemského územia, čo sa prejavuje vyššou presnosťou. V praxi však krátkodobý „život“ domácich satelitov neumožňuje využiť plný potenciál systému GLONASS. GPS si zasa zachováva vysokú presnosť vďaka množstvu satelitov. Napriek tomu ruský komplex pravidelne predstavuje nové satelity, a to ako na cielené použitie, tak aj ako podporu zálohovania.

Tiež platí rôzne metódy kódovanie signálu - Američania používajú kód CDMA a GLONASS používa FDMA. Pri výpočte údajov o určovaní polohy prijímačmi ruský satelitný systém poskytuje komplexnejší model. Výsledkom je, že používanie GLONASS vyžaduje vysokú spotrebu energie, ktorá sa prejavuje na rozmeroch zariadení.

Čo umožňujú možnosti GLONASS?

Medzi základné úlohy systému patrí určenie súradníc objektu schopného interakcie s GLONASS. GPS v tomto zmysle vykonáva podobné úlohy. Vypočítavajú sa najmä parametre pohybu pozemných, námorných a leteckých predmetov. Vozidlo vybavené vhodným navigátorom môže za niekoľko sekúnd vypočítať vlastnosti svojho vlastného pohybu.

Používanie globálnej navigácie sa už stalo povinným pre určité kategórie dopravy. Ak v roku 2000 šírenie satelitného určovania polohy súviselo s riadením určitých strategických objektov, dnes sú prijímačom dodávané lode a lietadlá, verejná doprava atď. V blízkej budúcnosti nie je vylúčené, že musia byť k dispozícii všetky osobné automobily. s navigátormi GLONASS.

Aké zariadenia fungujú s GLONASS

Systém je schopný poskytovať nepretržité globálne služby všetkým kategóriám spotrebiteľov bez výnimky bez ohľadu na klimatické, územné a časové podmienky. Rovnako ako služby systému GPS, aj navigátor GLONASS je poskytovaný bezplatne kdekoľvek na svete.

Medzi zariadeniami, ktoré majú schopnosť prijímať satelitné signály, patria nielen palubné navigačné pomôcky a prijímače GPS, ale aj Mobilné telefóny... Údaje o polohe, smere a rýchlosti pohybu sú odosielané na špeciálny server prostredníctvom sietí GSM operátorov. Pri využívaní možností satelitnej navigácie to pomáha špeciálny program GLONASS a rôzne aplikácie, ktoré sa zaoberajú spracovaním máp.

Kombinované prijímače

Územné rozšírenie satelitnej navigácie viedlo k zlúčeniu týchto dvoch systémov z pohľadu spotrebiteľa. V praxi sú zariadenia GLONASS často doplnené o GPS a naopak, čo zlepšuje presnosť určovania polohy a časovania. Technicky sa to deje prostredníctvom dvoch senzorov integrovaných do jedného navigátora. Na základe tejto myšlienky sa vyrábajú kombinované prijímače, ktoré pracujú súčasne s GLONASS, GPS a príbuzným vybavením.

Takáto symbióza okrem zlepšenia presnosti určenia umožňuje sledovať polohu aj vtedy, keď nie sú zachytené satelity jedného zo systémov. Minimálny počet orbitálnych predmetov, ktorých „viditeľnosť“ je potrebná na prácu navigátora, sú tri jednotky. Ak teda napríklad bude program GLONASS nedostupný, na pomoc prídu satelity gps.

Ostatné satelitné navigačné systémy

Európska únia, ako aj India a Čína vyvíjajú projekty podobné rozsahu ako GLONASS a GPS. plánuje implementáciu systému Galileo pozostávajúceho z 30 satelitov, ktorý dosiahne neprekonateľnú presnosť. India plánuje spustiť systém IRNSS pomocou siedmich satelitov. Navigačný komplex je zameraný na domáce použitie. Kompasový systém od čínskych vývojárov by mal pozostávať z dvoch segmentov. Prvý bude zahŕňať 5 satelitov a druhý - 30. Autori projektu teda predpokladajú dva formáty služieb.

Satelitné navigačné systémy GLONASS a GPS. Časť 1

E. Povalyaev, S. Khutornaya

Satelitné navigačné systémy GLONASS a GPS. Časť 1

Dávame vám do pozornosti sériu článkov venovaných satelitným rádionavigačným systémom Glonass (globálny navigačný satelitný systém) a GPS (Global Positioning System). Prvý článok cyklu pojednáva o otázkach budovania a fungovania systémov, štruktúre a funkciách spotrebného vybavenia (prijímačov), algoritmoch na riešenie navigačného problému a perspektívach vývoja systémov.

Od staroveku sa cestujúci zaujímali: ako určiť ich polohu na Zemi? Starovekí navigátori boli vedení hviezdami naznačujúcimi smer pohybu: so znalosťou priemernej rýchlosti a času cesty bolo možné navigovať vo vesmíre a určiť vzdialenosť do konečného cieľa. Poveternostné podmienky však nie vždy hrali vedcom do karát, takže nebolo ťažké vybočiť z kurzu. S príchodom kompasu sa úloha stala oveľa jednoduchšou. Cestovateľ bol už menej závislý na počasí.

