Спутники глонасс и gps: Космический масштаб импортозамещения — Ведомости

GALILEO выйдет на полную работоспособность (FOC) к 2020 году.

5. ГЛОНАСС

Наконец, ГЛОНАСС — это российская версия GPS. Разработка началась в 1976 году Советским Союзом. Всего существует 5 версий ГЛОНАСС, в том числе:

1. ГЛОНАСС (1982)
2. ГЛОНАСС-М (2003)
3. ГЛОНАСС-К (2011)
4. ГЛОНАСС-К2 (2015)
5. ГЛОНАСС-КМ (2025 г. — в фазе исследований)

Вспомогательный ГЛОНАСС

Ассистированный ГЛОНАСС (A-GLONASS) во многом аналогичен ГЛОНАСС, но имеет больше функций для смартфонов.Эти функции включают в себя пошаговую навигацию, данные о загруженности дорог в реальном времени и многое другое. А-ГЛОНАСС использует близлежащие вышки сотовой связи для быстрой фиксации вашего точного местоположения. Также улучшена производительность чипсетов с поддержкой ГЛОНАСС.

Разница между ГЛОНАСС и GPS GNSS

Во-первых, сеть GPS США включает 31 спутник, а ГЛОНАСС использует 24 спутника. Две системы также несколько различаются по точности. Точность определения местоположения ГЛОНАСС составляет 5-10 м, а GPS — 3,5-7.8м. Следовательно, точность GPS превосходит ГЛОНАСС, поскольку меньшее количество ошибок лучше.

Что касается частот, то ГЛОНАСС работает на частоте 1,602 ГГц, а GPS — на частоте 1,57542 ГГц (сигнал L1).

При использовании отдельно ГЛОНАСС не обеспечивает такое сильное покрытие по сравнению с GPS. На самом деле существенных преимуществ ГЛОНАСС перед GPS нет.

ГЛОНАСС — отличный помощник для GPS. Когда сигналы GPS теряются (например, когда вы находитесь между высокими зданиями), ГЛОНАСС придет вам на помощь.

Что общего у всех созвездий GNSS?

Короткий ответ — потребность в точном времени и точности.Обычно это достигается с помощью высокопроизводительных атомных часов с рубидием или спутниковых GPSDO LEO. Здесь, в Bliley Technologies, мы применили более чем 85-летний опыт управления частотой, чтобы предоставить миру одни из лучших решений для синхронизации для созвездий GNSS и спутников LEO.

Вам обязательно стоит подумать о загрузке полной спецификации Hyas, нашего нового GPS-осциллятора (GPSDO), специально разработанного для спутников LEO и созвездий GNSS. Я думаю, тебе понравится то, что ты увидишь!

Какие бывают системы GNSS? — Геопространственный мир

Проверить новую кофейню в городе или исследовать место путешествия своей мечты, как местный житель, теперь не так уж важно.Где бы вы ни застряли, вы достаете свой телефон, набираете пункт назначения и перемещаетесь к нему. Но вы когда-нибудь задумывались, как это крошечное мобильное устройство в вашей руке направляет вас в каждый уголок? Конечно, вы знаете, что волшебство творит крошечный чип GPS в телефоне. GPS предоставляет информацию о местоположении и времени в любой точке Земли.

App Store и Google Play предлагают своим пользователям широкий спектр приложений для GPS-навигации, качество которых было успешно проверено службами тестирования мобильных приложений.

Но знаете ли вы, что GPS или глобальная система позиционирования является одной из четырех глобальных навигационных спутниковых систем? Четыре глобальные системы GNSS: GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (ЕС), BeiDou (Китай). Дополнительно есть две региональные системы — QZSS (Япония) и IRNSS или NavIC (Индия).

Ознакомьтесь с нашим специальным рассказом об эволюции глобальной навигационной спутниковой системы

GPS — самая старая система GNSS.Он начал свою деятельность в 1978 году и был доступен для глобального использования с 1994 года.

Необходимость иметь независимую военную навигацию послужила толчком для его нововведений. И американские военные первыми это осознали. Таким образом, в 1964 году для этой цели была развернута система Transit. Transit, также известный как NAVSAT, работал над эффектом Доплера и использовался для предоставления информации о местоположении и навигации ракетным подводным лодкам, надводным кораблям, а также для гидрографических и геодезических изысканий армии США.Со временем GPS был открыт для всеобщего использования. В настоящее время GPS насчитывает 33 группировки спутников, из которых 31 находятся на орбите и работают. Он поддерживается ВВС США и стремится поддерживать доступность как минимум 24 действующих спутников GPS. На сегодняшний день GPS запустила 72 спутника.

ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ: Как работает GNSS?

GLO bal NA vigation S atellite S ystem или ГЛОНАСС — глобальная навигационная система России.ГЛОНАСС начал работать в 1993 году с 12 спутниками на двух орбитах на высоте 19 130 км. В настоящее время на орбите находится 27 спутников, и все они находятся в рабочем состоянии. ГЛОНАСС эксплуатируется Воздушно-космическими силами России и является второй альтернативной действующей навигационной системой.

WATCH: Что такое GNSS и как оно работает?

Galileo — это группировка GNSS Европейского Союза, которую собирает Европейское космическое агентство, и Европейское агентство GNSS будет управлять ею.Galileo — это глобальная навигационная система, доступная для гражданского и коммерческого использования. Полностью развернутая система Galileo будет состоять из 30 действующих спутников и 6 запасных частей на орбите. В настоящее время на орбите находятся 22 спутника из 30. Galileo начала предлагать ранние операционные возможности с 2016 года и, как ожидается, выйдет на полную мощность к 2020 году.

ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ: CAG подтягивает ISRO к задержкам NavIC, перерасходу

BeiDou — спутниковая навигационная система Китая.Всего на орбите находится 22 действующих спутника, и планируется, что вся группировка будет состоять из 35 спутников. BeiDou имеет два отдельных созвездия: BeiDou-1 и BeiDou-2 . BeiDou-1, также известный как первое поколение, представлял собой созвездие из трех спутников. Он начал работать в 2000 году и предлагал ограниченное покрытие и навигационные услуги, в основном для пользователей в Китае и соседних регионах. Beidou-1 был выведен из эксплуатации в конце 2012 года.

BeiDou-2, , также известный как COMPASS, — второе поколение системы.Он начал работать в 2011 году с частичной группировкой из 10 спутников на орбите. Следующее поколение — BeiDou-3. Первый спутник БДС-3 был запущен в марте 2015 года. По состоянию на январь 2018 года запущено девять спутников БДС-3. Ожидается, что BeiDou-3 будет полностью функциональна к концу 2020 года

Q uasi- Z enith S atellite S ystem — это региональная спутниковая навигационная система из Японии, которая все еще строится Центром исследований и приложений спутникового позиционирования, Япония.Согласно планам, группировка QZSS будет иметь 7 спутников, 4 из которых уже находятся на орбите. Ожидается, что QZSS будет запущен к концу 2018 года и будет предоставлять высокоточные и стабильные услуги позиционирования в регионе Азии и Океании. QZSS будет совместим с GPS.

T Индийская региональная навигационная спутниковая система (IRNSS), которой позже было присвоено рабочее название NavIC или NAV igation со спутником I ndian C , является региональной спутниковой навигационной системой Индии.Запущенная и управляемая Индийской организацией космических исследований (ISRO), IRNSS охватывает Индию и близлежащие регионы на протяженности до 1500 км. Все семь спутников находятся на орбите, но первый спутник — IRNSS A — сейчас не работает, поскольку в прошлом году ISRO сообщило, что все три атомных часа на нем вышли из строя.

ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ: Какие самые важные проекты от ISRO в ближайшее время?

ISRO на запуск нового спутника провалилась в августе 2017 года, когда в редких случаях тепловой экран ракеты-носителя не отделялся, чтобы высвободить спутник.В настоящее время три его спутника IRNSS находятся на геостационарной орбите, а еще 4 — на геостационарных орбитах. Еще есть время, прежде чем Индия начнет пользоваться своими услугами.

