Системы навигации: Современные навигационные спутниковые системы

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
  • Интегральная доступность
  • Зоны видимости
  • 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

Системы спутниковой навигации

Системы спутниковой навигации

Основные элементы

Основные элементы спутниковой системы навигации:

• Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

• Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

• Аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем, используемое для определения координат;

• Опционально: наземная система радиомаяков, позволяющая значительно повысить точность определения координат.

• Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

• Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
• Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
• Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;
• Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
• Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

Применение систем навигации

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

• Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек
• Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии
• Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация
• Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
• Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-ГЛОНАСС.
• Тектоника, Тектоника плит: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит
• Активный отдых: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, Геокэшинг и др.
• Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

 

Современное состояние

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

GPS

Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.

ГЛОНАСС

Принадлежит министерству обороны России. Система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена только в конце 2011 года. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Бэйдоу

Развёртываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.

На 28 декабря 2012 года выведено на орбиту Земли шестнадцать навигационных спутников, из них по предназначению используется 11^[1].

Согласно планам, к 2012 году она сможет покрывать Азиатско-Тихоокеанский регион, а к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом.

Galileo

Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

IRNSS

Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS — 7.

QZSS

Первоначально японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый запуск спутника для QZSS был запланирован на 2008 г. В марте 2006 японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнётся второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объём услуг.

Основные характеристики систем навигационных спутников

параметр, способ	СРНС ГЛОНАСС	GPS NAVSTAR	TEN GALILEO	BDS COMPASS
Число НС (резерв)	24 (3)	24 (3)	27 (3)	30 (5)
Число орбитальных плоскостей	3	6	3	нет данных
Число НС в орбитальной плоскости	8	4	9	нет данных
Тип орбит	Круговая (e=0±0.01)	Круговая	Круговая	Круговая
Высота орбиты, КМ	19100	20183	23224	21500
Наклонение орбиты, градусы	64.8±0.3	~55 (63)	56	~55
Номинальный период обращения по среднему солнечному времени	11 ч 15 мин 44 ± 5 с	~11 ч 58 мин	14 ч 4 мин. и 42 с.	нет данных
Способ разделения сигналов НС	Кодово-частотный (кодовый на испытаниях)	Кодовый	Кодово-частотный	нет данных
Несущие частоты радиосигналов, МГц	L1=1602.5625…1615.5 L2=1246.4375…1256.5	L1=1575.42 L2=1227.60 L5=1176.45	E1=1575.42 E5=1191.795 E5A=1176.46 E5B=1207.14 E6=12787.75	E1=1575.42 E5=1191.795 E5A=1176.46 E5B=1207.14 E6=12787.75
Период повторения дальномерного кода (или его сегмента)	1 мс	1 мс (С/А-код)	нет данных	нет данных
Тип дальномерного кода	М-последовательность (СТ-код 511 зн.)	Код Голда (С/А-код 1023 зн.)	М-последовательность	нет данных
Тактовая частота дальномерного кода, МГц	0.511	1. 023 (С/А-код) 10.23 (P,Y-код)	Е1=1.023 E5=10.23 E6=5.115	нет данных
Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D- код)	50 зн/с (50Гц)	50 зн/с (50Гц)	25, 50, 125, 500, 100 Гц	нет данных
Длительность суперкадра, мин	2.5	12.5	5	нет данных
Число кадров в суперкадре	5	25	нет данных	нет данных
Число строк в кадре	15	5	нет данных	нет данных
Система отсчета времени	UTC (SU)	UTC (USNO)	UTC (GST)	UTC (-)
Система отсчета координат	ПЗ-90/ПЗ90.2	WGS-84	ETRF-00	нет данных
Тип эфемирид	Геоцентрические координаты и их производные	Модифицированные кеплеровы элементы	Модифицированные кеплеровы элементы	нет данных
Сектор излучения от направления на центр земли	±19 в 0	L1=±21 в 0 L2=±23. 5 в 0	нет данных	нет данных
Сектор Земли	±14.1 в 0	±13.5 в 0	нет данных	нет данных

Технические детали работы систем

Рассмотрим некоторые особенности основных действующих систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):

• Обе системы имеют двойное назначение — военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства (США для GPS и России для ГЛОНАСС). В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован (в системе GPS это ограничение было отменено только в мае 2000 года и в любой момент может быть восстановлено).
• Спутники GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Номинальное количество спутников в обеих системах — 24. Группировка GPS полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В 2011 году система ГЛОНАСС полностью восстановлена, количество спутников в группировке достигло 24. В системе появился орбитальный резерв.
• Обе системы используют сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.
• В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Для GPS L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, то есть каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53.
• Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) — это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах — т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.
• Для подавления сигналов спутниковых навигационных систем используются передатчики активных помех. Впервые широкой общественности передатчики разработки российской компании «Авиаконверсия» были представлены в 1997 году на авиасалоне МАКС-1997^[2].

