Сегодня трудно найти сферу социально-экономического развития, в которой не могли бы использоваться услуги спутниковой навигации. Наиболее актуальным остаётся применение ГЛОНАСС-технологий в транспортной отрасли, включая морское и речное судоходство, воздушный и наземный транспорт. При этом, по данным экспертов, порядка 80% навигационного оборудования применяется на автомобильном транспорте.

НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ

Одна из основных областей применения спутниковой навигации — мониторинг транспорта. Эта услуга наиболее важна для промышленных, строительных, транспортных предприятий. Навигационное оборудование, принимающее сигналы системы ГЛОНАСС, позволяет определить местоположение автомобиля, показания измерительных датчиков могут обеспечивать как безопасность пассажирских перевозок, так и удобство и оптимизацию эксплуатации коммерческого транспорта, исключить его нецелевое использование. Внедрение системы позволяет владельцам автопарков за 4-6 месяцев сократить издержки на их обслуживание на 20-30%.

Одна из технологий, реализуемых в России на основе спутниковой навигации — Интеллектуальная транспортная система (ИТС). Она включает в себя мониторинг перевозки опасных, крупногабаритных и тяжеловесных грузов, контроль режима труда и отдыха водителей, управление и диспетчеризацию пассажирских перевозок, информирование пассажиров городского транспорта.

Эффективность применения услуг спутниковой навигации на наземном транспорте можно оценивать по таким критериям как:

• снижение числа дорожно-транспортных происшествий, а также погибших и пострадавших при ДТП, снижение времени реагирования на ДТП;
• снижение времени нахождения в пути, повышение привлекательности общественного транспорта;
• повышение качества расходования бюджетных средств.

По оценкам специалистов, за счёт внедрения интеллектуальных транспортных систем рост ВВП России может составить 4-5% в год.

Мониторинговыми и навигационно-информационными технологиями на базе услуг системы ГЛОНАСС оснащены муниципальный и общественный транспорт Алтайского, Краснодарского, Красноярского, Ставропольского, Хабаровского краёв, Астраханской, Белгородской, Вологодской, Калужской, Курганской, Магаданской, Московской, Нижегородской, Новосибирской, Пензенской, Ростовской, Самарской, Саратовской, Тамбовской, Тюменской областей, Москвы, республик Мордовия, Татарстан, Чувашия. В целом по России элементы ИТС реализованы и эффективно работают более чем в 100 городах.

ПОИСК И СПАСАНИЕ

Оборудование, принимающее сигналы навигационных спутников, устанавливается на автомобилях скорой медицинской помощи, а также транспортных средствах служб МЧС. Координатно-временное обеспечение на основе спутниковых данных позволяет более оперативно прибывать бригадам медиков и спасателей к местам чрезвычайных происшествий для оказания помощи пострадавшим. При помощи ГЛОНАСС отслеживается местоположение и передвижение групп пожарных.

Один из показательных примеров применения глобальной спутниковой навигации в интересах спасения человеческих жизней — система ЭРА-ГЛОНАСС (экстренное реагирование при авариях). Её основная задача — определение факта дорожно-транспортного происшествия и передача данных на сервер реагирования. При аварии автомобиля, установленный на нем навигационно-телекоммуникационный терминал автоматически определяет координаты, устанавливает связь с серверным центром системы мониторинга и передает данные об аварии по каналам сотовой связи оператору. Эти данные позволяют определить характер и тяжесть ДТП и осуществить немедленное реагирование машин скорой помощи. Применение данных Глобальной навигационной спутниковой системы через ЭРА-ГЛОНАСС позволяет значительно снизить уровень смертности от травм, полученных в результате дорожных аварий.

Ещё одна область применения ГЛОНАСС в интересах спасения человеческих жизней — сочетание глобальной спутниковой навигации с Международной системой поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. Эта функция предусмотрена на навигационных космических аппаратах последнего поколения «Глонасс-К». Уже на этапе лётных испытаний спутник «Глонасс-К» № 11 в марте 2012 года через ретранслятор этой системы передал сигнал бедствия о потерпевшем крушение канадском вертолёте, благодаря чему экипаж был спасён.

ПЕРСОНАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ

Чипсеты с навигационными приёмниками сигналов ГЛОНАСС используются в смартфонах, планшетах, цифровых камерах, устройствах для фитнеса, носимых трекерах, портативных компьютерах, навигаторах, часах, очках и других устройствах. Персональная навигация становится основной сферой применения технологий спутниковой навигации.

Использование ГНСС-технологий способствовало появлению совершенно новых видов спорта и активного отдыха. Примером этого является геокэшинг — туристическая игра с применением спутниковых навигационных систем, смысл которой в нахождении тайников, спрятанных другими участниками игры. Еще один новый вид спорта геотэгинг — гонка по пересеченной местности по заранее определенным спутниковым координатам.

Перспективным направлением применения ГЛОНАСС-технологий являются социальные системы, предусматривающие помощь людям с ограниченными возможностями здоровья или малолетним детям. Используя навигационное оборудование с голосовым интерфейсом, незрячий человек может определить свой путь в магазин, поликлинику и т.д. Обладатели подобных устройств могут в случае возникновения опасности или резкого ухудшения самочувствия вызвать экстренную помощь, нажав тревожную кнопку. Индивидуальный спутниковый трекер может помочь родителям в режиме онлайн отслеживать местонахождение своего ребёнка с целью контроля его безопасности.

