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.

Для определения местоположения в настоящее время наиболее широкое применение нашли глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): российская ГЛОНАСС и американская GPS .

В первую очередь это связано с доступностью и миниатюризацией устройств навигации. Персональный навигатор сегодня стал таким же обыденным устройством, как мобильный телефон или компьютер.

Кроме того, ГНСС обладают высокой точностью определения навигационных параметров и имеют глобальное покрытие.

Принцип работы ГНСС

Принцип определения местоположения потребителя довольно прост, как все гениальное. Зная местоположения спутников (информация содержится в навигационном сигнале спутника) и расстояние до них можно путем несложных алгебраических вычислений однозначно определить свое местоположение в некоторой трехмерной системе координат. В идеале, чтобы получить три координаты потребителя, достаточно знать информацию о трех навигационных космических аппаратах (НКА).

Однако, не все так просто оказывается на практике. Все дело в том, что в ГНСС реализован принцип беззапросных измерений дальности, т.е. определяется время прохождения информационного сигнала от спутника до потребителя. А для того, чтобы это время определить с высокой точностью необходимо синхронизировать часы спутника и навигационной аппаратуры потребителя (НАП). В связи с этим для нахождения координат и рассогласования часов НАП и ГНСС необходимо знать параметры не менее чем о 4-х спутниках.

Космический сегмент ГЛОНАСС представляет собой орбитальную группировку из 24 НКА, расположенных в трех плоскостях по 8 спутников в каждой с высотой орбиты 19100 км и наклонением - 64,8°. Кроме того, в каждой плоскости должен находиться один резервный спутник. НКА излучают радиосигналы на собственных частотах.

Наземный сегмент состоит из космодрома, командно-измерительного комплекса и центра управления.

Ну и наконец сегмент, представляющий наибольший интерес потребителю, – пользовательский, в который входит НАП.

ГНСС сегодня

Современные отечественные приемники гражданского применения, устанавливаемые на НАП транспортных средств, работают по сигналам ГЛОНАСС (L1-диапазон, СТ-код) и GPS (L1, С/А-код) и позволяют определять (по уровню вероятности 0,95 при значении геометрического фактора не более 3):

координаты в плане с погрешностью не более 10 м и по высоте – не более 15 м;

плановую скорость с погрешностью не более 0,15 м/с.

На сегодняшний момент применение односистемных приемников ГНСС в НАП (только ГЛОНАСС или только GPS) практически сошло на нет. В первую очередь это связано с тем, что в условиях современного городского ландшафта неизбежно затенение радиовидимости спутников. Примером является работа НАП вблизи стены дома, когда физически половина небосвода закрыта. В конечном счете это приводит к тому, что возможности по точному позиционированию объекта снижаются, а иногда становится невозможным. Использование двух навигационных систем улучшает и расширяет возможности для потребителей.

В таких условиях использование ГЛОНАСС совместно с GPS существенно повышает надежность и достоверность работы НАП по определению координат.

На сегодняшний день навигация – вещь нужная и весьма популярная. За последние несколько лет навигационные чипы в мобильных гаджетах и другой электронике стали привычным делом. Существуют GPS и ГЛОНАСС навигационные системы, давайте разберемся, что представляет собой каждая из них и изучим принципы работы.

Вконтакте

Что такое GPS?

GPS (расшифровывается как Global Positioning System, система глобального позиционирования) – система спутниковой навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Данная система позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любой точке планеты (за исключением приполярных областей).

Разработка GPS началась в 1950-е годы прошлого века для Министерства обороны США, однако сейчас технология используется не только военными, но и в повседневной жизни. В то время СССР запустил первый искусственный спутник Земли и американские ученые, наблюдавшие за этим событием, заметили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала возрастает при приближении спутника и снижается при увеличении его дистанции. Они пришли к выводу, что при наличии информации о своих точных координатах на Земле можно измерить положение и скорость спутника, а зная, где находится спутник – вычислить собственную скорость и координаты.

Система GPS состоит из искусственных спутников, которые вращаются на средней орбите Земли (спутниковая система NAVSTAR, разработанная в США), и наземных станций мониторинга, объединенных в общую сеть. Спутники непрерывно передают на Землю навигационный сигнал, включающий «псевдослучайный код», данные эфемерид (прогнозируемые координаты и параметры движения спутника на определенный момент времени) и альманаха (данные для вычисления приблизительного местоположения спутника). Этот сигнал принимают абонентские GPS-устройства, которые на основании полученных сведений вычисляют свою геопозицию.

