Навигационная система глонасс. Глонасс или gps – плюсы и минусы

Необходимость определения своего местоположения, а еще лучше точных географических координат, во все времена была первоочередной задачей мореплавателей, путешественников и военных. Именно для решения военных задач во второй половине 20 века и была задумана глобальная навигационная система. Зародилась идея в США, где уже в 1964 году появилась первая позиционирования, предназначенная для военных целей. В СССР своя система определения местоположения была запущена в 1967 году.

Первые системы были очень несовершенны, точность определения координат была слабой, навигационные спутники часто выходили из строя и свое местоположение можно было узнать примерно раз в 2 часа. Но сама идея была прорывной, и именно на этих первых системах отрабатывалось и доводилось до ума то, что сегодня мы называем навигационной системой определения местоположения. Давайте разберемся, как же работает спутниковая система навигации.

Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС

Физические принципы работы навигационной системы

Общий алгоритм работы системы GPS и ГЛОНАСС

1. Основная идея;
2. Определение расстояния до спутников;
3. Синхронизация по времени;
4. Определение положения спутника на орбите;
5. Корректировка погрешностей.

Основная идея

С появлением искусственных спутников Земли и установкой на них передатчиков радиосигнала гигагерцовой частоты, появилась возможность принимать от них этот сигнал над достаточно обширной территорией. Если измерить точное расстояние до 3-х спутников, то при совмещении 3-х сфер, радиус которых и есть расстояние до спутников, они пересекутся в единственной точке, которая и будет вашим местоположением. Дальнейшие расчеты показали, что для гарантированного наблюдения 3-х спутников с территории любой точки Земли, необходимо запустить 18 передатчиков. А для дополнительного определения положения над поверхностью Земли и точной корректировки времени необходимы данные еще с одного спутника. Соответственно 24 спутника будет достаточно для полного определения координат в любой точке земного шара.

Ударная сила №115: «Космический навигатор»

Определение расстояния до спутников

Из школы мы знаем, что для определения расстояния необходимо скорость объекта умножить на время. Соответственно, зная скорость распространения сигнала, а в вакууме это скорость света, и время его прохождения можно легко рассчитать путь, те есть расстояние до спутника. Чтобы определить промежуток времени необходимо знать точное время подачи и приема сигнала. Для этого на спутнике устанавливаются очень точные атомные часы, и время подачи сигнала записывается и передается отдельным пакетом данных.

На земле навигационный приемник, принимая сигнал, засекает время приема и отнимает от него полученное отдельно время подачи сигнала. Полученный отрезок времени и будет временем прохождения сигнала от спутника до приемника. После умножения данного временного отрезка на скорость света и получится искомое расстояние до спутника.

Система GPS слежения

Синхронизация по времени

Итак, для определения местоположения теоретически необходимо провести измерения расстояний до трех любых спутников. Но в бытовых приемниках навигационных сигналов стоят обычные кварцевые часы, имеющие определенную погрешность. Поэтому для того, чтобы на практике правильно определить местоположение необходимо произвести еще одно измерение до четвертого спутника. Имея четыре измерения расстояний можно с помощью специально созданной компьютерной программы синхронизировать время спутников со временем приемника и определить точное местоположение.

Определение положения спутника на орбите

При проведении расчетов очень важно знать точное место спутника в момент подачи радиосигнала. С помощью компьютеров производится расчет точного положения спутника на орбите через заданные очень маленькие промежутки времени. Эта информация заноситься в память компьютера установленного на спутнике и передается в излучаемом им сигнале.

Корректировка погрешностей

• При любых измерениях существует вероятность ошибок . Источниками ошибок в нашем случае являются преимущественно два фактора: погрешности измерения времени и прохождения радиосигнала через ионосферу Земли.
• Погрешности при измерении времени будут всегда . Просто невозможно сделать часы, сохраняющие точность на протяжении всего времени эксплуатации – все равно понадобиться корректировка набегающей погрешности измерения.
• Еще одно узкое место при расчете расстояния – наличие у Земли ионосферы. Через ионосферу по законам физики радиосигнал не может распространяться со скоростью света, поэтому формула определения пути на этом участке будет рассчитываться неправильно.
• Для того чтобы минимизировать влияние этих факторов вводят так называемые корректировочные коэффициенты , с помощью которых удается значительно улучшить точность вычисления местоположения.

Существующие навигационные системы

В настоящее время есть всего две полностью глобальные системы – GPS и ГЛОНАСС. Физические принципы работы их полностью идентичны, а системы различаются только высотой орбит эшелонов спутников и частотами используемых радиосигналов, кроме того обе системы оснащены дополнительным более точным кодированным радиосигналом используемым только для военных целей. Навигационная система – это комплекс высокотехнологичных, дорогих и очень сложных в обслуживании устройств, располагают которыми пока только США и Россия.

Модель КА Глонасс-М на выставке CeBIT 2011

«Глонасс-М» (наименование по ОКР: «Ураган-М» , Индекс ГРАУ: 11Ф654М , 14Ф113 ) - серия российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС 2-го поколения, разработанная и выпускаемая ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва. От спутников серии «Глонасс» (1-е поколение) отличаются гарантированным сроком активного существования (7 лет). Эти излучают, в отличие от аппаратов предыдущего поколения, уже по 2 сигнала для гражданских потребителей, что позволяет существенно повысить точность местоопределения.

30 июля 2015 года было объявлено о завершении производства спутников серии «Глонасс-М». Им на замену придут аппараты следующего поколения: «Глонасс-К» и «Глонасс-К2».