Éra rádia otvorila človeku nové možnosti. S príchodom radarové stanice Keď bolo možné merať parametre pohybu a relatívne umiestnenie objektu radarovým lúčom odrazeným od jeho povrchu, vyvstala otázka o možnosti merania parametrov pohybu objektu vysielaným signálom. V roku 1957 v ZSSR skupina vedcov vedená V.A. Kotelnikova experimentálne potvrdila možnosť určenia pohybových parametrov umelej družice Zeme (AES) na základe výsledkov merania dopplerovského frekvenčného posunu signálu vysielaného týmto satelitom. Ale čo je najdôležitejšie, bola stanovená možnosť riešenia inverzného problému - nájdenie súradníc prijímača z nameraného dopplerovského posunu signálu vysielaného zo satelitu, ak sú známe parametre pohybu a súradnice tohto satelitu. Pri pohybe na obežnej dráhe satelit vydáva signál určitá frekvencia, ktorého nominálna hodnota je známa na strane príjemcu (spotrebiteľ). Poloha satelitu v každom časovom okamihu je známa, presnejšie je možné ho vypočítať na základe informácií uložených v satelitnom signáli. Užívateľ meraním frekvencie signálu, ktorý k nemu prišiel, ho porovná s referenciou a vypočíta tak dopplerovský frekvenčný posun v dôsledku pohybu satelitu. Merania sa vykonávajú nepretržite, čo vám umožňuje zostaviť akúsi funkciu Dopplerovej zmeny frekvencie. V určitom časovom okamihu sa frekvencia rovná nule a potom zmení znamienko. V okamihu, keď je dopplerovská frekvencia rovná nule, je spotrebiteľ na čiare, čo je normálne pre pohybový vektor satelitu. Pomocou závislosti sklonu krivky Dopplerovej frekvencie od vzdialenosti medzi spotrebiteľom a satelitom a merania momentu v čase, keď je dopplerovská frekvencia rovná nule, je možné vypočítať súradnice spotrebiteľa.

Z umelého satelitu Zeme sa tak stáva referenčná stanica pre rádionavigáciu, ktorej súradnice sa v dôsledku pohybu satelitu na obežnej dráhe v čase menia, ale je možné ich vopred vypočítať vopred na základe informácií o efemeridách vložených do signálu satelitnej navigácie. .

V rokoch 1958-1959. na Leningradskej leteckej inžinierskej akadémii (LVVIA). A.F. Mozhaisky, Ústav teoretickej astronómie Akadémie vied ZSSR, Elektromechanický ústav Akadémie vied ZSSR, dva námorné výskumné ústavy a Gorkého výskumný ústav výskumu a vývoja uskutočnili výskum na tému „Sputnik“, z ktorého sa neskôr stal základ pre vybudovanie prvého domáceho satelitného systému s nízkou obežnou dráhou „Tsikada“. A v roku 1963 sa začali práce na konštrukcii tohto systému. V roku 1967 bol na obežnú dráhu vypustený prvý domáci navigačný satelit Kosmos-192. Charakteristickým znakom rádionavigačných satelitných systémov prvej generácie je použitie satelitov s nízkymi obežnými dráhami a použitie signálu jedného satelitu, ktorý je v súčasnosti viditeľný, na meranie navigačných parametrov objektu. Satelity systému Tsikada boli následne vybavené prijímacím zariadením na detekciu predmetov v núdzi.

Súbežne s tým po úspešnom vypustení prvého umelého zemského satelitu ZSSR v USA v Laboratóriu aplikovanej fyziky na Univerzite Johna Hopkinsa prebiehajú práce súvisiace s možnosťou merania parametrov emitovaného signálu. pri satelite. Merania sa používajú na výpočet parametrov pohybu satelitu vzhľadom na bod pozorovania zeme. Riešenie inverzného problému je otázkou času.

Na základe týchto štúdií bol v roku 1964 v USA vytvorený satelitný rádiový navigačný systém Doppler prvej generácie „Transit“. Jeho hlavným účelom je poskytnúť navigačnú podporu pre odpaľovanie balistických rakiet Polaris z ponoriek. Riaditeľ Laboratória aplikovanej fyziky R. Kershner je považovaný za otca systému. Systém bol k dispozícii na komerčné použitie v roku 1967. Rovnako ako v systéme Tsikada, aj v systéme Transit sa súradnice zdroja vypočítavajú z dopplerovského posunu frekvencie signálu jedného zo 7 viditeľných satelitov. Systémy AES majú kruhové polárne dráhy s nadmorskou výškou ~ 1100 km nad zemským povrchom, obežná doba satelitov „Transit“ je 107 minút. Presnosť výpočtu súradníc zdroja v systémoch prvej generácie závisí vo veľkej miere od chyby pri určovaní rýchlosti zdroja. Ak je teda rýchlosť objektu určená s chybou 0,5 m, potom to zase povedie k chybe pri určovaní súradníc ~ 500 m. V prípade nehybného objektu sa táto hodnota zníži na 50 m.

V týchto systémoch navyše nie je možná nepretržitá prevádzka. Vzhľadom na skutočnosť, že systémy sú na nízkej obežnej dráhe, doba, počas ktorej je satelit v zornom poli používateľa, nepresiahne jednu hodinu. Čas medzi prechodom rôznych satelitov zóny viditeľnosti spotrebiteľa navyše závisí od geografickej šírky, na ktorej sa nachádza, a môže sa pohybovať od 35 do 90 minút. Zníženie tohto intervalu zvýšením počtu satelitov je nemožné, pretože všetky satelity vysielajú signály na rovnakej frekvencii.

V dôsledku toho majú satelitné navigačné systémy druhej generácie množstvo významných nevýhod. V prvom rade je nedostatočná presnosť pri určovaní súradníc dynamických objektov. Ďalšou nevýhodou je nedostatočná kontinuita meraní.

Jedným z hlavných problémov vznikajúcich pri vývoji satelitných systémov, ktoré poskytujú navigačné definície pre niekoľko satelitov, je vzájomná synchronizácia signálov (časové škály) satelitov s požadovanou presnosťou. Nesúlad satelitných referenčných generátorov o 10 ns vedie k chybe pri určovaní súradníc spotrebiteľa 10 - 15 m. Druhým problémom, s ktorým sa vývojári stretávali pri vytváraní satelitných navigačných systémov s vysokou obežnou dráhou, bolo vysoko presné určovanie a predikcia parametrov satelitných obežných dráh. Prijímacie zariadenie, merajúce oneskorenie signálu z rôznych satelitov, vypočítava súradnice spotrebiteľa.

