Принцип работы глонасс


Что такое ГЛОНАСС, для чего используется, как работает на автомобиле

Что такое ГЛОНАСС сегодня знают многие. Но как именно работает эта система, для чего она предназначена и что необходимо для ее эффективного использования, часто остается «за скобками».

Расценивать систему ГЛОНАСС просто как систему спутниковой навигации — значит, предельно упрощать ее функционал. Сегодня она может использоваться не только военными (как это было изначально задумано), но и владельцами коммерческих предприятий, а также рядовыми автолюбителями.

Что такое ГЛОНАСС и как работает система?

ГЛОНАСС – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.

Принцип работы системы:

  • На объект, координаты которого необходимо определить, устанавливается приемно-передающее устройство – терминал.
  • Для позиционирования терминал подает запрос на спутники. Чем больше спутников ответят на запрос (в идеале – не менее 4), тем точнее будут определены координаты.
  • Ответный сигнал поступает в терминал, программный комплекс которого анализирует время задержки для разных спутников. На основе анализа ответной информации определяются координаты объекта, на котором установлено приемное оборудование.

При постоянной работе терминала (т.е. регулярной отправке запросов и анализе ответов) система ГЛОНАСС может определять не только положение, но и скорость движения объекта. При движении точность позиционирования снижается, но все равно остается достаточной для того, чтобы навигационное оборудования могло выполнить привязку координат объекта к электронной карте местности и построить маршрут.

Сравнение с основным аналогом — системой GPS

Дать полный ответ на вопрос «Что такое ГЛОНАСС?» невозможно без сравнения его с «ближайшим конкурентом» — системой глобального позиционирования GPS. Работы над обеими системами начались в СССР и США примерно в одно время – в начале 80х годов прошлого века. После того как спутниковая навигация вышла из-под полного контроля военных и стала применяться в коммерческих целях, ГЛОНАСС и GPS развивались по достаточно схожим сценариям.

Обе системы работают на базе группировок из 24 спутников на геостационарных орбитах. Но есть у них и отличия:

  • Российские спутники двигаются в 3 плоскостях (соответственно, 8 аппаратов на одну орбиту).
  • У спутников GPS выделено 4 орбиты по 6 аппаратов в каждой.
  • Погрешность позиционирования у GPS несколько ниже, но обе системы достаточно точно определяют координаты.
  • Основное преимущество GPS — практически 100% покрытие территории земного шара. ГЛОНАСС полностью покрывает территорию РФ, но за пределами Российской Федерации есть участки, в которых сигнал от спутников очень слабый или полностью отсутствует.
  • Также есть нюансы технического характера: сервис из США использует кодировку CDMA, российский — более сложную и потому более энергоемкую кодировку FDMA. Из-за этого срок эксплуатации спутников ГЛОНАСС сокращается, так что возникает потребность в более частом выводе техники на орбиту.
Параметры ГЛОНАСС GPS
Количество спутников 24 24
Кол-во спутников в плоскости 8 6
Кол-во орбит у спутников 3 4
Погрешность, м 2…6 2…4
Размер покрытия Вся Россия и 2/3 территории мира Около к 100% территории мира

Сложно говорить об однозначном преимуществе одной из двух описанных навигационных систем. Тем более что чаще всего оборудование для удаленного позиционирования делают комбинированным: оно может работать как со спутниками GPS, так и с аппаратурой ГЛОНАСС.

Сфера применения

Аппаратура и программное обеспечение, которое дает возможность определять местонахождение объекта с помощью спутниковой сети, может решать несколько задач.

Основная функция, которую выполняют бытовые терминалы ГЛОНАСС — глобальная навигация для транспорта. Такое оборудование представляет собой усовершенствованную карту: координаты, определённые терминалом, накладываются на план местности и показывают оптимальное направление движения к заданному пункту.

Кроме этого оборудование может использоваться:

  • В системах мониторинга транспорта. Предприятия, вынужденные отслеживать движение множества транспортных средств (автобусы для перевозки пассажиров, грузовики) по регулярным или нерегулярным маршрутам, получает возможность в любом момент увидеть, где находится та или иная машина. Для этого автомобили оснащаются ГЛОНАСС-терминалами, которые подключаются к программному обеспечению.

Кроме непосредственного отслеживания перемещения техники диспетчер получает возможность контролировать соблюдение скоростного режима, режима труда/отдыха шофера, сохранности груза в холодильных отсеках рефрижераторов, уровня горючего в баках/цистернах. Для решения этих задач может устанавливаться дополнительное оборудование, которое подключается к разъемам терминала.

  • В беспилотных автомобилях. Для беспилотников спутниковая система навигации наряду с сенсорами, которые считывают параметры окружения – основные управляющие элементы. Такое оборудование уже производится и проходит испытания — в том числе на трассах РФ. Эксперты прогнозируют рост доли беспилотной техники на дорогах уже в ближайшем будущем.
  • В противоугонных системах. ГЛОНАСС-трекер, скрытно установленный в машине, может подать сигнал тревоги, если координаты автомобиля изменяться без ведома хозяина. Кроме того, оборудование может периодически посылать сообщения с указанием местонахождения авто – это облегчит владельцу или представителям правоохранительных органов поиск украденной машины.

ГЛОНАСС для контроля транспорта

Если в сегменте систем навигации для водителей GPS традиционно остается более популярным, то ГЛОНАСС занимает более выгодную нишу в коммерческом сегменте. Связано это с активным развитием систем удаленного мониторинга транспорта.

Такие системы традиционно включают сеть ГЛОНАСС-терминалов, установленных на технике, и диспетчерское программное обеспечение. Внедрение мониторинга предусматривает его интеграцией с логистической схемой предприятия.

Основная задача – координация работы транспортного департамента и отслеживание движения автомобилей, перевозящих пассажиров или грузы, в режиме реального времени. Координаты каждой машины определяются по спутнику с установленным интервалом и накладываются на карту, потому диспетчер или руководитель департамента получает максимально объективную и оперативную информацию.

Кроме этого, мониторинг транспорта может использоваться для:

  • Повышения уровня дисциплины. Навигационный терминал отслеживает движение машины по маршруту, исключая нецелевое использование техники и простои. Любая незапланированная остановка или отклонение от маршрута должны быть мотивированы водителем, причем связаться с ним диспетчер может сразу при обнаружении нарушения.
  • Повышения безопасности движения и снижения аварийности. Система ГЛОНАСС дает возможность контролировать скорость движения, сигнализируя диспетчеру о превышении скорости. Кроме того, мониторинг позволяет отслеживать переработку для соблюдения режима труда и отдыха. Это не только снижает риск аварий из-за переутомления, но и гарантирует отсутствие штрафов при проверке показаний тахографа.
  • Контроль уровня горючего. Установка датчиков уровня топлива с подключением их к терминалу практически полностью исключает возможность хищения ГСМ.

Что такое ЭРА ГЛОНАСС?

Система определения координат с помощь спутников ГЛОНАСС может решать и еще одну задачу – экстренное оповещение об аварии. Для этого в машину устанавливается терминал ЭРА-ГЛОНАСС (УВЭОС) с SIM-картой для работы в мобильной сети, и «тревожная кнопка» для вызова диспетчера.

Если машина оборудуется ЭРА-ГЛОНАСС при производстве или поставке в РФ, то кроме терминала с кнопкой вызова в нее устанавливаются также датчики, реагирующие на повреждения и автоматически подающие сигнал тревоги при ударе или перевороте.

Основная задача системы — оповестить экстренные службы (ДПС ГИБДД, МЧС, Скорую Помощь) о ДТП, передав им координаты места аварии и базовые сведения о машине и пассажирах. При этом сигнал о произошедшем принимает диспетчер колл-центра, он же передает полученные сведения спасательным службам.