Тактико-технические данные

• масса - 1415 кг,
• гарантированный срок активного существования - 7 лет,
• особенности - 2 сигнала для гражданских потребителей,
• по сравнению со спутниками предшествующего поколения («Глонасс») точность определения местоположения объектов повышена в 2,5 раза,
• мощность СЭП - 1400 Вт,
• начало лётных испытаний - 10 декабря 2003 года.
• отечественная бортовая ЦВМ на базе микропроцессора с системой команд VAX 11/750(К1839)

Аварии и происшествия

• В июле 2010 года в Ульяновской области в аварию попал состав, перевозивший . Перевозимая ракета предназначалась для проведения 2 сентября запуска с трёх навигационных спутников «Глонасс-М».
• Запуск ракеты-носителя «Протон-М», произведённый 5 декабря 2010 года, в 15 часов 13 минут (мск) окончился неудачей. После старта «Протон-М» изменил заданной траектории полёта и ещё до отделения ушёл по тангажу на 8 градусов и ракета вышла на незамкнутую орбиту. Ко времени отделения разгонного блока ДМ-3 (11С861-03) с 3 спутниками «ГЛОНАСС-М», который прошёл в штатном режиме, он уже находился на нештатной траектории полёта, а затем и вовсе вышел из зоны радиовидимости российских средств слежения. Телеметрии с разгонного блока после его отделения от «Протона» специалисты так и не получили. Остатки разгонного блока ДМ с тремя спутниками «Глонасс-М» упали в Тихом океане в районе Гавайских островов. Полный ущерб от потери спутников оценивался в $90 млн., при этом страхованием была покрыта только примерно тридцатая часть ущерба – страховая сумма составила $3,5 млн. Страхованием занималась страховая компания «Страховой центр „Спутник“», спутники были перестрахованы на $3,3 млн в страховой компании «Русский страховой центр».
• 2 июля 2013 года ракета-носитель «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 (11С861-03) и тремя российскими навигационными космическими аппаратами «Глонасс-М» - «Ураган-М» №48, «Ураган-М» №49, «Ураган-М» №50 , стартовавшая с Байконура, упала на первой минуте старта. Ни один из потерянных спутников не был застрахован из-за дефицита выделяемых Роскосмосом на эту статью средств, а также из-за решения не страховать серийные спутники.

Система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская/российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации (китайская система спутниковой навигации Бэйдоу на данный момент функционирует как региональная).

ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19400 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации . Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бо́льшую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Роскосмос и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем». Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы». В 2012 году федеральным сетевым оператором в сфере навигационной деятельности определено Некоммерческое Партнёрство «Содействие развитию и использованию навигационных технологий».

История развития

Модель КА Глонасс-К на выставке CeBIT

Официально начало работ по созданию ГЛОНАСС было положено в декабре 1976 года специальным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР. Данный проект являлся продолжением развития отечественной навигационной спутниковой системы, начатой программой «Циклон».

Сроки работ по созданию системы неоднократно сдвигались, первые лётные испытания были начаты 12 октября 1982 года запуском на орбиту первого спутника «Ураган» 11Ф654 и двух массо-габаритных макетов 11Ф654ГВМ. В последующих шести запусках на орбиту выводились по два штатных аппарата и одному макету. Применение макетов являлось следствием неготовности электронной части спутников. Только 16 сентября 1986 года с восьмого по счёту запуска были выведены сразу три штатных аппарата. Два раза в 1989 году вместе с двумя спутниками «Ураган» на орбиту выводились пассивные геодезические аппараты «Эталон», которые использовались для уточнения параметров гравитационного поля и его влияния на орбиты КА «Ураган».

4 апреля 1991 года в составе ГЛОНАСС в двух орбитальных плоскостях оказалось одновременно 12 работоспособных спутников системы и 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию Министерством обороны России. В этом же году США вывели на орбиту последний 24-й спутник (первый спутник США вывели на орбиту в 1974 году). После чего стали проводиться запуски в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 года после 27-го запуска «Протона-К» с «Ураганами» спутниковая группировка была развёрнута до штатного состава - 24 спутника.

Всего с октября 1982 г. по декабрь 1998 г. на орбиту были выведены 74 КА «Ураган» и 8 массо-габаритных макетов. В период развёртывания системы 6 «Ураганов» оказались утерянными из-за отказов разгонного блока 11С861. Согласно оценкам, проведённым в 1997 году, на развёртывание ГЛОНАСС было потрачено около 2,5 млрд долларов.

В дальнейшем вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.

В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников - таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

В 2002 году был осуществлён переход на обновлённую версию геоцентрической системы координат ПЗ-90 - ПЗ-90.02.

С 2004 года запускаются новые КА “Глонасс-М”, которые транслируют два гражданских сигнала на частотах L1 и L2.

В 2007 году проведена 1-я фаза модернизации наземного сегмента, вследствие чего увеличилась точность определения координат. Во 2-й фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к концу 2010 года увеличится точность расчёта эфемерид и ухода бортовых часов, что приведёт к повышению точности навигационных определений.

В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.

На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развёртывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.

29 января 2009 года было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке будет оснащён системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «М2М телематика» было установлено на 250 сочинских автобусах.

В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.

2 сентября 2010 года общее количество спутников ГЛОНАСС было доведено до 26 - группировка была полностью развёрнута для полного покрытия Земли.

В 2011 году была модернизирована система наземного комплекса управления. Результатом программы модернизации стало увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС в 2-2,5 раза, что составляет порядка 2,8 м для гражданских потребителей.

26 февраля того же года был запущен первый КА Глонасс-К, в котором реализованы дополнительные сигналы в формате CDMA и тестируется новый открытый сигнал в диапазоне L3.

С 2012 до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей. В этот период планируется изготовить 15 спутников «Глонасс-М» и 22 «Глонасс-К».

В июле 2012 года было возбуждено дело по факту необоснованного расходования и хищения более 6,5 миллиардов рублей, выделенных на развитие спутниковой системы. 13 мая 2013 года было возбуждено ещё одно уголовное дело по статье «Мошенничество в особо крупном размере» по выявленному факту злоупотребления полномочиями и хищения 85 млн рублей.

В 2014 году начались работы над обеспечением совместимости российской и китайской навигационных систем ГЛОНАСС и «Бэйдоу».

7 декабря 2015 года было объявлено о завершении создания системы ГЛОНАСС. Готовая система была направлена на заключительные испытания Минобороны РФ.

Навигация

Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19400 км с наклонением 64,8° и периодом 11 часов 15 минут. Такая орбита оптимальна для использования в высоких широтах (северных и южных полярных регионах), где сигнал GPS ловится плохо. Спутниковая группировка развёрнута в трёх орбитальных плоскостях, с 8 равномерно распределёнными спутниками в каждой. Для обеспечения глобального покрытия необходимы 24 спутника, в то время как для покрытия территории России необходимы 18 спутников. Сигналы передаются с направленностью 38° с использованием правой круговой поляризации, мощностью 316-500 Вт (EIRP 25-27 dBW).