Na tieto účely v roku 1967 americké námorníctvo vyvinulo program, podľa ktorého bola vypustená družica TIMATION-I a v roku 1969 satelit TIMATION-II. Na palube boli použité tieto satelity kryštálové oscilátory... Americké vojenské letectvo súčasne spustilo svoj paralelný program na používanie signálov širokopásmového pseudošumového kódu (PRN). Korelačné vlastnosti takého kódu umožňujú použiť jednu frekvenciu signálu pre všetky satelity s kódovým rozdelením signálov z rôznych satelitov. Neskôr, v roku 1973, boli tieto dva programy zlúčené do jedného spoločného pod názvom „Navstar-GPS“. V roku 1996 bolo zavedenie systému dokončené. Aktuálne je k dispozícii 28 aktívnych satelitov.

V ZSSR sa letové testy satelitného navigačného systému GLONASS s vysokou obežnou dráhou začali v roku 1982 vypustením satelitu Kosmos-1413. Hlavným vývojárom a tvorcom systému ako celku a vesmírneho segmentu je NPO Applied Mechanics (Krasnojarsk) a pre navigačné satelity - PO Polet (Omsk). RNIIKP je hlavným vývojárom rádiotechnických komplexov; Ruský inštitút rádionavigácie a času bol vymenovaný za zodpovedného za vytvorenie dočasného komplexu, synchronizačného systému a navigačného zariadenia pre spotrebiteľov.

Sieťový rádionavigačný satelitný systém (SRNSS) Glonass

Systém Glonass je navrhnutý pre globálnu operačnú navigáciu povrchových mobilných objektov. SRNSS bol vyvinutý na základe nariadenia ministerstva obrany. Podľa svojej štruktúry je Glonass, podobne ako GPS, považovaný za dvojčinný systém, to znamená, že ho možno použiť na vojenské aj civilné účely.

Systém ako celok obsahuje tri funkčné časti (v odbornej literatúre sa tieto časti nazývajú segmenty) (obr. 1).

Obrázok 1. Segmenty navigačných systémov s vysokou obežnou dráhou Glonass a GPS

• vesmírny segment, ktorý zahŕňa orbitálnu konšteláciu umelých satelitov Zeme (inými slovami navigačné kozmické lode);
• riadiaci segment, pozemný riadiaci komplex (GCC) orbitálnej konštelácie kozmických lodí;
• zariadenia používateľov systému.

Z týchto troch častí je najpočetnejšia posledná, používateľská výbava. Systém Glonass je nenáročný, takže na počte používateľov systému nezáleží. Okrem hlavnej funkcie - navigačné definície - systém umožňuje vysoko presnú vzájomnú synchronizáciu frekvenčných a časových štandardov na vzdialených pozemných objektoch a vzájomné geodetické referencovanie. Navyše ho možno použiť na určenie orientácie objektu na základe meraní vykonaných zo štyroch prijímačov signálov z navigačných satelitov.

V systéme Glonass sa ako referenčná stanica pre rádionavigáciu používajú navigačné vesmírne lode (NSA), ktoré sa otáčajú na kruhovej geostacionárnej dráhe vo výške ~ 19 100 km (obr. 2). Doba revolúcie satelitu okolo Zeme je v priemere 11 hodín 45 minút. Prevádzková doba satelitu je 5 rokov, počas tejto doby by sa parametre jeho obežnej dráhy nemali líšiť od nominálnych hodnôt o viac ako 5%. Samotný satelit je zapečatený kontajner s priemerom 1,35 m a dĺžkou 7,84 m, vo vnútri ktorého sú umiestnené rôzne druhy zariadení. Všetky systémy sú napájané solárnymi panelmi. Celková hmotnosť satelitu je 1415 kg. Palubné vybavenie obsahuje: palubný navigačný vysielač, chronizer (hodiny), palubný riadiaci komplex, orientačný a stabilizačný systém atď.

Obrázok 2. Vesmírny segment systémov GLONASS a GPS

Obrázok 3. Segment komplexu pozemnej kontroly systému Glonass

Obrázok 4. Segment komplexu pozemnej kontroly systému GPS

Segment komplexu pozemného riadenia systému GLONASS vykonáva nasledujúce funkcie:

• efemeridy a časovo-frekvenčná podpora;
• monitorovanie rádionavigačného poľa;
• rádiotelemetrické monitorovanie NSA;
• rádiové a veliteľské rádiové ovládanie NSA.

Na synchronizáciu časových stupníc rôznych satelitov s požadovanou presnosťou sa na palube satelitu používajú frekvenčné štandardy cézia s relatívnou nestabilitou rádovo 10-13. Komplex pozemného riadenia používa vodíkový štandard s relatívnou nestabilitou 10-14. GCC navyše obsahuje prostriedky na opravu satelitných časových mierok vzhľadom na referenčnú stupnicu s chybou 3 až 5 ns.

Pozemný segment poskytuje podporu satelitných efemerid. To znamená, že parametre pohybu satelitov sú určené na zemi a hodnoty týchto parametrov sú predpovedané na vopred určené časové obdobie. Parametre a ich predpoveď sú zahrnuté v navigačnej správe vysielanej satelitom spolu s prenosom navigačného signálu. To zahŕňa aj korekcie časovej frekvencie palubnej časovej stupnice satelitu vzhľadom na systémový čas. Meranie a predikcia parametrov pohybu satelitu sa vykonáva v balistickom centre systému na základe výsledkov trajektórnych meraní vzdialenosti k satelitu a jeho radiálnej rýchlosti.

Sieťový rádiový navigačný satelitný systém GPS

Americký systém GPS podľa neho funkčnosť je podobný domácemu systému Glonass. Jeho hlavným účelom je vysoko presné určenie súradníc spotrebiteľa, ktoré tvoria vektor rýchlosti, a väzba na časovú škálu systému. Podobne ako ten domáci, systém GPS bol vyvinutý pre ministerstvo obrany USA a je pod jeho kontrolou. Podľa dokumentu o ovládaní rozhrania sú hlavnými vývojármi systému:

• vo vesmírnom segmente - Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
• podľa segmentov manažmentu - IBM, Federal System Company;
• podľa spotrebiteľského segmentu - Rockwell International, Collins Avio -nics & Communication Division.