Особенности работы экстренного информирования

Работает ЭРА-ГЛОНАСС по простому принципу:

  • Сигнал тревоги может быть активирован автоматически (сработал датчик удара/переворота) или в ручном режиме (водитель либо кто-то из пассажиров нажал кнопку).
  • После того как сигнал поступит в колл-центр, диспетчер связывается с машиной в голосовом режиме (конструкция терминала включает динамик и микрофон). Это необходимо для исключения ложных вызовов или случайных срабатываний кнопки «SOS».
  • Если ответ не был получен, или водитель подтвердил факт ДТП, информация передается спасательным службам.

Автоматическая работа системы минимизирует время между аварией и прибытием помощи на место происшествия. Это значительно снижает смертность на дорогах, потому что у Скорой Помощи и спасателей появляется больше времени на оказание квалифицированной помощи.

Надежность системы очень высока: терминалы снабжаются автономными источниками питания, и даже при обесточивании бортовой сети во время аварии они сохраняют работоспособность в течение минимум нескольких часов. Этого вполне хватает для определения координат, а также для связи с колл-центром.

SIM-карта, установленная в терминале, обеспечивает устойчивую связь с диспетчером везде, где есть покрытие мобильной сети. Для обеспечения надежной связи приборы комплектуются эффективными антеннами для сотовой связи и спутников ГЛОНАСС. Обычно при хорошем качестве сигнала данные передаются по GPRS (используется 3G модем), при проблемах со связью терминала может отправлять служебные SMS с основной информацией для экстренных служб.

И сам сеанс связи с диспетчером, и вызов помощи путем активации экстренного информирования спасательных служб полностью бесплатны.

Какие данные собирает ?

УВЭОС обязательны к установке для всех автомобилей, которые выпускаются в обращение на территорию РФ. Но если новые машины оснащаются терминалами, тревожными кнопками и датчиками на производстве, то при импорте техники владелец обязан за свой счет установить ЭРА-ГЛОНАСС, иначе эксплуатировать машину в РФ будет невозможно.

Один из аргументов против оборудования автомобиля ЭРА-ГЛОНАСС – возможное отслеживание перемещения техники по спутниковой сети (т.е. незаконная передача личных данных спецслужбам) или прослушка салона. На практике же в терминалах не реализована функция трекинга, потому без ведома владельца отследить движение машины нельзя.

По информации производителей, терминал собирает и передает только такие данные:

  • Координаты места аварии.
  • Скорость на момент аварии.
  • Тип срабатывания сигнала тревоги (датчик удара/переворота, принудительный вызов).
  • Данные о машине: номер, марку, тип двигателя (бензин/дизель).
  • Количество пристегнутых ремней безопасности.

Также службам спасения передается информация, полученная диспетчером при разговоре с водителем.

Сегодня ГЛОНАСС — это не просто навигатор, который позволит не потеряться на незнакомых дорогах. Возможности спутникового позиционирования куда шире, и воспользоваться ими может как рядовой автовладелец, так и руководитель коммерческого предприятия с обширным парком автомобилей.

Как работает GPS

Система глобального позиционирования, также называемая NavStar, которую мы используем, была построена военными США и была Полностью функционирует с 1995 года. Многие современные GPS-приемники используют комбинацию как GPS, так и российского Спутники ГЛОНАСС для улучшения охвата и точности.

В настоящее время система GPS имеет 31 активный спутник на орбите, наклоненной на 55 градусов к экватору.Спутники на орбите около 20000 км от поверхности земли и совершать две орбиты в день. Орбиты спроектирован таким образом, что в большинстве мест на земле всегда есть 6 спутников.

GPS

использует много сложных технологий, но концепция проста.

Приемник GPS получает сигнал от каждого спутника GPS. Спутники передают точное время сигналы отправлены. Вычитая время, когда сигнал был передан из времени было получено, GPS может сказать, как далеко от каждого спутника.Приемник GPS Также известно точное положение спутников неба в тот момент, когда они отправили свои сигналы. Таким образом, учитывая время прохождения сигналов GPS от трех спутников и их точное положение на небе, GPS-приемник может определять ваше положение в трех измерениях - восток, север и высота.

Есть осложнение. Чтобы рассчитать время прибытия сигналов GPS, приемник GPS нужно знать время очень точно. У спутников GPS есть атомные часы, которые держат очень точное время, но это не возможно снабдить приемник GPS атомными часами.Однако, если приемник GPS использует сигнал от четвертого Спутник может решить уравнение, позволяющее определить точное время без атомных часов.

Если GPS-приемник может принимать сигналы только от 3 спутников, вы все равно можете узнать свое местоположение, но это будет менее точно. Как мы уже отмечали выше, GPS-приемнику нужно 4 спутника для определения вашей позиции. в 3-х измерениях. Если доступны только 3 спутника, приемник GPS может получить приблизительное положение сделав предположение, что вы находитесь на среднем уровне моря.Если вы действительно находитесь на среднем уровне моря, положение будет достаточно точным. Однако, если вы находитесь в горах, двумерное исправление может быть сотнями метров

Современный GPS-приемник обычно отслеживает все доступные спутники одновременно, но только некоторые из них будут быть использованы для расчета вашей позиции.

Альманах и Эфемерид

Для определения местоположения спутников GPS приемнику GPS требуются два типа данных: альманах и эфемеридыЭти данные постоянно передаются спутниками GPS, и ваш GPS-приемник собирает и сохраняет эти данные. данные.

Альманах содержит информацию о состоянии спутников и приблизительную информацию об орбитах. Приемник GPS использует альманах для расчета того, какие спутники в настоящее время видны. Альманах не точный Достаточно, чтобы позволить GPS-приемнику исправить. Если приемник GPS является новым или не использовался в течение некоторого времени, он может потребоваться 15 минут или около того, чтобы получить текущий альманах.В старых приемниках GPS, альманах требуется для приобретения спутники, но многие более новые модели способны получать спутники, не дожидаясь альманаха.

Чтобы получить исправление, вашему GPS-приемнику требуются дополнительные данные для каждого спутника, называемые эфемеридами. Эти данные дает очень точную информацию об орбите каждого спутника. Ваш GPS-приемник может использовать данные эфемерид для расчета местоположение спутника с метра или двух. Эфемериды обновляются каждые 2 часа и обычно действует в течение 4 часов.Если ваш GPS-приемник был отключен некоторое время, получение эфемеридные данные с каждого спутника, прежде чем он сможет получить исправление.

Ваш GPS будет иметь экран, такой как справа, который показывает, какие спутники используются. Гистограммы показывают силу спутников, которые приобрел GPS. Если панель пустая, GPS все еще загружается эфемериды Круговой график показывает расположение спутников на небе - центр круга находится над головой.

Запуск

При включении GPS время первого исправления зависит от того, сколько времени прошло с момента последнего использования GPS. Чтобы получить исправление, приемник GPS нужен действующий альманах, начальное местоположение, время и данные эфемерид.

Термины «холодный / теплый / горячий старт» указывают, сколько из этих фрагментов данных уже имеется в приемнике GPS. Условия означают разные вещи для разных производителей GPS.

Холодный запуск - если GPS не использовался в течение длительного времени и / или переместился на несколько сотен километров, он займет некоторое время, чтобы получить первое исправление.В этом состоянии приемник GPS не имеет текущего альманаха, эфемериды, начальная позиция или время. Старые GPS-приемники могут занять до часа для поиска спутников, загрузки альманаха и эфемеридные данные и получить начальное положение, хотя новые GPS-устройства могут потребовать гораздо меньше, чем это.

Если GPS-приемник продвинулся на несколько сотен километров, его предположения о том, какие спутники будут использоваться, будут неверно и придется их искать. Большинство единиц позволят вам ввести приблизительное местоположение, чтобы ускорить процесс.

Теплый старт - действительный альманах, начальная позиция и время. Эфемеридные данные либо неверны или только частично действительный. Время первого исправления может составлять от 30 секунд до 2 минут, в зависимости от доступности спутника. и тип приемника GPS.

Горячий старт - если приемник был выключен, скажем, менее часа время первого исправления, вероятно, составит 5-20 секунд.