Для определения координат приёмник должен принимать сигнал как минимум четырёх спутников и вычислить расстояния до них. При использовании трёх спутников определение координат затруднено из-за ошибок, вызванных неточностью часов приёмника.

Навигационные сигналы

FDMA-сигналы

Используются два типа навигационных сигналов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью.

Сигналы передаются методом расширения спектра в прямой последовательности (DSSS) и модуляцией через двоичную фазовую манипуляцию (BPSK). Все спутники используют одну и ту же псевдослучайную кодовую последовательность для передачи открытых сигналов, однако каждый спутник передаёт на разной частоте, используя 15-канальное разделение по частоте (FDMA). Сигнал в диапазоне L1 находится на центральной частоте 1602 МГц, а частота передачи спутников определяется по формуле 1602 МГц + n × 0,5625 МГц, где n это номер частотного канала (n =−7,−6,−5,…0,…,6, ранее n =0,…,13). Сигнал в диапазоне L2 находится на центральной частоте 1246 МГц, а частота каждого канала определяется по формуле 1246 МГц + n ×0.4375 МГц. Противоположно расположенные аппараты не могут быть одновременно видны с поверхности Земли, поэтому 15 радиоканалов достаточно для 24 спутников.

Открытый сигнал генерируется через сложение по модулю 2 трёх кодовых последовательностей: псевдослучайного дальномерного кода со скоростью 511 кбит/c, навигационного сообщения со скоростью 50 бит/c, и 100 Гц манчестер-кода. Все эти последовательности генерируются одним тактовым генератором. Псевдослучайный код генерируется 9-шаговым сдвиговым регистром с периодом 1 мс.

Навигационное сообщение открытого сигнала транслируется непрерывно со скоростью 50 бит/c. Суперкадр длиной 7500 бит требует 150 секунд (2,5 минуты) для передачи полного сообщения и состоит из 5 кадров по 1500 бит (30 секунд). Каждый кадр состоит из 15 строк по 100 бит (2 секунды на передачу каждой строки), 85 бит (1,7 секунды) данных и контрольных сумм и 15 бит (0,3 секунды) на маркер времени. Строки 1-4 содержат непосредственную информацию о текущем спутнике и передаются заново в каждом кадре; данные включают эфемериды, смещения тактовых генераторов частот, а также состояние спутника. Строки 5-15 содержат альманах; в кадрах I-IV передаются данные на 5 спутников в каждом, а в кадре V - на оставшиеся четыре спутника.

Эфемериды обновляются каждые 30 минут с использованием измерений наземного контрольного сегмента; используется система координат ECEF (Earth Centered, Earth Fixed) для положения и скорости, и также передаются параметры ускорения под действием и . Альманах использует модифицированные кеплеровы элементы и обновляется ежедневно.

Защищённый сигнал повышенной точности предназначен для авторизованных пользователей, таких как Вооружённые силы РФ. Сигнал передаётся в квадратурной модуляции с открытым сигналом на тех же самых частотах, но его псевдослучайный код имеет в десять раз большую скорость передачи, что повышает точность определения координат. Хотя защищённый сигнал не зашифрован, формат его псевдослучайного кода и навигационных сообщений засекречен. По данным исследователей, навигационное сообщение защищённого сигнала L1 передаётся со скоростью 50 бит/c без использования манчестер-кода, суперкадр состоит из 72 кадров размером по 500 бит, где каждый кадр состоит из 5 строк из 100 бит и требует 10 секунд для передачи. Таким образом, всё навигационное сообщение имеет длину 36 000 бит и требует для передачи 720 секунд (12 минут); предполагается, что дополнительная информация используется для повышения точности параметров солнечно-лунных ускорений и коррекции частоты тактовых генераторов.

CDMA-сигналы

C середины 2000-х годов готовится введение сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением.

Формат и частоты новых сигналов окончательно не определены. По предварительным данным разработчиков, в спутниках Глонасс-К2 будут использоваться три открытых и два зашифрованных сигнала в формате CDMA.

Открытый сигнал L3OC передаётся на частоте 1202,025 МГц, использует двоичную фазовую манипуляцию BPSK(10) для пилотного и информационного сигналов; псевдослучайный дальномерный код транслируется с частотой 10,23 миллионов импульсов (чипов) в секунду и модулируется на несущей частоте через квадратурную фазовую манипуляцию QPSK, при этом пилотный и информационный сигналы разнесены по квадратурам модуляции: информационный сигнал находится в фазе, а пилотный - в квадратуре. Информационный сигнал дополнительно модулирован 5-битным кодом Баркера, а пилотный сигнал - 10-битным кодом Ньюмана-Хоффмана.

Открытый сигнал L1OC и защищённый сигнал L1SC передаются на частоте 1600,995 МГц, а открытый сигнал L2OC и защищённый сигнал L2SC - на частоте 1248,06 МГц, перекрывая диапазон сигналов формата FDMA. Открытые сигналы L1OC и L2OC используют мультиплексирование с разделением по времени для передачи пилотного и информационного сигналов; используется модуляция BPSK(1) для информационного и BOC(1,1) для пилотного сигналов. Защищённые широкополосные сигналы L1SC и L2SC Шаблон: Неи АИ2 для пилотного и информационного сигналов, и передаются в квадратуре по отношению к открытым сигналам; при таком типе модуляции пик мощности смещается на края частотного диапазона и защищённый сигнал не мешает открытому узкополосному сигналу, передающемуся на несущей частоте.

Модуляция BOC (binary offset carrier, двоичный сдвиг несущей) используется в сигналах систем Galileo и модернизированной GPS; в сигналах GLONASS и стандартной GPS используется двоичная фазовая манипуляция (BPSK), однако и BPSK и QPSK являются частными случаями квадратурной амплитудной модуляции (QAM-2 и QAM-4).