Дифференциальное измерение

Основная статья: Системы дифференциальной коррекции

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т.  н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Запланировано создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ.

Знакомство с четырьмя типами дизайна навигации — Network for Nonprofit and Social Impact

Редакционная группа NNSI

Как показано в нашем предыдущем блоге «Понимание и навигация по насыщенным реферальным ландшафтам», количество навигационных систем стремительно растет. Но не все навигационные системы одинаковы. В этом блоге мы оцениваем четыре распространенных дизайна навигации и анализируем последствия каждого соответствующего дизайна.

Напомним из нашего последнего блога: Навигационные системы — это организационные механизмы, предназначенные для поддержки людей в поиске и получении ценных преимуществ, программ и услуг. Эти навигационные системы состоят из трех основных элементов: навигаторов-людей, справочных платформ и мер вмешательства.

Люди-навигаторы — это операторы колл-центра, социальные работники, навигаторы/работники общественного здравоохранения, активисты работы с населением, сотрудники координационного центра и другие участники, которые помогают людям наметить путь к медицинской помощи и направить людей к соответствующим службам. Некоторые навигаторы-человеки являются специально обученными сотрудниками, а другие являются членами местного сообщества.

Реферальные платформы — это технологические системы, которые обычно включают доступные для поиска и регулярно обновляемые каталоги ресурсов общественных организаций и агентств, предоставляющих услуги и уход. Реферальные платформы также включают системы управления, которые отправляют рефералов и отслеживают результаты рефералов.

Меры по вмешательству помогают определить потребности лиц, обращающихся за помощью, подобрать для этих лиц поставщиков услуг, помочь в процессе регистрации и в целом поддержать клиентов, получающих помощь, на протяжении всего процесса.

Дизайн навигации относится к особому способу объединения этих людей-навигаторов, справочных платформ и усилий по вмешательству, который уникален для каждой навигационной системы. В публикации «Картографирование навигационных систем Пенсильвании: возможности для будущего» представлен углубленный анализ четырех основных навигационных систем, составляющих более широкий ландшафт навигационных систем. Четыре основных варианта навигации — это соединители сообщества, востребованные каталоги, разработчики здравоохранения и системные интеграторы.

 

1. Соединители сообщества

Навигационные системы с проектной моделью соединителя сообщества отдают приоритет навигаторам-человекам, используя локальный и ориентированный на сообщество фокус. Соединители сообщества используют подход, ориентированный на клиента, и работают с клиентами лично на протяжении всего процесса обращения за помощью.

Преимущества : Первое преимущество связей с сообществами заключается в том, что они обычно вызывают более высокую степень доверия в маргинализированных и угнетенных сообществах, чем в институтах. Второе преимущество заключается в том, что персонализированная модель коммуникаторов обеспечивает более индивидуализированный уход — в культурном, лингвистическом или ином отношении.

Недостатки : Коммунальные консультанты находятся в невыгодном положении из-за отсутствия у них технологий и систем данных для отслеживания их направлений и обеспечения подотчетности учреждения, предоставляющего уход. Представители сообщества также не могут оценивать свою практику, что может препятствовать развитию и адаптации методов ухода.

 

2. Требуемые каталоги

Требуемые каталоги создают, совершенствуют и поддерживают полные, актуальные каталоги ресурсов, которые включают все доступные программы, преимущества или услуги в данном географическом местоположении. Затем эти системы сопоставляют клиентов с соответствующей службой. Навигаторы-человеки доступны для помощи в сопоставлении и устранении неполадок.

Преимущества : Преимущество востребованных каталогов заключается в их способности оказывать немедленную помощь в любое время, одновременно обращаться к большому количеству клиентов и обеспечивать качественное взаимодействие посредством сбора и анализа показателей обеспечения качества.

Недостатки : Два недостатка этого типа дизайна заключаются в том, что требуемые каталоги обеспечивают меньшую поддержку в конце процесса поиска помощи и не отслеживают результаты направления, чтобы обеспечить замкнутый цикл.

 

3. Разработчики медицинских услуг

Разработчики медицинских услуг помогают клиентам преодолеть социальные детерминанты здоровья посредством совместных усилий по проверке медицинской информации и предоставлению надлежащих человеческих услуг для удовлетворения соответствующих потребностей. Электронная постоянная медицинская карта затем сохраняет каждое направление и связанные с ним данные.

Преимущества : Преимущество разработчиков медицинских услуг заключается в том, что они проверяют пациентов на наличие незарегистрированных потребностей в услугах и собирают больше всего данных, особенно о том, как организации социальных услуг снижают стоимость лечения.