Новые преимущества комбинированных наблюдений GPS и ГЛОНАСС для мониторинга высокоширотных ионосферных неоднородностей: на примере июньской геомагнитной бури 2015 г. | Земля, планеты и космос

Сравнение измерений GPS и ГЛОНАСС в полярном регионе

На рисунке 3 представлены два примера измерений GPS и ГЛОНАСС для двух наземных станций PFRR (65.1 ° с. 147,4 ° з.д.) и MAC1 (54,5 ° ю.ш .; 158,9 ° в.д.), расположенных в полярных регионах северного и южного полушарий соответственно. На левых панелях показана геометрия распределения IPP наблюдений GPS (синие точки) и ГЛОНАСС (красные точки) над этими станциями (черная точка) за 24 часа 22 июня 2015 г. Хорошо видно, что наблюдения ГЛОНАСС могут покрывать более широкая область в соответствующем направлении к полюсу, чем зона покрытия GPS. Как мы объясняли выше, это связано с более высоким наклоном орбит спутников ГЛОНАСС (65 ° vs.55 ° GPS). Поэтому спутники ГЛОНАСС могут отслеживаться одним и тем же операционным приемником GNSS на гораздо более высоких широтах, чем спутники GPS. Средняя и правая панели рис. 3 показывают значения ROT и ROTI, рассчитанные отдельно от измерений GPS и ГЛОНАСС. Левая ось этих графиков показывает PRN (псевдослучайный шум) — номер спутника. Отметим усиление активности ионосферных неоднородностей, начавшееся в ~ 07 UT на обеих полярных станциях GNSS. Эти повышения хорошо коррелируют с тремя периодами повышенного индекса АЕ: 06–11, 15–17 и 18–21 UT 22 июня 2015 г. (см. Рис.1г). Следует отметить важную особенность: поведение значений ROT / ROTI и их амплитуды очень похожи между измерениями GPS и ГЛОНАСС. Другими словами, они действуют одинаково. Поэтому вклад данных ГЛОНАСС с разной геометрией и пространственным расположением может существенно дополнить наблюдения GPS. Таким образом, измерения флуктуаций (ROT / ROTI) от GPS и ГЛОНАСС совместимы и согласованы друг с другом и могут быть объединены в составной результат, такой как карта ROTI.

Примеры измерений GPS и ГЛОНАСС для двух наземных станций PFRR (65,1 ° N; 147,4 ° W) и MAC1 (54,5 ° S; 158,9 ° E) в тревожный день 22 июня 2015 г .: распределение проекций IPP по одной станции ( левая панель, ) с черной точкой , указывающей местоположение станции; производная вариация ROT ( средняя панель, ) и вариация ROTI ( правая панель ) вдоль всех видимых спутников. Измерения GPS показаны синим цветом, измерения ГЛОНАСС — красным , а левая ось показывает номер спутника (PRN)

Двухмерные комбинированные карты GPS и ГЛОНАСС ROTI

На рисунках 4 и 5 показаны почасовые карты ROTI, построенные в полярной географической проекции над северным и южным полушариями соответственно для спокойного дня 20 июня 2015 года и двух тревожных дней июня. 22 и 23, 2015.На основе объединенных наблюдений GPS и ГЛОНАСС эти карты ROTI были построены с высоким пространственным разрешением (1 ° × 1 ° по географической широте и долготе) и временным интервалом 1 час. Карта для 00 UT означает, что здесь мы усредняли данные с 00:00 до 00:59 UT. Полный набор почасовых карт ROTI доступен во вспомогательной информации (Дополнительный файл 1: S1, Дополнительный файл 2: S2, Дополнительный файл 3: S3).

Двумерные карты ROTI, полученные из объединенных наблюдений GPS и ГЛОНАСС над северным полушарием для спокойного дня a 20 июня и тревожных дней b 22 июня и c 23 июня , 2015. Каждая вертикальная строка показывает карты ROTI, построенные с разрешением 1 час и показанные здесь с интервалом 4 часа. Черная точка показывает расположение геомагнитного полюса

Двумерные карты ROTI, полученные на основе объединенных наблюдений GPS и ГЛОНАСС над южным полушарием для , спокойного дня 20 июня, и тревожных дней b 22 июня и c 23 июня 2015 г. Каждая вертикальная строка показывает карты ROTI, построенные с разрешением 1 час и показанные здесь с интервалом 4 часа. Черная точка показывает расположение геомагнитного полюса. Полный набор двумерных карт по обоим полушариям с интервалом времени 1 час доступен во вспомогательных материалах как Дополнительный файл 1: S1, Дополнительный файл 2: S2, Дополнительный файл 3: S3 соответственно до 20 июня, 22 июня и июня. 23 года 2015

Следует отметить, что североамериканский и европейский секторы имеют существенно лучший охват данными, чем другие регионы северного и южного полушария (см.рис.2а, д), поэтому почасовые карты ROTI показывают лучший охват данными и более высокое разрешение по этим регионам. В целом, средние и высокие широты северного полушария демонстрируют надлежащее покрытие наблюдениями GPS и ГЛОНАСС в широком диапазоне долгот 140 ° W – 50 ° E. Помимо GNSS, нет другого радиооборудования, способного обеспечить такое покрытие данными с земли.

Эти ежечасные карты ROTI демонстрируют динамику ионосферных неоднородностей в географической системе координат.Значения ROTI, отмеченные темно-синим цветом (ROTI ниже 0,2 TECU / мин), представляют очень слабые ионосферные неоднородности или их отсутствие. Значения ROTI, отмеченные оранжевым и красным цветом (ROTI> 0.8–1.0 TECU / min), соответствуют возникновению интенсивных ионосферных неоднородностей в этом секторе. Анализ карт ROTI для спокойного дня 20 июня 2015 г. (рис. 4а, 5а) выявил очень спокойную ситуацию над полярными областями в обоих полушариях с довольно слабыми неоднородностями, возникающими в окрестности геомагнитных полюсов.

Первые заметные изменения в характере распределения неоднородностей появились после 07–08 UT 22 июня 2015 г., вызванные вторым приходом CME и первым усилением авроральной активности (см. Рис. 1). Наиболее интенсивные неоднородности в обоих полушариях наблюдались после 16 UT 22 июня. Было обнаружено, что очень высокие значения ROTI (> 0,8–1 TECU / мин) образуют овальную структуру вокруг северного геомагнитного полюса. Далее, полученный с помощью GNSS овал неоднородности расширялся к экватору в течение нескольких часов, и его экваториальный край был обнаружен в североамериканском секторе на географической широте ~ 45 ° N – 50 ° N в течение более 2–3 часов.Наибольшие значения интенсивности ROTI в этом овальном элементе наблюдались в основном над Северной Европой. Следует также подчеркнуть, что интенсивные ионосферные неоднородности наблюдались над Южной Европой на географической широте от ~ 25 ° N до 40 ° N во время главной фазы шторма в 20-04 UT (рис. 4; дополнительный файл 2: S2, дополнительный файл 3: S3). Эти неоднородности были связаны с появлением вырывов плазмы и экваториальных плазменных пузырей в постзакатном секторе (20-04 UT) над низкими широтами Западной Африки после быстрого проникновения электрических полей в 18-20 UT 22 июня 2015 г. (для подробнее см. Черняк, Захаренкова, 2016б).

Ионосферные неоднородности, возникшие во время геомагнитной бури в июне 2015 года и обнаруженные в результате комбинированных наблюдений GPS и ГЛОНАСС, влияют на характеристики навигационной системы. Отчет об анализе характеристик системы WAAS показал, что в период с 22 по 23 июня наблюдалось снижение характеристик курсового радиомаяка с вертикальным наведением (LPV) и характеристик курсового радиомаяка с вертикальным наведением до высоты принятия решения 200 футов (LPV200), обеспечиваемой WAAS в континентальной части США. (КОНУС), Аляска и Канада (Ваннер, 2015).В этих регионах наблюдались сильные ионосферные неоднородности, связанные с высыпаниями авроральных частиц, более подробно описанные в следующих подразделах. Более того, очень интенсивные неровности приводят к снижению производительности Европейской геостационарной навигационной службы (EGNOS). Очень интересно отметить, что влияние возникновения ионосферных неоднородностей на характеристики GNSS в европейском секторе наблюдалось не только в высоких широтах (неоднородности, связанные с выпадением частиц и образованием ионосферных пятен), но также и в Южной Европе и в Средиземноморском регионе. (неоднородности, связанные с бурными плазменными истощениями экваториального происхождения, т.д., развитие плазменных пузырей) (Черняк, Захаренкова, 2016б).

На высоких широтах образование и эволюция ионосферных неоднородностей были связаны с высыпанием авроральных частиц после прихода КВМ и дальнейшим развитием главной фазы этой геомагнитной бури.

На рисунке 5 представлена ​​эволюция ионосферных неоднородностей над южным полушарием. Здесь также можно оценить различия в возникновении, интенсивности и местоположении ионосферных неоднородностей.Мы отмечаем появление высоких значений ROTI вблизи геомагнитного полюса, которые могут быть связаны с ионосферными неоднородностями, вызванными высыпанием частиц на дневной куспид (например, Kelley et al. 1982; Weber et al. 1984). Ионосферные неоднородности такого происхождения обычно развиваются даже в спокойных геомагнитных условиях (см. Рис. 5а).