Навигационное сообщение сигнала L3OC передаётся со скоростью 100 бит/c. Один кадр размером 1500 бит передаётся за 15 секунд и включает 5 текстовых строк, каждая длиной 300 бит (3 секунды). В каждом кадре содержатся эфемериды текущего спутника и часть системного альманаха для трёх спутников. Суперкадр состоит из 8 кадров и имеет размер 12000 бит, таким образом на получение альманаха для всех 24 спутников требуется 120 секунд (2 минуты). В будущем суперкадр может быть расширен до 10 кадров или 15000 бит (150 секунд или 2,5 минуты на передачу) для поддержки работы 30 спутников. В каждой строке передаётся системное время.Секунда координации UTC учитывается удлинением (с заполнением нулями) либо укорачиванием последней строки месяца на длительность одной секунды (100 бит), укороченные строки отбрасываются аппаратурой приёмника.

Модернизация системы «Глонасс»
Серия КА	Год развёр-тывания	Состо-	Ста-биль-ность час-тоты	Сигналы FDMA		Сигналы CDMA			Совместимые сигналы CDMA
				1602 + n×	1246 + n×	1600.995 МГц	1248.06 МГц	1202.025 МГц	1575.42 МГц	1207.14 МГц	1176.45 МГц
«Глонасс»	1982-2005	Выведен эксплу-атации	5·10 −13	L1OF, L1SF	L2SF
«Глонасс-М»	2003-2016	В эксплу-атации	1·10 −13	L1OF, L1SF	L2OF, L2SF
«Глонасс-К1»	2011, 2014	Лётно-конструк-торские испыта-ния	5·10 −14	L1OF, L1SF	L2OF, L2SF			L3OС
«Глонасс-К2»	после 2016	В раз-работке	5·10 −14	L1OF, L1SF	L2OF, L2SF	L1OC, L1SC	L2OC, L2SC	L3OC
«Глонасс	2025	На стадии изучения		L1OF, L1SF	L2OF, L2SF	L1OC, L1SC	L2OC, L2SC	L3OC, L3SC	L1OCM	L3OCM	L5OCM
«O»: открытый сигнал стандартной точности / «S»: шифрованный сигнал высокой точности «F»: частотное разделение каналов (FDMA) / «С»: кодовое разделение каналов (CDMA) n = −7,−6,−5,…,0,…,5,6.

Планировалось с 2014 года оснащать спутники Глонасс-М передатчиками сигнала L3OC, впервые введёнными в спутниках Глонасс-К, но эти планы не реализовались.

В спутниках Глонасс-КМ могут быть введены дополнительные передатчики на частоты и модуляцию сигналов, совпадающие с модернизированной GPS (GPS modernization) и Galileo/Compass. В частности,

• сигнал L1OCM будет использовать модуляцию BOC(1,1) на частоте 1575,42 МГц, которая совпадает с сигналом L1C модернизированной GPS и сигналом E1 систем Galileo/Compass;
• сигнал L3OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1207,14 МГц, которая совпадает с сигналом E5b систем Galileo/Compass;
• сигнал L5OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1176,45 МГц, которая совпадает с сигналом Safety of Life (L5) модернизированной GPS и сигналом E5a системы Galileo.

Данная конфигурация поможет обеспечить широкую совместимость приёмного оборудования и повысит точность и быстроту определения координат для критически важных применений, в первую очередь в авиационной и морской безопасности.

Технические средства

НАП «ГРОТ-М» (НИИКП, 2003 год), один из первых образцов

Первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech GG24, выпущенный в 1995 году.

Первый потребительский спутниковый навигатор, рассчитанный на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступил в продажу 27 декабря 2007 года - это был спутниковый навигатор Glospace. В России навигационную аппаратуру выпускают более 10 предприятий.

В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» НПО Прогресс разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых сил Российской Федерации.

В 2012 году Минтранс России определил технические требования к аппаратуре спутниковой навигации для повышения безопасности перевозок пассажиров автомобильным транспортом, а также транспортировки опасных и специальных грузов.

В мае 2011 года в розничную продажу поступили первые массово производимые ГЛОНАСС/GPS-навигаторы компаний Explay и Lexand. Они были собраны на чипсете MSB2301 тайваньской компании Mstar Semiconductor.

Сегодня модели с поддержкой ГЛОНАСС и GPS есть в продуктовых линейках многих производителей. Доля таких устройств в общем годовом объёме продаж навигаторов достигает 6,6 % (за 8 месяцев 2011 года в России было продано порядка 100 тысяч «двухсистемников»). Сравнительный тест навигатора с ГЛОНАСС/GPS Lexand SG-555 и GPS-навигатора Lexand ST-5350 HD проводила газета Ведомости:

Тест показал, что для поездок по Москве можно обойтись и односистемным навигатором. Но то, что навигаторы «Глонасс/GPS» работают точнее и надёжнее, подтвердилось на практике. Превосходящие характеристики двухсистемных устройств актуальны и в повседневной жизни - например, если вы хотите вовремя перестроиться для поворота на нужную полосу дороги.

Американский производитель мобильных чипов Qualcomm производит семейство микросхем для приёма сигналов GPS и ГЛОНАСС: Snapdragon 2 и 3. В 2011 году объявлен выпуск семейства Snapdragon 4. В настоящее время общее количество моделей устройств с возможностью приёма ГЛОНАСС исчисляется десятками.

Точность

В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстаёт от аналогичных показателей для GPS.

Согласно данным СДКМна 18 сентября 2012 года, ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при p = 0,95) по долготе и широте составляли 3-6 м при использовании в среднем 7-8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2-4 м при использовании в среднем 6-11 КА (в зависимости от точки приёма).
При использовании обеих навигационных систем происходит существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, даёт точность определения координат на территории Европы на уровне 1,5-3 метров.

Система ГЛОНАСС определяет местонахождение объекта с точностью до 2,8 метров, но после перевода в рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч» точность навигационного сигнала ГЛОНАСС возрастёт до одного метра (ранее система определяла местонахождение объекта лишь с точностью до 5 м).

К 2015 году планируется увеличить точность позиционирования до 1,4 метра, к 2020 году - до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см.

Технологии высокоточного позиционирования на основе ГЛОНАСС уже сегодня широко используются в различных отраслях деятельности. Так, специалисты НИИ Прикладной Телематики разработали уникальное для навигационной отрасли решение - систему дистанционного мониторинга состояния сложных инженерных объектов, которая в режиме реального времени отслеживает смещение сооружений дорожно-транспортной инфраструктуры и оползневых геомассивов (в постобработке с точностью до 4-5 мм), позволяя не только оперативно реагировать на возникновение нештатных и чрезвычайных ситуаций, но и заранее их прогнозировать, своевременно определять появление дефектов дорожных сооружений. Система внедрена и успешно отработана на участке федеральной трассы М27 Джубга-Сочи в районе Хостинской эстакады (участок 194-196 км) - наиболее опасном и сложном с точки зрения прочности элементов конструкции.

