Современные навигационные спутниковые системы
Размер:
A
A
A
Цвет: CCC
Изображения Вкл.Выкл.
Обычная версия сайта
- Главная
- ГЛОНАСС
- Состав ОГ
- ЦУС ГЛОНАСС
- Эфемериды
- Текущее положение КА
- Часовой мониторинг
- Суточный мониторинг
- Технические характеристики
- Мгновенная доступность
- Зоны видимости
- Мониторинг по данным пункта слежения ИАЦ КВНО
- Потребительские характеристики
- Системные документы
- Уточнение координат (RINEX)
- Beidou
- Состав ОГ
- Эфемериды
- Часовой мониторинг
- Суточный мониторинг
- Технические характеристики
- Российско-китайский Комитет
- Центр поддержки потребителей Beidou
- GPS
- Состав ОГ
- Эфемериды
- Часовой мониторинг
- Суточный мониторинг
- Технические характеристики
- Galileo
- Состав ОГ
- Часовой мониторинг
- Суточный мониторинг
- Технические характеристики
- Ионосфера
- Карты ионосферы
- Точность расчета карт ионосферы
- Об ионосфере Земли
- Методы моделирования ионосферы
- Испытательный центр
- Общие сведения
- Предоставление услуг
- Мобильная лаборатория
- Стенд испытаний в кинематическом режиме
- Стенд испытаний на имитаторе сигналов ГНСС
- О навигации
- История ГЛОНАСС
- ГЛОНАСС
- Современные ГНСС
- Принципы навигации
- Функциональные дополнения
- Часто задаваемые вопросы
- Полезные ссылки
- Производители навигационного оборудования и карт
- Новости
- Сообщения о состоянии ОГ ГЛОНАСС
- Новости ГНСС
- Документы
- Документы общего регулирования
- Документы по услугам ГЛОНАСС
- Документы по потребителям ГЛОНАСС
Принципы навигации
Основные элементы спутниковой системы навигации
Принцип работы системы навигации
Системы координат
Системы времени
Навигационные радиосигналы
Навигационное сообщение
Факторы, влияющие на снижение точности
Повышение точности навигации
Космический сегмент
Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации.
Основные функции каждого спутника — формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.
Наземный сегмент
В состав наземного сегмента входят: космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.
Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как КА.
Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.
Пользовательский сегмент
В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей, предназначенная для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.
Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю в составе навигационного сигнала передается информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников.
Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.
На рисунке приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников. Цветными толстыми линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Цветные тонкие линии – это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – т.е. часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.
В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают, для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.
В действительности показания часов, которые входят в состав НАП, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один — смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.
Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли,
о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.
Геоцентрические системы координат — системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.
Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:
- радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),
- лазерная локация КА (SLR),
- доплеровские измерительные системы (DORIS),
- навигационные измерения КА ГЛОНАСС и других ГНСС.
Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.
В современных навигационных спутниковых системах используются различные, как правило национальные, системы координат:
| Навигационная система | Система координат |
|---|---|
| Система координат ГЛОНАСС | ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года) |
| Система координат GPS | WGS-84 (World Geodetic System) |
| Система координат Galileo | GTRF (Galileo Terrestrial Referenfce Frame) |
| Система координат Beidou | CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000) |
| Система координат QZSS | JGS (Japanese geodetic system) |
| Система координат NavIC | WGS-84 (World Geodetic System) |
В соответствии с решаемыми задачами используются два типа систем времени: астрономические и атомные.
Системы астрономического времени основаны на суточном вращении Земли. Эталоном для построения шкал астрономического времени служат солнечные или звездные сутки, в зависимости от точки небесной сферы, по которой производится измерение времени.
Всемирное время UT (Universal Time) — среднее солнечное время на гринвическом меридиане.
Всемирное координированное время UTC синхронизировано с атомным временем и является международным стандартом, на котором базируется гражданское время.
Атомное время (TAI) — время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. В 1967 году на Генеральной конференции мер и весов было принято, что атомная секунда представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, не возмущённого внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 Гц.
Спутниковая радионавигационная система является пространственно-временной системой с зоной действия, охватывающей всё околоземное пространство, и функционирует в собственном системном времени. Важное место в ГНСС отводится проблеме временной синхронизации подсистем, которая важна и для обеспечения заданной последовательности излучения сигналов всех навигационных спутников. Она обусловливает возможность применения пассивных дальномерных (псевдодальномерных) методов измерений. Наземный командно-измерительный комплекс обеспечивает синхронизацию шкал времени всех НКА путем их сверки и коррекции (непосредственной и алгоритмической).
Навигационных радиосигналы
При выборе типов и параметров сигналов, используемых в спутниковых радионавигационных системах, учитывается целый комплекс требований и условий. Сигналы должны обеспечивать высокую точность измерения времени прихода (задержки)
сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятность правильного декодирования навигационного сообщения.
