Предмет и задачи космической навигации (стр. 8 )

- самая подходящая технология базируется на микроволновых, однопутных измерениях дальностей. Это также удовлетворяет требованиям для всепогодных, круглосуточных измерений, а также требованиям военных о недопущении несанкционированного использования врагом.

Спутниковые системы будут иметь важное применение для пользователей, поскольку:

- положения будут определяться в трех измерениях,

- искусственное разделение действий по плановому и высотному позиционированию больше не будет иметь значения,

- проект методики по определению положения больше не будет основываться на предыдущем представлении о «геометрии» наземной сети,

- координаты орбитальных контрольных станций должны быть легко доступными пользователям. Это делается наиболее подходящим образом через передачу эфемерид спутников с самими сигналами.

2.7 СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Приведем некоторые характеристики о спутниковых системах позиционирования, прошлых, действующих и планируемых.

2.1.7  2.7.1 Доплеровская система TRANSIT

История TRANSIT начинается со старта космических запусков (4 октября 1957 года). Когда в СССР был запущен Первый спутник, то доплеровское смещение сигналов было использовано для определения орбиты спутника. Впоследствии метод был реализован в обратном порядке таким образом, что, если орбита была известна, то положение приемника можно было определить [Misra and Eng 2001]. Навигационные системы первого поколения, построенные на базе низкоорбитальных спутников, разрабатывались и вводились в строй в 60–70 гг. В США была разработана система навигации для ВМС под названием NNSS (Navy Navigation Satellite System), впоследствии получила наименование TRANSIT. В ее состав входили спутники типа Oscar и Nova.

Рис. 2.18. Конфигурация доплеровской спутниковой системы позиционирования TRANSIT (пять спутников на полярных орбитах).

Разработка системы TRANSIT началась в 1959 г., первый спутник был запущен в 1961 г. Система стала пригодна для военного использования с 1964 г. и была реализована для гражданского использования с 1967 г. Спутники ведут передачи на двух частотах (400 и 150 МГц), с фазовой модуляцией навигационных сообщений. Система в рабочем состоянии имеет небольшое количество спутников (4-6) на полярных орбитах с высотой около 1075 км и периодом обращения 107 минут (рис. 1.18), что подразумевает непродолжительное время прохождения в зоне видимости пункта (обычно в пределах 15 минут). Точность вычисления координат источника в системах первого поколения в большой степени зависит от погрешности определения скорости источника. Так, если скорость объекта определена с погрешностью 0,5 м, то это в свою очередь приведёт к ошибке определения координат в 500 м. Для неподвижного объекта эта величина уменьшается до 50 м. Для геодезического использования этой системы были разработаны малогабаритные приемники GEOCEIVER, позволяющие определять координаты с субметровой точностью. С помощью этой системы, в частности, в СССР и затем в России в 1984–1993 гг. была создана доплеровская геодезическая сеть.

Система вышла из применения в 1996 г.

2.7.2 Доплеровская система Цикада

Разработки системы ЦИКАДА (другое название «Надежда») начались в СССР в 1963 г. В 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

СРНС «Цикада-М» - это низкоорбитальная, глобальная, доплеровская система, предназначенная для навигационного обеспечения военных морских потребителей ВМС России. С 1990 г. система открыта для использования гражданскими потребителями. Система ограниченно применяется в целях топогеодезической привязки объектов. Прекращение работы системы «Цикада-М» в 1997 г.

Состав системы «Цикада-М» - 6 космических аппаратов (КА), находящихся на круговых орбитах на высоте 1000 км с углом наклонения 83°.
Оборудование наземных средств контроля и управления выработало технический ресурс, а ряд элементов аппаратуры космических аппаратов снят с производства.
КРНС «Цикада» аналогична системе «Цикада-М». В состав системы входят 4 КА, что позволяет при совместном применении сократить дискретность обсерваций.

2.1.8  2.7.3 Система ARGOS

2.1.9  ARGOS - еще одна спутниковая система, которая использует Доплеровский принцип позиционирования. ARGOS коммерческий проект Французского Национального Центра Космических исследований (CNES), НАСА и Американского Национального Управления по Океанам и Атмосфере (NOAA) и была впервые запущена в 1978 г. Передатчиками управляются пользователи с различных «платформ» (буи, отслеживаемые животные, радиозонды и т. д.), а спутники действуют как приемники (один из двух - Американский метеоспутник TIROS). CNES вычисляет положение и скорость платформ, передает информацию (и счет!) пользователю. Другие такие системы для «подписчиков» включает в себя системы поиска и спасения COSPAS-SARSAT и GEOSTAR. Важное различие состоит в том, что ARGOS по существу спутниковая система слежения, тогда как многие другие системы ( включая GPS) - системы самоуправления.

2.7.4 Система Галилео

Европейская спутниковая радионавигационная система Галилео разрабатывается по инициативе Европейского Союза и Европейского космического агентства (ЕКА). Галилео должна полностью войти в строй в 2008 г. в результате объединения усилий членов Европейского союза. В проекте предусматривается создание глобальной системы под гражданским управлением. Система должна включать глобальный (космический), региональный и локальный компоненты, а также приемники пользователей и терминалы.

Космический сегмент состоит из 30 спутников, распределенных в трех орбитальных плоскостях с наклонение 56°. Рассматриваются другие варианты созвездия Галилео, в частности, с использованием нескольких геостационарных спутников. Высота полета 23616 км, период обращения 14 ч. 04 мин. В запуске планируется выводить от двух до восьми спутников, в зависимости от возможностей ракеты и потребностей группировки. В качестве средств запуска возможно использование ракет-носителей Ариан, Протон и Союз. В космический сегмент входят два Центра контроля, размещаемые в Западной Европе, станции передачи данных и станции мониторинга. Региональный и локальный сегменты представляют инфраструктуру широкозонной и локальной дифференциальных подсистем.

Спутники системы Галилео будут транслировать на четырех несущих частотах, промодулированных пятью различными сигналами. Планируется более высокая тактовая частота сигналов, чем в системах GPS и ГЛОНАСС. Это обеспечит более высокую потенциальную точность измерения псевдодальностей и скорость передачи навигационной информации.

Галилео будет обеспечивать метровую точность измерения расстояний. Дополнительно прогнозируется высокий уровень целостности положения. В случае аномалии сигнала или неправильного функционирования системы будет выпускаться предупреждение о возможной ошибке позиционирования.

Галилео будет повышать безопасность и эффективность наземного, морского и воздушного транспорта. Применения предусматривают отслеживание парков дорожных средств, посадку самолетов в безопасных условиях и навигация средств по назначенным маршрутам.

Для высокоточных применений, таких как геодезия, должны разрешаться целые неоднозначности несущих волн. Взаимодействия GPS-Galileo-ГЛОНАСС будут взаимно уменьшать вероятность неудачи этого процесса.

Совместно с системами GPS и ГЛОНАСС Галилео должна образовать Глобальную навигационную спутниковую систему (ГНСС). Ее компоненты будут независимыми, но совместимыми и взаимодействующими системами, обеспечивающими для многих применений наилучшие характеристики обслуживания.

2.7.5 Система Бэйдоу

Были опубликованы сообщения о двух событиях в области высокоточного спутникового позиционирования. Во-первых, китайская национальная система позиционирования на базе геостационарных спутников «Бэйдоу» с успешным запуском третьего из них стала способна обеспечивать пользователей данными об их положении в трех измерениях (широта, долгота, высота).