Видно выраженное усиление и расширение зоны неоднородности к экватору. Следует отметить, что из-за существенно худшего покрытия данными GNSS над южным полушарием (из-за преобладания площади океана) такие эффекты наблюдались в ограниченном диапазоне долгот 30 ° E – 170 ° E (в основном над станциями GNSS в Антарктиде). , а также в сетях Новой Зеландии и Австралии и на островах в Тихом океане).Такое ограниченное покрытие в южном полушарии не позволяет отобразить всю картину поведения ионосферных неоднородностей с помощью карт ROTI с разрешением 1 ч с такой детализацией, как в северном полушарии. Несмотря на это ограничение, 1-часовые карты ROTI четко показали эволюцию зоны ионосферных неоднородностей во времени. Рисунок 5b демонстрирует возникновение узкой овальной или кольцевой структуры вокруг геомагнитного полюса в 16 UT, а затем эта зона расширилась и охватила весь континент Антарктида (20 UT).Далее зона неоднородностей расширилась к экватору и достигла Новой Зеландии и Южной Австралии с гораздо меньшими значениями ROTI около южного магнитного полюса (рис. 5c, 04 UT). В целом эволюция овала неровностей довольно похожа на эволюцию, наблюдаемую в северном полушарии. Однако следует учитывать сезонные (от зимы к лету) различия между полушариями. Лаундал и Остгаард (2009) объясняют эту асимметрию в терминах межполушарных течений, связанных с сезонами: ожидается, что разница в проводимости ионосферы приведет к разной интенсивности полярных сияний в двух полушариях, а также в тех случаях, когда ММП имеет значительные Bx и By. составная часть.Все эти условия наблюдались во время геомагнитной бури 22–23 июня.

Меридиональные срезы объединенных карт GPS и ГЛОНАСС ROTI

Для сравнения временной эволюции ионосферных неоднородностей, вызванных бурей во время геомагнитной бури 22–23 июня 2015 г., мы выбрали наиболее репрезентативные и данные охватывали долготные секторы. в обоих полушариях и проанализировали меридиональные срезы карт GPS и ГЛОНАСС ROTI. Для увеличения временного разрешения мы рассчитали карты ROTI с частотой дискретизации 15 минут вместо 1 часа, как представлено в разделе «Двумерные комбинированные карты ROTI GPS и ГЛОНАСС».На рисунке 6 показано сравнение индексов SYM-H (разрешение 1 мин Dst) и аврорального электроджета (AE) с меридиональными срезами возмущений ROTI, оцененными вдоль следующих долгот: 85 ° з.д. в Северной Америке, 20 ° в.д. в Европе. , 70 ° з. Д. В Южной Америке и 150 ° в. ° вокруг выбранной географической долготы и отображается как функция географической широты и времени.Мы рассматриваем диапазон географических широт 30–90 ° в обоих полушариях. Левая вертикальная ось на рис. 6b – e показывает географические широты, а правая ось показывает соответствующие скорректированные геомагнитные широты. Необходимо отметить, что из-за различия геомагнитного и географического полюсов меридиональные срезы на рис. 6б, д пересекали широту геомагнитного полюса.

Сравнение a индексов SYM-H и AE с разрешением 1 мин и возмущений ROTI с разрешением 15 мин в зависимости от географической широты и времени, оцененных вдоль b 85W в Северной Америке, c 20E в Европе, d 70W в Южной Америке и e 150E в австралийском секторе в течение 20 и 22–23 июня 2015 г.Левая вертикальная ось для графиков b — e показывает географические широты, правая ось — соответствующие скорректированные геомагнитные широты

Для спокойного дня 20 июня 2015 г. меридиональные срезы карт ROTI северного полушария, показанные на рис. 6b – e, показали наличие ионосферных неоднородностей на высоких широтах только в пределах 70–80 ° MLAT (близко к области каспа). ) в американском и австралийском секторах, вероятно, вызванных выпадением мягких частиц.Первый заметный пик в распределении неоднородностей, рассчитанных по ROTI, был выявлен после ~ 06 UT 22 июня 2015 г. во всех рассматриваемых широтных секторах. Этот период соответствовал второму приходу CME в 05:45 UT, быстрым изменениям индекса SYM-H и первому усилению авроральной активности, представленному увеличением индекса AE на ~ 1300 нТл (см. Рис. 6а). Следующий пик ионосферных неоднородностей на высоких широтах наблюдался в 15-17 UT. Эти процессы были инициированы поворотом Bz ММП на юг и дальнейшим усилением авроральной активности, когда AE выросла до ~ 1340 нТл, а SYM-H упала до -70 нТл.В этот период ионосферные неоднородности также регистрировались одновременно к экватору, как 70 ° MLAT в Северной Америке и 65 ° MLAT в Европе (рис. 6b, c).

Наиболее интенсивные неоднородности в высоких и средних широтах обнаружены в 18-22 UT 22 июня, что связано с новым периодом повышенной авроральной активности с двумя пиками индекса AE ~ 2180 и ~ 2700 нТл в 18:49 и 20:10 UT соответственно. В течение этого периода SYM-H увеличился до +88 нТл и быстро упал до значения -139 нТл с резкой скоростью изменения около -130 нТл / ч.В результате в этот период были обнаружены высокоширотные неровности в направлении к экватору, например, 54 ° MLAT в Северной Америке и 45 ° MLAT в Европе. В южном полушарии их сигнатуры простирались к экватору до -55 ° MLAT в Южной Америке и -50 ° MLAT в австралийском секторе (рис. 6d, e). Кроме того, мы обнаружили, что изображения с прибора SSUSI на борту четырех спутников DMSP (доступны по адресу http://ssusi.jhuapl.edu/data/edr-aur-anim//years/2015/173/EDR-AUR_LBHS_2015173.gif и помещены как Дополнительный файл 4: S4) выявил усиление авроральной активности 22 июня 2015 г. и расширение зоны полярных сияний к экватору до 50 ° MLAT в 18-22 UT.

Во время развития второй основной фазы (01: 50–05: 40 UT 23 июня) интенсивные ионосферные неоднородности регистрировались непрерывно в течение более длительного периода (4–5 ч) и охватывали широтный диапазон от полярного моря. области до 55 ° MLAT в обоих секторах северного полушария (рис. 6b, c) и до −50 ° MLAT в южном полушарии (рис. 6d, e). Таким образом, сигнатуры ионосферных неоднородностей, которые были зарегистрированы сигналами GPS и ГЛОНАСС и проанализированы с использованием подхода меридионального среза, выявляют сильную связь их интенсивности и экваториального пространственного расширения с усилением авроральной активности, в частности представленной АЭ. и индексы SYM-H.Подобный анализ в широтно-временной области позволяет оценить основные зависимости возникновения ионосферных неоднородностей, их дальнейшего развития и эволюции от движущих сил космической погоды. Будущие исследования, основанные на этих подходах, позволят формализовать эти зависимости в виде эмпирической модели ионосферных неоднородностей.

Можно резюмировать, что, несмотря на беспрецедентно большое количество станций, развернутых по всему миру в течение последних 5–10 лет, высокоширотные регионы (выше 60 ° MLAT) в обоих полушариях демонстрируют довольно редкое покрытие наземными системами GPS и ГЛОНАСС. наблюдения по сравнению со средними широтами.С другой стороны, сегодня наземный сегмент GNSS является единственным источником данных, способным обеспечить наземные наблюдения с нескольких пунктов с наилучшим глобальным охватом.

В этой статье мы расширяем возможности использования карт ROTI для анализа распределения ионосферных неоднородностей. Мы демонстрируем, что меридиональные срезы карт ROTI могут быть эффективно использованы для изучения возникновения и временной эволюции ионосферных неоднородностей над выбранными географическими регионами в спокойные и особенно геомагнитно возмущенные периоды.Меридиональные срезы географических секторов, характеризующиеся высокой плотностью измерений GPS и ГЛОНАСС, могут отображать пространственно-временную динамику интенсивных неоднородностей плотности ионосферной плазмы с высоким разрешением и могут быть использованы для детального изучения факторов космической погоды, влияющих на процессы генерация ионосферных неоднородностей, их эволюция и время жизни.