Rovnako ako systém Glonass, GPS sa skladá z vesmírneho segmentu, komplexu pozemných príkazov a meraní a spotrebiteľského segmentu.

Ako bolo uvedené vyššie, orbitálnu konšteláciu GPS tvorí 28 navigačných vesmírnych lodí. Všetky sú na kruhových dráhach s periódou otáčania okolo Zeme rovnajúcou sa 12 hodinám. Orbitálna výška každého satelitu je ~ 20 000 km. Satelitné systémy GPS prešli množstvom vylepšení, ktoré ovplyvnili ich celkový výkon. Tabuľka 1 ukazuje stručné charakteristiky kozmická loď použitá v systéme.

Tabuľka 1. Charakteristika kozmických lodí používaných v systéme GPS

Typ NKA	Omša na obežnej dráhe	Zdroje energie výkon, W	Odhadovaný aktívny život	Rok spustenia prvého NSA
Blok-I	525	440	-	1978
Blok II	844	710	5	1989
Blok-IIR	1094	1250	7,5	1997
Blok-IIF	-	-	14–15	2001–2002

Tabuľka 2. Porovnávacie charakteristiky systémov GLONASS a GPS

Register	GLONASS	GPS
Počet kozmických lodí v úplnej orbitálnej konštelácii	24	24
Orbitálne lietadlá	3	6
Počet kozmických lodí v každom lietadle	8	4
Sklon orbity	64,8 °	55º
Orbitálna výška, km	19 130	20 180
Satelitné orbitálne obdobie	11 hodín 15 minút 44 s	11 hodín 58 minút 00 s
Súradnicový systém	PZ-90	WGS-84
Hmotnosť navigačnej kozmickej lode, kg	1450	1055
Slnečná energia, W	1250	450
Aktívny život, roky	3	7,5
Prostriedky na vynesenie kozmických lodí na obežnú dráhu	"Proton-K / DM"	Delta 2
Počet kozmických lodí vypustených pri jednom štarte	3	1
Kozmodróm	Bajkonur (Kazachstan)	Mys Canaveral
Referenčný čas	UTC (SU)	UTC (NIE)
Prístupová metóda	FDMA	CDMA
Nosná frekvencia: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Polarizácia	Pravostranný	Pravostranný
Typ sekvencie PN	m-sekvencia	Zlatý kód
Počet kódových bodov: C / A P	511 51 1000	1023 2,35 x 1014
Rýchlosť kódovania, Mbps: C / A P	0,511 5,11	1,023 10,23
Úroveň rádiového rušenia v systéme, dB	-48	-21,6
Štruktúra navigačnej správy
Prenosová rýchlosť, bit / s	50	50
Typ modulácie	BPSK (Manchester)	BPSK NRZ
Dĺžka superrámca, min.	2,5 (5 snímok)	12,5 (25 snímok)
Dĺžka rámu, s	30 (15 riadkov)	30 (5 riadkov)
Dĺžka struny, s	2	6

Pri navrhovaní systému ako celku a predovšetkým NSA sa veľká pozornosť venuje otázkam autonómneho fungovania. Kozmická loď prvej generácie (Block-I) teda zaisťovala normálnu prevádzku systému (to znamená bez významných chýb pri určovaní súradníc) bez zásahu riadiaceho segmentu po dobu 3-4 dní. V zariadeniach Block-II sa toto obdobie predĺžilo na 14 dní. V novej modifikácii NSA umožňuje Block-IIR autonómnu prevádzku po dobu 180 dní bez úpravy parametrov obežnej dráhy zo zeme, pričom využíva iba autonómny komplex na vzájomnú synchronizáciu satelitov. Údajne sa majú použiť zariadenia Block-IIF namiesto použitých Block-IIR.

Štruktúra navigačných rádiových signálov systému Glonass

Systém Glonass používa signály multiplexovania s frekvenčným delením (FDMA) vysielané každým satelitom - dva signály s kľúčovým fázovým posunom. Frekvencia prvého signálu je v rozsahu L1 ~ 1600 MHz a frekvencia druhého signálu je v rozsahu L2 ~ 1250 MHz. Menovité hodnoty prevádzkových frekvencií rádiových signálov vysielaných v pásmach L1 a L2 sú určené výrazom:

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

kde k = 0,1, ..., 24 - čísla písmen (kanálov) satelitných prevádzkových frekvencií;

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

Pre každý satelit sú prevádzkové frekvencie signálov v pásmach L1 a L2 koherentné a sú tvorené jednou frekvenčnou referenciou. Pomer prevádzkových frekvencií nosiča každého satelitu:

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

Nominálna hodnota frekvencie palubného generátora z pohľadu pozorovateľa na povrchu Zeme je 5,0 MHz.

V pásme L1 každý satelit GLONASS vysiela 2 nosné na rovnakej frekvencii, vzájomne posunuté vo fáze o 90 ° (obr. 5).

Obrázok 5. Vektorový diagram nosných signálov systémov GLONASS a GPS

Jeden z nosičov je podrobený kľúčovaniu s fázovým posunom pri 180 °. Modulačný signál sa získa pridaním troch binárnych signálov modulo 2 (obr. 6):

• kód s hrubým rozsahom vysielaný rýchlosťou 511 Kbit / s (obr. 6c);
• sekvencie navigačných údajov prenášaných rýchlosťou 50 bitov / s (obr. 6a);
• meandrová vlna, prenášaná rýchlosťou 100 bitov / s (obr. 6b).

Obrázok 6. Štruktúra signálu GLONASS

Signál v rozsahu L1 (podobný kódu C / A v GPS) je k dispozícii všetkým spotrebiteľom v rozsahu viditeľnosti kozmickej lode. Signál L2 je určený na vojenské účely a jeho štruktúra nebola zverejnená.