АВИАЦИЯ

В авиации навигационные приемники интегрированы в бортовые комплексы аэронавигационного обеспечения, которые обеспечивают маршрутную навигацию и заход на посадку в сложных метеорологических условиях. Огромное значение спутниковая навигация имеет для обеспечения посадки самолетов малой авиации на необорудованные аэродромы. Системы навигации на основе ГЛОНАСС повышают безопасность вертолетовождения, повышают точность навигации беспилотных летательных аппаратов.

ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ

Использование ГНСС-технологий морского/речного назначения в России стремится к 100%. Емкость российского рынка оценивается в 18 560 единиц водного транспорта, включая грузовые и пассажирские речные и морские суда. Технологии ГЛОНАСС применяются в судоходстве при проводке судов и маневрирование в сложных условиях (шлюзы, порты, каналы, проливы, ледовая обстановка), навигации на внутренних водных путях, мониторинге и учёте флота, спасательных операциях.

Рост объема перевозок по Северному морскому пути, который позволяет существенно сократить время доставки товаров из Азиатско-Тихоокеанского региона в Европу, приводит к повышению интенсивности судоходства в районе с крайне суровыми климатическими условиями. В условиях штормов и плотных туманов без спутниковой навигации сложно обеспечить безопасность движения судов.

ГЕОДЕЗИЯ И КАРТОГРАФИЯ

Технологии ГЛОНАСС используются в городском и земельном кадастре, планировании и управлении развитием территорий, для обновления топографических карт. Использование технологий ГЛОНАСС ускоряет и удешевляет процесс создания карт и их актуализацию — в ряде случаев отпадает необходимость в дорогостоящей аэрофотосъемке или трудоемкой топографической съемке. В Российской Федерации текущий объем рынка геодезического оборудования на базе ГНСС оценивается в 2,3 тыс. ед.

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Научное сообщество активно использует навигационные данные для наблюдений и исследований Земли. ГЛОНАСС способствует развитию методов и средств, предназначенных для решения фундаментальных задач геодинамики, формирования Земной системы координат, построения модели Земли, измерения приливов, течений и уровня моря, определение и синхронизация времени, локализации разливов нефти, рекультивации земель после захоронений опасных отходов.

Навигационные сигналы от космических аппаратов ГЛОНАСС играют важную роль в изучении сейсмических процессов. С помощью спутниковых данных более точно, чем через наземное оборудование, можно фиксировать процессы смещения тектонических плит. Помимо этого, возмущения в ионосфере, зафиксированные при помощи навигационных спутников, дают учёным данные о приближающихся подвижках земной коры. Таким образом, глобальная спутниковая навигация позволяет прогнозировать землетрясения и минимизировать их последствия для человека. Технологии на основе ГЛОНАСС помогают также осуществлять контроль за автомобильными и железными дорогами на лавиноопасных участках в горных местностях.

КОСМИЧЕСКАЯ НАВИГАЦИЯ

В космической отрасли технологии ГЛОНАСС применяются для отслеживания средств выведения, высокоточного определения орбит космических аппаратов, определения ориентации космического аппарата относительно Солнца, для точного наблюдения, контроля и целеуказания системам противоракетной обороны.

В частности, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS оснащены: ракета-носитель «Протон-М», ракета-носитель «Союз», разгонные блоки «Бриз», «Фрегат», «ДМ», космические аппараты «Метеор-М», «Ионосфера», «Канопус-СТ», «Кондор-Э», «Барс-М», «Ломоносов», а также железнодорожные подвижные комплексы, используемые для транспортировки ракет-носителей и компонентов ракетного топлива.

В космической отрасли большое количество проектов требуют высокоточного знания орбит космических аппаратов при решении задач дистанционного зондирования Земли, разведки, картографирования, мониторинга ледовой обстановки, чрезвычайных ситуаций, а также в области изучения Земли и мирового океана, построения высокоточной динамической модели геоида, высокоточных динамических моделей ионосферы и атмосферы. При этом точность знания положения объектов требуется на уровне единиц сантиметров, специальные методы обработки измерений системы ГЛОНАСС от приемников, расположенных на борту космического аппарата, позволяют успешно решить и эту задачу.

СТРОИТЕЛЬСТВО

В России технологии ГЛОНАСС применяются при мониторинге строительной техники, а также мониторинге смещения дорожного полотна, мониторинге деформаций линейных стационарных объектов, в системах управления дорожно-строительной техникой.

Услуги спутниковой навигации помогают в определении местоположения географических объектов с сантиметровой точностью при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, уточнять параметры местности при возведении зданий и сооружений, дорожном строительстве. По оценкам отечественных и зарубежных экспертов, применение ГЛОНАСС повышает эффективность строительных и кадастровых работ на 30-40%.

Применение услуг ГЛОНАСС позволяет оперативно передавать информацию о состоянии сложных инженерных сооружений, потенциально опасных объектов, таких как плотины, мосты, туннели, промышленные предприятия, атомные электростанции. При помощи спутникового мониторинга у специалистов своевременно появляются сведения о необходимости дополнительного диагностирования этих сооружений и их ремонта.

ГЛОНАСС используется для временного протоколирования денежных транзакций по фондовому, валютному и сырьевому дилингу. Непрерывный и точный способ регистрации переводов и возможность их отслеживания является основой деятельности международных торговых систем межбанковской торговли. Крупнейшие инвестиционные банки используют ГЛОНАСС для того, чтобы синхронизировать компьютерные сети своих подразделений по всей России. Объединенная биржа ММВБ-РТС использует временные сигналы ГЛОНАСС для точной регистрации котировок при совершении сделок. Аппаратура ГЛОНАСС, применяемая в интересах телекоммуникационной инфраструктуры, обеспечивает решение задач синхронизации сетей связи.

