02-08-2023
Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Основные элементы спутниковой системы навигации:
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.
В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:
Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:
В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:
Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
Принадлежит министерству обороны России. Система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена только в конце 2011 года. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.
Развёртываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.
На 28 декабря 2012 года выведено на орбиту Земли 16 навигационных спутников, из них по предназначению используется 11[1].
Согласно планам, к 2012 году она сможет покрывать Азиатско-Тихоокеанский регион, а к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная. Реализация программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-м.
Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.
Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS - 7.
Первоначально японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый запуск спутника для QZSS был запланирован на 2008 г. В марте 2006 японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнётся второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объём услуг.
параметр, способ | СРНС ГЛОНАСС | GPS NAVSTAR | TEN GALILEO | BDS COMPASS |
---|---|---|---|---|
Число НС (резерв) | 24 (3) | 24 (3) | 27 (3) | 30 (5) |
Число орбитальных плоскостей | 3 | 6 | 3 | нет данных |
Число НС в орбитальной плоскости | 8 | 4 | 9 | нет данных |
Тип орбит | Круговая (e=0±0.01) | Круговая | Круговая | Круговая |
Высота орбиты, КМ | 19100 | 20183 | 23224 | 21500 |
Наклонение орбиты, градусы | 64.8±0.3 | ~55 (63) | 56 | ~55 |
Номинальный период обращения по среднему солнечному времени | 11 ч 15 мин 44 ± 5 с | ~11 ч 58 мин | 14 ч 4 мин. и 42 с. | нет данных |
Способ разделения сигналов НС | Кодово-частотный (кодовый на испытаниях) | Кодовый | Кодово-частотный | нет данных |
Несущие частоты радиосигналов, МГц | L1=1602.5625…1615.5 L2=1246.4375…1256.5 | L1=1575.42 L2=1227.60 L5=1176.45 | E1=1575.42 E5=1191.795 E5A=1176.46 E5B=1207.14 E6=12787.75 | E1=1575.42 E5=1191.795 E5A=1176.46 E5B=1207.14 E6=12787.75 |
Период повторения дальномерного кода (или его сегмента) | 1 мс | 1 мс (С/А-код) | нет данных | нет данных |
Тип дальномерного кода | М-последовательность (СТ-код 511 зн.) | Код Голда (С/А-код 1023 зн.) | М-последовательность | нет данных |
Тактовая частота дальномерного кода, МГц | 0.511 | 1.023 (С/А-код) 10.23 (P,Y-код) | Е1=1.023 E5=10.23 E6=5.115 | нет данных |
Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D- код) | 50 зн/с (50Гц) | 50 зн/с (50Гц) | 25, 50, 125, 500, 100 Гц | нет данных |
Длительность суперкадра, мин | 2.5 | 12.5 | 5 | нет данных |
Число кадров в суперкадре | 5 | 25 | нет данных | нет данных |
Число строк в кадре | 15 | 5 | нет данных | нет данных |
Система отсчета времени | UTC (SU) | UTC (USNO) | UTC (GST) | UTC (-) |
Система отсчета координат | ПЗ-90/ПЗ90.2 | WGS-84 | ETRF-00 | нет данных |
Тип эфемирид | Геоцентрические координаты и их производные | Модифицированные кеплеровы элементы | Модифицированные кеплеровы элементы | нет данных |
Сектор излучения от направления на центр земли | ±19 в 0 | L1=±21 в 0 L2=±23.5 в 0 | нет данных | нет данных |
Сектор Земли | ±14.1 в 0 | ±13.5 в 0 | нет данных | нет данных |
Рассмотрим некоторые особенности основных действующих систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):
Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.
В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).
Запланировано создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ.
Системы навигации | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Спутниковые |
|
||||||||
Наземные | Omega • Альфа • Loran-C • Чайка • Decca • Consol |
Спутниковая навигация | |
---|---|
Системы | GPS • ГЛОНАСС • Галилео • Бэйдоу |
GPS-устройства | Приёмник • Трекер • Логгер |
Чипсеты | SiRFstar III • SiRFatlasIV • SiRFatlasV |
Протоколы | NMEA 0183 |
Технологии | A-GPS • S-GPS |
Проекты | Геокэшинг • Поиск пересечений • AlterGeo • GPS-Trace Orange |
Сервисы картографии | Google Планета Земля • Карты Google • Яндекс.Карты • Рамблер-Карты • Карты@Mail.Ru • Карты Yahoo • OpenStreetMap • Викимапия • Геопортал Роскосмоса • Космоснимки • Карты Apple |
Прочее | Геоинформационная система • Геокодирование • Геоинформатика • Геоматика • Спутниковый мониторинг транспорта |
Навигационные программы | PocketGIS • Навител Навигатор • OsmAnd |
Спутниковая навигация.