Zloženie a štruktúra navigačných správ satelitov systému Glonass

Navigačná správa je vytvorená vo forme nepretržite nasledujúcich riadkov, každý s trvaním 2 s. Prvá časť linky (interval 1,7 s) prenáša navigačné údaje a druhá (0,3 s) - časová pečiatka. Je to skrátená pseudonáhodná sekvencia 30 symbolov s taktom 100 bps.

Navigačné správy satelitov Glonass sú nevyhnutné pre používateľov na navigačné určovanie a plánovanie komunikačných relácií so satelitmi. Navigačné správy sú podľa obsahu rozdelené na prevádzkové a neprevádzkové informácie.

Prevádzkové informácie sa týkajú satelitu, z ktorého boli prijaté. Prevádzkové informácie zahŕňajú:

• digitalizácia časových pečiatok;
• relatívny rozdiel frekvencie satelitného nosiča od nominálnej hodnoty;
• informácie o efemeridách.

Väzobný čas informácií o efemeridách a korekcie frekvencie a času, ktoré majú od začiatku dňa polhodinovú frekvenciu, vám umožňujú presne určiť geografické súradnice a rýchlosť satelitu.

Neoperačné informácie obsahujú almanach vrátane:

• údaje o stave všetkých satelitov v systéme;
• posun satelitnej časovej stupnice voči systémovej stupnici;
• parametre obežných dráh všetkých satelitov v systéme;
• korekcia na časovú stupnicu systému Glonass.

Výber optimálnej „konštelácie“ kozmickej lode a predpoveď dopplerovského posunu nosnej frekvencie je zabezpečený analýzou systémového almanachu.

Navigačné správy satelitov GLONASS sú štruktúrované vo forme 2,5-minútových superrámcov. Superrámec sa skladá z piatich snímok s trvaním 30 s. Každý rámec obsahuje 15 riadkov s trvaním 2 s. Z 2 s trvania linky zaberá posledných 0,3 s časová pečiatka. Zvyšok riadku obsahuje 85 znakov digitálnych informácií prenášaných pri 50 Hz.

Ako súčasť každého rámca sa prenáša úplné množstvo prevádzkových informácií a časť systémového almanachu. Kompletný almanach je obsiahnutý v celom superráme. V tomto prípade informácie o superrámci obsiahnuté v riadkoch 1–4 odkazujú na satelit, z ktorého sú prijaté (operačná časť) a v rámci superrámca sa nemenia.

Štruktúra rádiových signálov navigácie GPS

GPS používa multiplexovanie s delením kódu (CDMA), takže všetky satelity prenášajú signály na rovnakej frekvencii. Každý satelit GPS vysiela dva kľúčové signály s fázovým posunom. Frekvencia prvého signálu je L1 = 1575,42 MHz a druhá - L2 = 1227,6 MHz. Nosný signál L1 je modulovaný dvoma binárnymi sekvenciami, z ktorých každá je tvorená súčtom modulo 2 kódu diaľkomera a prenášaného systému a navigačných dát generovaných rýchlosťou 50 bit / s. Na frekvencii L1 sa prenášajú dve kvadratúrne zložky, dvojfázové kľúčové binárne sekvencie. Prvá sekvencia je súčet modulo 2 presného kódu rozsahu P alebo klasifikovaného kódu Y a navigačných údajov. Druhá sekvencia je tiež súčet modulo 2 hrubého C / A (otvoreného) kódu a rovnakej sekvencie navigačných údajov.

Rádiový signál na frekvencii L2 je dvojfázový kľúčovaný iba jednou z dvoch predtým uvažovaných sekvencií. Voľba modulačnej sekvencie sa vykonáva príkazom zo zeme.

Každý satelit používa svoj vlastný diaľkomerový kód C / A a P (Y), ktorý umožňuje oddelenie satelitných signálov. V procese vytvárania presného rozsahu P (Y) kódu sa súčasne vytvárajú časové pečiatky satelitného signálu.

Zloženie a štruktúra navigačných správ satelitov systému GPS

Štrukturálne rozdelenie navigačných informácií satelitov GPS sa vykonáva do superrámcov, rámcov, pomocných rámcov a slov. Superrámec je vytvorený z 25 snímok a trvá 750 sekúnd (12,5 minúty). Jeden rámec sa prenesie do 30 sekúnd a má veľkosť 1 500 bitov. Rámec je rozdelený do 5 podrámcov po 300 bitov a je prenášaný v intervale 6 s. Začiatok každého pomocného rámca označuje časovú pečiatku zodpovedajúcu začiatku / koncu nasledujúceho 6-s časového intervalu systému GPS. Pomocný rámček obsahuje 10 30-bitových slov. V každom slove je 6 najmenej významných bitov kontrolnými bitmi.

V 1., 2. a 3. podrámci sa prenášajú údaje o parametroch korekcie hodín a údaje o efemeridách kozmickej lode, s ktorou je nadviazaná komunikácia. Obsah a štruktúra týchto pomocných rámov zostávajú na všetkých stránkach superrámca nezmenené. Štvrtý a piaty rám obsahuje informácie o konfigurácii a stave všetkých vesmírnych lodí v systéme, almanachov kozmických lodí, špeciálne správy, parametre popisujúce vzťah medzi časom GPS a UTC atď.

Algoritmy pre príjem a meranie parametrov signálov satelitnej rádionavigácie

Segment spotrebiteľov systémov GPS a GLONASS zahŕňa prijímače satelitných signálov. Navigačný problém je vyriešený meraním parametrov týchto signálov. Prijímač je možné rozdeliť na tri funkčné časti:

• rádiofrekvenčná časť;
• digitálny ~ korelátor;
• CPU.

Z výstupu zariadenia anténneho podávača (antény) smeruje signál do rádiofrekvenčnej časti (obr. 7). Hlavnou úlohou tejto časti je zosilnenie vstupného signálu, filtrovanie, frekvenčný prevod a analógovo-digitálny prevod. Taktovacia frekvencia pre digitálnu časť prijímača navyše pochádza z RF časti prijímača. Z výstupu rádiofrekvenčnej časti sú digitálne vzorky vstupného signálu privádzané na vstup digitálneho korelátora.