Один из недостатков технологии GPS заключается в низкой скорости передачи данных (до 50 бит/с) из-за чего процесс вычисления координат может занимать несколько минут. Кроме того, система GPS неэффективна для определения координат устройства, которое находится в помещении, на территории, окруженной высокими строениями, в лесах и парках, туннелях и т.д.

Что такое A-GPS?

Для устранения этих проблем и получения возможности определять координаты любого мобильного устройства была создана технология A-GPS (Assisted GPS). При ее использовании GPS-приемник получает данные не со спутников, а из внешних источников (как правило, это сети сотовых операторов), причем распознавание сигнала A-GPS занимает менее 2 секунд.

Авторами идеи создания A-GPS стали инженеры Джими Сеннота и Ральф Тейлор, которые в 1981 году запатентовали свою разработку. Система была представлена в октябре 2001 года в США, где начала использоваться по сети службы спасения 911.

A-GPS состоит из встроенного GPS приемника и сетевых компонентов мобильной сети. Для A-GPS предусмотрено два режима: A-GPS Online (основной) и A-GPS Offline (вспомогательный). Первый позволяет получить информацию о координатах спутников при необходимости быстрого определения геопозиции, если GPS-приемник не функционировал более 2 часов. Второй режим ускоряет время «горячего» и «холодного» старта GPS-приемника. A-GPS-приемник обновляет альманах, эфемериды и список видимых спутников.

Несмотря на свою эффективность, технология A-GPS имеет ряд минусов, в частности, функция ускоренного старта не работает вне зоны действия сотовой сети. Некоторые приемники с поддержкой A-GPS объединены с радиомодулем GSM и не могут стартовать, если последний отключен. При этом A-GPS приемник может стартовать без покрытия GSM (GPRS). При старте модули A-GPS потребляют мало трафика (5-7 КБ), но в случае потери сигнала потребуется повторная синхронизация, что повлечет за собой повышенные энергозатраты, особенно при нахождении в роуминге.

Что такое ГЛОНАСС?

В настоящее время в мире существуют две спутниковые навигационные системы — описанная выше GPS и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). По сути последняя является российским вариантом GPS. По аналогии с GPS ГЛОНАСС определяет трехмерные координаты (широта, высота, долгота) по всему миру.

Начало разработки на то время советской спутниковой системы датируется декабрем 1976 года. В октябре 1982 года с выводом на орбиту ГЛОНАСС спутника «Ураган» началось первое тестирование системы. Изначально она задумывалась для военных нужд, но впоследствии стала использоваться и для гражданских целей. Сейчас ГЛОНАСС приемниками оснащаются гражданские/военные корабли и самолеты, общественный транспорт, автомобили экстренных служб и т.д. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приемники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Данные о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляются на сервер сбора данных.

Гражданское применение системы ГЛОНАСС стартовало в 1993 году, в 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника, а в 2010 году их число возросло до 26. На разработку системы в период с 2012 по 2020 годы российское правительство выделило 320 млрд рублей, направленных в том числе на создание 15 спутников «Глонасс-М» и 22 спутников «Глонасс-К». Работа над системой ГЛОНАСС была завершена в декабре 2015 года.

Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19,1 тыс. км над Землей. Приемники ГЛОНАСС позволяют определить горизонтальные (с точностью 50-70 м) и вертикальные координаты (70 м), вектор скорости (с точностью 15 см/сек), время с точностью 0,7 мкс. Система использует два типа навигационных сигналов – открытые с обычной точностью и защищенные с повышенной точностью. Первые могут принимать любые приемники ГЛОНАСС, а вторые – исключительно авторизованные пользователи, к примеру, оборудование ВС РФ.

Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?

«ЭРА-ГЛОНАСС» — российская система экстренного реагирования при авариях и других чрезвычайных ситуациях на дороге, позволяющая в кратчайшие сроки проинформировать о происшествии службы экстренного реагирования. «ЭРА-ГЛОНАСС» работает на базе спутниковой системы ГЛОНАСС. В эксплуатацию комплекс был введен в 2015 году, а с 1 января 2017 года автопроизводители обязаны устанавливать данную систему на свои транспортные средства, выходящие на российский рынок. Данная система сокращает время реагирования при авариях и чрезвычайных ситуациях, что приводит к снижению числа смертельных исходов, травматизма на дорогах и повышению грузовых/пассажирских перевозок.