ВООРУЖЕНИЕ

Особое значение система ГЛОНАСС имеет для эффективности решения задач Вооруженными Силами и специальными потребителями. Система используется для решения задач координатно-временного обеспечения всех видов и родов войск, в том числе для повышения эффективности применения высокоточного оружия, беспилотной авиации, оперативного управления войсками.

) предназначен для определения текущих координат, высоты, скорости и времени по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS и SBAS (WAAS, EGNOS). Легко встраивается в навигационные комплексы и системы.

Область применения

Навигационный приемник может применяться в высокоточных навигационных системах, в том числе в системах с высокой динамикой объектов, в системах управления движением железнодорожного, автомобильного, воздушного, морского, речного и других видов транспорта.

Модуль приемника выполнен в виде печатной платы с односторонним расположением элементов и контактными площадками под поверхностный монтаж.

Технические характеристики

Навигационные характеристики

Электрические характеристики и конструктив

Введение в систему ГЛОНАСС

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) это спутниковая радионавигационная система, позволяющая неограниченному числу потребителей в любой точке Земли и воздушного пространства независимо от метеоусловий определять с высокой точностью свои координаты, скорость движения и точное время. Области использования системы ГЛОНАСС обширны и разнообразны. Среди них можно выделить следующие:

1. Организация воздушного и морского движения, повышение безопасности полетов и мореплавания.


2. Геодезия и картография, составление земельных и лесных кадастров, строительство дорог, прокладка коммуникаций и трубопроводов контроль сейсмически опасных районов, геология и разведка полезных ископаемых, разработка нефтяных и газовых месторождений на участках прибрежных шельфов, определение параметров вращения Земли и т. д.


3. Мониторинг наземного транспорта, организация и управление движением грузов, междугородним железнодорожным и автотранспортом, создание «интеллектуальных» транспортных средств.


4. Синхронизация шкал времени удаленных друг от друга объектов.


5. Экологический мониторинг, организация поисково-спасательных работ.

Характеристики системы ГЛОНАСС

• Точность навигационных определений по положению, м (99,7% вероятности) — 50—70.


• Точность определения составляющих вектора скорости потребителя, м/с (99,7% вероятности) — не хуже 0,15.


• Точность привязки эфемеридного времени к всемирному гринвичскому (99,7% вероятности) — 1 мкс.


• Время, необходимое для проведения: — первого навигационного определения — от 1 до 3 минут; последующих навигационных определений — от 1 до 10 c.

Первый спутник ГЛОНАСС (Космос 1413) был запущен 12 октября 1982 года. Официально система ГЛОНАСС введена в действие 24 сентября 1993 по распоряжению Президента Российской Федерации.

Как работает система ГЛОНАСС

Для определения трехмерных координат, скорости и времени потребитель использует навигационные сигналы, постоянно передаваемые спутниками ГЛОНАСС. Каждый спутник ГЛОНАСС передает навигационные радиосигналы двух типов: стандартной точности (СТ) и высокой точности (ВТ). Сигнал СТ передается в диапазоне L с использованием принципа частотного разделения каналов. Это означает, что каждый спутник ГЛОНАСС передает навигационный сигнал на собственной несущей частоте: L1=1602 MHz + 0,5625n MГц, где n — номер частотного канала (n=0,1.2…). Спутники, которые находятся в противоположных точках плоскости орбиты (антиподальные спутники), могут передавать навигационные сигналы на одной и той же несущей. Одновременное нахождение антиподальных спутников в зоне видимости отдельного потребителя невозможно. Навигационный приемник потребителя автоматически принимает сигналы не менее чем от 4 спутников ГЛОНАСС и проводит измерения псевдодальностей до этих спутников и скоростей их изменения. Одновременно с проведением измерений из сигналов спутников выделяются и обрабатываются навигационные сообщения. В результате совместной обработки в процессоре приемника измерений и навигационных сообщений вычисляются три координаты потребителя, три составляющих скорости его движения и точное время.

Состав системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС включает в себя три подсистемы (сегмента): подсистему космических аппаратов (орбитальный сегмент), наземный комплекс управления (наземный сегмент) и подсистему (сегмент) потребителей.

Подсистема космических аппаратов

Полностью развернутая орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 24 космических аппаратов, размещенных в трех орбитальных плоскостях. Плоскости разнесены по долготе на 120 градусов и сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15 градусов. В каждой плоскости размещены по восемь спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45 градусов. Спутники расположены на круговых орбитах с наклонением 64,8 градуса и периодом обращения, примерно равным 11 часов 15 минут. Такая конфигурация орбитальной группировки позволяет обеспечивать постоянное присутствие как минимум 5 спутников с приемлемой геометрией созвездия в зоне видимости потребителя, находящегося в любой точке Земли и околоземного пространства.

В настоящее время орбитальная подсистема ГЛОНАСС состоит из 24 работающих спутников и одного резервного. При этом обеспечивается непрерывное навигационное поле с постоянным нахождением 5…8 спутников ГЛОНАСС в зоне видимости потребителя. Характеристики наблюдаемости спутников ГЛОНАСС в северных широтах (> 50 градусов) лучше, чем характеристики наблюдаемости спутников GPS.

