В 1976 году вышло постановление правительства СССР о ее разработке.
На основе проведенных многосторонних исследований отечественными специалистами была выбрана штатная орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты — 19100 километров.
Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты 12 октября 1982 года с запуском первого космического аппарата серии «Глонасс» («Космос-1413»). 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию в интересах министерства обороны РФ с орбитальной группировкой ограниченного состава из 12 спутников. В декабре 1995 года орбитальная группировка была развернута до штатного состава (24 спутника), который необходим для полного охвата территории всего земного шара.
Сокращение финансирования космической отрасли в 1990-х годах привело к деградации орбитальной группировки ГЛОНАСС. К 2002 году она насчитывала только семь космических аппаратов, что не могло обеспечить территорию России навигационными сигналами системы ГЛОНАСС хотя бы с умеренной доступностью. Точностные характеристики уступали более чем на порядок американской системе навигации GPS.
В целях сохранения и развития системы президентом и правительством РФ был утвержден ряд директивных документов, основным из которых являлась федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» на период 2002-2012 годы.
В результате ее реализации орбитальная группировка была полностью восстановлена. С 2012 года система развивается в рамках новой федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» для обеспечения эффективности решения задач координатно-временного и навигационного обеспечения в интересах обороны, безопасности и развития социально-экономической сферы страны в ближайшей и отдаленной перспективе.
Система ГЛОНАСС состоит из подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления и навигационной аппаратуры потребителей.
Основой системы ГЛОНАСС являются 24 спутника, которые движутся в трех орбитальных плоскостях по восемь аппаратов в каждой плоскости, наклоненных к экватору под углом 64,8°, с высотой орбит 19100 километров и периодом обращения 11 часов 15 минут 44 секунды. Выбранная структура орбитальной группировки обеспечивает движение всех космических аппаратов по единой трассе на поверхности Земли с ее повторяемостью через восемь суток. Такие характеристики обеспечивают высокую устойчивость орбитальной группировки системы ГЛОНАСС, что практически позволяет обходиться без коррекции орбит космических аппаратов в течение всего срока их активного существования.
По состоянию на 10 октября 2017 года в составе орбитальной группировки ГЛОНАСС находилось 25 космических аппаратов, из них 23 использовались по целевому назначению.
Космические спутники для ГЛОНАСС были спроектированы в конструкторском бюро НПО прикладной механики (ныне — АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева») в городе Красноярск-26 (Железногорск).
С 1982 года по 2009 год в эксплуатации находились космические аппараты «Глонасс», со сроком активного гарантийного существования три года. В настоящее время основу орбитальной группировки составляют спутники модифицированной серии «Глонасс-М», первый из которых был запущен в декабре 2003 года. От спутников первого поколения они отличаются гарантийным сроком активного существования (семь лет) и использованием импортных комплектующих. Планируется замена «Глонасс-М» космическими аппаратами нового поколения «Глонасс-К» со сроком активного существования до 10 лет. Первый космический аппарат этого типа был выведен на орбиту в 2011 году, второй — 2014 году.
В настоящее время в АО «ИСС» также ведется создание усовершенствованных навигационных спутников — «Глонасс-К» второго этапа.
Подсистема контроля и управления (ПКУ) состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования космических аппаратов, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.
Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени. Навигационной аппаратурой потребителей системы ГЛОНАСС выполняются беззапросные измерения до четырех спутников ГЛОНАСС, а также прием и обработка навигационных сообщений. В навигационном сообщении описывается положение спутника в пространстве и времени. В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три координаты потребителя, три составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется «привязка» шкалы времени потребителя к шкале Госэталона координированного всемирного времени UTC (SU).
Система ГЛОНАСС позволяет обеспечить непрерывную глобальную навигацию всех типов потребителей с различным уровнем требований к качеству навигационного обеспечения путем использования сигналов стандартной (L1) и высокой точности (L2) с вероятностью 0,95 при 18 спутниках и 0,997 при 24 спутниках в группировке. Она отнесена к космической технике двойного назначения.
В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Государственная корпорация «Роскосмос» и министерства и ведомства России: Минобороны, МВД, Ростехнадзор, Минтранс, Росреестр, Минпромторг, Росстандарт, Росавиация, Росморречфлот, Федеральное агентство научных организаций (ФАНО).
Летом 2017 года руководитель Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) Алексей Абрамов заявил, что российские ученые работают над увеличением точности навигаторов ГЛОНАСС до нескольких сантиметров. По его словам, пока достигнут метровый диапазон (при благоприятных условиях можно определять место нахождения того или иного объекта с точностью до 3-5 метров).
В сентябре 2017 года вице-премьер Дмитрий Рогозин отметил, что российская система ГЛОНАСС в два раза уступает американской GPS. Президент РФ Владимир Путин на заседании комиссии военно-промышленного комплекса поставил задачу сравнять эффективность GPS и ГЛОНАСС и к 2020 году выйти на конкурентные показатели. По словам Рогозина, это удастся сделать, благодаря запуску новых аппаратов.
В соответствии с указом президента РФ доступ к гражданским навигационным сигналам системы ГЛОНАСС предоставляется как российским, так и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.
С 1996 года по предложению правительства РФ ГЛОНАСС наряду с американской GPS используется Международной морской организацией и Международной организацией гражданской авиации.
Современные средства спутниковой навигации уже сейчас широко используются в различных областях социально-экономической сферы и позволяют выполнять навигацию наземных, воздушных, морских, речных и космических средств, управление транспортными потоками на всех видах транспорта, контроль перевозок ценных и опасных грузов, контроль рыболовства в территориальных водах, поисково-спасательные операции, мониторинг окружающей среды; геодезическую съемку и определение местоположения географических объектов с сантиметровой точностью при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, в строительстве; синхронизацию в системах связи, телекоммуникаций и электроэнергетике; решение фундаментальных геофизических задач; персональную навигацию индивидуальных потребителей.
Спутниковая навигация уже применяется и в сельском хозяйстве, где используется для автоматической обработки земельных угодий комбайнами, и в горнодобывающей промышленности. Круг применения технологий спутниковой навигации постоянно расширяется.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
Главная / Статьи / Система ГЛОНАСС на автомобиль — не роскошь, а необходимость
Система ГЛОНАСС на автомобиль помогает решать целый ряд важных задач. К ним относятся эффективность эксплуатации транспортного средства, безопасность в пути, навигация, предотвращение правонарушений. Изначально она предназначалась для использования в силовых структурах, однако с каждым годом все больше востребована в бизнесе. Более того, ГЛОНАСС на авто устанавливают владельцы личного транспорта.
Одно из преимуществ данного оборудования — его универсальность. Оно может устанавливаться на легковые автомобили, грузовые транспортные средства, микроавтобусы и автобусы, сельскохозяйственную и строительную спецтехнику.
В чем заключается работа системы ГЛОНАСС в автомобиле
Что собой представляет и как работает ГЛОНАСС на автомобиле? Система включает ряд устройств, которые посредством спутниковой связи получают информацию о месторасположении, технических параметрах объекта и передают данные пользователю в формате таблиц, графических изображений, цифр, текста. Она разработана отечественными специалистами и выходит на связь с российскими спутниками.
На сегодняшний день на три околопланетные орбиты выведено по восемь спутников — итого 24 аппарата. Покрытие ГЛОНАСС распространяется на всю территорию нашей страны и около двух третей земного шара. Грамотно построенное взаимодействие спутниковых аппаратов, специализированного наземного оборудования, устройств приема-передачи сигналов позволяет достигать достаточно высокой точности данных.
Принцип действия оборудования несложный. Вот как работает система ГЛОНАСС на авто:
- навигационные устройства посылают запросы на спутники, расположенные на околопланетных орбитах;
- спутниковые аппараты дают ответ. Чем большее количество спутников откликнется, тем более точным получается позиционирование в пространстве;
- получение данных о месторасположении и времени поступления ответного сигнала со спутников;
- анализ полученной информации принимающим устройством;
- обработка информации, расчет координат точки нахождения принимающего устройства, а соответственно — объекта;
- повторение указанных выше действий, что позволяет определить точку в пространстве, а также вектор движения и скоростной режим транспортного средства.