«ЭРА-ГЛОНАСС» включает в себя два компонента: инфраструктуру оператора (навигационно-информационная платформа, сеть передачи данных, сеть мобильного оператора) и устройства, которыми оборудуются транспортные средства. В случае дорожно-транспортного происшествия (система распознает различные типы столкновения – лобовое, боковое или удар сзади), устройство определяет степень тяжести аварии, местоположение пострадавшего автомобиля на основе данных спутников систем ГЛОНАСС и/или GPS, устанавливает связь с системой «ЭРА-ГЛОНАСС» и передает информацию об аварии. Сигнал обладает приоритетным статусом и передается через любого мобильного оператора с максимально сильным в данном месте сигналом. При этом, если сеть перегружена телефонными звонками, они могут быть прерваны для передачи сигнала.

Основы принципов спутниковой навигации были заложены ещё в пятидесятые годы, после запуска первого советского искусственного спутника. Наблюдая сигнал, транслируемый спутником, группа американских учёных под руководством Ричарда Кершнера обнаружила, что частота принимаемого сигнала возрастает с приближением спутника и, напротив, уменьшается по мере его отдаления (эффект Доплера). Такое наблюдение натолкнуло ученых на мысль о том, что точное знание расположения наземного объекта делает возможным измерение месторасположения и скорости спутника. Соответственно, точное знание положения спутника позволяет определить координаты и скорость перемещения наземного объекта.

Тем не менее, впервые практическая реализация идей американских специалистов и ученых СССР, занятых в разработке теории позиционирования, состоялась только в 1982 году после запуска первого спутника, которому предстояло войти в глобальную систему позиционирования (GLONASS).

ГЛОНАСС

ГЛОНАСС - одна из двух существующих глобальных систем спутниковой навигации, начало разработок которой было положено еще в 1976 году, после чего, в связи с отсутствием достаточного финансирования, программа была свернута. Полноценная реализация и запуск проекта ГЛОНАСС состоялись в 2009 году, после развала Союза. На сегодня российский ГЛОНАСС и американская GPS являются основными действующими системами глобальной спутниковой навигации.

Основное назначение ГЛОНАСС - оперативная доставка навигационно-временной информации пользователям наземного, космического, воздушного и морского базирования. Обеспечение доступа к гражданским сигналам GLONASS предоставляется потребителям на бесплатной основе без любых ограничений в любой точке земного шара. Обеспечение обмена информацией осуществляется 24-мя спутниками, перемещающимися по 3-м орбитальным траекториям на высотах порядка 19100 км. Основанная на тех же физических принципах, что и американский аналог ГЛОНАСС - система NAVSTAR GPS, - ГЛОНАСС обеспечивает погрешность измерений в 3-6 метров. GPS работает несколько точнее, обеспечивая доступ сигнала с точностью - 2…4 м.

Развитие проекта ГЛОНАСС находится в юрисдикции агентства «Роскосмос».

GPS

GPS (Джи Пи Эс, англ. Global Positioning System) - американская спутниковая система навигации, транслирующая полезные данные о времени и расстояниях и позволяющая определить месторасположения объекта в пределах глобальной координатной системы WGS 84. Разработка системы, ее реализация и ввод в эксплуатацию в 1993 году проводились согласно инструкциям Министерства обороны США.

Сегодня система GPS-навигации, как и ГЛОНАСС, доступна для использования гражданскими потребителями. Для обеспечения работы информационного канала достаточно приобрести GPS-навигатор или аналогичный аппарат с GPS-приёмником.

ГЛОНАСС или GPS?

В отличие от системы слежения NAVSTAR GPS, спутники, обеспечивающие работу системы GLONASS, не демонстрирует резонанса (работают асинхронно) с вращением Земли. Благодаря этому удается достичь большей стабильности транслируемого сигнала. Еще одно преимущество системы ГЛОНАСС раскрывается благодаря правильно подобранным параметрам орбиты (высоте, углу наклона и периоду): GLONASS способен обеспечивать надежную трансляцию сигнала в южных и полярных широтах - там, где трансляция GPS-сигнала оказывается крайне затруднена или невозможна.

