Що краще: глонасс, gps чи galileo? Глонасс або gps – плюси та мінуси А глонасс

Супутниковою навігацією користуються водії, велосипедисти, туристи – навіть любителі ранкових пробіжок відстежують свій маршрут за допомогою супутників. Замість того, щоб розпитувати перехожих, як знайти потрібний будинок, більшість вважають за краще дістати смартфон і поставити це питання ГЛОНАСС або GPS. Незважаючи на те, що модулі супутникової навігації встановлені в кожному смартфоні та в більшості спортивних годинників, тільки одна людина з десяти розуміє, як працює ця система і як у морі девайсів з функціями GPS/ГЛОНАСС знайти відповідний.

Як влаштовано супутникову навігаційну систему

Абревіатура GPS розшифровується як Global Positioning System: "система глобального позиціонування", якщо перекладати дослівно. Ідея використати супутники на навколоземній орбіті для визначення координат наземних об'єктів з'явилася у 1950-х, відразу після того, як Радянський Союз запустив перший штучний супутник. Американські вчені відстежували супутниковий сигнал і виявили, що його частота змінюється, коли супутник наближається чи віддаляється. Тому, знаючи свої точні координати Землі, можна визначити і точне розташування супутника. Це спостереження і дало поштовх розробки глобальної системи розрахунку координат.

Спочатку відкриттям зацікавився флот – розробку започаткувала військово-морська лабораторія, але згодом було вирішено створити єдину систему для всіх збройних сил. Перший супутник GPS вивели на орбіту 1978 року. Наразі сигнали передають близько тридцяти супутників. Коли навігаційна система запрацювала, військові відомства США зробили подарунок усім жителям планети – відкрили вільний доступ до супутників, тому кожен може користуватися Global Positioning System безкоштовно, був би приймач.

Слідом за американцями Роскосмос створив свою систему: перший супутник ГЛОНАСС вийшов на орбіту 1982 року. ГЛОНАСС – Глобальна навігаційна супутникова система, що працює за тим же принципом, що й американська. Зараз на орбіті знаходяться 24 російські супутники, які забезпечують координування.

Щоб скористатися однією із систем, а краще двома одночасно, потрібен приймач, який отримуватиме сигнали від супутників, а також комп'ютер для розшифровки цих сигналів: розташування об'єкта обчислюється, виходячи з інтервалів між отриманими сигналами. Точність обчислень – плюс-мінус 5 м-коду.

Чим більше супутників бачить пристрій, тим більше інформації може надати. Для визначення координат навігатору достатньо побачити всього два супутники, але якщо він запеленгує хоча б чотири супутники, девайс зможе повідомити, наприклад, швидкість пересування об'єкта. Тому сучасні навігаційні пристрої зчитують дедалі більше параметрів:

Географічні координати об'єкта.
Швидкість його пересування.
Висоту над рівнем моря.

Які можуть виникнути похибки в роботі GPS/ГЛОНАСС

Супутникова навігація хороша тим, що доступна цілодобово з будь-якої точки планети. Де б ви не знаходилися, якщо у вас є приймач – ви зможете визначити координати та побудувати маршрут. Однак на практиці сигнал супутників можуть глушити фізичні перешкоди або погодні катаклізми: якщо ви проїжджаєте підземний тунель, а зверху ще й бушує шторм, сигнал може не «добити» до приймача.

Цю проблему вирішили за рахунок технології A-GPS: вона припускає, що приймач звертається через альтернативні канали зв'язку до сервера. Той, своєю чергою, використовує дані, отримані від супутників. Завдяки цьому можна користуватися навігаційною системою у приміщеннях, тунелях, у негоду. Технологія A-GPS розрахована на смартфони та інші персональні пристрої, тому вибираючи навігатор або смартфон, уточнюйте, чи підтримує він цей стандарт. Так ви можете бути впевненими, що пристрій не підведе у відповідальний момент.

Власники смартфонів іноді скаржаться, що навігатор працює не точно або періодично відключається, не визначає координати. Як правило, це пов'язано з тим, що у більшості смартфонів функцію GPS/ГЛОНАСС за замовчуванням вимкнено. Для розрахунків координат пристрій використовує стільникові вежі або бездротовий Інтернет. Проблема вирішується налаштуванням смартфона, активацією потрібного способу визначення координат. Також може знадобитися калібрування компаса або скидання налаштувань навігатора.

Види навігаторів

Автомобільні. Навігаційна система, зав'язана на супутниках ГЛОНАСС або їх американських аналогах, може бути частиною бортового комп'ютераавто, але частіше купують окремі пристрої. Вони не тільки визначають координати машини і дозволяють без проблем дістатися з пункту А до пункту Б, але також захищають від угону. Навіть якщо зловмисники викрадуть машину, її можна буде відстежити по маячку. Плюс спеціальних пристроїв для авто ще й у тому, що вони передбачають встановлення антени – за рахунок антени можна посилити ГЛОНАСС-сигнал.
туристичні. Якщо автомобільний навігатор можна встановити спеціальний набір карт, то до туристичних пристроїв пред'являються суворіші вимоги: сучасні моделі допускають використання розширеного набору карт. Однак найпростіший туристичний девайс – це лише приймач сигналу із найпростішим комп'ютером. Він може навіть не відзначати координати на карті, і тоді буде потрібна паперова карта з навігаційною сіткою. Втім, зараз такі пристрої купують лише з міркувань економії.
Смартфони, планшети з GPS/ГЛОНАСС-приймачем. Смартфони також дають змогу завантажити розширений набір карт. Їх можна використовувати, як автомобільні та туристичні навігатори, головне – встановити програму та завантажити необхідні карти. Багато корисних навігаційних програм - безкоштовні, але за деякі потрібно заплатити невелику суму.

Навігаційні програми для смартфонів

Одна з самих простих програм, розрахованих на тих, хто не хоче вникати у функціонал: MapsWithMe. Вона дозволяє завантажити з мережі карту потрібного регіону, щоб потім користуватися нею, навіть якщо з'єднання з Інтернетом не буде. Програма покаже місцезнаходження на карті, знайде зазначені на цій карті об'єкти – їх можна зберігати в закладки та користуватися потім швидким пошуком. У цьому функціонал вичерпується. Програма використовує лише векторні карти – інші формати не можна завантажити.

Власники пристроїв на Android можуть скористатися програмою OsmAnd. Вона підходить водіям та пішохідним туристам, оскільки дозволяє автоматично прокласти маршрут автошляхами або гірськими стежками. ГЛОНАСС-навігатор вестиме вас за маршрутом голосовими командами. Крім векторних карт, можна використовувати растрові, а також відзначати дорожні точки та записувати треки.

Найближча альтернатива OsmAnd – додаток Locus Map. Воно підійде для пішохідних туристів, оскільки нагадує класичний навігаційний пристрій для туристів, які були в ході появи смартфонів. Використовує і векторні та растрові карти.

Туристичні пристрої

Смартфони та планшети можуть замінити спеціальний GPS/ГЛОНАСС-пристрій для туризму, але таке рішення має свої недоліки. З одного боку, якщо є смартфон, не потрібно купувати жодних додаткових аксесуарів. На великому яскравому екрані легко працювати з картою, вибір програм широко – ми вказали лише кілька програм, охопити всі пропозиції неможливо. Але смартфон має і недоліки:

Швидко розряджається. У середньому пристрій працює добу, а в режимі постійного пошуку координат – і менше.
Вимагає дбайливого поводження. Звичайно, існують захищені смартфони, але, крім того, що вони дорогі, надійність такого смартфону все одно не зрівняється зі спеціальним туристичним ГЛОНАСС-пристроєм. Воно може бути повністю водонепроникним.