Знания того, как работает на авто система ГЛОНАСС, мало. Водители и диспетчеры должны учитывать факторы, влияющие на корректность работы системы. Например, чем выше скоростной режим, тем ниже точность координатного позиционирования. При движении автомобиля в тоннеле связь со спутниковыми устройствами пропадает. Во время езды в пасмурную погоду или в городском пространстве с высотками сигнал может отражаться от различных объектов. Если ответный сигнал послали спутниковые аппараты, расположенные только в одном направлении, погрешность может увеличиваться.
Для чего нужна система ГЛОНАСС в вашем автомобиле
Практически каждый водитель знает, что такое ГЛОНАСС в автомобиле. Данная система эффективно помогает как рядовому автомобилисту, так и предпринимателю, специализирующемуся на логистике. Вот только часть ответов на вопрос, для чего нужен ГЛОНАСС в автомобиле:
- ориентирование на местности. С помощью навигационных приборов вы можете построить оптимальный маршрут с учетом загруженности автомагистрали и других факторов, а также получить пошаговый инструктаж по удобному перемещению. Электронные карты постоянно обновляются, поэтому информация всегда актуальная;
- мониторинг работы каждой единицы транспорта компанией. Это позволяет избежать потерь топлива, оптимизировать маршруты, избежать простоев, предотвратить недобросовестные действия водителей и сторонних лиц;
- определение точного места нахождения транспортного средства в случае его угона. Поскольку оборудование устанавливается в потайных местах и работает в многочастотном режиме, обмануть его злоумышленник не сможет;
- оперативное реагирование в случае внештатных ситуаций, в том числе вызов представителей правоохранительных органов, спасательных и медицинских служб.
Система совместима с англоязычным оборудованием, а потому ее можно использовать и за рубежом.
Как пользоваться системой ЭРА ГЛОНАСС в автомобиле
Одним из ключевых аспектов дорожного движения является безопасность. Ее повышению в значительной степени способствует система ГЛОНАСС на авто. Система мгновенного реагирования ЭРА-ГЛОНАСС включает такие компоненты:
- устройство для передачи данных соответствующим службам;
- мобильное устройство с сим-картой», настроенной на связь со всеми операторами;
- антенна — для усиления сигнала при нахождении объекта на сложных участках;
- принимающее устройство ГЛОНАСС;
- специальные сенсоры, реагирующие на удары, перевороты;
- микрофон и динамик — для общения с диспетчерской службой;
- тревожная кнопка для экстренного сигнала оперативным службам.
Рассмотрим, как пользоваться ГЛОНАСС в автомобиле, на примере аварийной ситуации:
- после срабатывания сенсоров или при нажатии кнопки на диспетчерский пункт единого центра мгновенного реагирования приходит соответствующий сигнал;
- диспетчер выходит на связь с лицом, управляющим транспортным средством или передает данные в службы быстрого реагирования;
- выезд спасательных бригад на место аварии. Подтверждение не требуется — службы получают оперативную информацию о точном месте, где произошло происшествие.
Как известно, большинство трагических последствий ДТП наступают в результате опоздания помощи пострадавшим. Зная, как пользоваться ГЛОНАСС в автомобильном транспорте, можно избежать серьезных последствий.
Нужно ли устанавливать систему ГЛОНАСС в своем автомобиле и для чего
Большинство владельцев транспорта уже знают, для чего система ГЛОНАСС в автомобиле, и насколько она помогает в сложных ситуациях. На сегодняшний день установка данного оборудования является добровольной — до конца 2019 года еще сохраняется право продажи автотранспорта без данного оборудования. Однако действует закон, согласно которому с 2018 года оборудованием ГЛОНАСС оснащаются все новые транспортные средства (как отечественного, так и зарубежного производства), продаваемые на территории нашей страны. Помимо этого, в обязательном порядке необходимо оснастить ГЛОНАСС:
- новые авто, приобретенные в зарубежной стране и привезенные на территорию РФ;
- транспортные средства, выпущенные не более трех десятилетий назад, которые были приобретены за границей и привезены в нашу страну;
- коммерческие машины;
- автомобили, перевозящие грузы;
- транспорт для пассажирских перевозок.
Установка оборудования должна выполняться специализированной службой, имеющей разрешительный документ на осуществление данной деятельности.
После установки необходимо ее протестировать в специализированной лаборатории. Добровольный монтаж возможен на подержанный автотранспорт. Однако следует учесть, что в данном случае оборудование не будет срабатывать в автоматическом режиме.
В случае аварийной ситуации работа ГЛОНАСС в автомобиле прошлых лет выпуска будет активироваться только после нажатия кнопки «СОС».
Последнее обновление: 10.10.2014
Первые испытания системы «ГЛОНАСС» начались 12 октября 1982 года запуском на орбиту спутника «Ураган».
Что такое система ГЛОНАСС?
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Разработка ГЛОНАСС началась в СССР в 1976 году.
Изначально система создавалась для военных нужд, но затем нашла гражданское применение. Её используют для управления транспортными потоками на всех видах транспорта, для контроля перевозок ценных и опасных грузов, для контроля рыболовства в территориальных водах, во время поисково-спасательных операций, для проведения геодезических съёмок, при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, в строительстве и т. д.
Где используют приёмники ГЛОНАСС?
ГЛОНАСС оснащают гражданские и военные суда и самолёты, а также баллистические ракеты. Система в обязательном порядке устанавливается на общественном транспорте и в автомобилях экстренных служб, а в скором времени может быть принят закон, обязывающий оснащать ей все автомобили в стране. С 1 января 2013 года коммерческий и грузовой автотранспорт, эксплуатируемый на территории России, должен быть оснащён системами ГЛОНАСС.
Для чего предназначена система ГЛОНАСС?
Основная цель ГЛОНАСС — определение местоположения (координат), скорости движения (составляющих вектора скорости), а также определение местоположения воздушных, наземных, морских объектов с точностью до одного метра.
То есть любой объект (корабль, самолёт, автомобиль или просто пешеход) в любом месте в любой момент времени способен всего за несколько секунд определить параметры своего движения.
Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приёмники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Информация о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляется на сервер сбора данных.
Данная система обеспечивает глобальное и непрерывное навигационное обслуживание всех категорий потребителей круглогодично, в любое время суток, вне зависимости от метеорологических условий. В любой точке земного шара потребители имеют доступ к сигналам ГЛОНАСС на безвозмездной основе и без ограничений.
Сколько спутников имеет ГЛОНАСС?
Гражданское применение системы ГЛОНАСС началось в 1993 году, к 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника.
К 2001 году число спутников из-за недостатка финансирования и выхода части из них из строя сократилось до шести.
В 2010 году число спутников ГЛОНАСС увеличили до 26, основными являются 24, остальные резервные.
В настоящий момент в системе ГЛОНАСС насчитывается 29 космических аппаратов, из которых 24 используются по целевому назначению, один — на этапе лётных испытаний, один — на этапе ввода в систему, три — в орбитальном резерве.
Какое количество спутниковых навигационных систем существует в мире?
На сегодняшний день существует две системы глобальной спутниковой навигации. Кроме российской, есть ещё американская система навигации NAVSTAR GPS.
Отличие двух систем в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют синхронности с вращением Земли. Благодаря этому они более стабильны, и, соответственно, им не требуется дополнительной корректировки, но при этом срок их службы заметно короче.
Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19 100 километров над Землёй. Приёмники ГЛОНАСС позволяют определить:
- горизонтальные координаты с точностью 50–70 м (вероятность 99,7 %),
- вертикальные координаты с точностью 70 м (вероятность 99,7 %),
- вектор скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7 %),
- точное время с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).
Каждый спутник передаёт сигналы двух видов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью. Первый вид сигнала доступен любому приёмнику ГЛОНАСС, второй — только авторизованной аппаратуре Вооружённых сил РФ.
Кто курирует проект ГЛОНАСС?
Развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» («Российские космические системы»).
Смотрите также:
В этой статье мы расскажем про глобальные системы позиционирования, разработанные в США, России, ЕС и Китае; объясним, как поддержка технологий глобальной спутниковой навигации реализована в электронных устройствах, а также опишем ключевые и дополнительные функции современных навигационных приемников.