Несмотря на ряд серьезных практических преимуществ ГЛОНАСС, реальная ситуация на рынке услуг заставляет большинство пользователь все же пока отдавать предпочтение GPS. В первую очередь это связано:

• со значительно более доступной стоимостью коммуникаторов c поддержкой GPS;
• полнейшим отсутствием (в отличие от GPS-сервисов) программных продуктов, позволяющих устанавливать ГЛОНАСС на коммуникаторах и смартфонах;
• внушительному потенциалу программного обеспечения для GPS-систем навигации, позволяющему значительно расширить спектр применения последних.

GPS способна обеспечить доступ к полезным данным в любом месте земного шара (за исключением области Приполярья) практически в любых погодных условиях.

Разработки российской спутниковой навигационной системы, как и в случае с американским GPS, были начаты еще в 70-х годах прошлого века. ГЛОНАСС – это аббревиатура от «Гло бальная на вигационная с путниковая с истема». Если несколько лет назад основная доля ее упоминаний была связанна с запусками новых сателлитов на орбиту (как удачных, так и не очень) и шуток по этому поводу, то состоянием на конец 2015 года можно констатировать: ГЛОНАСС работает.

Первым смартфоном, поддерживающим навигационную систему ГЛОНАСС, стала российско-китайская модель «МТС 945», представленная в 2011 году. Он не получил популярности из-за слабой функциональности и завышенной стоимости. Другие производители не стали тянуть время, и начали сами встраивать в свои устройства приемники ГЛОНАСС. Поддержкой российской навигационной системы с 2011 года оснащаются многие продукты Apple, Samsung, Xiaomi, Lenovo, Nokia и другие.

Ситуацию значительно упростило то, что большинство производителей смартфонов не занимаются разработкой и производством чипсетов, радиомодулей и других высокотехнологичных узлов, а закупают готовые чипы у таких гигантов, как Qualcomm, Samsung или Mediatek. Поэтому, когда очередной чипсет Exynos или Snapgragon обзаводится поддержкой ГЛОНАСС, все устройства, построенные на его базе, теоретически получают поддержку российской системы навигации.

Как проверить поддержку ГЛОНАСС

К сожалению, наличие теоретической поддержки не всегда означает таковую на практике. Не все спешат реализовывать потенциал железа своего продукта на все 100%. Нередко это делается для того, чтобы сильнее акцентировать разницу между бюджетными и более дорогими смартфонами, построенными на похожем железе. Поэтому узнать, поддерживает ли ваше устройство ГЛОНАСС – необходимо установить на смартфон бесплатную программу AndroiTS GPS Test Free. Она, как и следует из названия, предназначена для тестирования навигационных возможностей мобильной техники.

Запустив программу (при включенной в самом смартфоне навигации, разумеется) и будучи на открытом воздухе, вы можете наблюдать, как она находит навигационные спутники. Сателлиты американской GPS будут отмечены звездно-полосатым флагом США, а российской, соответственно, триколором. Конечно, на улицу можно и не выходить, но столь компактное устройство как смартфон, оснастить мощным приемником невозможно. Многие девайсы через толстые стены и перекрытия сигналы спутников ловит ну очень плохо.

Как пользоваться ГЛОНАСС

Для того, чтобы пользоваться ГЛОНАСС, никаких специальных действий производить не надо. Большинство навигационного программного обеспечения для смартфонов по умолчанию поддерживает работу с ним. Если такой софт в вашем девайсе установлен «из коробки» - при запуске он автоматически будет соединяться со спутниками и ГЛОНАСС, и GPS. Если программы для навигации на борту нет – можно скачать из «маркета» тот же GoogleMaps или «Яндекс.Карты».

Зачем это нужно

Покрытие спутников обеих навигационных систем сегодня хоть и отличается достаточной плотностью, обеспечить одинаково точное определение местоположения в разных точках планеты невозможно. В одних местах лучше ловит GPS, в других – ГЛОНАСС. Поддержание связи сразу с двумя системами позволяет уменьшить количество «мертвых зон», где уверенного приема одной из них нет.

Стоит отметить, что GPS более корректно определяет местоположение в умеренных и экваториальных широтах, где ГЛОНАСС не отличается высокой точностью. В то же время, российская навигационная система увереннее чувствует себя в северных регионах планеты. В любом случае, комбинация сигналов от обеих из них – это однозначно плюс.