Станции дифференциальной коррекции

Россия начала работы по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга для повышения точности и надёжности работы навигационной системы ГЛОНАСС за рубежом. Первая зарубежная станция была построена и успешно функционирует в Антарктиде на станции «Беллинсгаузен». Тем самым обеспечены необходимые условия для непрерывного глобального мониторинга навигационных полей космических аппаратов ГЛОНАСС. Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России, одну станцию в Антарктиде и одну в Бразилии. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и нескольких станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах как Куба, Иран, Вьетнам, Испания, Индонезия, Никарагуа Австралия, две в Бразилии, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).

Из-за опасений, что системы ГЛОНАСС могут быть использованы в военных целях, госдепартамент США отказал Роскосмосу в выдаче разрешений на строительство на американской территории нескольких российских измерительных станций. Закон о фактическом запрете размещения станций ГЛОНАСС в США был подписан 30 декабря 2013 года. В ответ на это с 1 июня 2014 приостановлена работа на территории Российской Федерации станций для системы GPS. Видимо, это решение касается 19 пока ещё действующих измерительных станций IGS на территории России. Станции IGS не предназначены для функционирования самой системы GPS и имеют в большей степени научное значение. На территории США есть множество подобных станций, передающих данные ГЛОНАСС в режиме реального времени. Данные этих станций находятся в открытом доступе.

Доступность

Значения позиционного геометрического фактора PDOP по системе ГЛОНАСС на земной поверхности (угол места ≥ 5°). Дата: 7 февраля 2016

Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своём сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты. Оперативный и апостериорный мониторинг систем GPS и ГЛОНАСС также осуществляет Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).

Официально прогнозировалось, что ГЛОНАСС догонит GPS по точности к 2015 году, но по официальным данным на первую половину 2015, точность позиционирования составляла 2,7 м и обещания о её повышении «в два раза» были «перенесены» на конец 2015 года. Однако по состоянию 7 февраля 2016 даже официальный «прогноз точности» указывал точность около 2-4 метров.

При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приёмниках (практически все ГЛОНАСС-приёмники являются совместными) точность определения координат практически всегда отличная вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения.

По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, установили, что ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют ГЛОНАСС в комбинации с GPS.

Постановление правительства Российский Федерации от 27 сентября 2011 года об обязательном оснащении пассажирских транспортных средств модулями ГЛОНАСС/GPS вынуждает использовать систему ГЛОНАСС в России.

Модернизация

• На 2015-2017 годы намечен запуск усовершенствованного спутника КА «Глонасс-К2», доработанного по результатам испытаний КА «Глонасс-К1». В дополнение к открытому CDMA сигналу в диапазоне L3, появятся открытые и шифрованные сигналы в диапазонах L1 и L2.
• К 2025 году появится усовершенствованный спутник «Глонасс-КМ», характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 6 открытых и до 3 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.
• После полного перехода на CDMA-сигналы предполагается постепенное увеличение количества КА в группировке с 24 до 30, что, возможно, потребует отключения сигналов FDMA. Рассматриваются варианты с запуском в будущем дополнительных спутников по высокоэллиптической орбите типа «Молния» или «Тундра», либо по геосинхронной или геостационарной орбите, что должно обеспечить более высокую доступность в отдельных регионах за счёт дифференциальной коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников.

Спутники

Разработчик и изготовитель спутников - ОАО ИСС имени академика М. Ф. Решетнёва (до 2008 года «НПО ПМ») (Железногорск, Красноярский край).

Глонасс-М РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» взорвалась после старта 24 марта 2014 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М № 54 с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” 14 июня 2014 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” 1 декабря 2014 Глонасс-К Выведен на орбиту спутник Глонасс-К с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” Это второй запуск спутника третьего поколения. 7 февраля 2016 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” и разгонного блока «Фрегат»

Текущее состояние

• Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 28 КА
• Используются по целевому назначению: 23 КА
• На этапе ввода в систему: 0 КА
• Временно выведены на техобслуживание: 1 КА
• На исследовании главного конструктора: 2 КА
• Орбитальный резерв: 1 КА
• На этапе лётных испытаний: 1 КА



Российская спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для точного определения координат объекта, находящегося над поверхностью Земли. Тем же целям служат две другие похожие системы: GPS (США), Galileo (Евросоюз). Раньше всего начала действовать группировка спутников GPS, затем, в 1993 году, была официально принята в эксплуатацию российская спутниковая система. Сейчас, по состоянию на начало 2015 года, сигнал от спутников ГЛОНАСС уверенно воспринимается в любой точке земного шара. Дальше приводится сравнение двух глобальных навигационных систем, российской и американской.

На территории РФ для осуществления спутникового контроля транспорта допустимо пользоваться любой из указанных систем – GPS или ГЛОНАСС. Наилучшая точность определения координат притом будет получена при использовании сигналов GPS и ГЛОНАСС одновременно.

Навигационные спутники России и США

Применяя каждую из навигационных систем по отдельности, можно рассчитывать на следующие параметры точности:

1. GPS (координаты): с наземной коррекцией – менее 1 м, реальная точность – 2,6 м (спутники модели KA Bloc IIR).
2. ГЛОНАСС (координаты): реальная точность – 5-10 м (спутники «Ураган-М»), для спутников «Ураган-К» точность составляет 1-3 м, а с наземной коррекцией среднее значение равно 4,5 м.
3. GPS (скорость): ошибка может составлять до 10 м/с.
4. ГЛОНАСС (скорость): ошибка составляет до 15 м/с (спутники «Ураган») либо она не превосходит 0,05 м/с (спутники «Ураган-М»).

С использованием системы ГЛОНАСС мониторинг транспорта осуществляется по тем же алгоритмам, что с применением любых других аналогичных систем. Приемник в абонентском устройстве считывает координаты, блок управления их анализирует и отправляет сообщение по каналу наземной связи (GSM/GPRS).