GPS
Система GPS (Global Positioning System) создавалась для применения в военных целях. Она начала работать в конце 80-х — начале 90-х годов, однако до 2000 года искусственные ограничения на определение местоположения существенно сдерживали ее возможности использования в гражданских целях.
После отмены ограничений на точность определения координат ошибка снизилась со 100 до 20 м (в последних поколениях GPS-приёмников при идеальных условиях ошибка не превышает 2 м). Такие условия позволили использовать систему для широкого круга общих и специальных задач:
- Определение точного местоположения
- Навигация, движение по маршруту с привязкой к карте на основании реального местоположения
- Синхронизация времени
Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat — это число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).
ГЛОНАСС
Российский аналог GPS — ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) — была развёрнута в 1995 году, но в связи с недостаточным финансированием и малым сроком службы спутников она не получила широкого распространения. Вторым рождением системы можно считать 2001 год, когда была принята целевая программа ее развития, благодаря которой ГЛОНАСС возобновил полноценную работу в 2010 году.
Сегодня на орбите работают 24 спутника ГЛОНАСС, они охватывают навигационным сигналом весь земной шар.
Новейшие потребительские устройства используют GPS и ГЛОНАСС как взаимодополняющие системы, подключаясь к ближайшим найденным спутникам, это значительно увеличивает скорость и точность их работы.
Пример: aвтомобильное GPS/ГЛОНАСС-навигационно-связное устройство на базе ОС Android, разработанное командой Promwad по заказу российского конструкторского бюро. Реализована поддержка GSM/GPRS/3G. Устройство автоматически обновляет информацию о дорожной обстановке в режиме реального времени и предлагает водителю оптимальный маршрут с учётом загруженности дорог.
Сейчас на стадии разработки находятся еще две спутниковые системы: европейская Galileo и китайская Compass.
Galileo
Галилео — совместный проект Европейского союза и Европейского космического агентства, анонсированный в 2002 году. Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников. Но этот план не был реализован. Сейчас предположительной датой начала эксплуатации Galileo считается 2014 год. Однако ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.
Compass
Это следующая ступень развития китайской региональной навигационной системы Beidou, которая была введена в эксплуатацию после запуска 10 спутников в конце 2011 года. Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.
Сравнение орбит спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass (средняя околоземная орбита — MEO) с орбитами Международной космической станции (МКС), телескопа Хаббл и серии спутников Иридиум (Iridium) на низкой орбите, а также геостационарной орбиты и номинального размера Земли.
Поддержка ГНСС
Поддержка технологи глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в электронных устройствах реализуется на базе навигационных приемников, которые могут быть выполнены в различных вариантах:
- Smart Antenna — модуль, состоящий из керамической антенны и навигационного приемника. Преимущества: компактность, не требует согласования, удешевляет разработку за счет сокращения сроков.
- MCM (Multi Chip Module) — чип, включающий все компоненты навигационного приемника.
- OEM — экранированная плата, включающая ВЧ интерфейсный процессор и процессор частот основной полосы (RF-frontend + baseband), SAW-фильтры и обвязку. Это наиболее популярное решение на данный момент.
Навигационный модуль подключается к микроконтроллеру или системе на кристалле по интерфейсу UART/RS-232 или USB.
Ключевые параметры навигационных приемников
Прежде чем навигационный приемник сможет выдавать информацию о местоположении, он должен обладать тремя наборами данных:
- Сигналы от спутников
- Альманах — информация о приблизительных параметрах орбит всех спутников, а также данные для калибровки часов и характеристики ионосферы
- Эфемериды — точные параметров орбит и часов каждого спутника
Характеристика TTFF показывает сколько времени требуется приемнику на поиск сигналов от спутников и определение местоположения. Если приёмник новый, или был выключен на протяжении длительного периода, или был перевезен на большое расстояние с момента последнего включения, время до получения набора необходимых данных и определения места увеличивается.
Производители приемников используют различные методы уменьшения TTFF, включая скачивание и сохранения альманаха и эфемерид по беспроводным сетям передачи данных (т.н. метод Assisted GPS или A-GPS), это быстрее чем извлечение этих данных из сигналов ГНСС.
Холодный старт описывает ситуацию, когда приемнику нужно получение всей информации для определения места. Это может занять до 12 минут.
Теплый старт описывает ситуацию, когда у приемника есть почти вся необходимая информация в памяти, и он определит место в течении минуты.
Одним из ключевых параметров навигационных модулей в мобильных устройствах является энергопотребление. В зависимости от режима работы модуль потребляет различное количество энергии. Фаза поиска спутников (TTFF) характеризуется большим, а слежение меньшим энергопотреблением. Также производители реализуют различные схемы уменьшения энергопотребления, например, путем периодического перевода модуля в режим сна.
Как правило, все модули выдают данные по текстовому протоколу NMEA-0183, но кроме указанного текстового протокола каждый производитель имеет свой собственный двоичный протокол (Binary), который позволяет изменять конфигурацию модуля под конкретное использование либо получать доступ к дополнительному функционалу, а также доступ к сырым измерениям. Двоичный протокол удобен для использования на микроконтроллерах, т.к. при этом нет необходимости выполнять преобразование из текста в двоичные данные, тем самым экономя программную память путем исключения библиотеки работы со строками и времени на преобразование.
Стандарт NMEA-2000 — это развитие протокола NMEA-0183. В качестве физического уровня в NMEA-2000 используется CAN-шина, которая была выбрана в виду большей защищенности по сравнению с RS-232. С точки зрения протокола передачи данныхNMEA-2000 существенно отличается от своего предшественника, т.к. использует двоичный протокол, базирующийся на стандарте SAE J1939.
Частота обновления данных о местоположении и скорости всех модулей составляет 1 Гц, но при необходимости ее можно поднять до 5 или 10 Гц.
В зависимости от области применения модуль можно сконфигурировать под определенные динамические характеристики, которые он должен отслеживать (например, максимальное ускорение объекта). Это позволяет использовать оптимальный алгоритм и улучшать качество измерений.
Для выполнения навигационной задачи модуль должен одновременно принимать сигналы от нескольких спутников, т.е. иметь несколько приемных каналов. На сегодняшний день это число лежит в диапазоне от 12 до 88.
Точность определения местоположения по GPS составляет в среднем 15 м, она обусловлена используемым неточным сигналом, влиянием атмосферы на распространение радиосигнала, качеством кварцевых генераторов в приемниках и пр. Но с помощью корректирующих методов возможно улучшить точность определения местоположения. Эта технология называется Differential GPS. Существует два метода коррекции: наземный и спутниковый DGPS.
В наземных методах коррекции наземные станции дифференциальных поправок постоянно сверяют свое заведомо известное местоположение и сигналы от навигационных спутников. На базе этой информации вычисляются корректирующие величины, которые могут быть переданы с помощью УКВ- или ДВ-передатчика на мобильные DGPS-приемники в формате RTCM. На основании полученной информации потребитель может корректировать процесс определения собственного местоположения. Точность этого метода составляет 1—3 метра и зависит от расстояния до передатчика корректирующей информации и качества сигнала.
Спутниковые методы, такие как система WAAS (Wide Area Augmentation System), доступная в Северной Америке, и система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), доступная в Европе, шлют корректирующие данные с геостационарных спутников, таким образом достигается большая область приема, чем при наземных методах.
Спутниковые системы дифференциальной коррекции (SBAS — Space Based Augmentation Systems) позволяют улучшить точность, надежность и доступность навигационной системы за счет интеграции внешних данных в процессе расчета
Демонстрация принципа работы системы WAAS (Wide Area Augmentation System) на территории США
Одним из основных параметров, влияющих на точность определения местоположения и стабильность приема является чувствительность. Она, как правило, определяется качеством малошумящего усилителя на входе приемника и сложностью реализованных алгоритмов цифровой обработки. Типовые значения современных приемников лежат в диапазоне 143 дБм для поиска и 160 дБм для слежения.