Что все это означает на практике?
Если GPS недавно использовался, вы должны исправить это почти сразу.Если это нет, поставьте GPS снаружи с четким обзором неба и выпейте чашку чая.

Если у вас есть GPS в транспортном средстве, лучше подождать, пока устройство исправит неисправность, прежде чем отправиться в путь. получающий эфемеридные данные для спутника занимают 30 секунд. Если вы на мгновение прервите сигнал в течение этого времени GPS, это может занять до минуты больше, чтобы получить эфемериды для этого спутник, как он должен начать все сначала. Если вы едете в районе с высокими зданиями или другими препятствиями, получение эфемеридные данные для четырех спутников, которые необходимы для первого исправления.

Точность

Точность положения ваших отчетов GPS зависит от ряда факторов, таких как положение спутники в небе, атмосферные эффекты, ошибки спутниковых часов и эфемеридные ошибки и т. д.

GPS-устройства часто показывают на экране показатель точности, например, EPE на юнитах Garmin. В идеальных условиях это может быть 5 или даже 3 метра. Производители не имеют четкого представления о том, как именно эта цифра определяется, и было бы неразумно воспринимать эту цифру буквально.

Вы получите более реалистичную фигуру, посмотрев в раздел спецификаций в руководстве пользователя вашего GPS-приемника. Как правило, с В портативном GPS 95% горизонтальных позиций GPS будут находиться в пределах 10 метров от их истинного местоположения. Ошибка в высоте будет, вероятно, быть как минимум вдвое больше горизонтальной ошибки.

Точность GPS может быть улучшена путем использования вторичных данных от внешних опорных станций.

Многие потребительские GPS-устройства имеют опцию WAAS. WAAS использует сеть наземных опорных станций.Показания от опорных станций используются для исправления некоторых источников ошибок, упомянутых выше. Исправление данные отправляются на геостационарные спутники WAAS, которые передают их обратно на приемники GPS с поддержкой WAAS повысить точность позиционирования. WAAS недоступен в Новой Зеландии.

Дифференциальная система глобального позиционирования (DGPS) - аналогичная система. Данные с наземных опорных станций передается на GPS с помощью длинноволнового радио, FM-радио или даже мобильных телефонов.

Сколько спутников нужно для починки?

Вам нужно 3 спутника GPS для 2D-фиксирования (то есть без высоты) или 4 спутника для 3D-фиксирования. Как правило, GPS будет отслеживать еще много чем спутники

A-GPS

Вы заметили, как GPS-навигаторы мобильных телефонов исправляются практически сразу. Они используют Assisted GPS (A-GPS) как способ улучшение времени для первого исправления или даже разрешение исправления в условиях, когда GPS иначе не сможет функционировать.

Устройство A-GPS будет использовать соединение для передачи данных (например, 3G на мобильном телефоне), чтобы связаться с сервером поддержки. Сервер может поставить данные альманаха и эфемерид, поэтому GPS не нужно ждать, чтобы получить их со спутников. Сервер также может отправить приблизительный местоположение, полученное из вышек сотовой связи, что позволяет немедленно исправить ситуацию. В некоторых случаях устройство A-GPS может отправлять неполные данные GPS на сервер для обработки в исправлении.

Когда вы находитесь вне зоны действия мобильного телефона и WiFi, GPS-навигатор мобильного телефона должен полагаться на спутники, чтобы предоставить дату эфемериды и альманаха, поэтому как стандартный развлекательный GPS, требуется 1-2 минуты, чтобы получить решение с холодного старта.

Copyright © 2009-2014 Integrated Mapping Ltd. Все права защищены. Эта статья не может быть воспроизведена без разрешения.

,
Как работает система глобального позиционирования (GPS)?

Статья автора Даррен Гриффин

Введение

Когда я впервые написал эту статью в 2002 году, GPS потребительского уровня был очень новым, очень дорогим и очень редким! Следовательно, большинство из тех, кто решил инвестировать в оборудование GPS, были заинтересованы в том, чтобы узнать, как работает это чудо технологии. В 2001 году, когда впервые появилась GPS-навигация на основе карт, новые пользователи не могли поверить, что система была бесплатной, без плана обслуживания и контракта, какой улов они спрашивали? И так родилась идея, которая стала этим объяснением.

6+ лет на GPS - это мейнстрим, товар, который больше не удивителен и не заслуживает восхищения. Мы просто открываем коробку, включаем и используем ее, не задумываясь о технологиях, которые ее приводят. Но все же стоит объяснить, как маленький черный ящик, сидящий на вашей приборной панели или удерживаемый в вашей руке, может узнать, где вы находитесь на поверхности планеты, с точностью около 10 м для потребительского уровня и 10 мм для приборов класса обследования! Это устройство на вашей приборной панели получает сигнал от спутника, находящегося на орбите над вами на высоте более 11 000 миль! Неплохо для устройства, которое не подключено к 2-метровой антенне!

Фон - Навстар

Сеть глобальной системы позиционирования (GPS), которую мы все используем, называется Navstar, и за нее платит Министерство обороны США (DoD).Эта глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) в настоящее время является единственной полностью работающей системой, но в России есть ГЛОНАСС, в Китае - КОМПАС, а в ЕС - GALILEO, каждая на разных стадиях разработки или тестирования.

Как военная система, Navstar была изначально разработана и зарезервирована для единоличного использования военными, но гражданским пользователям был предоставлен доступ в 1983 году. В то время точность для гражданских пользователей была преднамеренно снижена до +/- 100 м с использованием системы, известной как выборочная доступность. (SA), но это было устранено в мае 2000 года.

Спутниковая сеть

Спутники GPS передают сигналы на приемник GPS. Эти приемники пассивно принимать спутниковые сигналы; они не передают и требуют беспрепятственный обзор неба, поэтому их можно эффективно использовать только на открытом воздухе. Ранние приемники не работали хорошо в лесных районах или вблизи высоких зданий, но более поздние конструкции приемников, такие как SiRFStarIII, MTK и т. Д., Преодолели это и заметно улучшили производительность и чувствительность. GPS операции зависит от очень точного отсчета времени, которое обеспечивается атомными часами на сесть на спутники.

Navstar GPS Созвездие

Каждый спутник GPS передает данные, которые указывают его местоположение и текущее время. Все спутники GPS синхронизировать операции так, чтобы эти повторяющиеся сигналы передавались на тот же момент. Сигналы, движущиеся со скоростью света, поступают на GPS приемник в немного другое время, потому что некоторые спутники находятся дальше чем другие. Расстояние до спутников GPS может быть определено путем оценки количество времени, необходимое для того, чтобы их сигналы достигли приемника.Когда Приемник оценивает расстояние как минимум до четырех спутников GPS, он может рассчитать его положение в трех измерениях.

Есть как минимум 24 оперативные спутники GPS в любое время плюс ряд запчастей. спутники, эксплуатируемые Министерством обороны США, находятся на орбите с периодом 12 часов (два орбиты в день) на высоте около 11 500 миль со скоростью 9 000 миль в час (3,9 км / с или 14 000 км / ч). Наземные станции используются для точного отслеживания орбиты каждого спутника.

Вот интересное сравнение.Сигналы GPS передаются с мощностью, эквивалентной 50-ваттной домашней лампочке. Эти сигналы должны пройти через пространство и нашу атмосферу, прежде чем достигнуть вашего спутника после путешествия в 11 500 миль. Сравните это с телевизионным сигналом, передаваемым из большой башни на расстоянии не более 10–20 миль, при уровне мощности 5–10 000 Вт. И сравните размер антенны вашего телевизора на крыше с антенной GPS, часто скрытой внутри самого корпуса. Удивительно, что это работает так же, как и когда случается случайный сбой, вы хотя бы поймете причины.