Для багатоденних походів дикою місцевістю розроблені спеціалізовані пристрої, у вологозахищених корпусах і з потужними акумуляторами. Однак при виборі такого приладу важливо уточнювати, щоб він підтримував векторні та растрові карти. Растрова карта - це зображення, прив'язане до координат. Ви можете взяти паперову карту, відсканувати її, зв'язати з координатами ГЛОНАСС – і вийде растрова карта. Векторні карти – не картинка, а набір об'єктів, які програма розміщує на зображенні. Система дозволяє запустити пошук по об'єктах, але самостійно створити таку схему складно.

Системи супутникової навігації ГЛОНАСС та GPS. Частина 1

Є. Поваляєв, С. Хуторний

Системи супутникової навігації ГЛОНАСС та GPS. Частина 1

Пропонуємо до Вашої уваги цикл статей, присвячених супутниковим радіонавігаційним системам Глонасс (глобальна навігаційна супутникова система) та GPS (Global Positioning System). У першій статті циклу розглянуті питання побудови та функціонування систем, структура та функції апаратури споживача (приймачів), алгоритми вирішення навігаційної задачі та перспективи розвитку систем.

З давніх-давен мандрівники задавалися питанням: як визначити своє місце на Землі? Давні мореплавці орієнтувалися за зірками, що вказують напрямок руху: знаючи середню швидкість і час у дорозі, можна було зорієнтуватися в просторі і визначити відстань до кінцевого пункту призначення. Однак погодні умови не завжди були на руку дослідникам, тому збитися з курсу не мало особливих труднощів. З появою компасу завдання суттєво спростилося. Мандрівник уже меншою мірою залежав від погоди.

Ера радіо відкрила нові можливості перед людиною. З появою станцій радіолокації, коли стало можливим вимірювати параметри руху і відносне розташування об'єкта по відбитому від його поверхні променю радіолокатора, постало питання про можливість вимірювання параметрів руху об'єкта по сигналу, що випромінюється. У 1957 року у СРСР група вчених під керівництвом В.А. Котельникова експериментально підтвердила можливість визначення параметрів руху штучного супутника Землі (ІСЗ) за результатами вимірювань доплерівського зсуву частоти сигналу, що випромінюється цим супутником. Але, що найголовніше, була встановлена можливість вирішення зворотного завдання - знаходження координат приймача по виміряному доплерівському зсуву сигналу, що випромінюється з ШСЗ, якщо параметри руху та координати цього супутника відомі. При русі орбітою супутник випромінює сигнал певної частоти, номінал якої відомий на приймальній стороні (споживач). Положення ШСЗ у кожний момент часу відомо, точніше, його можна обчислити на підставі інформації, закладеної у сигналі супутника. Користувач, вимірюючи частоту сигналу, що прийшов до нього, порівнює її з еталонною і таким чином обчислює доплерівський зсув частоти, обумовлений рухом супутника. Вимірювання проводяться безперервно, що дозволяє скласти своєрідну функцію зміни частоти Доплера. У певний момент часу частота дорівнює нулю, а потім змінює знак. У час рівності нулю частоти Доплера споживач перебуває в лінії, що є нормаллю до вектора руху супутника. Використовуючи залежність крутості кривої доплерівської частоти від відстані між споживачем та ШСЗ та вимірявши момент часу, коли частота Доплера дорівнює нулю, можна обчислити координати споживача.

Таким чином, штучний супутник Землі стає радіонавігаційною опорною станцією, координати якої змінюються в часі внаслідок руху супутника орбітою, але заздалегідь можуть бути обчислені для будь-якого моменту часу завдяки ефемеридної інформації, закладеної в навігаційному сигналі супутника.

У 1958–1959 pp. у Ленінградській військово-повітряній інженерній академії (ЛВВІА) ім. А.Ф. Можайського, Інституті теоретичної астрономії АН СРСР, Інституті електромеханіки АН СРСР, двох морських НДІ та Горьківському НДРФД проводилися дослідження на тему "Супутник", які згодом стали основою для побудови першої вітчизняної низькоорбітальної навігаційної супутникової системи "Цікада". І 1963 року розпочалися роботи з побудови цієї системи. 1967 року на орбіту було виведено першого вітчизняного навігаційного супутника "Космос-192". Характерною рисою радіонавігаційних супутникових систем першого покоління є застосування низькоорбітальних ШСЗ та використання для вимірювання навігаційних параметрів об'єкта одного сигналу, видимого в даний моментсупутника. Надалі супутники системи "Цікада" були обладнані приймальною апаратурою виявлення об'єктів, що зазнають лиха.

Паралельно з цим після успішного запуску СРСР першого штучного супутника землі в США в Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса проводяться роботи, пов'язані з можливістю вимірювання параметрів сигналу, що випромінюється супутником. За вимірами обчислюються параметри руху супутника щодо наземного пункту спостереження. Рішення зворотного завдання – справа часу.

На основі цих досліджень у 1964 році у США створюється доплерівська супутникова радіонавігаційна система першого покоління "Transit". Основне її призначення – навігаційне забезпечення пуску з підводних човнів балістичних ракет Поларіс. Батьком системи вважається директор Лабораторії прикладної фізики Р. Кершнер. Для комерційного використання система стає доступною в 1967 р. Так само, як і в системі "Цікада", в системі "Transit" координати джерела обчислюються за доплерівським зрушенням частоти сигналу одного з 7 видимих супутників. ШСЗ систем мають кругові полярні орбіти з висотою над поверхнею Землі ~ 1100 км, період обігу супутників "Transit" дорівнює 107 хвилин. Точність обчислення координат джерела у системах першого покоління великою мірою залежить від похибки визначення швидкості джерела. Так, якщо швидкість об'єкта визначена з похибкою 0,5 м, це у свою чергу призведе до помилки визначення координат ~ 500 м. Для нерухомого об'єкта ця величина зменшується до 50 м.

Крім того, у цих системах неможливий безперервний режим роботи. Зважаючи на те, що системи низькоорбітні, час, протягом якого супутник знаходиться в полі видимості споживача, не перевищує однієї години. Крім того, час між проходженням різних супутників зони видимості споживача залежить від географічної широти, де він знаходиться, і може скласти величину від 35 до 90 хвилин. Зменшення цього інтервалу шляхом нарощування числа супутників неможливе, тому що всі супутники випромінюють сигнали на одній і тій самій частоті.

Отже, супутникові навігаційні системи другого покоління мають низку істотних недоліків. Насамперед - недостатня точність визначення координат динамічних об'єктів. До недоліку можна віднести відсутність безперервності у вимірах.

Однією з основних проблем, що виникають при створенні супутникових систем, що забезпечують навігаційні визначення кількох супутників, є взаємна синхронізація сигналів (шкал часу) супутників з необхідною точністю. Неузгодженість опорних генераторів супутників на 10 нс призводить до помилки у визначенні координат споживача 10-15 м . Другою проблемою, з якою зіткнулися розробники під час створення високоорбітальних супутникових навігаційних систем, стало високоточне визначення та прогнозування параметрів орбіт ШСЗ. Апаратура приймача, вимірюючи затримки сигналів від різних супутників, обчислює координати споживача.

Для цих цілей у 1967 році ВМС США було розроблено програму, за якою було здійснено запуск супутника TIMATION-I, а у 1969 році – супутника TIMATION-II. На борту цих супутників використовувалися кварцові генератори. У той же час ВПС США паралельно вели свою програму з використання широкосмугових сигналів, модульованих псевдошумовим кодом (PRN). Кореляційні властивості такого коду дозволяють використовувати одну частоту сигналу всім супутників, з кодовим поділом сигналів від різних супутників. Пізніше, в 1973 році, дві програми були об'єднані в одну спільну під назвою "Navstar-GPS". До 1996 року розгортання системи було завершено. На даний момент доступно 28 активних супутників.