Система Бэйдоу (Beidou, английский эквивалент – «Big Dipper» - Большой ковш) является спутниковым компонентом независимой китайской спутниковой системой навишации и позиционирования. Запуск спутников планируется в течение , одновременно ведется разработка соответствующих систем для применения системы. Конечный результат – своя индустрия для спутниковой навигации и позиционирования. Система начала разрабатываться с 1983 г., когда было предложено разработать свою систему из двух спутников на геостационарных орбитах. В 2000 г. был произведен запуск двух экспериментальных спутников. Окончательное созвездие Бэйдоу должно состоять из четырех спутников на геосинхронных орбитах, двух действующих и двух запасных.

Масса спутников 2200 кг, в том числе топлива 1100 кг. Орбита близка к круговой с радиусом 35800 км (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Информация о спутниках навигационной системе Бэйдоу.

Название	Дата запуска	Долгота подспутниковой точки	Наклонение (градусы)
Beidou 1A	30 октября 2000 г.	140.05° E	0.1
Beidou 1B	20 декабря 2000 г.	80.39° E	0.0
Beidou 2A	24 мая 2003 г.		0.3

2.7.6 Системы GPS, ГЛОНАСС, ГНСС

Американская система GPS и российская ГЛОНАСС являются навигационными системами второго поколения. Они пришли на смену системам Transit и Цикада. Эти системы изначально были предназначены преимущественно для военных целей. Для гражданского использования предназначался один сигнал стандартной точности. Краткая информация о системах дается в таблице 2.3, подробное описание систем дается в главе 5.

Таблица 2.3. Сравнение параметров систем GPS и ГЛОНАСС

Характеристики систем	ГЛОНАСС	GPS
Номинальное число спутников	24	24
Ракета носитель	Протон K/ДМ-2	Delta 2-7925
Число спутников в запуске	3 (иногда 2)	1
Космодром	Байконур, Казахстан	Мыс Канаверал, США
Число орбитальных плоскостей	3	6
Наклонение орбиты	64.8°	55°
Высота над поверхностью Земли	19,130 км	20,180 км
Период обращения	11:15:40	11:58:00
Система координат	ПЗ-90	WGS-84
Система времени	UTC (Russia)	UTC(USNO)
Разделение сигналов	FDMA	CDMA
Несущие частоты	L1	160MГц (1598МГц с 2005 г.)	1575.42 МГц
L2	7/9 L1	60/77 L1

ГНСС – глобальная навигационная спутниковая система для определения координат, скорости и времени, разрабатываемая на международной основе для гражданских целей с целью замены GPS и ГЛОНАСС. Ожидается, что она будет совместима с системами GPS и ГЛОНАСС, и, по крайней мере, на начальном этапе будет использовать их сигналы.

Международная организация гражданской авиации и Международная организация по морскому судоходству приняли GPS и ГЛОНАСС как ядро международной гражданской возможности в спутниковой навигации, известной как Глобальная навигационная спутниковая система или ГНСС (GNSS). Объединенная система GPS-Галилео иногда в литературе называется как GNSS-2.

Польза от спутниковой навигации огромна. Например, авиационное сообщество предвидит, что это будет также значительно, как появление реактивного двигателя.