Для расчета местоположения требуются сигналы от нескольких спутников

Как определяется позиция
Приемник GPS «знает» местоположение спутников, потому что эта информация включен в переданные данные Ephemeris (см. ниже). Оценивая, как далеко спутник приемник также «знает», что он находится где-то на поверхности воображаемая сфера центрирована на спутнике.Затем он определяет размеры несколько сфер, по одной для каждого спутника и, следовательно, знает, что приемник находится там, где эти сферы пересекаются.

Точность GPS
Точность определения местоположения с помощью GPS зависит от типа приемника. Большинство потребительских GPS-устройств имеют точность около +/- 10 м. Другие типы приемники используют метод, называемый дифференциальным GPS (DGPS), чтобы получить гораздо более высокую точность. DGPS требует дополнительного приемника, установленного в известном месте поблизости.Наблюдения, сделанные стационарным приемником, используются для исправления положения регистрируется ровинговыми единицами с точностью более 1 метра.

Как рассчитывается сигнал?
Все спутники GPS имеют несколько атомных часов. Сигнал, который отправляется случайная последовательность, каждая часть которой отличается от любой другой, называется псевдослучайный код. Эта случайная последовательность повторяется непрерывно. Все GPS получатели знают эту последовательность и повторяют ее внутренне.Поэтому спутники и приемники должны быть синхронизированы. Приемник поднимает спутник передачи и сравнивает входящий сигнал со своим собственным внутренним сигналом. По сравнивая, сколько спутникового сигнала отстает, время прохождения становится известный.

Из чего состоит сигнал?

спутника GPS передают два радиосигнала. Они обозначены как L1 и L2. Гражданский GPS использует частоту сигнала L1 (1575,42 МГц) в диапазоне УВЧ. Сигналы распространяются по прямой видимости, что означает, что они будут проходить сквозь облака, стекло, пластик и т. Д., Но не будут проходить сквозь твердые объекты, такие как здания и горы.

Сигнал GPS содержит три разных бита информации - псевдослучайный код , данные альманаха и данные эфемериды .

  1. Псевдослучайный код - это просто код И.Д., который определяет, какой спутник передает информацию. Вы можете часто просматривать этот номер на странице информации о спутниках вашего GPS-устройства, номер, прикрепленный к каждой полосе сигналов, определяет, с каких спутников поступает сигнал.
  2. Данные альманаха - это данные, которые описывают орбитальные курсы спутников. Каждый спутник будет транслировать данные альманаха для КАЖДОГО спутника. Ваш GPS-приемник использует эти данные, чтобы определить, какие спутники он ожидает увидеть в местном небе. Затем он может определить, какие спутники он должен отслеживать. С данными альманаха приемник может сконцентрироваться на тех спутниках, которые он может увидеть и забыть о тех спутниках, которые находятся за горизонтом и вне поля зрения. Данные альманаха не точны и могут быть действительны в течение многих месяцев.
  3. Данные эфемерид - это данные, которые сообщают приемнику GPS, где каждый спутник GPS должен находиться в любое время в течение дня. Каждый спутник будет передавать свои СОБСТВЕННЫЕ эфемеридные данные, показывающие орбитальную информацию только для этого спутника. Поскольку эфемеридные данные являются очень точными данными орбитальной и тактовой коррекции, необходимыми для точного позиционирования, их достоверность намного короче. Это передано в трех блоках по шесть секунд, повторяемых каждые 30 секунд. Данные считаются действительными на срок до 4 часов, но разные производители считают их действительными для разных периодов, а некоторые считают их устаревшими только через 2 часа.

Объяснение холодного старта и теплого старта

Производители и отзывы часто ссылаются на заводские, холодные и теплые времена запуска. Понимая вышесказанное, это можно просто объяснить следующим образом:

  • Заводской запуск
    • Все данные считаются недействительными.
  • Cold Start
    • Данные альманаха актуальны, но эфемерид нет или срок их действия истек.
  • Теплый старт
    • Данные об альманахе и эфемеридах актуальны.

Чтобы вычислить PVT (решение о скорости скорости положения), приемник будет искать спутники на основе того, где он «думает», что он приблизительно расположен, и альманаха, если он текущий. Если он обнаружит один или несколько спутников, он ожидает, что он заблокируется на этом спутнике и начнет загрузку эфемеридных данных. После получения данных с трех спутников рассчитывается точное определение местоположения.

Если вы двигаетесь, пытаясь получить исправление, этот процесс может занять гораздо больше времени, чем если бы вы были на месте.Ваш приемник должен завершить прием эфемеридных данных без ошибок, эти данные передаются в трех пакетах. Если какой-либо один пакет не был получен полностью без ошибок, он должен начаться заново. Совершенно очевидно, что это происходит во время перемещения, что приводит к гораздо более высокому уровню ошибок и увеличению времени исправления. Значительно меньше секунды прерывания достаточно, чтобы означать, что получателю придется ждать следующей передачи.

Если вы пытаетесь заблокировать, переместившись более чем на пару сотен миль с момента вашего последнего исправления, то данные эфемерид в большинстве случаев больше не будут действительными.Приемник будет искать спутники в небе выше, которые не будут видны из-за вашего перемещения. В этом случае приемник начнет заводской запуск и начнет загружать данные как альманаха, так и эфемерид. Это значительно увеличит начальное время блокировки. Вот почему ваш GPS так медленно вычисляет починку, когда вы включаете его в арендованном автомобиле в аэропорту!

QuickFix объяснил

QuickFix - это функция, предоставляемая некоторыми производителями / устройствами.Чтобы понять, что такое QuickFix, вам нужно детально понять, как GPS рассчитывает вашу позицию.

Для начального расчета местоположения вашему чипсету GPS необходимо найти как минимум 4 спутника с достаточно сильным сигналом (28 дБГц или более), и он должен сохранять эти спутники и уровень сигнала в течение примерно одной минуты, чтобы он мог загружать данные с спутники, которые необходимы для расчета вашей позиции (это были данные эфемерид, описанные ранее).

Если в любое время приемник GPS теряет сигнал какого-либо спутника или сигнал падает ниже 28 дБГц, то он должен начать все сначала и отследить этот спутник еще одну минуту. Например, в реальном сценарии вы можете ехать между высокими зданиями (городские каньоны, см. Ниже), и полученный сигнал GPS постоянно меняется.

Файл QuickFix, который вы загружаете из Интернета, является частью решения вашего производителя чипов GPS.SiRF называют их решением Instant Fix (I Edition) или A-GPS (GPS). Файл содержит специально подготовленные данные эфемерид, которые действительны в течение 7 дней, которые использует ваш чип GPS вместо данных, полученных со спутников для расчета вашего первого исправления.

Это позволяет чипу пропустить шаг «загрузить эфемериды со спутника» и вместо этого начать вычислять вашу позицию сразу после включения. Это занимает в среднем около 5-15 секунд. Уровень сигнала, необходимый для загрузки эфемеридных данных со спутников, составляет 28 дБГц, тогда как уровень сигнала, необходимый для расчета вашего местоположения после получения данных эфемерид GPS, намного ниже - всего 15 дБГц.

Таким образом, действительный файл QuickFix позволяет вашему устройству рассчитывать ваше положение за 5-15 секунд, а не за минуту, в которой оно было бы иначе (если оно неподвижно), и снижает минимальный уровень сигнала, необходимый для расчета вашего положения, с 28 дБГц до 15 дБГц.

Если в какой-то момент ваш чипсет GPS обнаружит, что данные эфемерид Quickfix недействительны или устарели, он по умолчанию рассчитывает вашу позицию традиционным способом, то есть непрерывно отслеживает минимум 4 спутника с сигналом 28dbHz в течение примерно минуты.