У СРСР льотні випробування високоорбітальної супутникової навігаційної системи Глонасс почалися 1982 року запуском супутника "Космос-1413". Основним розробником і творцем за системою загалом і за космічним сегментом є НУО прикладної механіки (м. Красноярськ), а, по навігаційним космічним апаратам - ПО "Політ" (м. Омськ). Головним розробником радіотехнічних комплексів є РНДІКП; відповідальним за створення тимчасового комплексу, системи синхронізації та навігаційної апаратури споживачів визначено Російський інститут радіонавігації та часу.

Мережева радіонавігаційна супутникова система (СРНСС) Глонасс

Система Глонасс варта глобальної оперативної навігації приземних рухомих об'єктів. СРНСС розроблено на замовлення Міністерства Оборони. За своєю структурою Глонасс так само, як і GPS, вважається системою подвійної дії, тобто може використовуватися як у військових, так і цивільних цілях.

Система в цілому включає три функціональні частини (у професійній літературі ці частини називаються сегментами) (рис. 1).

Малюнок 1. Сегменти високоорбітальних навігаційних систем Глонасс та GPS

космічний сегмент, до якого входить орбітальне угруповання штучних супутників Землі (іншими словами, навігаційних космічних апаратів);
сегмент управління, наземний комплекс управління (ПКУ) орбітальним угрупуванням космічних апаратів;
апаратура користувачів системи

З цих трьох частин остання, апаратура користувачів, найчисельніша. Система Глонасс є беззапитової, тому кількість споживачів системи не має значення. Крім основної функції - навігаційних визначень, - система дозволяє проводити високоточну взаємну синхронізацію стандартів частоти та часу на віддалених наземних об'єктах та взаємну геодезичну прив'язку. Крім того, з її допомогою можна проводити визначення орієнтації об'єкта на основі вимірів, які виробляються від чотирьох приймачів сигналів навігаційних супутників.

У системі Глонасс як радіонавігаційна опорна станція використовуються навігаційні космічні апарати (НКА), що обертаються по круговій геостаціонарній орбіті на висоті ~ 19100 км (рис. 2). Період звернення супутника навколо Землі дорівнює в середньому 11 годин 45 хвилин. Час експлуатації супутника – 5 років, за цей час параметри його орбіти не повинні відрізнятись від номінальних значень більше ніж на 5%. Сам супутник є герметичний контейнер діаметром 1,35 м і довжиною 7,84 м, всередині якого розміщується різного роду апаратура. Живлення всіх систем проводиться від сонячних батарей. Загальна маса супутника – 1415 кг. До складу бортової апаратури входять: бортовий навігаційний передавач, хронізатор (годинник), бортовий керуючий комплекс, система орієнтації та стабілізації тощо.

Малюнок 2. Космічний сегмент систем ГЛОНАСС та GPS

Малюнок 3. Сегмент наземного комплексу управління Глонасс

Рисунок 4. Сегмент наземного комплексу управління GPS

Сегмент наземного комплексу управління системи ГЛОНАСС виконує такі функції:

ефемеридне та частотно-тимчасове забезпечення;
моніторинг радіонавігаційного поля;
радіотелеметричний моніторинг НКА;
командне та програмне радіоуправління НКА.

Для синхронізації шкал часу різних супутників з необхідною точністю на борту НКА використовують цезієві стандарти частоти з відносною нестабільністю порядку 10-13. На наземному комплексі управління використовується водневий стандарт із відносною нестабільністю 10-14. Крім того, до складу ПКУ входять засоби корекції шкал часу супутників щодо еталонної шкали з похибкою 3–5 нс.

Наземний сегмент забезпечує ефемеридне забезпечення супутників. Це означає, що на землі визначаються параметри руху супутників і прогнозуються значення цих параметрів на певний проміжок часу. Параметри та їх прогноз закладаються в навігаційне повідомлення, яке передається супутником поряд із передачею навігаційного сигналу. Сюди ж входять частотно-часові виправлення бортової шкали часу супутника щодо системного часу. Вимірювання та прогноз параметрів руху НКА проводяться у Балістичному центрі системи за результатами траєкторних вимірювань дальності до супутника та його радіальної швидкості.

Мережева радіонавігаційна супутникова система GPS

Американська система GPS за своїми функціональним можливостяманалогічна вітчизняній системі Глонасс. Її основне призначення - високоточне визначення координат споживача, що становлять вектор швидкості, і прив'язка до системної шкали часу. Аналогічно вітчизняною, система GPS розроблена для Міністерства Оборони США та перебуває під його керуванням. Згідно з інтерфейсним контрольним документом, основними розробниками системи є:

по космічному сегменту – Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
по сегменту управління – IBM, Federal System Company;
по сегменту споживачів – Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.

Як і система Глонасс, GPS складається з космічного сегмента, наземного командно-вимірювального комплексу та сегмента споживачів.

Як було зазначено вище, орбітальне угруповання GPS складається з 28 навігаційних космічних апаратів. Всі вони знаходяться на кругових орбітах з періодом обігу навколо Землі, що дорівнює 12 годин. Висота орбіти кожного супутника дорівнює ~20000 км. НКА системи GPS проходили низку удосконалень, які позначалися на їх характеристиках загалом. У табл. 1 наведено короткі характеристики космічних апаратів, що використовуються у системі.

Таблиця 1. Характеристики космічних апаратів, які у системі GPS

Тип НКА	Маса на орбіті	Потужність енергоджерел, Вт	Розрахунковий термін активного існування	Рік запуску першого НКА
Блок-I	525	440	-	1978
Блок-II	844	710	5	1989
Блок-IIR	1094	1250	7,5	1997
Блок-IIF	-	-	14–15	2001–2002

Таблиця 2. Порівняльні характеристики систем ГЛОНАСС та GPS

Показник	ГЛОНАСС	GPS
Число КА у повному орбітальному угрупованні	24	24
Число орбітальних площин	3	6
Число КА у кожній площині	8	4
Нахилення орбіти	64,8º	55º
Висота орбіти, км	19 130	20 180
Період звернення супутника	11 год. 15 хв. 44 с	11 год. 58 хв. 00 с
Система координат	ПЗ-90	WGS-84
Маса навігаційного КА, кг	1450	1055
Потужність сонячних батарей, Вт	1250	450
Термін активного існування, років	3	7,5
Засоби виведення КА на орбіту	"Протон-К/ДМ"	Delta 2
Число КА, що виводиться за один запуск	3	1
Космодром	Байконур (Казахстан)	Мис Канаверел (Cape Canaveral)
Еталонний час	UTC (SU)	UTC (NO)
Метод доступу	FDMA	CDMA
Несуча частота: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Поляризація	Правостороння	Правостороння
Тип псевдошумової послідовності	m-послідовність	код Голда
Число елементів коду: C/A P	511 51 1000	1023 2,35x1014
Швидкість кодування, Мбіт/с: C/A P	0,511 5,11	1,023 10,23
Рівень внутрішньосистемних радіоперешкод, дБ	-48	-21,6
Структура навігаційного повідомлення
Швидкість передачі, біт/с	50	50
Вид модуляції	BPSK (Манчестер)	BPSK NRZ
Довжина суперкадра, хв.	2,5 (5 кадрів)	12,5 (25 кадрів)
Довжина кадру, з	30 (15 рядків)	30 (5 рядків)
Довжина рядка, з	2	6

При проектуванні системи загалом та НКА зокрема, велика увага приділяється питанням автономного функціонування. Так, космічні апарати першого покоління (Блок-I) забезпечували нормальну роботу системи (мається на увазі без істотних помилок визначення координат) без втручання сегмента управління протягом 3-4 днів. У апаратах Блок-II цей термін було збільшено до 14 днів. У новій модифікації НКА Блок-IIR дозволяє автономно працювати протягом 180 днів без коригування параметрів орбіти із землі, користуючись лише автономним комплексом взаємної синхронізації супутників. Апарати Блок-IIF передбачається використовувати замість відпрацьованих Блок-IIR.