Так работает спутниковая навигация

Важно знать, что когда автомобиль «теряет» базовую станцию GSM, алгоритм спутниковой навигации перестает функционировать корректно.

Оператор будет видеть на экране неподвижную метку, а в действительности машину могут перемещать. Управляющий блок притом сможет определять координаты по спутникам без ошибок. Но возможность отправлять сообщения у охранной системы будет отсутствовать. Если требуется выполнять слежение в режиме реального времени, необходимо помнить, что спутниковый мониторинг транспорта не может осуществляться без использования сотовой связи.

Абонентские устройства, приемники ГЛОНАСС

Понятно, что любая система мониторинга будет обладать максимальной помехоустойчивостью и точностью, если определение координат в ней ведется по спутникам GPS и ГЛОНАСС одновременно. Группировка спутников GPS начала действовать раньше других и поэтому сначала абонентские устройства воспринимали только сигнал GPS. Затем появились микросхемы, корректно воспринимающие сигналы от спутников ГЛОНАСС. На третьем шаге на рынок вывели универсальные чипы, совместимые с 2-мя или 3-мя информационными протоколами сразу.

Приемник спутникового сигнала NV08C

Среди отечественных разработок, отвечающих последнему требованию, можно назвать микросхему NV08C-MCM-M, выпускаемую с 2009 года.

Универсальный модуль компании Starline

Владелец цифровой сигнализации Starline любой из современных моделей имеет право приобрести и установить дополнительный модуль GSM-связи. Этот модуль выполнен в виде печатной платы, монтируемой внутрь основного блока.

Модульная архитектура Starline

Когда в основной блок будет установлен модуль GSM, дополнительно к специальному разъему подключается блок навигации, наделенный приемником сигналов ГЛОНАСС/GPS:

Навигационный блок Starline

Можно осуществлять спутниковый мониторинг транспорта, не используя при этом охранные функции. В таких случаях подходит более доступное оборудование – маяк Starline М17, отслеживающий координаты и скорость.

Комплектация навигационного маяка

На начальном этапе система мониторинга может быть построена на основе следующего оборудования: навигационные маяки, один сотовый телефон и одно вычислительное устройство с выходом в Интернет. Телефон используется для управления маяками при помощи SMS. Но в действительности, маяк – достаточно примитивное устройство, неспособное отслеживать уровень топлива и некоторые другие параметры. Каждое такое устройство со временем можно заменить более сложным оборудованием – навигационным терминалом либо тахографом. Так можно будет построить, в том числе, действующую систему контроля топлива.

Объяснение понятий терминал и тахограф

В функции спутникового мониторинга автотранспорта может входить контроль следующих параметров: заряд АКБ, уровень топлива в баке и т.д. Помимо координат, все данные могут быть считаны с шины CAN. Если же подключение к CAN-шине вы использовать не собираетесь, можно установить дополнительные датчики, подключив их к единому электронному блоку. В такой блок может быть встроен и модуль навигации.

Тахограф с навигацией, грузовая техника

Если электронный блок может только «запоминать» данные, но не отправлять их по каналу GSM, то устройство называется тахографом. А тахограф, оборудованный действующим GSM-модулем – это терминал.

Любая система контроля транспорта, если в ней используются именно терминалы, может быть дополнена «тревожными кнопками». Водитель нажимает кнопку, и оператор получает сообщение в течение 40-ка секунд.

Схема подключения тревожной кнопки

Понятно, что слежение за транспортом необязательно должно осуществляться в режиме реального времени. Данные можно просто записывать, и анализировать их в конце рабочего дня. Но наличие интерактивного режима несет свои преимущества. Одно из них указано выше (возможность установить «кнопку тревоги»). Право выбора лучше предоставить владельцу.

Казалось бы, не так важно, какая именно система навигации будет использоваться – ГЛОНАСС или GPS.

На грузовики закон требует устанавливать тахографы, но подключать эти устройства к навигационному модулю вовсе не обязательно. Однако продолжение развития программы ЭРА-ГЛОНАСС наводит на определенные мысли. Долгое время, в том числе и в нашей стране, приоритет отдавали навигации по спутникам GPS. Теперь ситуация изменилась кардинально.

Особенности ГЛОНАСС и GPS

Точность определения координат с использованием спутников ГЛОНАСС в 2015 году будет удвоена. Грубо говоря, значение ошибки для большинства случаев понизится до 1,4 метра.

Параметры координат, полученные с навигатора

Когда в зоне видимости абонентского устройства остается менее 3-х космических аппаратов, по назначению не может использоваться ни одна система навигации. Поэтому лучше, чтобы в абонентском оборудовании был смонтирован универсальный модуль, воспринимающий сигналы ГЛОНАСС и GPS одновременно.

Любая система слежения за транспортом, если в ней используется связь GSM, может определять координаты по сигналу базовых станций. Правда, погрешность в таком случае составляет 400-500 м.

Область вероятного нахождения объекта

Режим, о котором идет речь, называется «LBS», а реализован он почти в каждом GSM-терминале. Таким образом, в современных системах мониторинга транспорта используются данные, получаемые из трех источников информации:

• Сигнал GPS;
• Сигнал ГЛОНАСС;
• Радиоволны, исходящие от нескольких станций GSM.

Точность позиционирования, проводимого с использованием глобальной спутниковой навигации, будет повышаться едва ли не ежегодно. Погрешность для российской системы в 2020 году станет равна 0,6 м. Можно сделать вывод, что применение спутникового мониторинга автотранспорта на практике – это перспективная технология, которая будет востребована в будущем. А правильно использовать новые технологии должен уметь каждый.

Следящее оборудование и методы обмана

Система ГЛОНАСС является крупнейшим навигационным комплексом, который позволяет отслеживать местоположение различных объектов. Проект, запущенный в 1982 г., по сей день активно развивается и совершенствуется. Причем работа ведется как над техническим обеспечением ГЛОНАСС, так и над инфраструктурой, позволяющей использовать систему все большему количеству людей. Так, если первые годы существования комплекса навигация посредством спутников использовалась преимущественно в решении военных задач, то сегодня ГЛОНАСС - это технологичный инструмент позиционирования, который стал обязательным в жизнедеятельности миллионов гражданских пользователей.