GPS cтатьи

2.1.9.1  Путевые точки, маршруты, треки. Основы GPS навигации Путевые точки ( waypoints) Путевые точки служат для идентификации расположения различного рода мест, интересных для пользователя. Это могут быть и физические объекты, и адреса, и просто точки на карте. С помощью путевых точек, пользователь может отметить любимые места рыбалки, удобное место для стоянки, источники питьевой воды и т. п. При планировании путешествий, путевые точки выступают как ключевые отметки маршрута, связанные с изменением направления движения, местами ночевок и переправ, культурными и природными памятниками, которые необходимо посетить. Современные приемники могут хранить до 500 и более путевых точек. Существует большое количество компьютерных программ, позволяющих скачивать точки из навигаторов и сохранять их диске. В Интернете имеются сайты, содержащих большое количество точек, отсортированных по категориям, доступных пользователю Более того, большинство навигаторов содержат встроенную базу «интересных» точек (POI – point of interest). Количество точек в базе может достигать несколько тысяч, существуют фирменные программы для их обновления, но они недоступны пользователю для редактирования. Хранятся они в отдельной памяти навигатора. Ввод путевой точки в навигаторе может осуществляться несколькими способами: Вводом точных значений координат. В этом случае, пользователю необходимо знать не только точные координаты, но и название датума в котором эти координаты представлены. Несовпадение датумов может привести к отклонению истинных значений координат точки от введенных на большое расстояние, от нескольких сотен метров до нескольких километров. При необходимости требуется выполнить приведение значений датумов в навигаторе и вводимой точки к единому значению Ввод относительно известной точки. Если точные координаты точки неизвестны, но известно ее направление и расстояние относительно некой опорной точки, то может использовать данный метод. При этом опорная точка должна быть сохранена в навигаторе ранее. Ввод точки на карте. Метод применим в приемниках с картографической поддержкой. С помощью курсора на экране карты выбирается место планируемой точки и осуществляется ввод. Точность метода зависит о точности позиционирования курсора, точности привязки используемой карты и масштаба отображения карты. Ввод текущего местоположения. Путевая точка сохраняется с координатами текущего местоположения навигатора. Учитывая, что определение позиции происходит с некоторой ошибкой, величина которой может достигать нескольких метров, координаты точки будут не точны. Для повышения точности координаты точки, используется специальный режим усреднения, которые вычисляет среднее значение координат за определенный интервал наблюдения. Интервал устанавливается пользователем и может достигать нескольких минут. Все это время пользователь должен находиться в одной точке. Загрузка из компьютера. Наиболее удобный и популярный среди пользователей способ загрузки точек при планировании поездок. В качестве источников, могут использоваться библиотеки точек в Интернете, обмен с другими пользователями, либо ранее сохраненные на компьютере точки с прошлых поездок. Для создания новых точек используются популярные программы типа Ozi Explorer с удобным интерфейсом и большим набором разнообразных полезны функций. Каждая путевая точка в момент создания автоматически получает имя. В большинстве случаев это обычный трехзначный номер, последовательно увеличивающийся при создании очередной точки (0Пользователь может изменить это поле, дав точке более понятное и удобное для дальнейшего использования имя. В зависимости от модели навигатора, это поле может содержать от 6 до 10 символов. Для более полного описания точки, существует отдельное поле, в которое можно ввести от 50 символов. Но все-таки, наиболее важная роль при описании свойства путевой точки, отводится символу, с помощью которой она отображается на карте. Навигаторы содержат большие библиотеки символов, с помощью которых можно наиболее точно охарактеризовать точку. Существуют символы с изображением домов, машин, яхт, коробок, заправок, черепов, тайников и т. п. Современные модели приемников позволяют обновлять и редактировать эти библиотеки Стоит отметить, что большинство моделей автомобильных навигаторов не поддерживают функцию «путевые точки» в вышеописанном виде. Учитывая что весь принцип действия таких навигаторов основан на использовании информации дорожной сети, то все создаваемые путевые точки являются объектами этой сети. Можно ввести точку привязанную к дому, адресу, развязке, но нельзя создать точку «в чистом поле». Это особенность необходимо учесть, если выбирать навигатор для «активного» туризма. Маршруты Маршруты являются  последовательными наборами путевых точек, характеризующих «ключевые» участки пути. Обычно, в современных приемника, максимальное количество точек в маршруте не превышает 50-и, а общее количество маршрутов – 20. Есть приемники, которые поддерживают только 1 маршрут. В качестве точек маршрута, могут выступать также точки POI Сопровождение по маршруту аналогично функции «goto», использующейся при работе с обычными путевыми точками. Только в этом случае, навигационный приемник сам, автоматически, переключает навигацию к очередной точке маршрута при достижении предыдущей. Фактически, ничто не мешает пользователю отказаться маршрутных функций, сразу определить конечную точку и двигаться к ней в соответствии со стрелкой навигатора. Это удобно, если на пути нет никаких препятствий и можно сохранять прямолинейность движения до точки. В этом случае, такие информационные параметры, как «время прибытия», «расстояние до точки» и т. п. будут соответствовать действительности. Но такая ситуация возможно только при движении по воздуху или перемещениях пешком. Ито, в самых идеальных условиях. На самом деле, реальная навигация намного сложнее. Пользователь, имея информацию о конечной точке, самостоятельно выбирает путь. Если движение происходит на автомобиле, то в учет берутся дорожная сеть, правила движения, знаки, разметка и возможные затруднения, связанные с авариями, пробками и дорожными работами. Поэтому двигаться по стрелки, четко указывающей на стену ближайшего здания просто невозможно. И вся статистическая информация об оставшемся пути до точки, тоже будет неверной. Маршрут, который состоит из набора участков пути между путевыми точками, предоставляет более достоверную информацию. Точность маршрута во многом определяется количеством путевых точек из которых он создан. Имеется несколько способов создания маршрутов. Автоматическая генерация. Наиболее удобный и эффективный способ, реализованный в  большинстве современных моделей навигаторов. Достаточно определить конечную точку, и навигатор самостоятельно просчитает маршрут с учетом дорожных знаков, разметки и правил движения. Для использования этого способа недостаточно использовать навигатор поддерживающий функцию автороутинга, необходимы также карты, которые содержат всю необходимую дорожную информацию. Пользователь сам может выбрать предпочтительный для генерации тип маршрута – кратчайший, экономичный, либо самый быстрый. Использование сохраненного трека. Простой способ, в котором для генерации маршрута используется ранее записанный и сохраненный в приемнике трек. Чтобы воспользоваться этим способом, необходимо предварительно проехать нужный путь, и затем конвертировать трек в маршрут с помощью функции возврата - «trackback». Ручной ввод точек маршрута на карте. Добавление точек в маршрут осуществляется простым выбором  места на карта. При выборе очередного места, автоматически создается путевая точка и добавляется в маршрут. В качестве названия точки используется уникальный идентификационный номер, который в последующем можно изменить, присвоив более подходящее и понятное имя. Последовательность путевых точек. При создании маршрута используются созданные ранее путевые точки. Выбор может осуществляться либо из общего списка точек, либо с помощью страницы с изображением карты. Пользователь может изменять последовательность точек в маршруте, либо добавлять/удалять их в списке. Загрузка из компьютера. Учитывая, что маршрут фактически является последовательной совокупностью путевый точек, то его также можно сохранить на компьютере. Но стоит учесть, что маршрут сохраняется вместе с используемым набором путевых точек. Движение по маршруту осуществляется выбором нужного маршрута из списка, его инвертированием (при необходимости) и активизацией. После этого, вся навигационная информация отображаемая на экране, будет относится к начальной точке маршрута. Когда точка будет достигнута, навигатор автоматически «переключится» на следующую точку из списка маршрута. Настройки приемников, позволяют пользователю устанавливать «предупреждающие» сигналы связанные с приближением к очередной точке маршрута. Это могут быть звуковые или голосовые сообщения которые выдает приемник за некоторое расстояние или за некоторое оценочное время, оставшееся до точки. Время оценивается с учетом текущей средней скорости. В современных навигаторах, с автоматической прокладкой маршрутов, масштаб карты может автоматически увеличиться, чтобы отразить все особенности дорожного движения и облегчить маневры водителю. После того, как точка будет пройдена, масштаб карты восстанавливается.  Треки Треки являются последовательностью точек, полностью отражающей пройденный путь. При этом не стоит путать точки трека и путевые точки. Это разные объекты, имеющие разное предназначение и разные атрибуты. Точки трека содержат информацию о текущих координатах и времени. Некоторые модели также включают в описание точки значение высоты. Скорость подсчитывается по данными координат соседних точек и разницы во времени записи. Записанные треки могут быть сохранены на компьютере и точно отобразить пройденный путь, либо с помощью функции «trackback» помочь пользователю вернуться в начало своего пути, почти что «след в след». Чем больше точек может быть сохранено в треке, тем точнее будет представлен пройденный путь. Современные приемники содержат до 5000 точек в треке. Трек может быть сохранен, но при этом его детализация существенно ухудшается. Мало того, что для сохраненный трек не может содержать более 256 точек, атрибуты точек содержат только информацию о координатах. Время и высота не сохраняются. Треки являются непрерывной последовательность точек пути. И если приемник был на некоторое время выключен и затем включен в абсолютно другом месте, то трек «честно» соединит две соседние точки в единый путь, даже если расстояние между ними составляет сотни километров. Это является особенностью записи треков, и если пользователь планирует использовать в последующем данные треков, то их надо вовремя преобразовывать в «сохраненные» треки. В простых моделях навигаторов, запись треков осуществляется автоматически и не доступна для конфигурации пользователю. Трек пишется всегда. При заполнении памяти, «новые» данные циклически записываются поверх «старых». Более современные и функциональные модели предоставляют пользователю несколько режимов записи: OFF – данные трека не пишутся. Этот режим автоматически включается, когда в приемник загружается трек из компьютера. WRAP – постоянная запись трека. При заполнении памяти «новые» данные затирают «старые» FILL – остановка записи при заполнении памяти. Когда в памяти не осталось свободного места, на экране отображается соответствующее предупреждающее сообщение Дополнительно, в некоторых моделях пользователи имеют также возможность управлять частотой записи трека. Автоматический. Интеллектуальный режим, в котором запись соседних точек осуществляется только в случае изменении прямолинейного движения на участке более 25 метров (для некоторых моделей 50 м), либо при значительном изменении скорости. Такой режим позволяет более оптимально использовать память, выделенную для треков, но не позволяет точно оценить на сколько времени ее хватит. В зависимости от характера движения 1000 точек может описывать путь от 40 до 400 км. По расстоянию. Точки трека записываются каждые N метров пути. По времени. Запись осуществляется с установленным временным шагом. В этом режиме можно точно рассчитать время на которое хватит памяти, то точность представления пути в этом случае может значительно пострадать. В любом случае, на экране навигатора отображается индикатор памяти трека, процентное заполнение которого соответствует размеру оставшейся свободной памяти. Если планируется в дальнейшем использовать записанный трек, то рекомендуется вначале полностью освободить память от предыдущих записей, установить режим, который наиболее соответствует характеру маршрута и стилю вождения, и по прибытию в конечную точку пути, сохранить данные на компьютер. 2.1.9.1.1  Связанные статьи: GPS навигация Все права на статью принадлежат GPSportal (c) При перепечатке материала ссылка и гиперссылка на www. ***** обязательна ! Правки по тексту допускаются только при согласовании с GPSportal

2.1.9.2  Что такое GPS?