Также сигналы должны иметь низкий уровень взаимной корреляции для того,
чтобы сигналы разных НКА надежно различались НАП. Кроме того, сигналы ГНСС должны максимально эффективно использовать отведенную
полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, а также иметь высокую помехоустойчивость.
Почти все существующие навигационные спутниковые системы, за исключением индийской системы NAVIC, используют для передачи сигналов диапазон L. Система NAVIC будет излучать сигналы дополнительно и в S диапазоне.
Диапазоны, занимаемые различными навигационными спутниковыми системами
Виды модуляции
По мере развития спутниковых навигационных систем изменялись используемые виды модуляции радиосигналов.
В большинстве навигационных систем изначально использовались исключительно сигналы с бинарной (двухпозиционной)
фазовой модуляцией – ФМ-2 (BPSK).
В настоящее время в спутниковой навигации начался переход к новому классу модулирующих функций,
получивших название BOC (Binary Offset Carrier)-сигналов.
Принципиальное отличие BOC-сигналов от сигналов с ФМ-2 состоит в том, что символ модулирующей ПСП BOC-сигнала представляет собой не прямоугольный видеоимпульс, а отрезок меандрового колебания, включающий в себя некоторое постоянное число периодов k. Поэтому сигналы с BOC-модуляцией часто называют меандровыми шумоподобными сигналами.
Использование сигналов с BOC-модуляцией повышает потенциальную точность измерения и разрешающую способность по задержке. Одновременно с этим, уменьшается уровень взаимных помех при совместном функционировании навигационных систем, использующих традиционные и новые сигналы.
Каждый спутник принимает с наземных станций управления навигационную информацию, которая передается обратно пользователям в составе навигационного сообщения.
Навигационное сообщение содержит разные типы информации, необходимые для того, чтобы определить местоположение пользователя и синхронизовать его шкалу времени с национальным эталоном.
Типы информации навигационного сообщения
- Эфемеридная информация, необходимая для вычисления координат спутника с достаточной точностью
- Погрешность расхождения бортовой шкалы времени относительно системной шкалы времени для учета смещения времени КА при навигационных измерениях
- Расхождение между шкалой времени навигационной системы и национальной шкалой времени, для решения задачи синхронизации потребителей
- Признаки пригодности с информацией о состоянии спутника для оперативного исключения спутников с выявленными отказами из навигационного решения
- Альманах с информацией об орбитах и состоянии всех КА в группировке для долгосрочного грубого прогноза движения спутников и планирования измерений
- Параметры модели ионосферы, необходимые одночастотным приемникам для компенсации погрешностей навигационных измерений, связанных с задержкой распространения сигналов в ионосфере
- Параметры вращения Земли для точного пересчета координат потребителя в разных системах координат
Признаки пригодности обновляются в течение нескольких секунд при обнаружении отказа.
Параметры эфемерид и времени, как правило, обновляются не чаще, чем 1 раз в полчаса. При этом период обновления для разных систем сильно отличается и может достигать четырех часов, в то время как альманах обновляется не чаще, чем 1 раз в день.
По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию и передается в виде потока ЦИ.
Изначально во всех навигационных спутниковых системах использовалась структура вида «суперкадр/кадр/строка/слово». При этой структуре поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров,
суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк.
В соответствии со структурой «суперкадр/кадр/строка/слово» формировались сигналы системы Baidou, Galileo (кроме E6), GPS (LNAV данные, L1), сигналы ГЛОНАСС с частотным разделением.
В зависимости от системы, размеры суперкадров, кадров и строк могут отличаться, но принцип формирования остается похожим.
В настоящее время в большинстве сигналов используется гибкая строковая структура. В этой структуре навигационное сообщение формируется в виде переменного потока строк различных типов. Каждый тип строки имеет свою уникальную структуру и содержит определённый тип информации (указаны выше). НАП выделяет из потока очередную строку, определяет её тип и в соответствии с типом выделяет информацию, содержащуюся в этой строке.
Гибкая строковая структура навигационного сообщения позволяет гораздо эффективнее использовать пропускную способность канала передачи данных.
Но главным достоинством навигационного сообщения с гибкой строковой структурой является возможность её эволюционной
модернизации при соблюдении принципа обратной совместимости. Для этого в ИКД для разработчиков НАП специально указывается,
что если НАП в навигационном сообщении встречает строки неизвестных ей типов, то она должна их игнорировать.
Это позволяет добавлять
в процессе модернизации ГНСС к ранее существовавшим типам строк строки с новыми типами. НАП, выпущенная ранее, игнорирует строки с новыми типами и,
следовательно, не использует те новации, которые вводятся в процессе модернизации ГНСС, но при этом её работоспособность не нарушается.
Сообщения сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением имеют строковую структуру.