Подчеркнем, что сочетание сигналов GPS и ГЛОНАСС позволяет значительно увеличить количество каналов трансионосферных измерений в мире.В результате это позволяет улучшить качество мониторинга ионосферных неоднородностей в обоих регионах с разреженным или плотным постоянным покрытием сети GNSS. В случае разреженных сетей (например, Северная Канада и Россия, регион Антарктиды и прибрежная зона в полярных регионах) объединение измерений на основе ГЛОНАСС, из-за другой конфигурации созвездия по сравнению с конфигурацией GPS, позволяет заметно расширить области покрываются измерениями GNSS и существенно увеличивают количество доступных точек проникновения в ионосферу.Особые преимущества данных ГЛОНАСС в высоких широтах могут заключаться в более раннем или лучшем обнаружении ионосферных возмущений, связанных с физическими процессами в авроральной области и полярной шапке, в частности, за счет комбинации с другими приборами, такими как совместные магнитометры, камеры всего неба и когерентные радары. Как видно на рис. 4, области высоких и средних широт в американском и европейском секторах хорошо охвачены комбинированными измерениями GPS и ГЛОНАСС без каких-либо значительных пробелов «нет данных».Для регионов с плотной сетью GNSS дополнительное использование данных ГЛОНАСС увеличило бы количество доступных измерений в 1,5–2 раза по сравнению с только GPS — например, для европейского региона мы можем получить ~ 1,700,000– 1,800,000 IPP за 1 час. Таким образом, мы потенциально можем построить региональные карты ROTI с беспрецедентно высоким разрешением до 0,5 ° × 0,5 ° по географической широте и долготе. Такие подробные карты ROTI уже успешно использовались для обнаружения ионосферных неоднородностей, связанных с индуцированными бурями сигнатурами истощения плазмы в Европе (Черняк, Захаренкова, 2016b).

Что лучше всего подходит для отслеживания приложений?

За последние несколько лет стало доступно множество наборов микросхем, которые могут отслеживать группировки спутников в дополнение к GPS. От клиентов часто задают вопрос: что лучше всего подходит для моего приложения, GPS или ГЛОНАСС? Быстрый ответ: «Используйте их оба». К сожалению, чем больше созвездий вы добавите, тем выше будет цена. В этой короткой статье я рассмотрю некоторые из основных различий между этими технологиями и опишу различные варианты, доступные дизайнеру.Мы надеемся, что это станет хорошей отправной точкой в ​​поисках лучшего решения для отслеживания вашего приложения.

Давайте сделаем шаг назад и посмотрим на технологию в целом. Группа спутников, передающих информацию о местоположении, называется созвездием. Спутники транслируют сигналы на Землю, и, вычисляя разницу во времени приема сигналов от разных спутников, приемник может определить, где он находится.Положение спутников известно и предоставляется в сигналах, которые они транслируют. Глобальная система позиционирования (GPS) — самая старая из таких группировок. Он был разработан военными США и начал действовать в 1995 году. Он называется Global, потому что вы можете принимать сигналы от этого созвездия в любой точке мира. Напротив, QZSS — это японская региональная система, охватывающая только Азию и Океанию. Для приложений слежения важно, чтобы ваш приемник мог «видеть» (или принимать сигналы) по крайней мере 4 спутника, чтобы иметь возможность вычислять широту, долготу и высоту.Если одна из этих переменных известна, требуется меньше спутников. Здесь важно понимать, что чем больше спутников ваш приемник может «видеть», тем меньше вероятность того, что он потеряет отслеживание.

Теперь, когда у нас есть представление о том, как работает система и что нам нужно для отслеживания, давайте сравним GPS с российской системой ГЛОНАСС. Что касается GPS, США обязались поддерживать как минимум 24 работающих спутника GPS в 95% случаев.За последние несколько лет стабильно работал 31 спутник. Созвездие ГЛОНАСС также было завершено в 1995 году, но в конце 1990-х годов стало неполным из-за потери спутников. При Владимире Путине проект ГЛОНАСС стал приоритетным и получил существенное увеличение финансирования. К октябрю 2011 года была восстановлена ​​полная группировка из 24 спутников, что обеспечило глобальный охват. С точки зрения точности позиционирования GPS в целом немного лучше, чем ГЛОНАСС, но из-за различного позиционирования спутников ГЛОНАСС ГЛОНАСС имеет лучшую точность в высоких широтах (далеко на севере или на юге).

Итак, если у вашего продукта всегда будет беспрепятственный обзор неба или вам нужно самое дешевое решение, я бы порекомендовал GPS. Telit предлагает множество модулей GPS с отличной производительностью. Их самый маленький модуль GPS, SE880, имеет размер всего 4,7 x 4,7 мм без антенны.

Модули Telit не поставляются со встроенной антенной, поэтому для клиентов, которые хотели бы иметь полное решение, мы предлагаем модули Antenova, такие как M10478-A1, который составляет 13.8 x 9,5 мм и включает бортовую антенну.

Для приложений в городских условиях, где высокие здания могут закрывать часть неба, я всегда рекомендую решение, которое использует преимущества спутников GPS и ГЛОНАСС. Проезжая между высокими зданиями, вы понимаете, что это ограничивает количество спутников, которые будут видны приемнику. Если вы полагаетесь только на одно созвездие, то на таком небольшом участке неба может не быть видно 4 спутников, что затрудняет определение местоположения.Когда вы добавляете второе созвездие, вы удваиваете свои шансы получить исправление в этой среде.

Telit предлагает несколько модулей GPS + ГЛОНАСС, которые легко объединяют информацию от обоих созвездий. SE868-V2 — популярный выбор из-за его занимаемой площади 11 x 11 мм. Помимо GPS и ГЛОНАСС, он также готов работать с QZSS, Galileo (Европа) и Compass (ранее BeiDou, Китай), поэтому в вашем дизайне можно будет использовать эти созвездия в будущем.

Antenova также предлагает M10478-A3, который имеет такую ​​же площадь основания 13,8 x 9,5 мм и охватывает как GPS, так и ГЛОНАСС, но включает в себя бортовую антенну.

Symmetry предлагает гораздо больше модулей позиционирования в дополнение к этим продуктам, а также оценочные комплекты, чтобы сократить время разработки. Мы также предлагаем антенны в дополнение к этим модулям и можем помочь выбрать правильный модуль и антенну для вашей конструкции. Чтобы получить помощь в выборе модулей и антенн, позвоните нам по телефону (310) 536-6190 или свяжитесь с нами через Интернет.

Автор: Cobus Heukelman

ГЛОНАСС GPS: разница между обоими

Позвольте нашим опытным сотрудникам помочь вам найти продукты, которые соответствуют вашим уникальным потребностям в GNSS!

ГЛОНАСС GPS: в чем разница между ними?

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) включает в себя созвездия спутников, вращающихся над земной поверхностью и непрерывно передающих сигналы, которые позволяют пользователям определять свое местоположение. ГЛОНАСС GPS — это примеры созвездий GNSS.

Глобальная система позиционирования (GPS) относится к системе глобального позиционирования NAVSTAR, группе спутников, разработанной Министерством обороны США (DoD). Первоначально система глобального позиционирования была разработана для использования в военных целях, но позже стала доступной и для гражданского населения. В настоящее время GPS является наиболее широко используемой группировкой спутников GNSS в мире, и ее сеть из 30+ спутников и 6 орбитальных плоскостей обеспечивает непрерывную информацию о местоположении и времени во всем мире при любых погодных условиях.

ГЛОНАСС — это аббревиатура от Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema; В переводе с русского это означает «Глобальная навигационная спутниковая система». ГЛОНАСС в настоящее время эксплуатируется Воздушно-космическими силами обороны России и обеспечивает определение местоположения и скорости в реальном времени как для военных, так и для гражданских целей. Развитие ГЛОНАСС началось в 1976 году в Советском Союзе и было восстановлено и завершено в начале 2000-х годов, когда это стало главным государственным приоритетом. Сегодня ГЛОНАСС имеет сеть из 24 спутников с 3-мя орбитальными плоскостями, которые покрывают не только 100% территории России, но и Землю в целом.

Сравнение функций GPS и ГЛОНАСС

В настоящее время нет серьезных различий между двумя системами, когда речь идет о функциях, глобальном охвате или точности. Однако орбита ГЛОНАСС делает ее более пригодной для использования в северном полушарии, чем в южном полушарии, из-за большего количества наземных станций в этих местах. Наиболее существенное различие между ГЛОНАСС / GPS — способ связи с приемниками.При использовании GPS спутники используют одни и те же радиочастоты, но имеют разные коды для связи, в то время как спутники ГЛОНАСС имеют одинаковые коды, но используют разные частоты, что позволяет спутникам на одной орбитальной плоскости связываться друг с другом.