Структура навігаційних радіосигналів системи Глонасс

У системі Глонасс використовується частотний поділ сигналів (FDMA), що випромінюються кожним супутником - двох фазоманіпульованих сигналів. Частота першого сигналу лежить у діапазоні L1 ~ 1600 МГц, а частота другого - в діапазоні L2 ~ 1250 МГц. Номінальні значення робочих частот радіосигналів, що передаються в діапазонах L1 та L2, визначаються виразом:

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

де k = 0,1, ..., 24 - номери літерів (каналів) робочих частот супутників;

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

Для кожного супутника робочі частоти сигналів у діапазоні L1 та L2 когерентні та формуються від одного еталона частоти. Відношення робочих частот несучого кожного супутника:

Dfk1/Dfk2=7/9.

Номінальне значення частоти бортового генератора, з погляду спостерігача, що є на Землі, дорівнює 5,0 MГц.

У діапазоні L1 кожен супутник системи Глонасс випромінює 2 несучі на одній і тій же частоті, зрушені один щодо одного по фазі на 90 º (рис. 5).

Рисунок 5. Векторна діаграма несучих сигналів систем ГЛОНАСС та GPS

Одна з несучих піддається фазової маніпуляції на 180 º. Модулюючий сигнал отримують додаванням по модулю 2 трьох двійкових сигналів (рис. 6):

грубого далекомірного коду, що передається зі швидкістю 511 Кбіт/с (рис. 6в);
послідовності навігаційних даних, що передаються зі швидкістю 50 біт/с (рис. 6а);
меандрового коливання, що передається зі швидкістю 100 біт/с (рис. 6б).

Малюнок 6. Структура сигналу ГЛОНАСС

Сигнал в діапазоні L1 (аналогічний C/A-коду GPS) доступний для всіх споживачів в зоні видимості КА. Сигнал у діапазоні L2 призначений для військових потреб і його структура не розкривається.

Склад та структура навігаційних повідомлень супутників системи Глонасс

Навігаційне повідомлення формується як безперервно наступних рядків, кожна тривалістю 2 з. У першій частині рядка (інтервал 1,7 с) передаються навігаційні дані, а у другій (0,3 с) – Мітка Часу. Вона є укороченою псевдовипадковою послідовністю, що складається з 30 символів з тактовою частотою 100 біт/с.

Навігаційні повідомлення супутників системи Глонасс необхідні споживачам для навігаційних визначень та планування сеансів зв'язку із супутниками. За своїм змістом навігаційні повідомлення поділяються на оперативну та неоперативну інформацію.

Оперативна інформація відноситься до супутника, із сигналу якого вона була отримана. До оперативної інформації відносять:

оцифрування міток часу;
відносна відмінність несучої частоти супутника від номінального значення;
ефемеридна інформація.

Час прив'язки ефемеридної інформації та частотно-часові поправки, що мають півгодинну кратність від початку доби, дозволяють точно визначати географічні координати та швидкість руху супутника.

Неоперативна інформація містить альманах, що включає:

дані про стан усіх супутників системи;
зсув шкали часу супутника щодо шкали системи;
параметри орбіт всіх супутників системи;
виправлення до шкали часу системи Глонасс.

Вибір оптимального "сузір'я" КА та прогнозу доплерівського зсуву несучої частоти забезпечується за рахунок аналізу альманаху системи.

Навігаційні повідомлення супутників системи Глонасс структуровані як суперкадрів тривалістю 2,5 хв. Суперкадр складається із п'яти кадрів тривалістю 30 с. Кожен кадр містить 15 рядків тривалістю 2 с. З 2 із тривалості рядка останні 0,3 с займає мітка часу. Решта рядка містить 85 символів цифрової інформації, що передаються із частотою 50 Гц.

У складі кожного кадру передається повний обсяг оперативної інформації та частина альманаху системи. Повний альманах міститься у всьому суперкадрі. При цьому інформація суперкадра, що міститься в рядках 1–4, відноситься до супутника, з якого вона надходить (оперативна частина), і не змінюється в межах суперкадра.

Структура навігаційних радіосигналів системи GPS

У системі GPS використовується кодовий поділ сигналів (СDMA), тому всі супутники випромінюють сигнали з однаковою частотою. Кожен супутник системи GPS випромінює два фазоманіпульовані сигнали. Частота першого сигналу становить L1 = 1575,42 МГц, а другого – L2 = 1227,6 МГц. Сигнал несучої частоти L1 модулюється двома двійковими послідовностями, кожна з яких утворена шляхом підсумовування по модулю 2 далекомірного коду і системних і навігаційних даних, що передаються, формуються зі швидкістю 50 біт/с. На частоті L1 передаються два квадратурні компоненти, біфазно маніпульовані двійковими послідовностями. Перша послідовність є сумою за модулем 2 точного далекомірного коду Р або засекреченого коду Y та навігаційних даних. Друга послідовність також є сумою за модулем 2 грубого З/A (відкритого) коду і тієї ж послідовності навігаційних даних.

Радіосигнал на частоті L2 біфазно маніпульований лише однією з двох раніше розглянутих послідовностей. Вибір модулюючої послідовності здійснюється за командою із Землі.

Кожен супутник використовує властиві лише йому далекомірні коди С/A і Р(Y), що дозволяє розділяти супутникові сигнали. У процесі формування точного далекомірного Р(Y) коду одночасно формуються мітки часу супутникового сигналу.

Склад та структура навігаційних повідомлень супутників системи GPS

Структурний поділ навігаційної інформації супутників системи GPS здійснюється на суперкадри, кадри, підкадри та слова. Суперкадр утворюється з 25 кадрів та займає 750 с (12,5 хв). Один кадр передається протягом 30 с та має розмір 1500 біт. Кадр поділено на 5 підкадрів по 300 біт і передається протягом інтервалу 6 с. Початок кожного подкадра позначає мітку часу, що відповідає початку/закінченню чергового 6-с інтервалу системного часу GPS. Подкадр складається із 10 30-біт слів. У кожному слові 6 молодших розрядів є перевірними бітами.

У 1-, 2- та 3-му подкадрах передаються дані про параметри корекції годинника і дані ефемерид КА, з яким встановлений зв'язок. Зміст і структура цих подкадров залишаються незмінними усім сторінках суперкадра. У 4- та 5-му подкадрах міститься інформація про конфігурацію та стан всіх КА системи, альманахи КА, спеціальні повідомлення, параметри, що описують зв'язок часу GPS з UTC, та інше.

Алгоритми прийому та вимірювання параметрів супутникових радіонавігаційних сигналів

До сегменту споживачів систем GPS та ГЛОНАСС відносяться приймачі сигналів супутників. За вимірами параметрів цих сигналів вирішується навігаційне завдання. Приймач можна поділити на три функціональні частини:

радіочастотну частину;
цифровий ~ корелятор;
процесор.

З виходу антенно-фідерного пристрою (антени) сигнал надходить радіочастотну частину (рис. 7). Основне завдання цієї частини полягає у посиленні вхідного сигналу, фільтрації, перетворенні частоти та аналого-цифровому перетворенні. Крім цього, з радіочастотної частини приймача надходить тактова частотадля цифрової частини приймача З виходу радіочастотної частини цифрові відліки вхідного сигналу надходять вхід цифрового корелятора.