На точность определения потребителем своих координат, скорости движения и времени влияет множество факторов, которые можно разделить на три категории:
- Системные погрешности, вносимые аппаратурой космического комплекса
Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры спутника и наземного комплекса управления ГНСС, обусловлены в основном несовершенством частотно-временного и эфемеридного обеспечения.
- Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала от КА до потребителя
Погрешности обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере Земли от скорости их распространения в вакууме, а также зависимостью скорости от физических свойств различных слоёв атмосферы.
- Погрешности, возникающие в АП
Аппаратурные погрешности подразделяются на систематическую погрешность аппаратурной задержки радиосигнала в АП и флуктуационные погрешности, обусловленные шумами и динамикой потребителя.
Кроме того, на точность НВОсущественно влияет взаимное расположение навигационных спутников и
потребителя.
Количественной характеристикой погрешности определения местоположения и поправки показаний часов, связанной с особенностями пространственного положения спутника и потребителя, служит так
называемый геометрический фактор ΓΣ или коэффициент геометрии.
В англоязычной литературе используется обозначение GDOP — Geometrical Delusion of Precision.
Геометрический фактор ΓΣ показывает во сколько раз происходит уменьшение точности измерений и зависит от следующих параметров:
- Гп — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС в пространстве.
Соответствует PDOP — Position Delusion of Precision. - Гг — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по горизонтали.
Соответствует HDOP — Horizontal Delusion of Precision. - Гв — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по вертикали.
Соответствует VDOP — Vertical Delusion of Precision. - Гт — геометрический фактор точности определения поправки показаний часов потребителя ГНСС.
Соответствует TDOP — Time Delusion of Precision.
Существующие в настоящее время ГНСС GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Однако существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и др.
Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений.
Дифференциальный режим предполагает использование одного или более базовых приёмников, размещённых в точках с известными координатами, которые одновременно с приёмником потребителя (подвижным, или мобильным) осуществляют приём сигналов одних и тех же спутников.
Повышение точности навигационных определений достигается за счёт того, что ошибки измерения навигационных параметров потребительского и базовых приёмников являются коррелированными.
При формировании разностей измеряемых параметров большая часть таких погрешностей компенсируется.
В основе дифференциального метода лежит знание координат опорной точки – ККС или системы опорных станций, относительно которых могут быть вычислены поправки к определению псевдодальностей до навигационных спутников. Если эти поправки учесть в АП, то точность расчета, в частности, координат может быть повышена в десятки раз.
Для обеспечения дифференциального режима для большого региона – например, для России, стран Европы, США — передача корректирующих дифференциальных поправок осуществляется при помощи геостационарных спутников. Системы, реализующие такой подход, получили название широкозонные дифференциальные системы.
Подробнее о системах функциональных дополнений ГНСС, которые предоставляют потребителям дополнительную корректирующую информацию, смотрите в разделе «Функциональные дополнения».
Важность и преимущества для владельцев автомобилей
Вы когда-нибудь задумывались, как работает система GPS-навигации в вашем автомобиле? Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько важен GPS для вашей навигационной системы?
Многие модели автомобилей, особенно новые, уже поставляются с собственной навигационной системой в момент их покупки. Но что такое GPS-навигация и как она работает? В чем его преимущества для автовладельцев?
Получите необходимую навигационную систему здесь.
ЧТО ТАКОЕ GPS НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА?
Навигационная система GPS получает компоненты GPS и аудио/видео, предназначенные для таких целей, как автомобильные устройства, портативные гаджеты или приложения для смартфонов. GPS, или глобальная система позиционирования, представляет собой спутниковую навигационную систему, которая работает 24 часа в сутки, чтобы определить положение приемника на Земле, используя несколько спутниковых сигналов.
КАК РАБОТАЕТ GPS?
Спутники GPS совершают два оборота вокруг Земли в день.
Эти спутники передают уникальный сигнал, который позволяет устройствам GPS получать точное местоположение спутника. Приемники GPS используют эту информацию для расчета точного местоположения пользователя. Приемник GPS измеряет расстояние до каждого спутника по времени, которое требуется для приема передаваемого сигнала.
Благодаря измерениям расстояния от нескольких других спутников приемник может определить положение пользователя и отобразить его на вашем устройстве для выполнения повседневных задач, таких как измерение маршрута бега, поиск любимого ресторана или поиск пути домой.
Навигационная система GPS в ваших автомобилях делает гораздо больше. Вот некоторые из преимуществ, которые вы можете получить, установив в автомобиле навигационную систему GPS:
- Она поможет вам быть в курсе дорожного движения вокруг вас, чтобы вы не попали в пробку. Последние
- Навигационная система GPS способствует безопасности, поскольку она была разработана для вождения. Использование телефона во время вождения сопряжено со многими опасностями. Установленная навигационная система точно будет держать ваши руки на руле, и вы не будете смотреть в телефон, чтобы просчитать свой следующий поворот.