Кроме определения местоположения ГНСС предоставляют информацию о точном времени. Как правило, все приемники имеют выход PPS (pulse per second, импульсов в секунду) — секундная метка (1 Гц), которая точно синхронизирована с временной шкалой UTC.
Дополнительные функции навигационных устройств
Счисление пути. На основе информации о направлении движения и пройденном пути (предоставляется дополнительными датчиками) приемник может рассчитывать свои координаты при отсутствии сигналов от спутников (например, в туннелях, на подземных стоянках и в плотной городской застройке).
Некоторые модули имеют возможность напрямую подключать флэш-память (например, по SPI) к модулю для записи трека c необходимой периодичностью. Эта функция позволяет отказаться от использования отдельного микроконтроллера, либо она может быть полезной для минимизации энергопотребления (т.е. система на кристалле может находиться в состоянии сна).
На этом поверхностный обзор технологий глобальной спутниковой навигации завершен. Спасибо за внимание. Примеры реализованных проектов на базе этих ГЛОНАСС и GPS можно посмотреть на странице разработок компании Promwad.
ГЛОНАСС — Российские космические системы
Глобальное навигационно-временное обеспечение неограниченного количества потребителей на земле, на море, в воздухе и в космосе. Доступ к гражданским сигналам системы предоставляется как российским, так и иностранным потребителям на безвозмездной основе без ограничений. ГЛОНАСС — российская спутниковая система навигации, одна из двух существующих в мире систем, принятых в эксплуатацию. Позволяет в абсолютно любой точке Земного шара, а также в космическом пространстве вблизи планеты определять местоположение и скорость объектов.
Принцип работы системы основан на измерении расстояния от объекта, координаты которого необходимо получить, до спутников, расположение которых известно с большой точностью. Таблица расположений называется альманахом. Полный альманах содержится в радиосигнале каждого спутника. 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 измерения распространяемого радиосигнала, каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя 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, содержащемся 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.
Основу орбитальной группировки в трёх орбитальных плоскостях составляют космические аппараты «Глонасс-М» и космические аппараты нового поколения «Глонасс-К».
Развитием проекта управляют Госкорпорация «Роскосмос» и АО «Российские космические системы», головная организация по ГЛОНАСС.
Что такое ГЛОНАСС? ГЛОНАСС в геодезии
15 Октября 2018
ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система.
Основоположником идеи использования спутников в навигации по праву считается профессор Шебшевич В.С. Она была озвучена им в 1957 году. Главной целью метода было обеспечение точности навигационных определений вне зависимости от погодных условий и времени суток.
Для достижения цели, в шестидесятых годах прошлого столетия, стала разрабатываться первая низкоорбитальная спутниковая система Цикада, которая была сдана и введена в эксплуатацию в 1979 году. Система Цикада включала в себя четыре навигационных спутника, выведенных на круговые орбиты высотой 1 000 километров, имевшие наклонение 83 градуса и равномерно распределенными вдоль экватора.
Получение плановых координат объекта осуществлялось посредством 5-6 минутного навигационного сеанса от спутников системы. При этом в качестве исходных данных использовались «беззапросные» дальности от объекта до спутников.
Успешный опыт использования системы Цикада для целей морской и воздушной навигации повлек за собой необходимость создания более мощной и универсальной навигационной спутниковой системы.
Так зародился проект ГЛОНАСС.
Стартом разработки и создания спутниковой системы ГЛОНАСС считается Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР от декабря 1976 года.
Геометрия системы для покрытия максимальной площади поверхности земного шара задумывалась следующим образом – на три спутниковых орбиты, имеющих наклонение 64,8 градуса, должно быть выведено 24 спутника (по 8 спутников на каждую орбиту). Средняя высота орбит спутниковой группировки ГЛОНАСС составляет 19 100 километров.
Для исключения необходимости использования корректирующих импульсов в системе использован период, имеющий значение 11 часов 15 минут 44 секунды.
Так как требования к точности спутниковых методов определений координат были высоки, разработчики системы ГЛОНАСС столкнулись с двумя серьезными проблемами.
Проблема номер один заключалась в необходимости взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды. Проблемой номер два была необходимость чрезвычайно точного прогнозирования (предопределения) параметров орбит спутников системы.
Для решения первой проблемы на космических аппаратах (спутниках) были установлены высокостабильные цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью 10-13. Наземный сегмент системы включал в себя водородный стандарт с относительной нестабильностью 10-14, а также средства сличения шкал с погрешностью 3-5 наносекунд.
Для решения второй проблемы пришлось провести ряд научных работ по учету светового давления, неравномерности вращения Земли, движения полюсов и прочих факторов второго порядка малости.
Запуск первого спутника «Ураган» навигационной системы ГЛОНАСС пришелся на 12-е октября 1982 года. По прошествии почти десяти лет, в апреле 1991 года система насчитывала уже 12 спутников, а 1995 год является годом полного развертывания системы, состоящей из 24 спутников первого поколения.
В 90-е годы финансирование и полноценная поддержка спутниковой системы ГЛОНАСС практически отсутствовали. Кроме того, срок службы спутников ГЛОНАСС первого поколения составлял всего 3-4 года. Как следствие – к 2002 году в спутниковой группировке осталось всего-навсего 7 космических аппаратов. Таким образом, система не могла обеспечить навигационные запросы даже на территории России, хотя геометрия системы подразумевает обеспечение навигационных решений в любой точке планеты.
В том же 2002 году открывается федеральная целевая программа по сохранению, поддержанию и дополнению спутниковой системы ГЛОНАСС, благодаря которой систему удалось спасти. С 2002 года система регулярно дополнялась спутниками нового поколения «ГЛОНАСС -М», была проведена модернизация наземного сегмента системы, а также средств государственного эталона времени и частоты. Усовершенствованы средства определений параметров вращения Земли. В течение нескольких лет достигнут уровень точности решений, сопоставимый с точностью американской системы GPS (NAVSTAR).
3 марта 2012 года выходит Постановление Правительства за номером 189 об открытии федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы».
В рамках программы предусмотрено:
- постоянная поддержка необходимого количества спутников системы;
- обеспечение конкурентоспособных точностных характеристик решений системы и их улучшение;
- совершенствование космических аппаратов (спутников) системы;
- совершенствование наземного комплекса управления системы;
- создание и развитие функциональных дополнений системы, включая широкозонную систему дифференциальной коррекции и мониторинга навигационных полей ГНСС, а также глобальную дополняющую систему высокоточного определения навигационной и эфемеридно-временной информации в реальном времени для гражданских потребителей.
По состоянию на 2018 год система ГЛОНАСС полностью развернута и функционирует. На орбитах находятся 26 навигационных спутников нового поколения «ГЛОНАСС-М» и «ГЛОНАСС-К».
Помимо системы ГЛОНАСС в настоящее время полноценно функционирует американская спутниковая система GPS, активно развертываются такие системы как китайская BeiDou, европейская Galileo и индийская IRNSS.
На сегодняшний день система ГЛОНАСС используется в таких направлениях, как:
- мониторинг и навигация наземного транспорта;
- поисковые и спасательные операции;
- персональная навигация;
- авиационная навигация;
- мониторинг и навигация водного транспорта;
- геодезия и картография;
- геодинамические наблюдения и исследования;
- космическая навигация;
- мониторинг и сопровождение строительства;
- сельское хозяйство;
- системы связи;
- вооружение и оборона.
В этой статье мы сделаем акцент на применении спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС в геодезической области.
Есть два основных метода получения координат с помощью спутниковых систем – абсолютный и относительный (дифференциальный). То есть, вне зависимости от того, какая спутниковая система используется (ГЛОНАСС, GPS, BeiDou, Galileo, IRNSS) эти методы являются неизменными.
Абсолютный метод спутниковых определений заключается в использовании одного лишь приемника спутниковых сигналов (ГНСС-приемника), который регистрирует дальности до спутников системы (например, ГЛОНАСС). Далее решается пространственная линейная засечка, результатом которой будет определение координат объекта (приемника). Точность определения координат абсолютным методом составляет несколько метров (как правило, не хуже 15-ти) и используется, в основном, в навигации.