Малюнок 7. Узагальнена структура приймача

У кореляторі спектр сигналу переноситься на "нульову" частоту. Це здійснюється шляхом перемноження вхідного сигналу корелятора з опорним гармонійним коливанням у синфазному та квадратурному каналах. Далі результат перемноження проходить кореляційну обробку шляхом перемноження з опорним далекомірним кодом та накопиченням на періоді далекомірного коду. У результаті отримуємо кореляційні інтеграли I і Q. Відліки кореляційних інтегралів надходять у процесор для подальшої обробки та замикання петель ФАП (фазове автопідстроювання) та ССЗ (схема стеження за затримкою). Вимірювання параметрів сигналу в приймачі проводяться безпосередньо по вхідному сигналу, а, по його точної копії, формованої системами ФАП і ССЗ. Кореляційні інтеграли I і Q дозволяють оцінити ступінь "схожості" (корелюваності) опорного та вхідного сигналів. Завдання корелятора, крім формування інтегралів I і Q - формувати опорний сигнал, згідно з керуючими впливами (кодами управління), що надходять з процесора. Крім того, в деяких приймачах корелятор формує необхідні вимірювання опорних сигналів та передає їх у процесор для подальшої обробки. У той самий час, оскільки опорні сигнали в кореляторі формуються по керуючим кодам, що надходять з процесора, необхідні вимірювання опорних сигналів можна проводити безпосередньо в процесорі, обробляючи відповідним чином керуючі коди, що і робиться в багатьох сучасних приймачах.

Які параметри сигналу вимірює корелятор (процесор)?

Дальність при радіотехнічних вимірах характеризується часом поширення сигналу від об'єкта виміру до вимірювального пункту. У навігаційних системах GPS/ГЛОНАСС випромінювання сигналів синхронізовано зі шкалою часу системи, точніше, зі шкалою часу супутника, що випромінює цей сигнал. У той же час, споживач має інформацію про розбіжність шкали часу супутника та системи. Цифрова інформація, що передається із супутника, дозволяє встановити момент випромінювання деякого фрагмента сигналу (мітки часу) супутником у системному часі. Момент прийому цього фрагмента визначається за шкалою часу приймача. Шкала часу приймача (споживача) формується за допомогою кварцових стандартів частоти, тому спостерігається постійний "догляд" шкали часу приймача щодо шкали часу системи. Різниця між моментом прийому фрагмента сигналу, відрахованим за шкалою часу приймача, і моментом випромінювання його супутником, відрахованим за шкалою супутника, помножена на швидкість світла, називається псевдодальністю. Чому псевдодальністю? Тому що вона відрізняється від істинної дальності на величину, що дорівнює добутку швидкості світла на "догляд" шкали часу приймача щодо шкали часу системи. При вирішенні навігаційного завдання цей параметр визначається нарівні з координатами споживача (приймача).

Кореляційні інтеграли, що формуються в кореляторі, дозволяють відстежити модуляцію сигналу супутника символами інформації та обчислити мітку часу у вхідному сигналі. Мітки часу випливають з періодичністю 6 с для GPS і 2 с для ГЛОНАСС і утворюють своєрідну 6(2)-секундну шкалу. У межах одного поділу цієї шкали періоди далекомірного коду утворюють 1мс шкалу. Одна мілісекунда розділена, у свою чергу, на окремі елементи (chips, в термінології GPS): для GPS – 1023, для ГЛОНАСС – 511. Таким чином, елементи далекомірного коду дозволяють визначити дальність до супутника з похибкою ~ 300 м. Для більш точного визначення необхідно знати фазу генератора далекомірного коду. Схеми побудови опорних генераторів корелятора дозволяють визначати фазу з точністю до 0,01 періоду, що становить точність визначення псевдодальності 3 м.

На підставі вимірювань параметрів опорного гармонійного коливання, що формується системою ФАП, визначають частоту і фазу коливання супутника, що несе. Його відхід щодо номінального значення дасть доплерівське зміщення частоти, яким оцінюється швидкість споживача щодо супутника. Крім того, фазові вимірювання несучої дозволяють уточнити дальність супутника з похибкою в кілька мм.

Для визначення координат споживача необхідно знати координати супутників (щонайменше 4) і дальність від споживача кожного видимого супутника. Для того, щоб споживач міг визначити координати супутників, навігаційні сигнали, що випромінюються ними, моделюються повідомленнями про параметри їх руху. В апаратурі споживача відбувається виділення цих повідомлень та визначення координат супутників на потрібний момент часу.

Координати та складові вектора швидкості змінюються дуже швидко, тому повідомлення про параметри руху супутників містять відомості не про їх координати та складові вектора швидкості, а інформацію про параметри деякої моделі, що апроксимує траєкторію руху КА на досить великому інтервалі часу (близько 30 хвилин). Параметри апроксимуючої моделі змінюються досить повільно, їх можна вважати постійними на інтервалі апроксимації.

Параметри апроксимуючої моделі входять до складу навігаційних повідомлень супутників. У системі GPS використовується Кеплерівська модель руху з оскулюючими елементами. І тут траєкторія польоту КА розбивається ділянки апроксимації тривалістю за годину. У центрі кожної ділянки задається вузловий момент, значення якого повідомляється споживачеві навігаційної інформації. Крім цього, споживачеві повідомляють параметри моделі оскулюючих елементів на вузловий момент часу, а також параметри функцій, що апроксимують зміни параметрів моделі оскулюючих елементів у часі як попередньому вузловому елементу, так і наступному за ним.

В апаратурі споживача виділяється інтервал часу між моментом часу, який потрібно визначити положення супутника, і вузловим моментом. Потім за допомогою апроксимуючих функцій та їх параметрів, виділених з навігаційного повідомлення, обчислюються значення параметрів моделі елементів, що оскулюють, на потрібний момент часу. На останньому етапі за допомогою звичайних формул кеплерівської моделі визначають координати та складові вектора швидкості супутника.

У системі Глонасс визначення точного становища супутника використовуються диференціальні моделі руху. У цих моделях координати та складові вектора швидкості супутника визначаються чисельним інтегруванням диференціальних рівнянь руху КА, що враховують кінцеву кількість сил, що діють на КА. Початкові умови інтегрування задаються на вузловий момент часу, що розташовується посередині інтервалу апроксимації.

Як було сказано вище, для визначення координат споживача необхідно знати координати супутників (не менше 4) та дальність від споживача до кожного видимого супутника, яка визначається в навігаційному приймачі з точністю близько 1 м. Для зручності розглянемо найпростіший "плоский" випадок, представлений на рис . 8.

Малюнок 8. Визначення координат споживача

Кожен супутник (рис. 8) можна подати у вигляді точкового випромінювача. І тут фронт електромагнітної хвилі буде сферичним. Точкою перетину двох сфер буде та, де знаходиться споживач.

Висота орбіт супутників становить 20000 км. Отже, другу точку перетину кіл можна відкинути через апріорні відомості, оскільки вона знаходиться далеко в космосі.

Диференційний режим

Супутникові навігаційні системи дозволяють споживачеві отримати координати з точністю близько 10-15 м. Однак для багатьох завдань, особливо для навігації в містах, потрібна більша точність. Один із основних методів підвищення точності визначення місцезнаходження об'єкта заснований на застосуванні відомого в радіонавігації принципу диференціальних навігаційних вимірів.