Источники ошибок GPS-сигнала
Факторы, которые может ухудшить сигнал GPS и, следовательно, повлиять на точность включают в себя следующее:

Есть много причин для ошибок положения или низкого сигнала

  1. Ионосферные и тропосферные задержки Спутниковый сигнал замедляется как это проходит через атмосферу. Система GPS использует встроенную модель, которая рассчитывает среднюю величину задержки, чтобы частично исправить для этого типа ошибка.
  2. Многолучевой сигнал Это происходит при отражении сигнала GPS от объектов, таких как высокие здания или большие каменные поверхности, прежде чем он достигнет получатель. Это увеличивает время прохождения сигнала, тем самым вызывая ошибки.
  3. Ошибки часов приемника Встроенные часы приемника не такие точные, как атомные часы на спутниках GPS. Следовательно, это может имеют очень небольшие ошибки синхронизации.
  4. Орбитальные ошибки, также известные как эфемеридные ошибки, это неточности сообщаемого местоположения спутника.
  5. Количество видимых спутников Чем больше спутников GPS Приемник может «видеть», чем выше точность.
  6. Здания, местность, электронная помехи, а иногда даже густая листва могут блокировать прием сигнала, вызывая ошибки положения или, возможно, не считывание позиции вообще. GPS-устройства как правило, не будет работать в помещении, под водой или под землей.
  7. Геометрия спутника / затенение Это относится к относительному положение спутников в любой момент времени.
  8. Идеальная геометрия спутниковых выходов когда спутники расположены под широкими углами относительно друг друга.
  9. бедных геометрия получается, когда спутники расположены на одной линии или в тесном группировка.
  10. Преднамеренное ухудшение спутникового сигнала Селективный Доступность (SA) - это преднамеренное ухудшение сигнала, вызванное Министерство обороны США SA был предназначен для предотвращения военных противники от использования высокоточных сигналов GPS.Правительство повернулось от SA в мае 2000 года, что значительно улучшило точность гражданского GPS приемников.

Некоторые спутниковые факты

Вот еще несколько интересных фактов о спутниках GPS:

  • Есть около 2500 спутников всех типов и назначения, вращающихся вокруг Земли.
  • Там более 8000 посторонних объектов, вращающихся вокруг Земли, состоящих из таких предметов, как носовые шишки и панели от старых спутников, перчатки космонавта, гаечный ключ и многое другое!
  • Первый спутник GPS был запущен в 1978 году.
  • В 1994 году было получено полное созвездие из 24 спутников.
  • Каждый спутник рассчитан на 10 лет.
  • замен постоянно строятся и выводятся на орбиту.
  • Спутник GPS весит около 2000 фунтов и составляет около 17 футов в поперечнике с выдвинутыми солнечными батареями.
  • Мощность передатчика составляет всего 50 Вт или меньше.

Для получения дополнительной информации о спутниках и, в частности, спутниках GPS, посетите Веб-сайт НАСА, где вы найдете апплет GPS спутникового трекера, подобный приведенному ниже что позволяет отслеживать все 2500 спутников плюс, которые в настоящее время находятся на орбите планету, но более конкретно вы можете отслеживать сеть спутников Navstar и посмотреть, какие из них в настоящее время летают над вашим местоположением.

2500 спутников на орбите Земли

.
Инновация: ГЛОНАСС - прошлое, настоящее и будущее: GPS World

Альтернатива и дополнение к GPS

Обзор истории программы ГЛОНАСС, ее текущего состояния и обзор планов на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и сети наземной поддержки.

Английские версии документов управления интерфейсом GLONASS CDMA теперь доступны. Смотрите дальнейшее чтение.

Ричард Лэнгли

октября12 июля 1982 года в Советском Союзе был запущен первый спутник ГЛОНАСС. Будь то в ответ на разработку GPS или просто для удовлетворения требований к системе с аналогичными возможностями для своих вооруженных сил, Советский Союз начал разработку Глобальной навигационной спутниковой системы или Глобальной навигационной спутниковой системы в 1976 году всего через три года после этого. начало программы GPS. Первый испытательный спутник с кодовым названием Kosmos 1413 сопровождался двумя фиктивными или балластными спутниками с одинаковой приблизительной массой, поскольку Советский Союз уже планировал запускать по три спутника ГЛОНАСС одновременно со своими мощными ракетами, чтобы сэкономить на затратах на запуск.

Но из-за неудачных запусков и характерно короткого срока службы спутников были запущены еще 70 спутников, прежде чем в начале 1996 года была достигнута полностью заполненная группировка из 24 действующих спутников (обеспечивающих полную оперативную способность или ВОС). К сожалению, полная группировка была недолговечный. Экономические трудности России после распада Советского Союза повредили ГЛОНАСС. Фонды были недоступны, и к 2002 году созвездие сократилось до всего семи спутников, и только шесть были доступны во время операций по обслуживанию! Но судьба России обернулась, и при поддержке российской иерархии ГЛОНАСС возродился.Запускались более долгоживущие спутники, целых шесть в год, и медленно, но верно возвращалось полное созвездие из 24 спутников. И 8 декабря 2011 года FOC был снова достигнут и впоследствии был более или менее поддержан - система даже работала иногда с запасными частями на орбите.

Несмотря на то, что приемники GPS / ГЛОНАСС, предназначенные только для ГЛОНАСС и геодезического класса, существуют уже более десяти лет, производители обратили внимание на возрождение ГЛОНАСС и начали выпускать чипы и приемники с возможностью ГЛОНАСС для потребительского рынка.В 2011 году Garmin выпустила портативные приемники, поддерживающие как GPS, так и ГЛОНАСС. В том же году различные производители сотовых телефонов начали предлагать возможности ГЛОНАСС со своими встроенными модулями позиционирования. Ранние приемники GPS / ГЛОНАСС проложили путь для мульти-GNSS приемников, которые мы имеем сегодня, благодаря их способности отслеживать не только спутники GPS и ГЛОНАСС, но и европейские системы Galileo и китайские системы BeiDou, а также японские квази-спутники. Зенитная спутниковая система (не говоря уже о спутниках спутниковых систем дополнения).

Я задокументировал развитие ГЛОНАСС в этой колонке еще в июле 1997 года, а группа авторов из Открытого акционерного общества «Российские космические системы» обсуждала планы модернизации ГЛОНАСС в статье за ​​апрель 2011 года. Обновление просрочено. Итак, в этой статье я кратко рассмотрю историю программы ГЛОНАСС, обсудю ее текущее состояние и расскажу о планах на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и сети наземной поддержки.

РАННЕ ЛЕТ, НАСТОЯЩИЙ ДЕНЬ

Во время холодной войны информации о ГЛОНАСС было мало.Помимо общих характеристик спутниковых орбит и частот, используемых для передачи навигационных сигналов, министерство обороны Советского Союза мало что обнаружило. Тем не менее, профессора Питера Дэйли и его ученики из Университета Лидса предоставили некоторые подробности о структуре сигналов. С появлением гласности и перестройки и в результате распада Советского Союза информация о ГЛОНАСС стала более доступной. В конце концов, русские выпустили Документ управления интерфейсом (ICD).В этом документе, аналогичном по структуре космическим сегментам / пользовательским интерфейсам навигации Navstar GPS ICD-GPS-200, описывается система, ее компоненты, а также структура сигнала и навигационное сообщение, предназначенные для гражданского использования. Последняя версия была опубликована в 2016 году, но пока эта версия доступна только на русском языке.

Спутники и сигналы. К настоящему моменту запущено шесть моделей спутников ГЛОНАСС (также известных как Ураган, русский язык для урагана). Россия (фактически бывший Советский Союз) запустила первые 10 спутников под названием Блок I в период с октября 1982 года по май 1985 года.В период с мая 1985 г. по сентябрь 1986 г. он отправил шесть спутников Block IIa, а в период с апреля 1987 г. по май 1988 г. - 12 спутников Block IIb, из которых шесть были потеряны из-за отказов ракет-носителей. Четвертой моделью был Блок IIv (v - английская транслитерация третьей буквы русского алфавита). К концу 2005 года русские развернули 60 блоков IIv. Каждое последующее поколение спутников содержало усовершенствования оборудования, а также увеличивало срок службы.