При относительном (дифференциальном) методе используются, как минимум, два приемника спутниковых сигналов (ГНСС-приемники), один из которых расположен на точке с известными координатами, а второй установлен на определяемой точке. Первый традиционно называют опорным (базовым), а второй – подвижным (ровером).
В дифференциальном методе, по мере наблюдений, базовым приемником определяются разности между измеренными координатами и их известными значениями. Это позволяет сформировать поправки к измерениям на неизвестной точке, выполненным роверным приемником. В этом случае решение (определение координат неизвестной точки) осуществляется мгновенно и такой метод еще называют – «получение координат в реальном времени» (RTK). Точность дифференциального метода выше точности абсолютного метода за счет возможности исключения целого ряда погрешностей, присущих одиночному приемнику.
В относительном методе с постобработкой «сырые» спутниковые измерения регистрируются одновременно на известной и определяемой точке, а затем накопленные данные совместно обрабатываются в специальной офисной программе. В результате постобработки определяются параметры вектора, соединяющего опорную и определяемую точки. После задания опорной точке известных координат могут быть вычислены координаты определяемой точки. Такая методика спутниковых наблюдений и последующая обработка данных позволяет добиться точности определения координат на уровне первых миллиметров. Такой метод называют статическим или просто – «Статика».
Геодезия – точная наука, поэтому требования к точности спутниковых определений в геодезии высоки и допуски редко превышают несколько сантиметров.
Для выполнения спутниковых определений в геодезии используются современные ГНСС-приемники, способные принимать сигналы от спутниковых систем: российской ГЛОНАСС, американской GPS, китайской BeiDou, европейской Galileo и других.
Космические аппараты спутниковых систем передают сигналы на двух и более частотах (L1, L2 и т.д.). Современные геодезические ГНСС-приемники, имея многоканальные платы, способны принимать множество этих сигналов. Это значительно повышает точность, надежность и скорость определения координат, в том числе за счет исключения влияния ионосферы на скорость распространения сигналов.
Геодезические ГНСС-приемники имеют два основных типа конструкции – антенна интегрирована с приемником в едином корпусе (моноблок) и раздельное (модульное) решение, когда антенна соединяется с приемником кабелем.
Центром приема спутниковых сигналов будет являться фазовый центр антенны. Поэтому, для определения координат неизвестной точки, над ней надо точно располагать именно антенну ГНСС-приемника (в случае, если используется раздельное решение) или приемник с антенной, в случае, если используется конструкция-моноблок.
В геодезии, в основном, используют два метода спутниковых определений – это «Статика» и «RTK», которые были описаны выше. В первом случае достигается точность первых миллиметров, во втором – сантиметров. Однако «Статика» требует постобработки, а в режиме «RTK» координаты неизвестной точки будут определены практически мгновенно. Поэтому «Статику» резонней использовать для создания сетей сгущения и закладки базисов, а «RTK» для набора пикетажа (съемки точек) и выполнения разбивочных работ.
При этом нужно понимать, что для получения координат обоими методами необходимо с опорной и с определяемой точки принимать сигналы от одних и тех же спутников. Важно их количество и удачное геометрическое расположение на небосводе. Также, немаловажную роль играет удаление определяемой точки от опорной, так как ошибка определения координат будет расти линейно с увеличением расстояния.
Минимальное количество одновременно наблюдаемых спутников для режима «Статика» — четыре, для RTK – пять. Кроме того, сигналы от спутников, расположенных близко к горизонту, искажены сильнее и вносят погрешности в вычисления координат. Для работы в «Статике» рекомендовано удаление от базовой станции (опорной точки) не более, чем на 50-80 км, для «RTK» — не более 30 для двухчастотных ГНСС-приемников.
Итак, чем же полезен ГЛОНАСС в геодезии?
Как было перечислено выше, на точность и качество определения координат спутниковыми методами влияют такие факторы, как количество наблюдаемых спутников и геометрия их расположения.
Допустим, работы выполняются в условиях плотной городской застройки. В этом случае велика вероятность, что ГНСС-приемник будет расположен близко к стене какого-либо здания или находиться на улице между домов. Соответственно, часть небосвода будет для него закрыта. Если приемник способен принимать сигналы одной лишь спутниковой системы (например, GPS), то он «будет видеть» малое количество спутников этой группировки и вероятность получения решения в связи с этим снизится. Однако, если ГНСС-приемник является мульти-системным и способен принимать сигналы спутников, например, системы ГЛОНАСС, то в этом случае, он сможет получить решение, которое невозможно было получить при использовании только одной спутниковой группировки.
Это же распространяется на объекты с густой растительностью, где приходится устанавливать ГНСС-приемники на просеках или под кронами деревьев.
Более того, даже при работе на открытой местности, наличие «избыточных» спутников может пригодиться. Если сигналы некоторых наблюдаемых спутников сильно искажены, то в ходе постобработки их можно исключить из совместного решения. Тут и пригодится избыточность при наборе измерений!
Частенько ГЛОНАСС выручает при выполнении работ в северной части земного шара. Дело в том, что орбиты по которым перемещаются спутники ГЛОНАСС имеют больший наклон к экватору и расположены ближе к северному полюсу. При выполнении работ в северных широтах геометрия расположения спутников ГЛОНАСС будет лучше.
В современных геодезических ГНСС-приемниках реализованы технологии, позволяющие работать как от нескольких спутниковых систем одновременно, так и по одной из них выборочно, например, только по ГЛОНАСС.
Это может быть очень актуально, если владельцы спутниковой системы GPS по какой-то причине ограничат точность принимаемых сигналов для гражданских пользователей. ГЛОНАСС придет на помощь.
В нашей организации Вы сможете купить самое современное ГНСС-оборудование ведущих мировых брендов, а также отечественного производства. Менеджеры нашей компании подберут оборудование непосредственно для Ваших нужд, а технические специалисты ответят на все Ваши вопросы и, при необходимости, проведут полноценное обучение по работе с ним.
Постараюсь обойтись без выкладывания прописных истин и сведений, которые любой желающий может почерпнуть в википедии, но порой без них не обойтись, прошу отнестись с пониманием.
Структура систем
Все вы знаете, что такое глобальные навигационные спутниковые системы. Наиболее распространено мнение, что это некоторое количество спутников на околоземной орбите, которые излучают некий сигнал, что позволяет нам определять свои координаты в любой точке земного шара. На самом деле, любая ГНСС содержит как минимум три компонента:
- подсистема навигационных космических аппаратов (НКА)
- подсистема наземного комплекса управления (НКУ)
- подсистема навигационной аппаратуры потребителей (НАП)
Все остальные компоненты, такие как системы дифференциальных поправок не являются необходимыми, это лишь опции.
На данный момент полностью развернуты и общедоступны только две системы, GPS и ГЛОНАСС. Существует еще не менее четырёх ГНСС, находящихся в разных стадиях развертывания. Поскольку до конца ни одна из них не доведена, говорить мы про них не будем, хотя большая часть сказанного к ним тоже относится.
Как это работает
Подсистема НКА представляет собой некоторое количество спутников, согласованно движущихся по специально выбранным орбитам. Основное условие при выборе орбит — в любой точке планеты в любой момент времени должно быть видно не менее 4 спутников (почему именно четыре, будет объяснено ниже). На каждом из аппаратов установлены атомные часы — цезиевые, рубидиевые или их комбинация, в зависимости от модификации — синхронизированные с часами на центральном синхронизаторе системы. Синхронизированные — это не значит что они идут синфазно, это значит что известна разница хода часов. Именно центральный синхронизатор и хранит так называемую системную шкалу времени. Наш центральный синхронизатор находится в Подмосковье, американский в Подвашингтонье, что и неудивительно.
Каждый аппарат излучает несущее колебание в двух частотных диапазонах L1 и L2. Все НКА системы GPS излучают на общих частотах, 1575,42 МГц и 1227,60 МГц для L1 и L2 соответственно, а НКА системы ГЛОНАСС излучают на разнесённых частотах, называемых литерами (аппараты, находящиеся на противоположных точках орбиты излучают на одной литере). Разница между литерами составляет 562,5 кГц, для поддиапазона L1 и 437,5 кГц для L2, нулевая литера имеет частоты 1602 МГц и 1245 МГц соответственно.