Глобальные системы спутниковой навигации

Ввиду технологической сложности глобального спутникового позиционирования на сегодняшний день полностью соответствовать этому названию могут лишь две системы - ГЛОНАСС и GPS. Первая является российской, а вторая - плодом американских разработчиков. С технической точки зрения ГЛОНАСС - это комплекс специализированного аппаратного оснащения, расположенного и на орбите, и на земле.

Для связи со спутниками используются специальные датчики и приемники, считывающие сигналы и формирующие на их основе данные о местоположении. Для расчета временных параметров применяются специальные Они служат для определения положения объекта с учетом трансляции и обработки радиоволн. Сокращение погрешностей позволяет обеспечивать более достоверный расчет параметров позиционирования.

Функции спутниковой навигации

В спектр задач глобальных систем спутниковой навигации входит определение точного местоположения наземных объектов. Помимо географического положения, глобальные навигационные спутниковые системы позволяют учитывать время, путь следования, скорость и другие параметры. Реализуются эти задачи посредством спутников, находящихся в разных точках над земной поверхностью.

Применение глобальной навигации используется не только в транспортной отрасли. Спутники помогают в поисково-спасательных операциях, выполнении геодезических и строительных работ, а также без них не обходится координация и обслуживание других космических станций и аппаратов. Военная отрасль также не остается без поддержки системы подобных целей обеспечивает защищенный сигнал, предназначенный специально для авторизованной аппаратуры Министерства обороны.

Система ГЛОНАСС

Полноценную работу система начала лишь в 2010 г., хотя попытки ввести комплекс в активную работу предпринимались с 1995 г. Во многом проблемы были связаны с низкой долговечностью используемых спутников.

На данный момент ГЛОНАСС - это 24 спутника, которые работают в разных точках орбиты. В целом навигационную инфраструктуру можно представить тремя компонентами: управляющий комплекс (обеспечивает контроль группировки на орбите), а также навигационные технические средства пользователей.

24 спутника, каждый из которых имеет свою постоянную высоту, распределены на несколько категорий. На каждое полушарие приходится по 12 спутников. Посредством спутниковых орбит над поверхностью земли формируется сетка, за счет сигналов которой определяются точные координаты. Помимо этого, спутниковый ГЛОНАСС имеет и несколько резервных объектов. Они также находятся каждый на своей орбите и не бездействуют. В круг их задач входит расширение покрытия над конкретным регионом и замена выходящих из строя спутников.

Система GPS

Американский аналог ГЛОНАСС - это система GPS, которая начинала свою работу также в 1980-е, но только с 2000 года точность определения координат сделал возможным ее широкое распространение среди потребителей. На сегодняшний день спутники gps гарантируют точность до 2-3 м. Задержка в развитии возможностей навигации долгое время была обусловлена ограничениями позиционирования искусственного характера. Тем не менее их снятие позволило с максимальной точностью определять координаты. Даже при условии синхронизации с миниатюрными приемниками достигается результат, соответствующий ГЛОНАСС.

Отличия между ГЛОНАСС и GPS

Между навигационными системами выделяется несколько отличий. В частности, есть разница в характере расстановки и движении спутников на орбитах. В комплексе ГЛОНАСС они движутся по трем плоскостям (по восемь спутников на каждую), а в системе GPS предусматривается работа в шести плоскостях (примерно по четыре на плоскость). Таким образом, российская система обеспечивает более широкий охват наземной территории, что отражается и в более высокой точности. Однако на практике краткосрочная «жизнь» отечественных спутников не позволяет использовать весь потенциал системы ГЛОНАСС. GPS, в свою очередь, поддерживает высокую точность за счет избыточного количества спутников. Тем не менее российский комплекс регулярно вводит новые спутники, как для целевого использования так и в качестве резервной поддержки.

Также применяются разные методы кодирования сигнала - американцы используют код CDMA, а в ГЛОНАСС - FDMA. При расчете приемниками данных для позиционирования российская спутниковая система предусматривает более сложную модель. В результате для использования ГЛОНАСС необходимо высокое потребление энергии, что отражается в габаритах устройств.

Что позволяют возможности ГЛОНАСС?

Среди базовых задач системы — определение координат объекта, способного взаимодействовать ГЛОНАСС. GPS в этом смысле выполняет схожие задачи. В частности, рассчитываются параметры движения наземных, морских и воздушных объектов. За несколько секунд транспортное средство, обеспеченное соответствующим навигатором может вычислить характеристики собственного движения.

При этом использование глобальной навигации уже стало обязательным для отдельных категорий транспорта. Если в 2000-х распространение спутникового позиционирования относилось к контролю определенных стратегических объектов, то сегодня приемниками снабжаются морские и авиационные суда, общественный транспорт и т. д. В скором будущем не исключено и обязательное обеспечение ГЛОНАСС-навигаторами всех частных автомобилей.

Какие устройства работают с ГЛОНАСС

Система способна обеспечивать непрерывное глобальное обслуживание всех без исключения категорий потребителей независимо от климатических, территориальных и временных условий. Как и услуги системы GPS, ГЛОНАСС навигатор предоставляется бесплатно и в любой точке планеты.

Среди устройств, которые имеют возможность приема спутниковых сигналов, значатся не только бортовые навигационные средства и GPS-приемники, но также и сотовые телефоны. Данные о местоположении, направлении и скорости движения отправляются на специальный сервер по сетям GSM-операторов. В использовании возможностей спутниковой навигации помогает специальная программа ГЛОНАСС и различные приложения, которые занимаются обработкой карт.

Комбинированные приемники

Территориальное расширение спутниковой навигации обусловило сращивание двух систем с точки зрения потребителя. На практике устройства ГЛОНАСС нередко дополняются GPS и наоборот, что повышает точность позиционирования и временных параметров. Технически это реализуется посредством двух датчиков, интегрированных в один навигатор. На основе этой идеи и производятся совмещенные приемники, работающие одновременно с системами ГЛОНАСС, GPS и сопутствующей аппаратурой.

Кроме повышения точности определения такой симбиоз делает возможным отслеживание местоположения, когда спутники одной из систем не улавливаются. Минимальное количество орбитальных объектов, «видимость» которых требуется для работы навигатора, составляет три единицы. Так, если, например, программа ГЛОНАСС становится недоступной, то на помощь придут спутники gps.