Диференціальний режим DGPS (Differential GPS) дозволяє встановити координати з точністю до 3 м у динамічній навігаційній обстановці та до 1 м – у стаціонарних умовах. Диференціальний режим реалізується за допомогою контрольного приймача GPS, званого опорною станцією. Вона знаходиться в пункті з відомими координатами, в тому ж районі, що і основний GPS-приймач. Порівнюючи відомі координати (отримані в результаті прецизійної геодезичної зйомки) з виміряними, опорна станція обчислює поправки, які передаються споживачам по радіоканалу заздалегідь обумовленому форматі.

Апаратура споживача приймає від опорної станції диференціальні поправки та враховує їх щодо місцезнаходження споживача.

Результати, отримані за допомогою диференціального методу, значною мірою залежать від відстані між об'єктом та опорною станцією. Застосування цього найефективніше, коли переважними є систематичні помилки, зумовлені зовнішніми (стосовно приймача) причинами. За експериментальними даними, опорну станцію рекомендується розташовувати не далі 500 км від об'єкта.

В даний час існує безліч широкозонних, регіональних і локальних диференціальних систем.

Як широкозонні варто відзначити такі системи, як американська WAAS, європейська EGNOS і японська MSAS. Ці системи використовують геостаціонарні супутники передачі поправок всім споживачам, які у зоні їх покриття.

Регіональні системи призначені для навігаційного забезпечення окремих ділянок земної поверхні. Зазвичай регіональні системи використовують у великих містах, на транспортних магістралях і судноплавних річках, портах і березі морів і океанів. Діаметр робочої зони регіональної системи зазвичай становить від 500 до 2000 км. Вона може мати у своєму складі одну або декілька опорних станцій.

Локальні системи мають максимальний радіус дії від 50 до 220 км. Вони включають зазвичай одну базову станцію. Локальні системи зазвичай поділяють за способом їх застосування: морські, авіаційні та геодезичні локальні диференціальні станції.

Розвиток супутникової навігації

Загальний напрямок модернізації обох супутникових систем GPS та Глонасс пов'язаний з підвищенням точності навігаційних визначень, покращенням сервісу, що надається користувачам, підвищенням терміну служби та надійністю бортової апаратури супутників, покращенням сумісності з іншими радіотехнічними системами та розвитком диференціальних підсистем. Загальний напрямок розвитку систем GPS і Глонасс збігається, але динаміка та досягнуті результати сильно відрізняються.

Удосконалення системи ГЛОНАСС планується здійснювати на базі супутників нового покоління "ГЛОНАСС-М". Цей супутник матиме збільшений ресурс служби і випромінюватиме навігаційний сигнал в діапазоні L2 для цивільних застосувань.

Аналогічне рішення було прийнято в США, де 5 січня 1999 оголошено про виділення 400 млн. дол. на модернізацію системи GPS, пов'язану з передачею C/A-коду на частоті L2 (1222,7 МГц) і введенням третьої несучої L3 (1176, 45 МГц) на КА, які запускатимуться з 2005 року. Сигнал на частоті L2 намічено використовувати для цивільних потреб, не пов'язаних безпосередньо з небезпекою життя людей. Пропонується розпочати реалізацію цього рішення з 2003 року. Третій цивільний сигнал на частоті L3 вирішено використовуватиме потреб цивільної авіації.

Література

Радіотехнічні системи. За ред. Казарінова Ю.М. М: Вища школа, 1990.
Соловйов Ю.А. Системи супутникової навігації. М: Еко-Трендз, 2000.
Глобальна супутникова радіонавігаційна система ГЛОНАСС/За ред. В.М. Харісова, А.І. Перова, В.А. Болдіна. М.: ІПРЖР, 1998.
Ліпкін І.А. Супутникові навігаційні системи. М: Вузовська книга, 2001.
Глобальна навігаційна супутникова система ГЛОНАСС. Інтерфейсний контрольний документ М.: КНИЦЬ ВКС, 1995.
Interface Control Document: GPS Space Segment / Navigation User Interfaces (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

До цих пір складно повірити, що в наш час "дикої" комерції існує абсолютно безкоштовна (за наявності технічних засобів) можливість визначення свого місця розташування в будь-якій точці земної кулі. Це один із найбільших винаходів XX століття! Ця багатомільярдна за своїми капіталовкладеннями система (сьогодні їх кілька) замислювалася насамперед на користь оборони (і науки), але минуло зовсім небагато часу і їй щодня стала користуватися майже кожна людина. Під GPS навігатором будемо розуміти спеціальний радіоприймальний пристрій для визначення географічних координат поточного розташування (позиціонування).

До написання цієї посади мене підштовхнула фраза відомого у вузьких колах туриста про навігатор Garmin Etrex 30x.
Ось цитата з його статті: "Супутникова система: GPS/GPS+Глонасс/Демо режим. Не наводить ні на яку думку те, що тільки Глонасс включити не можна? Так ось його там і нема. В інструкції про це нічого не сказано. Можете заради сміху взяти в одну руку Garmin , а в іншу смартфон з Глонасом, відкрити екран відображення супутників і спробувати знайти схожі. Це просто емуляція, так що ви поставите GPS або GPS+GLONASS не важливо."
Як вам така заява? Тільки не кидайтеся тапками одразу перевіряти. Оскільки тут фігурують поняття "GPS", "GLONASS" та "Garmin", то доведеться розкрити тему повністю.

1 - GPS
Першою системою глобального позиціонування стала американська система NAVSTAR, яка бере свій початок 1973 року. Вже в 1978 році був запущений перший супутник, що можна вважати початком ери Global Positioning System (GPS), а в 1993 році орбітальне угруповання налічувало 24 космічні апарати (КА), але тільки в 2000 році (після деактивації режиму селективного доступу) почалася штатна для цивільних користувачів.
Супутники NAVSTAR знаходяться на висоті 20200 км із нахилом 55° (у шести площинах) та періодом обігу 11 годин 58 хвилин. У GPS використовується Всесвітня геодезична система 1984 (World Geodetic System - WGS-84), що стало стандартом систем координат для всього світу. ВСІ навігатори визначають місце розташування (показують координати) у цій системі за умовчанням.

Угруповання на сьогоднішній день складається з 32 супутників. Найраніший у системі від 22 листопада 1993 року, найпізніший (останній) – 9 грудня 2015 року.

()

2 - ГЛОНАСС
Вітчизняна навігаційна система почалася із системи "Цікада" у складі чотирьох супутників у 1979 році. Система ГЛОНАСС була прийнята в дослідну експлуатацію у 1993 році. У 1995 році розгорнуто орбітальне угрупування повного складу (24 КА «Глонасс» першого покоління) та розпочато штатну експлуатацію системи. З 2004 року запускаються нові КА "Глонасс-М", які транслюють два цивільні сигнали на частотах L1 та L2.
Супутники ГЛОНАСС знаходяться на висоті 19400 км з нахилом 64,8 ° (у трьох площинах) і періодом 11 годин 15 хвилин.

Угруповання на сьогоднішній день складається з 24 супутників. Найраніший у системі від 3 квітня 2007 року, найпізніший (останній) – 16 жовтня 2017 року.

()

Таблиця із номерами супутників ГЛОНАСС. Є номер ГЛОНАСС та номер COSMOS. У наших смартфонах зовсім інші номери супутників. Від 1 це GPS, від 68 – ГЛОНАСС.
Більше того - вони навіть інші в навігаторі та смартфоні.

Тепер подивимося на програму Orbitron. Вдень 4 квітня на небосхилі в Іжевську "пролітало" 10 супутників системи ГЛОНАСС.

Або в іншому поданні – на карті. Є всі дані про кожного супутника.