Опытный спутник ГЛОНАСС-М (для модернизации) был запущен в декабре1, 2001, вместе с двумя Блоками IIv с первыми двумя серийными спутниками ГЛОНАСС-М, включенными в триплетные запуски 10 декабря 2003 года и 26 декабря 2004 года. Два спутника ГЛОНАСС-М были включены в триплетный запуск декабря 25, 2005. Новый дизайн предлагает множество улучшений, включая лучшую бортовую электронику, увеличенный срок службы, гражданский сигнал L2 и улучшенное навигационное сообщение. Как и в более ранних версиях, на космическом корабле ГЛОНАСС-М по-прежнему использовался герметичный герметичный цилиндр для электроники.

РИСУНОК 1. Изображение с Решетневских информационных спутниковых систем, производителя спутников ГЛОНАСС, в честь 35-летия запуска первого спутника ГЛОНАСС в 1982 году («35 лет службы миру»).

Все спутники ГЛОНАСС, запущенные с декабря 2005 года, были спутниками ГЛОНАСС-М, за исключением двух спутников ГЛОНАСС-К1 (иногда называемых просто ГЛОНАСС-К), запущенных 26 февраля 2011 года и 30 ноября 2014 года. ГЛОНАСС Спутники -К1 заметно отличаются от своих предшественников.Они легче, используют негерметичный корпус (аналогично GPS-навигаторам), имеют улучшенную стабильность часов и более длительный срок службы 10 лет. Они также включают, впервые, сигналы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) на третьей частоте, сопровождающие унаследованные сигналы множественного доступа с частотным разделением каналов (я буду обсуждать их в ближайшее время). Все спутники ГЛОНАСС были изготовлены ЗАО «Решетневские информационные спутниковые системы», расположенного в Железногорске, недалеко от Красноярска в Центральной Сибири, и названы в честь Михаила Федоровича Решетнева, генерального директора-основателя и главного конструктора.Компания «Решетнев» ранее была известна как Научно-производственное объединение прикладной механики (Научно-производственное объединение «Прикладной механики» или НПО ПМ). Государственная корпорация Роскосмоса по космической деятельности (ранее Федеральное космическое агентство), широко известная как Роскосмос, является правительственным органом, ответственным за ГЛОНАСС.

РИСУНОК 1 включает в себя изображения артистов начальных спутников ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К1.

Спутниковые орбиты ГЛОНАСС расположены в трех плоскостях, отделенных друг от друга в прямом восхождении восходящего узла на 120 градусов, по восемь спутников в каждой плоскости.Спутники в плоскости расположены на равном расстоянии друг от друга, разделенных по аргументу широты на 45 градусов. Спутники в соседних плоскостях сдвинуты в аргументе широты на 15 градусов. Спутники выведены на номинально круговые орбиты с наклоном цели 64,8 градуса и большой полуосью приблизительно 25 510 километров, что дает им период обращения около 675,8 минут. Эти спутники имеют наземные треки, которые повторяются каждые 17 орбит или восемь звездных дней. Плоскости орбит ГЛОНАСС пронумерованы 1–3 и содержат орбитальные щели 1–8, 9–16 и 17–24 соответственно.

РИСУНОК 2 показывает состояние созвездия 17 октября 2017 года. Номер орбитального интервала (также называемый интервалом альманаха) и частотный канал (обсуждается ниже) приведены в скобках. Недавно запущенный ГЛОНАСС 752 был исправен 16 октября 2017 года, что привело к полностью работающей 24-спутниковой группировке. Все спутники являются стандартными спутниками ГЛОНАСС-М, кроме ГЛОНАСС 755, который включает передатчик для новой третьей частоты, а также ГЛОНАСС 701К и 702К. Эти последние два спутника ГЛОНАСС-K1, с 702K, в то время как 701K проходит летные испытания.«К» не является частью официального номера ГЛОНАСС, но был добавлен во избежание двусмысленности. Спутник ГЛОНАСС-М, запущенный 10 декабря 2003 года, также назывался ГЛОНАСС 701. Аналогично, Международная служба GNSS (IGS) называет ГЛОНАСС 701K и 702K как 801 и 802, соответственно. IGS также определяет GLONASS 751 как GLONASS 851 для предотвращения путаницы с Kosmos 2080, спутником GLONASS-IIv, запущенным 19 мая 1990 года, и также называется GLONASS 751. И он определяет GLONASS 753 как GLONASS 853 для предотвращения путаницы с Kosmos 2140, ГЛОНАСС -IIv ​​спутник запущен 14 апреля 1991 года и также называется ГЛОНАСС 751.

РИСУНОК 2. Состояние созвездия ГЛОНАСС 17 октября 2017 года. Зеленый квадрат обозначает местоположение здорового спутника, а оранжевый - тестовый спутник. Номера орбитальных слотов и частотные каналы приведены в скобках.

Спутники традиционно запускались по три ускорителя «Протон» с космодрома Байконур под Ленинском в Казахстане. Однако, начиная с запуска первого спутника ГЛОНАСС-К1, несколько спутников ГЛОНАСС были запущены по отдельности на ракетах "Союз" с космодрома Плесецк к северу от Москвы.

В отличие от GPS и других GNSS, GLONASS использует FDMA, а не CDMA для своих традиционных сигналов. Первоначально система передавала сигналы в двух полосах: L1 1602,0–1615,5 МГц и L2 1246,0–1256,5 МГц на частотах, разнесенных на 0,5625 МГц в L1 и на 0,4375 МГц в L2:

L 1 k = 1602. + 0,5625 k (МГц)

L 2 k = 1246. + 0,4375 k (МГц)

Это устройство обеспечивало 25 каналов, так что каждому спутнику в полной 24-спутниковой группировке могла быть назначена уникальная частота (с оставшимся каналом, зарезервированным для тестирования).Некоторые из передач ГЛОНАСС первоначально вызывали помехи радиоастрономам, которые изучают очень слабые естественные радиоизлучения вблизи частот ГЛОНАСС. Радиоастрономы используют полосы частот 1610,6–1613,8 и 1660–1670 МГц для наблюдения спектральных излучений облаков гидроксильных радикалов в межзвездном пространстве, и Международный союз электросвязи (МСЭ) предоставил им статус основного пользователя для этого спектрального пространства. Кроме того, МСЭ выделил полосу частот 1610–1626,5 МГц операторам спутников мобильной связи, находящихся на низкой околоземной орбите.В результате власти ГЛОНАСС решили сократить количество частот, используемых спутниками, и сместить полосы на несколько более низкие частоты.

В настоящее время система использует только 14 первичных частотных каналов со значениями k в диапазоне от –7 до +6, включая два канала для целей тестирования (в настоящее время –5 и –6). (Канал +7 также использовался в прошлом для целей тестирования.) Как 24 спутника могут обойтись только с 14 каналами? Решение заключается в том, чтобы антиподальные спутники - спутники в одной плоскости орбиты, разделенные на 180 градусов в аргументе широты, - использовали один и тот же канал.Такой подход вполне осуществим, потому что пользователь в любом месте на Земле никогда не будет одновременно получать сигналы от такой пары спутников. Переход на новые частотные присвоения начался в сентябре 1993 года.

Как и унаследованные сигналы GPS, сигналы ГЛОНАСС включают в себя два кода ранжирования псевдослучайного шума (PRN): ST (для стандартной точности или стандартной точности) и VT (для высокой точности или высокой точности), аналогичные GPS C / A- и P- коды, соответственно (но с половиной скоростей чипирования), модулированные на несущие L1 и L2.