- Некоторые новые модели оснащены большими экранами GPS с голосовыми подсказками, чтобы вы могли безопасно добраться туда, куда направляетесь. Хорошим примером является массивный 12-дюймовый сенсорный экран Dodge Ram, где вы можете разделить экран на две части. Таким образом, вы можете использовать свою навигационную систему, подключая радио или Apple CarPlay.
- Системы GPS-навигации не просто доставят вас туда, куда вы направляетесь, они доставят вас туда наиболее эффективным способом. Использование встроенной системы GPS гарантирует, что вы используете как можно меньше бензина, чтобы добраться из пункта А в пункт Б.
Использование телефона во время вождения сопряжено со многими опасностями. Установленная навигационная система точно будет держать ваши руки на руле, и вы не будете смотреть в телефон, чтобы просчитать свой следующий поворот.ВСЕ АВТОМОБИЛИ ИМЕЮТ GPS-НАВИГАЦИЯ?
Более новые модели оснащены новейшей системой GPS-навигации в зависимости от приобретаемого автомобиля.
Chevrolet, например, предлагает навигационную систему MyLink, которая предоставляет множество функций для лучшего и более безопасного вождения. Другой пример — навигационная система IntelliLink, которую используют Buick и GMC.
Эти потрясающие функции появились в моделях 2016 года. Если у вас более старая модель, в MVI вы найдете различные обновления навигационной системы. Вы можете выполнить поиск в магазине GM Navigation System компании MVI или щелкнуть ссылку здесь.
Позвольте нашим экспертам GMC из MVI, Inc. Помощь
MVI Inc. дает вам возможность добавить подлинную заводскую навигационную систему для некоторых моделей. Все комплекты, которые мы предлагаем, имеют идеальную подгонку и отделку, и установка будет работать так же, как если бы она была собрана на заводе, включая элементы управления на рулевом колесе, Bluetooth, спутниковое радио, входы USB/Aux и т. д.
Если у вас возникли проблемы с установкой каких-либо обновлений или возникли другие вопросы о вашей навигационной системе GM, свяжитесь с нашими экспертами здесь, в MVI Inc.
сегодня. Мы будем рады помочь вам в этом процессе и предоставить любую дополнительную помощь, которая может вам понадобиться.
Компания MVI Inc. с гордостью предлагает профессиональную установку навигационных систем OEM. Мы специализируемся на навигационных системах GM , но также предлагаем оборудование для других платформ, включая аудиосистемы других производителей и другие оригинальные заводские навигаторы , такие как Ford, Chrysler/Dodge/Jeep MyGig и Volkswagen . Все наши оригинальные заводские навигационные системы могут быть идеально интегрированы в ваш автомобиль, как если бы он был собран таким образом у дилера.
Для получения дополнительной информации о любом из наших продуктов, пожалуйста, позвоните по телефону 866-428-3585 или отправьте запрос на продукт. Для самых быстрых ответов вы можете использовать функцию веб-чата, расположенную в правом нижнем углу каждой страницы.
Часы работы: Понедельник – Пятница: 9:00 – 16:00 (МСК).
Поделиться этой публикацией
Оставить ответ
Продукты
Последние сообщения
Следуйте за нами
д.
Android представила Android Auto в середине 2014 года для смартфонов Android в качестве прямого конкурента Apple CarPlay. Обе системы используют GPS и датчики подключенного телефона для навигационных данных, которые затем передаются в развлекательную систему автомобиля для отображения. Данные о трафике в режиме реального времени могут быть загружены с использованием данных сотовой связи телефона в зависимости от приложения, используемого для навигации.
GPS-приемник имеет предварительно сохраненную карту или альманах положения каждого спутника (который обновляется на основе информации, отправленной спутником). Приемник GPS определяет свое расстояние от одного спутника. Теперь приемник может находиться в любой точке на поверхности сферы (скажем, сферы А) с радиусом, равным расстоянию от этого спутника. Теперь, если приемник измеряет свое расстояние от второго спутника, он получает еще одну сферу (скажем, сферу B) с вероятными положениями. Сфера A и сфера B пересекутся, образуя геометрическое место возможных местоположений, которое будет кругом. С информацией о расстоянии от третьего спутника остается только 2 возможных местоположения, и только одно из этих двух положений находится на поверхности Земли.
Однако, чтобы иметь возможность измерить это, спутнику и приемнику требуются чрезвычайно точные часы. На спутниках есть атомные часы; в большинстве коммерческих приемников используются обычные кварцевые часы. Приемник измеряет входящие сигналы от 4 и более спутников, что дает больше информации, чем необходимо только для определения местоположения. Дополнительная информация используется для обновления кварцевых часов приемника, чтобы максимизировать точность его вычислений положения.