Основна відмінність двох систем – це сигнал та його структура.
У системі GPS використовується кодовий поділ каналів. Сигнал із кодом стандартної точності (C/A-код), що передається в діапазоні L1 (1575,42 МГц). Сигнали модулюються псевдовипадковими послідовностями двох типів: C/A-код та P-код. C/A - загальнодоступний код - є PRN з періодом повторення 1023 циклу і частотою проходження імпульсів 1,023 МГц.
У системі ГЛОНАСС частотний поділ каналів. Всі супутники використовують одну і ту ж псевдовипадкову кодову послідовність передачі відкритих сигналів, однак кожен супутник передає на різній частоті, використовуючи 15-канальний поділ по частоті. Навігаційні радіосигнали з частотним поділом у двох діапазонах: L1 (1,6 ГГц) та L2 (1,25 ГГц).
Структура сигналу так само різна. Для опису руху супутників орбітою використовуються принципово різні математичні моделі. У GPS - це модель в оскулюючих елементах. Ця модель має на увазі, що траєкторія руху супутника розбивається на ділянки, на яких рухи описується кеплерівською моделлю, параметри якої змінюються в часі. У системі ГЛОНАСС використовується диференційна модель руху.
Тепер до питання щодо можливості поєднання. 2011 пройшов під егідою підтримки ГЛОНАСС. При проектуванні приймачів важливо було подолати проблеми несумісності апаратної підтримки ГЛОНАСС та GPS. Тобто частотно-модульований сигнал ГЛОНАСС зажадав ширшої смуги частот, ніж сигнали імпульсно-кодової модуляції, що використовуються GPS, смугових фільтрів з різними центрами частот та різною швидкістю передачі елементів сигналу. Для економії енергії в навігаторах рекомендується увімкнути режим лише GPS.

3 - Garmin
Американська компанія-виробник портативних навігаційних пристроїв здобула всесвітню популярність насамперед завдяки туристичним GPS навігаторам(серії GpsMap, eTrex, Oregon, Montana, Dakota) та автомобільним навігаторам, спортивним годинникам та ехолотам. Штаб-квартира знаходиться в місті Олет (штат Канзас). З 2011 року компанія Garmin розпочала продажі навігаторів GPSMAP 62stc з можливістю прийому та обробки сигналу від супутників GPS та GLONASS. Однак інформація про виробники чіпів стала комерційною таємницею.

Застосування двосистемних приймачів допомагає підвищити якість навігації в реальних умовах, на точності визначення координат двосистемність ніяк не відбивається. Недостатній сигнал від супутників однієї системи в даному місці та в даний часкомпенсується супутниками іншої системи. Максимальна кількість"видимих" супутників на небосхилі в ідеальних умовах: GPS - 13, ГЛОНАСС - 10. Саме з цієї причини більшість звичайних (не геодезичних) приймачів 24-х канальні.

Ось результати тесту від 2016 року. До уваги - НАП-4 та НАП-5 використовують навігаційні приймачі іжевського радіозаводу МНП-М7 та МНП-М9.1 відповідно.

Висновки. Найкращі результати точності позиціонування на маршруті експерименту показали НАП-1, НАП-2, НАП-4. У всіх НАП точність позиціонування є достатньою для впевненої навігації у всіх режимах. При цьому точність позиціонування в режимі GPS і суміщеному режимі дещо краще, ніж у режимі ГЛОНАСС.
Результати НАП-3 з експериментальним ПЗ за точністю позиціонування в плані у всіх режимах гірше, ніж у такого ж приймача зі штатним ПЗ (НАП-2). В точності за висотою такої різниці немає. Винятком є великі помилки у сполученому режимі, спричинені разовим збоєм у роботі НАП, що призвів до сильних відхилень.
Результати НАП-5 загалом гірші, ніж у НАП того самого виробника попереднього покоління (НАП-4). Спостерігалося незначне поліпшення точності позиціонування у плані як ГЛОНАСС. ()

Антена навігатора приймає супутникові сигнали і передає приймач, який обробляє їх. Чіпи для навігаційних пристроїв, що підтримують роботу з GPS+Глонасс, сьогодні виробляють багато компаній: Qualcomm (SiRFatlas V, drol_linksу Гармінах стоїть приймач STA8088EXG від однієї з найбільших європейських компаній STMicroelectronics.

Висновки для користувачів навігатора Garmin:
1. У навігаторах та годинах Garmin (після 2011 року) з'явилася можливість вибрати (включити прийом та обробку сигналу) або GPS, або GPS + ГЛОНАСС. Окремо ГЛОНАСС не передбачено через те, що це Garmin (ну як американці включать тільки щось російське?)
2. В ідеальних або близьких до них умовах (степ, рівнина) друга система не є обов'язковою. У горах, місті та північних широтах – дуже бажана. Але витрата енергії буде більшою.
3. Якщо виробники смартфонів змогли "запхати" цю можливість у свої компактні девайси, то чому це "не вийшло" у Garmin?
Успіхів!

Багато автовласників використовують навігатори у своїх автомобілях. При цьому деякі з них не знають про існування двох різних супутникових систем – російської ГЛОНАСС та американської GPS. З цієї статті ви дізнаєтеся, у чому їх відмінності і якій слід віддати перевагу.

Як працює навігаційна система

Навігаційна система в основному використовується для того, щоб визначити місце розташування об'єкта (в даному випадку автомобіля) та швидкість його руху. Іноді від неї потрібне визначення деяких інших параметрів, наприклад, висоти над рівнем моря.

Обчислює вона ці параметри, встановлюючи відстань між самим навігатором та кожним із кількох супутників, розташованих на земній орбіті. Як правило, для ефективної роботи системи необхідна синхронізація із чотирма супутниками. По зміні цих відстаней вона визначає координати об'єкта та інші характеристики руху. Супутники ГЛОНАСС не синхронізуються з обертанням Землі, через що забезпечується їхня стабільність на великому проміжку часу.

Відео: ГлоНаСС vs GPS

Що краще ГЛОНАСС або GPS і в чому їхня різниця

Системи навігації насамперед передбачали їх використання у військових цілях, і лише потім стали доступними для звичайних громадян. Очевидно, що військовим необхідно використовувати розробки своєї держави, тому що іноземна система навігації може бути відключена владою цієї країни у разі конфліктної ситуації. Більше того, в Росії закликають використовувати систему ГЛОНАСС та в повсякденному життівійськовим та державним службовцем.

У повсякденному житті звичайному автомобілісту зовсім не варто переживати з приводу вибору навігаційної системи. І ГЛОНАСС, і забезпечують якість навігації, достатню для використання у життєвих цілях. На північних територіях Росії та інших держав, розташованих у північних широтах, супутники ГЛОНАСС працюють ефективніше через те, що їх траєкторії пересування знаходяться вище над Землею. Тобто у Заполяр'ї, у скандинавських країнах ГЛОНАСС ефективніше і це визнали шведи ще 2011 року. В інших регіонах GPS трохи точніше ГЛОНАСС у місцезнаходження. За даними Російської системи диференціальної корекції та моніторингу помилки GPS становили від 2 до 8 метрів, помилки ГЛОНАСС від 4 до 8 метрів. Але GPS, щоб визначити місце розташування потрібно зловити від 6 до 11 супутників, ГЛОНАСС вистачить 6-7 супутників.

Також слід врахувати, що система GPS з'явилася на 8 років раніше і пішла у солідний відрив у 90-ті роки. І за останнє десятиліття ГЛОНАСС цей відрив скоротила майже повністю, а до 2020 року розробники обіцяють, що ГЛОНАСС не ні в чому поступатиметься GPS.