Введение Спутниковая навигационная система GPS была изначально разработана США для использования в военных целях. Другое известное название системы – «NAVSTAR».  Ставшее уже нарицательным название «GPS» является сокращением от Global Positioning System, которое переводится, как Глобальная Навигационная Система. Это название полностью характеризуется предназначение системы – обеспечение навигации на всей территории Земного шара. Не только на суше, но и на море и в воздухе. Используя навигационные сигналы системы GPS, любой пользователь может определить свое текущее местоположение с высокой точностью. Такая точность, во многом, стала возможной благодаря шагам Американского правительства, которое в 2000 году сделало систему GPS доступной и открытой для гражданских пользователей. Напомним, что ранее с помощью специального режима избирательного доступа (SA – Selective Availability) в передаваемый сигнал вносились искажения, снижающие точность позиционирования до 70-100 метров. С 1 мая  2000 года, этот режим был отключен и точность повысилась до 3-10 метров. Фактически, это событие дало мощный импульс для развития бытовой навигационной GPS аппаратуры, снижению ее стоимости, и активной ее популяризации среди обычных пользователей. На текущий момент, GPS приемники разных типов активно применяются во всех областях человеческой деятельности, начиная от обычной навигации, заканчивая  персональным контролем и увлекательными играми, типа « Geocaching ». По результатам многих исследований, использование навигационных GPS систем дает большой экономический эффект для мировой экономики и экологии – повышается безопасность движения, улучшается дорожная ситуация,  уменьшается расход топлива, снижается количество вредных выбросов в атмосферу. Растущая зависимость европейской экономики от системы GPS, и, как следствие, от администрации США, вынудила Европу начать разработку собственной навигационной системы – Galilleo. Новая система во многом похожа на систему GPS. Состав системы GPS Космический сегмент Космический сегмент системы GPS состоит из орбитальной группировки спутников, излучающих навигационные сигналы. Спутники расположены на 6-и орбитах на высоте около 20000 км. Период обращения спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c. Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два полных оборота вокруг Земли. Первый спутник был запущен в феврале 1978 года. Его размер с раскрытыми солнечными батареями равнялся 5 метрам, а вес – более 900 кг. Это был спутник первой модификации GPS-I. За последние 30 лет, на орбите сменилось несколько модификаций GPS спутников: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. В процессе модернизации снижался вес спутников, улучшалось стабильность бортовых часов, повышалась надежность.   GPS спутники передают три навигационных сигнала на двух частотах L1 и L2. «Гражданский» сигнал C/A, передаваемый на частоте L1 (1575.42 МГц), доступен всем пользователям, и обеспечивает точность позиционирования 3-10 метров. Высокоточный «военный» P-код, передается на частотах L1 и L2 (1227.60 МГц) и его точность на порядок выше «гражданского» сигнала. Использование сигнала, передаваемого на двух разных частотах, позволяет также частично компенсировать ионосферные задержки. В последней модификации спутников «GPS IIR-М» реализован новый «гражданский» сигнал L2C, призванный повысить точность GPS измерений. Идентификация навигационных сигналов осуществляется по номеру, соответствующему «псевдошумовому коду» (PRN – pseudo-random noise), уникального для каждого спутника. В технической спецификации GPS системы изначально было заложено 32 кода. На этапе разработки системы и начальном периоде ее эксплуатации, планировалось, что количество рабочих спутников не будет превышать 24-х. Свободные коды выделялись для новых GPS спутников, находящихся на этапе ввода в эксплуатацию. И этого количества было достаточно для нормального функционирования системы. Но в настоящее время, на орбите находится уже 32 спутника, из которых 31 функционирует в рабочем режиме , передавая навигационный сигнал на Землю. «Избыточность» спутников позволяет обеспечить пользователю вычисление позиции в условиях, где «видимость» неба ограничена высотными зданиями, деревьями или горами. Наземный сегмент Наземный сегмент системы GPS состоит из 5-и контрольных станций и главной станции управления, расположенных на военных базах США – на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане и в Колорадо-Спрингс. В задачи станций мониторинга входит прием и измерение навигационных сигналов поступающих с GPS спутников, вычисление различного рода ошибок и передача этих данных на станцию управления. Совместная обработка полученных данных позволяет вычислить отклонение траекторий спутников от заданных орбит, временные сдвиги бортовых часов и ошибки в навигационных сообщениях. Мониторинг состояния GPS спутников происходит практически непрерывно. «Загрузка» навигационных данных, состоящих из прогнозируемых орбит и поправок часов для каждого из спутников, осуществляется каждые 24 часа, в момент, когда он находится в зоне доступа станции управления. В дополнение к наземным GPS станциям существует несколько частных и государственных сетей слежения, которые выполняют измерения навигационных GPS сигналов для уточнения параметров атмосферы и траекторий движения спутников. Аппаратура пользователей Под аппаратурой пользователя подразумевают навигационные приемники, которые используют сигнал со спутников GPS для вычисления текущей позиции, скорости и времени. Пользовательскую аппаратуру можно разделить на «бытовую» и «профессиональную». Во многом этом разделение условное, так как иногда достаточно трудно определить, к какой категории следует отнести GPS приемник и какие критерии при этом использовать. Есть целых класс GPS навигаторов, использующихся в пеших походах, автомобильных путешествиях, на рыбалке и т. п. Есть авиационные и морские навигационные системы, которые зачастую входят в состав сложных навигационных комплексов. В последнее время широкое распространение получили GPS чипы, которые интегрируются в КПК, телефоны и другие мобильные устройства. Поэтому в навигации большее распространение получило деление GPS приемников на «кодовые» и «фазовые». В первом случае, для вычисления позиции используется информация, передаваемая в навигационных сообщениях. К этой категории относится большинство недорогих GPS навигаторов, стоимостью долларов. Вторая категория навигационных GPS приемников использует не только данные, содержащиеся в навигационных сообщениях, но и фазу несущего сигнала. В большинстве случаев это дорогостоящие одно - и двухчастотные (L1 и L2) геодезические приемники, способные вычислять позицию с относительной точностью в несколько сантиметров и даже миллиметров. Такая точность достигается в RTK режиме, при совместной обработке измерений GPS приемника и данных базовой станции. Стоимость таких устройств может составлять десятки тысяч долларов. Принцип действия GPS Принцип действия спутниковой GPS навигации основан на определении расстояния от текущего положения до группы спутников. Точное местоположение GPS спутников известно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей. Расстояние до спутников определяется простым уравнением  R = t * c, где t –время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с – постоянная величина, равная скорости света. Соответственно, зная время, за которое сигнал дошел от спутника до GPS приемника и, умножив ее на скорость света, можно определить расстояние. Чтобы определить момент, в который сигнал был «отправлен» со спутника, навигационное сообщение модулируется «псевдошумовым» PRN-кодом, соответствующим номеру спутника. Аналогичная последовательность генерируется в GPS приемнике в строгой временной синхронизации с кодом спутника. Принятый со спутника код сравнивается с кодом приемника, и определяется «как давно» в приемнике была сгенерирована схожая последовательность. Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Преимуществом кодовых посылок является то, что измерения временного сдвига могут быть проведены в любой момент времени. Стоит отметить, что для точного вычисления расстояния часы GPS приемника и GPS спутника должны быть синхронизированы с высокой точностью. Потому что отличие даже в несколько микросекунд приводят к ошибке в несколько десятков километров, а это в свою очередь вносит погрешность в вычисление позиции. Но если на GPS спутниках установлены атомные часы, имеющие очень высокую точность и стоимость которых составляет несколько сотен тысяч долларов, то в обычных GPS навигаторах использование таких дорогих источников частоты просто невозможно. В GPS навигаторах используются недорогие кварцевые генераторы, которые имеют существенно меньшую точность. Поэтому для вычисления «уходов» кварца при решении навигационной задачи используются измерения 4-го спутника. Фактически, получается задача с 4-мя неизвестными – координатами X, Y, Z и временем T. Именно по этой причине измеренное расстояние до спутников называют «псевдодальностью», подразумевая, что оно содержит ошибку связанную с неточностью часов. В настоящее время, многоканальные GPS навигаторы одновременно отслеживают до 8-10 спутников, что позволяет быстро разрешить большинство неоднозначностей. Информацию о местоположении спутников GPS приемники получают из передаваемых в навигационных сообщений данных альманаха и эфемерид. Альманах содержит информацию о расположение спутников «на небе», что позволяет при очередном включении GPS прибора значительно сузить секторы поиска навигационного сигнала и уменьшить время его «захвата». Точные координаты спутников вычисляются на основании данных эфемерид. В отличие от альманаха, спутник передает только данные «своих» эфемерид, поэтому для его использования в подсчете позиции, GPS приемник должен получить полное навигационное сообщение. Ошибки передачи, связанные с «плохими» окружающими условиями, могут существенно увеличить время фиксации позиции. Наличие в памяти данных альманаха и эфемерид позволяет GPS приемнику определять позицию за 1-2 секунды. Этот режим называется «горячим» стартом Геометрический фактор определяет относительное расположение GPS приемника и спутников, используемых в подсчете позиции. Его величина влияет на точность определения позиции. Если все спутники расположены в одном направлении от GPS приемника, то площадь пересечения всех окружностей будет достаточно большой. Эта площадь характеризует величину неопределенности измерений, влияющих на точность подсчета позиции. В случае, когда спутники расположены «вокруг» GPS приемника, область пересечений окружностей и соответственно величина неопределенностей уменьшаются. Источники ошибок В действительности, на практике все выглядит несколько сложнее, чем в теории. Это объясняется влиянием на GPS измерения различного рода ошибок. Можно выделить три категории ошибок: Ошибки системы Ошибки связанны с распространением навигационного сигнала Ошибки приемной аппаратуры. Ошибки системы связаны точностью атомных часов спутников и соответствием реальной траектории спутников заданной орбите. Несмотря на то, что в каждом GPS спутнике используются высокоточные атомные часы, они тоже могут содержать ошибки и отклоняться от истинного значения системного эталона времени. Отклонение в 30 нс ведет к ошибке определения расстояния в 10 метров. Поэтому, все отклонения бортовых часов отслеживаются и их значения передаются в составе навигационных сообщений и учитываются GPS приемником в вычислениях позиции. Второй тип системных ошибок связан с неточностью передаваемых эфемерид. В математической модели учитываются множество факторов, влияющих на изменение траектории орбит GPS спутников, но небольшие ошибки все равно присутствуют Наиболее существенный вклад в навигационные измерения вносят ошибки, связанные с распространением сигнала атмосфере Земли, а именно в ионосферных и тропосферных ее слоях. Ионосфера Земли представляет собой слой заряженных частиц на высоте от 120 до 200 км. Эти частицы снижают скорость распространения сигнала, и, следовательно, увеличивают его время. Соответственно вносится ошибка в оценку расстояния от GPS приемника до спутника. Эти задержки могут быть смоделированы для разного времени суток, усреднены и внесены в измерения, но, к сожалению, эти модели не могут точно отобразить реальную ситуацию. После прохождения ионосферного слоя, навигационный сигнал попадает в тропосферный слой, в котором происходят все погодные явления и присутствуют водяные пары, также влияющее на скорость распространения сигнала. Для борьбы с ионосферными задержками используют дифференциальные метод определения позиции. Корректирующие поправки передаются  с помощью геостационарных спутников WAAS/EGNOS и позволяют повысить точность позиционирования до 1 метра. Листва деревьев, особенно после дождя, существенно ослабляет уровень принимаемого GPS приемником навигационного сигнала Ошибки многолучевости можно одновременно отнести и к категории ошибок, связанных с распространением навигационного GPS сигнала, и к ошибкам GPS приемника. Ошибка многолучевости связана с переотражением навигационного сигнала от близкорасположенных объектов – зданий, металлических конструкций, деревьев и т. п. В результате этого эффекта время распространения отраженного сигнала превышает время «прямого» сигнала. Если уровень переотраженного сигнала выше уровня «прямого» сигнала, то происходит ошибочный «захват», и в результате, вносится ошибка в вычисления расстояния до спутника. Ошибка приемной аппаратуры связана с «шумами» возникающими в радио-части GPS навигатора. Эти ошибки, во многом, определяются качеством используемой элементной базы GPS приемников. Заключение Правительство США не останавливается на достигнутых результатах и активно работает над ее развитием, повышением точности, надежности и доступности. Это во многом обусловлено растущей конкуренцией не только на потребительском рынке навигационных систем, но и среди мировых держав, которые не хотят упускать лидерство в космосе. Российское правительство прилагает большие усилия, чтобы восстановить работоспособность Глонасс. С большими сложностями, но все же, развивается европейская система Galilleo. В апреле был выведен на орбиту уже 5-й спутник китайской системы “Beidou”. Правительством США был разработан долгосрочный план развития системы GPS. В ближайшие несколько лет планируется вывод на орбиту новых модификации GPS спутников (GPS-IIF, GPS-III) с новыми военными и гражданскими сигналами  (L5, M, L1C). Существенному усовершенствованию подвергнется наземный сегмент системы.

