Спутниковая система навигации

Умные GPS-приемники должны выбирать из всех видимых спутников те, геометрия расположения которых дает самую малую неопределенность. Все перечисленные выше погрешности, дают суммарную погрешность позиционирования около 18-30 м. В плохих условиях - до 60 м.

Точность измерения местоположения может быть существенно улучшена благодаря использованию дифференциальной коррекции.

Делается  это следующим образом. На контрольной  станции с известными координатами ставится GPS-приемник. Так как контрольная  станция точно знает свое местоположение, она обладает возможностью определять ошибки сигналов, приходящих со спутников. Измеряется расстояние до каждого из спутников с использованием сигналов и сравнивается с их расчетным местоположением. Расхождение между измеренным и рассчитанным расстоянием для каждого из спутников является "дифференциальной коррекцией".

Дифференциальные  коррекции для каждого из спутников  пересылаются DGPS приемникам. Дифференциальные коррекции используются DGPS приемниками  при вычислениях для компенсации ошибок и увеличения точности. Точность зависит от самого приемника и сходства его "окружающей среды" с условиями, в которых находится контрольная станция, а также его удаленности от станции. Коррекция может транслироваться на FM-частотах или через маяк береговой охраны США. Точность определения координат с использованием дифференциальной коррекции составляет 1 - 5 метров.

 2 ГЛОНАСС Навигация

  2.1 История развития системы

      Первый  спутник ГЛОНАСС был выведен  Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковая группировка была развернута до штатного состава — 24 спутника.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 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, из которых некоторые 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 ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «M2M 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.

15 декабря  2009 года на встрече премьер-министра  России Владимира Путина с  главой Роскосмоса Анатолием  Перминовым было заявлено, что  развёртывание ГЛОНАСС будет окончено к концу 2010 года.

К 30 марта 2010 года количество работающих КА было доведено до 21 (плюс 2 резервных КА).

2.2 Состав системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

• подсистемы космических аппаратов (ПКА);
• подсистемы контроля и управления (ПКУ);
• навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Подсистема  космических аппаратов системы  ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах  высотой 19100 км, наклонением 64,8° и  периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях.

Орбитальные плоскости разнесены по долготе  на 120°. В каждой орбитальной плоскости  размещаются по 8 спутников с равномерным  сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение  спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем.

Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных  приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных  сигналов спутников ГЛОНАСС и  вычисления собственных координат, скорости и времени.

2.3 Запуски

• Байконур, 26 октября 2007 года. Запуск ракеты-носителя «Протон-К», выводящей на орбиту три  спутника «Глонасс-М»
• времени составило 60.[7]Последние и планируемые запуски
• 25 декабря 2005 года С космодрома «Байконур» на орбиту ракетой-носителем «Протон-К» были запущены ещё один космический аппарат «Глонасс» и два космических аппарата «Глонасс-М» с увеличенным ресурсом эксплуатации для пополнения группировки ГЛОНАСС.
• 26 декабря 2006 года Состоялся вывод на орбиту РН «Протон-К» трёх КА «Глонасс-М».
• 25 декабря 2007 года С космодрома «Байконур» стартовал РН «Протон-М» и вывел на орбиту три КА «Глонасс-М». Запуск увеличил число работающих спутников до 16 (одновременно 4 спутника, запущенные в 2001—2003 годах, были выведены из группировки).
• 25 сентября 2008 года Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» в каждом. Запуск увеличил число работающих спутников до 18 (1 спутник был выведен из состава группировки).
• 25 декабря 2008 года Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М».
• 14 декабря 2009 года  Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М».
• 2 марта 2010 года Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М».
• 2010 год Запуск очередных 9 КА «Глонасс-М» на трех РН «Протон-М» и одного экспериментального КА «Глонасс-К» при помощи РН "Союз-2-1А". Запуск произведенный 2 марта увеличил число работающих спутников до 20 КА (плюс 2 КА в орбитальном резерве и 1 КА, временно выведенный на техобслуживание).
• 2011 год Запуск трех КА серии «Глонасс-М» РН «Протон-М» и одного экспериментального КА «Глонасс-К» при помощи РН "Союз-2-1А".