Більшість сучасних встановлюється комбінована система, яка підтримує як російську супутникову систему, і американську. Саме такі пристрої є найбільш точними і мають найнижчу помилку у визначенні координат автомобіля. Також зростає і стабільність сигналів, адже такий апарат може «побачити» більше супутників. З іншого боку, ціни на такі навігатори набагато вищі за односистемні аналоги. Воно й зрозуміло – у них вбудовуються два чіпи, здатні приймати сигнали кожного типу супутників.

Відео: тест GPS та GPS + ГЛОНАСС приймачів Redpower CarPad3

Таким чином, найбільш точними та надійними навігаторами є двосистемні пристрої. Однак їх переваги пов'язані з одним суттєвим недоліком – вартістю. Тому при виборі потрібно подумати – а чи потрібна така висока точність в умовах щоденного використання? Також для простого автолюбителя не дуже важливо, якою навігаційною системою користуватися – російською чи американською. Ні GPS, ні ГЛОНАСС не дадуть заблукати і доставлять до бажаного місця призначення.

На зміну паперовим картам місцевості прийшли картки електронні, навігація якими здійснюється за допомогою супутникової системи GPS. З цієї статті ви дізнаєтеся, коли з'явилася супутникова навігація, що являє собою зараз і що чекає на неї в найближчому майбутньому.

Під час Другої світової війни у флотилій США та Великобританії з'явився вагомий козир – навігаційна система LORAN, яка використовує радіомаяки. Після закінчення бойових дій технологію у своє розпорядження отримали цивільні судна про-західних країн. Через десятиліття СРСР ввела в експлуатацію свою відповідь – навігаційна система «Чайка», що базується на радіомаяках, використовується до цього дня.

Але наземна навігація має істотні недоліки: нерівності земного рельєфу стають перепоною, а вплив іоносфери негативно позначається на часі передачі сигналу. Якщо між навігаційним радіомаяком та судном занадто велика відстань, похибка визначення координат може вимірюватися кілометрами, що є неприпустимим.

На зміну наземним радіомаякам прийшли супутникові навігаційні системи для військових цілей, перша з яких – американська Transit (інша назва NAVSAT) – була запущена у 1964 році. Шість низькоорбітальних супутників забезпечували точність визначення координат до двох сотень метрів.

1976 року СРСР запустила аналогічну військову навігаційну систему «Циклон», а через три роки – ще й цивільну під назвою «Цікада». Великим недоліком ранніх систем супутникової навігації було те, що скористатися ними можна було лише короткий час протягом години. Низькоорбітальні супутники, та ще й у малій кількості, були здатні забезпечити широке покриття сигналу.

GPS vs. ГЛОНАСС

У 1974 році армія США вивела на орбіту перший супутник нової на той час системи навігації NAVSTAR, яку пізніше перейменували на GPS (Global Positioning System). У середині 1980-х технологію GPS дозволили використовувати цивільним кораблям і літакам, але протягом тривалого часу їм було доступне в рази менш точне позиціонування, ніж військовим. Двадцять четвертий супутник GPS, останній, що вимагався для повного покриття поверхні Землі, запустили в 1993 році.

1982 року свою відповідь представила СРСР – ним стала технологія ГЛОНАСС (Глобальна навігаційна супутникова система). Завершальний 24-й супутник ГЛОНАСС вийшов орбіту 1995 року, але мінімальний термін експлуатації супутників (три-п'ять років) і недостатнє фінансування проекту майже десятиліття вивели систему з ладу. Відновити всесвітнє покриття ГЛОНАСС вдалося лише у 2010 році.

Щоб уникнути подібних збоїв, і GPS, і ГЛОНАСС зараз використовують 31 супутник: 24 основні та 7 резервних, як кажуть, на всякий «пожежний» випадок. Літають сучасні навігаційні супутники на висоті близько 20 тис. км і за добу встигають двічі облетіти Землю.

Принцип роботи GPS

Позиціонування в мережі GPS проводиться шляхом вимірювання відстані від приймача до декількох супутників, місцезнаходження яких в даний час точно відоме. Відстань до супутника вимірюється шляхом множення затримки сигналу швидкість світла.
Зв'язок з першим супутником дає інформацію лише про сферу можливих прихильностей приймача. Перетин двох сфер дасть коло, трьох – дві точки, а чотирьох – єдино правильну точку на карті. У ролі однієї зі сфер найчастіше використовують нашу планету, що дозволяє замість чотирьох супутників позиціонуватись лише по трьох. Теоретично точність позиціонування GPS може досягати 2 метрів (на практиці ж похибка значно більша).

Кожен супутник відправляє приймачеві великий набірточний час та його виправлення, альманах, дані ефемерид та параметри іоносфери. Сигнал точного часу потрібен для вимірювання затримки між його надсиланням та прийомом.

Навігаційні супутники оснащуються високоточним цезієвим годинником, тоді як приймачі - куди менш точними кварцовими. Тому для перевірки часу здійснюється контакт із додатковим (четвертим) супутником.

Але помилятися можуть і цезієві годинники, тому їх звіряють з розміщеним на землі водневим годинником. Для кожного супутника в центрі керування системою навігації індивідуально розраховується виправлення часу, яке згодом разом з точним часом відправляється приймачеві.

Ще одним важливим компонентом системи супутникової навігації є альманах, який є таблицею параметрів орбіт супутників на місяць вперед. Альманах, як і виправлення часу, розраховуються в центрі управління.

Передають супутники та індивідуальні дані ефемерид, на основі яких обчислюються відхилення орбіти. А враховуючи, що швидкість світла ніде крім вакууму не постійна, обов'язково враховується затримка сигналу в іоносфері.

Передача даних у мережі GPS ведеться строго на двох частотах: 1575,42 МГц та 1224,60 МГц. Різні супутники транслюють сигнал на тій самій частоті, але використовують кодовий поділ каналів CDMA. Тобто сигнал супутника – лише шум, розкодувати який можна лише за наявності відповідного PRN-коду.

Вищеописаний підхід дозволяє забезпечити високу стійкість до перешкод і використовувати вузький частотний діапазон. Тим не менш, іноді GPS-приймачам все одно доводиться довго шукати супутники, що викликано низкою причин.

По-перше, приймач спочатку не знає, де знаходиться супутник, видаляється він або наближається і яке усунення частоти його сигналу. По-друге, контакт із супутником вважається вдалим лише тоді, коли від нього отримано повний набір інформації. Швидкість передачі даних у мережі GPS рідко перевищує показник 50 біт/с. А варто сигналу обірватися через радіоперешкоди, як пошук починається заново.

Майбутнє супутникової навігації

Зараз GPS і ГЛОНАСС широко застосовуються в мирних цілях і, по суті, взаємозамінні. Нові навігаційні чіпи підтримують обидва стандарти зв'язку та підключаються до тих супутників, які знаходять першими.

Американська GPS та російська ГЛОНАСС – далеко не єдині у світі системи супутникової навігації. Наприклад, Китай, Індія та Японія почали розгортати власні ССН під назвою BeiDou, IRNSS та QZSS відповідно, які діятимуть лише всередині своїх країн, а тому вимагатимуть порівняно малої кількості супутників.

Але найбільший інтерес, мабуть, викликає проект Galileo, який розробляється Європейським союзом і має бути запущений на повну потужність до 2020 року. Спочатку Galileo замислювалася як суто європейська мережа, але про своє бажання взяти участь у її створенні вже заявили країни Близького Сходу та Південної Америки. Тож незабаром на ринку глобальних ССН може з'явитися «третя сила». Якщо ця система буде сумісна з існуючими, а швидше за все так і буде, споживачі тільки виграють - швидкість пошуку супутників і точність позиціонування повинні вирости.