Хотя изначально ГЛОНАСС создавался как альтернатива GPS, теперь мы видим основные преимущества одновременной работы двух систем, а не независимо друг от друга, для обеспечения точного определения местоположения в любой точке Земли. Включение всех 55 спутников, доступных по всему миру, в систему ГЛОНАСС GPS обеспечивает гораздо большую точность, особенно в городских каньонах.

Ознакомьтесь с продуктами TransiTiva

Инновации: ГЛОНАСС — прошлое, настоящее и будущее: GPS World

Альтернатива и дополнение к GPS

Обзор истории программы ГЛОНАСС, ее текущего состояния и обзор планов на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и наземной сети поддержки.

Доступны английские версии документации по управлению интерфейсом CDMA ГЛОНАСС.См. Дополнительную информацию.

Ричард Лэнгли

12 октября 1982 года Советский Союз запустил первый спутник ГЛОНАСС. В ответ на разработку GPS или просто для того, чтобы удовлетворить потребность в системе с аналогичными возможностями для своих вооруженных сил, Советский Союз начал разработку Глобальной навигационной спутниковой системы или Глобальной навигационной спутниковой системы в 1976 году, всего через три года после этого. запуск программы GPS. Первый испытательный спутник под кодовым названием Космос 1413 сопровождался двумя фиктивными или балластными спутниками с той же приблизительной массой, поскольку Советский Союз уже планировал запускать три спутника ГЛОНАСС одновременно с помощью своих мощных ракет, чтобы сэкономить на затратах на запуск.

Но из-за неудачных запусков и характерно короткого срока службы спутников было запущено еще 70 спутников, прежде чем в начале 1996 года была сформирована полностью заполненная группировка из 24 функционирующих спутников (обеспечивающих полную работоспособность или FOC). К сожалению, полная группировка была сформирована. недолговечный. Экономические трудности России после распада Советского Союза нанесли ущерб ГЛОНАСС. Денег не было, и к 2002 году группировка сократилась до семи спутников, из которых только шесть были доступны во время операций по техническому обслуживанию! Но судьба России изменилась, и при поддержке российской иерархии ГЛОНАСС возродилась.Спутники-долгожители запускались по шесть в год, и медленно, но верно возвращалась целая группировка из 24 спутников. А 8 декабря 2011 года FOC снова был достигнут и впоследствии более или менее поддерживался — система даже иногда работала с запасными частями на орбите.

В то время как двухсистемные приемники GPS / ГЛОНАСС только для ГЛОНАСС и обзорного уровня существуют уже более десяти лет, производители обратили внимание на возрождение ГЛОНАСС и начали производить микросхемы и приемники с возможностью ГЛОНАСС для потребительского рынка.В 2011 году компания Garmin выпустила портативные приемники, поддерживающие как GPS, так и ГЛОНАСС. В том же году различные производители сотовых телефонов начали предлагать возможности ГЛОНАСС со своими встроенными модулями позиционирования. Первые приемники GPS / ГЛОНАСС проложили путь для приемников мульти-ГНСС, которые мы имеем сегодня, с их способностью отслеживать не только спутники GPS и ГЛОНАСС, но и спутники европейских систем Galileo и китайских BeiDou, а также японских Quasi- Zenith Satellite System (не говоря уже о спутниках спутниковых систем функционального дополнения).

Я задокументировал развитие ГЛОНАСС в этой колонке еще в июле 1997 года, а группа авторов из акционерного общества «Российские космические системы» обсуждала планы модернизации ГЛОНАСС в статье, опубликованной в апреле 2011 года. Просрочено обновление. Итак, в этой статье я кратко рассмотрю историю программы ГЛОНАСС, расскажу о ее текущем состоянии и рассмотрю планы на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и наземной сети поддержки.

РАННИЙ ГОД, НАСТОЯЩИЙ ДЕНЬ

Во время холодной войны информации о ГЛОНАСС было мало.Помимо общих характеристик орбит спутников и частот, используемых для передачи навигационных сигналов, Министерство обороны Советского Союза мало что раскрыло. Однако расследование, проведенное профессором Питером Дейли и его студентами из Университета Лидса, предоставило некоторые подробности о структуре сигналов. С наступлением гласности и перестройки и, в конечном итоге, распада Советского Союза информация о ГЛОНАСС стала более доступной. В конце концов, русские выпустили Документ о контроле интерфейса (ICD).Этот документ, аналогичный по структуре пользовательским интерфейсам космического сегмента / навигации Navstar ICD-GPS-200, описывает систему, ее компоненты, а также структуру сигнала и навигационного сообщения, предназначенных для гражданского использования. Последняя его версия была опубликована в 2016 году, но пока эта версия общедоступна только на русском языке.

Спутники и сигналы. На данный момент запущено шесть моделей спутников ГЛОНАСС (также известных как «Ураган», русское название «Ураган»). Россия (на самом деле бывший Советский Союз) запустила первые 10 спутников, получивших название Block I, в период с октября 1982 года по май 1985 года.В период с мая 1985 года по сентябрь 1986 года он запустил шесть спутников Block IIa и 12 спутников Block IIb в период с 1 апреля 1987 года по май 1988 года, из которых шесть были потеряны из-за сбоев, связанных с ракетами-носителями. Четвертой моделью был Блок IIv (v — английская транслитерация третьей буквы русского алфавита). К концу 2005 года русские развернули 60 Block IIv. Каждое последующее поколение спутников содержало усовершенствования в оборудовании, а также увеличивало срок службы.

Опытный образец спутника ГЛОНАСС-М (модернизированный) был запущен 30 декабря.1, 2001, вместе с двумя блоками IIv с первыми двумя производственными спутниками ГЛОНАСС-М, включенными в тройной запуск 10 декабря 2003 г. и 26 декабря 2004 г. Два спутника ГЛОНАСС-М были включены в тройной запуск декабря 25, 2005. Новый дизайн предлагал множество улучшений, в том числе лучшую бортовую электронику, более длительный срок службы, гражданский сигнал L2 и улучшенное навигационное сообщение. Как и в предыдущих версиях, на космическом корабле ГЛОНАСС-М по-прежнему использовался герметичный герметичный цилиндр для электроники.

РИСУНОК 1. Изображение от Reshetnev Information Satellite Systems, производителя спутников ГЛОНАСС, на праздновании 35-летия запуска первого спутника ГЛОНАСС в 1982 году («35 лет служения миру»).

Все спутники ГЛОНАСС, запущенные с декабря 2005 г., являются спутниками ГЛОНАСС-М, за исключением двух спутников ГЛОНАСС-К1 (иногда называемых просто ГЛОНАСС-К), запущенных 26 февраля 2011 г. и 30 ноября 2014 г. ГЛОНАСС -Спутники K1 заметно отличаются от своих предшественников.Они легче, имеют негерметичный корпус (аналогичный корпусу спутников GPS), имеют улучшенную стабильность часов и более длительный, 10-летний расчетный срок службы. Они также впервые включают в себя сигналы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) на третьей частоте, сопровождающие унаследованные сигналы множественного доступа с частотным разделением каналов (я их вскоре расскажу). Все спутники ГЛОНАСС были произведены акционерным обществом «Информационные спутниковые системы им. Решетнева», расположенным в Железногорске недалеко от Красноярска в Центральной Сибири и названном в честь основателя, генерального директора и главного конструктора Михаила Федоровича Решетнева.Компания Решетнева ранее называлась Научно-производственным объединением прикладной механики (Научно-производственное объединение прикладной механики или НПО ПМ). Государственная корпорация по космической деятельности Роскосмоса (ранее Федеральное космическое агентство), широко известная как Роскосмос, является государственным органом, ответственным за ГЛОНАСС.

РИСУНОК 1 включает изображения художников исходных спутников ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К1.

ГЛОНАСС расположены в трех плоскостях, отделенных друг от друга прямым восхождением восходящего узла на 120 градусов, по восемь спутников в каждой плоскости.Спутники в плоскости расположены на равном расстоянии друг от друга, разделенные по аргументу широты на 45 градусов. Спутники в прилегающих плоскостях смещены по аргументу широты на 15 градусов. Спутники выводятся на условно круговые орбиты с наклоном цели 64,8 градуса и большой полуосью примерно 25 510 километров, что дает им период обращения по орбите около 675,8 минут. Эти спутники имеют наземные треки, которые повторяются каждые 17 витков или восемь звездных дней. Плоскости орбиты ГЛОНАСС пронумерованы 1–3 и содержат орбитальные щели 1–8, 9–16 и 17–24 соответственно.