Obrázok 7. Zovšeobecnená štruktúra prijímača

V korelátore sa spektrum signálu prenáša na „nulovú“ frekvenciu. To sa deje vynásobením vstupného signálu korelátora s referenčnou harmonickou osciláciou vo fázových a kvadratúrnych kanáloch. Ďalej výsledok multiplikácie prechádza korelačným spracovaním vynásobením referenčným kódom rozsahu a akumuláciou počas obdobia rozsahu kódu. Výsledkom je získanie korelačných integrálov I a Q. Hodnoty korelačných integrálov sa odošlú do procesora na ďalšie spracovanie a uzatvorenie slučiek PLL (fázovo uzamknutá slučka) a CVD (obvod sledovania oneskorenia). Merania parametrov signálu v prijímači nie sú vykonávané priamo vstupným signálom, ale jeho presnou kópiou tvorenou systémami PLL a CVD. Korelačné integrály I a Q vám umožňujú odhadnúť stupeň „podobnosti“ (korelácie) referenčných a vstupných signálov. Úlohou korelátora, okrem vytvorenia integrálov I a Q, je vytvoriť referenčný signál v súlade s riadiacimi činnosťami (riadiacimi kódmi) pochádzajúcimi z procesora. Navyše v niektorých prijímačoch korelátor generuje potrebné merania referenčných signálov a prenáša ich do procesora na ďalšie spracovanie. Pretože referenčné signály v korelátore sú tvorené podľa riadiacich kódov pochádzajúcich z procesora, je možné vykonať potrebné merania referenčných signálov priamo v procesore, pričom sa riadiace kódy zodpovedajúcim spôsobom spracujú, čo sa robí v mnohých moderné prijímače.

Aké parametre signálu meria korelátor (procesor)?

Rozsah pre rádiotechnické merania je charakterizovaný dobou šírenia signálu z meraného objektu do meracieho bodu. V navigačných systémoch GPS / GLONASS je emisia signálov synchronizovaná s časovou stupnicou systému, presnejšie s časovou stupnicou satelitu, ktorý tento signál vysiela. Spotrebiteľ má zároveň informácie o rozdiele medzi časovým rozsahom satelitu a systému. Digitálne informácie prenášané zo satelitu umožňujú stanoviť moment emisie určitého fragmentu signálu (časovej pečiatky) satelitom v systémovom čase. Moment prijatia tohto fragmentu je určený časovou mierkou prijímača. Časová škála prijímača (spotrebiteľa) je tvorená pomocou kremenných frekvenčných štandardov, preto dochádza k konštantnému „posunu“ časovej stupnice prijímača vzhľadom na systémovú časovú škálu. Rozdiel medzi momentom príjmu fragmentu signálu, meraným na časovej stupnici prijímača, a momentom jeho emisie satelitom, meraným na stupnici satelitu, vynásobeným rýchlosťou svetla, sa nazýva pseudorange. Prečo pseudo-rozsah? Pretože sa líši od skutočného rozsahu o množstvo, ktoré sa rovná súčinu rýchlosti svetla a „driftu“ časovej stupnice prijímača vzhľadom na časovú škálu systému. Pri riešení problému s navigáciou je tento parameter určený spolu so súradnicami spotrebiteľa (prijímača).

Korelačné integrály vytvorené v korelátore umožňujú sledovať moduláciu satelitného signálu informačnými symbolmi a vypočítať časovú pečiatku vo vstupnom signáli. Časové značky nasledujú v intervaloch 6 s pre GPS a 2 s pre GLONASS a tvoria akúsi 6 (2) sekundovú stupnicu. V rámci jedného delenia tejto stupnice tvoria periódy rozsahového kódu stupnicu 1 ms. Jedna milisekunda je zase rozdelená na samostatné prvky (čipy, v terminológii GPS): pre GPS - 1023, pre GLONASS - 511. Prvky kódu diaľkomeru teda umožňujú určiť dosah k satelitu s chybou ~ 300 m) Na presnejšie stanovenie je potrebné poznať fázu generátora rozsahových kódov. Obvody na konštrukciu referenčných generátorov korelátora umožňujú určiť jeho fázu s presnosťou až 0,01 periódy, čo je presnosť určenia pseudorozsahu 3 m.

Na základe meraní parametrov referencie harmonické kmitanie, tvorený systémom PLL, určujú frekvenciu a fázu nosnej oscilácie satelitu. Jeho posun vzhľadom na nominálnu hodnotu poskytne dopplerovský frekvenčný posun, ktorý sa používa na odhad rýchlosti používateľa vzhľadom na satelit. Merania nosnej fázy je navyše možné použiť na spresnenie dosahu na satelit s chybou niekoľkých milimetrov.

Na určenie súradníc spotrebiteľa je potrebné poznať súradnice satelitov (najmenej 4) a vzdialenosť spotrebiteľa od každého z nich. viditeľný satelit... Aby spotrebiteľ určil súradnice satelitov, navigačné signály, ktoré vysielajú, sú modelované správami o parametroch ich pohybu. V zariadení spotrebiteľa sa tieto správy extrahujú a v požadovanom časovom okamihu sa určia súradnice satelitov.

Súradnice a zložky vektora rýchlosti sa veľmi rýchlo menia, preto správy o parametroch pohybu satelitov neobsahujú informácie nie o ich súradniciach a zložkách vektora rýchlosti, ale o parametroch určitého modelu, ktorý aproximuje trajektóriu sonda v dostatočne veľkom časovom intervale (asi 30 minút). Parametre aproximačného modelu sa menia pomerne pomaly a v intervale aproximácie ich možno považovať za konštantné.