Спутник ГЛОНАСС

Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется Военно-космическими силами России с космодрома Байконур. Носитель тяжелого класса «ПРОТОН» выводит одновременно три спутника. В состав бортовой аппаратуры спутника ГЛОНАСС входят навигационный комплекс, комплекс управления, системы ориентации, стабилизации, коррекции и т. д. Каждый спутник оснащен цезиевым стандартом времени/частоты, предназначенным для формирования высокостабильной бортовой шкалы времени и синхронизации всех процессов в бортовой аппаратуре. Бортовой компьютер обрабатывает, поступающую из НКУ навигационную информацию, и преобразовывает ее в формат навигационного сообщения для потребителей.

Навигационное сообщение

Навигационное сообщение передается в составе навигационного радиосигнала и включает в себя:

• спутниковые эфемериды, частотно-временные поправки к бортовой шкале времени относительно системного времени ГЛОНАСС и UTC(SU);


• метки времени;


• альманах системы.

Эфемериды представляют собой точные координаты (x,y,z), и их первые и вторые производные, которые описывают положение спутника в геоцентрической системе координат ПЗ-90. Альманах содержит информацию о всех спутниках системы, а именно: кеплеровы элементы, грубые значения временных поправок к бортовому времени относительно системного и признаки исправности/неисправности каждого спутника.

Наземный комплекс управления

Управление орбитальной группировкой ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления (НКУ). Он включает в себя Центр управления системой(ЦУС) (г. Голицыно-2, Московская область) и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по всей территории России. Наземный комплекс управления осуществляет сбор, накопление и обработку траекторной и телеметрической информации о всех спутниках системы и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации. Траекторная информация периодически калибруется с помощью лазерных дальномеров (кванто-оптических станций) из состава НКУ. Для этого спутники ГЛОНАСС оснащены лазерными отражателями. Для правильного функционирования системы очень важна синхронизация всех процессов. Для этого в составе НКУ предусмотрен Центральный синхронизатор (ЦC), который представляет собой высокоточный водородный стандарт времени/частоты. ЦС синхронизирован с Национальным эталоном времени/частоты UTC(SU).

Разработка дифференциальных подсистем ГЛОНАСС в России

Вопросами исследования дифференциального режима навигации для системы ГЛОНАСС в России активно начали заниматься начиная с конца 70-хгодов, практически параллельно с разработкой самой системы ГЛОНАСС. В этих работах приняли активное участие ученые Центрального научно-исследовательского института Военно-космических сил, Российского научно-исследовательского института космического приборостроения, Российского института радионавигации и времени, научно-производственного объединения прикладной механики. Однако в силу различных объективных причин практическая реализация дифференциального режима навигации в России в виде дифференциальных подсистем затянулась.

Активизация работ по дифференциальным режимам навигации в России произошла в 1990—1991 годах. Необходимо отметить, что зоны действия некоторых зарубежных дифференциальных сетей GPS частично захватывают территорию России и акватории омывающих ее морей. Кроме того, отдельные зарубежные фирмы проявляют серьезный интерес к освоению российского рынка потребителей и развертыванию своих дифференциальных сетей на территории России. В этих условиях, возрос интерес российских потребителей и производителей навигационной аппаратуры к дифференциальным режимам навигации. Поэтому были активно начаты работы по созданию дифференциальных станций различного назначения.

В настоящее время в России существуют планы в создании локальных и региональных дифференциальных подсистем, обслуживающие самолеты и морские суда. Учитывая их ведомственную специализацию, обусловленную в основном выбранными каналами доведения корректирующих поправок до потребителей, использование этих систем другим более широким кругом потребителей, проблематично. Поэтому, следует ожидать в дальнейшем появления намерений о создании и других дифференциальных подсистем в интересах, например, навигационного обеспечения наземных транспортных перевозок. Таким образом, в России можно отметить тенденцию к созданию сети ведомственных дифференциальных подсистем, ориентированных на обслуживание потребителей определенного класса. По принципу формирования корректирующей информации эти системы являются локальными и их рабочие зоны не перекрывают территорию России. Такое развитие дифференциальных подсистем по пути простого арифметического наращивания их числа трудно назвать экономически оправданным. Поэтому, после проведенных исследований был предложен другой путь развития дифференциальных подсистем.

Центральным научно-исследовательскими нститутом Военно-космических сил совместно с Координационным научно-информационным центром в 1994 году был разработан и предложен вариант построения расширенной дифференциальной подсистемы на территории России с использованием инфраструктуры российского наземного комплекса управления космическими аппаратами. Эта широкозонная дифференциальная подсистема может обслуживать практически всех основных потребителей системы ГЛОНАСС на территории России. Принципы функционирования подобной расширенной системы и алгоритмы формирования корректирующей информации были ранее разработаны и практически проверены с использованием измерительной информации, получаемой средствами наземного комплекса управления системой ГЛОНАСС, а также в процессе совместных экспериментальных работ ЦНИИ ВКС, КНИЦ ВКС и Российской морской навигационно-геодезической компании в районах Дальнего Востока и Юго-Восточной Азии. В результате анализа состояния с развитием дифференциальных подсистем в России и за рубежом в 1994 году стало ясно, что разобщенное развитие локальных и широкозонной дифференциальных подсистем не отвечает современным требованиям. Для координации развития отдельных дифференциальных подсистем в России и с целью их последующего объединения в единую (государственную) дифференциальную систему в 1994 году было предложено разработать Концепцию построения дифференциальных подсистем системы ГЛОНАСС, что было отражено в межведомственном решении «О проведении работ по созданию дифференциальных подсистем различных уровней и системы контроля целостности». Такая концепция была совместно разработана Военно-космическимисилами и Министерством транспорта и утверждена в марте 1996 года.