РИСУНОК 2 показывает состояние созвездия на 17 октября 2017 г. Номер орбитального слота (также называемый слотом альманаха) и частотный канал (обсуждается ниже) указаны в скобках. Недавно запущенная система ГЛОНАСС 752 была запущена 16 октября 2017 года, в результате чего группировка из 24 спутников была полностью готова к работе. Все спутники являются стандартными спутниками ГЛОНАСС-М, за исключением ГЛОНАСС 755, который включает передатчик для новой третьей частоты, и ГЛОНАСС 701К и 702К. Последние два — спутники ГЛОНАСС-К1, из которых 702К работают, а 701К проходит летные испытания.Буква «K» не является частью официального номера ГЛОНАСС, но была добавлена ​​во избежание двусмысленности. Спутник ГЛОНАСС-М, запущенный 10 декабря 2003 года, также назывался ГЛОНАСС 701. Аналогичным образом Международная служба GNSS (IGS) называет ГЛОНАСС 701К и 702К 801 и 802 соответственно. IGS также обозначает ГЛОНАСС 751 как ГЛОНАСС 851, чтобы избежать путаницы с Космосом 2080, спутником ГЛОНАСС-IIv, запущенным 19 мая 1990 года, и также называемым ГЛОНАСС 751. И он обозначает ГЛОНАСС 753 как ГЛОНАСС 853, чтобы избежать путаницы с Космосом 2140, ГЛОНАСС. Спутник IIv, запущенный 14 апреля 1991 года, также называется ГЛОНАСС 751.

РИСУНОК 2. Состояние группировки ГЛОНАСС на 17 октября 2017 года. Зеленый квадрат указывает местоположение исправного спутника, а оранжевый — тестового спутника. В скобках указаны номера орбитальных слотов и частотные каналы.

Спутники традиционно запускались по три одновременно ракетами-носителями «Протон» с космодрома Байконур недалеко от Ленинска в Казахстане. Однако, начиная с запуска первого спутника ГЛОНАСС-К1, несколько спутников ГЛОНАСС были запущены по отдельности на ракетах «Союз» с космодрома Плесецк к северу от Москвы.

В отличие от GPS и других GNSS, ГЛОНАСС использует FDMA, а не CDMA для своих традиционных сигналов. Первоначально система передавала сигналы в двух диапазонах: L1, 1602,0–1615,5 МГц, и L2, 1246,0–1256,5 МГц, на частотах, разнесенных на 0,5625 МГц на L1 и на 0,4375 МГц на L2:

L 1 _к = 1602. + 0,5625 к (МГц)

L 2 _к = 1246. + 0,4375 к (МГц)

Эта компоновка обеспечивала 25 каналов, так что каждому спутнику в полной группировке из 24 спутников могла быть назначена уникальная частота (с оставшимся каналом, зарезервированным для тестирования).Некоторые из передач ГЛОНАСС изначально создавали помехи для радиоастрономов, которые изучают очень слабые естественные радиоизлучения вблизи частот ГЛОНАСС. Радиоастрономы используют полосы частот 1610,6–1613,8 и 1660–1670 МГц для наблюдения за спектральными излучениями облаков гидроксильных радикалов в межзвездном пространстве, и Международный союз электросвязи (МСЭ) предоставил им статус основных пользователей этого пространства спектра. Кроме того, МСЭ выделил полосу частот 1610–1626,5 МГц операторам спутников мобильной связи на низкой околоземной орбите.В результате руководство ГЛОНАСС решило сократить количество частот, используемых спутниками, и сместить диапазоны на несколько более низкие частоты.

В настоящее время система использует только 14 основных частотных каналов со значениями k в диапазоне от –7 до +6, включая два канала для целей тестирования (в настоящее время –5 и –6). (Канал +7 также использовался в прошлом для целей тестирования.) Как 24 спутника могут работать только с 14 каналами? Решение состоит в том, чтобы противоположные спутники — спутники в одной плоскости орбиты, разделенные аргументом широты на 180 градусов, — использовали один и тот же канал.Такой подход вполне осуществим, потому что пользователь в любом месте на Земле никогда не будет одновременно получать сигналы от такой пары спутников. Переход к новым частотным присвоениям начался в сентябре 1993 года.

Подобно устаревшим сигналам GPS, сигналы ГЛОНАСС включают два кода дальности псевдослучайного шума (PRN): ST (для стандартной точности или стандартной точности) и VT (для высокой точности или высокой точности), аналогично GPS C / A- и P- коды, соответственно (но с половинной скоростью кодирования), модулированные на несущие L1 и L2.

Как и GPS, ГЛОНАСС передает код высокой точности как на L1, так и на L2. Но, в отличие от спутников GPS, код ГЛОНАСС стандартной точности также передавался на частотах L2, начиная со спутников ГЛОНАСС-М. (Отдельный гражданский код, L2C, был добавлен к сигналу L2 GPS, передаваемому блоком IIR-M и последующими спутниками.) ST-код ГЛОНАСС имеет длину 511 чипов со скоростью 511 килочипов в секунду, что дает интервал повторения 1 миллисекунда. Длина VT-кода составляет 33 554 432 чипа со скоростью 5.11 мегачипов в секунду. Кодовая последовательность усекается, чтобы обеспечить интервал повторения в 1 секунду. В отличие от спутников GPS, все спутники ГЛОНАСС передают одни и те же коды. Они получают синхронизацию сигналов и частоты из одного из бортовых атомных стандартов частоты (AFS), работающих на частоте 5 МГц. Спутники различных серий ГЛОНАСС, начиная с блока II и заканчивая серией ГЛОНАСС-М, имеют по три цезиевых АСПО на каждом спутнике. Передаваемые сигналы имеют правую круговую поляризацию, как сигналы GPS, и имеют сопоставимые уровни сигнала.

Навигационное сообщение. Подобно GPS и другим GNSS, сигналы ГЛОНАСС также содержат навигационные сообщения, содержащие информацию об орбите спутника, часы и другую информацию. Отдельные навигационные сообщения со скоростью 50 бит в секунду добавляются по модулю 2 к кодам ST и VT. Сообщение с кодом ST включает в себя эпоху спутниковых часов и отклонения скорости от системного времени ГЛОНАСС; эфемериды спутников, заданные в виде векторов положения, скорости и ускорения спутника в опорную эпоху; и дополнительную информацию, такую ​​как биты синхронизации, возраст данных, состояние спутника, смещение системного времени ГЛОНАСС от всемирного координированного времени (UTC), которое поддерживается Национальным метрологическим институтом Российской Федерации UTC (SU) в рамках Государственной службы времени и частоты. , а также альманахи (приблизительные эфемериды) всех остальных спутников ГЛОНАСС.Обратите внимание, что, в отличие от системного времени GPS, например, системное время ГЛОНАСС не имеет целочисленного смещения от всемирного координированного времени, и поэтому скачки секунды координации добавляются к системному времени ГЛОНАСС одновременно с теми, которые добавляются к всемирному координированному времени. Однако обратите внимание, что системное время ГЛОНАСС смещено на постоянные три часа, чтобы соответствовать московскому стандартному времени (MSK, сокращение от Moscow).

Полное сообщение длится 2,5 минуты и непрерывно повторяется между обновлениями эфемерид (номинально каждые 30 минут), но информация об эфемеридах и часах повторяется каждые 30 секунд.

Власти ГЛОНАСС не опубликовали, по крайней мере, публично, детали навигационного сообщения с кодом VT. Однако известно, что полное сообщение занимает 12 минут, а информация об эфемеридах и часах повторяется каждые 10 секунд.

Геодезическая система. Эфемериды ГЛОНАСС привязаны к геодезической системе «Параметры Земли 1990» (ПЗ-90 или, в английском переводе, «Параметры Земли 1990», ПЭ-90). ПЗ-90 заменил советскую геодезическую систему 1985 года, SGS 85, которая использовалась ГЛОНАСС до 1993 года.PZ-90 — это наземная система отсчета, система координат которой определяется так же, как и международная наземная система отсчета (ITRF). Первоначальная реализация ПЗ-90 имела точность один-два метра.

Однако, чтобы приблизить систему к ITRF (и геодезической системе координат GPS WGS 84), были выполнены два обновления PZ-90. Первое обновление, в результате которого появился PZ-90.02 (относится к 2002 г.), было принято для работы ГЛОНАСС 20 сентября 2007 г. и приблизило кадр широковещательных орбит (и, следовательно, полученные координаты приемника) к ITRF и WGS 84.Другая реализация, ПЗ-90.11, принятая на вооружение 31 декабря 2013 г., как сообщается, снизила различия до субсантиметрового уровня.