Недостатки : Разработчики медицинских услуг находятся в невыгодном положении, поскольку все их направления должны исходить от поставщиков медицинских услуг. Их системы иногда несовместимы с системами организаций сферы обслуживания, из-за чего раскрытие информации о последующих обращениях зависит от того, желает ли поставщик использовать отдельную систему для отчетности.

 

4. Системные интеграторы

Навигационный проект системного интегратора использует закрытую сеть и справочные платформы, чтобы замкнуть справочный цикл. Системные интеграторы присутствуют на протяжении всего процесса направления от клиента к специалисту и содержат подробную аналитику по результатам направления.

Преимущества : Некоторые преимущества этого дизайна заключаются в том, что клиенты получают всестороннюю поддержку на протяжении всего процесса обращения за помощью, а использование этой системой расширенной аналитики отслеживает направления для получения результатов, точности и эффективности. Кроме того, системные интеграторы уникальным образом позволяют клиентам получать доступ к услугам из любой организации в своей сети.

Недостатки : Недостатком системных интеграторов является то, что для получения эффективных результатов необходимо участие всей сети. Кроме того, эти системы могут пренебрегать усилиями сообщества и создавать непреднамеренно эксклюзивную среду. Наконец, эти системы дороги.

 

Среди этих четырех различных типов систем нет ни одного «идеального» навигационного дизайна. Каждая навигационная система — соединители сообщества, востребованные каталоги, разработчики медицинских услуг и системные интеграторы — воплощает в себе уникальный критически важный набор активов. Например, связисты сообщества демонстрируют повышенное доверие со стороны маргинализированных и угнетенных сообществ. Системные интеграторы лучше подходят для обеспечения замкнутого цикла направления к специалистам по уходу и привлечения поставщиков к ответственности за их роль в процессе обращения за помощью. Востребованные каталоги имеют самые современные и полные каталоги ресурсов. Разработчики медицинских услуг уникальным образом сочетают потребности человека в обслуживании с медицинскими потребностями. И у каждой конструкции есть как недостатки, так и преимущества. Соединители сообщества не могут отслеживать рефералов в больших масштабах, а системные интеграторы стоят дорого и требуют дополнительных усилий от организаций сообщества. Требуемые каталоги не обеспечивают замкнутый цикл направлений, и разработчики здравоохранения должны постоянно сотрудничать с организациями социального обслуживания. Цель этого руководства — представить каждый из четырех типов дизайна, продемонстрировать ценность каждого из них и показать, что ни один из них не превосходит другие. Все четыре типа дизайна должны сосуществовать в успешном реферальном ландшафте.

инерционные навигационные системы для моря, Land & Air

на базе AI
Навигация и робототехника

Get In Touch

Квантовые датчики
для инерционной навигации

. ТЕХНОЛОГИИ

Свяжитесь с нами

АКУСТИЧЕСКАЯ НАВИГАЦИЯ
УНИКАЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ USBL SQUARED

Свяжитесь с нами

Нам доверяют ведущие мировые компании

РАСШИРЕННАЯ НАВИГАЦИЯ разрабатывает передовые навигационные системы и робототехнику для воздушных, наземных, морских и космических приложений. Наша миссия — совершить революцию в автономности с помощью систем на основе ИИ, обеспечивающих непревзойденные возможности и производительность.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

ИДУ и АДП

МЭМС ГНСС/ИНС

ТУМАН GNSS/INS

Акустическая навигация

Облако наземного управления

Управление парком дронов из браузера

Подробнее

Навигационные решения для

Аэрокосмическая промышленность

Инерциальные навигационные системы на основе искусственного интеллекта для аэрокосмических приложений.

Автомобильная промышленность

Навигационные решения на основе искусственного интеллекта для автомобильных приложений.

Автономные системы

Навигационные решения на основе ИИ для приложений автономных систем.

Оборона

Навигационные решения на основе ИИ для оборонных приложений.

Marine

Навигационные решения на основе искусственного интеллекта для морских приложений.

Подводные

Навигационные решения на основе искусственного интеллекта для подводных приложений.

Геодезия

Навигационные решения на основе ИИ для наземных и морских геодезических приложений.

системы в полевых условиях

Более

clients worldwide

Used by

of the largest 10 tech companies

Used by

of the top 5

car manufacturers

Why Choose

ADVANCED NAVIGATION

High Performance

Наши навигационные системы обеспечивают высочайшую производительность и богатейший набор функций на рынке. Мы подкрепляем наши заявления о производительности бесплатными пробными версиями продуктов.

Надежность, которой доверяют

Все наши системы разработаны и протестированы в соответствии со стандартами безопасности со встроенной отказоустойчивостью, чтобы обеспечить вам максимально возможную надежность.