Краткое описание концепции единой дифференциальной системы

В концепции определено, что Российская дифференциальная система должна иметь трехуровневую иерархическую структуру, включающую широко-зонные ДПС, сеть региональных ДПС, локальные ДПС. В концепции отмечено, каждый уровень РДС представляет самостоятельную подсистему, способную автономно решать свои задачи по назначению. В совокупности они должны представлять единую систему, обеспечивающую любых потребителей точной навигационной информацией. Первый уровень структуры РДС составляет широкозонная ДПС. Она выполняет функции: — сбора и обработки информации станций наблюдения, ККС второго и третьего уровней с целью оперативного уточнения параметров региональных моделей ионосферы, эфемерид и ЧВП КА ГЛОНАСС, а также информации о целостности системы; — передачи необходимой информации широкозонной ДПС на ККС второго и третьего уровней или непосредственно потребителям; — взаимодействие со средствами НКУ ГЛОНАСС (Центром управления системой, сектором контроля навигационного поля). Требуемое количество ККС1-го уровня — 3…5. Каждая ККС1-го уровня является центром широкозонной ДПС. Точность определения координат по сигналам ККС1-го уровня составляет 5—10 м на удалениях от ККС 1500—2000 км. По нашему мнению, создание сети ККС1-го уровня возможно на базе существующей инфраструктуры российского наземного комплекса управления космическими аппаратами, включающую пункты управления космическими аппаратами, систему обмена данными, вычислительные средства. В пользу этого говорят следующие обстоятельства: — измерительные пункты и наземные объекты российского комплекса управления космическими аппаратами рассредоточены по территории всей России, что позволит создать в варианте расширенной дифференциальной подсистемы дифференциальное поле КНС ГЛОНАСС, перекрывающее территорию России и близлежащих стран; — в комплексе уже существует развитая инфраструктура, система сбора и обработки навигационной информации в интересах управления КА различного назначения; — при функционировании широкозональной ДПС наиболее просто организовать взаимодействие НКУ системы ГЛОНАСС и средств ДПС с целью формирования как корректирующей дифференциальной информации, так и сигналов предупреждения о нарушении целостности. При этом, в интересах широкозонной ДПС может быть также использована информация региональных и локальных ДПС.

Второй уровень составляют региональные (специализированные) ДПС, которые создаются для охвата определенных районов, экономически наиболее развитых, с большим количеством потребителей или обслуживания отдельных классов потребителей. Районами развертывания региональных ДПС могут являться области с интенсивным движением (воздушным, морским, автомобильным, железнодорожным), районы со сложными метеоро-логическими условиями, районы изыскательских работ и др. Точность определений координат по сигналам ККС2-го уровня — 3…10 метров на удалениях от ККС до 500 км.

Третий уровень — это локальные ДПС, развертываемые в отдельных районах для решения частных экономических, научных и оборонных задач. К локальным ДПС могут быть отнесены также системы для проведения специальных (эпизодических) ведомственных работ, в том числе системы с постпроцессорной обработкой наблюдений. Локальные ДПС могут быть прецизионными и обеспечивать дециметровую точность пространственных определений на расстояниях до нескольких десятков километров. Они также могут создаваться в мобильных вариантах исполнения. В состав ДПС3-го уровня возможно включение псевдоспутников.

Объединенное использование GPS и ГЛОНАСС

Характеристики GPS и ГЛОНАСС

Таблица суммирует особенности GPS и ГЛОНАСС, структуры их сигналов, и точностные данные. Обе системы совершенно подобны. Разногласия касаются шести орбитальных плоскостей для GPS против трех для ГЛОНАСС, с кодовым разделением против частотного мультиплексирования сигналов выбора времени. Так как ГЛОНАСС имеет больший орбитальный наклон, то он дает лучшие результаты в полярных областях.

Как показано в таблице, каждая система передает сигналы на двух частотах. Только C/A код любой из систем доступен для гражданского использования. В ГЛОНАСС отсутствует преднамеренное понижение точности за счет SA. Фактическая точность любой из систем значительно лучше указанной и составляет порядка 30 метров.

США гарантирует неизменность структуры сигналов в течении 10 лет, Россия — в течении 15 лет, что означает неизменность схем приемников. Срок эксплуатации спутников GPS составляет 7 лет, ГЛОНАСС — 5. Из-за финансовых трудностей поддержание работоспособности российской системы остается сложной задачей.

GPS и ГЛОНАСС — автономные системы, каждая из которых имеет собственный временной стандарт. Стандарт GPS — универсальное кодированное время (UTC) американский эталон которого находится в Военно-морской Лаборатории США. Масштаб времени, принятый ГЛОНАСС — UTC (SU), национальный эталон Советского Союза. Разногласие между этими эталонами составляет в настоящее время 2 секунды, но стабильность этой разницы не гарантируется. Так как требуется определение и точное измерение времени, пользователь должен быть способен определить мгновенную разность между двумя стандартами времени. Задачу можно свести к оценке местоположения с помощью двух наборов псевдодиапазонов, каждый из которых содержит неизвестное смещение времени. Это приводит к увеличению количества неизвестных до 5. В самом крайнем случае можно решать задачу без дополнительного неизвестного, жертвуя измерением диапазона между эталонами. Но поскольку объединенное использование GPS и ГЛОНАСС имеет избыточное количество информации, такие ситуации крайне редки.