Другие системы спутниковой навигации

Разработкой проектов, схожих по масштабам с ГЛОНАСС и GPS, занимается Европейский союз, а также Индия и Китай. планирует реализовать систему Galileo, состоящую из 30 спутников, что позволит добиться непревзойденной точности. В Индии планируется запуск системы IRNSS, работающей посредством семи спутников. Навигационный комплекс ориентируется на внутригосударственное использование. Система Compass от китайских разработчиков должна состоять из двух сегментов. Первый будет включать 5 спутников, а второй - 30. Соответственно, авторы проекта предполагают два формата обслуживания.

Спутниковые системы позиционирования и навигации, изначально разрабатывавшиеся для военных нужд, в последнее время находят широкое применение в гражданской сфере. GPS/ГЛОНАСС мониторинг транспорта, наблюдение за нуждающимися в опеке людьми, контроль перемещений сотрудников, слежение за животными, отслеживание багажа , геодезия и картография – это основные направления использования спутниковых технологий.

В настоящее время существует две глобальных системы спутникового позиционирования, созданных в США и РФ, и две региональных, охватывающих Китай, страны Евросоюза и еще ряд стран Европы и Азии. В России доступен ГЛОНАСС мониторинг и GPS мониторинг.

Системы GPS и ГЛОНАСС

GPS (Global Position System, Глобальная система позиционирования) – это спутниковая система, разработка которой началась в Америке с 1977 года. К 1993 программу развернули, а к июлю 1995 – добились полной готовности системы. В настоящее время космическая сеть GPS состоит из 32 спутников: 24 основных, 6 резервных. Они вращаются вокруг Земли по средневысокой орбите (20 180 км) в шести плоскостях, по четыре основных спутника в каждой.

На земле расположена главная контрольная станция и десять станций слежения, три из которых передают спутникам последнего поколения корректировочные данные, а те распределяют их на всю сеть.

Разработка системы ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы) начата еще в СССР в 1982 году. О завершении работ заявили в декабре 2015 года. Для работы ГЛОНАСС требуется 24 спутника, для покрытия территории и РФ достаточно 18, а общее число спутников, находящихся в данный момент на орбите (включая резервные) – 27. Они также движутся по средневысокой орбите, но на меньшей высоте (19 140 км), в трех плоскостях, по восемь основных спутников в каждой.

Наземные станции ГЛОНАСС расположены в России (14), Антарктиде и Бразилии (по одной), намечается развертывание ряда дополнительных станций.

Предшественником системы GPS была система Transit, разработанная в 1964 году для управления запуском ракет с подводных лодок. Она могла определить местонахождение исключительно неподвижных объектов с точностью до 50 м, а единственный спутник находился в поле видимости всего один час в сутки. Программа GPS ранее носила названия DNSS и NAVSTAR. В СССР создание навигационной спутниковой системы велось с 1967 года в рамках программы «Циклон».

Основные отличия системs мониторинга ГЛОНАСС от GPS:

• американские спутники движутся синхронно с Землей, а российские – асинхронно;
• разная высота и количество орбит;
• разный угол их наклона (около 55° для GPS, 64,8° для ГЛОНАСС);
• разный формат сигналов и рабочие частоты.

Преимущества системы GPS

• GPS – старейшая из существующих систем позиционирования, приведена в полную готовность раньше российской.
• Надежность обусловлена использованием большего числа резервных спутников.
• Позиционирование происходит с меньшей погрешностью, чем у ГЛОНАСС (в среднем 4 м, а для спутников последнего поколения – 60–90 см).
• Множество устройств поддерживает систему.

Преимущества системы ГЛОНАСС

• Положение асинхронных спутников на орбите более стабильное, что облегчает управление ими. Регулярное внесение корректив не требуется. Данное преимущество важно для специалистов, а не потребителей.
• Система создана в России, поэтому обеспечивает уверенный прием сигнала и точность позиционирования в северных широтах. Это достигается за счет большего угла наклона спутниковых орбит.
• ГЛОНАСС – это отечественная система, и останется доступной для россиян в случае отключения GPS.

Недостатки системы GPS

• Спутники вращаются синхронно вращению Земли, поэтому для точного позиционирования требуется работа корректирующих станций.
• Низкий угол наклона не обеспечивает хорошего сигнала и точного позиционирования в полярных областях и высоких широтах.
• Право управления системой принадлежит военным, а они могут искажать сигнал или вообще отключить GPS для гражданских лиц или для других стран в случае конфликта с ними. Поэтому хотя GPS для транспорта точнее и удобнее, а ГЛОНАСС – надежнее.

Недостатки системы ГЛОНАСС

• Разработка системы началась позже и до недавнего времени велась со значительным отставанием от американцев (кризис, финансовые злоупотребления, хищения).
• Неполный комплект спутников. Продолжительность службы российских спутников ниже, чем американских, они чаще нуждаются в ремонте, поэтому точность навигации в ряде областей снижается.
• Спутниковый мониторинг транспорта ГЛОНАСС дороже, чем GPS из-за высокой стоимости устройств, адаптированных к работе с отечественной системой позиционирования.
• Недостаток программного обеспечения для смартфонов, КПК. Модули ГЛОНАСС проектировали для навигаторов. Для компактных портативных устройств на сегодняшний день более распространенный и доступный вариант – это поддержка GPS-ГЛОНАСС или только GPS.

Резюме

Системы GPS и ГЛОНАСС являются взаимодополняемыми. Оптимальное решение – это спутниковый GPS-ГЛОНАСС мониторинг. Устройства с двумя системами, например, GPS-маркеры с ГЛОНАСС-модулем «М-Плата» обеспечивают высокую точность позиционирования и уверенную работу. Если для позиционирования исключительно по ГЛОНАСС погрешность в среднем составляет 6 м, а для GPS – 4 м, то при использовании двух систем одновременно она снижается до 1,5 м. Но такие приборы с двумя микрочипами стоят дороже.

ГЛОНАСС разработана специально для российских широт и потенциально способна обеспечить высокую точность, из-за ее недоукомплектованности спутниками реальное преимущество пока на стороне GPS. Плюсы американской системы – это доступность и широкий выбор устройств с поддержкой GPS.