Несущее колебание модулируется специальной кодовой последовательностью таким образом, что фаза кодового сигнала совпадает с показаниями часов спутника (если кому интересно — модуляция фазовая). В системе GPS каждый аппарат имеет уникальную кодовую последовательность, что позволяет различать их сигналы, несмотря на общую частоту. В ГЛОНАСС же используется частотное разделение, поэтому все аппараты имеют одинаковую кодовую последовательность. Дополнительно сигналы спутников модулируются навигационными сообщениями, которые содержат параметры полиномиальной математической модели движения спутника и модели смещения показаний спутниковых часов относительно системной шкалы времени.
Структура сигнала космических аппаратов ГЛОНАСС
Навигационные сообщения также содержат параметры ионосферы (позволяет учитывать задержку сигналов в ионосфере), разницу между системной шкалой времени и мировой координированной шкалой времени и много еще всякой другой полезной информации. Упрощенно, подсистема НКА — это сеть синхронизированных, движущихся в пространстве часов, с известными в любой момент координатами.
Наземный комплекс управления — это сеть наземных станций, обеспечивающих определение параметров движения космических аппаратов, параметров хода их часов.На пунктах ведутся измерения параметров вращения планеты, параметров атмосферы, там уточняют характеристики гравитационного поля Земли и обеспечивают хранение мировой системы координат. Функционально в состав НКУ входит немалое количество научно-исследовательских учреждений и лабораторий. Ну и разумеется, именно наземный комплекс все эти данные обрабатывает и закладывает на аппараты, которые уже транслируют их в составе навигационного сообщения.
Наземный комплекс — это и базовые пункты с калиброванными приёмниками, и пункты федеральной астрономо-геодезической сети, и радиоинтерферометры со сверхдлинной базой, и лазерные дальномеры, и множетсво других интересных вещей. Вообще функции наземного комплекса очень разнообразны, его деятельность слишком обширна, чтобы включить её в эту статью. Если кого-то заинтересует — попробую написать статью и об этом.
Сеть станций наземного комплекса управления ГЛОНАСС
Ну и собственно навигационная аппаратура потребителей принимает и обрабатывает сигналы НКА системы. Получая сигнал от всех видимых аппаратов приёмник выполняет следующие функции (упрощенная схема):
- разделение сигнала от каждого спутника (по кодовой последовательности для GPS и по частоте для ГЛОНАСС).
- определение показаний часов НКА на момент излучения принятого сигнала путём обработки кодовой последовательности. Как упоминалось выше, кодовая последовательность синхронизирована с бортовыми часами аппарата.
- приём навигационного сообщения. Это даст следующие данные: положение аппарата и разницу хода его часов и системной шкалы времени. Мы уже можем определить момент излучения сигнала спутником в системной шкале времени.
- определение показаний собственных часов приёмника в момент приёма сигнала от спутников. Таким образом, мы определяем время распространения сигнала от спутника до приёмника. Но это время мы определим с погрешностью, равной разнице хода часов приёмника и системной шкалы времени. Очевидно, что эта погрешность будет одинакова для всех аппаратов.
Итак, мы имеем положение каждого аппарата, время распространения сигнала до каждого аппарата. А неизвестными являются наши координаты и разница шкалы времени приёмника с системной шкалой времени, то есть четыре неизвестных. Кстати, вопреки распространённому заблуждению, приёмник определяет координаты не в виде широты, долготы и высоты, а в виде x,y,z — координат в геоцентрической декартовой системе координат, связанной с центром масс планеты. Обусловлено это тем, что и координаты космических аппаратов определяются именно в этой системе координат. Существуют гостированные уравнения пересчета из параметров x,y,z, в B,L,H (широта, долгота, высота).
Понятно, что для определения четырёх неизвестных необходима система уравнений с четырьмя и более уравнениями. Вот поэтому нам и нужно четыре видимых аппарата. Существует возможность определения по трём аппаратам, для этого в систему вводится дополнительное уравнение земного эллипсоида (которое связывает x,y,z классическим уравнением эллипсоида). Но в этом случае и положение наше будет привязано именно к эллипсоиду, то есть о высоте говорить не приходится.
В любом случае результатом решения этой системы уравнений будут наши координаты и положение системной шкалы времени. О последнем иногда забывают, хотя передача точного времени задача не менее актуальная, чем определение координат. На данный момент, посредством ГНСС можно осуществить передачу точного времени в любую точку земного шара с точностью порядка десятка наносекунд, в особых случаях до единиц наносекунд. В этом конкурентов у них практически нет, все остальные системы передачи точного времени либо значительно дороже, либо значительно хуже. Все мировые лаборатории времени, все национальные эталоны времени и частоты (в том числе и наш) сличаются посредством ГНСС (разумеется, не только ГНСС), что и позволяет вести мировую координированную шкалу времени UTC, TAI и пр. Впрочем, передача времени и частоты, мировые шкалы времени — это отдельный разговор.
Разумеется это сильно упрощенная схема работы навигационных систем, про любой компонент можно рассказывать очень долго. Так что, если кого-то заинтересует, я готов углубиться в любой из аспектов работы ГНСС.
Срыв покровов
Сразу скажу, тут я просто рассмотрю наиболее распространённые вопросы и заблуждения, с которыми сталкиваюсь постоянно. Ну и постараюсь объяснить реальное состояние дел, в меру своей компетентности конечно.
Почему ГЛОНАСС такой плохой?
Наиболее распространенный вопрос.
Начну с того, что ГЛОНАСС не во всём хуже GPS.
Например, в приполюсных областях группировка ГЛОНАСС обеспечивает лучшее покрытие, в силу более оптимальной конфигурации орбитальной группировки. Впрочем в приэкваториальных областях ситуация обратная по той же причине. Ноги растут из военного назначения обеих систем, а военные интересы Советского Союза и США были сконцентрированы именно в этих областях.
Кроме того, частотное разделение сигналов действительно улучшает помехоустойчивость системы ГЛОНАСС. Это же частотное разделение тянет за собой и множество проблем, но факт остаётся фактом — в случае вооружённого конфликта подавить нашу ГНСС будет сложнее.
Сама система непрерывно прогрессирует. Пусть не так быстро как хотелось бы, пусть это сопровождается коррупционными скандалами с какими-то астрономическими суммами, но весь мир признаёт, что ГЛОНАСС стабильно держится на дистанции четырёх-пятилетнего отставания от GPS, и разрыв не увеличивается. Кстати, не надо думать, что GPS сильно дешевле, он тоже стоит чудовищных денег, которые не всегда тратятся как следует.
Так почему же ГЛОНАСС отстаёт? Мало кто знает, что система ГЛОНАСС старше GPS на несколько лет (формально сама система моложе, но её прототипы появились раньше и сама отработка технологии началась раньше). Американцы разумеется наблюдали за её созданием, и создали свою, постаравшись учесть наши ошибки, которые другим способом предугадать было невозможно. Избежав наших системных ошибок, и не останавливая развитие (в отличие от нас, в девяностые вся наша спутниковая группировка едва не оказалась на дне Тихого океана) они превратились из отстающих в опережающих.
Военные коды
Как известно, НКА обеих систем излучают сигналы двух видов: стандартной точности (СТ-код для ГЛОНАСС, C/A для GPS) и высокой точности (аналогично ВТ-код и P/Y-код). СТ-код ГЛОНАСС излучается в обоих частотных диапазонах, а C/A код GPS только в частотном диапазоне L1 (за исключением нескольких НКА новой серии). Сигналы высокой точности излучаются в обоих частотных диапазонах. Различаются эти сигналы кодовой последовательностью, при этом сигналы с кодом высокой точности имеют более широкую полосу, что повышает точность и затрудняет подавление.
Традиционно сигналы высокой точности считаются военными, стандартные сигналы считаются гражданскими. Это только отчасти верно. Кодовая последовательность P-кода и ВТ-кода на данный момент открыта для широкого применения: американцы официально опубликовали свои кодовые последовательности, а заодно и наши (откуда они их узнали, оставим за кадром). Поэтому сейчас любой производитель совершенно свободно может создавать приёмники, принимающие военные сигналы (и создают, вся прецизионная аппаратура принимает все виды сигналов на всех частотах). Особенность в том, что в случае необходимости эти коды меняются по особому алгоритму, разумеется засекреченному. И вот после такой смены кодовых последовательностей только военная аппаратура сможет их принимать, поскольку в неё изначально этот самый алгоритм зашивается.