Parametre aproximačného modelu sú zahrnuté v navigačných správach satelitov. Systém GPS používa Keplerov model pohybu s oscilačnými prvkami. V tomto prípade je trajektória letu vesmírnej lode rozdelená na aproximačné úseky s trvaním jednej hodiny. V strede každej sekcie je nastavený uzlový časový moment, ktorého hodnota je oznámená spotrebiteľovi navigačných informácií. Okrem toho je spotrebiteľ informovaný o parametroch modelu oscilačných prvkov v uzlovom bode v čase, ako aj o parametroch funkcií, ktoré v čase približujú zmeny parametrov modelu oscilačných prvkov, a to ako v predchádzajúci uzlový prvok a nasledujúci za ním.

V zariadení spotrebiteľa je časový interval pridelený medzi časovým momentom, v ktorom musí byť určená poloha satelitu, a uzlovým momentom. Potom sa pomocou aproximačných funkcií a ich parametrov extrahovaných z navigačnej správy vypočítajú hodnoty parametrov modelu oscilačných prvkov v požadovanom čase. V poslednej fáze sa pomocou obvyklých vzorcov Keplerovho modelu určia súradnice a zložky vektora rýchlosti satelitu.

Systém Glonass používa na určenie presnej polohy satelitu modely s diferenciálnym pohybom. V týchto modeloch sú súradnice a komponenty vektora rýchlosti satelitu určené numerickou integráciou diferenciálnych rovníc pohybu kozmických lodí, pričom sa zohľadňuje konečný počet síl pôsobiacich na kozmickú loď. Počiatočné podmienky integrácie sú stanovené v uzlovom časovom okamihu umiestnenom uprostred aproximačného intervalu.

Ako bolo uvedené vyššie, na určenie súradníc spotrebiteľa je potrebné poznať súradnice satelitov (najmenej 4) a vzdialenosť od spotrebiteľa ku každému viditeľnému satelitu, ktorá je v navigačnom prijímači určená s presnosťou približne na 1 m. Pre pohodlie zvážte najjednoduchší „plochý“ prípad znázornený na obr. osem.

Obrázok 8. Určenie súradníc spotrebiteľa

Každý satelit (obr. 8) môže byť reprezentovaný ako bodový žiarič. V tomto prípade bude predná časť elektromagnetickej vlny sférická. Priesečníkom týchto dvoch sfér bude ten, v ktorom sa nachádza spotrebiteľ.

Nadmorská výška obežných dráh satelitov je asi 20 000 km. Druhý bod priesečníka kruhov je preto možné kvôli a priori informácii zahodiť, pretože sa nachádza ďaleko v priestore.

Diferenciálny režim

Satelitné navigačné systémy umožňujú užívateľovi získať súradnice s presnosťou rádovo 10–15 m. Pri mnohých úlohách, najmä pri navigácii v mestách, je však potrebná väčšia presnosť. Jedna z hlavných metód na zvýšenie presnosti určovania polohy objektu je založená na použití princípu diferenciálnych navigačných meraní známych v rádionavigácii.

Diferenciálny režim DGPS (Differential GPS) vám umožňuje nastaviť súradnice s presnosťou 3 m v dynamickom navigačnom prostredí a až 1 m v nehybných podmienkach. Diferenciálny režim je implementovaný pomocou prijímača riadenia GPS nazývaného referenčná stanica. Nachádza sa v bode so známymi súradnicami, v rovnakej oblasti ako hlavný prijímač GPS. Porovnaním známych súradníc (získaných ako výsledok presného geodetického prieskumu) s nameranými referenčná stanica vypočíta opravy, ktoré sa vo vopred určenom formáte vysielajú spotrebiteľom rádiom.

Zariadenie spotrebiteľa prijíma diferenciálne opravy z referenčnej stanice a berie ich do úvahy pri určovaní polohy spotrebiteľa.

Výsledky získané pomocou diferenciálnej metódy veľmi závisia od vzdialenosti medzi objektom a referenčnou stanicou. Aplikácia tejto metódy je najúčinnejšia, ak prevládajú systematické chyby spôsobené vonkajšími (vo vzťahu k príjemcovi) dôvodmi. Podľa experimentálnych údajov sa odporúča umiestniť referenčnú stanicu maximálne 500 km od objektu.

V súčasnej dobe existuje mnoho rozdielov, regionálnych a miestnych diferenciálnych systémov.

Ako systémy s rozsiahlou oblasťou stojí za zmienku také systémy, ako sú americký WAAS, európsky EGNOS a japonský MSAS. Tieto systémy používajú geostacionárne satelity na prenos korekcií všetkým zákazníkom v ich oblasti pokrytia.

Regionálne systémy sú určené na navigačnú podporu jednotlivých úsekov zemského povrchu. Regionálne systémy sa spravidla používajú vo veľkých mestách, na dopravných trasách a splavných riekach, v prístavoch a na pobreží morí a oceánov. Priemer pracovnej zóny regionálneho systému je zvyčajne od 500 do 2 000 km. Môže zahŕňať jednu alebo viac referenčných staníc.

Miestne systémy majú maximálny dosah 50 až 220 km. Spravidla obsahujú jeden Základná stanica... Miestne systémy sú zvyčajne klasifikované podľa spôsobu použitia: námorné, letecké a geodetické lokálne diferenciálne stanice.

Vývoj satelitnej navigácie

Všeobecný smer modernizácie satelitných systémov GPS a Glonass je spojený so zvýšením presnosti definícií navigácie, zlepšením služby poskytovanej používateľom, zvýšením životnosti a spoľahlivosti palubného vybavenia satelitov, zlepšením kompatibility s inými rádiovými systémami a vývojom diferenciálne subsystémy. Všeobecný smer vývoja systémov GPS a Glonass sa zhoduje, ale dynamika a dosiahnuté výsledky sú veľmi odlišné.

Vylepšenie systému GLONASS sa plánuje vykonať na základe satelitov novej generácie GLONASS-M. Tento satelit bude mať zvýšenú životnosť a bude vysielať navigačný signál v pásme L2 pre civilné aplikácie.