2.4 Принципы работы

      Принцип определения  позиции аналогичен американской системе NAVSTAR. Первый спутник ГЛОНАСС был  выведен на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию. Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности ( СТ ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности ( ВТ ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС, возможность определения:

• горизонтальных координат;
• вертикальных координат;
• составляющих вектора скорости;
• точного времени.

Точности определения  можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод  навигации и/или дополнительные специальные методы измерений. Для  определения пространственных координат  и точного времени требуется  принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения. Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры.

Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

2.5 Технические средства навигации

 НАП  «ГРОТ-М» ( НИИКП, 2003 г.)

Приёмовычислительный  модуль ГЛОНАСС 1К-181

Экран прибора-навигатора Glospace с отображением плана московских улиц в перспективной  проекции и указанием местоположения наблюдателя

Впервые потребительские спутниковые навигаторы, рассчитанные на совместное использование  ГЛОНАСС и GPS, поступили в продажу 27 декабря 2007 года — это были спутниковые  навигаторы Glospace. Однако первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech, выпущенный в 1999 году.

По сообщению  Вестей-24, объём производства составляет полторы-две тысячи навигаторов  в месяц, а вопрос обеспечения  цифровыми картами поручено проработать Роскартографии. По сообщению РИА «Новости» от 20 мая 2008 года, важная проблема ГЛОНАСС состоит в нехватке цифровых карт, и вице-премьер Сергей Иванов на совещании по развитию транспортной системы поведал, что основные средства, выделяемые на ГЛОНАСС, пойдут именно на эту часть программы — на создание цифровых карт.

В России навигационную аппаратуру выпускают  порядка 10 предприятий («НПО Прогресс»,ЗАО  «КБ НАВИС», ОАО «РИРВ», ОАО «МКБ Компас», ФГУП «НИИМА „Прогресс“», ФГУП «РНИИ КП», ЗАО «Русские Навигационные Технологии», ООО «M2M телематика» и другие).

Комбинированная ГЛОНАСС/GPS аппаратура профессионального  уровня изготавливается многими  производителями, в том числе  зарубежными фирмами Topcon, Javad, Trimble, Septentrio, Ashtech, NovAtel, SkyWave Mobile Communications.

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 и ГЛИССАДА-А1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых Сил Российской Федерации.Для декодирования сигналов ГЛОНАСС КБ «НАВИС» разработана специализированная микросхема. Поддерживаемые системы - ГЛОНАСС/GPS, а также GALILEO/COMPASS (серия NV08C)

Размеры: 9 × 11 × 2,5 мм

Энергопотребление: около 0,1 Вт

Это полнофункциональный  чип: для работы ему требуется  только подключение антенны и  питания.

«Сейчас ГЛОНАСС используется только вместе с GPS»

2.5 ГЛОНАСС сегодня

      В настоящее время орбитальная  группировка состоит из 22 спутников, полная группировка в составе 24-х  спутников в соответствии с федеральной  целевой программой «Глобальная  навигационная система» должна быть развернута в 2010 году.

Состав  орбитальной группировки еще  не обеспечивает 100-процентную доступность  услуг ГЛОНАСС на территории страны, однако количество видимых над горизонтом в России спутников ГЛОНАСС, как  правило, равняется трем или более. По заявлениям продавцов навигационного прибора Glospace, для определения местоположения достаточно трех видимых спутников ГЛОНАСС, а четвертый дает уточнение о высоте. Отсюда нетрудно сделать вывод, что для ориентирования наземных пользователей (автоводителей, грибников, туристов и т. п.) система вполне пригодна прямо сейчас, хотя при самолетовождении еще могут возникать определенные трудности.