Две системы выражают положения их спутников и, следовательно, их пользователей в различных геоцентрических системах координаты. GPS основан на системе координат WGS84; ГЛОНАСС — на SGS85. Объединение систем координат требует оценки преобразования между ними. Экспериментальные результаты показывают, что координаты точек на земле, выраженные в различных системах координат, отличаются не больше, чем на 20 метров.

Малый процент (0,4%) пользователей GPS-21 видит менее четырех спутников. В случае объединенного использования систем GPS + ГЛОНАСС все пользователи видели бы по крайней мере восемь спутников одновременно (напомним, что для оценки местоположения требуются минимум четыре спутника), а 99% пользователей видят 10 и большее количество спутников, и почти половина видят четырнадцать и больше. Видно, что некоторые пользователи не способны оценить свое положение, используя GPS или ГЛОНАСС отдельно. С объединенной совокупностью спутников все пользователи имеют избыточные наборы измерений. В приведенной гистограмме учтены только спутники, которые расположены значительно выше горизонта (> 7,5 градусов).

Точность определения местоположения GPS, ГЛОНАСС и при их совместном использовании

Многие автовладельцы используют навигаторы в своих автомобилях. При этом некоторые из них не знают о существовании двух различных спутниковых систем – российской ГЛОНАСС и американской GPS. Из этой статьи вы узнаете, в чем же их отличия и какой следует отдать предпочтение.

Как работает навигационная система

Навигационная система в основном используется для того, чтобы определить местоположение объекта (в данном случае автомобиля) и скорость его движения. Иногда от неё требуется и определение некоторых других параметров, например, высоты над уровнем моря.

Вычисляет она эти параметры, устанавливая расстояние между самим навигатором и каждым из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. Как правило, для эффективной работы системы необходима синхронизация с четырьмя спутниками. По изменению этих расстояний она и определяет координаты объекта и другие характеристики движения. Спутники ГЛОНАСС не синхронизируются с вращением Земли, из-за чего обеспечивается их стабильность на большом промежутке времени.

Видео: ГлоНаСС vs GPS

Что лучше ГЛОНАСС или GPS и в чем их разница

Системы навигации в первую очередь предполагали их использование в военных целях, и только потом стали доступны для обычных граждан. Очевидно, что военным необходимо использовать разработки своего государства, потому что иностранная система навигации может быть отключена властями этой страны в случае возникновения конфликтной ситуации. Более того, в России призывают использовать систему ГЛОНАСС и в повседневной жизни военным и государственным служащим.

В повседневной жизни обычному автомобилисту и вовсе не стоит переживать по поводу выбора навигационной системы. И ГЛОНАСС, и обеспечивают качество навигации, достаточное для использования в житейских целях. На северных территориях России и других государств, расположенных в северных широтах, спутники ГЛОНАСС работают эффективнее, из-за того, что их траектории передвижения находятся выше над Землей. То есть в Заполярье, в скандинавских странах ГЛОНАСС эффективнее и это признали шведы еще в 2011 году. В других регионах GPS немного точнее ГЛОНАСС в определение местоположения. По данным Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга ошибки GPS составляли от 2 до 8 метров, ошибки ГЛОНАСС от 4 до 8 метров. Но GPS, чтобы определить местоположение нужно поймать от 6 до 11 спутников, ГЛОНАСС хватит 6-7 спутников.

Также следует учесть, что система GPS появилась на 8 лет раньше и ушла в солидный отрыв в 90-ые года. И за последнее десятилетие ГЛОНАСС этот отрыв сократила почти полностью, а к 2020 году разработчики обещают, что ГЛОНАСС не будет ни в чем уступать GPS.

На большинство современных устанавливается комбинированная система, которая поддерживает как российскую спутниковую систему, так и американскую. Именно такие устройства являются наиболее точными и обладают самой низкой ошибкой в определении координат автомобиля. Также возрастает и стабильность принимаемых сигналов, ведь такой аппарат может «увидеть» больше спутников. С другой стороны, цены на такие навигаторы намного выше односистемных аналогов. Оно и понятно – в них встраиваются два чипа, способные принимать сигналы от каждого типа спутников.

Видео: тест GPS и GPS+ГЛОНАСС приемников Redpower CarPad3

Таким образом, наиболее точными и надежными навигаторами являются двухсистемные устройства. Однако их преимущества связаны с одним существенным недостатком – стоимостью. Поэтому при выборе нужно подумать – а нужна ли настолько высокая точность в условиях каждодневного использования? Также для простого автолюбителя не очень важно, какой навигационной системой пользоваться – российской или американской. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не дадут вам заблудиться и доставят к желаемому месту назначения.

Что лучше: ГЛОНАСС, GPS или Galileo?

В современном мире, где нормальное функционирование отдельных отраслей напрямую зависит от качества поставляемых услуг в области навигационных спутниковых систем, вопрос отнюдь не праздный.
На сегодняшний день существует несколько спутниковых навигационных систем, предназначенных для определения местоположения и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

С точки зрения доступности и применения интерес представляют четыре системы: российская ГЛОНАСС, американская NAVSTAR GPS, европейская система Galileo и китайская система BeiDou/Compass.
Системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS полностью введены в эксплуатацию и являются глобальными.