Как и в случае с GPS, ГЛОНАСС передает высокоточный код на L1 и L2. Но, в отличие от спутников GPS, код стандартной точности ГЛОНАСС также передается на частотах L2, начиная со спутников ГЛОНАСС-М. (Отдельный гражданский код, L2C, был добавлен к сигналу GPS L2, передаваемому блоком IIR-M и последующими спутниками.) Код GLONASS ST имеет длину 511 чипов со скоростью 511 килочипов в секунду, что дает интервал повторения 1 миллисекунды. VT-код длиной 33 554 432 фишек со скоростью 5.11 мегапикселей в секунду. Кодовая последовательность усекается, чтобы дать интервал повторения 1 секунда. В отличие от спутников GPS, все спутники ГЛОНАСС передают одинаковые коды. Они получают синхронизацию сигналов и частоты от одного из бортовых стандартов атомной частоты (AFS), работающих на частоте 5 МГц. Различные серии спутников ГЛОНАСС, начиная с Блока II и заканчивая сериями ГЛОНАСС-М, имеют три цезиевых AFS на каждом спутнике. Передаваемые сигналы имеют правую круговую поляризацию, как и сигналы GPS, и имеют сопоставимые уровни сигнала.

Навигационное сообщение. Как и GPS и другие GNSS, сигналы ГЛОНАСС также содержат навигационные сообщения, предоставляющие информацию об орбите спутника, часах и другую информацию. Отдельные навигационные сообщения со скоростью 50 бит в секунду по модулю 2 добавляются к кодам ST и VT. Сообщение ST-кода включает в себя эпоху спутниковых часов и смещения скорости от системного времени ГЛОНАСС; эфемериды спутников, заданные в терминах положения спутника, векторов скорости и ускорения в контрольную эпоху; и дополнительная информация, такая как биты синхронизации, срок действия данных, работоспособность спутника, смещение системного времени ГЛОНАСС от всемирного координированного времени (UTC), которое поддерживается Национальным институтом метрологии Российской Федерации UTC (SU) в составе Государственной службы времени и частоты. и альманахи (приблизительные эфемериды) всех других спутников ГЛОНАСС.Обратите внимание, что, в отличие от системного времени GPS, например, системное время ГЛОНАСС не имеет целочисленного смещения от UTC, и поэтому скачки в високосные секунды добавляются к системному времени ГЛОНАСС одновременно с добавленными в UTC. Однако обратите внимание, что системное время ГЛОНАСС смещается на три постоянных часа, чтобы соответствовать московскому стандартному времени (MSK, сокращение от Moscow).

Полное сообщение длится 2,5 минуты и непрерывно повторяется между обновлениями эфемерид (номинально раз в 30 минут), но информация эфемерид и часов повторяется каждые 30 секунд.

Власти ГЛОНАСС не опубликовали, по крайней мере, публично, подробности навигационного сообщения с кодом VT. Однако известно, что полное сообщение занимает 12 минут и что эфемериды и информация о часах повторяются каждые 10 секунд.

Геодезическая система. эфемериды ГЛОНАСС относятся к геодезической системе Parametry Zemli 1990 (PZ-90 или, в английском переводе, Parameters of the Earth 1990, PE-90). ПЗ-90 заменил советскую геодезическую систему 1985 года, SGS 85, использовавшуюся ГЛОНАСС до 1993 года.PZ-90 - это наземная эталонная система с ее системой координат, определенной так же, как и у Международной наземной системы координат (ITRF). Первоначальная реализация ПЗ-90 имела точность один или два метра.

Однако, чтобы приблизить систему к ITRF (и геодезической системе отсчета GPS WGS 84), были выполнены два обновления PZ-90. Первое обновление, появившееся в PZ-90.02 (ссылаясь на 2002 год), было принято для операций ГЛОНАСС 20 сентября 2007 года и приблизило кадр широковещательных орбит (и, следовательно, полученные координаты приемника) к ITRF и WGS 84.Другая реализация, PZ-90.11, принятая 31 декабря 2013 года, по сообщениям, уменьшила разницу до уровня ниже сантиметра.

ТАБЛИЦА 1 перечисляет определяющие константы и параметры PZ-90.

ТАБЛИЦА 1. Основные геодезические константы и некоторые параметры геодезической системы PZ-90, используемой ГЛОНАСС.

Новые спутники ГЛОНАСС-К передают дополнительные сигналы. GLONASS-K1 передает сигнал CDMA на новой частоте L3 (1202,025 МГц), а GLONASS-K2, кроме того, будет показывать сигналы CDMA на частотах L1 и L2.

РИСУНОК 3. Круговая матрица отражателей на спутнике ГЛОНАСС-К1, окружающая элементы внутренней антенны навигационного сигнала. Фото из Решетнева Информационные спутниковые системы.

Контрольный сегмент . Подобно GPS и другим GNSS, ГЛОНАСС требует сеть наземных станций для мониторинга и обслуживания спутниковой группировки, а также для определения орбит спутников и поведения их работающих AFS. В сети слежения используются станции только на территории бывшего Советского Союза, дополненные станциями спутниковой лазерной локации, которые помогают в определении орбиты, поскольку все спутники ГЛОНАСС содержат лазерные отражатели (см. РИСУНОК 3).

Наличие неглобальной сети станций слежения для определения спутниковых орбит и поведения AFS приводит к слегка ухудшенной ошибке дальности сигнала в пространстве ГЛОНАСС (SISRE). Недавно был создан ряд станций слежения за рубежом в связи с разработкой российской спутниковой системы дополнения (SBAS), Системы дифференциальной коррекции и мониторинга (SDCM). SDCM будет функционировать аналогично глобальной системе расширения или WAAS, U.S. SBAS и другие SBAS в действии. Добавление к сети слежения заграничных станций SDCM, которая уже включает в себя станции в Антарктике и Южной Америке с появлением большего количества станций, может помочь улучшить SISRE. Роскосмос также использует глобальную сеть IGS и других станций слежения для мониторинга состояния созвездия ГЛОНАСС (см. РИСУНОК 4).

РИСУНОК 4. Глобальная сеть спутникового мониторинга здоровья ГЛОНАСС Роскосмоса с 22 станциями оповещения 18 октября 2017 года с 13:00 до 14:00 мск.

Производительность. SISRE улучшилось за эти годы и в настоящее время находится на уровне около 1 до 2 метров. Частично это связано с лучшими характеристиками бортовых AFS, которые несут последние спутники ГЛОНАСС-М, по сравнению с первыми спутниками ГЛОНАСС-М. Их относительная однодневная стабильность улучшилась с 10-13 до 2,4 × 10-14. На фиг.5 показан временной ряд последних значений SISRE, определенных Информационно-аналитическим центром для определения местоположения, навигации и синхронизации.Эти уровни ошибок могут приводить к ошибкам позиционирования на основе псевдодальности при использовании широковещательных орбит ГЛОНАСС и тактовых импульсов примерно в два раза хуже, чем обеспечиваемые GPS - хотя в любой данный момент на точность позиционирования также влияют атмосферные эффекты и многолучевое распространение, и они могут доминировать ошибки сигнала в пространстве.

РИСУНОК 5. Суточная среднеквадратичная погрешность ГЛОНАСС-сигнала в пространстве в метрах, определенная Информационно-аналитическим центром определения местоположения, навигации и синхронизации.

Гораздо более высокую точность позиционирования можно получить, используя орбиты и часы ГЛОНАСС, предоставленные IGS и его участвующими аналитическими центрами. Это особенно верно, если измерения фазы несущей используются вместо или в качестве дополнения к измерениям псевдодальности. Сочетание надлежащим образом взвешенных измерений GPS и ГЛОНАСС оказалось полезным с точки зрения доступности, точности и эффективности, особенно для высокоточного позиционирования, выполняемого с использованием кинематического подхода в реальном времени или RTK-подхода.Кроме того, метод точного позиционирования точки (PPP), основанный на реальном времени или последующей обработке двухчастотных измерений фазы несущей с точными спутниковыми эфемеридами и тактовыми данными, продемонстрировал, что кинематическая точность на уровне дециметра возможна с использованием данных ГЛОНАСС или Данные ГЛОНАСС в сочетании с данными GPS. ГЛОНАСС-статические решения PPP за 24 часа достигли точности на миллиметровом уровне.

