— комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
1. Основные элементы
Основные элементы спутниковой системы навигации:
- Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;
- Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;
- Приёмное клиентское оборудование («спутниковые навигаторы»), используемое для определения координат;
- Опционально: система наземных радиомаяков, значительно повышающая точность позиционирования.
- Опционально: информационная радиосистема для передачи поправок пользователям, позволяющая значительно повысить точность определения координат.
2. Принцип работы
альманахом
Метод измерения расстояния от спутника до приемной антенны основан на достоверности скорости распространения радиоволн. Чтобы можно было измерить время распространяемого радиосигнала, каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя атомные часы, точно синхронизированные с системным временем. Когда спутниковый приемник работает, его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приеме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в сигнале, и временем приема сигнала. На основе этой информации навигационный приемник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.
В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:
Цели, задачи и структура маркетинговых исследований и система ...
... фокус превращает сбор и анализ информации в исследования рынка. Процесс и этапы маркетинговых исследований. Виды маркетинговых исследований Обычно маркетинговые исследования включают пять основных этапов: выявление проблемы и формирование целей исследования; сбор информации; анализ собранной информации; представление полученных результатов. ...
- Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
- Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
- Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;
- Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
- Невозможность размещения передатчиков большой мощности на спутниках, из-за чего прием их сигналов возможен только в зоне прямой видимости на открытом воздухе.
3. Применение систем навигации
Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:
- Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек и границы земельных участков
- Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии
- Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация
- Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
- Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-ГЛОНАСС.
- Тектоника, Тектоника плит: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит
- Активный отдых: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, Геокэшинг и др.
- Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам
4. Современное состояние
В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:
4.1. GPS
Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых стран, является его главным недостатком. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
4.2. ГЛОНАСС
Принадлежит министерству обороны России. Находится на этапе повторного развёртывания спутниковой группировки (оптимальное состояние орбитальной группировки спутников, запущенных в СССР, было в 1993—1995 гг.).
Современная система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. Однако в настоящее время эти утверждения не могут быть проверены из-за отсутствия спутниковой группировки и низкой распространенности клиентского оборудования.
4.3. Бэйдоу
Система глобального позиционирования
... орбит и поправок часов, выполняется для каждого спутника каждые 24 часа. Система Глобального Позиционирования (GPS или Global Positioning System) является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. ... которая находится на базе ВВС Шривер, шт. Колорадо, США. Ознакомьтесь с глобальной системой навигации GPS. База ВВС Шривер (Schriever) является местом размещения 50-го космического ...
Подсистема GNSS, внедренная Китаем, предназначена для использования только в этой стране. Особенность: небольшое количество спутников на геостационарной орбите. На данный момент на орбиту Земли выведено восемь навигационных спутников. Согласно планам, к 2012 году она сможет покрыть Азиатско-Тихоокеанский регион, а к 2020 году, когда количество спутников увеличится до 35, система Beidou сможет работать как глобальная система. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом.
4.4. Galileo
Европейская система в процессе создания группировки спутников.
4.5. IRNSS
Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 году.
5. Технические детали работы систем
Рассмотрим некоторые особенности основных систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):
- Обе системы имеют двойное назначение — военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства (США для GPS и России для ГЛОНАСС).
В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован (в системе GPS это ограничение было отменено только в мае 2000 года и в любой момент может быть восстановлено).
- Спутники GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Номинальное количество спутников в обеих системах — 24. Созвездие GPS было полностью завершено в апреле 1994 года и с тех пор поддерживается. Созвездие ГЛОНАСС было полностью развернуто в декабре 1995 года, но с тех пор значительно ухудшилось. В настоящий момент идёт её активное восстановление.
- Обе системы используют сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.
- В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности).
Для GPS L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 — только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).
- Каждый спутник системы, помимо основной информации, также передает вспомогательную информацию, необходимую для непрерывной работы приемного устройства. В эту категорию входит полный альманах всей группировки спутников, транслируемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) — это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах — т. н. «холодный старт». Потребность в «холодном запуске» обычно возникает при первом включении ресивера или если он долгое время не использовался.
- Передатчики активных помех используются для подавления сигналов спутниковых навигационных систем. Впервые передатчики российской компании «Авиаконверсия» были представлены публике в 1997 году на авиасалоне МАКС-1997.[1]
Система глобального позиционирования (2)
... спутников (GPS-IIF, GPS-III) с новыми военными и гражданскими сигналами (L5, M, L1C). Наземный сегмент системы претерпит значительные улучшения. Сегодня область применения глобальной системы позиционирования ... системы позиционирования: GPS, Galileo и ГЛОНАСС. Список ... спутник китайской системы “Beidou”. Правительством США был разработан долгосрочный план развития системы GPS. В ближайшие несколько лет ...
6. Дифференциальное измерение
Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т.н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры).
Для этого положение навигатора измеряется в двух точках с коротким интервалом времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка основана либо на геостационарных спутниках, либо на наземных базовых станциях, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.
В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).
Примечания
Международный форум по спутниковой навигации — glonass-forum.ru Мероприятие, посвящённое вопросам спутниковой навигации
Данный реферат составлен на основе .