ТАБЛИЦА 1 перечисляет определяющие константы и параметры PZ-90.

ТАБЛИЦА 1. Основные геодезические постоянные и некоторые параметры геодезической системы ПЗ-90, используемой ГЛОНАСС.

Новые спутники ГЛОНАСС-К передают дополнительные сигналы. ГЛОНАСС-К1 передает сигнал CDMA на новой частоте L3 (1202,025 МГц), а ГЛОНАСС-К2 дополнительно будет передавать сигналы CDMA на частотах L1 и L2.

РИСУНОК 3. Решетка круглых отражателей на спутнике ГЛОНАСС-К1, окружающая внутренние элементы антенны навигационного сигнала. Фото из Информационных спутниковых систем имени Решетнева.

Контрольный сегмент . Подобно GPS и другим GNSS, ГЛОНАСС требует сети наземных станций для мониторинга и обслуживания спутниковой группировки, а также для определения орбит спутников и поведения их действующих AFS. Сеть слежения использует станции только на территории бывшего Советского Союза, дополненные станциями спутниковой лазерной локации для помощи в определении орбиты, поскольку все спутники ГЛОНАСС содержат лазерные отражатели (см. РИСУНОК 3).

Наличие неглобальной сети станций слежения для определения спутниковых орбит и поведения AFS приводит к незначительному ухудшению ошибки дальности сигнала ГЛОНАСС в пространстве (SISRE). Недавно за рубежом был создан ряд станций слежения в связи с разработкой российской спутниковой системы функционального дополнения (SBAS), Системы дифференциальной коррекции и мониторинга (SDCM). SDCM будет работать аналогично Wide Area Augmentation System или WAAS, U.S. SBAS и другие находящиеся в эксплуатации SBAS. Добавление к сети слежения зарубежных станций SDCM, которая уже включает станции в Антарктиде и Южной Америке, и прибывают новые станции, может помочь улучшить SISRE. Роскосмос также использует глобальную сеть IGS и других станций слежения для мониторинга состояния группировки ГЛОНАСС (см. РИСУНОК 4).

РИСУНОК 4. Глобальная спутниковая сеть мониторинга состояния ГЛОНАСС Роскосмоса с 22 станциями передачи сообщений 18 октября 2017 г., с 13:00 до 14:00 по московскому времени.

Производительность. SISRE с годами улучшился и в настоящее время находится на уровне от 1 до 2 метров. Отчасти это связано с лучшими характеристиками бортовых AFS новейших спутников ГЛОНАСС-М по сравнению с первыми спутниками ГЛОНАСС-М. Их относительная однодневная стабильность улучшилась с 10-13 до 2,4 × 10-14. РИСУНОК 5 показывает временной ряд последних значений SISRE, определенных Информационно-аналитическим центром позиционирования, навигации и синхронизации.Эти уровни ошибок могут привести к ошибкам позиционирования на основе псевдодальности с использованием широковещательных орбит и часов ГЛОНАСС примерно в два раза хуже, чем те, которые предоставляет GPS — хотя в любой данный момент на точность позиционирования также влияют атмосферные эффекты и многолучевость, что может преобладают над ошибками сигнала в пространстве.

РИСУНОК 5. Суточная среднеквадратичная ошибка дальности космического сигнала ГЛОНАСС в метрах, определенная Информационно-аналитическим центром позиционирования, навигации и хронометража.

Гораздо более высокая точность позиционирования может быть получена с использованием орбит и часов ГЛОНАСС, предоставляемых IGS и участвующими в ней аналитическими центрами. Это особенно верно, если измерения фазы несущей используются вместо или в качестве дополнения к измерениям псевдодальности. Комбинация правильно взвешенных измерений GPS и ГЛОНАСС оказалась полезной с точки зрения доступности, точности и эффективности, особенно для высокоточного позиционирования, выполняемого с использованием кинематики в реальном времени или подхода RTK.Кроме того, метод точного позиционирования (PPP), основанный на двухчастотных измерениях фазы несущей в реальном времени или на постобработке с точными эфемеридами спутников и данными часов, продемонстрировал, что кинематическая точность на уровне дециметра возможна с использованием данных ГЛОНАСС или Данные ГЛОНАСС в сочетании с данными GPS. Статические решения PPP только для ГЛОНАСС за 24 часа достигли точности на миллиметровом уровне.

Пользователей. Первоначальное внедрение ГЛОНАСС гражданскими и военными пользователями в бывшем Советском Союзе, а затем и в России, не говоря уже о других странах, было минимальным.Опытные образцы приемников только для ГЛОНАСС были разработаны для военных, а зарубежные приемники GPS / ГЛОНАСС были разработаны несколькими производителями для научных и других передовых приложений. IGS добавила в свою сеть набор приемников слежения за ГЛОНАСС в 1998 году и с тех пор постоянно увеличивала количество таких приемников. Однако потребительское использование ГЛОНАСС как в России, так и за ее пределами стало только недавно, когда были разработаны чипсеты только для ГЛОНАСС и комбинированные наборы микросхем GPS / ГЛОНАСС. Такие чипсеты теперь используются во многих мобильных телефонах, а также в портативных приемниках GNSS и автомобильных навигационных устройствах.

НОВЫЕ И УЛУЧШЕННЫЕ

Как упоминалось ранее, спутники ГЛОНАСС-K1 включают сигнал CDMA, сопровождающий унаследованные сигналы FDMA на новой частоте L3 1202,025 МГц. Скорость передачи кода ранжирования для сигнала CDMA составляет 10,23 мегахипа в секунду с периодом 1 миллисекунда. Он модулируется на несущей с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) с синфазным каналом данных и квадратурным пилотным каналом. Набор возможных кодов ранжирования состоит из 31 усеченной последовательности Касами.(Последовательности Касами, представленные Тадао Касами, известным японским теоретиком информации, представляют собой двоичные последовательности длиной 2m — 1, где m — четное целое число. Эти последовательности имеют хорошие значения взаимной корреляции, приближающиеся к теоретической нижней границе. Коды Голда, используемые в GPS являются частным случаем кодов Касами.) Полная длина этих последовательностей составляет 214 — 1 = 16 383 символа, но код ранжирования усечен до длины N = 10230 с периодом 1 миллисекунда.

Соответствующие символы навигационного сообщения передаются со скоростью 100 бит в секунду с половинной скоростью сверточного кодирования.Так называемый суперкадр навигационного сообщения (длительностью 2 минуты) будет состоять из 8 навигационных кадров (NF) для 24 обычных спутников на первом этапе модернизации ГЛОНАСС и 10 NF (продолжительностью 2,5 минуты) для 30 спутников в будущем. Каждая НФ (продолжительностью 15 секунд) включает 5 струн (по 3 секунды каждая). Каждая национальная федерация имеет полный набор эфемерид для текущего спутника и часть системного альманаха для трех спутников. Полный системный альманах транслируется в одном суперкадре.

Более легкие, негерметичные спутники K1 содержат два цезиевых и два рубидиевых АСП.Сообщается, что относительная суточная стабильность одного из рубидиевых AFS на спутнике K1 составляет 4 × 10-14. В результате SISRE для этого спутника составляет около 1 метра. Планируется добавить сигнал CDMA в L2 на будущих версиях спутников K1, получивших название K1 + (см. Ниже).

Спутники ГЛОНАСС-К2. Эти спутники будут тяжелее, чем спутники K1 и K1 +, с большими возможностями, включая сигнал CDMA на частоте GPS / Galileo L1 / E1. Перед запуском в серийное производство ИСС им. Решетнева сначала построит два спутника К2.Планировалось перейти на спутники K2 гораздо раньше, запустив только два спутника K1, которые сейчас находятся на орбите. Но, видимо, планы изменились из-за санкций, ограничивающих поставки радиационно-стойких электронных компонентов с Запада.

Теперь на ИСС им. Решетнева будут построены еще девять спутников ГЛОНАСС-К1. Неясно, сколько из них может относиться к разновидности K1 +. Спутники ГЛОНАСС-К1 теперь будут переходными спутниками между существующими спутниками ГЛОНАСС-М (включая полдюжины или около того, которые были изготовлены и хранятся на земле для будущих запусков по мере необходимости) и будущими спутниками ГЛОНАСС-К2.

На одном из первых спутников K2 будет установлен пассивный водородный мазер (PHM) AFS. PHM разрабатывался около десяти лет, и многолетние наземные испытания показали надежность и однодневную стабильность 5 × 10-15. Ожидается, что он внесет свой вклад в будущую 0,3-метровую SISRE.