пользователей. Первоначальное использование ГЛОНАСС гражданскими и военными пользователями в бывшем Советском Союзе, а затем в России, не говоря уже за пределами России, было минимальным.Опытные приемники только для ГЛОНАСС были разработаны для военных, а зарубежные приемники GPS / ГЛОНАСС были разработаны несколькими производителями для научных и других передовых применений. В 1998 году IGS добавила в свою сеть набор приемников, отслеживающих ГЛОНАСС, и с тех пор постоянно увеличивает число таких приемников. Однако потребительское использование ГЛОНАСС как в России, так и за ее пределами только недавно началось с разработки только для ГЛОНАСС и комбинированных чипсетов GPS / ГЛОНАСС. Такие наборы микросхем в настоящее время используются во многих мобильных телефонах и в портативных приемниках GNSS и транспортных средствах навигации.

НОВЫЙ И УЛУЧШЕННЫЙ

Как упоминалось ранее, спутники ГЛОНАСС-K1 включают в себя сигнал CDMA, сопровождающий традиционные сигналы FDMA на новой частоте L3 1202,025 МГц. Частота дискретизации кода диапазона для сигнала CDMA составляет 10,23 мегапикселя в секунду с периодом 1 миллисекунда. Он модулируется на несущей с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK), с синфазным каналом данных и квадратурным пилотным каналом. Набор возможных кодов ранжирования состоит из 31 усеченной последовательности Касами.(Последовательности Касами, представленные Тадао Касами, известным японским теоретиком информации, представляют собой двоичные последовательности длиной 2m - 1, где m - четное целое число. Эти последовательности имеют хорошие значения взаимной корреляции, приближающиеся к теоретической нижней границе. Коды Голда, используемые в GPS являются частным случаем кодов Касами.) Полная длина этих последовательностей составляет 214 - 1 = 16 383 символа, но код ранжирования усекается до длины N = 10 230 с периодом 1 миллисекунда.

Соответствующие символы навигационного сообщения передаются со скоростью 100 бит в секунду с помощью сверточного кодирования с половинной скоростью.Так называемый суперкадр навигационных сообщений (длительностью 2 минуты) будет состоять из 8 навигационных кадров (NF) для 24 обычных спутников на первом этапе модернизации ГЛОНАСС и 10 NF (продолжительностью 2,5 минуты) для 30 спутников в будущем. Каждый NF (длиной 15 секунд) включает в себя 5 строк (по 3 секунды каждая). Каждый NF имеет полный набор эфемерид для текущего спутника и часть системного альманаха для трех спутников. Полный системный альманах транслируется в одном суперкадре.

Более легкие, не находящиеся под давлением спутники K1 оснащены двумя цезиевыми и двумя рубидиевыми AFS.Сообщается, что относительная суточная стабильность одной из АФС рубидия на спутнике K1 составляет 4 × 10-14. В результате SISRE для этого спутника составляет около 1 метра. Планы призывают добавить сигнал CDMA к L2 на будущих версиях спутников K1, названных K1 + (см. Ниже).

ГЛОНАСС-К2 Спутники. Эти спутники будут тяжелее спутников K1 и K1 + с более широкими возможностями, включая сигнал CDMA на частоте GPS / Galileo L1 / E1. МКС им. Решетнева сначала построит два спутника К2, а затем начнет массовое производство.Планировалось перейти на спутники К2 гораздо раньше, запустив только два спутника К1, которые сейчас находятся на орбите. Но, видимо, планы изменились из-за санкций, ограничивающих доставку радиационно-стойких электронных компонентов с Запада.

Теперь на МКС Решетнева будут построены еще девять спутников ГЛОНАСС-К1. Не ясно, сколько из них может быть из разновидности K1 +. Теперь спутники ГЛОНАСС-К1 станут спутниками перехода между существующими спутниками ГЛОНАСС-М (включая полдюжины или около того, которые были изготовлены и сохранены на земле для будущего запуска при необходимости) и будущими спутниками ГЛОНАСС-К2.

Один из первых спутников K2 будет принимать пассивный водородный мазер (PHM) AFS. PHM разрабатывался около десяти лет, и многолетние наземные испытания показали надежность и стабильность в течение одного дня 5 × 10-15. Ожидается, что будет способствовать будущей 0,3-метровой SISRE.

Согласно недавнему отчету, спутники ГЛОНАСС-К2 начнут летные испытания в 2018 году, а массовое производство спутников ГЛОНАСС-К2 начнется в сроки 2019–2020 годов.

Улучшенные сети слежения. Развитие SDCM и связанной с ним сети отслеживания уже упоминалось. Сетевые станции SDCM оснащены комбинированными двухчастотными приемниками GPS / ГЛОНАСС, атомными часами с водородным мазером и прямыми линиями связи для передачи данных в режиме реального времени. Как упоминалось ранее, власти ГЛОНАСС рассматривают вопрос о том, может ли дополнительное использование станций SDCM для определения орбиты и часов ГЛОНАСС значительно повысить точность данных вещания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

GPS, самая старая GNSS, продолжает модернизироваться и скоро запустит первый спутник Block III или GPS III.Спутники Block IIR-M и Block IIF уже передают новые сигналы. Galileo запускает современные спутники с самого начала, и BeiDou собирается начать запуск оперативной версии своих спутников BeiDou-3. ГЛОНАСС не стоит превзойти. Он предоставил полезные услуги определения местоположения, навигации и синхронизации, по крайней мере, с 1996 года. Хотя порой уровень обслуживания упал ниже приемлемого уровня, теперь он является надежной системой и, с объявленными улучшениями, будет претендентом в будущем мире GNSS.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЧТЕНИЕ

«Обновление программы ГЛОНАСС» И. Ревнивых, представленное на 11-м заседании Международного комитета по глобальным навигационным спутниковым системам, Сочи, Россия, 6–11 ноября 2016 г.

  • Углубленное описание ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС» С. Ревнивых, А. Болкунова, А. Сердюкова и О. Монтенбрюка, глава 8 в Справочник Springer по глобальным навигационным спутниковым системам , отредактированный P.J.G. Теуниссен и О.Монтенбрюк, опубликовано Springer International Publishing AG, Cham, Швейцария, 2017.

  • Официальные сайты ГЛОНАСС

Информационно-аналитический центр позиционирования, навигации и синхронизации

Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга

  • Документы интерфейса управления ГЛОНАСС

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 , издание 5.1, Российский институт космического приборостроения, Москва, 2008.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, Общее описание системы кодового множественного доступа с разделением кодов , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС , навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением в полосе частот L1 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением каналов в полосе частот L2 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС , навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением в полосе частот L3 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Система управления интерфейсом дифференциальной коррекции и мониторинга Документ, радиосигналы и цифровая структура данных глобальной системы увеличения ГЛОНАСС, Система дифференциальной коррекции и мониторинга, издание , ОАО «Российские космические системы», Москва, 2012.

  • Ранее GPS World Статьи о ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС: разработка стратегий на будущее» Ю. Урличича, В. Субботина, Г. Ступака, В. Дворкина, А. Поваляева и С. Карутина в GPS World , Vol. 22, № 4, апрель 2011 г., с. 42–49.

«GPS, ГЛОНАСС и многое другое: обработка множества созвездий в международной службе GNSS» Т. Спрингера и Р. Дача в GPS World , Vol. 21, № 6, июнь 2010 г., стр. 48–58.

«Будущее уже сейчас: GPS + ГЛОНАСС + SBAS = GNSS» Л. Ваннингера в GPS World , Vol. 19, № 7, июль 2008 г., с. 42–48.

«ГЛОНАСС: обзор и обновление» Р. Лэнгли в GPS World , Vol. 8, No. 7, July 1997, pp. 46–50. Исправление: GPS World , Vol. 8, № 9, сентябрь 1997 г., с. 71. Доступно на линии:

«ГЛОНАСС Космический корабль» Н.Л. Джонсон в GPS World , Vol. 5, № 11, ноябрь 1994 г., стр. 51–58.

,

Смотрите также

Автопрофи, г. Екатеринбург, ул. Таватуйская, 20.