Podobné rozhodnutie bolo prijaté v USA, kde 5. januára 1999 oznámilo pridelenie 400 miliónov dolárov na modernizáciu systému GPS spojeného s prenosom kódu C / A na frekvencii L2 (1222,7 MHz) a zavedenie tretieho nosiča L3 (1176, 45 MHz) do kozmických lodí, ktoré budú vypustené od roku 2005. Signál na frekvencii L2 je určený na použitie občianske potreby ktoré priamo nesúvisia s nebezpečenstvom pre ľudský život. Navrhuje sa začať vykonávať toto rozhodnutie v roku 2003. Bolo rozhodnuté využiť tretí civilný signál na frekvencii L3 pre potreby civilného letectva.

Literatúra

1. Rádiotechnické systémy. Ed. Kazarinova Yu.M. M.: Vyššia škola, 1990.
2. Yu.A. Soloviev Satelitné navigačné systémy. M.: Eco-Trends, 2000.
3. Globálny satelitný rádionavigačný systém GLONASS / Ed. V.N. Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. M.: IPRZhR, 1998.
4. Lipkin I.A. Satelitné navigačné systémy. M.: Vuzovskaya kniga, 2001.
5. Globálny navigačný satelitný systém GLONASS. Ovládací dokument rozhrania. M.: KNITs VKS, 1995.
6. Ovládací dokument rozhrania: Užívateľské rozhrania navigačného segmentu / navigácie GPS NAVSTAR GPS (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

Myšlienka lokalizácie predmetov pomocou umelých satelitov Zeme prišla Američanom na um v päťdesiatych rokoch minulého storočia. Vedcov však zatlačila sovietska družica.

Americký fyzik Richard Kershner si uvedomil, že ak poznáte súradnice na zemi, môžete zistiť rýchlosť sovietskej vesmírnej lode. To bol začiatok nasadenia programu, ktorý sa neskôr stal známym ako GPS - globálny systém určovania polohy. V roku 1974 bola na obežnú dráhu vypustená prvá americká družica. Tento projekt bol pôvodne určený pre vojenské oddelenia.

Ako funguje geolokácia

Uvažujme o vlastnostiach geolokácie na príklade konvenčného sledovača. Až do aktivácie je zariadenie v pohotovostnom režime, modul GPS GLONASS je vypnutý. Táto možnosť je k dispozícii na šetrenie batérie a predĺženie životnosti batérie zariadenia.

Počas aktivácie sa spustia tri procesy naraz:

• prijímač GPS začne analyzovať súradnice pomocou vstavaného programu. Ak v tejto chvíli nájdete tri satelity, systém sa považuje za nedostupný. To isté sa deje s GLONASS;
• ak tracker (napríklad navigátor) podporuje moduly dvoch systémov, zariadenie analyzuje informácie prijaté z oboch satelitov. Potom prečíta informácie, ktoré považuje za spoľahlivé;
• ak v správnom okamihu nie sú k dispozícii signály oboch systémov, zapne sa GSM. Údaje získané týmto spôsobom však budú nepresné.

Preto si položte otázku: čo si vybrať - GPS alebo GLONASS, zvoľte zariadenie s podporou dvoch satelitných systémov. Nedostatky práce jedného z nich prekryje druhý. Prijímač má teda k dispozícii signály z 18-20 satelitov. To zaisťuje dobrú úroveň a stabilitu signálu a minimalizuje chyby.

Náklady na službu monitorovania GPS a GLONASS

Konečné náklady na zariadenie ovplyvňuje niekoľko faktorov:

• krajina výrobcu;
• aké navigačné systémy sa používajú;
• kvalitné materiály a ďalšie funkcie;
• údržba softvéru.

Väčšina možnosť rozpočtu- zariadenie čínskej výroby. Cena začína od 1 000 rubľov. Nemali by sme však očakávať kvalitnú službu. Za tieto peniaze majiteľ dostane obmedzenú funkčnosť a krátku životnosť.

Ďalším segmentom zariadení sú európski výrobcovia. Suma začína od 5 000 rubľov, ale na oplátku kupujúci dostane stabilný softvér a pokročilé funkcie.

Ruskí výrobcovia ponúkajú pomerne cenovo dostupné zariadenie za rozumnú cenu. Ceny pre domácich sledovačov začínajú od 2 500 rubľov.

Samostatná výdavková položka - poplatok za predplatné a platba doplnkové služby... Mesačný poplatok pre domáce spoločnosti je 400 rubľov. Európski výrobcovia otvárajú ďalšie možnosti dodatočnej „mince“.

Budete tiež musieť zaplatiť za inštaláciu zariadenia. Inštalácia v priemere v servisné stredisko bude stáť 1 500 rubľov.

Výhody a nevýhody GLONASS a GPS

Teraz sa pozrime na výhody a nevýhody každého systému.

Satelity GPS sa na južnej pologuli takmer nevyskytujú, zatiaľ čo GLONASS vysiela signály do Moskvy, Švédska a Nórska. Čistota signálu je pre americký systém s 27 aktívnymi satelitmi lepšia. Rozdiel v chybe „hrá do karát“ americkým satelitom. Na porovnanie: nepresnosť GLONASS je 2,8 m, pre GPS 1,8 m. Toto je však priemerný údaj. Čistota výpočtov závisí od polohy satelitov na obežnej dráhe. V niektorých prípadoch sú stroje zoradené tak, že sa zvyšuje stupeň nesprávneho výpočtu. Táto situácia nastáva u oboch systémov.

Zhrnutie

Čo teda vyhrá porovnanie GPS vs GLONASS? Presne povedané, civilným používateľom je jedno, aké satelity ich navigačná technológia používa. Oba systémy sú bezplatný a open source. Vzájomná integrácia systémov bude rozumným rozhodnutím vývojárov. V takom prípade bude požadovaný počet zariadení v „zornom poli“ sledovača aj za nepriaznivých poveternostných podmienok a rušenia vo forme výškových budov.

GPS a GLONASS. Podobné videá