Согласно недавнему отчету, спутники ГЛОНАСС-К2 начнут летные испытания в 2018 году, а серийное производство спутников ГЛОНАСС-К2 начнется в период 2019–2020 годов.

Улучшенные сети слежения. О разработке SDCM и связанной с ней сети слежения уже упоминалось. Станции сети СДКМ оснащены комбинированными двухчастотными приемниками GPS / ГЛОНАСС, водородными мазерными атомными часами и прямыми линиями связи для передачи данных в реальном времени. Как упоминалось ранее, власти ГЛОНАСС изучают, может ли дополнительное использование станций SDCM для определения орбиты и часов ГЛОНАСС значительно повысить точность данных широковещательной передачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

GPS, самая старая GNSS, продолжает модернизироваться и вскоре запустит первый спутник Block III или GPS III.Спутники GPS Block IIR-M и Block IIF уже передают новые сигналы. Galileo с самого начала запускает современные спутники, а BeiDou собирается начать запуск оперативной версии своих спутников BeiDou-3. ГЛОНАСС нельзя отставать. Она предоставляет полезные услуги позиционирования, навигации и хронометража, по крайней мере, с 1996 года. Хотя временами уровень обслуживания опускался ниже приемлемого уровня, теперь это надежная система, и с объявленными улучшениями она станет соперником в будущем мире многоцелевых систем. GNSS.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЧТЕНИЕ

«Обновление программы ГЛОНАСС» И. Ревнивых, представленное на 11-м заседании Международного комитета по глобальным навигационным спутниковым системам, Сочи, Россия, 6–11 ноября 2016 г.

• Подробное описание ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС» С. Ревнивых, А. Болкунова, А. Сердюкова и О. Монтенбрука, Глава 8 в Справочнике по глобальным навигационным спутниковым системам Springer , под редакцией П.Дж.Г. Тойниссен и О.Montenbruck, опубликовано Springer International Publishing AG, Чам, Швейцария, 2017 г.

• Официальные сайты ГЛОНАСС

Информационно-аналитический центр позиционирования, навигации и синхронизации

Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга

• Документы по управлению интерфейсом ГЛОНАСС

Документ по управлению интерфейсом ГЛОНАСС, навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 , издание 5.1, Российский институт космического приборостроения, Москва, 2008.

Документ по управлению интерфейсом ГЛОНАСС, Общее описание системы сигналов множественного доступа с кодовым разделением каналов , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ по управлению интерфейсом ГЛОНАСС, открытый сервисный навигационный сигнал множественного доступа с кодовым разделением в полосе частот L1 , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ по управлению интерфейсом ГЛОНАСС, Навигационный сигнал открытой службы множественного доступа с кодовым разделением каналов в полосе частот L2 , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, Навигационный сигнал открытой службы множественного доступа с кодовым разделением каналов в полосе частот L3 , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Система дифференциальной коррекции и контроля Интерфейс Контрольный документ, радиосигналы и структура цифровых данных глобальной системы дополнения ГЛОНАСС, Система дифференциальной коррекции и мониторинга, Издание 1, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2012.

• Ранее GPS World Статьи по ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС: разработка стратегий на будущее» Ю. Урличича, В. Субботина, Г. Ступака, В. Дворкина, А. Поваляева и С. Карутина в книге GPS World , Vol. 22, № 4, апрель 2011 г., стр. 42–49.

«GPS, ГЛОНАСС и многое другое: обработка множественных созвездий в международной службе GNSS» Т. Спрингера и Р. Даха в книге GPS World , Vol. 21, № 6, июнь 2010 г., стр. 48–58.

«Будущее уже наступило: GPS + ГЛОНАСС + SBAS = GNSS» Л. Ваннингера в книге « GPS World , Vol. 19, № 7, июль 2008 г., стр. 42–48.

«ГЛОНАСС: обзор и обновление» Р.Б. Лэнгли в книге GPS World , Vol. 8, No. 7, июль 1997 г., стр. 46–50. Поправка: GPS World , Vol. 8, No. 9, сентябрь 1997 г., стр. 71. Доступно на линии:

«Космический корабль ГЛОНАСС» Н.Л. Джонсон в книге GPS World , Vol. 5, № 11, ноябрь 1994 г., стр. 51–58.

GPS + ГЛОНАСС = Совершенство навигации?

Используемый во всем мире общий термин для спутниковых навигационных систем с глобальным охватом — это глобальная навигационная спутниковая система (GNSS), которую водители судов часто называют GPS.В настоящее время действует ряд различных систем GNSS, таких как BeiDou / Compass (Китай), IRNSS (Индия), Galileo (Европа) и QZSS (Япония). Для яхтсменов Тихоокеанского Северо-Запада мы рассмотрим два, в частности, GPS (США) и Glonass (Россия).

Глобальная система позиционирования (GPS) была создана в США с 31 спутником и двумя уровнями безопасности: служба точного позиционирования (PPS) для военных и стандартная служба позиционирования (SPS) для всех остальных. Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) — это разработанная в Советском Союзе радионавигационная система с 24 спутниками.Обе эти группировки спутников глобальной навигации используют сигналы, отправляемые на Землю с нескольких спутников, которые анализируют, как далеко от спутника находится приемник, для получения данных о местоположении. 31 спутник GPS обеспечивает постоянную работу 24 спутников GPS. Глонасс имеет 24 спутника, вращающихся вокруг Земли, которые наклонены под большим углом, обеспечивая лучшее покрытие на более высоких широтах, таких как полярные регионы.

Изначально производители морских судов использовали только GPS. Внедрение Glonass для рекреационных пользователей стало огромным шагом в морской навигации. . Производители теперь могут использовать GPS + Glonass, что позволяет навигационным устройствам получать доступ ко всем 55 спутникам. Объединение двух систем обеспечивает более быстрое исправление и лучшую точность. Две системы GNSS также обеспечивают резервирование, если одна выходит из строя, и, если оба определения местоположения одинаковы, есть больше шансов на точность. GPS + Глонасс также используется в автомобилях, смарт-устройствах и спортивных часах.Иногда их называют «вспомогательными» или A-GPS и A-Glonass.

Garmin GLO принимает сигналы как от GPS, так и от Глонасс. Он подключается по беспроводной сети ко многим смарт-устройствам с поддержкой Bluetooth, BlueChart Mobile и Fishing My-Cast. Это позволяет GLO подключаться к спутникам примерно на 20% быстрее и оставаться на связи даже на высокой скорости. Приемник и регистратор данных Bad Elf 2300 Bluetooth GPS + Glonass добавляет барометрические показания для лодочников с помощью встроенного барометрического датчика. Расширенные возможности USB-подключения позволяют передавать данные NMEA прямо на ваше устройство и упрощают доступ к записанным журналам данных, как к флэш-накопителю.

Могу ли я добавить антенну к имеющемуся картплоттеру? Если в настоящее время у вас есть картплоттер только с GPS, большинство производителей теперь предлагают антенны GPS / Glonass, такие как Garmin GA 38, приемник Furuno GNSS или B&G ZG100. DualNav, антенна GPS / Glonass от Digital Yacht, представляет собой датчик позиционирования, который автоматически переключается между двумя системами. DualNav использует стандартный отраслевой формат данных NMEA, что позволяет более старым картплоттерам, а также продуктам текущего поколения использовать преимущества этой новой технологии.Он также позволяет пользователю выбирать различные скорости передачи данных NMEA (4800, 38400 и 115200), чтобы обеспечить взаимодействие с устаревшими и новыми системами. В качестве дополнительной функции для гонщиков он также поддерживает новый режим TurboNav ™, в котором данные GPS / ГЛОНАСС выводятся с частотой 10 Гц и со скоростью интерфейса 115200 бод, что в 24 раза выше скорости обычных данных NMEA 0183. Это улучшает данные навигации на малой скорости, а также обеспечивает наилучшие данные о курсе и скорости в навигационных ситуациях.

В следующий раз, когда вы будете на своем судне, проверьте меню «Настройки» и определите, к какому типу антенны обращается ваше навигационное оборудование.Осведомленность о ситуации на воде спасает жизни. Насчет этого сомнений нет. Возможность доступа к двум сложным спутниковым системам имеет смысл.

Об авторе: Джефф Кот (Jeff Cote) — инженер-системотехник и владелец Pacific Yacht Systems, магазина полного сервиса, поставляющего морские электрические и навигационные решения для прогулочных судов. Посетите их веб-сайт и блог для получения информации и статей о морских электрических системах, проектах и ​​многом другом: www.