Рис. 1. Существующие средства навигационно-временного обеспечения.

На различных этапах ввода в эксплуатацию находятся системы Galileo и BeiDou/Compass, которые в перспективе также обеспечат глобальный сервис.

Рис. 2. Перспективные средства навигационно-временного обеспечения.

Состав навигационных систем.
Любая спутниковая навигационная система состоит из трех основных сегментов:

• Космический сегмент или орбитальная группировка;
• Наземный сегмент ;
• Пользовательский сегмент.

Орбитальная группировка системы ГЛОНАСС представлена 30 космическими аппаратами из которых по состоянию на 29/06-2014 23 находятся в системе, 2 в резерве. Оставшиеся спутники на этапе ввода в эксплуатацию или техническом обслуживании. Космические аппараты вращаются на круговых орбитах в трех орбитальных плоскостях на высоте 19100 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости – 8.

В состав орбитальной группировки системы NAVSTAR GPS входят 32 космических аппарата, вращающихся на круговых орбитах в 6 орбитальных плоскостях на высоте 20183 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости 4.

Орбитальную группировку системы Galileo составят 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Полностью развернуть орбитальную группировку планируется в 2016 году, когда выведут на орбиту все 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Орбитальная группировка системы GALILEO будет располагаться в трех плоскостях, наклоненных к экватору под углом 56 градусов на высоте 23224 км., по 9 спутников в каждой орбитальной плоскости.

Орбитальная группировка системы Beidou/Compass , будет состоять из 36 КА, 5 КА будут находиться на геостационарной орбите; 5 КА на наклонной геосинхронной орбите; 24 КА на средней околоземной орбите. Остальные спутники, возможно, составят орбитальный резерв. Такое размещение орбитальной группировки обеспечит системе круглосуточный глобальный охват поверхности Земли.

Наибольший интерес представляют системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS.

По точности измерения обе системы примерно равны. Согласно данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность обеих систем составляет 5-7 м. Американская система имеет более развитую сеть станций, передающих поправки для дифференциального режима. Эти станции, расположенные на территории США, Канады, Японии, КНР, ЕС и Индии, позволяют снизить погрешность на территории этих стран до 1-2 м.

В то же время Российские станции дифференциальной коррекции расположены в основном на территории РФ.
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).

Несомненным преимуществом отечественной системы является более высокая точность в приполярных областях Земли за счет более высокого наклонения орбит.

По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российской системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS.

По словам Бо Йонссона, замглавы подразделения геодезических исследований, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «она (Глонасс) 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. Нужно отметить, что здесь господин Йонссон не совсем точен. Речь, скорее всего, идет не о высоте орбит, орбиты спутников GPS несколько выше чем у ГЛОНАСС, а о наклоне орбитальных плоскостей: 64,80 у системы ГЛОНАСС против 550 у системы GPS.

И все же наилучшая точность определения местоположения достигается при использовании устройств, позволяющих принимать сигналы как от системы ГЛОНАСС, так и от системы GPS.
Дело в том, что для точного определения координат нужно четыре спутника той или иной системы. Однако в большинстве случаев такое определение дает достаточно низкую точность: ее сложно использовать в условиях городской застройки для решения определенных задач.
С ростом числа наблюдаемых спутников точность растет. Обычно наблюдается 6-9 спутников системы GPS. Если мы работаем на закрытой местности: в горах, в лесу, особенно в городском ландшафте, когда мы фактически ходим в джунглях, то количество спутников, которые мы видим, может очень сильно уменьшаться - или геометрия их расположения может становиться неэффективной.
Например, спутники могут выстраиваться в одну линию вдоль улицы. В этом случае, общее количество спутников, которые мы можем наблюдать, является очень важным аспектом: чем их больше, тем выше качество в столь стесненных условиях. Так по данным все той же системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность навигационных определений при совместном использовании ГЛОНАСС и GPS возрастает до 3-5 м.

На ниже приведенных диаграммах представлена доступность систем ГЛОНАСС и GPS по данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г.
Здесь PDOP - снижение точности по местоположению.

Рис. 3. Доступность ГНСС ГЛОНАСС.

Рис.4. Доступность ГНСС GPS.

Рис.5. Доступность ГНСС ГЛОНАСС + GPS.

Планируется увеличение точности обеих систем.

К 2015 году точность системы ГЛОНАСС доведут до 1,4 м, к 2020 году – 0,6 м с последующим увеличением этого показателя до 10 см. Система GPS, после вывода на орбиту спутников нового поколения, обеспечит своим пользователям точность 0,6-0,9 м. При использовании дифференциального режима, уже сегодня вполне возможна точность 0,1 м.
Система Galileo, как ожидается, обеспечит точность 30 см в низких широтах при одновременном приеме сигнала от 8-10 спутников. За счет более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте полярного круга будет обеспечена точность 1 м.
О точности системы Beidou/Compass сегодня говорить пока рано, в виду того что система развернута не полностью. Однако, 8 мая 2014 года система прошла экспертную проверку, в ходе которой было установлено, что её точность составляет менее 1 м. По заявлению академика АН Китая Ян Юаньси точность спутниковой системы БЕЙДОУ при работе в дифференциальном режиме превосходит аналогичные показатели системы GPS.

В вопросе надежности систем и подержания космической группировки пальма первенства на текущий момент за американской системой GPS. Важным отличием системы ГЛОНАСС от системы GPS заключается в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бóльшую стабильность.