2.1.9.2.1  Связанные статьи:

GPS навигация

Все права на статью принадлежат GPSportal (c) При перепечатке материала ссылка и гиперссылка на www. ***** обязательна! Правки по тексту допускаются только при согласовании с GPSportal

2.1.9.3  Время старта GPS навигатора. Данные альманаха и эфемерид

Время «старта» необходимое навигационному приемнику на определение позиции после включения, зависит от имеющейся в памяти начальной информации. Выделяются следующие режимы: «Холодный» старт («автопоиск») – время, позиция, альманах и эфемериды неизвестны «Теплый» старт – позиция и эфемериды неизвестны, время и альманах известны «Горячий» старт («перезахват») – альманах, эфемериды известны, время и позиция известны с некоторой ошибкой Навигационные сообщения передаваемые со спутников содержат два типа данных – эфемериды и альманах. Спутников. В альманахе передаются параметры орбиты, с помощью которых можно вычислить примерное местоположение спутников с достаточной большой степенью погрешностью. Альманах, хранящийся в памяти приемника, постоянно обновляется, т. к. каждый спутник передает данные альманаха для  всех спутников группировки. Время «жизни» альманаха составляет 2-3 месяца. Далее, величина накопленной ошибки в расчетах будет недопустимой. Данные эфемерид содержат параметры, позволяющие более точно вычислить текущее местоположение спутников. В отличие от альманаха, каждый из спутников передает, только свои собственные эфемериды. Время «жизни» эфемерид не превышает 4-6 часов. Информация данных эфемерид и альманаха, передаваемой со спутников, постоянно корректируется. Это происходит один раз (а при необходимости и более) в сутки. Сеть наземных станций, получает информацию со спутников, по аналогии с обычными пользователями, анализирует измерения, сравнивает их с опорными, рассчитывает корректирующие поправки и передает их на главную станцию, с которой осуществляется передача данных на спутники. «Холодный» старт приемника может быть связан не только с его длительным бездействием, но перемещением на большое расстояние в выключенном состоянии. Если первый случай связан  с устаревшим альманахом и ошибкой в определении текущего точного времени, то во втором случае приемник, не зная о своем перемещении, будет пытаться найти спутники, которых должны быть видимы на «старом» месте. Пользователь может «помочь» приемнику и уменьшить время «холодного» старта, указав на базовой карте, примерное «новое» местоположение. Во время «холодного» старта приемник сканирует весь диапазон возможных значений частот и временных задержек навигационных сигналов. При этом, в многоканальных приемниках, несколько каналов могут использоваться для поиска одного спутника, чтобы ускорить время его захвата. После того, как сигнал хотя бы от одного спутника будет получен и разобран, приемник будет иметь полную информацию об альманахе всей группировки и, по сути, перейдет к «теплому» старту При «теплом» старте, приемник, включенный после 6-и часов бездействия, начнет «поиск» сигналов спутников, используя значение текущего времени и данные, хранящегося в памяти, альманаха. Будет осуществляться поиск только тех спутников, которых, по теоретическим расчетам находятся в видимом полушарии и должны быть доступны  приемнику. Соответственно, известен достаточно узкий диапазон частот и временный задержек, который требуется просканировать в процессе поиска сигналов. Эта информация существенно ускоряет время захвата спутников, по сравнению с «холодным» стартом, когда поиск ведется на широком диапазоне всех возможных значений задержек и частот В приемниках «Garmin» для контроля текущего использования спутников существует страница «Satellites», на которой отображается информация о местоположении спутников и индикатор уровня сигнала. Когда спутник только захвачен, но еще не используется в подсчете позиции, этот индикатор имеет «прозрачный» вид. После того, как эфемериды полностью получены и декодированы, спутник может использоваться в подсчете позиции. Стоит отметить, что в момент включения, многоканальный приемника начинает поиск сигналов с нескольких спутников одновременно. Информация передаваемая со спутников привязана к единой шкале времени, содержит одинаковую структуру и достигает антенны приемника, примерно в одно и тоже время. Поэтому данные эфемерид, одновременно захваченных спутников, поступят в приемник почти что одновременно. Если количество таких спутников более или равняется трем, то это позволяет приемнику сразу же рассчитать позицию. В случае, когда сигналы блокируются высокими зданиями или густой листвой, то может потребоваться достаточно длительное время на определение позиции. Наличие полностью полученных эфемерид, не гарантирует использование этого спутник в подсчете позиции. Информация передаваемая в эфемеридах может быть неправильной, ошибочной, либо связанной с неисправностью в работе спутника. В это случае, индикатора «здоровья» передаваемых в данных эфемерид и альманаха, информирует приемник, что сигналы с этого спутника нельзя использовать в подсчете позиции. Это может быть связано не только с неисправностью спутника, но и диагностическими работами проводимыми на его борту, процессом ввода его в эксплуатацию или тестированием новых режимов,. «Горячий» старт связан с кратковременным выключением приемника (до 6-и часов) не требует длительного времени на определение позиции. Это объясняется тем, что полученные ранее эфемериды содержат «свежие» данные, используемые для определения точных координат спутников и могут использовать в вычислении позиции.  В случае включения прибора после порогового времени, эфемериды рассматриваются устаревшими и начинает действовать принцип «теплого» старта. Если на момент включения приемника видимыми остались менее 3-и спутников со «свежими» эфемеридами, то для определения позиции потребуется некоторое  время на сбор данных эфемерид нового спутника. Данные эфемерид передаются в составе трех пакетов. Каждый из пакетов содержит одинаковый временной идентификатор (IOD – issue of data) по которому можно объединить общую информацию. Информация эфемерид передаваемая со спутников каждые 30 секунд, изменяется раз в 2 часа, и содержит одинаковый на это время IOD. Если один из пакетов был пропущен, либо получен с ошибками, то можно выделить аналогичный пакет из следующего сообщения, проверить его идентификатор и не дожидаясь следующих пакетов, использовать его с ранее полученными. Это позволяет приемнику ускорить время «старта». Существует минимальное возможное время, необходимое приемнику на «старт», и это определяется структурой передаваемого сигнала со спутников. Производители навигационной аппаратуры, используя стандартные методы навигации, могут приблизиться к этому времени, но уменьшить его не смогут. Одним из методов, предназначенных для решения этой проблемы, является Assisted-GPS (A-GPS). Его принцип заключается в вычисление точного местоположения спутников без информации эфемерид, на получении которых требуется время. Вычисление осуществляется на использовании точных моделей орбит спутников, доступных через специальные Интернет - сервисы. С другой стороны, максимальное время «старта» может значительно превышать заявленное в технической спецификации на навигатор время. Это объясняется окружающими условиями, в которых происходит «захват» спутников и «старт» приемника. Если приемник находится в условиях сильной многолучевости вызванной густой листвой деревьев, или близкорасположенными зданиями, то навигационных сигнал подвергается внешнему воздействию, содержит ошибки и неправильно декодируется. В условиях городских «каньенов», когда над приемником «нависают» высокие здания и виден только небольшой сектор неба, количество спутников доступных для использования резко ограничивается. Более, того геометрический фактор этих спутников, являющийся одним из критериев точно определения позиции, сильно ухудшается. Все эти условия могут значительно увеличить время «старта» приемника.

2.1.9.3.1  Связанные статьи:

GPS навигация

Все права на статью принадлежат GPSportal (c) При перепечатке материала ссылка и гиперссылка на www. ***** обязательна! Правки по тексту допускаются только при согласовании с GPSportal