Более того, в случае необходимости на сигналы стандартной точности накладывается еще и кодирование, которое не мешает принимать эти сигналы, но не позволяет определять положение лучше пары сотен метров в принципе.
Все эти манипуляции могут производиться не глобально, а только над некоторым регионом земного шара, что продемонстрировали американцы во время войны в Ираке, лишив весь Ближний Восток нормального GPS. Аналогично поступали наши во время конфликта с Грузией, что особого резонанса не вызвало, поскольку пользователей ГЛОНАСС в Грузии не сыскать.
Шкалы GPS, ГЛОНАСС, UTC
Что такое системные шкалы времени я уже рассказал. Так же упоминал мировую координированную шкалу времени UTC. Некоторые путают все эти понятия, я попробую отделить мух от котлет и объяснить в чем отличия. Мировая координированная шкала времени UTC — это аналитическая шкала времени (то есть она не имеет физической реализации, ведётся «на кончике пера»), которая высчитывается путём сличения шкал времени с эталонов времени и частоты всех мировых лабораторий времени. Соответственно шкалы самих эталонов в этих лабораториях именуются по названию страны или учреждения. Например шкала нашего национального эталона называется UTC(SU) (SU, потому что по этой же шкале живут практически все страны бывшего Советского Союза), шкала американского института стандартов NIST называется UTC(NIST). В американской военно-морской обсерватории USNO (самая мощная в мире лаборатории времени и частоты) ведётся шкала UTC(USNO), к которой подтягивают центральный синхронизатор системы GPS. Подтягивают, но разница между шкалами всё равно всегда есть, порядка нескольких наносекунд, и эта разница передаётся в навигационном сообщении спутников GPS. Таким образом, любой GPS приёмник может выдавать как системную шкалу времени, так и шкалу времени UTC(USNO). Аналогично обстоят дела для системной шкалы времени ГЛОНАСС и UTC(SU). Вот только вращение нашей планеты замедляется, и шкалу времени UTC раз в несколько лет корректируют на одну секунду. А системные шкалы времени не корректируются и разница между системными шкалами и мировым координированным временем на данный момент составляет 16 секунд.
Всем спасибо за внимание, надеюсь что было интересно.
Что такое ГЛОНАСС? — все RF
ГЛОНАСС или Глобальная навигационная спутниковая система — это спутниковая навигационная система, разработанная Россией, которая состоит из 24 спутников в трех орбитальных плоскостях с восемью спутниками на самолет. Россия начала развивать ГЛОНАСС в 1976 году как экспериментальную систему военных коммуникаций. Они запустили первый спутник ГЛОНАСС в 1982 году, а созвездие стало полностью работоспособным в 1995 году.
Спутники выведены на номинально круговые орбиты с наклоном цели 64.8 градусов и радиус орбиты 19 140 км, примерно на 1060 км ниже, чем спутники GPS, с периодом обращения 11 часов 15 минут.
Версии ГЛОНАСС:
- ГЛОНАСС — Эти спутники были запущены в 1982 году для военных и официальных организаций. Они были предназначены для измерения погоды, позиционирования, времени и скорости.
- ГЛОНАСС-М — Эти спутники были запущены в 2003 году для добавления второго гражданского кода, что важно для картографических приемников ГИС.
- ГЛОНАСС-К — Эти спутники были запущены в 2011 году для добавления третьей гражданской частоты. Это 3 типа — К1, К2 и КМ.
- ГЛОНАСС-К2 — Эти спутники будут запущены после 2015 года (в настоящее время на стадии проектирования).
- ГЛОНАСС-КМ — Эти спутники будут запущены после 2025 года (в настоящее время в стадии исследования).
В настоящее время используются спутники ГЛОНАСС-М второго поколения, а также спутники ГЛОНАСС-К1, в то время как спутники ГЛОНАСС-К2 и КМ находятся в стадии разработки.Сигналы ГЛОНАСС имеют ту же поляризацию (ориентацию электромагнитных волн), что и сигналы GPS, и имеют сопоставимую мощность сигнала.
Каждый спутник ГЛОНАСС передает C / A-код для стандартного позиционирования на частоте L1 и P-код для точного позиционирования на L1 и L2. P-код доступен только для военных целей. В отличие от GPS и Galileo, ГЛОНАСС использует разные частоты для каждого спутника.
Нажмите здесь, чтобы увидеть полосы частот ГЛОНАСС.
Система ГЛОНАСС является крупнейшим навигационным комплексом, который позволяет отслеживать местоположение различных объектов. Проект, запущенный в 1982 году, все еще активно развивается и совершенствуется. Причем работа ведется как над технической поддержкой ГЛОНАСС, так и над инфраструктурой, которая позволяет использовать систему все большему количеству людей. Итак, если в первые годы существования комплекса навигация с помощью спутников использовалась в основном для решения военных задач, то сегодня ГЛОНАСС — это инструмент технологического позиционирования, который стал обязательным в жизни миллионов гражданских пользователей.
Глобальные спутниковые навигационные системы
Ввиду технологической сложности реализации проектов глобального спутникового позиционирования на сегодняшний день только две системы — ГЛОНАСС и GPS — могут полностью соответствовать этому названию. Первый — русский, а второй — плод американских разработчиков. С технической точки зрения ГЛОНАСС представляет собой комплекс специализированного аппаратного оборудования, расположенного как на орбите, так и на земле.
Для связи со спутниками, специальными датчиками и приемниками, считывания сигналов и формирования на их основе данных о местоположении.Специальные атомные часы используются для расчета параметров времени. Они служат для определения положения объекта с учетом трансляции и обработки радиоволн. Уменьшение ошибок позволяет обеспечить более надежный расчет параметров позиционирования.
Функции спутниковой навигации
В круг задач глобальных спутниковых систем навигации входит определение точного местоположения наземных объектов. Помимо географического положения, глобальные навигационные спутниковые системы позволяют учитывать время, маршрут, скорость и другие параметры.Эти задачи реализуются с помощью спутников, расположенных в разных точках над земной поверхностью.
Глобальная навигация используется не только в транспортной отрасли. Спутники помогают в поисково-спасательных операциях, выполнении геодезических и строительных работ, а без них координация и обслуживание других космических станций и аппаратуры не обходятся. Военная промышленность также не останется без поддержки
.Что такое GPS 3? GPS III против GALILEO и ГЛОНАСС
Время чтения: 6 минутИзображение: LockheedЧто такое GPS III (GPS 3)?
GPS III — это модернизированная американская система GPS, которая будет работать с уровнем точности, аналогичным европейскому GALILEO. Он используется для того, чтобы электронные устройства могли сообщать вам, где вы находитесь.
По состоянию на 2019/2020 годы термин «GPS» конкретно относится к текущей системе американских навигационных спутников GPS II (GPS 2).В этом смысле мы все неправильно используем термин «GPS». ГЛОНАСС — это версия для России, а ГАЛИЛЕО — это версия для Европы. Правильный термин, который мы все должны использовать, это GNSS, а не GPS. GNSS расшифровывается как G lobal N Aviation S atellite S ystem. ГЛОНАСС — это GNSS, GPS — это GNSS, а GALILEO — это GNSS. Есть и другие региональные системы.
Эти системы могут использоваться самостоятельно, но их все чаще можно комбинировать.
Таким образом, использование GPS + ГЛОНАСС теперь довольно широко распространено в спортивных устройствах, а GPS + GALILEO все чаще используется в устройствах высокого класса SMART в телефонах и спортивных часах, включая новый Garmin Fenix 6.
Давайте сначала немного поговорим о ТОЧНОСТИ, ГЛОНАССЕ и ГАЛИЛЕО, так как это позволит лучше настроить картину, чтобы объяснить, где GPS III подойдет. Я также собираюсь говорить о спортивных умных часах, но точно такой же принцип применим к автомобильным спутниковым навигаторам, смартфонам и другим портативным навигационным устройствам.