Про опасности.

2 апреля 2014 года произошел крупный сбой в работе системы ГЛОНАСС. В течение почти 11 часов все 24 спутника системы выдавали некорректные данные, т.е. система оказалась неработоспособной. Работоспособность системы восстановили, в причинах разбираются. Вопрос, возможно ли повторение подобных ситуаций, остается открытым.
Но не все гладко в вопросах поддержания необходимого количества космических аппаратов в составе орбитальной группировки и у GPS.

В 2009 году Главное бюджетно-контрольное управление США (GAO) выпустило отчет о будущем системы GPS, в котором выражена озабоченность тем, что орбитальная группировка может оказаться неспособной обеспечивать должные эксплуатационные качества в период с 2010 по 2018 год (System Design & Test newsletter, May 2009, GPS World, May 27, 2009). Брэд Паркинсон, первый директор отдела реализации программы GPS, главный архитектор и защитник GPS, заявил: "Возможно, что в группировке окажется менее 24 спутников".

Нужна ли России собственная система спутниковой навигации? Однозначно нужна. Без использования современных навигационных технологий трудно будет обеспечить конкурентоспособность национальной экономики.

Нельзя также игнорировать тот факт, что система GPS, впрочем, как и российская ГЛОНАСС, контролируется военными ведомствами. Поэтому ставить российскую экономику в зависимость от американской GPS, с учетом возможностей режима селективного доступа и преднамеренного "загрубления" или искажения сигнала над определенной географической территорией, а также существующих техногенных, экономических и других рисков, как минимум, недальновидно. Особенно в условиях действия экономических санкций, направленных в первую очередь на ослабление позиции России на международной экономической арене, и нового витка «холодного» противостояния России и блока НАТО.

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. В ответ на запрет с 1 июня 2014 года приостановлена работа на территории РФ станций для системы GPS. А уже с 1 сентября работа этих станций может быть прекращена. Отключение наземных станций отразится только на сверхточном позиционировании, которое не используется в гражданских целях.
Тем не менее, случай довольно показательный. Что касается Galileo, то система являет собой яркий пример не очень успешной попытки создания глобальной навигационной спутниковой системы с привлечением на коммерческой основе частного капитала, то есть смешивания функций государства и бизнеса. Это уже привело к задержке создания европейской системы Galileo на несколько лет.

По оценкам специалистов, система Galileo может заработать в полном объеме после 2014 года. Для пользователей системы (за исключением авиации, торгового флота, правительственных и военных организаций, спецслужб, спасательно-поисковых служб) будет доступна открытая и коммерческая службы. Открытая служба обеспечит пользователей бесплатным сигналом с точностью на уровне современных систем. Гарантии его получения предоставляться не будут.
Благодаря достигнутым компромиссам с правительством США применяемый формат данных, используемый также в сигналах модернизированной GPS, позволит взаимодополнять системы GPS и Galileo. Коммерческая служба будет предоставлять кодированный сигнал, позволяющий получить повышенную точность позиционирования. Права на использование сигнала планируется перепродавать через провайдеров. Предполагается гибкая система оплаты в зависимости от времени использования и вида абонента. Очевидно, что пользователям системы Galileo в сферах, где требуется высокая точность позиционирования, придется нести дополнительные расходы за услуги пользования системой.
Система Beidou/Compass находится в коммерческой эксплуатации с декабря 2012 г. Система будет обеспечивать пользователей данными о позиции, скорости и точном времени. Данные будут предоставляться по открытым каналам. Помимо отраслевых возможностей использования системы, разработчики анонсировали также возможность обмена текстовыми сообщениями между абонентами системы.
Персональные пользователи системы смогут воспользоваться сервисом по предоставлению информации о ближайших отелях, ресторанах, парковках, культурных объектах путем отправки текстовых сообщений местным поставщикам услуг. Поставщики услуг немедленно найдут необходимую информацию, основываясь на местоположении пользователя, и затем, отправят электронную карту, например, в телефон пользователя. Пользователь также сможет получить услуги с добавленной стоимостью, такие как заказ номера в отеле, столика в ресторане или заказ парковочного места.

Хотя работы по совместимости систем Beidou/Compass и ГЛОНАСС начались в 2014 г., пока неизвестно будет ли доступен полный функционал системы Вeidou/Compass российским пользователям.

Рис. 6. Зона покрытия системы Beidou на текущий момент.

Таким образом, сегодня в мире существует две действительно глобальных системы спутниковой навигации: ГЛОНАСС и GPS.

Однозначного ответа на вопрос какая система все-таки лучше, на сегодняшний день дать не сможет никто.

Что использовать: российскую систему ГЛОНАСС, поддержав отечественного производителя, или использовать систему GPS рискуя быть отключенным от системы в самый неподходящий момент? Очевидны преимущества использования аппаратуры, поддерживающей как ГЛОНАСС так и GPS, ведь с позиции рядового потребителя, чем с большим количеством глобальных спутниковых навигационных систем способна работать его аппаратура, тем лучше с точки зрения доступности и качества услуги навигационного определения.

Уже сегодня на рынке можно найти двух- или трехсистемную аппаратуру, которая помимо GPS и ГЛОНАСС сможет работать с сигналами Galileo. Если будут успешно развернуты орбитальные группировки Galileo и Compass, то не заставит себя ждать и ГЛОНАСС/GPS/Galileo/Compass-аппаратура потребителя. Выбор остаётся за вами.

Алексей Афанасов

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.