GPS cтатьи

2.1.9.4  Принципы государственной политики и перспективы развития системы «Глонасс». Международный форум по спутниковой навигации. (часть 1) Вступительное слово Ведущего Пленарное Заседание -  Заместитель Руководителя Роскосмоса В своем вступительном слове отметил, что сегодня все более необходимым и привычными является использование спутниковой навигации. Активно используется американская система GPS, развивается система Глонасс, ведутся разработки над новыми системами в Евросоюзе, Индии, Японии, Китае. Проводятся ежегодные конференции, выставки и саммиты. Российская система Глонасс вызывает все больший интерес как в нашей стране, так и за рубежом. Однако потребителе еще не полной мере осведомлены о планах развития системы. По поручению президента РФ, в январе 2006 была поставлена задача форсированного развития системы и обеспечения ее всестороннего использования в национальных и глобальных масштабах. Для решения поставленных задач, помимо организационных и технических мер проводится комплекс информационных мероприятий. Поэтому сегодня компания «Профи-Центр» при поддержке Правительства Москвы и Минсвязи России и Роскосмоса впервые организовала двухдневный международный форум по спутниковой навигации. Основная цель форума – информирование аудитории инновациям в области спутниковой навигации. Особое внимание будет уделяться системе Глонасс и разнообразными аспектом ее использования в России. Участники мероприятия получат подробную информацию о технологиях, услугах и абонентском оборудовании, созданных российскими и зарубежными производителями. Принципы государственной политики в отношении системы ГЛОНАСС, основные цели и задачи федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» - Руководитель Федерального космического агентства В своем докладе Н рассмотрел основные принципы государственной политики в отношении системы Глонасс, нормативно правовую базу, регулирующую эту область и рассказал о целях и задачах федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» Руководитель Роскосмоса перечислил основные принципы государственной политики: ГЛОНАСС –относится к критически важной государственной инфраструктуре, обеспечивающей национальную безопасность и экономическое развитие страны ГЛОНАСС – система двойного назначения Предоставление гражданских сигналов ГЛОНАСС на безвозмездной основе Открытый доступ к документации по структуре гражданских сигналов ГЛОНАСС для разработчиков навигационных приемников и систем на их основе Разработка и производство комбинированной аппаратуры ГЛОНАСС/GPS Обеспечение совместимости и взаимодополняемости ГЛОНАСС с системой GPS и будущей GALILEO Содействие развитию массового рынка навигационных услуг Обязательное оснащение российских государственных потребителей, использующих навигацию, приемниками  ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS и представил список основных документов, определяющие политику в отношении системы Глонасс и основные тезисы документов Распоряжение Президента, 18 февраля1999 г. № 38 рп. ГЛОНАСС - система двойного назначения Постановление Правительства, от 01.01.01 г. № 000. ГЛОНАСС – основа для международного сотрудничества в области спутниковой навигации Постановление Правительства Российской Федерации от 9 июня 2005 г № 000. Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS Поручение Президента от 01.01.01 г. Об обеспечении применения Глонасс не территории России и в глобальном масштабе Поручение Президента от 01.01.01 г. Об обеспечении массового производства навигационной аппаратуры потребителей и развитие рынка навигационных услуг Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» на период годы Решения совещания у председателя Военно-промышленной комиссии при Правительстве Российской Федерации от 01.01.01 г. и от 01.01.01 г. Об обеспечении ТТХ система на уровне зарубежных аналогов и создания условий для массового использования системы Глонасс физическими и юридическими лицами Основными целями программы «Глобальная навигационная система» являются дальнейшее развитие и эффективное использование системы в интересах социально-экономического развития страны и сохранение Россией лидирующих позиций в области спутниковой навигации. Основными задачами программы являются: Развитие и поддержание системы ГЛОНАСС: Создание функциональных дополнений глобальных навигационных спутниковых систем Комплексирование радиотехнических систем дальней навигации с системой ГЛОНАСС обеспечение выполнения международных обязательств и соглашений Российской Федерации в области спутниковой навигации, развитие международного сотрудничества в области спутниковой навигации развитие технологий координатно-временного и навигационного обеспечения Российской Федерации Развитие и поддержание системы Глонасс содержит список следующих подзадач: поддержание орбитальной группировки системы ГЛОНАСС на уровне, обеспечивающем ее применение в государственном и глобальном масштабах; создание космических аппаратов нового поколения; создание новых средств наземной космической инфраструктуры системы ГЛОНАСС; модернизация средств государственного эталона времени и частоты; модернизация средств определения параметров вращения Земли; создание системы геодезического обеспечения территории Российской Федерации с использованием системы ГЛОНАСС. Программа «Глобальная навигационная система» включает 5 подпрограмм. Обеспечение функционирования, развития и применения системы Глонасс , Результатом является развертывание орбитальной группировки из 18 КА в 2007 году и 24 КА в 2009 году с характеристиками, сопоставимыми с GPS Разработка, подготовка производства, изготовление навигационного оборудования для гражданских потребителей . Должно быть разработано более 30 образцов бортовых модулей и образцов навигационной аппаратуры для гражданских потребителей Внедрение и использование спутниковых навигационных систем в интересах транспорта. Должны быть созданы и внедрены системы для управления транспортом из которых на авиацию приходится 140 систем (700 воздушных судов), на Морфлот – 50 систем (5500 судов), на автотранспорт – 160 систем (24000 транспортных средства) Развитие геодезической системы РФ. Результатом является создание геодезической основы, соответствующей мировому уровню, и открытых цифровых навигационных карт для различных пользователей. Разработка навигационной аппаратуры для специальных потребителей.  Должно быть разработано более 30 образцов навигационной специальной аппаратуры Основные мероприятия, направленные на повышение характеристик системы Глонасс – Генеральный конструктор и Генеральный директор » В докладе было приведено современное состояние системы ГЛОНАСС и ее составных частей, состояние частотно-временного и эфемеридного обеспечения системы ГЛОНАСС,  а также показан уровень ее выходных целевых характеристик. Особое внимание уделено рассмотрению перспектив развития и совершенствования  точностных характеристик, представлены  основные мероприятия по модернизации частотно-временного и эфемеридного обеспечения системы ГЛОНАСС с целью повышения выходных точностных характеристик системы в целом и достижения уровня конкурентоспособности с  системой GPS. В своем докладе Тестоедов рассказал о том, что федеральная целевая программа подразумевает не только восполнение и поддержание спутниковой группировки, но весь комплекс технических, научных и организационных задач. В конечном итоге, программа определяет развитие системы Глонасс и в первую очередь, орбитальной группировки. Программа предполагает переход от спутников «Глонасс» к «Глонасс-М» и далее к «Глонасс-К» На текущий момент КА «Глонасс-М» находятся на стадии летных испытаний. Уже завершены летно-конструкторские испытания и завершается подготовка к переходу к зачетными испытаниями. Срок сдачи спутников модификации «М» определен на III квартал 2007 года. Несмотря на это, на текущий момент спутники уже находятся в рабочем состоянии и используются потребителями в подсчете позиции. Сейчас на орбите находится 19 спутников, из них 12 в рабочем состоянии. В конце апреля планируется ввести в эксплуатацию еще один спутников «Глонасс-М» и завершить профилактические работы на двух других спутниках. Таким образом, ожидается что в конце апреля, на орбите будет находится 15 действующих спутников. В течении текущего года планируется запустить на орбиту 6 спутников, которые призваны заменить устаревшие и вышедшие из строя космические аппараты. В результате, в конце года число рабочих спутников достигнет 18 КА. В следующие 2-3 года сохранится довольно плотный график запусков ракетоносителей с КА «Глонасс» на борту, что позволит довести группировку до 24 спутников.  Планируется также модернизировать оборудование наземных станций контроля. Все эти изменения уже сейчас позволили повысить точность позиционирования до 6-и метров. Последующая модернизация наземного и орбитального оборудования позволит уже в 2009 году обеспечить точность, лучшую чем в GPS. К 2012 году, точность будет достигать 2-х метров. Если в конце 2007 года, ожидаемая глобальная доступность сигнала еще  не будет превышать 72%, то в уже в 2008 году она достигнет 88%, а в 2009 году – 99% Уже сейчас идут разработки спутника нового поколения «Глонасс-К», который будет передавать военный и гражданский сигнал на новой частоте L3. В перспективах, создание спутника «Глонасс-КМ», с поддержкой сигналов L1C, L5, M1 и М2 Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» – Начальник отдела навигации управления автоматических космических комплексов и систем управления Федерального космического агентства. Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» утверждена постановлением правительства РФ от 01.01.01 г. № 000. В июле 2006 года были утверждены изменения в Программу, подготовленные во исполнения поручений Президента РФ и Правительства РФ от января 2006 года. Внесение изменений в Программу были обусловлены: Необходимостью развития системы Глонасс с характеристиками, не уступающими характеристиками системы GPS и Galilleo Необходимостью интенсификации внедрения системы Глонасс в экономику страны Необходимостью уточнения сроков решения задач Программы при сохранении ее целей Программа должна разрешить следующую проблемную ситуацию: Ликвидация недопустимого разрыва между растущими потребностями страны в услугах глобальной спутниковой навигации и возможностях отечественной системы в их удовлетворении Недопущение отставания от стран, проводящих активную политику в области спутниковой навигации по технико – эксплуатационным характеристикам отечественной системы Глонасс и ее функциональных дополнений, надежности навигационного определения отечественных потребителей Обеспечение независимости государства координационно-временного и навигационного обеспечения федеральных органов исполнительной власти и субъектов РФ Безусловное выполнение международных обязательств Основным государственным заказчиком и координатором Программы является Федеральное космическое агентство. Также в нее вовлечены 10 министерств и федеральных агентств. Минобороны является координатором программы в части обороны и безопасности. Этапы выполнения Программы Этап 1: гг. Начальный этап реализации Программы. Поддержание  орбитальной группировки на уровне, позволяющем развернуть орбитальную группировку в 2007 году до минимально необходимого уровня, создание образцов навигационной аппаратуры потребителей, работающих одновременно по сигналам GPS и Глонасс, начало планового внедрения технологий спутниковой навигации на транспорте Этап 2: гг. Восполнение орбитальной группировки до 18 КА, обеспечение использование системы в государственном масштабе. Развертывание орбитальной группировки до 18 КА на базе новых «Глонасс-М», проведение плановых мероприятий по внедрению технологи спутниковой навигации на объектах транспортной инфраструктуры, разработка нормативно правовой базы для широкомасштабного применения технологий спутниковой навигации в гражданском секторе экономики Этап 3: гг. Восполнение группировки до 24 КА, обеспечение использование системы в глобальном масштабе. Доведение орбитальной группировки до штатного состава из 24 КА, за счет запуска «Глонасс-М», доведение характеристик системы до уровня, обеспечивающего ее конкурентоспособность по отношению к зарубежным аналогам, в том числе за счет модернизации фундаментального сегмента: создание КА нового поколения «Глонасс-К», серийное производство конкурентоспособной аппаратуры, создание открытых цифровых навигационных карт Этап 4: гг. Поддержание орбитальной группировки с характеристиками сопоставимыми с GPS и Galilleo. Поддержание орбитальной группировки на уровне не менее 24 КА за счет ежегодных запусков  двух КА «Глонасс-К», завершение программных мероприятий по созданию НАП, внедрение технологий спутниковой навигации в различные отрасли экономики, завершение работ по комплексированию радиотехнических систем дальней навигации с системой Глонасс Программа «Глобальная навигационная система» включает 5 подпрограмм. Подпрограмма I. Обеспечение функционирования, развития и применения системы Глонасс Включает подпункты: Модернизация системы и ее функциональных дополнений Общесистемные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы Обеспечение функциональной орбитальной группировки и ее наземной инфраструктуры Решаемые задачи: Развитие и поддержание системы с характеристиками обеспечивающими уровень навигационного обслуживание потребителей сопоставимый с зарубежными аналогами Создание функциональных дополнений глобальных навигационных системы для повышения точностных характеристик геодезического и навигационного обеспечения потребителей Создание средств и условий, обеспечивающих массовое применение технологий спутниковой навигации Комплексирование радиотехнических систем дальней радиосвязи с системой Глонасс для повышения надежности Развитие международного сотрудничества в области спутниковой навигации Создание научно-технического и технологического задела Итоги выполнения подпрограммы I Восполнение орбитальной группировки. Осуществлено 5 запусков по 3 КА в каждом. В состав введено 15 КА, из них 7 модернизированных «Глонасс-М» со сроком эксплуатации 7 лет Максимальный перерыв навигации за период гг, сократился на территории России с 8.4 часов до 0.76 часов Обобщенный индикатор эффективности на конец 2006 года, для территории России составляет 0.750 Подпрограмма II. Разработка, подготовка производства, изготовление навигационного оборудования для гражданских потребителей Включает подпункты: Разработка навигационного оборудования и аппаратуры для гражданского потребителя Разработка специального технологического и испытательного оборудования и элементной базы Решаемые задачи: Создание средств и условий обеспечивающих массовое применение технологий спутниковой навигации Создание научно-технического и технологического заделов для дальнейшего развития технологий координатно-временного и навигационного обеспечения РФ Итоги выполнения подпрограммы II Разработаны 3 типа приемовычислительных модулей и на их основе 19 типов навигационной аппаратуры потребителей Разработаны базовые модули и образца профессиональной аппаратуры потребителей Поставлено около 10 тыс. комплектов навигационной аппаратуры Подпрограмма III. Внедрение и использование спутниковых навигационных систем в интересах транспорта Включает подпункты: НИР по общим проблемам использования глобальных навигационных спутниковых систем на транспорте Мероприятия в интересах воздушного транспорта Мероприятия в интересах морского и речного транспорта Мероприятия в интересах наземного транспорта Мероприятия в интересах железнодорожного транспорта Решаемые задачи: Создание функциональных дополнений глобальных навигационных системы для повышения точностных характеристик геодезического и навигационного обеспечения потребителей Создание средств и условий обеспечивающих широкомасштабное применение технологий спутниковой навигации Итоги выполнения подпрограммы III Созданные условия для внедрения систем управления воздушным движением Проведены эксплуатационные испытания локальной контрольно-корректирующей станции в аэропорту г. Жуковский Проведено переоборудование части воздушных судов системами спутниковой навигации – 243 борта Проведены работы, обеспечивающие возможность эффективного использования спутниковых систем для проводки судов на внутренних водных путях Внедрение пилотных проектов для различного вида наземного транспорта Подпрограмма IV. Развитие геодезической системы РФ Включает подпункты: Создание инфраструктуры по обеспечению эффективного использования системы Глонасс в целях решения задач геодезии Модернизация и развитие системы геодезического оборудования Экспериментально-производственные и производственные работы по созданию геодезического обеспечения Решаемые задачи: Создание функциональных дополнений глобальных навигационных систем для повышения точностных характеристик геодезического и навигационного обеспечения потребителей Создание средств и условий, обеспечивающих массовое применение технологий спутниковой навигации Создание открытых цифровых карт Итоги выполнения подпрограммы IV Выполнены спутниковые определения координат на 228 пунктах фундаментальной астрономо - геодезической сети Распределено большое количество навигационной аппаратуры на предприятия Роскартографии Подпрограмма V. Разработка навигационной аппаратуры для специальных потребителей Решаемые задачи: Создание специализированной аппаратуры в интересах Минобороны Можно выделить перечень необходимых условий для широкомасштабного использования системы Глонасс: Развертывание орбитальной группировки до штатного состава (24 КА) Обеспечение характеристик системы на уровне сопоставимым с уровнем характеристик GPS и Galilleo Разработка конкурентоспособной навигационной потребительской аппаратуры и организация серийного производства Создание доступных открытых цифровых навигационных карт в требуемом масштабе Создание нормативно правовой базы применения технологий спутниковой навигации Реализация пилот-проектов в различных областях экомики Обеспечение взаимодополняемости систем Глонасс, GPS, Galilleo 2.1.9.4.1  Связанные статьи: Фототчет с выставки. Международный форум по спутниковой навигации. (часть 2) Персональная и автомобильная GPS навигация. Электронная картография. Международный форум по спутниковой навигации. (часть 3) Отчеты о событиях Все права на статью принадлежат GPSportal (c) При перепечатке материала ссылка и гиперссылка на www. ***** обязательна ! Правки по тексту допускаются только при согласовании с GPSportal

2.1.10  2.6 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТА СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

2.1.11  2.6.1 Выбор основных концепций СРНС

За успехом систем первого поколения Transit и Цикада последовали программы навигационных систем космического базирования второго поколения. Полезно рассмотреть доводы, которые привели к выбору архитектуры системы.