Примечание: я использую термин GPS для обозначения GPS II с этого момента…
ТОЧНОСТЬ
Существует множество факторов, влияющих на точность позиционирования вашего устройства на земле.
Я хочу, чтобы вы выдвинули на передний план два фактора, а именно КОЛИЧЕСТВО спутников и частоты передачи, которые используют спутники. Кажется очевидным, что количество используемых вами спутников повысит точность (хотя это не совсем верно), и другой момент, который следует иметь в виду, это то, что если используются две частоты сигналов позиционирования, то есть некоторая физика, которая будет означать, что вы сможет снизить потери точности от маршрута, по которому проходит сигнал ( ионосферных задержек) , чтобы достичь вашего устройства со спутника.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Более подробная информация о точности, например, взгляд на HDOP, PDOP
ГЛОНАСС Точность
ГЛОНАСС по своей сути не лучше и не хуже, чем GPS (GPS II)
ОДНАКО, когда ГЛОНАСС и GPS используются ВМЕСТЕ, вероятность точности IS увеличилась. Просто потому, что в обоих «созвездиях» спутников больше доступных спутников, и, следовательно, больше шансов, что ваши часы / смартфон смогут увидеть , из них достаточно для хорошей фиксации положения.
Говорят, что использование GPS + ГЛОНАСС может дать точность до 4,5 / 5 м, а также может улучшить точность в населенных пунктах ; особенно в северном полушарии. Это тот же уровень точности, как автономный GPS. Это просто, что МОЛОДЕЖЬ его достижения МОЖЕТ быть увеличена.
GPS + ГЛОНАСС НЕ более точен, чем один GPS — я постоянно обнаруживал, что в моем тестировании продукта здесь
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Более подробно о ГЛОНАСС (здесь)
GALILEO & GALILEO Точность
Нет.ДРУГОЙ ГалилейНачиная с Q4.2019 европейское созвездие GALILEO почти завершено, и ожидается, что последние 2 (из 30) спутника будут введены в эксплуатацию в 2020 году. Однако 24 спутника — это все, что требуется для того, чтобы система полностью работала и, насколько я знаю, что это ситуация сейчас.
При использовании спутников GALILEO наряду с GPS используется тот же принцип, что и при использовании спутников ГЛОНАСС… , чем больше, тем лучше .
ОДНАКО у нас есть потенциал для УДИВИТЕЛЬНЫХ уровней точности до +/- 1 м даже в городах из-за использования двойных частот.GALILEO имеет 3 частоты, и две из них, E1 и E5a, могут использоваться вместе с частотами L1 и L5 от GPS.
К сожалению, для этого необходим специальный чип, такой как Broadcom BCM47755. И хотя этот чип в конечном итоге предназначен для использования в носимых устройствах, я не знаю ни , ни носителей , которые используют его прямо сейчас. Он используется в некоторых смартфонах, таких как Xiaomi Mi 9.
В настоящее время ситуация с носимыми устройствами заключается в том, что чип Sony CXD5603GF, по-видимому, является де-факто стандартом для сигналов GPS и GALILEO, принимаемых Garmin, Coros, Polar, Suunto и другими.Хотя этот чип Sony очень маломощный и поддерживает GALILEO, он не поддерживает двухчастотный AFAIK. Следовательно, уровни точности, которые мы видим, практически не изменились по сравнению с чипами GPS в носимых устройствах 5-летней давности… хотя энергопотребление значительно ниже и составляет , а именно потребление энергии и срок службы батареи способствуют использованию носимых технологий НЕ ТОЧНОСТЬ , 🙁
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Более подробная информация о GALILEO (здесь)
SBAS и точность
SBAS? Откуда это пришло?
Я бросил этоSBAS является умеренно важным фактором, который может еще больше повысить точность GPS, которая может быть повышена, если имеются корректирующие показания, которые можно взять с наземных передатчиков. Это выполняет задачу, аналогичную двухчастотному сигналу со спутников, а не с земли. Доступность этих наземных сигналов будет меньше, чем у спутников.
Polar использует SBAS с Sony CXD5603GFchip с апреля 2019 года и поддерживает GALILEO с октября 2019 года.
Что такое GPS III (GPS 3)?
Первоначально запланированный на 20 14 следующее поколение американских спутников GPS, построенных компанией Lockheed, наконец-то выводится на орбиту.Один уже был запущен SpaceX, а последний в прошлом месяце — ULA. Планируется, что еще 8 планируется отправить SpaceX в январе 2020 года. Все они должны быть введены в эксплуатацию в 2023 году.
После 2026 года появятся еще 22 спутника GPS3 F , которые завершатся последним запуском около 2034 года.
GPS III был разработан для использования тех же средних частот, которые уже используются GPS и GALILEO. Таким образом, с точки зрения потребительского устройства, мы должны эффективно рассматривать это как расширение существующих систем GPS и GALILEO, то есть с доступностью еще большего количества спутников.например, я надеюсь, что вышеупомянутый чип Sony GNSS будет «просто работать» с GPS III
Но эти новые спутники GPS III также открывают новую гражданскую частоту — L2C.
Двухдиапазонный GNSS
Редактировать: добавлен / изменен после исходного текста из-за комментариев ниже, я не собирался слишком много говорить о двухдиапазонной GNSS
Следующая таблица пытается показать, что Galileo E1 и GPS L1 могут использоваться вместе как «одна полоса» и что Galileo E5a и GPS L5 могут аналогичным образом использоваться вместе или индивидуально как другая полоса.Вывод E1 + L1 и E5a + L5 и L2c представляют 3 полосы, которые дают нам больше возможностей для большей точности, получаемой из двухчастотных сигналов
| Галилео | ГЛОНАСС — К | GPS II | GPS III |
| 1,559–1,592 ГГц (E1) | 1,593–1,610 ГГц (G1) | 1,563–1,587 ГГц (L1) | 1575,42 МГц L1 (гражданский) |
| 1,237–1,254 ГГц (G2) | 1,215–1,2396 ГГц (L2) | 1227.6 МГц L2C (гражданский) | |
| 1,189–1,214 ГГц (G3) | |||
| 1,164–1,215 ГГц (E5a / b) | 1,164–1,189 ГГц (L5) | 1176,45 МГц L5 (гражданский) | |
| 1,260–1,300 ГГц (E6) |
Из комментариев, приведенных ниже, больше чипов для смартфонов, чем я думал, которые поддерживают / поддерживают двухчастотную GNSS. Помимо чипа BCM47755, о котором я специально упомянул, поскольку его спецификации претендуют на готовность к износу, есть также Snapdragon 855 (с 2018 года), Huawei Kirin 980 (с 2018 года) и Huawei Kirin 990 (с сентября 2019 года).Я предполагаю, что это двухчастотный GPS + GALILEO (не GPS III) … так что эта секция сходит с ума по отношению к первоначальному замыслу.
Если кто-нибудь может выслать мне несколько треков GPX / TCX для двухчастотных тренировок со смартфона и отдельные треки из спортивных часов на одном и том же RUN / Ride … Я хотел бы выложить здесь несколько сравнительных изображений.
Резюме
GPS III позволит увидеть больше спутников, что даст многим устройствам больше шансов достичь текущих уровней точности GNSS, т. Е. +/- 5 м
В сочетании с подходящим потребительским чипом GNSS, который может обрабатывать несколько частот , будет существовать возможность получать высокоточные показания.
Мнение? — сдерживайте свое волнение еще год или два. Для использования Sports-GNSS необходимо, чтобы в 2019 году был внедрен более мощный чип GNSS, помимо чипа Sony, который будет широко использоваться. Скорее всего, мы впервые увидим это нововведение в смартфонах со спортивными устройствами примерно год назад. Наконец, давайте не будем слишком зацикливаться на спутниковых сигналах, мы видим ЛУЧШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗА 5 ЛЕТ назад со спортивными часами только с GPS, очевидно, что всем производителям спортивных часов нужно присмотреться, например, к дизайну своих антенн.
Для Мирко 😉
Поддержите этот сайт покупками у этих партнеров — выберите местный выбор в вашей стране ,